JP2008166749A - Thin film transistor and its manufacturing method, as well as semiconductor device having the thin film transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜トランジスタと、その作製方法に関する。更には、該薄膜トランジスタを有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a thin film transistor and a manufacturing method thereof. Further, the present invention relates to a semiconductor device having the thin film transistor.
近年、表面に絶縁性を有する基板(ガラス基板等)上に薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor。TFTともいう。)を形成し、該TFTをスイッチング素子等として利用する半導体装置の作製が盛んに行われている。TFTは、表面に絶縁性を有する基板上にCVD法等により半導体膜を成膜し、フォトリソグラフィ工程等により所望のパターンを有する島状の半導体膜を形成し、当該島状の半導体膜の一部をチャネル形成領域として利用する(例えば、特許文献1)。 In recent years, thin film transistors (also referred to as TFTs) are formed over a substrate having an insulating surface (such as a glass substrate) and a semiconductor device using the TFT as a switching element or the like has been actively manufactured. Yes. In a TFT, a semiconductor film is formed on a surface of an insulating substrate by a CVD method or the like, an island-shaped semiconductor film having a desired pattern is formed by a photolithography process or the like, and one of the island-shaped semiconductor films is formed. The portion is used as a channel formation region (for example, Patent Document 1).
一般的なTFTの模式図を図3に示す。図3では、トップゲート型の薄膜トランジスタ1105が基板1100上に設けられている。表面に絶縁性を有する基板1100上に下地膜1101を有し、ゲート絶縁膜として機能する下地膜1101を介して島状の半導体膜1102を有し、該島状の半導体膜1102を横断するように絶縁膜1103を介して第1の導電膜1104が設けられている。第1の導電膜1104上には絶縁膜1106が設けられている。また、半導体膜1102は、第1の導電膜1104と重なる領域に形成されたチャネル形成領域1102Aと、ソース領域又はドレイン領域を形成する不純物領域1102Bを有している。また、不純物領域1102Bに電気的に接続された第2の導電膜1107が設けられている。なお、図3(B)、(C)は、それぞれ図3(A)におけるC−D間、E−F間の断面構造を示す。
A schematic diagram of a general TFT is shown in FIG. In FIG. 3, a top-gate
また、半導体装置の高機能化、高付加価値化及び小型化の要請に伴い、半導体装置が有する素子の微細化が進んでいる。半導体装置が有する微細化された素子において、半導体膜を薄膜化すると、デザインルールに従って半導体膜に接して設けられるゲート絶縁膜も薄膜化され、ゲート絶縁膜の耐圧が低くなることが問題となっている。
図3には従来の薄膜トランジスタを示している。図3に示すトップゲート型の薄膜トランジスタでは、半導体膜1102のソース領域又はドレイン領域ではない端部(図3(C)中に点線で示す領域1108)において、絶縁膜1103及び第1の導電膜1104が、半導体膜の厚さにより生じている段差を乗り越えることになる。そのため、ゲート絶縁膜の形成にはCVD法又はスパッタ法等を用いることができるが、これらの方法で形成される絶縁膜は段差被覆性(ステップカバレージともいう。)が良好でない。段差被覆性が良好でない場合には、領域1108におけるゲート絶縁膜の厚さが、半導体膜のチャネル形成領域上のゲート絶縁膜の厚さよりも薄くなる。この半導体膜の端部の段差に起因するゲート絶縁膜の被覆性の低下を改善する技術としては、活性層の端部をテーパ形状とする方法が知られているが十分ではない。特に、ゲート絶縁膜の膜厚を数十nmまで薄くした場合に、この問題が顕著である。
FIG. 3 shows a conventional thin film transistor. In the top-gate thin film transistor illustrated in FIG. 3, the
また、ゲート絶縁膜の厚さが均一でない場合には、ゲート絶縁膜が薄い箇所において電界集中が起きる。電界集中が起きることでリーク電流が増大し、デバイスの消費電力が増大する。更には、電界集中が過度な場合にはゲート絶縁膜の静電破壊が起こり、ゲートリーク不良が発生する。そのため、ゲート耐圧が低下する。これらはゲート絶縁膜の厚さが薄い場合に特に顕著である。 In addition, when the thickness of the gate insulating film is not uniform, electric field concentration occurs in a portion where the gate insulating film is thin. When electric field concentration occurs, the leakage current increases and the power consumption of the device increases. Furthermore, when the electric field concentration is excessive, electrostatic breakdown of the gate insulating film occurs and a gate leak defect occurs. As a result, the gate breakdown voltage decreases. These are particularly noticeable when the gate insulating film is thin.
本発明では、上記の問題点を鑑み、半導体膜の側面に接する領域に、従来とは異なるゲート絶縁膜を有するTFT及び当該ゲート絶縁膜を有するTFTの作製方法を提供する。更には、これらのTFTを有する電子機器等を提供する。 In view of the above problems, the present invention provides a TFT having a gate insulating film different from the conventional one in a region in contact with a side surface of a semiconductor film and a method for manufacturing a TFT having the gate insulating film. Furthermore, an electronic device having these TFTs is provided.
本発明は、半導体膜の側端領域にハロゲンを有する薄膜トランジスタであり、該薄膜トランジスタが有する側端領域へのハロゲンの添加を簡略な方法によって行う、薄膜トランジスタの作製方法を提供するものである。 The present invention provides a method for manufacturing a thin film transistor, which is a thin film transistor having a halogen in a side end region of a semiconductor film and in which a halogen is added to the side end region of the thin film transistor by a simple method.
本発明の一は、側端領域がテーパ形状を有する島状の半導体膜と、前記半導体膜の表面及び側端領域に接して設けられたゲート絶縁膜と、前記半導体膜上に前記ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極層と、前記ゲート電極層上に設けられた開口部を有する絶縁膜と、前記開口部を有する絶縁膜上に接して設けられ、前記開口部を介して前記半導体膜に接続されるソース電極及びドレイン電極層と、を有し、前記ゲート絶縁膜の前記半導体膜の側端領域に接する部分はハロゲンを含み、且つ前記半導体膜の表面に接する部分よりも厚いことを特徴とする薄膜トランジスタである。 According to one aspect of the present invention, an island-shaped semiconductor film having a tapered side end region, a gate insulating film provided in contact with a surface of the semiconductor film and the side end region, and the gate insulating film on the semiconductor film A gate electrode layer provided through the gate electrode layer, an insulating film having an opening provided on the gate electrode layer, and an insulating film having the opening provided in contact with the semiconductor through the opening. A source electrode and a drain electrode layer connected to the film, wherein the portion of the gate insulating film that contacts the side end region of the semiconductor film contains halogen and is thicker than the portion that contacts the surface of the semiconductor film It is a thin film transistor characterized by this.
または、本発明の一は、基板上に設けられた、側端領域がテーパ形状を有する島状の半導体膜と、前記半導体膜の表面及び側端領域に接して設けられたゲート絶縁膜と、前記半導体膜上に前記ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極層と、前記ゲート電極層上に設けられた開口部を有する絶縁膜と、前記開口部を有する絶縁膜上に接して設けられ、前記開口部を介して前記半導体膜に接続されるソース電極及びドレイン電極層と、を有し、前記ゲート絶縁膜の前記半導体膜の側端領域に接する部分はハロゲンを含み、且つ前記半導体膜の表面に接する部分よりも厚いことを特徴とする薄膜トランジスタである。 Alternatively, according to one aspect of the present invention, an island-shaped semiconductor film having a tapered side edge region provided on a substrate, and a gate insulating film provided in contact with the surface and the side edge region of the semiconductor film, A gate electrode layer provided on the semiconductor film via the gate insulating film; an insulating film having an opening provided on the gate electrode layer; and an insulating film having the opening. A source electrode and a drain electrode layer connected to the semiconductor film through the opening, a portion of the gate insulating film in contact with a side end region of the semiconductor film containing halogen, and the semiconductor film The thin film transistor is thicker than a portion in contact with the surface of the thin film transistor.
上記構成の本発明において、前記基板としてはガラス基板又はSOI基板を用いることができる。 In the present invention having the above structure, a glass substrate or an SOI substrate can be used as the substrate.
上記構成の本発明において、前記ハロゲンはフッ素であることが好ましい。 In the present invention configured as described above, the halogen is preferably fluorine.
上記構成の本発明において、前記半導体膜は結晶質のシリコン膜であることが好ましい。 In the present invention having the above structure, the semiconductor film is preferably a crystalline silicon film.
上記構成の本発明において、前記ゲート絶縁膜は酸化シリコン膜であることが好ましい。 In the present invention configured as described above, the gate insulating film is preferably a silicon oxide film.
本発明の一は、上記構成の本発明の薄膜トランジスタを有する半導体装置である。 One aspect of the present invention is a semiconductor device including the thin film transistor of the present invention having the above structure.
本発明の一は、半導体膜上に第1のレジストを形成し、前記第1のレジストを用いて島状の半導体膜を形成しつつ前記第1のレジストから第2のレジストを形成し、前記第2のレジストを用いて島状の半導体膜の側端領域にハロゲンを添加し、前記第2のレジストを除去し、前記島状の半導体膜の表面及び側端領域を酸化してゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極層を形成し、前記ゲート電極層を覆って絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上にソース電極及びドレイン電極層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法である。 According to one aspect of the present invention, a first resist is formed over a semiconductor film, an island-shaped semiconductor film is formed using the first resist, and a second resist is formed from the first resist. Halogen is added to the side end region of the island-shaped semiconductor film using the second resist, the second resist is removed, and the surface and the side end region of the island-shaped semiconductor film are oxidized to form a gate insulating film Forming a gate electrode layer on the gate insulating film, covering the gate electrode layer, forming an insulating film, and forming a source electrode and a drain electrode layer on the insulating film This is a manufacturing method.
本発明の一は、半導体膜上に第1のレジストを形成し、前記第1のレジストを用いて島状の半導体膜を形成し、第2のレジストを形成し、前記第2のレジストを用いて島状の半導体膜の側端領域にハロゲンを添加し、前記第2のレジストを除去し、前記島状の半導体膜の表面及び側端領域を酸化してゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極層を形成し、前記ゲート電極層を覆って絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上にソース電極及びドレイン電極層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法である。 According to one embodiment of the present invention, a first resist is formed over a semiconductor film, an island-shaped semiconductor film is formed using the first resist, a second resist is formed, and the second resist is used. Halogen is added to the side end region of the island-shaped semiconductor film, the second resist is removed, the surface of the island-shaped semiconductor film and the side end region are oxidized to form a gate insulating film, and the gate A thin film transistor manufacturing method is characterized in that a gate electrode layer is formed over an insulating film, an insulating film is formed to cover the gate electrode layer, and a source electrode and a drain electrode layer are formed over the insulating film.
上記構成の本発明において、前記第2のレジストは、酸素ガスを用いて前記第1のレジストを加工することにより形成することが好ましい。 In the present invention configured as described above, the second resist is preferably formed by processing the first resist using oxygen gas.
上記構成の本発明において、前記ハロゲンの添加にはCHF3プラズマ処理を用いることが好ましい。 In the present invention having the above structure, it is preferable to use CHF 3 plasma treatment for the addition of the halogen.
上記構成の本発明において、前記絶縁膜は高密度プラズマにより形成することが好ましい。 In the present invention having the above structure, the insulating film is preferably formed by high density plasma.
なお、本明細書中において、選択比とはエッチング選択比のことである。「エッチング選択比がとれる」とは、例えば、A層とB層を有する積層構造体をエッチングするに際して、A層のエッチングレートとB層のエッチングレートに十分な差を有することをいう。また、エッチングレートとは、単位時間あたりの被エッチング量をいう。 In the present specification, the selection ratio is an etching selection ratio. “Etching selectivity can be taken” means that, for example, when a stacked structure having an A layer and a B layer is etched, there is a sufficient difference between the etching rate of the A layer and the etching rate of the B layer. Further, the etching rate refers to the amount to be etched per unit time.
なお、本明細書中において、側端領域とは、半導体膜端部のハロゲンが添加された領域をいう。 Note that in this specification, a side end region refers to a region to which a halogen is added at an end portion of a semiconductor film.
本発明の半導体装置は、半導体膜側面に接するように誘電率の低い絶縁膜が半導体膜表面に接する絶縁膜よりも厚く形成される。そのため、薄膜トランジスタが有する半導体膜側端領域におけるゲート耐圧が向上し、ゲートリーク不良が低減する。更には側端領域において電界強度の緩和が図られるため、所謂寄生トランジスタ効果が抑制される。 In the semiconductor device of the present invention, the insulating film having a low dielectric constant is formed thicker than the insulating film in contact with the semiconductor film surface so as to be in contact with the side surface of the semiconductor film. Therefore, the gate breakdown voltage in the semiconductor film side end region of the thin film transistor is improved, and the gate leakage defect is reduced. Furthermore, since the electric field strength is reduced in the side end region, the so-called parasitic transistor effect is suppressed.
本発明の半導体装置が有するゲート絶縁膜は、半導体膜を高密度プラズマによりプラズマ処理し、酸化することで設けられている。そのため、半導体膜とゲート絶縁膜間の界面特性が良好になる。なお、高密度プラズマは表面波プラズマであることが好ましい。 The gate insulating film included in the semiconductor device of the present invention is provided by subjecting the semiconductor film to plasma treatment with high-density plasma and oxidizing it. Therefore, interface characteristics between the semiconductor film and the gate insulating film are improved. The high density plasma is preferably surface wave plasma.
本発明を用いることで、ゲート絶縁膜の膜厚が小さい薄膜トランジスタであっても、電気的特性が良好で、且つ信頼性の高いTFTを歩留まりよく作製することができる。 By using the present invention, a thin film transistor with a thin gate insulating film can be manufactured with high yield and high reliability and high reliability.
更には、従来の薄膜トランジスタよりも半導体膜側面に接する絶縁膜が低誘電率であり、厚く形成されているため、半導体膜側端領域におけるゲート絶縁膜の静電破壊を効果的に防止することができる。 Furthermore, since the insulating film in contact with the side surface of the semiconductor film has a lower dielectric constant and is formed thicker than the conventional thin film transistor, it is possible to effectively prevent electrostatic breakdown of the gate insulating film in the end region on the semiconductor film side. it can.
更には、半導体膜のエッチング時に用いるレジストと同一のレジストを用いたプラズマ処理によりハロゲンが添加されるため、作製工程が複雑化することなく、上記の効果を生じせしめることができる。 Furthermore, since halogen is added by plasma treatment using the same resist as that used for etching the semiconductor film, the above-described effect can be produced without complicating the manufacturing process.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じ物を指し示す符号は異なる図面間において共通とする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different modes, and those skilled in the art can easily understand that the modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Is done. Therefore, the present invention is not interpreted as being limited to the description of this embodiment mode. Note that in the structures of the present invention described below, the same reference numeral is used in different drawings.
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の半導体装置及びその作製方法の一例について、図1を参照して説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, an example of a semiconductor device of the present invention and a manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS.
図1には本実施の形態で説明する半導体装置の一形態を示している。図1において、図1(A)には本実施の形態で説明する半導体装置の上面図を示し、図1(A)のD−Eにおける断面図を図1(B)に示し、図1(A)のF−Gにおける断面図を図1(C)に示す。 FIG. 1 illustrates one mode of a semiconductor device described in this embodiment. 1A is a top view of the semiconductor device described in this embodiment, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line D-E in FIG. 1A, and FIG. A cross-sectional view taken along line FG in A) is shown in FIG.
図1に示す半導体装置は、基板100上に下地膜101を介して形成された薄膜トランジスタ105を有する。薄膜トランジスタ105は、半導体膜102上にゲート絶縁膜として機能する絶縁膜103を介して形成されたゲート電極として機能する第1の導電膜104と、第1の導電膜104上に形成された絶縁膜106と、絶縁膜106上に形成された第2の導電膜107と、を有する。半導体膜102はチャネル形成領域102Aと、ソース領域又はドレイン領域として機能する不純物領域102Bを有し、半導体膜102の不純物領域102Bの側面に接して側端領域102Cが設けられている。絶縁膜103は、側端領域102Cに接している部分の厚さが、チャネル形成領域102Aに接する領域よりも厚くなっている。
The semiconductor device illustrated in FIG. 1 includes a
本実施の形態では、基板100には絶縁性基板として、ガラス基板を用いる。ガラス基板は特定のものに限定されない。用いることのできるガラス基板の例として、アルミノ珪酸ガラス、又は無アルカリガラスである石英ガラス、若しくは、ほう珪酸ガラス、又はアルミノ珪酸ガラスでもよい。基板100は、後述の、薄膜を形成する工程において、必要な耐熱性等を有していればよい。
In this embodiment, a glass substrate is used as the insulating substrate for the
更には、本発明を適用した薄膜トランジスタを形成する基板として、SOI(Silicon On Insulator)基板やシリコン基板等を用いることができる。SOI基板やシリコン基板を用いることで、半導体膜として、単結晶半導体を用いることができるため、高速な動作が可能になり、より高機能な回路構成を実現することができる。 Furthermore, an SOI (Silicon On Insulator) substrate, a silicon substrate, or the like can be used as a substrate on which a thin film transistor to which the present invention is applied is formed. By using an SOI substrate or a silicon substrate, a single crystal semiconductor can be used as a semiconductor film, so that high-speed operation is possible and a more highly functional circuit configuration can be realized.
SOI基板は、ウェハの貼り合わせによる方法や酸素イオンをSi基板内に打ち込むことにより内部に絶縁膜を形成する、SIMOXと呼ばれる方法等を用いて形成すればよい。 The SOI substrate may be formed by a method of bonding wafers or a method called SIMOX in which an insulating film is formed inside by implanting oxygen ions into the Si substrate.
ほう珪酸ガラス等を用いる場合には注意を要する。ほう珪酸ガラス等はナトリウム(Na)やカリウム(K)等の不純物を若干量含有している。これらの不純物がチャネル形成領域102Aの周辺に拡散すると、チャネル形成領域102Aと下地膜101間の界面や、チャネル形成領域102Aと絶縁膜103間の界面に寄生チャネル領域を形成する。寄生チャネルを形成すると、薄膜トランジスタ105の動作時に発生するリーク電流を増加させる原因となる。また、これらの拡散した不純物は薄膜トランジスタのしきい値電圧をシフトさせる原因ともなる。
Care must be taken when using borosilicate glass. Borosilicate glass and the like contain some amount of impurities such as sodium (Na) and potassium (K). When these impurities diffuse around the
従って、ガラス基板上にTFTを作製するときには、ガラス基板とTFTとの間に下地膜と呼ばれる、絶縁膜を挟み込む構造にすることが好ましい。この下地膜と呼ばれる絶縁膜には、ガラス基板に含まれる不純物の拡散を防ぐ機能が要求され、且つ、絶縁膜上に堆積する薄膜との密着性を高める機能が要求される。下地膜に用いる材料は特定のものに限定されず、酸化シリコン系材料でもよいし、窒化シリコン系材料でもよい。なお、酸化シリコン系材料とは酸素とシリコンを主成分とする酸化シリコン(SiOx)や、酸化シリコンが窒素を含有し、且つ、酸素の含有量が窒素の含有量よりも多い酸化窒化シリコン(SiOxNy(0<y<x))をいう。窒化シリコン系材料とは窒素とシリコンを主成分とする窒化シリコン(SiNx)や、窒化シリコンが酸素を含有し、窒素の含有量が酸素の含有量よりも多い窒化酸化シリコン(SiOxNy(0<x<y))をいう。または、これらの材料からなる膜を積層した構造であってもよい。積層して形成する場合には、ガラス基板に密着する下層部分に、ブロッキング層としてガラス基板からの不純物の拡散を防ぐ材料を用い、上層部分に、該下地膜の上に堆積する薄膜との密着性を高める材料を用いることが好ましい。このように、下層部分がブロッキング層として機能し、上層部分がこの上に堆積する薄膜(本実施の形態では半導体膜)との密着性を高める層として機能するためには、下層部分が窒化シリコン系材料であり、上層部分が酸化シリコン系材料であることが好ましい。 Therefore, when a TFT is manufactured over a glass substrate, a structure in which an insulating film called a base film is sandwiched between the glass substrate and the TFT is preferable. The insulating film called a base film is required to have a function of preventing diffusion of impurities contained in the glass substrate and a function of improving adhesion with a thin film deposited on the insulating film. The material used for the base film is not limited to a specific material, and may be a silicon oxide material or a silicon nitride material. Note that the silicon oxide-based material is silicon oxide (SiOx) containing oxygen and silicon as main components, or silicon oxynitride (SiOxNy) in which silicon oxide contains nitrogen and the oxygen content is higher than the nitrogen content. (0 <y <x)). The silicon nitride-based material is silicon nitride (SiNx) mainly containing nitrogen and silicon, or silicon nitride oxide (SiOxNy (0 <x) in which silicon nitride contains oxygen and the nitrogen content is higher than the oxygen content). <Y)). Or the structure which laminated | stacked the film | membrane which consists of these materials may be sufficient. In the case of stacking and forming, a material that prevents diffusion of impurities from the glass substrate as a blocking layer is used for the lower layer portion that is in close contact with the glass substrate, and the upper layer portion is in close contact with the thin film deposited on the underlying film. It is preferable to use a material that enhances the properties. Thus, in order for the lower layer portion to function as a blocking layer and the upper layer portion to function as a layer that improves adhesion to a thin film (in this embodiment, a semiconductor film) deposited thereon, the lower layer portion is formed of silicon nitride. Preferably, the upper layer portion is a silicon oxide material.
以上を考慮して、本実施の形態では、基板100上に下地膜として下地膜101を形成する。ここでは下地膜101には窒化酸化シリコン膜上に酸化窒化シリコン膜を積層して形成する。下地膜101は、CVD法、プラズマCVD法、スパッタリング法、スピンコート法等の方法により形成することができる。なお、基板として石英基板を用いる場合には、下地膜は特に必要ないため、形成しなくともよい。
In view of the above, in this embodiment, the
薄膜トランジスタ105に含まれる半導体膜102は、結晶質であることが好ましい。半導体膜102は、第1の導電膜104と重畳する領域にチャネル形成領域102Aと、当該チャネル形成領域102Aと隣接するソース領域又はドレイン領域として機能する不純物領域102Bと、を有する。半導体膜102としてはシリコンを主成分とする材料を用いて形成する。シリコンを主成分とする材料としては、シリコン(Si)、シリコンゲルマニウム(SixGe1−x)が挙げられる。本実施の形態では半導体膜102として、多結晶シリコン膜を用いる。半導体膜102の膜厚は50nm以下となるように形成するとよく、好ましくは10nm以上50nm以下となるように形成する。更に好ましくは10nm以上30nm以下となるように形成する。
The
しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体膜には非晶質(アモルファス)半導体を用いてもよいし、セミアモルファス半導体(Semi Amorphous Semiconductor。以下、SASという。)を用いてもよい。なお、SASとは、非晶質半導体と結晶構造を有する半導体(単結晶、多結晶を含む)の中間的な構造の半導体である。このSASは、自由エネルギー的に安定な第3の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち、格子歪みを有する結晶質の半導体であり、その粒径を0.5〜20nmとして非単結晶半導体膜中に分散させて存在せしめることが可能である。SASは、そのラマンスペクトルが520cm−1よりも低波数側にシフトしており、また、X線回折ではSi結晶格子に由来するとされる(111)、(220)の回折ピークが観測される。また、未結合手(ダングリングボンド)を終端させるために水素またはハロゲンを少なくとも1原子%以上含ませている。本明細書では便宜上、このような半導体をSASと呼ぶ。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで安定性が増し良好な特性を有するSASが得られる。なお微結晶半導体(マイクロクリスタル半導体)もSASに含まれる。SASはシリコンを含む気体をグロー放電分解することにより得ることができる。代表的なシリコンを含む気体としては、シラン(SiH4)であり、その他にもSi2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4などを用いることができる。また水素や、水素にヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた少なくとも一種の希ガス元素を含ませたガスで、このシリコンを含む気体を希釈して用いることで、SASの形成を容易なものとすることができる。シリコンを含む気体を、希釈率が2倍〜1000倍になるように希釈することが好ましい。またさらに、シリコンを含む気体中に、CH4、C2H6などの炭化物気体、GeH4、GeF4などのゲルマニウム化気体、F2などを混入させることで、エネルギーバンド幅を1.5〜2.4eV、又は0.9〜1.1eVに調節しても良い。 However, the present invention is not limited to this, and an amorphous semiconductor may be used as the semiconductor film, or a semi-amorphous semiconductor (hereinafter referred to as SAS) may be used. Good. Note that a SAS is a semiconductor having an intermediate structure between an amorphous semiconductor and a semiconductor having a crystal structure (including single crystal and polycrystal). This SAS is a semiconductor having a third state which is stable in terms of free energy, and is a crystalline semiconductor having a short-range order and having a lattice distortion, and having a grain size of 0.5 to 20 nm. It can be dispersed in the crystalline semiconductor film. In SAS, the Raman spectrum is shifted to a lower wavenumber than 520 cm −1 , and diffraction peaks of (111) and (220) that are derived from the Si crystal lattice are observed in X-ray diffraction. In addition, in order to terminate dangling bonds (dangling bonds), at least 1 atomic% or more of hydrogen or halogen is included. In this specification, such a semiconductor is referred to as a SAS for convenience. Furthermore, by adding a rare gas element such as helium, argon, krypton, or neon to further promote lattice distortion, a SAS having improved stability and good characteristics can be obtained. Note that microcrystalline semiconductors (microcrystalline semiconductors) are also included in SAS. SAS can be obtained by glow discharge decomposition of a gas containing silicon. As a typical gas containing silicon, silane (SiH 4 ) can be used, and Si 2 H 6 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiCl 4 , SiF 4, and the like can also be used. In addition, the gas containing silicon and at least one kind of rare gas element selected from helium, argon, krypton, and neon is used by diluting the gas containing silicon to facilitate the formation of the SAS. It can be. It is preferable to dilute the gas containing silicon so that the dilution rate becomes 2 to 1000 times. Furthermore, by mixing a gas containing silicon, a carbide gas such as CH 4 and C 2 H 6 , a germanium gas such as GeH 4 and GeF 4 , F 2, etc., the energy bandwidth is 1.5 to You may adjust to 2.4 eV or 0.9-1.1 eV.
結晶質の半導体膜102を形成するに際して、まずはシリコンの非晶質半導体膜を形成する。非晶質半導体膜を形成する際には、好ましくはモノシラン(SiH4)等の半導体材料ガスを用いて、LPCVD(Low Pressure CVD)法、プラズマCVD法、気相成長法やスパッタリング法により形成する。その他、ジシラン(Si2H6)、ジクロルシラン(SiH2Cl2)、SiHCl3、SiCl4、SiF4等を用いても良い。
In forming the
非晶質半導体膜を結晶化する前には、必要に応じて脱水素工程を行うとよい。非晶質半導体膜の形成に際して、シラン(SiH4)を用いた通常のCVD法を適用すると、膜中に水素が残留する。このように膜中に水素が残留した状態で、当該半導体膜にレーザー光を照射すると、結晶化に最適なエネルギー値の半分程度のエネルギー値を有するレーザー光により、膜が消失してしまう。そのため、脱水素工程を経ることが好ましい。脱水素工程は、窒素(N2)雰囲気中で非晶質半導体膜が形成された基板を加熱することにより行う。この工程により、膜中に残留している水素を除去することができる。非晶質半導体膜の形成をLPCVD法や、スパッタリング法にて行う場合には、脱水素工程は必ずしも必要ではない。 Before the amorphous semiconductor film is crystallized, a dehydrogenation step may be performed as necessary. When a normal CVD method using silane (SiH 4 ) is applied in forming the amorphous semiconductor film, hydrogen remains in the film. When the semiconductor film is irradiated with laser light in a state where hydrogen remains in the film in this manner, the film disappears due to laser light having an energy value about half of the energy value optimum for crystallization. Therefore, it is preferable to go through a dehydrogenation step. The dehydrogenation step is performed by heating the substrate on which the amorphous semiconductor film is formed in a nitrogen (N 2 ) atmosphere. By this step, hydrogen remaining in the film can be removed. In the case where the amorphous semiconductor film is formed by the LPCVD method or the sputtering method, the dehydrogenation step is not necessarily required.
また、必要に応じて、チャネルドープを行ってもよい。チャネルドープとは、半導体膜のチャネル形成領域に所定の濃度の不純物を添加して、意図的に薄膜トランジスタの閾値電圧をシフトさせ、該薄膜トランジスタの閾値を所望の値に制御することをいう。例えば、閾値電圧がマイナス側にシフトしている場合には、ドーパントとしてp型の不純物元素を、プラス側にシフトしている場合にはドーパントにn型の不純物元素を添加する。p型の不純物元素としては、リン(P)又はヒ素(As)等、n型の不純物元素としては、ボロン(B)又はアルミニウム(Al)等が挙げられる。 Moreover, you may perform channel dope as needed. Channel doping means that an impurity having a predetermined concentration is added to a channel formation region of a semiconductor film, the threshold voltage of the thin film transistor is intentionally shifted, and the threshold value of the thin film transistor is controlled to a desired value. For example, when the threshold voltage is shifted to the negative side, a p-type impurity element is added as a dopant. When the threshold voltage is shifted to the positive side, an n-type impurity element is added to the dopant. Examples of the p-type impurity element include phosphorus (P) and arsenic (As), and examples of the n-type impurity element include boron (B) and aluminum (Al).
ここで、非晶質半導体膜の結晶化を行う。非晶質半導体膜の結晶化には熱エネルギーや光エネルギーを用いることができるが、本実施の形態では非晶質半導体膜の結晶化にはレーザー光を用いる。レーザー光を照射することで、結晶化に必要な熱量を該非晶質半導体膜に供給する。レーザー光を用いることで、非晶質半導体膜の局所的な加熱が可能であり、基板にガラスを用いる場合には、基板の温度がガラスの歪み点以下となるように、非晶質半導体膜を結晶化することができる。 Here, the amorphous semiconductor film is crystallized. Although heat energy and light energy can be used for crystallization of the amorphous semiconductor film, laser light is used for crystallization of the amorphous semiconductor film in this embodiment mode. By irradiating with laser light, the heat necessary for crystallization is supplied to the amorphous semiconductor film. By using laser light, the amorphous semiconductor film can be locally heated. When glass is used for the substrate, the amorphous semiconductor film is set so that the temperature of the substrate is lower than the strain point of the glass. Can be crystallized.
レーザーは、レーザー媒質、励起源、共振器により構成される。レーザーを、媒質により分類すると、気体レーザー、液体レーザー、固体レーザーがあり、発振の特徴により分類すると、自由電子レーザー、半導体レーザー、X線レーザーがあるが、本発明では、いずれのレーザーを用いてもよい。なお、好ましくは、気体レーザー又は固体レーザーを用いるとよく、さらに好ましくは固体レーザーを用いるとよい。 The laser is composed of a laser medium, an excitation source, and a resonator. Lasers can be classified into gas lasers, liquid lasers, and solid-state lasers according to the medium. Free lasers, semiconductor lasers, and X-ray lasers can be classified according to the characteristics of oscillation. In the present invention, any laser is used. Also good. Note that a gas laser or a solid laser is preferably used, and a solid laser is more preferably used.
気体レーザーには、ヘリウムネオンレーザー、炭酸ガスレーザー、エキシマレーザー、アルゴンイオンレーザーがある。エキシマレーザーには、希ガスエキシマレーザー、希ガスハライドエキシマレーザーがある。希ガスエキシマレーザーには、アルゴン、クリプトン、キセノンの3種類の励起分子による発振がある。アルゴンイオンレーザーには、希ガスイオンレーザー、金属蒸気イオンレーザーがある。 Gas lasers include helium neon laser, carbon dioxide laser, excimer laser, and argon ion laser. The excimer laser includes a rare gas excimer laser and a rare gas halide excimer laser. A rare gas excimer laser has oscillation by three types of excited molecules, argon, krypton, and xenon. Argon ion lasers include rare gas ion lasers and metal vapor ion lasers.
液体レーザーには、無機液体レーザー、有機キレートレーザー、色素レーザーがある。無機液体レーザー及び有機キレートレーザーは、固体レーザーに利用されているネオジムなどの希土類イオンをレーザー媒質として利用する。 Liquid lasers include inorganic liquid lasers, organic chelate lasers, and dye lasers. Inorganic liquid lasers and organic chelate lasers use rare earth ions such as neodymium, which are used in solid-state lasers, as laser media.
固体レーザーが用いるレーザー媒質は、固体の母体にレーザー作用をする活性種がドープされたものである。固体の母体とは、結晶又はガラスである。結晶とは、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット結晶)、YLF、YVO4、YAlO3、サファイア、ルビー、アレキサンドライドである。また、レーザー作用をする活性種とは、例えば、3価のイオン(Cr3+、Nd3+、Yb3+、Tm3+、Ho3+、Er3+、Ti3+)である。 A laser medium used by a solid-state laser is obtained by doping a solid matrix with an active species that acts as a laser. The solid matrix is a crystal or glass. The crystal is YAG (yttrium / aluminum / garnet crystal), YLF, YVO 4 , YAlO 3 , sapphire, ruby, or alexandride. In addition, the active species having a laser action are, for example, trivalent ions (Cr 3+ , Nd 3+ , Yb 3+ , Tm 3+ , Ho 3+ , Er 3+ , Ti 3+ ).
本実施の形態で用いるレーザーは非晶質半導体膜に吸収される波長のレーザー光を発するものであればよい。本実施の形態では非晶質半導体膜にシリコンを用いているため、用いるレーザー光の波長はシリコンに吸収される、800nm以下のものであればよく、より好ましくは350〜550nm程度である。 The laser used in this embodiment mode only needs to emit laser light having a wavelength that is absorbed by the amorphous semiconductor film. In this embodiment mode, since silicon is used for the amorphous semiconductor film, the wavelength of the laser light used may be 800 nm or less, more preferably about 350 to 550 nm, which is absorbed by silicon.
また、非晶質半導体膜の結晶化に、ニッケル(Ni)等の結晶化を助長する元素を用いた熱結晶化法を用いても良い。 A thermal crystallization method using an element that promotes crystallization, such as nickel (Ni), may be used for crystallization of the amorphous semiconductor film.
結晶化した半導体膜を選択的にエッチングし、除去する。半導体膜のエッチングには半導体膜上に選択的にレジストのパターンを形成して、ドライエッチングを行う。ここで、用いるエッチングガスは特定のものに限定されないが、少なくとも、下地膜に対するエッチング選択比が十分にとれるものである必要がある。つまり、下地膜に対するエッチングレートが低く、半導体膜に対するエッチングレートが高いものを用いればよい。半導体膜のエッチングに用いるガスの例として、Cl2、BCl3、若しくはSiCl4等の塩素系ガス、又はCF4、NF3、SF6、CHF3、若しくはCF4等のフッ素系ガスを用いることができる。 The crystallized semiconductor film is selectively etched and removed. For etching the semiconductor film, a resist pattern is selectively formed on the semiconductor film and dry etching is performed. Here, the etching gas to be used is not limited to a specific one, but at least the etching selectivity with respect to the base film needs to be sufficient. In other words, a material having a low etching rate for the base film and a high etching rate for the semiconductor film may be used. As an example of a gas used for etching a semiconductor film, a chlorine-based gas such as Cl 2 , BCl 3 , or SiCl 4 , or a fluorine-based gas such as CF 4 , NF 3 , SF 6 , CHF 3 , or CF 4 is used. Can do.
更に、本実施の形態にて形成する半導体膜は、側端領域がテーパ形状を有する。テーパ形状を有する半導体膜の作製方法について図4を参照して説明する。 Further, the semiconductor film formed in this embodiment has a tapered side end region. A method for manufacturing a semiconductor film having a tapered shape is described with reference to FIGS.
まず、全面に形成された半導体膜130上の所望の位置に第1のレジスト131を形成する(図4(A)を参照。)。次に、第1のレジスト131が形成された状態で、ドライエッチングを行う。このとき用いるエッチングガスは下地膜101に対するエッチングレートが低く、且つ、第1のレジスト131及び半導体膜130に対するエッチングレートが高いガスを選択する。このようなガスを用いることで、下地膜101をエッチング除去することなく、半導体膜130をエッチングすることができ、且つ、半導体膜130のエッチングに伴って第1のレジスト131を後退させて第2のレジスト133とすることができる。そのため、被エッチング膜である半導体膜130の被エッチング深さに差異が生じ、形成される半導体膜132の側端を、テーパ角θのテーパ形状にすることができる(図4(B)を参照。)。ここで用いることのできるガスの一例として、CF4とO2の混合ガス、又はSF6とO2の混合ガスが挙げられる。CF4及びSF6は半導体膜を形成しているシリコンに対するエッチングレートが高く、O2はレジストを後退させる。そのため、これらの混合ガスのガス比を調整することにより、テーパ角θの大きさを調整することができる。すなわち、CF4又はSF6のガス比を大きくするとシリコンのエッチングレートが増加し、O2のガス比を大きくするとレジストの後退が進行するため、CF4又はSF6のガス比を大きくするとテーパ角が大きくなり、O2のガス比を大きくするとテーパ角が小さくなる傾向がある。従って、求めるテーパ角に応じて、ガス比を適宜調整すればよい。
First, a first resist 131 is formed at a desired position on the
次に、第2のレジスト133を残した状態で、半導体膜132の側端にハロゲンを添加するためにプラズマ処理を行う(図4(C)を参照。)。本実施の形態では、添加するハロゲンとして、フッ素(F)を用いる。プラズマ処理に用いるガスとして、C2F6とH2の混合ガス、C4F8とH2の混合ガス、又はCHF3とHeの混合ガス等が挙げられるが、ここでは、CHF3とHeの混合ガスを用いる。一例として、ガスの流量比を7.5:142.5(sccm)とし、チャンバー内の圧力を5.5Pa、にして、コイル型の電極に475WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成し、基板側に300WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマ処理を行うことができる。より好ましくは、ガスの流量比を56:144(sccm)とし、チャンバー内の圧力を7.5Paにして、コイル型の電極に25WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成し、基板側に425WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマ処理を行うことが好ましい。このような条件で処理を行うことにより、半導体膜132の側端領域面にフッ素(F)を添加することができる。プラズマ処理を行った後、O2プラズマによりライトアッシングを行い、レジストを所定の薬液を用いて剥離することにより除去する(図4(D)を参照。)。
Next, plasma treatment is performed in order to add halogen to the side edge of the
なお、上記のプラズマ処理ではCHF3を用いているため、半導体膜132と重畳しない領域の下地膜が若干エッチングされうる。そのため、下地膜101のエッチングが進行しないよう、プラズマの生成条件を調整することが好ましい。
Note that since CHF 3 is used in the above plasma treatment, the base film in a region which does not overlap with the
次に、絶縁膜103を形成する。絶縁膜103の形成は、プラズマ処理により行い、酸化シリコン(SiOx)にて形成する(図4(E)を参照。)。
Next, the insulating
フッ素(F)を含んだ半導体膜132の側端領域132Cは酸化速度が早いため、半導体膜132の側端領域132Cでは、酸化が優先的に進行することになる。ゲート絶縁膜として酸化シリコン(SiOx)膜や酸化窒化シリコン(SiNxOy(x>y>0))膜を形成する場合には、ゲート絶縁膜に接する半導体膜表面の酸化速度に比べて、半導体膜132の側端領域132Cの酸化速度が速いため、側端領域のゲート絶縁膜を厚く形成することができる。なお、側端領域132Cは塩素(Cl)を含んでいても良い。
Since the
なお、プラズマ処理は半導体膜132の表面から行うため、半導体膜132の側端領域132Cのみではなく、絶縁膜103と接する半導体膜132の表面も酸化されることになる。従って、絶縁膜103と接する半導体膜132の表面にも絶縁膜が形成される。
Note that since the plasma treatment is performed from the surface of the
以上のように、絶縁膜103は、酸化シリコン(SiOx)膜、酸化窒化シリコン(SiOxNy)(x>y>0)膜を単層又は積層して形成することができる。
As described above, the insulating
なお、酸素(O2)を含む雰囲気下として、例えば、酸素と希ガス(He、Ne、Ar、Kr、Xeの少なくとも一つを含む)との混合ガス雰囲気下、酸素と水素(H2)と希ガスとの混合ガス雰囲気下、一酸化二窒素(N2O)と希ガスとの混合ガス雰囲気下、または一酸化二窒素と水素と希ガスとの混合ガス雰囲気下で行うことができる。例えば、酸素と、水素と、アルゴン(Ar)と、を含む混合ガスを用いることができる。その場合には、酸素を0.1〜100sccm、水素を0.1〜100sccm、アルゴンを100〜5000sccm含んだ混合ガスを用いることができる。なお、酸素:水素:アルゴン=1:1:100の比率で混合ガスを導入することが好ましい。例えば、酸素を5sccm、水素を5sccm、アルゴンを500sccmとして導入すればよい。 Note that as the atmosphere containing oxygen (O 2 ), for example, oxygen and hydrogen (H 2 ) in a mixed gas atmosphere of oxygen and a rare gas (including at least one of He, Ne, Ar, Kr, and Xe). And a rare gas mixed gas atmosphere, a mixed gas atmosphere of dinitrogen monoxide (N 2 O) and a rare gas, or a mixed gas atmosphere of dinitrogen monoxide, hydrogen, and a rare gas. . For example, a mixed gas containing oxygen, hydrogen, and argon (Ar) can be used. In that case, a mixed gas containing 0.1 to 100 sccm of oxygen, 0.1 to 100 sccm of hydrogen, and 100 to 5000 sccm of argon can be used. Note that the mixed gas is preferably introduced at a ratio of oxygen: hydrogen: argon = 1: 1: 100. For example, oxygen may be introduced at 5 sccm, hydrogen at 5 sccm, and argon at 500 sccm.
なお、プラズマ処理は、上記ガスの雰囲気中において、電子密度が1×1011cm−3以上であり、電子温度が1.5eV以下のプラズマを用いて行う。より詳しくは、電子密度が1×1011cm−3以上1×1013cm−3以下で、電子温度が0.5eV以上1.5eV以下のプラズマを用いる。上記のプラズマの電子密度は高密度であり、基板上に形成された被処理物(ここでは、半導体膜132)付近での電子温度が低いため、被処理物に対するプラズマによる損傷を防止することができる。また、プラズマの電子密度が1×1011cm−3以上と高密度であるため、プラズマ処理を用いて、被照射物を酸化することよって形成される酸化物又は窒化膜は、CVD法やスパッタ法等により形成された膜と比較して膜厚等が均一性に優れ、且つ緻密な膜を形成することができる。また、プラズマの電子温度が1.5eV以下と低いため、従来のプラズマ処理や熱酸化法と比較して低い温度で酸化又は窒化処理を行うことができる。例えば、ガラス基板の歪点よりも100度以上低い温度でプラズマ処理を行っても十分に酸化を行うことができる。また、プラズマを形成するための周波数としては、マイクロ波(2.45GHz)等の高周波を用いることができる。
Note that the plasma treatment is performed using plasma with an electron density of 1 × 10 11 cm −3 or more and an electron temperature of 1.5 eV or less in the atmosphere of the gas. More specifically, plasma having an electron density of 1 × 10 11 cm −3 to 1 × 10 13 cm −3 and an electron temperature of 0.5 eV to 1.5 eV is used. Since the electron density of the plasma is high and the electron temperature in the vicinity of the object to be processed (here, the semiconductor film 132) formed on the substrate is low, damage to the object to be processed can be prevented. it can. In addition, since the electron density of plasma is as high as 1 × 10 11 cm −3 or more, an oxide or nitride film formed by oxidizing an object to be irradiated using plasma treatment can be formed by CVD or sputtering. Compared with a film formed by a method or the like, a film having excellent uniformity in film thickness and the like and a dense film can be formed. In addition, since the electron temperature of plasma is as low as 1.5 eV or less, oxidation or nitridation can be performed at a lower temperature than conventional plasma treatment or thermal oxidation. For example, sufficient oxidation can be performed even if the plasma treatment is performed at a
なお、絶縁膜103の形成後にプラズマにより窒化処理を行ってもよい。窒素を含む雰囲気下として、例えば、窒素(N2)と希ガス(He、Ne、Ar、Kr、Xeの少なくとも一つを含む)との混合ガス雰囲気下、窒素と水素と希ガスとの混合ガス雰囲気下、またはアンモニア(NH3)と希ガスとの混合ガス雰囲気下で行うことができる。
Note that nitriding treatment may be performed by plasma after the insulating
本実施の形態における側端領域132Cにはフッ素(F)を含んでいる。そのため、酸化が促進され、本実施の形態のゲート絶縁膜は、半導体膜132の表面と接する部分よりも半導体膜132の側端領域132Cに接する部分の膜厚が大きくなる。更には、半導体膜132の側端領域132Cがフッ素(F)を含むため、SiOF膜又はSiOF膜に近い膜が形成される。SiOF膜はlow−k膜であるため、誘電率は半導体膜表面と重なる位置の誘電率よりも小さくなる。ゲート絶縁膜をこのように形成することで半導体膜の側面に接するように低誘電率の絶縁膜が厚く形成されるため、半導体膜の側端領域における耐圧が高く、リーク電流の少ない膜を形成することができる。更には、プラズマ処理により形成した絶縁膜は膜厚が均一で、且つ、緻密であるため、耐圧が高く、リーク電流の少ない絶縁膜を形成することができる。
または、側端領域132Cに添加するハロゲンとして塩素(Cl)を用いてもよい。側端領域132Cに添加する元素として塩素を用いることで、側端領域132Cの参加が促進され、半導体膜132の表面と重なる位置よりも半導体膜132の側端領域132Cに接する部分の膜厚が大きくなるようにゲート絶縁膜を形成することができる。
Alternatively, chlorine (Cl) may be used as the halogen added to the
なお、本実施の形態の半導体装置では、薄膜トランジスタが有する半導体膜の側端領域のテーパ角を小さくすることにより、半導体膜端部がハロゲンに暴露される面積を広くとることができ、側端領域132Cへのハロゲンの添加を容易に行うことができる。更には、側端領域のテーパ角を小さくすることで、側端領域上に形成される第1の導電膜のステップカバレージ(段差被覆性)を良好にすることができる。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、テーパ角を45°以上90°以下として形成することもできる。 Note that in the semiconductor device of this embodiment, by reducing the taper angle of the side end region of the semiconductor film included in the thin film transistor, the area of the semiconductor film end exposed to the halogen can be increased, and the side end region can be increased. Halogen can be easily added to 132C. Furthermore, by reducing the taper angle of the side end region, step coverage (step coverage) of the first conductive film formed on the side end region can be improved. However, the present invention is not limited to this, and the taper angle may be 45 ° or more and 90 ° or less.
図14には、半導体膜の側端領域におけるテーパ角の異なる2つの薄膜トランジスタを示している。図14(A)の半導体膜140の側端領域140Cのテーパ角(θ1)は図14(B)の半導体膜141の側端領域141Cのテーパ角(θ2)よりも小さい。そのため、図14(B)に示す半導体装置と比べて図14(A)に示す半導体装置では、半導体膜上に形成されるゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上の第2の導電膜のステップカバレッジが良好になる。更にはテーパ角が小さい形状の方が形成の過程においても、半導体膜の側端領域にハロゲンの添加が容易であり、好ましい。
FIG. 14 shows two thin film transistors having different taper angles in the side end regions of the semiconductor film. The taper angle (θ 1 ) of the
次に、ゲート電極として機能する第1の導電膜104を選択的に形成する。第1の導電膜104は、CVD法やスパッタリング法、液滴吐出法等を用いて成膜し、所望のパターンとなるようにエッチングを行うことで形成することができる。第1の導電膜104は、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)、ニッケル(Ni)、及びネオジム(Nd)から選ばれた一若しくは複数の元素、又は前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成すればよい。第1の導電膜104として、アルミニウム(Al)を使用する際には、タンタル(Ta)を添加して合金化したAl−Ta合金を用いるとヒロックが抑制される。また、ネオジム(Nd)を添加して合金化したAl−Nd合金を用いると、ヒロックが抑制されるだけでなく、抵抗の低い配線を形成することができるため、好ましい。また、リン(P)等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコンに代表される半導体膜やAgPdCu合金を用いてもよい。また、単層でも積層でもよい。例えば窒化チタン膜とモリブデン膜から構成される2層の積層構造又は膜厚50nmのタングステン膜と膜厚500nmのアルミニウムとシリコンの合金膜と膜厚30nmの窒化チタン膜を積層した3層の積層構造としてもよい。また、3層の積層構造とする場合、第1の導電膜の1層目のタングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、第1の導電膜の2層目のアルミニウムとシリコンの合金膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜を用いてもよいし、第1の導電膜の3層目の窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。また、第1の導電膜104は単層で形成してもよいし、積層で形成してもよい。
Next, the first
なお、ゲート電極とは、薄膜トランジスタにおいて、チャネル領域やLDD(Lightly Doped Drain)領域等を形成する半導体膜と、ゲート絶縁膜を介してオーバーラップしている部分の導電膜のことをいう。ゲート配線とは、他の薄膜トランジスタとのゲート電極の間を接続、又はゲート電極と別の配線とを接続するための配線のことを言う。ただし、ゲート電極としても機能し、ゲート配線としても機能するような部分も存在する。そのような領域は、ゲート電極と呼んでも良いし、ゲート配線と呼んでも良い。つまり、ゲート電極とゲート配線とが、明確に区別できないような領域も存在する。例えば、延伸して配置されているゲート配線とオーバーラップしてチャネル領域がある場合、その領域はゲート配線として機能しているが、ゲート電極としても機能していることになる。よって、そのような領域は、ゲート電極と呼んでも良いし、ゲート配線と呼んでも良い。 Note that a gate electrode refers to a portion of a conductive film which overlaps with a semiconductor film that forms a channel region, an LDD (Lightly Doped Drain) region, or the like with a gate insulating film in a thin film transistor. A gate wiring refers to a wiring for connecting a gate electrode to another thin film transistor or connecting a gate electrode to another wiring. However, there is a portion that functions as a gate electrode and also functions as a gate wiring. Such a region may be called a gate electrode or a gate wiring. That is, there is a region where the gate electrode and the gate wiring cannot be clearly distinguished. For example, when there is a channel region that overlaps with an extended gate wiring, the region functions as a gate wiring, but also functions as a gate electrode. Therefore, such a region may be called a gate electrode or a gate wiring.
次に、第1の導電膜104をマスクとして、半導体膜102に一導電型の不純物元素を添加して不純物領域を形成する。不純物領域はソース領域又はドレイン領域として機能する。ここで、不純物元素としては、n型を付与する不純物元素又はp型を付与する不純物元素を用いることができる。n型を示す不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等を用いることができる。p型を示す不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。例えば、不純物元素として、リン(P)を1×1015〜1×1019/cm3の濃度で含まれるように半導体膜132に添加し、n型を示す不純物領域を形成すればよい。図示していないが、チャネル形成領域とソース領域又はドレイン領域との間に、ソース領域又はドレイン領域より低濃度に不純物が添加された低濃度不純物領域(LDD領域)を形成してもよい。不純物添加後にはアニールを行い、不純物の活性化を行う。
Next, using the first
なお、LDD領域とは半導体膜が多結晶シリコンである薄膜トランジスタにおいて、信頼性の向上を目的として形成される領域である。半導体膜が多結晶シリコンであるTFTにおいて、オフ電流を抑えることは重要であり、特に、画素回路などのアナログスイッチとして用いる場合には十分に低いオフ電流が要求される。しかし、ドレイン接合部の逆バイアス強電界により、オフ時にも欠陥を介するリーク電流が存在する。LDD領域により、ドレイン端近傍の電界を緩和するため、オフ電流を低減させることができる。また、ドレイン接合部の逆バイアス電界をチャネル領域とLDD領域の接合部、LDD領域とドレイン領域の接合部に分散させることができ、ドレイン端の電界が緩和されるため、リーク電流が低減される。 Note that an LDD region is a region formed for the purpose of improving reliability in a thin film transistor whose semiconductor film is polycrystalline silicon. In a TFT in which the semiconductor film is polycrystalline silicon, it is important to suppress the off current, and a sufficiently low off current is required particularly when used as an analog switch such as a pixel circuit. However, due to the reverse bias strong electric field at the drain junction, there is a leakage current through the defect even at the off time. Since the electric field in the vicinity of the drain end is relaxed by the LDD region, the off-current can be reduced. Further, the reverse bias electric field at the drain junction can be distributed to the junction between the channel region and the LDD region, and the junction between the LDD region and the drain region, and the electric field at the drain end is relaxed, so that the leakage current is reduced. .
次に、絶縁膜106を形成する。絶縁膜106は、CVD法やスパッタリング法等で形成した、酸化シリコン、酸化窒化シリコン(SiOxNy(x>y>0))、窒化酸化シリコン(SiNxOy(x>y>0))、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)等を用いることができる。また、スピンコート法や、液滴吐出法、スクリーン印刷法等で形成した、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル、エポキシ等の有機材料、又はシロキサン樹脂等のシロキサン材料、オキサゾール樹脂などからなる単層または積層して形成することができる。なお、シロキサン材料とは、Si−O−Si結合を含む材料に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いることもできる。または、置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基と、を用いてもよい。オキサゾール樹脂は、例えば、感光性ポリベンゾオキサゾール等である。感光性ポリベンゾオキサゾールは、誘電率が低く(常温1MHzで誘電率2.9)、耐熱性が高く(示差熱熱重量同時測定(TG/TDA:Thermogravimetry−Differential Thermal Analysis)昇温5℃/minで熱分解温度550℃)、吸水率が低い(常温24時間で0.3%)材料である。オキサゾール樹脂は、ポリイミド等の比誘電率(3.2〜3.4程度)と比較すると、比誘電率が低いため(2.9程度)、寄生容量の発生を抑制し、高速動作を行うことができる。ここでは、絶縁膜106として、CVD法で形成した酸化シリコン、酸化窒化シリコン(SiOxNy(x>y>0))又は窒化酸化シリコン(SiNxOy(x>y>0))を単層又は積層して形成する。また、さらに、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル、エポキシ等の有機材料、シロキサン樹脂等のシロキサン材料、又はオキサゾール樹脂を積層して形成してもよい。
Next, the insulating
次に、電極又は配線となる第2の導電膜107を形成する。第2の導電膜は特定の物に限定されない。第2の導電膜107は、第1の導電膜104と同様に、CVD法やスパッタリング法等を用いて成膜し、パターンを形成するようにエッチングを行うことで選択的に形成することができる。または、液滴吐出法を用いて形成しても良い。第1の導電膜104は、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)、ニッケル(Ni)、及びネオジム(Nd)から選ばれた一若しくは複数の元素、又は前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成すればよい。導電膜にアルミニウム(Al)を使用する際には、タンタル(Ta)を添加して合金化したAl−Ta合金を用いるとヒロックが抑制される。また、ネオジム(Nd)を添加して合金化したAl−Nd合金を用いると、ヒロックが抑制されるだけでなく、抵抗の低い配線を形成することができるため、好ましい。また、リン(P)等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコンに代表される半導体膜やAgPdCu合金を用いてもよい。また、単層でも積層でもよい。例えば、窒化チタン膜とモリブデン膜から構成される2層の積層構造又は膜厚50nmのタングステン膜と膜厚500nmのアルミニウムとシリコンの合金膜と膜厚30nmの窒化チタン膜を積層した3層の積層構造としてもよい。また、3層の積層構造とする場合、第1の導電膜のタングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、第2の導電膜のアルミニウムとシリコンの合金膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜を用いてもよいし、第3の導電膜の窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。導電膜は単層で形成してもよいし、積層で形成してもよい。
Next, a second
以上説明したように、本発明の薄膜トランジスタが形成される。なお、トランジスタの構成は様々な形態をとることができ、特定の構成に限定されない。例えば、トランジスタ一つあたりのゲート本数が2本以上になっているマルチゲート構造を用いてもよい。マルチゲート構造にすることにより、オフ電流を低減し、トランジスタの耐圧を向上させて信頼性を向上させ、飽和領域で動作する時にドレイン・ソース間電圧が変化しても、ドレインとソース間電流があまり変化せず、フラットな特性にすることができる。 As described above, the thin film transistor of the present invention is formed. Note that the structure of the transistor can take a variety of forms and is not limited to a specific structure. For example, a multi-gate structure in which the number of gates per transistor is two or more may be used. With the multi-gate structure, the off-current is reduced, the breakdown voltage of the transistor is improved, the reliability is improved, and even if the drain-source voltage changes when operating in the saturation region, the drain-source current does not change. It does not change so much and can be made flat.
本発明の半導体装置は、半導体膜の側面に接して誘電率の低い絶縁膜が半導体膜表面に接する絶縁膜よりも厚く形成される。そのため、薄膜トランジスタが有する半導体膜側端領域におけるゲート耐圧が向上し、ゲートリーク不良が低減する。更には側端領域において電界強度の緩和が図られるため、所謂寄生トランジスタ効果が抑制される。 In the semiconductor device of the present invention, the insulating film having a low dielectric constant in contact with the side surface of the semiconductor film is formed thicker than the insulating film in contact with the surface of the semiconductor film. Therefore, the gate breakdown voltage in the semiconductor film side end region of the thin film transistor is improved, and the gate leakage defect is reduced. Furthermore, since the electric field strength is reduced in the side end region, the so-called parasitic transistor effect is suppressed.
本発明の半導体装置が有するゲート絶縁膜は、半導体膜を高密度プラズマによりプラズマ処理し、酸化することで設けられている。そのため、半導体膜とゲート絶縁膜間の界面特性が良好になる。つまり、半導体膜側端領域における耐圧が高いだけではなく、半導体膜表面と接する面においても高い耐圧を有するゲート絶縁膜を形成することができる。 The gate insulating film included in the semiconductor device of the present invention is provided by subjecting the semiconductor film to plasma treatment with high-density plasma and oxidizing it. Therefore, interface characteristics between the semiconductor film and the gate insulating film are improved. That is, it is possible to form a gate insulating film not only having a high breakdown voltage in the semiconductor film side end region but also having a high breakdown voltage on the surface in contact with the semiconductor film surface.
本発明を用いることで、ゲート絶縁膜の膜厚が小さい薄膜トランジスタであっても、電気的特性が良好で、且つ信頼性の高いTFTを歩留まりよく作製することができる。 By using the present invention, a thin film transistor with a thin gate insulating film can be manufactured with high yield and high reliability and high reliability.
更には、従来の薄膜トランジスタよりも半導体膜側面に接する絶縁膜が低誘電率であり、厚く形成されているため、半導体膜側端領域におけるゲート絶縁膜の静電破壊を効果的に防止することができる。 Furthermore, since the insulating film in contact with the side surface of the semiconductor film has a lower dielectric constant and is formed thicker than the conventional thin film transistor, it is possible to effectively prevent electrostatic breakdown of the gate insulating film in the end region on the semiconductor film side. it can.
更には、半導体膜のエッチング時に用いるレジストと同一のレジストを用いたプラズマ処理によりハロゲンが添加されるため、作製工程が複雑化することなく、上記の効果を生じせしめることができる。 Furthermore, since halogen is added by plasma treatment using the same resist as that used for etching the semiconductor film, the above-described effect can be produced without complicating the manufacturing process.
ゲート電極下の半導体膜のチャネル形成領域の側端領域に接する厚い絶縁膜を有するため、ゲート絶縁膜の半導体膜表面への被覆不良が半導体装置に及ぼす影響を低減することができる。 Since the thick insulating film that is in contact with the side end region of the channel formation region of the semiconductor film under the gate electrode is provided, it is possible to reduce the influence on the semiconductor device due to the poor coating of the gate insulating film on the semiconductor film surface.
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の半導体装置及びその作製方法であって、実施の形態1とは異なる形態の一例について、図2を参照して説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, an example of a semiconductor device of the present invention and a manufacturing method thereof, which is different from that in Embodiment 1, will be described with reference to FIGS.
図2には本実施の形態で説明する半導体装置の一形態を示している。図2において、図2(A)には本実施の形態で説明する半導体装置の上面図を示し、図2(A)のD−Eにおける断面図を図2(B)に、図2(A)のF−Gにおける断面図を図2(C)に示す。 FIG. 2 shows one mode of a semiconductor device described in this embodiment mode. 2A is a top view of the semiconductor device described in this embodiment, FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line D-E in FIG. 2A, and FIG. ) Is a cross-sectional view taken along line FG in FIG.
図2に示す半導体装置は、実施の形態1で説明した図1に示す半導体装置と同様に、基板200上に下地膜201を介して形成された薄膜トランジスタ205を有する。薄膜トランジスタ205は、半導体膜202上にゲート絶縁膜として機能する絶縁膜203を介して設けられた第1の導電膜204と、第1の導電膜204上に設けられた絶縁膜206と、絶縁膜206上に形成された第2の導電膜207と、を有する。絶縁膜203は、側端領域202Cに接している部分の厚さが、チャネル形成領域202Aに接する領域よりも厚くなっている。基板200は実施の形態1の基板100と同様にガラス基板、SOI基板、シリコン基板等を用いることができ、下地膜201は実施の形態1の下地膜201と同様に形成することができる。
The semiconductor device illustrated in FIG. 2 includes the
薄膜トランジスタ205に含まれる半導体膜202は、結晶質であることが好ましい。半導体膜202は、第1の導電膜204と重畳する領域にチャネル形成領域202Aと、当該チャネル形成領域202Aと隣接するソース領域又はドレイン領域として機能する不純物領域202Bと、を有する。半導体膜202としてはシリコンを主成分とする材料を用いて形成する。シリコンを主成分とする材料としては、シリコン(Si)、シリコンゲルマニウム(SixGey(0<y<x))が挙げられる。本実施の形態では半導体膜202として、多結晶シリコン膜を用いる。半導体膜202の膜厚は50nm以下となるように形成するとよく、好ましくは10nm以上50nm以下となるように形成する。更に好ましくは10nm以上30nm以下となるように形成する。
The
しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体膜には非晶質(アモルファス)半導体を用いてもよいし、セミアモルファス半導体(Semi Amorphous Semiconductor。以下、SASという。)を用いてもよい。なお、SASとは、非晶質半導体と結晶構造を有する半導体(単結晶、多結晶を含む)の中間的な構造の半導体である。このSASは、自由エネルギー的に安定な第3の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち、格子歪みを有する結晶質の半導体であり、その粒径を0.5〜20nmとして非単結晶半導体膜中に分散させて存在せしめることが可能である。SASは、そのラマンスペクトルが520cm−1よりも低波数側にシフトしており、また、X線回折ではSi結晶格子に由来するとされる(111)、(220)の回折ピークが観測される。また、未結合手(ダングリングボンド)を終端させるために水素またはハロゲンを少なくとも1原子%以上含ませている。本明細書では便宜上、このような半導体をSASと呼ぶ。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで安定性が増し良好な特性を有するSASが得られる。なお微結晶半導体(マイクロクリスタル半導体)もSASに含まれる。SASはシリコンを含む気体をグロー放電分解することにより得ることができる。代表的なシリコンを含む気体としては、シラン(SiH4)であり、その他にもSi2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4などを用いることができる。また水素や、水素にヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた少なくとも一種の希ガス元素を含ませたガスで、このシリコンを含む気体を希釈して用いることで、SASの形成を容易なものとすることができる。シリコンを含む気体を、希釈率が2倍〜1000倍になるように希釈することが好ましい。またさらに、シリコンを含む気体中に、CH4、C2H6などの炭化物気体、GeH4、GeF4などのゲルマニウム化気体、F2などを混入させることで、エネルギーバンド幅を1.5〜2.4eV、又は0.9〜1.1eVに調節しても良い。 However, the present invention is not limited to this, and an amorphous semiconductor may be used as the semiconductor film, or a semi-amorphous semiconductor (hereinafter referred to as SAS) may be used. Good. Note that a SAS is a semiconductor having an intermediate structure between an amorphous semiconductor and a semiconductor having a crystal structure (including single crystal and polycrystal). This SAS is a semiconductor having a third state which is stable in terms of free energy, and is a crystalline semiconductor having a short-range order and having a lattice distortion, and having a grain size of 0.5 to 20 nm. It can be dispersed in the crystalline semiconductor film. In SAS, the Raman spectrum is shifted to a lower wavenumber than 520 cm −1 , and diffraction peaks of (111) and (220) that are derived from the Si crystal lattice are observed in X-ray diffraction. In addition, in order to terminate dangling bonds (dangling bonds), at least 1 atomic% or more of hydrogen or halogen is included. In this specification, such a semiconductor is referred to as a SAS for convenience. Furthermore, by adding a rare gas element such as helium, argon, krypton, or neon to further promote lattice distortion, a SAS having improved stability and good characteristics can be obtained. Note that microcrystalline semiconductors (microcrystalline semiconductors) are also included in SAS. SAS can be obtained by glow discharge decomposition of a gas containing silicon. As a typical gas containing silicon, silane (SiH 4 ) can be used, and Si 2 H 6 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiCl 4 , SiF 4, and the like can also be used. In addition, the gas containing silicon and at least one kind of rare gas element selected from helium, argon, krypton, and neon is used by diluting the gas containing silicon to facilitate the formation of the SAS. It can be. It is preferable to dilute the gas containing silicon so that the dilution rate becomes 2 to 1000 times. Furthermore, by mixing a gas containing silicon, a carbide gas such as CH 4 and C 2 H 6 , a germanium gas such as GeH 4 and GeF 4 , F 2, etc., the energy bandwidth is 1.5 to You may adjust to 2.4 eV or 0.9-1.1 eV.
結晶質の半導体膜202を形成するに際して、まずはシリコンの非晶質半導体膜を形成する。非晶質半導体膜を形成する際には、好ましくはモノシラン(SiH4)等の半導体材料ガスを用いて、LPCVD(Low Pressure CVD)法、プラズマCVD法、気相成長法やスパッタリング法により形成する。その他、ジシラン(Si2H6)、ジクロルシラン(SiH2Cl2)、SiHCl3、SiCl4、SiF4等を用いても良い。
In forming the
非晶質半導体膜を結晶化する前には、必要に応じて脱水素工程を行うとよい。非晶質半導体膜の形成に際して、シラン(SiH4)を用いた通常のCVD法を適用すると、膜中に水素が残留する。このように膜中に水素が残留した状態で、当該半導体膜にレーザー光を照射すると、結晶化に最適なエネルギー値の半分程度のエネルギー値を有するレーザー光により、膜が消失してしまう。そのため、脱水素工程を経ることが好ましい。脱水素工程は、窒素(N2)雰囲気中で非晶質半導体膜が形成された基板を加熱することにより行う。この工程により、膜中に残留している水素を除去することができる。非晶質半導体膜の形成をLPCVD法や、スパッタリング法にて行う場合には、脱水素工程は必ずしも必要ではない。 Before the amorphous semiconductor film is crystallized, a dehydrogenation step may be performed as necessary. When a normal CVD method using silane (SiH 4 ) is applied in forming the amorphous semiconductor film, hydrogen remains in the film. When the semiconductor film is irradiated with laser light in a state where hydrogen remains in the film in this manner, the film disappears due to laser light having an energy value about half of the energy value optimum for crystallization. Therefore, it is preferable to go through a dehydrogenation step. The dehydrogenation step is performed by heating the substrate on which the amorphous semiconductor film is formed in a nitrogen (N 2 ) atmosphere. By this step, hydrogen remaining in the film can be removed. In the case where the amorphous semiconductor film is formed by the LPCVD method or the sputtering method, the dehydrogenation step is not necessarily required.
また、必要に応じて、チャネルドープを行ってもよい。チャネルドープとは、半導体膜のチャネル形成領域に所定の濃度の不純物を添加して、意図的に薄膜トランジスタの閾値電圧をシフトさせ、該薄膜トランジスタの閾値を所望の値に制御することをいう。例えば、閾値電圧がマイナス側にシフトしている場合には、ドーパントとしてp型の不純物元素を、プラス側にシフトしている場合にはドーパントにn型の不純物元素を添加する。p型の不純物元素としては、リン(P)又はヒ素(As)等、n型の不純物元素としては、ボロン(B)又はアルミニウム(Al)等が挙げられる。なお、チャネルドープを行うタイミングは特定のものに限定されないが、結晶化前に行うことが好ましい。 Moreover, you may perform channel dope as needed. Channel doping means that an impurity having a predetermined concentration is added to a channel formation region of a semiconductor film, the threshold voltage of the thin film transistor is intentionally shifted, and the threshold value of the thin film transistor is controlled to a desired value. For example, when the threshold voltage is shifted to the negative side, a p-type impurity element is added as a dopant. When the threshold voltage is shifted to the positive side, an n-type impurity element is added to the dopant. Examples of the p-type impurity element include phosphorus (P) and arsenic (As), and examples of the n-type impurity element include boron (B) and aluminum (Al). Note that the timing at which channel doping is performed is not limited to a specific one, but is preferably performed before crystallization.
ここで、非晶質半導体膜の結晶化を行う。非晶質半導体膜の結晶化には熱エネルギーや光エネルギーを用いることができるが、本実施の形態では非晶質半導体膜の結晶化にはレーザー光を用いる。レーザー光を照射することで、結晶化に必要な熱量を該非晶質半導体膜に供給する。レーザー光を用いることで、非晶質半導体膜の局所的な加熱が可能であり、基板にガラスを用いる場合には、基板の温度がガラスの歪み点以下となるように、非晶質半導体膜を結晶化することができる。 Here, the amorphous semiconductor film is crystallized. Although heat energy and light energy can be used for crystallization of the amorphous semiconductor film, laser light is used for crystallization of the amorphous semiconductor film in this embodiment mode. By irradiating with laser light, the heat necessary for crystallization is supplied to the amorphous semiconductor film. By using laser light, the amorphous semiconductor film can be locally heated. When glass is used for the substrate, the amorphous semiconductor film is set so that the temperature of the substrate is lower than the strain point of the glass. Can be crystallized.
レーザーは、レーザー媒質、励起源、共振器により構成される。レーザーを、媒質により分類すると、気体レーザー、液体レーザー、固体レーザーがあり、発振の特徴により分類すると、自由電子レーザー、半導体レーザー、X線レーザーがあるが、本発明では、いずれのレーザーを用いてもよい。なお、好ましくは、気体レーザー又は固体レーザーを用いるとよく、さらに好ましくは固体レーザーを用いるとよい。 The laser is composed of a laser medium, an excitation source, and a resonator. Lasers can be classified into gas lasers, liquid lasers, and solid-state lasers according to the medium. Free lasers, semiconductor lasers, and X-ray lasers can be classified according to the characteristics of oscillation. In the present invention, any laser is used. Also good. Note that a gas laser or a solid laser is preferably used, and a solid laser is more preferably used.
気体レーザーには、ヘリウムネオンレーザー、炭酸ガスレーザー、エキシマレーザー、アルゴンイオンレーザーがある。エキシマレーザーには、希ガスエキシマレーザー、希ガスハライドエキシマレーザーがある。希ガスエキシマレーザーには、アルゴン、クリプトン、キセノンの3種類の励起分子による発振がある。アルゴンイオンレーザーには、希ガスイオンレーザー、金属蒸気イオンレーザーがある。 Gas lasers include helium neon laser, carbon dioxide laser, excimer laser, and argon ion laser. The excimer laser includes a rare gas excimer laser and a rare gas halide excimer laser. A rare gas excimer laser has oscillation by three types of excited molecules, argon, krypton, and xenon. Argon ion lasers include rare gas ion lasers and metal vapor ion lasers.
液体レーザーには、無機液体レーザー、有機キレートレーザー、色素レーザーがある。無機液体レーザー及び有機キレートレーザーは、固体レーザーに利用されているネオジムなどの希土類イオンをレーザー媒質として利用する。 Liquid lasers include inorganic liquid lasers, organic chelate lasers, and dye lasers. Inorganic liquid lasers and organic chelate lasers use rare earth ions such as neodymium, which are used in solid-state lasers, as laser media.
固体レーザーが用いるレーザー媒質は、固体の母体にレーザー作用をする活性種がドープされたものである。固体の母体とは、結晶又はガラスである。結晶とは、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット結晶)、YLF、YVO4、YAlO3、サファイア、ルビー、アレキサンドライドである。また、レーザー作用をする活性種とは、例えば、3価のイオン(Cr3+、Nd3+、Yb3+、Tm3+、Ho3+、Er3+、Ti3+)である。 A laser medium used by a solid-state laser is obtained by doping a solid matrix with an active species that acts as a laser. The solid matrix is a crystal or glass. The crystal is YAG (yttrium / aluminum / garnet crystal), YLF, YVO 4 , YAlO 3 , sapphire, ruby, or alexandride. In addition, the active species having a laser action are, for example, trivalent ions (Cr 3+ , Nd 3+ , Yb 3+ , Tm 3+ , Ho 3+ , Er 3+ , Ti 3+ ).
本実施の形態で用いるレーザーは非晶質半導体膜に吸収される波長のレーザー光を発するものであればよい。本実施の形態では非晶質半導体膜にシリコンを用いているため、用いるレーザー光の波長はシリコンに吸収される、800nm以下のものであればよく、より好ましくは350〜550nm程度である。 The laser used in this embodiment mode only needs to emit laser light having a wavelength that is absorbed by the amorphous semiconductor film. In this embodiment mode, since silicon is used for the amorphous semiconductor film, the wavelength of the laser light used may be 800 nm or less, more preferably about 350 to 550 nm, which is absorbed by silicon.
また、非晶質半導体膜の結晶化に、ニッケル(Ni)等の結晶化を助長する元素を用いた熱結晶化法を用いても良い。 A thermal crystallization method using an element that promotes crystallization, such as nickel (Ni), may be used for crystallization of the amorphous semiconductor film.
結晶化した半導体膜を選択的にエッチングし、除去する。半導体膜のエッチングには半導体膜上に選択的にレジストのパターンを形成して、ドライエッチングを行う。ここで、用いるエッチングガスは特定のものに限定されないが、少なくとも、下地膜に対するエッチング選択比が十分にとれるものである必要がある。つまり、下地膜に対するエッチングレートが低く、半導体膜に対するエッチングレートが高いものを用いればよい。半導体膜のエッチングに用いるガスの例として、Cl2、BCl3、若しくはSiCl4等の塩素系ガス、又はCF4、NF3、SF6、CHF3、若しくはCF4等のフッ素系ガスを用いることができる。 The crystallized semiconductor film is selectively etched and removed. For etching the semiconductor film, a resist pattern is selectively formed on the semiconductor film and dry etching is performed. Here, the etching gas to be used is not limited to a specific one, but at least the etching selectivity with respect to the base film needs to be sufficient. In other words, a material having a low etching rate for the base film and a high etching rate for the semiconductor film may be used. As an example of a gas used for etching a semiconductor film, a chlorine-based gas such as Cl 2 , BCl 3 , or SiCl 4 , or a fluorine-based gas such as CF 4 , NF 3 , SF 6 , CHF 3 , or CF 4 is used. Can do.
次に、半導体膜の側端領域にプラズマ処理を行う。まず、全面に形成された半導体膜130上の所望の位置に第1のレジスト131を形成する(図5(A)を参照。)。次に、第1のレジスト231が形成された状態で、ドライエッチングを行う。このとき用いるエッチングガスは下地膜201及び第1のレジスト231に対するエッチングレートが低く、且つ、半導体膜230に対するエッチングレートが高いガスを選択する。このようなガスを用いることで、下地膜201をエッチング除去することなく、半導体膜230をエッチングすることができる。(図5(B)を参照。)。ここで用いることのできるガスの一例として、CF4又はSF6とHe又はH2の混合ガスが挙げられる。CF4及びSF6は半導体膜を形成しているシリコンに対するエッチングレートが高く、He及びH2はレジストを後退させない。ここで、He及びH2はシリコンのエッチングレートを調整する役割を果たす。
Next, plasma treatment is performed on a side end region of the semiconductor film. First, a first resist 131 is formed at a desired position on the
ここで、第1のレジスト231を後退させて第2のレジスト233とする処理を行う。当該処理には酸素(O2)を用いたライトアッシングを行うか、又は酸素(O2)を含むガスを用いたエッチングを行えばよい。このような処理を行うことで、第1のレジスト231が後退し、第2のレジスト233となる(図5(C)を参照。)。ここで、用いるガスは酸素(O2)に限定されず、第1のレジスト231が後退するものであればよい。 Here, the first resist 231 is moved backward to form the second resist 233. For the treatment, light ashing using oxygen (O 2 ) may be performed, or etching using a gas containing oxygen (O 2 ) may be performed. By performing such treatment, the first resist 231 moves backward to become the second resist 233 (see FIG. 5C). Here, the gas to be used is not limited to oxygen (O 2 ), and any gas may be used as long as the first resist 231 recedes.
次に、第2のレジスト233を残した状態で、半導体膜232の側端領域にハロゲンを添加するためにプラズマ処理を行う(図6(A)を参照。)。本実施の形態では、添加するハロゲンとして、フッ素(F)を用いる。プラズマ処理には、CHF3とHeの混合ガスを用いる。一例として、ガスの流量比を7.5:142.5(sccm)とし、チャンバー内の圧力を5.5Pa、にして、コイル型の電極に475WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成し、基板側に300WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマ処理を行うことができる。より好ましくは、ガスの流量比を56:144(sccm)とし、チャンバー内の圧力を7.5Paにして、コイル型の電極に25WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成し、基板側に425WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマ処理を行うことが好ましい。このような条件で処理を行うことにより、半導体膜232の側端領域にフッ素(F)を添加することができる。プラズマ処理を行った後、O2プラズマによりライトアッシングを行い、レジストを所定の薬液を用いて剥離することにより除去する(図6(B)を参照。)。
Next, plasma treatment is performed in order to add halogen to the side end region of the
なお、上記のプラズマ処理ではCHF3を用いているため、半導体膜232と重畳しない領域の下地膜が若干エッチングされうる。そのため、下地膜201のエッチングが進行しないよう、プラズマの生成条件を調整することが好ましい。
Note that since CHF 3 is used in the above plasma treatment, the base film in a region which does not overlap with the
次に、絶縁膜203を形成する。絶縁膜203の形成は、実施の形態1の絶縁膜203と同様にプラズマ処理により行い、酸化シリコン(SiOx)にて形成する(図6(C)を参照。)。
Next, the insulating
フッ素(F)を含んだ半導体膜232の側端領域232Cは酸化速度が早いため、半導体膜232の側端領域232Cでは、酸化が優先的に進行することになる。ゲート絶縁膜として酸化シリコン(SiOx)膜や酸化窒化シリコン(SiNxOy(x>y>0))膜を形成する場合には、ゲート絶縁膜に接する半導体膜の酸化速度に比べて、半導体膜232の側端領域232Cの酸化速度が速いため、側端領域に接する部分のゲート絶縁膜を厚く形成することができる。
Since the
なお、プラズマ処理は半導体膜232の表面から行うため、半導体膜232の側端領域232Cのみではなく、絶縁膜203と接する半導体膜232の表面も酸化されることになる。従って、絶縁膜203と接する半導体膜232の表面にも絶縁膜が形成される。
Note that since the plasma treatment is performed from the surface of the
以上のように、絶縁膜203は、酸化シリコン(SiOx)膜、酸化窒化シリコン(SiOxNy)(x>y>0)膜を単層又は積層して形成することができる。
As described above, the insulating
なお、酸素(O2)を含む雰囲気下として、例えば、酸素と希ガス(He、Ne、Ar、Kr、Xeの少なくとも一つを含む)との混合ガス雰囲気下、酸素と水素(H2)と希ガスとの混合ガス雰囲気下、一酸化二窒素(N2O)と希ガスとの混合ガス雰囲気下、または一酸化二窒素と水素と希ガスとの混合ガス雰囲気下で行うことができる。例えば、酸素と、水素と、アルゴン(Ar)と、を含む混合ガスを用いることができる。その場合には、酸素を0.1〜100sccm、水素を0.1〜100sccm、アルゴンを100〜5000sccm含んだ混合ガスを用いることができる。なお、酸素:水素:アルゴン=1:1:100の比率で混合ガスを導入することが好ましい。例えば、酸素を5sccm、水素を5sccm、アルゴンを500sccmとして導入すればよい。 Note that as the atmosphere containing oxygen (O 2 ), for example, oxygen and hydrogen (H 2 ) in a mixed gas atmosphere of oxygen and a rare gas (including at least one of He, Ne, Ar, Kr, and Xe). And a rare gas mixed gas atmosphere, a mixed gas atmosphere of dinitrogen monoxide (N 2 O) and a rare gas, or a mixed gas atmosphere of dinitrogen monoxide, hydrogen, and a rare gas. . For example, a mixed gas containing oxygen, hydrogen, and argon (Ar) can be used. In that case, a mixed gas containing 0.1 to 100 sccm of oxygen, 0.1 to 100 sccm of hydrogen, and 100 to 5000 sccm of argon can be used. Note that the mixed gas is preferably introduced at a ratio of oxygen: hydrogen: argon = 1: 1: 100. For example, oxygen may be introduced at 5 sccm, hydrogen at 5 sccm, and argon at 500 sccm.
なお、プラズマ処理は、上記ガスの雰囲気中において、電子密度が1×1011cm−3以上であり、電子温度が1.5eV以下のプラズマを用いて行う。より詳しくは、電子密度が1×1011cm−3以上1×1013cm−3以下で、電子温度が0.5eV以上1.5eV以下のプラズマを用いる。上記のプラズマの電子密度は高密度であり、基板上に形成された被処理物(ここでは、半導体膜232)付近での電子温度が低いため、被処理物に対するプラズマによる損傷を防止することができる。また、プラズマの電子密度が1×1011cm−3以上と高密度であるため、プラズマ処理を用いて、被照射物を酸化することよって形成される酸化物又は窒化膜は、CVD法やスパッタ法等により形成された膜と比較して膜厚等が均一性に優れ、且つ緻密な膜を形成することができる。また、プラズマの電子温度が1.5eV以下と低いため、従来のプラズマ処理や熱酸化法と比較して低い温度で酸化又は窒化処理を行うことができる。例えば、ガラス基板の歪点よりも100度以上低い温度でプラズマ処理を行っても十分に酸化を行うことができる。また、プラズマを形成するための周波数としては、マイクロ波(2.45GHz)等の高周波を用いることができる。
Note that the plasma treatment is performed using plasma with an electron density of 1 × 10 11 cm −3 or more and an electron temperature of 1.5 eV or less in the atmosphere of the gas. More specifically, plasma having an electron density of 1 × 10 11 cm −3 to 1 × 10 13 cm −3 and an electron temperature of 0.5 eV to 1.5 eV is used. Since the electron density of the plasma is high and the electron temperature in the vicinity of the object to be processed (here, the semiconductor film 232) formed on the substrate is low, damage to the object to be processed can be prevented. it can. In addition, since the electron density of plasma is as high as 1 × 10 11 cm −3 or more, an oxide or nitride film formed by oxidizing an object to be irradiated using plasma treatment can be formed by CVD or sputtering. Compared with a film formed by a method or the like, a film having excellent uniformity in film thickness and the like and a dense film can be formed. In addition, since the electron temperature of plasma is as low as 1.5 eV or less, oxidation or nitridation can be performed at a lower temperature than conventional plasma treatment or thermal oxidation. For example, sufficient oxidation can be performed even if the plasma treatment is performed at a
なお、絶縁膜203の形成後にプラズマにより窒化処理を行ってもよい。窒素を含む雰囲気下として、例えば、窒素(N2)と希ガス(He、Ne、Ar、Kr、Xeの少なくとも一つを含む)との混合ガス雰囲気下、窒素と水素と希ガスとの混合ガス雰囲気下、またはアンモニア(NH3)と希ガスとの混合ガス雰囲気下で行うことができる。
Note that nitriding treatment may be performed by plasma after the insulating
以上のように、本実施の形態のゲート絶縁膜は、半導体膜232表面と重なる位置よりも半導体膜232の側端領域232Cに接する部分の膜厚が大きくなる。更には、半導体膜232の側端領域232Cはフッ素(F)を含むため、low−k膜である、SiOF膜又はSiOF膜に近い膜となり、誘電率は半導体膜表面と重なる位置の誘電率よりも小さくなる。ゲート絶縁膜をこのように形成することで側端部に低誘電率の絶縁膜が厚く形成されるため、半導体膜の側端部における耐圧が高く、リーク電流の少ない膜を形成することができる。更には、プラズマ処理により形成した絶縁膜は膜厚が均一で、且つ、緻密であるため、耐圧が高く、リーク電流の少ない絶縁膜を形成することができる。
As described above, in the gate insulating film of this embodiment, the thickness of the portion in contact with the
または、側端領域232Cに添加するハロゲンとして塩素(Cl)を用いてもよい。側端領域232Cに添加する元素として塩素を用いることで、側端領域232Cの酸化が促進され、半導体膜232の表面と重なる位置よりも半導体膜232の側端領域232Cに接する部分の膜厚が大きくなるようにゲート絶縁膜を形成することができる。
Alternatively, chlorine (Cl) may be used as the halogen added to the
なお、本実施の形態の半導体装置では、薄膜トランジスタが有する半導体膜に接して設けられる側端領域のテーパ角を小さくすることにより、半導体膜端部がハロゲンに暴露される面積を広くとることができ、側端領域232Cへのハロゲンの添加を容易に行うことができる。更には、側端領域のテーパ角を小さくすることで、側端領域上に形成される第1の導電膜のステップカバレージ(段差被覆性)を良好にすることができる。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、テーパ角を45°以上90°以下として形成することもできる。
Note that in the semiconductor device of this embodiment mode, by reducing the taper angle of the side end region provided in contact with the semiconductor film included in the thin film transistor, the area where the semiconductor film end is exposed to halogen can be increased. The halogen can be easily added to the
次に、ゲート電極として機能する第1の導電膜204を選択的に形成する。第1の導電膜204は実施の形態1の第1の導電膜104と同様に形成することができる。
Next, a first
次に、第1の導電膜204をマスクとして、半導体膜232に一導電型の不純物元素を添加して不純物領域を形成する。不純物領域はソース領域又はドレイン領域として機能する。ここで、不純物元素としては、n型を付与する不純物元素又はp型を付与する不純物元素を用いることができる。n型を示す不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等を用いることができる。p型を示す不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。例えば、不純物元素として、リン(P)を1×1015〜1×1019/cm3の濃度で含まれるように半導体膜232に添加し、n型を示す不純物領域を形成すればよい。図示していないが、チャネル形成領域とソース領域又はドレイン領域との間に、ソース領域又はドレイン領域より低濃度に不純物が添加された低濃度不純物領域(LDD領域)を形成してもよい。不純物を添加した後にアニールを行うことで、不純物の活性化を行う。
Next, an impurity region is formed by adding an impurity element of one conductivity type to the
なお、LDD領域とは半導体膜が多結晶シリコンである薄膜トランジスタにおいて、信頼性の向上を目的として形成される領域である。半導体膜が多結晶シリコンであるTFTにおいて、オフ電流を抑えることは重要であり、特に、画素回路などのアナログスイッチとして用いる場合には十分に低いオフ電流が要求される。しかし、ドレイン接合部の逆バイアス強電界により、オフ時にも欠陥を介するリーク電流が存在する。LDD領域により、ドレイン端近傍の電界を緩和するため、オフ電流を低減させることができる。また、ドレイン接合部の逆バイアス電界をチャネル領域とLDD領域の接合部、LDD領域とドレイン領域の接合部に分散させることができ、ドレイン端の電界が緩和されるため、リーク電流が低減される。 Note that an LDD region is a region formed for the purpose of improving reliability in a thin film transistor whose semiconductor film is polycrystalline silicon. In a TFT in which the semiconductor film is polycrystalline silicon, it is important to suppress the off current, and a sufficiently low off current is required particularly when used as an analog switch such as a pixel circuit. However, due to the reverse bias strong electric field at the drain junction, there is a leakage current through the defect even at the off time. Since the electric field in the vicinity of the drain end is relaxed by the LDD region, the off-current can be reduced. Further, the reverse bias electric field at the drain junction can be distributed to the junction between the channel region and the LDD region, and the junction between the LDD region and the drain region, and the electric field at the drain end is relaxed, so that the leakage current is reduced. .
次に、絶縁膜206及び第2の導電膜207を形成する。絶縁膜206は、絶縁膜106と同様の材料及び同様の形成方法により形成することができる。第2の導電膜207は、第2の導電膜107と同様の材料及び同様の形成方法により形成することができる。
Next, an insulating
以上説明した工程により、本発明の薄膜トランジスタが形成される。なお、トランジスタの構成は様々な形態をとることができ、特定の構成に限定されない。例えば、トランジスタ一つあたりのゲート本数が2本以上になっているマルチゲート構造を用いてもよい。マルチゲート構造にすることにより、オフ電流を低減し、トランジスタの耐圧を向上させて信頼性を向上させ、飽和領域で動作する時にドレイン・ソース間電圧が変化しても、ドレインとソース間電流があまり変化せず、フラットな特性にすることができる。 Through the process described above, the thin film transistor of the present invention is formed. Note that the structure of the transistor can take a variety of forms and is not limited to a specific structure. For example, a multi-gate structure in which the number of gates per transistor is two or more may be used. With the multi-gate structure, the off-current is reduced, the breakdown voltage of the transistor is improved, the reliability is improved, and even if the drain-source voltage changes when operating in the saturation region, the drain-source current does not change. It does not change so much and can be made flat.
本発明の半導体装置は、半導体膜側面に誘電率の低い絶縁膜が半導体膜表面に接する絶縁膜よりも厚く形成される。そのため、薄膜トランジスタが有する半導体膜側端領域におけるゲート耐圧が向上し、ゲートリーク不良が低減する。更には側端領域において電界強度の緩和が図られるため、所謂寄生トランジスタ効果が抑制される。 In the semiconductor device of the present invention, the insulating film having a low dielectric constant is formed on the side surface of the semiconductor film to be thicker than the insulating film in contact with the semiconductor film surface. Therefore, the gate breakdown voltage in the semiconductor film side end region of the thin film transistor is improved, and the gate leakage defect is reduced. Furthermore, since the electric field strength is reduced in the side end region, the so-called parasitic transistor effect is suppressed.
本発明の半導体装置が有するゲート絶縁膜は、半導体膜を高密度プラズマによりプラズマ処理し、酸化することで設けられている。そのため、半導体膜とゲート絶縁膜間の界面特性が良好になる。つまり、半導体膜側端領域における耐圧が高いだけではなく、半導体膜表面と接する面においても高い耐圧を有するゲート絶縁膜を形成することができる。 The gate insulating film included in the semiconductor device of the present invention is provided by subjecting the semiconductor film to plasma treatment with high-density plasma and oxidizing it. Therefore, interface characteristics between the semiconductor film and the gate insulating film are improved. That is, it is possible to form a gate insulating film not only having a high breakdown voltage in the semiconductor film side end region but also having a high breakdown voltage on the surface in contact with the semiconductor film surface.
本発明を用いることで、ゲート絶縁膜の膜厚が小さい薄膜トランジスタであっても、電気的特性が良好で、且つ信頼性の高いTFTを歩留まりよく作製することができる。 By using the present invention, a thin film transistor with a thin gate insulating film can be manufactured with high yield and high reliability and high reliability.
更には、従来の薄膜トランジスタよりも半導体膜側面に接する絶縁膜が低誘電率であり、厚く形成されているため、半導体膜側端領域におけるゲート絶縁膜の静電破壊を効果的に防止することができる。 Furthermore, since the insulating film in contact with the side surface of the semiconductor film has a lower dielectric constant and is formed thicker than the conventional thin film transistor, it is possible to effectively prevent electrostatic breakdown of the gate insulating film in the end region on the semiconductor film side. it can.
更には、半導体膜のエッチング時に用いるレジストと同一のレジストを用いたプラズマ処理によりハロゲンが添加されるため、作製工程が複雑化することなく、上記の効果を生じせしめることができる。 Furthermore, since halogen is added by plasma treatment using the same resist as that used for etching the semiconductor film, the above-described effect can be produced without complicating the manufacturing process.
ゲート電極下の半導体膜のチャネル形成領域の側端領域に接する厚い絶縁膜を有するため、ゲート絶縁膜の半導体膜表面への被覆不良が半導体装置に及ぼす影響を低減することができる。 Since the thick insulating film that is in contact with the side end region of the channel formation region of the semiconductor film under the gate electrode is provided, it is possible to reduce the influence on the semiconductor device due to the poor coating of the gate insulating film on the semiconductor film surface.
(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態1及び2にて説明した薄膜トランジスタとは異なり、ゲート電極として機能する第1の導電膜の側端部に、サイドウォールとよばれる絶縁膜を有する形態について説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, unlike the thin film transistors described in Embodiments 1 and 2, a mode is described in which an insulating film called a sidewall is provided on a side end portion of the first conductive film functioning as a gate electrode. .
図1(B)にて説明した薄膜トランジスタの第1の導電膜104の側端部にサイドウォールを形成した形態について図7(A)に、図2(B)にて説明した薄膜トランジスタの第1の導電膜204の側端部にサイドウォールを形成した形態について、図7(B)に示す。
A mode in which a sidewall is formed on the side end portion of the first
図7(A)に示す半導体装置は、基板100上に下地膜101を介して形成された薄膜トランジスタ305Aを有する。薄膜トランジスタ305Aは、半導体膜302上に絶縁膜103を介して形成されたゲート電極として機能する第1の導電膜104と、第1の導電膜104の側端部に形成されたサイドウォール300と、第1の導電膜104上に形成された絶縁膜106と、絶縁膜106上に形成された第2の導電膜107と、を有する。半導体膜302はチャネル形成領域302Aと、ソース領域又はドレイン領域として機能する高濃度不純物領域302Cと、不純物濃度が高濃度不純物領域302Cよりも低い、低濃度不純物領域302Bを有し、半導体膜302の高濃度不純物領域302Cの側面に接して側端領域302Dが設けられている。側端領域302Dに接して設けられる絶縁膜103は厚く形成されている。
The semiconductor device illustrated in FIG. 7A includes a
図7(B)に示す半導体装置は、基板100上に下地膜101を介して形成された薄膜トランジスタ305Bを有する。薄膜トランジスタ305Bは、半導体膜303上に絶縁膜203を介して形成されたゲート電極として機能する第1の導電膜204と、第1の導電膜204の側端部に形成されたサイドウォール301と、第1の導電膜204上に形成された絶縁膜206と、絶縁膜206上に形成された第2の導電膜207と、を有する。半導体膜303はチャネル形成領域303Aと、ソース領域又はドレイン領域として機能する高濃度不純物領域303Cと、不純物濃度が高濃度不純物領域303Cよりも低い、低濃度不純物領域303Bを有し、半導体膜303の高濃度不純物領域303Cの側面に接して側端領域303Dが設けられている。側端領域303Dに接して設けられる絶縁膜103は厚く形成されている。
The semiconductor device illustrated in FIG. 7B includes a thin film transistor 305 </ b> B formed over a
サイドウォール300及びサイドウォール301の形成には、プラズマCVD法やスパッタリング法等を用いて、シリコン、シリコンの酸化物又はシリコンの窒化物等の無機材料を含む膜や、有機樹脂等の有機材料を含む膜を、単層又は積層して形成する。そして、当該絶縁膜を、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより選択的にエッチングして、第1の導電膜の側面に接するように形成することができる。なお、サイドウォール300又はサイドウォール301は、低濃度不純物領域302B又は低濃度不純物領域303Bを形成する際のドーピング用のマスクとして用いることができ、LDD領域の形成に寄与する。
The
なお、LDD領域とは半導体膜が多結晶シリコンである薄膜トランジスタにおいて、信頼性の向上を目的として形成される領域である。半導体膜が多結晶シリコンであるTFTにおいて、オフ電流を抑えることは重要であり、特に、画素回路などのアナログスイッチとして用いる場合には十分に低いオフ電流が要求される。しかし、ドレイン接合部の逆バイアス強電界により、オフ時にも欠陥を介するリーク電流が存在する。LDD領域により、ドレイン端近傍の電界を緩和するため、オフ電流を低減させることができる。また、ドレイン接合部の逆バイアス電界をチャネル領域とLDD領域の接合部、LDD領域とドレイン領域の接合部に分散させることができ、ドレイン端の電界が緩和されるため、リーク電流が低減される。 Note that an LDD region is a region formed for the purpose of improving reliability in a thin film transistor whose semiconductor film is polycrystalline silicon. In a TFT in which the semiconductor film is polycrystalline silicon, it is important to suppress the off current, and a sufficiently low off current is required particularly when used as an analog switch such as a pixel circuit. However, due to the reverse bias strong electric field at the drain junction, there is a leakage current through the defect even at the off time. Since the electric field in the vicinity of the drain end is relaxed by the LDD region, the off-current can be reduced. Further, the reverse bias electric field at the drain junction can be distributed to the junction between the channel region and the LDD region, and the junction between the LDD region and the drain region, and the electric field at the drain end is relaxed, so that the leakage current is reduced. .
本発明の半導体装置は、半導体膜側面に接して誘電率の低い絶縁膜が半導体膜表面に接する絶縁膜よりも厚く形成される。そのため、薄膜トランジスタが有する半導体膜側端領域におけるゲート耐圧が向上し、ゲートリーク不良が低減する。更には側端領域において電界強度の緩和が図られるため、所謂寄生トランジスタ効果が抑制される。 In the semiconductor device of the present invention, the insulating film having a low dielectric constant in contact with the side surface of the semiconductor film is formed thicker than the insulating film in contact with the surface of the semiconductor film. Therefore, the gate breakdown voltage in the semiconductor film side end region of the thin film transistor is improved, and the gate leakage defect is reduced. Furthermore, since the electric field strength is reduced in the side end region, the so-called parasitic transistor effect is suppressed.
本発明の半導体装置が有するゲート絶縁膜は、半導体膜を高密度プラズマによりプラズマ処理し、酸化することで設けられている。そのため、半導体膜とゲート絶縁膜間の界面特性が良好になる。つまり、半導体膜側端領域における耐圧が高いだけではなく、半導体膜表面と接する面においても高い耐圧を有するゲート絶縁膜を形成することができる。 The gate insulating film included in the semiconductor device of the present invention is provided by subjecting the semiconductor film to plasma treatment with high-density plasma and oxidizing it. Therefore, interface characteristics between the semiconductor film and the gate insulating film are improved. That is, it is possible to form a gate insulating film not only having a high breakdown voltage in the semiconductor film side end region but also having a high breakdown voltage on the surface in contact with the semiconductor film surface.
本発明を用いることで、ゲート絶縁膜の膜厚が小さい薄膜トランジスタであっても、電気的特性が良好で、且つ信頼性の高いTFTを歩留まりよく作製することができる。 By using the present invention, a thin film transistor with a thin gate insulating film can be manufactured with high yield and high reliability and high reliability.
更には、従来の薄膜トランジスタよりも半導体膜側端領域に接する絶縁膜が低誘電率であり、厚く形成されているため、半導体膜側端領域におけるゲート絶縁膜の静電破壊を効果的に防止することができる。 Further, since the insulating film in contact with the semiconductor film side end region has a low dielectric constant and is thicker than the conventional thin film transistor, it effectively prevents electrostatic breakdown of the gate insulating film in the semiconductor film side end region. be able to.
更には、半導体膜のエッチング時に用いるレジストと同一のレジストを用いたプラズマ処理によりハロゲンが添加されるため、作製工程が複雑化することなく、上記の効果を生じせしめることができる。 Furthermore, since halogen is added by plasma treatment using the same resist as that used for etching the semiconductor film, the above-described effect can be produced without complicating the manufacturing process.
ゲート電極下の半導体膜のチャネル形成領域の側端領域に接して厚い絶縁膜を有するため、ゲート絶縁膜の半導体膜表面への被覆不良が半導体装置に及ぼす影響を低減することができる。 Since the thick insulating film is in contact with the side end region of the channel formation region of the semiconductor film under the gate electrode, it is possible to reduce the influence of the poor coating of the gate insulating film on the semiconductor film surface on the semiconductor device.
更には、本実施の形態の薄膜トランジスタではLDD領域を有するため、ドレイン端近傍の電界を緩和され、オフ電流が低減され、リーク電流も低減される。そのため、トランジスタの動作を高速にすることができ、且つ消費電力を低く抑えることができる。従って、本実施の形態にて説明したように、本発明の薄膜トランジスタにLDD領域を形成することで、本発明の効果を更に高めることができる。 Furthermore, since the thin film transistor of this embodiment includes an LDD region, an electric field in the vicinity of the drain end is reduced, an off current is reduced, and a leakage current is also reduced. Therefore, the operation of the transistor can be performed at high speed, and power consumption can be suppressed low. Therefore, as described in this embodiment mode, the effect of the present invention can be further enhanced by forming the LDD region in the thin film transistor of the present invention.
更には、本実施の形態の薄膜トランジスタではゲート電極に絶縁膜により形成されるサイドウォールを有するため、ゲート電極上に形成される絶縁膜が当該絶縁膜上に良好に被覆する。 Further, since the thin film transistor of this embodiment includes a sidewall formed of an insulating film on the gate electrode, the insulating film formed over the gate electrode covers the insulating film well.
(実施の形態4)
上記の実施の形態1乃至4にて説明した半導体装置として、無線通信可能な半導体装置が挙げられる。本実施の形態では、実施の形態1乃至4のいずれかを適用して作製した、無線通信可能な半導体装置について説明する。
(Embodiment 4)
As the semiconductor device described in any of Embodiments 1 to 4, a semiconductor device capable of wireless communication can be given. In this embodiment, a semiconductor device capable of wireless communication manufactured by applying any of Embodiments 1 to 4 will be described.
本実施の形態の半導体装置400の一構成例を図8に示す。半導体装置400はアンテナ回路402と、復調回路403と、クロック発生回路404と、電源回路405と、制御回路406と、記憶回路407と、変調回路408と、を有する。 One structural example of the semiconductor device 400 of this embodiment is shown in FIG. The semiconductor device 400 includes an antenna circuit 402, a demodulation circuit 403, a clock generation circuit 404, a power supply circuit 405, a control circuit 406, a memory circuit 407, and a modulation circuit 408.
アンテナ回路402は、リーダ/ライタ401から供給された搬送波を、交流の電気信号に変換する。アンテナ回路は、整流回路を有していることが好ましい。 The antenna circuit 402 converts the carrier wave supplied from the reader / writer 401 into an AC electrical signal. The antenna circuit preferably has a rectifier circuit.
本発明に用いることのできるアンテナの形状については特に限定されない。そのため、半導体装置400におけるアンテナ回路402に適用する信号の伝送方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式又は電波方式、光方式等を用いることができる。伝送方式は、実施者が使用用途を考慮して適宜選択すればよく、伝送方式に伴って最適な長さ及び形状を有するアンテナを設ければよい。本発明では信号の伝送方式として、電波方式を用いることができ、更にはマイクロ波方式を用いることができる。 The shape of the antenna that can be used in the present invention is not particularly limited. Therefore, as a signal transmission method applied to the antenna circuit 402 in the semiconductor device 400, an electromagnetic coupling method, an electromagnetic induction method, a radio wave method, an optical method, or the like can be used. The transmission method may be appropriately selected by the practitioner in consideration of the intended use, and an antenna having an optimal length and shape may be provided according to the transmission method. In the present invention, a radio wave system can be used as a signal transmission system, and a microwave system can also be used.
伝送方式として電磁結合方式又は電磁誘導方式(例えば、13.56MHz帯)を適用する場合には、電界密度の変化による電磁誘導を利用するため、アンテナとして機能する導電膜を輪状(例えば、ループアンテナ)又はらせん状(例えば、スパイラルアンテナ)に形成する。 When an electromagnetic coupling method or an electromagnetic induction method (for example, 13.56 MHz band) is applied as a transmission method, a conductive film that functions as an antenna is formed into a ring shape (for example, a loop antenna) in order to use electromagnetic induction due to a change in electric field density. ) Or a spiral shape (for example, a spiral antenna).
伝送方式として電波方式の一種であるマイクロ波方式(例えば、UHF帯(860〜960MHz帯)又は2.45GHz帯等)を適用する場合には、信号の伝送に用いる電波の波長を考慮してアンテナとして機能する導電膜の長さや形状を適宜設定すればよい。アンテナとして機能する導電膜を例えば、線状(例えば、ダイポールアンテナ)、平坦な形状(例えば、パッチアンテナ)等に形成することができる。また、アンテナとして機能する導電膜の形状は線状に限られず、電磁波の波長を考慮して曲線状や蛇行形状又はこれらを組み合わせた形状で設けてもよい。 When a microwave method (for example, UHF band (860 to 960 MHz band) or 2.45 GHz band) is applied as a transmission method, an antenna is considered in consideration of the wavelength of the radio wave used for signal transmission. The length and shape of the conductive film functioning as the above may be set as appropriate. The conductive film functioning as an antenna can be formed into, for example, a linear shape (for example, a dipole antenna), a flat shape (for example, a patch antenna), or the like. The shape of the conductive film functioning as an antenna is not limited to a linear shape, and may be provided in a curved shape, a meandering shape, or a combination thereof in consideration of the wavelength of electromagnetic waves.
ここで、アンテナ回路402に設けるアンテナの形状の一例を図9に示す。例えば、図9(A)に示すように信号処理回路が設けられたチップ420の周りに一面のアンテナ421を配した構造を取っても良い。また、図9(B)に示すように信号処理回路が設けられたチップ422の周りに細いアンテナ423をチップ422の周囲を回るように配した構造をとってもよい。また、図9(C)に示すように信号処理回路が設けられたチップ424に対して、高周波数の電磁波を受信するためのアンテナ425のような形状のアンテナを配してもよい。また、図9(D)に示すように信号処理回路が設けられたチップ426に対して180度無指向性(どの方向からでも同じく受信可能)のアンテナ427のような形状のアンテナを配してもよい。また、図12(E)に示すように、信号処理回路が設けられたチップ428に対して、棒状に長く伸ばしたアンテナ429のような形状のアンテナを配してもよい。アンテナ回路402はこれらの形状のアンテナを組み合わせて用いることができる。
Here, an example of the shape of the antenna provided in the antenna circuit 402 is shown in FIG. For example, as shown in FIG. 9A, a structure in which one
また、図9において、信号処理回路が設けられたチップ420等とアンテナ421等との接続方法については特に限定されない。図9(A)を例に挙げると、アンテナ421と信号処理回路が設けられたチップ420をワイヤボンディング接続やバンプ接続により接続する、あるいはチップの一部を電極にしてアンテナ421に貼り付けるという方法を取ってもよい。この方式では異方性導電性フィルム(Anisotropic Conductive Film。以下、ACFという。)を用いてチップ420をアンテナ421に貼り付けることができる。また、アンテナに必要な長さは受信に用いる周波数によって異なる。例えば周波数が2.45GHzの場合、半波長ダイポールアンテナを設けるならアンテナの長さは約60mm(1/2波長)、モノポールアンテナを設けるならアンテナの長さは約30mm(1/4波長)とすればよい。特に好ましくは周波数が900MHzの場合に100mm以上150mm以下のアンテナを用いて電波方式により送受信を行う。
Further, in FIG. 9, there is no particular limitation on a method for connecting the
復調回路403は、アンテナ回路402が変換した交流の電気信号を復調し、復調した信号を制御回路406に送信する。なお、復調回路403は特に必要のない場合には設けなくともよい。 The demodulation circuit 403 demodulates the AC electrical signal converted by the antenna circuit 402 and transmits the demodulated signal to the control circuit 406. Note that the demodulation circuit 403 is not necessarily provided if it is not particularly necessary.
クロック発生回路404は、制御回路406と、記憶回路407の動作に必要なクロック信号を供給する。回路構成の例としては、発振回路で構成してもよいし、分周回路で構成してもよい。 The clock generation circuit 404 supplies a clock signal necessary for the operation of the control circuit 406 and the memory circuit 407. As an example of the circuit configuration, an oscillation circuit or a frequency divider circuit may be used.
電源回路405は、アンテナ回路402にて変換された交流の電気信号を用いて電源電圧を生成し、動作に必要な電源電圧を各回路に供給する。 The power supply circuit 405 generates a power supply voltage using the AC electrical signal converted by the antenna circuit 402, and supplies the power supply voltage necessary for the operation to each circuit.
制御回路406は、復調回路403にて復調された信号に基づき、命令の解析、記憶回路407の制御、及び外部に送信するデータについて、変調回路408への出力等を行う。制御回路406は、符号化回路等を有していても良い。符号化回路とは、記憶回路407のデータから抽出された、半導体装置と無線通信を行うリーダ/ライタ401に送信するデータの全部又は一部を符号化された信号に変換する。 Based on the signal demodulated by the demodulation circuit 403, the control circuit 406 performs instruction analysis, control of the storage circuit 407, and output to the modulation circuit 408 for data to be transmitted to the outside. The control circuit 406 may include an encoding circuit or the like. The encoding circuit converts all or a part of the data extracted from the data in the storage circuit 407 and transmitted to the reader / writer 401 that performs wireless communication with the semiconductor device into an encoded signal.
記憶回路407は、半導体装置400が有すべき情報を記憶できるものであればよい。記憶回路407は、記憶素子を含む回路と、制御回路406に従って、データの書き込み及びデータの読み出しを行う制御回路を有する。記憶回路407には、少なくとも、半導体装置400自体の個体識別情報(ID)が記憶されている。個体識別情報(ID)は、他の半導体装置(利用者が所有している他の半導体装置及び当該利用者以外の者が所有する半導体装置)と区別するために用いられる。また、記憶回路407は、有機メモリ、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、SRAM(Static Random Access Memory)、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)、マスクROM(Read Only Memory)、PROM(Programmable Read Only Memory)、EPROM(Electrically Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、及びフラッシュメモリから選択された一種又は複数種を有する。記憶内容が半導体装置400に固有の情報(個体識別情報(ID)等)であれば電源が供給されずとも記憶の保持が可能な不揮発性メモリを用い、半導体装置400が行う処理に際して一時的な記憶を保持するのであれば、揮発性メモリを用いればよい。特に、半導体装置400が電池を有していないパッシブ型である場合には、不揮発性メモリを用いることが好ましい。 The memory circuit 407 may be any circuit that can store information that the semiconductor device 400 should have. The memory circuit 407 includes a circuit including a memory element and a control circuit that performs data writing and data reading in accordance with the control circuit 406. The storage circuit 407 stores at least individual identification information (ID) of the semiconductor device 400 itself. The individual identification information (ID) is used to distinguish from other semiconductor devices (other semiconductor devices owned by a user and semiconductor devices owned by a person other than the user). The memory circuit 407 includes an organic memory, a DRAM (Dynamic Random Access Memory), a SRAM (Static Random Access Memory), a FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory), and a mask ROM (Read Only Memory). One or more types selected from an EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory), an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), and a flash memory. If the stored content is information unique to the semiconductor device 400 (individual identification information (ID) or the like), a nonvolatile memory that can hold the memory even when power is not supplied is used. If the memory is retained, a volatile memory may be used. In particular, when the semiconductor device 400 is a passive type that does not have a battery, it is preferable to use a nonvolatile memory.
有機メモリは、一対の導電層間に有機化合物を含む層が挟まれた構造を有し、構造が単純であるため、少なくとも二つの利点がある。一つは作製工程を簡略化することができ、コストを削減することができる点である。もう一つは積層体の面積を小型化することが容易であり、大容量化を容易に実現することができる点である。このため、記憶回路407には有機メモリを用いることが好ましい。 An organic memory has a structure in which a layer containing an organic compound is sandwiched between a pair of conductive layers, and has a simple structure, and thus has at least two advantages. One is that the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced. The other is that the area of the laminated body can be easily reduced, and a large capacity can be easily realized. Therefore, an organic memory is preferably used for the memory circuit 407.
変調回路408は、制御回路406からのデータに基づき、アンテナ回路402に負荷変調を加える。 The modulation circuit 408 applies load modulation to the antenna circuit 402 based on the data from the control circuit 406.
本発明の半導体装置は、ゲート耐圧が高く、ゲートリーク不良が低減されている。そのため、消費電力の少ない半導体装置を作製することができる。 The semiconductor device of the present invention has a high gate breakdown voltage and reduced gate leakage defects. Therefore, a semiconductor device with low power consumption can be manufactured.
また、半導体装置内の素子が微細化され、それに伴ってゲート絶縁膜の膜厚が小さくなっても、電気的特性が良好で、且つ信頼性の高い半導体装置を歩留まりよく作製することができる。 Further, even when elements in the semiconductor device are miniaturized and the thickness of the gate insulating film is accordingly reduced, a semiconductor device with favorable electrical characteristics and high reliability can be manufactured with high yield.
更には、本発明の半導体装置では、従来の薄膜トランジスタよりも半導体膜側面に接する絶縁膜が低誘電率であり、厚く形成されているため、半導体膜側端領域におけるゲート絶縁膜の静電破壊を効果的に防止することができ、信頼性を向上させることができる。 Furthermore, in the semiconductor device of the present invention, since the insulating film in contact with the side surface of the semiconductor film has a low dielectric constant and is thicker than the conventional thin film transistor, electrostatic breakdown of the gate insulating film in the semiconductor film side end region is prevented. It can prevent effectively and can improve reliability.
(実施の形態5)
本発明は記憶素子にも適用することができる。その一例として、本発明を適用して作製した不揮発性メモリについて図10及び図11を参照して説明する。
(Embodiment 5)
The present invention can also be applied to a memory element. As an example, a nonvolatile memory manufactured by applying the present invention will be described with reference to FIGS.
図10には、不揮発性メモリの一例として、NOR型フラッシュメモリが有している記憶素子の断面図を示している。NOR型フラッシュメモリは、例えばマザーボード(メインボードともいう。)上に装着され、BIOS(Basic Input Output System)の記録に用いられる。なお、マザーボートとはコンピュータの部品の一つであり、CPU(Central Processing Unit)などの各種モジュールを装着するものである。 FIG. 10 is a cross-sectional view of a memory element included in a NOR flash memory as an example of a nonvolatile memory. The NOR type flash memory is mounted on, for example, a mother board (also referred to as a main board), and is used for recording a BIOS (Basic Input Output System). The mother boat is one of the components of the computer and is used to mount various modules such as a CPU (Central Processing Unit).
記憶素子を作製するに際しても、作製方法については実施の形態1乃至3にて説明した工程と同様である。以下、記憶素子の構成について説明する。 In manufacturing the memory element, the manufacturing method is the same as that described in Embodiment Modes 1 to 3. Hereinafter, the configuration of the memory element will be described.
図10には、基板500上に2つの記憶素子510を有する構成について説明する。記憶素子510は基板500上に設けられた下地膜501上に半導体膜502を有する。半導体膜502はチャネル形成領域502A、及びソース領域又はドレイン領域として機能する不純物領域502Bを有する。半導体膜502には側端領域502Cが設けられ、側端領域502Cに接する絶縁膜503は厚く形成されている。半導体膜502のチャネル形成領域502A上にはゲート絶縁膜503を介してフローティングゲートとして機能する第1の導電膜504が設けられている。第1の導電膜504上には絶縁膜505を介してコントロールゲートとして機能する第2の導電膜506が設けられている。第2の導電膜506上には絶縁膜507が設けられている。絶縁膜507は半導体膜502の不純物領域502Bを露出する開口部を有し、絶縁膜507上に設けられている第3の導電膜508は、当該開口部により、半導体膜502の不純物領域502Bと接続されている。
FIG. 10 illustrates a structure including two
基板500には、実施の形態1の基板100と同様のものを用いることができる。下地膜501には、実施の形態1の下地膜101と同様の材料及び方法を用いて形成することができる。半導体膜502には、実施の形態1の半導体膜102と同様の材料及び方法を用いて形成することができる。絶縁膜503には、実施の形態1の絶縁膜103と同様の材料及び方法を用いて形成することができる。第1の導電膜504、第2の導電膜506、及び第3の導電膜508には、実施の形態1の第1の導電膜104及び第2の導電膜107と同様の材料及び方法を用いて形成することができる。絶縁膜505及び絶縁膜507は実施の形態1の絶縁膜103又は絶縁膜106と同様の材料及び方法を用いて形成することができる。
As the
なお、図10には図示していないが、半導体膜502は低濃度不純物領域(LDD領域)を有する構造であってもよい。また、コントロールゲート及びフローティングゲートにサイドウォールを有していても良い。
Although not shown in FIG. 10, the
なお、LDD領域とは半導体膜が多結晶シリコンである薄膜トランジスタにおいて、信頼性の向上を目的として形成される領域である。半導体膜が多結晶シリコンであるTFTにおいて、オフ電流を抑えることは重要であり、特に、画素回路などのアナログスイッチとして用いる場合には十分に低いオフ電流が要求される。しかし、ドレイン接合部の逆バイアス強電界により、オフ時にも欠陥を介するリーク電流が存在する。LDD領域により、ドレイン端近傍の電界を緩和するため、オフ電流を低減させることができる。また、ドレイン接合部の逆バイアス電界をチャネル領域とLDD領域の接合部、LDD領域とドレイン領域の接合部に分散させることができ、ドレイン端の電界が緩和されるため、リーク電流が低減される。 Note that an LDD region is a region formed for the purpose of improving reliability in a thin film transistor whose semiconductor film is polycrystalline silicon. In a TFT in which the semiconductor film is polycrystalline silicon, it is important to suppress the off current, and a sufficiently low off current is required particularly when used as an analog switch such as a pixel circuit. However, due to the reverse bias strong electric field at the drain junction, there is a leakage current through the defect even at the off time. Since the electric field in the vicinity of the drain end is relaxed by the LDD region, the off-current can be reduced. Further, the reverse bias electric field at the drain junction can be distributed to the junction between the channel region and the LDD region, and the junction between the LDD region and the drain region, and the electric field at the drain end is relaxed, so that the leakage current is reduced. .
なお、基板500上に設ける素子は、半導体装置の用途によって適宜調節するとよい。例えば消去電圧制御回路を搭載するとよい。必要に応じて、抵抗素子や容量素子などを設けてもよい。
Note that elements provided over the
上述したフラッシュメモリの回路図の一例を図11に示す。書き込み及び読み込み動作にはワード線W1〜W7とビット線B1〜B4を用いて行う。ワード線及びビット線は各々の動作を制御する回路に接続されている。または、後の工程で各々の動作を制御するような回路に延伸する配線に接続してもよい。また、ワード線はメモリ素子中のゲート電極に、ビット線はメモリ素子中のソース電極又はドレイン電極に接続されている。また、点線で囲まれた領域520が一の記憶素子510に相当する。
An example of a circuit diagram of the flash memory described above is shown in FIG. Writing and reading operations are performed using the word lines W1 to W7 and the bit lines B1 to B4. The word line and the bit line are connected to a circuit for controlling each operation. Or you may connect to the wiring extended | stretched to the circuit which controls each operation | movement by a next process. The word line is connected to the gate electrode in the memory element, and the bit line is connected to the source electrode or the drain electrode in the memory element. A
図示していないが、多層配線構造を採用することでより複雑な回路構成の装置を小型で実装することも可能である。 Although not shown, it is possible to mount a device having a more complicated circuit configuration in a small size by adopting a multilayer wiring structure.
なお、ここではNOR型フラッシュメモリについてのみ述べたが、NAND型フラッシュメモリにも本発明を適用することができる。 Although only the NOR flash memory has been described here, the present invention can also be applied to a NAND flash memory.
本発明を適用した記憶素子は、ゲート耐圧が高く、ゲートリーク不良が低減されている。そのため、消費電力の少ない半導体装置を作製することができる。 A memory element to which the present invention is applied has a high gate breakdown voltage and reduced gate leakage defects. Therefore, a semiconductor device with low power consumption can be manufactured.
また、記憶素子内の素子が微細化され、それに伴ってゲート絶縁膜の膜厚が小さくなっても、電気的特性が良好で、且つ信頼性の高い半導体装置を歩留まりよく作製することができる。 Further, even when the element in the memory element is miniaturized and the thickness of the gate insulating film is reduced accordingly, a semiconductor device with favorable electrical characteristics and high reliability can be manufactured with high yield.
更には、本発明の記憶素子では、半導体膜側面に接する絶縁膜が低誘電率であり、厚く形成されているため、半導体膜側端領域におけるゲート絶縁膜の静電破壊を効果的に防止することができ、信頼性を向上させることができる。 Furthermore, in the memory element of the present invention, since the insulating film in contact with the side surface of the semiconductor film has a low dielectric constant and is formed thick, it effectively prevents electrostatic breakdown of the gate insulating film in the end region on the semiconductor film side. And reliability can be improved.
なお、本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。
(実施の形態6)
本実施の形態では、CPUの構成についてブロック図を用いて説明する。
Note that this embodiment can be freely combined with any of the other embodiments in this specification.
(Embodiment 6)
In this embodiment, a structure of a CPU will be described with reference to a block diagram.
図12に示すCPUは、基板700上に、演算回路701(Arithmetic logic unit。ALUともいう。)、演算回路用の制御部702(ALU Controller)、命令解析部703(Instruction Decoder)、割り込み制御部704(Interrupt Controller)、タイミング制御部705(Timing Controller)、レジスタ706(Register)、レジスタ制御部707(Register Controller)、バスインターフェース708(Bus I/F)、書き換え可能なROM709、及びROMインターフェース720(ROM I/F)を主に有している。またROM709及びROMインターフェース720は、別チップに設けても良い。
12 includes an arithmetic circuit 701 (also referred to as an ALU), an arithmetic circuit control unit 702 (ALU Controller), an instruction analysis unit 703 (Instruction Decoder), and an interrupt control unit. 704 (Interrupt Controller), timing controller 705 (Timing Controller), register 706 (Register), register controller 707 (Register Controller), bus interface 708 (Bus I / F), rewritable ROM 709, and ROM interface 720 ( ROM I / F). The ROM 709 and the
以上の回路を実施の形態1乃至3に示した方法により形成されるガラス基板上の薄膜トランジスタを用いて形成することができる。 The above circuit can be formed using a thin film transistor over a glass substrate formed by the method described in Embodiment Modes 1 to 3.
なお、図12に示すCPUは、その構成を簡略化して示した一例にすぎず、実際のCPUはその用途によって多種多様な構成を有している。 Note that the CPU illustrated in FIG. 12 is merely an example in which the configuration is simplified, and an actual CPU has various configurations depending on the application.
バスインターフェース708を介してCPUに入力された命令は、命令解析部703に入力され、デコードされた後、演算回路用の制御部702、割り込み制御部704、レジスタ制御部707、タイミング制御部705に入力される。
An instruction input to the CPU via the
演算回路用の制御部702、割り込み制御部704、レジスタ制御部707、タイミング制御部705は、デコードされた命令に基づき、各種制御を行う。具体的に演算回路用の制御部702は、演算回路701の動作を制御するための信号を生成する。また、割り込み制御部704は、CPUのプログラム実行中に、外部の入出力装置や、周辺回路からの割り込み要求を、その優先度やマスク状態から判断し、処理する。レジスタ制御部707は、レジスタ706のアドレスを生成し、CPUの状態に応じてレジスタ706の読み出しや書き込みを行う。
An arithmetic
またタイミング制御部705は、演算回路701、演算回路用の制御部702、命令解析部703、割り込み制御部704、レジスタ制御部707の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えばタイミング制御部705は、基準クロック信号CLK1(721)を元に、内部クロック信号CLK2(722)を生成する内部クロック生成部を備えており、クロック信号CLK2を上記各種回路に供給する。
The
本発明の薄膜トランジスタは、ゲート耐圧が高く、ゲートリーク不良が低減されている。そのため、消費電力の少ないCPUを作製することができる。これは、他の半導体装置よりも消費電力が大きいCPUにとって特に大きな利点となる。 The thin film transistor of the present invention has a high gate breakdown voltage and reduced gate leakage defects. Therefore, a CPU with low power consumption can be manufactured. This is a particularly great advantage for a CPU that consumes more power than other semiconductor devices.
また、半導体装置内の素子が微細化され、それに伴ってゲート絶縁膜の膜厚が小さくなっても、電気的特性が良好で、且つ信頼性の高い半導体装置を歩留まりよく作製することができる。 Further, even when elements in the semiconductor device are miniaturized and the thickness of the gate insulating film is accordingly reduced, a semiconductor device with favorable electrical characteristics and high reliability can be manufactured with high yield.
更には、本発明の半導体装置では、従来の薄膜トランジスタよりも半導体膜側面に接する絶縁膜が低誘電率であり、厚く形成されているため、半導体膜側端領域におけるゲート絶縁膜の静電破壊を効果的に防止することができ、信頼性を向上させることができる。 Furthermore, in the semiconductor device of the present invention, since the insulating film in contact with the side surface of the semiconductor film has a low dielectric constant and is thicker than the conventional thin film transistor, electrostatic breakdown of the gate insulating film in the semiconductor film side end region is prevented. It can prevent effectively and can improve reliability.
なお、本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。 Note that this embodiment can be freely combined with any of the other embodiments in this specification.
(実施の形態7)
本発明を適用した無線通信可能な半導体装置800は、電磁波の送信と受信ができるという機能を活用して、様々な物品やシステムに用いることができる。物品とは、例えば、鍵(図13(A)を参照。)、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類(運転免許証や住民票等、図13(B)を参照。)、書籍類、容器類(シャーレ等、図13(C)を参照。)、包装用容器類(包装紙やボトル等、図13(E)(F)を参照。)、記録媒体(ディスクやビデオテープ等)、乗物類(自転車等)、装身具(鞄や眼鏡等、図13(D)を参照。)、食品類、衣類、生活用品類、電子機器(液晶表示装置、EL表示装置、テレビジョン装置、携帯端末等)等である。本発明の半導体装置は、上記のような様々な形状の物品の表面に貼り付けたり、埋め込んだりして、固定又は搭載される。また、システムとは、物品管理システム、認証機能システム、流通システム等であり、本発明の半導体装置を用いることにより、システムの信頼性を向上させることができる。
(Embodiment 7)
A semiconductor device 800 capable of wireless communication to which the present invention is applied can be used for various articles and systems by utilizing a function of transmitting and receiving electromagnetic waves. For example, the article is a key (see FIG. 13A), banknotes, coins, securities, bearer bonds, certificates (driver's license, resident's card, etc., see FIG. 13B). Books, containers (petrials, etc., see FIG. 13C), packaging containers (wrapping paper, bottles, etc., see FIGS. 13E and 13F), recording media (discs and videos) Tapes, etc.), vehicles (bicycles, etc.), jewelry (eg, bags, glasses, etc., see FIG. 13D), foods, clothing, household goods, electronic devices (liquid crystal display devices, EL display devices, televisions) Device, portable terminal, etc.). The semiconductor device of the present invention is fixed or mounted by being attached or embedded on the surface of an article having various shapes as described above. The system is an article management system, an authentication function system, a distribution system, or the like, and the reliability of the system can be improved by using the semiconductor device of the present invention.
なお、本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。 Note that this embodiment can be freely combined with any of the other embodiments in this specification.
100 基板
101 下地膜
102 半導体膜
103 絶縁膜
104 第1の導電膜
105 薄膜トランジスタ
106 絶縁膜
107 第2の導電膜
130 半導体膜
131 第1のレジスト
132 半導体膜
133 第2のレジスト
140 半導体膜
141 半導体膜
200 基板
201 下地膜
202 半導体膜
203 絶縁膜
204 第1の導電膜
205 薄膜トランジスタ
206 絶縁膜
207 第2の導電膜
230 半導体膜
231 第1のレジスト
232 半導体膜
233 第2のレジスト
300 サイドウォール
301 サイドウォール
302 半導体膜
303 半導体膜
400 半導体装置
401 リーダ/ライタ
402 アンテナ回路
403 復調回路
404 クロック発生回路
405 電源回路
406 制御回路
407 記憶回路
408 変調回路
420 チップ
421 アンテナ
422 チップ
423 アンテナ
424 チップ
425 アンテナ
426 チップ
427 アンテナ
428 チップ
429 アンテナ
500 基板
501 下地膜
502 半導体膜
503 絶縁膜
504 第1の導電膜
505 絶縁膜
506 第2の導電膜
507 絶縁膜
508 第3の導電膜
510 記憶素子
520 領域
700 基板
701 演算回路
702 制御部
703 命令解析部
704 制御部
705 タイミング制御部
706 レジスタ
707 レジスタ制御部
708 バスインターフェース
709 ROM
720 ROMインターフェース
800 半導体装置
102A チャネル形成領域
102B 不純物領域
102C 側端領域
1100 基板
1101 下地膜
1102 半導体膜
1103 絶縁膜
1104 第1の導電膜
1105 薄膜トランジスタ
1106 絶縁膜
1107 第2の導電膜
1108 領域
132C 側端領域
140C 側端領域
141C 側端領域
232C 側端領域
202A チャネル形成領域
202B 不純物領域
202C 側端領域
302A チャネル形成領域
302B 低濃度不純物領域
302C 高濃度不純物領域
302D 側端領域
303A チャネル形成領域
303B 低濃度不純物領域
303C 高濃度不純物領域
303D 側端領域
305A 薄膜トランジスタ
305B 薄膜トランジスタ
502A チャネル形成領域
502B 不純物領域
502C 側端領域
1102A チャネル形成領域
1102B 不純物領域
DESCRIPTION OF
720 ROM interface 800
Claims (12)
前記半導体膜の表面及び側端領域に接して設けられた、開口部を有するゲート絶縁膜と、
前記半導体膜上に前記ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極層と、
前記ゲート電極層上に設けられた開口部を有する絶縁膜と、
前記開口部を有する絶縁膜上に接して設けられ、前記開口部を介して前記半導体膜に接続されるソース電極及びドレイン電極層と、を有し、
前記ゲート絶縁膜の前記半導体膜の側端領域に接する部分はハロゲンを含み、且つ前記半導体膜の表面に接する部分よりも厚いことを特徴とする薄膜トランジスタ。 An island-shaped semiconductor film having a tapered side end region;
A gate insulating film having an opening provided in contact with the surface and side end regions of the semiconductor film;
A gate electrode layer provided on the semiconductor film via the gate insulating film;
An insulating film having an opening provided on the gate electrode layer;
A source electrode and a drain electrode layer provided in contact with the insulating film having the opening and connected to the semiconductor film through the opening;
A thin film transistor, wherein a portion of the gate insulating film in contact with a side end region of the semiconductor film contains halogen and is thicker than a portion in contact with the surface of the semiconductor film.
前記半導体膜の表面及び側端領域に接して設けられた、開口部を有するゲート絶縁膜と、
前記半導体膜上に前記ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極層と、
前記ゲート電極層上に設けられた開口部を有する絶縁膜と、
前記開口部を有する絶縁膜上に接して設けられ、前記開口部を介して前記半導体膜に接続されるソース電極及びドレイン電極層と、を有し、
前記ゲート絶縁膜の前記半導体膜の側端領域に接する部分はハロゲンを含み、且つ前記半導体膜の表面に接する部分よりも厚いことを特徴とする薄膜トランジスタ。 An island-shaped semiconductor film having a tapered side end region provided on the substrate;
A gate insulating film having an opening provided in contact with the surface and side end regions of the semiconductor film;
A gate electrode layer provided on the semiconductor film via the gate insulating film;
An insulating film having an opening provided on the gate electrode layer;
A source electrode and a drain electrode layer provided in contact with the insulating film having the opening and connected to the semiconductor film through the opening;
A thin film transistor, wherein a portion of the gate insulating film in contact with a side end region of the semiconductor film contains halogen and is thicker than a portion in contact with the surface of the semiconductor film.
前記基板はガラス基板又は半導体基板であることを特徴とする薄膜トランジスタ。 In claim 2,
The thin film transistor, wherein the substrate is a glass substrate or a semiconductor substrate.
前記ハロゲンはフッ素であることを特徴とする薄膜トランジスタ。 In any one of Claim 1 thru | or 3,
The thin film transistor, wherein the halogen is fluorine.
前記半導体膜は結晶質のシリコン膜であることを特徴とする薄膜トランジスタ。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
The thin film transistor, wherein the semiconductor film is a crystalline silicon film.
前記ゲート絶縁膜は酸化シリコン膜であることを特徴とする薄膜トランジスタ。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
The thin film transistor, wherein the gate insulating film is a silicon oxide film.
前記第1のレジストを用いて前記半導体膜をエッチングすることで島状の半導体膜を形成しつつ前記第1のレジストから第2のレジストを形成し、
前記第2のレジストを用いて前記島状の半導体膜の側端領域にハロゲンを添加し、
前記第2のレジストを除去し、
前記島状の半導体膜の表面及び側端領域を酸化してゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極層を形成し、
前記ゲート電極層を覆って絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜及び前記絶縁膜に開口部を形成し、
前記開口部及び前記絶縁膜上にソース電極及びドレイン電極層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 Forming a first resist on the semiconductor film;
Forming a second resist from the first resist while forming an island-shaped semiconductor film by etching the semiconductor film using the first resist;
Halogen is added to the side edge region of the island-shaped semiconductor film using the second resist,
Removing the second resist;
A gate insulating film is formed by oxidizing the surface and side edge regions of the island-shaped semiconductor film,
Forming a gate electrode layer on the gate insulating film;
Forming an insulating film covering the gate electrode layer;
Forming an opening in the gate insulating film and the insulating film;
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein a source electrode and a drain electrode layer are formed over the opening and the insulating film.
前記第1のレジストを用いて前記半導体膜をエッチングすることで島状の半導体膜を形成し、
第2のレジストを形成し、
前記第2のレジストを用いて前記島状の半導体膜の側端領域にハロゲンを添加し、
前記第2のレジストを除去し、
前記島状の半導体膜の表面及び側端領域を酸化してゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極層を形成し、
前記ゲート電極層を覆って絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜及び前記絶縁膜に開口部を形成し、
前記開口部及び前記絶縁膜上にソース電極及びドレイン電極層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 Forming a first resist on the semiconductor film;
An island-shaped semiconductor film is formed by etching the semiconductor film using the first resist,
Forming a second resist;
Halogen is added to the side edge region of the island-shaped semiconductor film using the second resist,
Removing the second resist;
A gate insulating film is formed by oxidizing the surface and side edge regions of the island-shaped semiconductor film,
Forming a gate electrode layer on the gate insulating film;
Forming an insulating film covering the gate electrode layer;
Forming an opening in the gate insulating film and the insulating film;
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein a source electrode and a drain electrode layer are formed over the opening and the insulating film.
前記第2のレジストは、酸素ガスを用いて前記第1のレジストを加工することにより形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 In claim 9,
The method for manufacturing a thin film transistor, wherein the second resist is formed by processing the first resist using oxygen gas.
前記ハロゲンの添加にはCHF3プラズマ処理を用いることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 In any one of Claims 8 thru | or 10,
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein CHF 3 plasma treatment is used for the addition of the halogen.
前記絶縁膜は高密度プラズマにより形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 In any one of Claims 8 thru | or 11,
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein the insulating film is formed by high-density plasma.
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WO2011108374A1 (en) * | 2010-03-05 | 2011-09-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
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JP2000357689A (en) * | 1999-05-14 | 2000-12-26 | Lucent Technol Inc | Integrated circuit device with oxide region |
JP2004228365A (en) * | 2003-01-23 | 2004-08-12 | Fujitsu Ltd | SOI type field effect transistor, SOI type semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
2007
- 2007-12-05 JP JP2007314154A patent/JP2008166749A/en not_active Withdrawn
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