JPH0613404A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JPH0613404A
JPH0613404A JP16784492A JP16784492A JPH0613404A JP H0613404 A JPH0613404 A JP H0613404A JP 16784492 A JP16784492 A JP 16784492A JP 16784492 A JP16784492 A JP 16784492A JP H0613404 A JPH0613404 A JP H0613404A
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JP
Japan
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thin film
semiconductor device
forming
gate electrode
manufacturing
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JP16784492A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Oka
秀明 岡
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】低温プロセスで高性能なpoly−SiTFT
を作製するための素子構造及び製造プロセスを提供す
る。 【構成】絶縁ゲート型半導体装置において、シリコンを
主体としボロン等の不純物をドーピングしたチャンネル
領域を含む多結晶半導体層102、ゲート絶縁膜10
3、サイドウォール105を有するゲート電極104、
ゲート電極及び該多結晶半導体層上に選択的に形成され
た不純物をドープした半導体薄膜106、該薄膜上に選
択的に形成された金属薄膜108を少なくとも有する。 【効果】オフセット構造を有するセルフアライン型TF
Tを低温形成でき、更に、ゲート電極及びソースドレイ
ン領域の低抵抗化も同時に実現できる。その結果、高性
能なCMOS型のpoly−SiTFTを安価なガラス
基板上に形成できる。
(57) [Summary] (Modified) [Purpose] High-performance poly-Si TFT with low-temperature process
An element structure and a manufacturing process for manufacturing the same are provided. In an insulated gate semiconductor device, a polycrystalline semiconductor layer 102 including a channel region mainly composed of silicon and doped with impurities such as boron, a gate insulating film 10
3, a gate electrode 104 having a sidewall 105,
It has at least a gate electrode, a semiconductor thin film 106 doped with impurities selectively formed on the polycrystalline semiconductor layer, and a metal thin film 108 selectively formed on the thin film. [Effect] Self-aligned TF with offset structure
T can be formed at a low temperature, and the resistance of the gate electrode and the source / drain region can be reduced at the same time. As a result, a high performance CMOS type poly-Si TFT can be formed on an inexpensive glass substrate.

Description

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

【0001】[0001]

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

【0002】[0002]

【従来の技術】低融点ガラス基板上に、多結晶シリコン
を素子材とした高性能なTFT(薄膜トランジスタ)を
低温形成する試みが活発化している。特に、基板とし
て、コーニング社の7059等の低融点ガラスを用い、
プロセスの最高温度450℃程度以下で、高移動度でオ
ンオフ比の高いCMOS型のpoly−SiTFTを作
製する低温プロセスの実用化が待望されている。
2. Description of the Related Art Attempts for forming low-performance high-performance TFTs (thin film transistors) using polycrystalline silicon as an element material on low-melting-point glass substrates have become active. In particular, low melting glass such as Corning 7059 is used as the substrate,
Practical application of a low temperature process for producing a CMOS type poly-Si TFT having a high mobility and a high on / off ratio at a maximum process temperature of about 450 ° C. or less is desired.

【0003】高性能なpoly−SiTFTを形成する
従来の方法としては、固相成長法でpoly−Si膜を
形成し、イオンインプラ法でソースドレイン領域を形成
する方法が知られている。
As a conventional method for forming a high-performance poly-Si TFT, there is known a method of forming a poly-Si film by a solid phase growth method and forming a source / drain region by an ion implantation method.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な従来のTFT構造及び製造方法では、以下に述べる問
題があった。(1)550℃〜650℃程度のアニール
を数時間〜数十時間行う必要があるため、基板としてコ
ーニング社の7059等の安価な基板を用いることがで
きない。(2)550℃〜650℃程度の固相成長アニ
ールを行っただけでは、多結晶シリコンの結晶化率等の
結晶性を十分に向上させることができず、TFTの電界
効果移動度が100cm2/V・s(Nch)近くの高
性能なTFTを形成することが困難である。(3)セル
フアライン法でゲート電極をマスクとしてソースドレイ
ン領域を形成するため、ドレイン端での電子・正孔対の
生成電流等を原因としたオフリーク電流が発生し、充分
なオンオフ比が得られない等の問題があった。そこで、
本発明はより簡便かつ実用的なTFT構造及びその製造
方法で、結晶性の高い多結晶シリコンを低温で再現性良
く形成し、高移動度でオンオフ比が大きいCMOS型の
poly−SiTFTを450℃程度以下の低温で形成
する素子構造及びその製造方法を提供するものである。
However, the conventional TFT structure and manufacturing method as described above have the following problems. (1) Since it is necessary to perform annealing at about 550 ° C. to 650 ° C. for several hours to several tens of hours, it is not possible to use an inexpensive substrate such as 7059 manufactured by Corning Inc. as the substrate. (2) The crystallinity such as the crystallization rate of polycrystalline silicon cannot be sufficiently improved only by performing solid phase growth annealing at about 550 ° C. to 650 ° C., and the field effect mobility of the TFT is 100 cm 2. It is difficult to form a high-performance TFT near / V · s (Nch). (3) Since the source-drain region is formed by using the gate electrode as a mask by the self-alignment method, an off-leakage current is generated due to a current generated by an electron-hole pair at the drain end, and a sufficient on-off ratio can be obtained. There was a problem such as no. Therefore,
The present invention is a simpler and more practical TFT structure and a manufacturing method thereof. A polycrystalline silicon having high crystallinity is formed at a low temperature with good reproducibility, and a CMOS type poly-Si TFT having a high mobility and a large on / off ratio is formed at 450 ° C. Provided is an element structure which is formed at a low temperature of about a certain degree or less, and a manufacturing method thereof.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、 1)絶縁ゲート型半導体装置のチャンネル領域がシリコ
ンを主体とする多結晶半導体で形成された半導体装置に
おいて、チャンネル領域をその一部として含むシリコン
を主体とする多結晶半導体層、ゲート絶縁膜、サイドウ
ォールを有するゲート電極、該シリコンを主体とする多
結晶半導体層の少なくとも一部の領域上に形成されたソ
ース・ドレイン領域を成す薄膜及び該薄膜と同一材で形
成されたゲート電極上の薄膜を少なくとも有し、前記ソ
ース・ドレイン領域を成す薄膜及び該薄膜と同一材で形
成されたゲート電極上の薄膜が、不純物をドープした多
結晶シリコンと金属薄膜の積層された構造から成ること
を特徴とする。
A semiconductor device according to the present invention is as follows: 1) In a semiconductor device in which a channel region of an insulated gate type semiconductor device is formed of a polycrystalline semiconductor mainly containing silicon, the channel region is a part of the semiconductor device. A polycrystalline semiconductor layer containing silicon as a main component, a gate insulating film, a gate electrode having a sidewall, and a thin film forming a source / drain region formed on at least a part of the polycrystalline semiconductor layer containing silicon as a main component. And at least a thin film on the gate electrode formed of the same material as the thin film, wherein the thin film forming the source / drain regions and the thin film on the gate electrode formed of the same material as the thin film are doped with impurities. It is characterized by having a laminated structure of crystalline silicon and a metal thin film.

【0006】2)前記金属薄膜がAl、W、Cuの内の
少なくとも1つから成ることを特徴とする。
2) The metal thin film is made of at least one of Al, W and Cu.

【0007】3)前記ソース・ドレイン領域を成す薄膜
及び該薄膜と同一材で形成されたゲート電極上の薄膜の
シート抵抗が1Ω/□以下であることを特徴とする。
3) The sheet resistance of the thin film forming the source / drain regions and the thin film on the gate electrode formed of the same material as the thin film is 1Ω / □ or less.

【0008】4)前記チャンネル領域をその一部として
含むシリコンを主体とする多結晶半導体層にボロン等の
不純物が含まれていることを特徴とする。
4) An impurity such as boron is contained in the polycrystalline semiconductor layer containing silicon as a main component and containing the channel region as a part thereof.

【0009】5)半導体装置の基板が歪点600℃以下
のガラス基板であることを特徴とする。
5) The semiconductor device substrate is a glass substrate having a strain point of 600 ° C. or lower.

【0010】6)前記チャンネル領域をその一部として
含むシリコンを主体とする多結晶半導体層の膜厚が50
Å〜250Åであることを特徴とする。
6) The film thickness of the polycrystalline semiconductor layer containing silicon as a main part, which includes the channel region as a part thereof, is 50.
It is characterized by being Å to 250Å.

【0011】7)前記多結晶半導体層の結晶化率が9
9.5%以上であることを特徴とする。 8)前記ソース・ドレイン領域を成す薄膜及び該薄膜と
同一材で形成されたゲート電極上の薄膜が、不純物をド
ープした多結晶シリコンより成ることを特徴とする。
7) The crystallization rate of the polycrystalline semiconductor layer is 9
It is characterized by being 9.5% or more. 8) The thin film forming the source / drain regions and the thin film on the gate electrode formed of the same material as the thin film are made of polycrystalline silicon doped with impurities.

【0012】9)前記不純物をドープした多結晶シリコ
ン層の抵抗率が5×10-4Ω・cm以下であることを特
徴とする。
9) The resistivity of the polycrystalline silicon layer doped with the impurities is 5 × 10 −4 Ω · cm or less.

【0013】10)絶縁ゲート型半導体装置のチャンネ
ル領域がシリコンを主体とする多結晶半導体で形成され
た半導体装置の製造方法において、チャンネル領域を含
むシリコンを主体とし、ボロン等の不純物をドーピング
した多結晶半導体層を形成する工程、ゲート絶縁膜を形
成する工程、ゲート電極及び該ゲート電極側壁のサイド
ウォールを形成する工程、該チャンネル領域を含むシリ
コンを主体とする多結晶半導体層の少なくとも一部の領
域上に選択的にソース・ドレイン領域を成す薄膜を形成
する工程、ソースドレイン領域を成す該薄膜上に金属薄
膜を選択的に形成する工程を少なくとも有することを特
徴とする。
10) In a method of manufacturing a semiconductor device in which a channel region of an insulated gate semiconductor device is formed of a polycrystalline semiconductor containing silicon as a main component, a silicon containing channel region is mainly contained and impurities such as boron are doped. A step of forming a crystalline semiconductor layer, a step of forming a gate insulating film, a step of forming a gate electrode and a sidewall of a side wall of the gate electrode, and a portion of at least a part of a polycrystalline semiconductor layer mainly containing silicon including the channel region. The method is characterized by at least including a step of selectively forming a thin film forming a source / drain region on the region and a step of selectively forming a metal thin film on the thin film forming the source / drain region.

【0014】11)前記ソース・ドレイン領域を成す薄
膜を形成する工程において、前記薄膜が少なくともサイ
ドウォール上には成膜しない条件で選択的に成膜するこ
とを特徴とする 12)前記半導体装置を歪点600℃以下のガラス基板
上に形成したことを特徴とする。
11) In the step of forming the thin film forming the source / drain regions, the thin film is selectively formed under the condition that the thin film is not formed on at least the sidewall. 12) The semiconductor device It is characterized in that it is formed on a glass substrate having a strain point of 600 ° C. or lower.

【0015】13)チャンネル領域を含むシリコンを主
体とする多結晶半導体層を、弗素、塩素の内の少なくと
も一方の元素を含むガスを少なくとも用い、更にジボラ
ン等のドーピングガスを添加し、前記ガスをプラズマ状
に励起分解し、成膜する工程を少なくとも有することを
特徴とする。
13) For the polycrystalline semiconductor layer containing silicon as a main component including the channel region, at least a gas containing at least one element of fluorine and chlorine is used, and a doping gas such as diborane is further added. The method is characterized by having at least a step of exciting and decomposing in a plasma state and forming a film.

【0016】14)前記工程の基板温度が300℃〜4
50℃であることを特徴とする。
14) The substrate temperature in the above step is 300 ° C.-4.
It is characterized by being 50 ° C.

【0017】15)ソース・ドレイン領域を成す不純物
をドープしたシリコンを主体とする多結晶半導体層を、
弗素、塩素の内の少なくとも一方の元素を含むガスを少
なくとも用い、前記ガスをプラズマ状に励起分解し、成
膜する工程を少なくとも有することを特徴とする。
15) A polycrystalline semiconductor layer composed mainly of silicon doped with impurities, which constitutes source / drain regions,
At least a gas containing at least one element of fluorine and chlorine is used, and the gas is excited and decomposed into a plasma state to form a film.

【0018】16)前記工程の基板温度が300℃〜4
50℃であることを特徴とする。
16) The substrate temperature in the above step is 300 ° C.-4.
It is characterized by being 50 ° C.

【0019】17)ソースドレイン領域を成す薄膜上及
びゲート電極上に金属薄膜を選択的に形成する工程にお
いて、該金属薄膜が少なくともサイドウォール上には成
膜しない条件で選択的に成膜することを特徴とする。
17) In the step of selectively forming the metal thin film on the thin film forming the source / drain region and on the gate electrode, the metal thin film is selectively formed under the condition that at least the metal thin film is not formed on the sidewall. Is characterized by.

【0020】18)前記金属薄膜を選択的に形成する工
程のプロセス温度が450℃以下であることを特徴とす
る。
18) The process temperature of the step of selectively forming the metal thin film is 450 ° C. or lower.

【0021】[0021]

【実施例】図1は、本発明の実施例における半導体装置
の断面図の一例である。
1 is an example of a sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【0022】図1において、101はガラス、石英等の絶
縁性非晶質基板、もしくはSiO2等の絶縁性非晶質材
料層等の絶縁性非晶質材料、102は多結晶シリコン層、1
03はゲート絶縁膜、104はゲート電極、105はサイドウォ
ール、106はp型若しくはn型不純物をドープした多結
晶シリコン等で形成されたソースドレイン領域を成す半
導体薄膜、107はゲート電極上に形成されたソース・ド
レイン領域と同一材の半導体薄膜、108,109は半導体薄
膜106,107上に形成された金属薄膜、110は層間絶縁膜、
111はコンタクト穴、112は配線である。本発明のpol
y−SiTFTは、サイドウォールを用いたセルフアラ
イン型の構造を有することを特徴とし、ソース・ドレイ
ン領域を選択的に成膜した構造を有することを特徴とす
る。本発明では、ソース・ドレイン領域とゲート電極の
短絡をサイドウォールで防ぐことができ、同時にサイド
ウォールにより、オフセット構造を形成できるため、ド
レイン端での電子・正孔対の生成電流等を原因としたオ
フリーク電流の発生を抑制し、充分なオンオフ比が得ら
れる。また、金属薄膜108,109を選択成長させること
で、ゲート電極及びソースドレイン領域の低抵抗化を実
現でき、大面積で高精細な液晶表示パネルを容易に形成
することが出来る。
In FIG. 1, 101 is an insulating amorphous substrate such as glass or quartz, or an insulating amorphous material such as an insulating amorphous material layer such as SiO 2 ; 102 is a polycrystalline silicon layer;
Reference numeral 03 is a gate insulating film, 104 is a gate electrode, 105 is a sidewall, 106 is a semiconductor thin film that constitutes a source / drain region formed of polycrystalline silicon doped with p-type or n-type impurities, and 107 is formed on the gate electrode. Semiconductor thin film of the same material as the source / drain regions, 108 and 109 are metal thin films formed on the semiconductor thin films 106 and 107, 110 is an interlayer insulating film,
111 is a contact hole and 112 is a wiring. Pol of the present invention
The y-Si TFT is characterized by having a self-aligned structure using sidewalls, and is characterized by having a structure in which source / drain regions are selectively formed. In the present invention, the sidewall can prevent a short circuit between the source / drain region and the gate electrode, and at the same time, the sidewall can form an offset structure. The generation of the off-leakage current is suppressed, and a sufficient on-off ratio can be obtained. Further, by selectively growing the metal thin films 108 and 109, the resistance of the gate electrode and the source / drain region can be reduced, and a large-area and high-definition liquid crystal display panel can be easily formed.

【0023】図2は、本発明の実施例におけるCMOS
型poly−SiTFTの製造工程図の一例である。
FIG. 2 shows a CMOS according to an embodiment of the present invention.
It is an example of a manufacturing process diagram of a type poly-Si TFT.

【0024】図2において、(a)は、ガラス、石英等
の絶縁性非晶質基板、もしくはSiO2等の絶縁性非晶
質材料層等の絶縁性非晶質材料201上に多結晶シリコン
層202,202'を形成し、ゲート絶縁膜203を形成する工程
である。本発明ではプロセスの最高温度を450℃程度
以下にできるため、コーニング社の7059等の低融点
ガラスを用いることができる。多結晶シリコン層の形成
方法としては、プラズマCVD法(PCVD法)で基板
温度300℃〜450℃程度の低温で多結晶シリコンを
膜厚50Å〜1500Å程度成膜する方法が有効であ
る。PCVD法では、通常、反応ガスとして、モノシラ
ン(SiH4)やジシラン(Si26)等を用いるが、
この様な反応ガスを用いた場合、300℃〜450℃程
度の基板温度では、非晶質シリコンかせいぜい微結晶シ
リコンが成膜されるだけであり、高品質な多結晶シリコ
ンを成膜することは困難である。しかし、反応ガスとし
て、上述のSiH4、Si26等に加えて、弗素
(F)、塩素(Cl)等の元素を含む反応ガスを適量混
合することで、高品質な多結晶シリコン膜を低温形成で
きる。成膜条件の一例を以下に示す。反応ガスとして、
モノシラン(SiH4)、ジクロルシラン(SiH2Cl
2)、H2を用い、混合比を例えば、SiH4:SiH2
2=1:20〜1:200程度、SiH4:H2=1:
100〜1:1000程度に設定し、基板温度を300
℃〜450℃程度に保持し、rfパワーを印加し、反応
ガスを分解し多結晶シリコンを成膜する。膜厚に関して
は、多結晶シリコン層を薄膜化すると、オフ電流が減少
し、Vth(しきい値電圧)が減少する現象が知られて
いる。従って、多結晶シリコン層の膜厚は500Å以下
が望ましく、50Å〜250Å程度が特に望ましい。従
って、この様な薄膜でかつ高品質な多結晶シリコンを形
成することが特に重要となる。基板温度が300℃以下
の場合は、上述の様な薄膜では、結晶化率が低く、<2
20>配向性も見られないが、基板温度を400℃〜4
50℃程度にすると50Å〜250Å程度の薄膜でも、
結晶化率98%以上で<220>に配向した高品質な多
結晶シリコンを成膜することができる。この様に、本発
明によれば、基板温度が450℃程度以下の低温で高品
質の多結晶シリコン膜を形成できるため、コーニング社
の7059(歪点593℃)等の安価なガラス基板上に
高性能なpoly−SiTFTを形成することができ
る。尚、本実施例では反応ガスとして、SiH2Cl2
用いる場合を示したが、これに限定されるものではな
い。例えばSiCl4、SiH2Cl2、SiHCl3、C
2、SiF4、SiHF3、SiH22、SiH3F、S
26、F2、HCl等のF(弗素)もしくはCl(塩
素)のうちの少なくとも一方の元素を含むエッチング性
を有する反応ガスとSiH4、Si26、Si38等の
反応ガスを適量混合し、水素ガス等で十分希釈すること
で、高品質な多結晶シリコンを低温で成膜することがで
きる。
In FIG. 2, (a) shows polycrystalline silicon on an insulating amorphous material 201 such as an insulating amorphous substrate such as glass or quartz, or an insulating amorphous material layer such as SiO 2. This is a step of forming the layers 202 and 202 ′ and forming the gate insulating film 203. In the present invention, since the maximum temperature of the process can be set to about 450 ° C. or lower, a low melting point glass such as Corning 7059 can be used. As a method of forming a polycrystalline silicon layer, a method of forming a polycrystalline silicon film with a film thickness of 50 Å to 1500 Å by a plasma CVD method (PCVD method) at a low substrate temperature of about 300 to 450 ° C is effective. In the PCVD method, usually monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) is used as a reaction gas.
When such a reaction gas is used, amorphous silicon or at most microcrystalline silicon is deposited at a substrate temperature of about 300 ° C. to 450 ° C., and high quality polycrystalline silicon is deposited. It is difficult. However, as a reaction gas, in addition to the above SiH 4 , Si 2 H 6, etc., by mixing an appropriate amount of a reaction gas containing elements such as fluorine (F) and chlorine (Cl), a high quality polycrystalline silicon film can be obtained. Can be formed at low temperature. An example of film forming conditions is shown below. As a reaction gas,
Monosilane (SiH 4 ), Dichlorosilane (SiH 2 Cl
2 ) and H 2 , and the mixing ratio is, for example, SiH 4 : SiH 2 C
l 2 = 1: 20 to 1: 200, SiH 4 : H 2 = 1:
The substrate temperature is set to 100 to 1: 1000, and the substrate temperature is set to 300.
C. to 450.degree. C. is maintained, rf power is applied, the reaction gas is decomposed, and polycrystalline silicon is deposited. Regarding the film thickness, it is known that when the polycrystalline silicon layer is thinned, the off current is decreased and Vth (threshold voltage) is decreased. Therefore, the film thickness of the polycrystalline silicon layer is preferably 500 Å or less, and particularly preferably 50 Å to 250 Å. Therefore, it is particularly important to form high-quality polycrystalline silicon with such a thin film. When the substrate temperature is 300 ° C. or lower, the thin film as described above has a low crystallization rate and <2.
20> No orientation is observed, but the substrate temperature is 400 ° C to 4
Even if it is a thin film of 50Å to 250Å at about 50 ℃,
High quality polycrystalline silicon oriented in <220> can be formed with a crystallization rate of 98% or more. As described above, according to the present invention, since a high-quality polycrystalline silicon film can be formed at a low substrate temperature of about 450 ° C. or less, it can be formed on an inexpensive glass substrate such as Corning 7059 (strain point 593 ° C.). A high-performance poly-Si TFT can be formed. In this embodiment, the case where SiH 2 Cl 2 is used as the reaction gas is shown, but the present invention is not limited to this. For example, SiCl 4 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , C
l 2 , SiF 4 , SiHF 3 , SiH 2 F 2 , SiH 3 F, S
i 2 F 6 , F 2 , HCl, and other reactive gases having an etching property containing at least one element of F (fluorine) and Cl (chlorine), and SiH 4 , Si 2 H 6 , Si 3 H 8, etc. High-quality polycrystalline silicon can be formed at a low temperature by mixing an appropriate amount of reaction gas and sufficiently diluting it with hydrogen gas or the like.

【0025】又、チャンネル領域に不純物をドーピング
して、Vth(しきい値電圧)を制御する手段も極めて
有効である。固相成長法で形成した多結晶シリコンTF
Tでは、Nチャンネルトランジスタがデプレッション方
向にVthがシフトし、Pチャンネルトランジスタがエ
ンハンスメント方向にシフトする傾向がある。又、上記
TFTを水素化した場合、その傾向がより顕著になる。
そこで、チャンネル領域に1015〜1019/cm3程度
の不純物をドープすると、Vthのシフトを抑えること
ができる。そこで、SiH4及びSiH2Cl2等の塩素
もしくは弗素を含むガスに加えて、B26等のドーピン
グガスを混入することで、イオンインプラを用いずにチ
ャンネルドーピングを行なうことができる。成膜条件の
一例としては、SiH4+SiH2Cl2:B26=1:
0.1ppm〜0.1%程度混入することで、Vth制
御が可能となる。特に、ドープ量を最適化することで、
Pチャンネルトランジスタ、Nチャンネルトランジスタ
共オフ電流が最小になるように、Vthを制御すること
ができる。従って、CMOS型のTFT素子を形成する
場合においてもPch、Nchを選択的にチャンネルド
ープせずに、チャンネル部をなす多結晶シリコンの成膜
工程のみで、Pch、Nch共、Vthの制御が可能で
ある。続いて、ゲート絶縁膜の形成方法の一例を説明す
る。ゲート絶縁膜の形成方法としては、熱酸化法で80
0℃〜1200℃程度の高温で形成する方法(高温プロ
セス)と、CVD法、プラズマCVD法、ECR−PC
VD法、光CVD法、スパッタ法等で450℃〜650
℃程度以下の低温で形成する方法(低温プロセス)があ
る。例えば、基板としてコーニング社の7059等の低
融点ガラスを用いた場合は、プロセスの最高温度を45
0℃程度以下にしなければならず、スパッタ法、ECR
−PCVD法が特に適している。
Further, means for controlling the Vth (threshold voltage) by doping impurities into the channel region is extremely effective. Polycrystalline silicon TF formed by solid phase growth method
At T, the N-channel transistor tends to shift Vth in the depletion direction and the P-channel transistor tends to shift in the enhancement direction. Further, when the above TFT is hydrogenated, the tendency becomes more remarkable.
Therefore, doping the channel region with impurities of about 10 15 to 10 19 / cm 3 can suppress the shift of Vth. Therefore, channel doping can be performed without using ion implantation by mixing a doping gas such as B 2 H 6 in addition to a gas containing chlorine or fluorine such as SiH 4 and SiH 2 Cl 2 . As an example of film forming conditions, SiH 4 + SiH 2 Cl 2 : B 2 H 6 = 1:
Vth can be controlled by mixing about 0.1 ppm to 0.1%. Especially by optimizing the doping amount,
Vth can be controlled so that the off currents of both the P-channel transistor and the N-channel transistor are minimized. Therefore, even when forming a CMOS type TFT element, Vth can be controlled for both Pch and Nch only by a film forming process of polycrystalline silicon forming a channel portion without selectively channel doping Pch and Nch. Is. Next, an example of a method for forming the gate insulating film will be described. As a method for forming the gate insulating film, a thermal oxidation method is used.
Method of forming at a high temperature of about 0 ° C. to 1200 ° C. (high temperature process), CVD method, plasma CVD method, ECR-PC
450 ° C. to 650 by VD method, photo CVD method, sputtering method, etc.
There is a method (low temperature process) of forming at a low temperature of about ℃ or less. For example, when low melting glass such as Corning 7059 is used as the substrate, the maximum process temperature is 45
Must be below 0 ° C, sputter method, ECR
-The PCVD method is particularly suitable.

【0026】(b)は、ゲート電極204,204'を形成後、
全面に絶縁膜205を形成し、例えばNchの領域のみを
レジストで覆い、異方性エッチングでPch領域の絶縁
膜をエッチングし、Pchのゲート電極にサイドウォー
ル206を形成する工程である。まず、ゲート電極204,20
4'を不純物をドープした多結晶シリコンで形成し、所定
の形状にパターン形成する。多結晶シリコン層の形成方
法としては、プラズマCVD法(PCVD法)で基板温
度300℃〜450℃程度の低温で多結晶シリコンを膜
厚500Å〜4000Å程度成膜する方法が有効であ
る。以下に、成膜条件の一例を示す。反応ガスとして、
モノシラン(SiH4)、ジクロルシラン(SiH2Cl
2)、H2を用い、混合比を例えば、SiH4:SiH2
2=1:20〜1:200程度、SiH4:H2=1:
100〜1:1000程度に設定し、ドーピングガスと
して、ジボラン(B26)またはホスフィン(P
3)、アルシン(AsH3)等を用い、例えば、SiH
4:PH3=1:0.002〜1:0.04程度の混合比
で混合する。基板温度を300℃〜450℃程度に保持
し、rfパワーを印加し反応ガスを分解し、不純物をド
ープした低抵抗多結晶シリコンを成膜する。この様にし
て形成された多結晶シリコンのシート抵抗は2000Å
の膜厚で30〜50Ω/□であり、低抵抗な多結晶シリ
コンを低温で成膜することができる。また、ゲート電極
を成す該多結晶シリコン上に金属薄膜もしくはシリサイ
ド膜を形成しておくことで、後工程でゲート電極上に選
択的に形成される不純物をドープした多結晶シリコン層
との良好なオーミック性を確保する方法も有効である。
尚、多結晶シリコンの形成方法はこれに限定されるもの
ではない。続いて、サイドウォール206を形成する。常
圧CVD法、スパッタ法、プラズマCVD法、ECR−
PCVD法等で450℃程度以下の低温で、SiOX、
SiNX、SiOXNY等の絶縁膜205を500Å〜300
0Å程度形成し、Nch領域のみをレジストで覆い、異
方性エッチングで該絶縁膜をエッチングし、サイドウォ
ール206を形成する。
(B) shows that after the gate electrodes 204 and 204 'are formed,
In this step, the insulating film 205 is formed on the entire surface, only the Nch region is covered with a resist, the insulating film in the Pch region is etched by anisotropic etching, and the sidewall 206 is formed on the Pch gate electrode. First, the gate electrodes 204, 20
4'is formed of impurity-doped polycrystalline silicon and patterned into a predetermined shape. As a method of forming the polycrystalline silicon layer, a method of forming a polycrystalline silicon film with a film thickness of about 500 Å to 4000 Å by a plasma CVD method (PCVD method) at a low substrate temperature of about 300 to 450 ° C is effective. Below, an example of film-forming conditions is shown. As a reaction gas,
Monosilane (SiH 4 ), Dichlorosilane (SiH 2 Cl
2 ) and H 2 , and the mixing ratio is, for example, SiH 4 : SiH 2 C
l 2 = 1: 20 to 1: 200, SiH 4 : H 2 = 1:
The doping gas is set to about 100 to 1: 1000, and diborane (B 2 H 6 ) or phosphine (P) is used as a doping gas.
H 3 ), arsine (AsH 3 ) and the like, for example, SiH
4 : PH 3 = 1: 0.002 to 1: 0.04 are mixed at a mixing ratio of about. The substrate temperature is maintained at about 300 to 450 ° C., rf power is applied to decompose the reaction gas, and low-resistance polycrystalline silicon doped with impurities is formed. The sheet resistance of the polycrystalline silicon thus formed is 2000Å
The film thickness is 30 to 50 Ω / □, and low resistance polycrystalline silicon can be formed at a low temperature. In addition, by forming a metal thin film or a silicide film on the polycrystalline silicon that forms the gate electrode, it is possible to obtain a good compatibility with the polycrystalline silicon layer doped with impurities that is selectively formed on the gate electrode in a later step. A method of ensuring ohmic contact is also effective.
The method for forming polycrystalline silicon is not limited to this. Subsequently, the sidewall 206 is formed. Atmospheric pressure CVD method, sputtering method, plasma CVD method, ECR-
SiO2,
Insulating film 205 made of SiNX, SiOXNY, etc.
About 0Å is formed, only the Nch region is covered with a resist, and the insulating film is etched by anisotropic etching to form the sidewall 206.

【0027】(c)は、Pchの多結晶シリコン202上
とゲート電極204上に不純物をドープした多結晶シリコ
ン膜207を選択的に成膜する工程である。多結晶シリコ
ン層の形成方法としては、プラズマCVD法(PCVD
法)で基板温度300℃〜450℃程度の低温で多結晶
シリコンを膜厚500Å〜3500Å程度選択成長する
方法が有効である。即ち、多結晶シリコン202、204上の
み不純物をドープした多結晶シリコンを選択的に成長さ
せ、それ以外の領域(絶縁性非晶質材料201、サイドウ
ォール205、Nch上の絶縁膜204)には多結晶シリコン
を成膜させない方法を用いることで、オフセットゲート
構造のセルフアライン型のTFTを低温形成することが
できる。特に本発明では、サイドウォールを設け、選択
成長させることで、ゲート電極とソース・ドレイン領域
の短絡を完全に防ぐことができる。以下に、成膜条件の
一例を示す。反応ガスとして、モノシラン(Si
4)、ジクロルシラン(SiH2Cl2)、H2を用い、
混合比を例えば、SiH4:SiH2Cl2=1:20〜
1:200程度、SiH4:H2=1:100〜1:10
00程度に設定し、ドーピングガスとして、ジボラン
(B26)等を用い、例えば、SiH4:B26=1:
0.002〜1:0.04程度の混合比で混合する。基
板温度を300℃〜450℃程度に保持し、rfパワー
を印加し反応ガスを分解し、不純物をドープした低抵抗
多結晶シリコンを選択成長させる。SiH4とSiH2
2の混合比等を最適化することで、多結晶シリコン
(ゲート電極204、多結晶シリコン層202)上のみ成長さ
せ、それ以外の領域(絶縁性非晶質材料201、サイドウ
ォール205、Nch上の絶縁膜204)には成長させない選
択成長が可能である。この様にして形成した多結晶シリ
コンのシート抵抗は2000Åの膜厚で30〜50Ω/
□であり、低抵抗な多結晶シリコンを低温で選択的に成
膜することができる。尚、多結晶シリコンの形成方法は
これに限定されるものではない。続いて、ソース・ドレ
イン領域及びゲート電極を更に低抵抗化するために、不
純物をドープした多結晶シリコン207上にW(タングス
テン)、Al、Cu等を選択CVD法等で形成する。本
実施例では一例として、WをCVD法で選択成長させる
場合を示す。成膜条件の一例としては、コールドウォー
ルタイプのCVD装置を用い、基板を350℃〜450
℃程度に保持し、反応ガスとして、六弗化タングステン
(WF6)、モノシラン(SiH4)をSiH4/WF6
0.3〜1.0程度に混合し、W膜208を多結晶シリコ
ン上のみに選択成長させる。この場合、ゲート電極及び
ソース・ドレイン領域のシート抵抗を1Ω/□程度以下
にすることは容易である。例えば、W膜2000Å程度
で、0.6Ω/□程度に低減でき、大画面の液晶表示パ
ネルの実現に対して、極めて有効な手段となる。
Step (c) is a step of selectively forming an impurity-doped polycrystalline silicon film 207 on the Pch polycrystalline silicon 202 and the gate electrode 204. As a method of forming the polycrystalline silicon layer, a plasma CVD method (PCVD
Method), the method of selectively growing polycrystalline silicon at a film thickness of about 500Å to 3500Å at a low substrate temperature of about 300 ° C to 450 ° C is effective. That is, polycrystalline silicon doped with impurities is selectively grown only on the polycrystalline silicon 202 and 204, and in the other regions (insulating amorphous material 201, sidewall 205, insulating film 204 on Nch). A self-aligned TFT having an offset gate structure can be formed at a low temperature by using a method in which polycrystalline silicon is not formed. In particular, in the present invention, by providing a sidewall and performing selective growth, it is possible to completely prevent a short circuit between the gate electrode and the source / drain region. Below, an example of film-forming conditions is shown. As reaction gas, monosilane (Si
H 4 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), H 2
The mixing ratio for example, SiH 4: SiH 2 Cl 2 = 1: 20~
About 1: 200, SiH 4 : H 2 = 1: 100 to 1:10
00 and using diborane (B 2 H 6 ) or the like as a doping gas. For example, SiH 4 : B 2 H 6 = 1:
Mix at a mixing ratio of about 0.002 to 1: 0.04. The substrate temperature is maintained at about 300 ° C. to 450 ° C., rf power is applied to decompose the reaction gas, and impurity-doped low resistance polycrystalline silicon is selectively grown. SiH 4 and SiH 2 C
By optimizing the mixing ratio of l 2 and the like, only polycrystalline silicon (gate electrode 204, polycrystalline silicon layer 202) is grown, and the other regions (insulating amorphous material 201, sidewall 205, Nch) are grown. Selective growth that does not grow on the upper insulating film 204) is possible. The sheet resistance of the polycrystalline silicon thus formed is 30 to 50 Ω / at a film thickness of 2000Å.
□, and low resistance polycrystalline silicon can be selectively formed at a low temperature. The method for forming polycrystalline silicon is not limited to this. Subsequently, in order to further reduce the resistance of the source / drain regions and the gate electrode, W (tungsten), Al, Cu or the like is formed on the impurity-doped polycrystalline silicon 207 by a selective CVD method or the like. In this embodiment, as an example, a case where W is selectively grown by the CVD method is shown. As an example of film forming conditions, a cold wall type CVD apparatus is used, and the substrate is heated at 350 ° C. to 450 ° C.
The temperature is kept at about ℃, and tungsten hexafluoride (WF 6 ) and monosilane (SiH 4 ) are used as reaction gases. SiH 4 / WF 6 =
The W film 208 is selectively grown only on the polycrystalline silicon by mixing it to about 0.3 to 1.0. In this case, it is easy to set the sheet resistance of the gate electrode and the source / drain regions to about 1Ω / □ or less. For example, a W film of about 2000 Å can be reduced to about 0.6Ω / □, which is an extremely effective means for realizing a large-screen liquid crystal display panel.

【0028】(d)は、全面に絶縁膜209を形成後、P
chの領域のみをレジストで覆い、等方性エッチングと
異方性エッチングを組み合わせたエッチングで、Nch
領域の絶縁膜をエッチングし、Nchのゲート電極にサ
イドウォール210を形成する工程である。まず、絶縁膜2
09を、常圧CVD法、スパッタ法、プラズマCVD法、
ECR−PCVD法等で450℃程度以下の低温で、5
00Å〜2000Å程度形成し、Pchの領域のみをレ
ジストで覆い、前記絶縁膜209の膜厚分程度を、等方性
エッチングで除去し、続いて、残りの絶縁膜を異方性エ
ッチングし、サイドウォール210を形成する。
In (d), after the insulating film 209 is formed on the entire surface, P
Only the ch region is covered with a resist, and the Nch is formed by a combination of isotropic etching and anisotropic etching.
This is a step of etching the insulating film in the region to form the sidewall 210 on the Nch gate electrode. First, insulating film 2
09, atmospheric pressure CVD method, sputtering method, plasma CVD method,
At a low temperature of about 450 ° C. or lower by the ECR-PCVD method or the like,
About 00Å to 2000Å is formed, only the Pch region is covered with a resist, about the film thickness of the insulating film 209 is removed by isotropic etching, and then the remaining insulating film is anisotropically etched to form a side film. The wall 210 is formed.

【0029】(e)は、Nchの多結晶シリコン202'上
とゲート電極204'上に不純物をドープした多結晶シリコ
ン膜211を選択的に成膜する工程である。多結晶シリコ
ン層の形成方法としては、プラズマCVD法(PCVD
法)で基板温度300℃〜450℃程度の低温で多結晶
シリコンを膜厚500Å〜3500Å程度選択成長する
方法が有効である。即ち、多結晶シリコン202'、204'上
のみ不純物をドープした多結晶シリコンを選択的に成長
させ、それ以外の領域(絶縁性非晶質材料201、サイド
ウォール210、Pch上の絶縁膜209上)には多結晶シリ
コンを成膜させない方法を用いることで、オフセットゲ
ート構造のセルフアライン型のTFTを低温形成するこ
とができる。特に本発明では、サイドウォールを設け、
選択成長させることで、ゲート電極とソース・ドレイン
領域の短絡を完全に防ぐことができる。以下に、成膜条
件の一例を示す。反応ガスとして、モノシラン(SiH
4)、ジクロルシラン(SiH2Cl2)、H2を用い、混
合比を例えば、SiH4:SiH2Cl2=1:20〜
1:200程度、SiH4:H2=1:100〜1:10
00程度に設定し、ドーピングガスとして、ホスフィン
(PH3)、アルシン(AsH3)等を用い、例えば、S
iH4:PH3=1:0.002〜1:0.04程度の混
合比で混合する。基板温度を300℃〜450℃程度に
保持し、rfパワーを印加し反応ガスを分解し、不純物
をドープした低抵抗多結晶シリコンを選択成長させる。
SiH4とSiH2Cl2の混合比等を最適化すること
で、多結晶シリコン(ゲート電極204'、多結晶シリコン
層202')上のみ成長させ、それ以外の領域(絶縁性非晶
質材料201、サイドウォール210、Pch上の絶縁膜209
上)には成長させない選択成長が可能である。この様に
して形成した多結晶シリコンのシート抵抗は2000Å
の膜厚で30〜50Ω/□であり、低抵抗な多結晶シリ
コンを低温で選択的に成膜することができる。尚、多結
晶シリコンの形成方法はこれに限定されるものではな
い。続いて、ソース・ドレイン領域及びゲート電極を更
に低抵抗化するために、不純物をドープした多結晶シリ
コン211上にW(タングステン)、Al、Cu等を選択
CVD法等で形成する。本実施例では一例として、Wを
CVD法で選択成長させる場合を示す。成膜条件の一例
としては、コールドウォールタイプのCVD装置を用
い、基板を350℃〜450℃程度に保持し、反応ガス
として、六弗化タングステン(WF6)、モノシラン
(SiH4)をSiH4/WF6=0.3〜1.0程度に
混合し、W膜212を多結晶シリコン上のみに選択成長さ
せる。この場合、ゲート電極及びソース・ドレイン領域
のシート抵抗を1Ω/□程度以下にすることは容易であ
る。例えば、W膜2000Å程度で、0.6Ω/□程度
に低減できる。
(E) is a step of selectively forming an impurity-doped polycrystalline silicon film 211 on the Nch polycrystalline silicon 202 'and the gate electrode 204'. As a method of forming the polycrystalline silicon layer, a plasma CVD method (PCVD
Method), the method of selectively growing polycrystalline silicon at a film thickness of about 500Å to 3500Å at a low substrate temperature of about 300 ° C to 450 ° C is effective. That is, polycrystalline silicon doped with impurities is selectively grown only on the polycrystalline silicon 202 ′ and 204 ′, and the other regions (the insulating amorphous material 201, the sidewalls 210, and the insulating film 209 on the Pch are formed). By using a method in which the polycrystalline silicon is not formed in (1), a self-aligned TFT having an offset gate structure can be formed at a low temperature. Particularly in the present invention, a sidewall is provided,
The selective growth can completely prevent a short circuit between the gate electrode and the source / drain regions. Below, an example of film-forming conditions is shown. As reaction gas, monosilane (SiH
4 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), and H 2 , and the mixing ratio is, for example, SiH 4 : SiH 2 Cl 2 = 1: 20 to
About 1: 200, SiH 4 : H 2 = 1: 100 to 1:10
00, and phosphine (PH 3 ) or arsine (AsH 3 ) is used as a doping gas.
iH 4 : PH 3 = 1: 0.002 to 1: 0.04. The substrate temperature is maintained at about 300 ° C. to 450 ° C., rf power is applied to decompose the reaction gas, and impurity-doped low resistance polycrystalline silicon is selectively grown.
By optimizing the mixing ratio of SiH 4 and SiH 2 Cl 2 , etc., only the polycrystalline silicon (gate electrode 204 ′, polycrystalline silicon layer 202 ′) is grown, and the other regions (insulating amorphous material). 201, sidewall 210, insulating film 209 on Pch
It is possible to select growth that does not grow in the above). The sheet resistance of polycrystalline silicon formed in this way is 2000Å
The film thickness is 30 to 50Ω / □, and low resistance polycrystalline silicon can be selectively formed at low temperature. The method for forming polycrystalline silicon is not limited to this. Then, in order to further reduce the resistance of the source / drain regions and the gate electrode, W (tungsten), Al, Cu or the like is formed on the impurity-doped polycrystalline silicon 211 by a selective CVD method or the like. In this embodiment, as an example, a case where W is selectively grown by the CVD method is shown. As an example of the deposition conditions, using a cold wall type CVD device, the substrate is held in a degree 350 ° C. to 450 ° C., as a reaction gas, tungsten hexafluoride (WF 6), SiH 4 monosilane (SiH 4) / WF 6 = 0.3 to 1.0, and the W film 212 is selectively grown only on the polycrystalline silicon. In this case, it is easy to set the sheet resistance of the gate electrode and the source / drain regions to about 1Ω / □ or less. For example, when the W film is about 2000Å, it can be reduced to about 0.6Ω / □.

【0030】(f)は、層間絶縁膜213をCVD法、ス
パッタ法、プラズマCVD法等で形成し、続いて、結晶
粒界に存在する欠陥を低減する目的で、水素ガスもしく
はアンモニアガス等を少なくとも含む気体のプラズマ雰
囲気にさらし、該層間絶縁膜213にコンタクト穴214を開
け、配線215を形成する工程である。
In (f), the interlayer insulating film 213 is formed by a CVD method, a sputtering method, a plasma CVD method or the like, and subsequently, hydrogen gas or ammonia gas or the like is used for the purpose of reducing defects existing in crystal grain boundaries. This is a step of forming a wiring 215 by exposing a contact hole 214 in the interlayer insulating film 213 by exposing it to a plasma atmosphere of a gas containing at least.

【0031】本発明に基づく半導体装置の製造方法で形
成したPチャンネルTFTの電界効果移動度は、20〜
40cm2/V・sec程度であり、オフ電流は0.05
〜0.1pA(ドレイン電圧:5V、ゲート長:4μ
m、ゲート幅:10μm)程度が得られ、オンオフ比約
9桁を達成した。また、NチャンネルTFTの電界効果
移動度は、60〜100cm2/V・sec程度であり、
オフ電流は0.01〜0.03pA(ドレイン電圧:5
V、ゲート長:5μm、ゲート幅:10μm)程度が得
られ、オンオフ比約10桁を達成した。また、本発明に
よればオフセットゲート構造を実現できるため、上述の
オフ電流の低減に有効であるほか、ドレイン耐圧の向上
に対しても有効であり、ドレイン電圧20V〜30V程
度でも電流のオンオフを制御することができる。その結
果、本発明によれば、高耐圧スイッチング素子を容易に
実現することもできる。以上述べたように、本発明によ
れば、高性能なCMOS型poly−SiTFTを低温
で形成することができる。
The field effect mobility of the P-channel TFT formed by the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is 20 to 20.
40 cm 2 / V · sec, and off current is 0.05
~ 0.1 pA (drain voltage: 5 V, gate length: 4 μ
m, gate width: about 10 μm) and an on / off ratio of about 9 digits was achieved. The field effect mobility of the N-channel TFT is about 60 to 100 cm 2 / V · sec,
Off current is 0.01 to 0.03 pA (drain voltage: 5
V, gate length: 5 μm, gate width: 10 μm) were obtained, and an on / off ratio of about 10 digits was achieved. Further, according to the present invention, since an offset gate structure can be realized, it is effective not only in reducing the above-mentioned off-current but also in improving the drain breakdown voltage, and turning on / off the current even at a drain voltage of about 20V to 30V. Can be controlled. As a result, according to the present invention, it is possible to easily realize a high breakdown voltage switching element. As described above, according to the present invention, a high performance CMOS type poly-Si TFT can be formed at a low temperature.

【0032】尚、本発明は、図2の実施例に示したTF
T以外にも、絶縁ゲート型半導体素子全般に応用でき
る。
The present invention is based on the TF shown in the embodiment of FIG.
In addition to T, it can be applied to general insulated gate semiconductor devices.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればよ
り簡便な製造プロセスで結晶化率の高い多結晶シリコン
膜を低温形成できる。また、本発明のTFT構造及びそ
の製造方法によれば、オフセット構造を有するセルフア
ライン型TFTを低温形成できるため、高移動度でオン
オフ比の高い高性能なCMOS型のTFTをコーニング
社の7059等の安価なガラス基板上に形成することが
できる。また、W、Al等を選択的に形成することで、
ゲート電極のシート抵抗を0.6Ω/□程度以下に低減
できる。その結果、大型で高解像度の液晶表示パネルや
大型で高速高解像度の密着型イメージセンサや三次元I
C等を低コストで製造できるようになった。
As described above, according to the present invention, a polycrystalline silicon film having a high crystallization rate can be formed at a low temperature by a simpler manufacturing process. Further, according to the TFT structure and the manufacturing method thereof of the present invention, since a self-aligned TFT having an offset structure can be formed at a low temperature, a high-performance CMOS TFT having a high mobility and a high on / off ratio can be manufactured by Corning 7059. Can be formed on an inexpensive glass substrate. Further, by selectively forming W, Al, etc.,
The sheet resistance of the gate electrode can be reduced to about 0.6Ω / □ or less. As a result, a large, high-resolution liquid crystal display panel, a large, high-speed, high-resolution contact image sensor, a three-dimensional I
It became possible to manufacture C etc. at low cost.

【0034】また、本発明は、図2の実施例に示したT
FT以外にも、絶縁ゲート型半導体素子全般に応用でき
るほか、バイポーラトランジスタ、静電誘導型トランジ
スタ、太陽電池・光センサをはじめとする光電変換素子
等の半導体素子を多結晶半導体を素子材として形成する
場合にきわめて有効な製造方法となる。
The present invention also includes the T shown in the embodiment of FIG.
In addition to FT, it can be applied to all insulated gate type semiconductor devices, and semiconductor devices such as bipolar transistors, electrostatic induction type transistors, photoelectric conversion devices such as solar cells and photosensors are formed using polycrystalline semiconductors as element materials. This is a very effective manufacturing method.

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

【図1】本発明の実施例における半導体装置の断面図で
ある。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例における半導体装置の製造工程
図である。
FIG. 2 is a manufacturing process diagram of a semiconductor device according to an embodiment of the invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,201 絶縁性非晶質材料 102,202,202' 多結晶シリコン層 103,203 ゲート絶縁膜 104,204,204' ゲート電極 105,206,210 サイドウォール 106,107 不純物をドープした半導体薄膜 108,109 金属薄膜 207,211 不純物をドープした多結晶シリコン膜 208,212 タングステン膜 110,213 層間絶縁膜 111,214 コンタクト穴 112,215 配線 101,201 Insulating amorphous material 102,202,202 'Polycrystalline silicon layer 103,203 Gate insulating film 104,204,204' Gate electrode 105,206,210 Sidewall 106,107 Impurity-doped semiconductor thin film 108,109 Metal thin film 207,211 Impurity-doped polycrystalline silicon film 208,212 Tungsten film 110,213 Interlayer insulating film 111,214 Contact hole 112,215 Wiring

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁ゲート型半導体装置のチャンネル領
域がシリコンを主体とする多結晶半導体で形成された半
導体装置において、チャンネル領域をその一部として含
むシリコンを主体とする多結晶半導体層、ゲート絶縁
膜、サイドウォールを有するゲート電極、該シリコンを
主体とする多結晶半導体層の少なくとも一部の領域上に
形成されたソース・ドレイン領域を成す薄膜及び該薄膜
と同一材で形成されたゲート電極上の薄膜を少なくとも
有し、前記ソース・ドレイン領域を成す薄膜及び該薄膜
と同一材で形成されたゲート電極上の薄膜が、不純物を
ドープした多結晶シリコンと金属薄膜の積層された構造
から成ることを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device in which a channel region of an insulated gate type semiconductor device is formed of a polycrystalline semiconductor containing silicon as a main component, and a polycrystalline semiconductor layer containing silicon as a main component including a channel region and gate insulation A film, a gate electrode having a sidewall, a thin film forming a source / drain region formed on at least a partial region of the polycrystalline semiconductor layer mainly containing silicon, and a gate electrode formed of the same material as the thin film The thin film forming the source / drain regions and the thin film on the gate electrode formed of the same material as the thin film have a laminated structure of polycrystalline silicon doped with impurities and a metal thin film. A semiconductor device characterized by:
【請求項2】 前記金属薄膜がAl、W、Cuの内の少
なくとも1つから成ることを特徴とする請求項1記載の
半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal thin film is made of at least one of Al, W and Cu.
【請求項3】前記ソース・ドレイン領域を成す薄膜及び
該薄膜と同一材で形成されたゲート電極上の薄膜のシー
ト抵抗が1Ω/□以下であることを特徴とする請求項1
または請求項2記載の半導体装置。
3. The thin film forming the source / drain regions and the thin film on the gate electrode formed of the same material as the thin film have a sheet resistance of 1 Ω / □ or less.
Alternatively, the semiconductor device according to claim 2.
【請求項4】 前記チャンネル領域をその一部として含
むシリコンを主体とする多結晶半導体層にボロン等の不
純物が含まれていることを特徴とする請求項1ないし請
求項3記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the polycrystalline semiconductor layer containing silicon as a main part and containing the channel region contains impurities such as boron.
【請求項5】 半導体装置の基板が歪点600℃以下の
ガラス基板であることを特徴とする請求項1ないし請求
項4記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate of the semiconductor device is a glass substrate having a strain point of 600 ° C. or lower.
【請求項6】 前記チャンネル領域をその一部として含
むシリコンを主体とする多結晶半導体層の膜厚が50Å
〜250Åであることを特徴とする請求項1ないし請求
項5記載の半導体装置。
6. The film thickness of the polycrystalline semiconductor layer mainly composed of silicon including the channel region as a part thereof is 50 Å
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the semiconductor device has a thickness of about 250Å.
【請求項7】 前記多結晶半導体層の結晶化率が99.
5%以上であることを特徴とする請求項1ないし請求項
6記載の半導体装置。
7. The crystallization rate of the polycrystalline semiconductor layer is 99.
It is 5% or more, The semiconductor device of Claim 1 thru | or 6 characterized by the above-mentioned.
【請求項8】 前記ソース・ドレイン領域を成す薄膜及
び該薄膜と同一材で形成されたゲート電極上の薄膜が、
不純物をドープした多結晶シリコンより成ることを特徴
とする請求項1ないし請求項7記載の半導体装置。
8. The thin film forming the source / drain regions and the thin film on the gate electrode formed of the same material as the thin film,
8. The semiconductor device according to claim 1, which is made of polycrystalline silicon doped with impurities.
【請求項9】 前記不純物をドープした多結晶シリコン
層の抵抗率が5×10-4Ω・cm以下であることを特徴
とする請求項8記載の半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the polycrystalline silicon layer doped with the impurities has a resistivity of 5 × 10 −4 Ω · cm or less.
【請求項10】絶縁ゲート型半導体装置のチャンネル領
域がシリコンを主体とする多結晶半導体で形成された半
導体装置の製造方法において、チャンネル領域を含むシ
リコンを主体とし、ボロン等の不純物をドーピングした
多結晶半導体層を形成する工程、ゲート絶縁膜を形成す
る工程、ゲート電極及び該ゲート電極側壁のサイドウォ
ールを形成する工程、該チャンネル領域を含むシリコン
を主体とする多結晶半導体層の少なくとも一部の領域上
に選択的にソース・ドレイン領域を成す薄膜を形成する
工程、ソースドレイン領域を成す該薄膜上に金属薄膜を
選択的に形成する工程を少なくとも有することを特徴と
する半導体装置の製造方法。
10. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a channel region of an insulated gate semiconductor device is formed of a polycrystalline semiconductor containing silicon as a main component, wherein a silicon containing channel region is mainly contained and impurities such as boron are doped. A step of forming a crystalline semiconductor layer, a step of forming a gate insulating film, a step of forming a gate electrode and a sidewall of a side wall of the gate electrode, and a portion of at least a part of a polycrystalline semiconductor layer mainly containing silicon including the channel region. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising at least a step of selectively forming a thin film forming a source / drain region on a region and a step of selectively forming a metal thin film on the thin film forming a source / drain region.
【請求項11】前記ソース・ドレイン領域を成す薄膜を
形成する工程において、前記薄膜が少なくともサイドウ
ォール上には成膜しない条件で選択的に成膜することを
特徴とする請求項10記載の半導体装置の製造方法。
11. The semiconductor according to claim 10, wherein in the step of forming the thin film forming the source / drain regions, the thin film is selectively formed under the condition that the thin film is not formed at least on the sidewall. Device manufacturing method.
【請求項12】前記半導体装置を歪点600℃以下のガ
ラス基板上に形成したことを特徴とする請求項11の半
導体装置の製造方法。
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the semiconductor device is formed on a glass substrate having a strain point of 600 ° C. or lower.
【請求項13】チャンネル領域を含むシリコンを主体と
する多結晶半導体層を、弗素、塩素の内の少なくとも一
方の元素を含むガスを少なくとも用い、更にジボラン等
のドーピングガスを添加し、前記ガスをプラズマ状に励
起分解し、成膜する工程を少なくとも有することを特徴
とする請求項11ないし請求項12記載の半導体装置の
製造方法。
13. A polycrystalline semiconductor layer mainly composed of silicon including a channel region is formed by using at least a gas containing at least one element of fluorine and chlorine, and further adding a doping gas such as diborane. 13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, further comprising at least a step of exciting and decomposing into a plasma state and forming a film.
【請求項14】前記工程の基板温度が300℃〜450
℃であることを特徴とする請求項11ないし請求項13
記載の半導体装置の製造方法。
14. The substrate temperature in the step is 300 ° C. to 450 ° C.
The temperature is ° C.
A method for manufacturing a semiconductor device as described above.
【請求項15】ソース・ドレイン領域を成す不純物をド
ープしたシリコンを主体とする多結晶半導体層を、弗
素、塩素の内の少なくとも一方の元素を含むガスを少な
くとも用い、前記ガスをプラズマ状に励起分解し、成膜
する工程を少なくとも有することを特徴とする請求項1
1ないし請求項14記載の半導体装置の製造方法。
15. A polycrystalline semiconductor layer mainly composed of silicon doped with impurities, which constitutes a source / drain region, uses at least a gas containing at least one element of fluorine and chlorine, and excites the gas into a plasma state. The method further comprises at least a step of decomposing and forming a film.
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
【請求項16】前記工程のプロセス温度が300℃〜4
50℃であることを特徴とする請求項15記載の半導体
装置の製造方法。
16. The process temperature of the step is 300 ° C. to 4
16. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein the temperature is 50 ° C.
【請求項17】ソースドレイン領域を成す薄膜上及びゲ
ート電極上に金属薄膜を選択的に形成する工程におい
て、該金属薄膜が少なくともサイドウォール上には成膜
しない条件で選択的に成膜することを特徴とする請求項
11記載の半導体装置の製造方法。
17. In a step of selectively forming a metal thin film on a thin film forming a source / drain region and on a gate electrode, the metal thin film is selectively formed under the condition that at least the metal thin film is not formed on the sidewall. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein
【請求項18】前記金属薄膜を選択的に形成する工程の
プロセス温度が450℃以下であることを特徴とする請
求項17記載の半導体装置の製造方法。
18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17, wherein the process temperature of the step of selectively forming the metal thin film is 450 ° C. or lower.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5744822A (en) * 1993-03-22 1998-04-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device/circuit having at least partially crystallized semiconductor layer
KR100482462B1 (en) * 1998-12-23 2005-09-02 비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사 Manufacturing method of polysilicon thin film transistor of liquid crystal display device
US8008718B2 (en) 2004-12-14 2011-08-30 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor device and production method thereof

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