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JP3025385B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JP3025385B2
JP3025385B2 JP864893A JP864893A JP3025385B2 JP 3025385 B2 JP3025385 B2 JP 3025385B2 JP 864893 A JP864893 A JP 864893A JP 864893 A JP864893 A JP 864893A JP 3025385 B2 JP3025385 B2 JP 3025385B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating film
channel
gate
region
channel tft
Prior art date
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JP864893A
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Japanese (ja)
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Inventor
徹 上田
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

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、nチャネル絶縁ゲート
型電界効果トランジスタ(以下FETと称する)および
pチャネル絶縁ゲート型FETを備えた液晶表示パネ
ル、密着型イメージセンサー、三次元ICなどの半導体
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device such as a liquid crystal display panel provided with an n-channel insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as an FET) and a p-channel insulated gate FET, a contact type image sensor, and a three-dimensional IC. Related to the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】上述の絶縁ゲート型FETとして薄膜ト
ランジスタ(以下TFTと称する)が知られている。ま
た、pチャネルTFTおよびnチャネルTFTを用いた
CMOS回路の基本回路の1つとして、CMOSインバ
ータがある。
2. Description of the Related Art A thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) is known as the above-mentioned insulated gate FET. One of the basic circuits of a CMOS circuit using a p-channel TFT and an n-channel TFT is a CMOS inverter.

【0003】図6(a)に、CMOSインバータの等価
回路を示し、図6(b)にその伝達特性を示す。このC
MOSインバータの閾値電圧VTHCは、以下のように表
される。
FIG. 6A shows an equivalent circuit of a CMOS inverter, and FIG. 6B shows its transfer characteristics. This C
The threshold voltage VTHC of the MOS inverter is expressed as follows.

【0004】[0004]

【数1】 (Equation 1)

【0005】ここで、高性能のCMOS回路を得るため
に、以下の2つの条件を満足することが要求される。
Here, in order to obtain a high-performance CMOS circuit, it is necessary to satisfy the following two conditions.

【0006】その1つは、電源電圧の高レベル電圧と低
レベル電圧とを全く対称な特性とし、立ち上がり時間と
立ち下がり時間とを等しくすべく、
One of them is to make the high level voltage and the low level voltage of the power supply voltage completely symmetrical and to make the rise time and the fall time equal.

【0007】[0007]

【数2】 (Equation 2)

【0008】となるように設定することである。Is to be set so that

【0009】もう1つは、電源電圧を低減させるべく、
VthpおよびVthnの両方の絶対値を充分小さくすること
である。
Another is to reduce the power supply voltage.
The purpose is to make the absolute values of both Vthp and Vthn sufficiently small.

【0010】上記2つの条件を満足させるためには、V
thpをVthnと独立して制御する必要がある。
In order to satisfy the above two conditions, V
It is necessary to control thp independently of Vthn.

【0011】従来、VthpをVthnと独立して制御するた
めに、例えば、CHARACTERIZATION OF N-CHANNEL AND P-
CHANNEL LPCVD POLYSILICON MOSFETS H. Shichijo et.a
l.,IEDM 83,p202-p205(1983)に示されるように、チャネ
ル領域に不純物をドーピングする、所謂チャネルドーピ
ングが行われている。このチャネルドーピングを用いた
TFTの作製方法について、図5を参照して説明する。
Conventionally, in order to control Vthp independently of Vthn, for example, CHARACTERIZATION OF N-CHANNEL AND P-
CHANNEL LPCVD POLYSILICON MOSFETS H. Shichijo et.a
As shown in I., IEDM 83, p202-p205 (1983), so-called channel doping is performed in which a channel region is doped with an impurity. A method for manufacturing a TFT using this channel doping will be described with reference to FIGS.

【0012】まず、Siウェハー101を熱酸化してS
iO2からなる絶縁層102を厚み5000オングスト
ローム程度に形成する。この上に、LPCVD(減圧化
学気相成長法)により多結晶シリコン(p−Si)半導
体層103を厚み1500オングストロームに積層す
る。次に、イオン注入法により厚み500オングストロ
ームのダミー酸化膜を通して、ほう素(B)またはヒ素
(As)をチャネル領域103aにドーピングする。ド
ーズ量は、2×1011〜1×1013cm-2とする。ダミ
ー酸化膜を除去した後、半導体層103を熱酸化処理す
ることにより、厚み500オングストロームのゲート絶
縁膜104を形成する。その後、リンドープp−Siか
らなる厚み5000オングストロームのゲート電極10
5を形成する。ゲート電極をマスクとしてイオン注入法
により、半導体層103にソース・ドレイン領域103
bを形成する。以上により、TFTが作製される。
First, the Si wafer 101 is thermally oxidized to
An insulating layer 102 made of iO 2 is formed to a thickness of about 5000 Å. On this, a polycrystalline silicon (p-Si) semiconductor layer 103 is laminated to a thickness of 1500 angstroms by LPCVD (low pressure chemical vapor deposition). Next, boron (B) or arsenic (As) is doped into the channel region 103a through a dummy oxide film having a thickness of 500 angstroms by an ion implantation method. The dose is set to 2 × 10 11 to 1 × 10 13 cm −2 . After removing the dummy oxide film, the semiconductor layer 103 is thermally oxidized to form a gate insulating film 104 having a thickness of 500 Å. Thereafter, a 5000 angstrom thick gate electrode 10 made of phosphorus-doped p-Si is formed.
5 is formed. The source / drain regions 103 are formed in the semiconductor layer 103 by ion implantation using the gate electrode as a mask.
b is formed. Thus, a TFT is manufactured.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法で
作製されたpチャネルTFTにおいては、上記文献に記
載されているように、p型の不純物をチャネルドーピン
グするとリーク電流が著しく増加してTFTの特性が損
なわれるので、チャネルドーピングは実用的な方法とは
言えない。
However, in the p-channel TFT manufactured by the above-mentioned method, as described in the above-mentioned document, the channel doping with a p-type impurity significantly increases the leak current, and Therefore, channel doping is not a practical method because the characteristics of the channel doping are impaired.

【0014】また、一般に、Vthpの絶対値はVthnの絶
対値に比べてかなり大きいとされている。このことは、
例えば、Processing and Device Performance of Low-T
emperature CMOS Poly-TFTs on 18.4-in.-Diagonal Sub
strater for AMLCD Application I.-W. Wu et.al.,SID
92 DIGEST, p-615-p-618に示されており、この文献で
は、Vthn=3.6V、Vthp=−12.5Vとなってい
る。よって、Vthpの絶対値をVthnの絶対値から独立し
て低減させる必要がある。
Generally, the absolute value of Vthp is considered to be considerably larger than the absolute value of Vthn. This means
For example, Processing and Device Performance of Low-T
emperature CMOS Poly-TFTs on 18.4-in.-Diagonal Sub
strater for AMLCD Application I.-W.Wu et.al., SID
92 DIGEST, p-615-p-618. In this document, Vthn = 3.6V and Vthp = -12.5V. Therefore, it is necessary to reduce the absolute value of Vthp independently of the absolute value of Vthn.

【0015】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、pチャネル絶縁ゲート型FETの閾
値電圧の絶対値を、FETの特性を損なうことなく、か
つ、nチャネル絶縁ゲート型FETの閾値電圧の絶対値
から独立させた状態で低減させ得る、高性能な半導体装
置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to determine the absolute value of the threshold voltage of a p-channel insulated-gate FET without impairing the characteristics of the n-channel insulated-gate FET. It is an object of the present invention to provide a high-performance semiconductor device which can be reduced independently of the absolute value of the threshold voltage of an FET.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
絶縁性基板上に、第1のゲート絶縁膜を有するnチャネ
ルのポリシリコンTFTと、第2のゲート絶縁膜を有す
るpチャネルのポリシリコンTFTと、によってCMO
Sインバータが構成され、該第2のゲート絶縁膜の単位
面積当りの容量が、該第1のゲート絶縁膜の単位面積当
りの容量より大きく設定されており、そのことにより上
記目的が達成される。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
An n-channel having a first gate insulating film on an insulating substrate
Having a polysilicon gate TFT and a second gate insulating film
C-channel polysilicon TFT
An S inverter, and a unit of the second gate insulating film.
The capacitance per area corresponds to the unit area of the first gate insulating film.
The capacity is set to be larger than the above capacity, thereby achieving the above object.

【0017】前記第2のゲート絶縁膜が、前記第1のゲ
ート絶縁膜より薄肉となっていてもよい。
[0017] The second gate insulating film may be thinner than the first gate insulating film.

【0018】前記第2のゲート絶縁膜の少なくとも一部
が、前記第1のゲート絶縁膜より高い誘電率を有する材
料からなっていてもよい。
At least a part of the second gate insulating film may be made of a material having a higher dielectric constant than the first gate insulating film.

【0019】[0019]

【作用】TFTの閾値電圧Vthは、一般に下記式で表さ
れる。
The threshold voltage Vth of a TFT is generally expressed by the following equation.

【0020】[0020]

【数3】 (Equation 3)

【0021】この式から理解されるように、Vthの絶対
値を低減させる方法の1つとしてCoxを大きくする方法
が考えられる。
As can be understood from this equation, one of the methods for reducing the absolute value of Vth is to increase Cox.

【0022】本発明においては、pチャネル絶縁ゲート
型FETのCoxを、nチャネル絶縁ゲート型FETのC
oxに比べて大きくしている。pチャネル絶縁ゲート型F
ETのゲート絶縁膜をnチャネル絶縁ゲート型FETの
それより薄肉にすること、またはpチャネル絶縁ゲート
型FETのゲート絶縁膜をnチャネル絶縁ゲート型FE
Tのそれより高い誘電率を有する材料から形成すること
により、pチャネル絶縁ゲート型FETのVthを、nチ
ャネル絶縁ゲート型FETのVthから独立して制御する
ことができる。
In the present invention, Cox of the p-channel insulated gate FET is replaced by C of the n-channel insulated gate FET.
It is larger than ox. p-channel insulated gate type F
The gate insulating film of the ET is made thinner than that of the n-channel insulated gate FET, or the gate insulating film of the p-channel insulated gate FET is changed to the n-channel insulated gate FE.
By forming from a material having a dielectric constant higher than that of T, the Vth of the p-channel insulated gate FET can be controlled independently of the Vth of the n-channel insulated gate FET.

【0023】[0023]

【実施例】以下に図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】(実施例1)図1(g)に、本発明の半導
体装置の一実施例を示す。この半導体装置は、絶縁性基
板1上に形成されたpチャネルTFTおよびnチャネル
TFTを備えている。pチャネルTFTにおいては、絶
縁性基板1上にソース領域・ドレイン領域および活性領
域を有する半導体層2pが形成され、その上に基板のほ
ぼ全面を覆うように絶縁膜4が形成されてゲート絶縁膜
となっている。その上に活性領域と対向するようにゲー
ト電極8pが形成され、ゲート電極8pを覆って層間絶
縁膜10が形成されている。さらに、ソース電極・ドレ
イン電極12pが形成されて、ゲート絶縁膜4および層
間絶縁膜10に形成されたコンタクトホール11pを介
してソース領域・ドレイン領域と電気的に接続されてい
る。また、nチャネルTFTにおいては、絶縁性基板1
上にソース領域・ドレイン領域および活性領域を有する
半導体層2nが形成されている。その上にnチャネルT
FT部分に絶縁膜3が形成され、さらに、基板のほぼ全
面を覆うように絶縁膜4が形成されて絶縁膜3および4
からなるゲート絶縁膜となっている。その上に活性領域
と対向するようにゲート電極8nが形成され、ゲート電
極8nを覆って層間絶縁膜10が形成されている。さら
に、ソース電極・ドレイン電極12nが形成されて、ゲ
ート絶縁膜4および層間絶縁膜10に形成されたコンタ
クトホール11nを介してソース領域・ドレイン領域と
電気的に接続されている。
(Embodiment 1) FIG. 1 (g) shows an embodiment of a semiconductor device according to the present invention. This semiconductor device has a p-channel TFT and an n-channel TFT formed on an insulating substrate 1. In a p-channel TFT, a semiconductor layer 2p having a source region / drain region and an active region is formed on an insulating substrate 1, and an insulating film 4 is formed on the semiconductor layer 2p so as to cover almost the entire surface of the substrate. It has become. A gate electrode 8p is formed thereon so as to face the active region, and an interlayer insulating film 10 is formed to cover the gate electrode 8p. Further, a source electrode / drain electrode 12p is formed, and is electrically connected to the source region / drain region via a contact hole 11p formed in the gate insulating film 4 and the interlayer insulating film 10. In the case of an n-channel TFT, the insulating substrate 1
A semiconductor layer 2n having a source region / drain region and an active region is formed thereon. N channel T
An insulating film 3 is formed on the FT portion, and an insulating film 4 is formed so as to cover almost the entire surface of the substrate.
The gate insulating film is made of A gate electrode 8n is formed thereon so as to face the active region, and an interlayer insulating film 10 is formed to cover the gate electrode 8n. Further, a source electrode / drain electrode 12n is formed, and is electrically connected to the source region / drain region via a contact hole 11n formed in the gate insulating film 4 and the interlayer insulating film 10.

【0025】このような構成の半導体装置は、例えば、
図1(a)〜(g)に示すような製造工程により作製す
ることができる。
The semiconductor device having such a configuration is, for example,
It can be manufactured by the manufacturing steps as shown in FIGS.

【0026】まず、図1(a)に示すように、絶縁性基
板1の上に、LPCVD法により厚み800オングスト
ロームの非晶質シリコン(a−Si)膜を堆積し、これ
に熱処理を施してp−Si膜とする。これをエッチング
して半導体層2pおよび2nをそれぞれpチャネルTF
T領域およびnチャネルTFT領域に形成する。次に、
LPCVD法により、原料ガスSiH4およびN2O、圧
力50Pa、基板温度850℃の条件で、基板のほぼ全
面に厚み500オングストロームのSiO2からなる絶
縁膜3を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, an 800 .ANG.-thick amorphous silicon (a-Si) film is deposited on an insulating substrate 1 by an LPCVD method, and is subjected to a heat treatment. A p-Si film is used. This is etched to make the semiconductor layers 2p and 2n respectively p-channel TF
It is formed in a T region and an n-channel TFT region. next,
An insulating film 3 made of SiO 2 having a thickness of 500 Å is formed on almost the entire surface of the substrate under the conditions of source gases SiH 4 and N 2 O, a pressure of 50 Pa, and a substrate temperature of 850 ° C. by LPCVD.

【0027】その後、図1(b)に示すように、絶縁膜
3のpチャネルTFT領域のみを除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 1B, only the p-channel TFT region of the insulating film 3 is removed.

【0028】さらに、図1(c)に示すように、LPC
VD法により、原料ガスSiH4およびN2O、圧力50
Pa、基板温度850℃の条件で、基板のほぼ全面に厚
み500オングストロームのSiO2からなる絶縁膜4
を形成する。
Further, as shown in FIG.
According to the VD method, source gases SiH 4 and N 2 O, pressure 50
Under the conditions of Pa and a substrate temperature of 850 ° C., an insulating film 4 of 500 angstrom thick SiO 2 is formed on almost the entire surface of the substrate.
To form

【0029】次に、図1(d)に示すように、リンをド
ープしたSi膜からなるゲート電極8pおよび8nをそ
れぞれpチャネルTFT領域およびnチャネルTFT領
域に形成する。
Next, as shown in FIG. 1D, gate electrodes 8p and 8n made of a Si film doped with phosphorus are formed in a p-channel TFT region and an n-channel TFT region, respectively.

【0030】その後、図1(e)に示すように、フォト
レジスト9pをpチャネルTFT部分に形成する。その
状態で、半導体層2nに加速電圧100keV、不純物
密度1×1015cm-2の条件でリン(31+)をイオン
注入してnチャネルTFTのソース領域およびドレイン
領域を形成する。この時、ゲート電極8nの遮へい効果
によって、TFTの活性領域には不純物はイオン注入さ
れない。
Thereafter, as shown in FIG. 1E, a photoresist 9p is formed on the p-channel TFT. In this state, phosphorus ( 31 P + ) is ion-implanted into the semiconductor layer 2 n under the conditions of an acceleration voltage of 100 keV and an impurity density of 1 × 10 15 cm −2 to form a source region and a drain region of the n-channel TFT. At this time, impurities are not implanted into the active region of the TFT due to the shielding effect of the gate electrode 8n.

【0031】さらに、図1(f)に示すように、フォト
レジスト9nをnチャネルTFT部分に形成する。その
状態で、半導体層2pに加速電圧30keV、不純物密
度1×1015cm-2の条件でほう素(11+)をイオン
注入してpチャネルTFTのソース領域およびドレイン
領域を形成する。この時、ゲート電極8pの遮へい効果
によって、TFTの活性領域には不純物はイオン注入さ
れない。
Further, as shown in FIG. 1F, a photoresist 9n is formed on the n-channel TFT. In this state, an acceleration voltage 30keV to the semiconductor layer 2p, boron under the conditions of impurity concentration 1 × 10 15 cm -2 (11 B +) and is ion-implanted to form a source region and a drain region of the p-channel TFT. At this time, impurities are not ion-implanted into the active region of the TFT due to the shielding effect of the gate electrode 8p.

【0032】続いて、CVD法により、厚み5000オ
ングストロームのSiO2からなる層間絶縁膜10をゲ
ート電極8pおよび8nを覆うようにして形成する。そ
の状態の基板に、N2雰囲気下、温度950℃で30分
間熱処理を行い、不純物を不活性化する。
Subsequently, an interlayer insulating film 10 of 5000 angstrom thick SiO 2 is formed by CVD so as to cover the gate electrodes 8p and 8n. The substrate in this state is subjected to a heat treatment at a temperature of 950 ° C. for 30 minutes in an N 2 atmosphere to inactivate impurities.

【0033】さらに、図1(g)に示すように、絶縁膜
3、4および層間絶縁膜10の所定部分を除去して、ソ
ース領域・ドレイン領域に達するようにコンタクトホー
ル11pおよび11nをそれぞれpチャネルTFT領域
およびnチャネルTFT領域に形成する。次に、Alを
用いて、ソース領域・ドレイン領域に達するソース電極
・ドレイン電極12pおよび12nをそれぞれpチャネ
ルTFT領域およびnチャネルTFT領域に形成する。
Further, as shown in FIG. 1G, predetermined portions of the insulating films 3, 4 and the interlayer insulating film 10 are removed, and contact holes 11p and 11n are respectively formed to reach the source region and the drain region. It is formed in a channel TFT region and an n-channel TFT region. Next, using Al, source and drain electrodes 12p and 12n reaching the source and drain regions are formed in the p-channel TFT region and the n-channel TFT region, respectively.

【0034】以上の工程により、pチャネルTFTおよ
びnチャネルTFTを備えた半導体装置が得られる。
Through the above steps, a semiconductor device having a p-channel TFT and an n-channel TFT can be obtained.

【0035】この実施例においては、pチャネルTFT
のゲート絶縁膜は絶縁膜3であり、500オングストロ
ームである。また、nチャネルTFTのゲート絶縁膜は
絶縁膜3および4からなり、1000オングストローム
である。よって、pチャネルTFTのゲート絶縁膜をn
チャネルTFTのゲート絶縁膜に比べて薄く形成するこ
とができた。また、ゲート長5μmのTFTについて、
Vthp=−3.5V、Vthn=3.5Vとなり、CMOS
回路を高性能化するために、充分小さい絶対値とするこ
とができた。
In this embodiment, a p-channel TFT
Is an insulating film 3 having a thickness of 500 angstroms. The gate insulating film of the n-channel TFT is composed of insulating films 3 and 4, and has a thickness of 1000 Å. Therefore, the gate insulating film of the p-channel TFT is changed to n
It could be formed thinner than the gate insulating film of the channel TFT. For a TFT having a gate length of 5 μm,
Vthp = -3.5V, Vthn = 3.5V, CMOS
In order to improve the performance of the circuit, the absolute value could be made sufficiently small.

【0036】上記実施例において、SiO2を用いて絶
縁膜3および4を形成したが、Si34やTa25など
を用いて形成してもよい。
Although the insulating films 3 and 4 are formed using SiO 2 in the above embodiment, they may be formed using Si 3 N 4 or Ta 2 O 5 .

【0037】(実施例2)図2(f)に、本発明の半導
体装置の他の実施例を示す。この半導体装置において
は、nチャネルTFTのゲート絶縁膜としてSiO2
らなる絶縁膜6および7が形成されており、pチャネル
TFTのゲート絶縁膜としてSiO2からなる絶縁膜
3、7およびSi34からなる高誘電率絶縁膜5が形成
されている。
Embodiment 2 FIG. 2F shows another embodiment of the semiconductor device of the present invention. In this semiconductor device, insulating films 6 and 7 made of SiO 2 are formed as gate insulating films of an n-channel TFT, and insulating films 3 and 7 made of SiO 2 and Si 3 N as a gate insulating film of a p-channel TFT. 4 , a high dielectric constant insulating film 5 is formed.

【0038】このような構成の半導体装置は、例えば、
図2(a)〜(f)に示すような製造工程により作製す
ることができる。
The semiconductor device having such a configuration is, for example,
It can be manufactured by the manufacturing steps as shown in FIGS.

【0039】まず、図2(a)に示すように、絶縁性基
板1の上に、LPCVD法により厚み800オングスト
ロームの非晶質シリコン(a−Si)膜を堆積し、これ
に熱処理を施してp−Si膜とする。これをエッチング
して半導体層2pおよび2nをそれぞれpチャネルTF
T領域およびnチャネルTFT領域に形成する。次に、
LPCVD法により、原料ガスSiH4およびN2O、圧
力50Pa、基板温度850℃の条件で、基板のほぼ全
面に厚み150オングストロームのSiO2からなる絶
縁膜3を形成する。続いて、LPCVD法により、原料
ガスSiH2Cl2(ジクロロシラン)およびNH3、圧
力50Pa、基板温度850℃の条件で、基板のほぼ全
面に厚み300オングストロームのSi34からなる高
誘電率絶縁膜5を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, an 800 .ANG.-thick amorphous silicon (a-Si) film is deposited on the insulating substrate 1 by LPCVD, and is subjected to a heat treatment. A p-Si film is used. This is etched to make the semiconductor layers 2p and 2n respectively p-channel TF
It is formed in a T region and an n-channel TFT region. next,
An insulating film 3 made of SiO 2 having a thickness of 150 Å is formed on almost the entire surface of the substrate under the conditions of the source gases SiH 4 and N 2 O, the pressure of 50 Pa, and the substrate temperature of 850 ° C. by the LPCVD method. Subsequently, a high dielectric constant made of Si 3 N 4 having a thickness of 300 angstroms is formed on almost the entire surface of the substrate under the conditions of a source gas SiH 2 Cl 2 (dichlorosilane), NH 3 , a pressure of 50 Pa and a substrate temperature of 850 ° C. by LPCVD. An insulating film 5 is formed.

【0040】その後、図2(b)に示すように、絶縁膜
3および高誘電率絶縁膜5のnチャネルTFT領域のみ
を除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 2B, only the n-channel TFT region of the insulating film 3 and the high dielectric constant insulating film 5 is removed.

【0041】さらに、図2(c)に示すように、LPC
VD法により、原料ガスSiH4およびN2O、圧力50
Pa、基板温度850℃の条件で、基板のほぼ全面に厚
み800オングストロームのSiO2からなる絶縁膜6
を形成する。
Further, as shown in FIG.
According to the VD method, source gases SiH 4 and N 2 O, pressure 50
Under the conditions of Pa and a substrate temperature of 850 ° C., an insulating film 6 of 800 angstrom thick SiO 2 is formed on almost the entire surface of the substrate.
To form

【0042】その後、図2(d)に示すように、絶縁膜
6のpチャネルTFT領域のみを除去する。希HF水溶
液を用いるとSi34からなる高誘電率絶縁膜5はエッ
チングされないので、pチャネルTFT領域のSiO2
からなる絶縁膜6のみをエッチングすることができる。
Thereafter, as shown in FIG. 2D, only the p-channel TFT region of the insulating film 6 is removed. Since the high dielectric constant insulating film 5 made using the Si 3 N 4 with dilute HF solution is not etched, SiO p-channel TFT region 2
Can be etched only.

【0043】次に、図2(e)に示すように、LPCV
D法により、原料ガスSiH4およびN2O、圧力50P
a、基板温度850℃の条件で、基板のほぼ全面に厚み
200オングストロームのSiO2からなる絶縁膜7を
形成する。
Next, as shown in FIG.
According to Method D, source gases SiH 4 and N 2 O, pressure 50P
a, At a substrate temperature of 850 ° C., an insulating film 7 made of SiO 2 having a thickness of 200 Å is formed on almost the entire surface of the substrate.

【0044】次に、図2(f)に示すように、リンをド
ープしたSi膜からなるゲート電極8pおよび8nをそ
れぞれpチャネルTFT領域およびnチャネルTFT領
域に形成する。
Next, as shown in FIG. 2F, gate electrodes 8p and 8n made of a Si film doped with phosphorus are formed in a p-channel TFT region and an n-channel TFT region, respectively.

【0045】その後、フォトレジストをpチャネルTF
T部分に形成する。その状態で、半導体層2nに加速電
圧100keV、不純物密度1×1015cm-2の条件で
リン(31+)をイオン注入してnチャネルTFTのソ
ース領域およびドレイン領域を形成する。この時、ゲー
ト電極8nの遮へい効果によって、TFTの活性領域に
は不純物はイオン注入されない。
Thereafter, the photoresist is replaced with a p-channel TF
Formed in the T portion. In this state, phosphorus ( 31 P + ) is ion-implanted into the semiconductor layer 2 n under the conditions of an acceleration voltage of 100 keV and an impurity density of 1 × 10 15 cm −2 to form a source region and a drain region of the n-channel TFT. At this time, impurities are not implanted into the active region of the TFT due to the shielding effect of the gate electrode 8n.

【0046】さらに、フォトレジストをnチャネルTF
T部分に形成する。その状態で、半導体層2pに加速電
圧60keV、不純物密度1×1015cm-2の条件でほ
う素(11+)をイオン注入してpチャネルTFTのソ
ース領域およびドレイン領域を形成する。この時、ゲー
ト電極8pの遮へい効果によって、TFTの活性領域に
は不純物はイオン注入されない。
Further, the photoresist is replaced with an n-channel TF
Formed in the T portion. In this state, an acceleration voltage 60keV to the semiconductor layer 2p, boron under the conditions of impurity concentration 1 × 10 15 cm -2 (11 B +) and is ion-implanted to form a source region and a drain region of the p-channel TFT. At this time, impurities are not ion-implanted into the active region of the TFT due to the shielding effect of the gate electrode 8p.

【0047】続いて、CVD法により、厚み5000オ
ングストロームのSiO2からなる層間絶縁膜10をゲ
ート電極8pおよび8nを覆うようにして形成する。そ
の状態の基板に、N2雰囲気下、温度950℃で30分
間熱処理を行い、不純物を不活性化する。
Subsequently, an interlayer insulating film 10 made of SiO 2 and having a thickness of 5000 Å is formed by CVD so as to cover the gate electrodes 8p and 8n. The substrate in this state is subjected to a heat treatment at a temperature of 950 ° C. for 30 minutes in an N 2 atmosphere to inactivate impurities.

【0048】さらに、絶縁膜3、5、6、7および層間
絶縁膜10の所定部分を除去して、ソース領域・ドレイ
ン領域に達するようにコンタクトホール11pおよび1
1nをそれぞれpチャネルTFT領域およびnチャネル
TFT領域に形成する。次に、Alを用いて、ソース領
域・ドレイン領域に達するソース電極・ドレイン電極1
2pおよび12nをそれぞれpチャネルTFT領域およ
びnチャネルTFT領域に形成する。
Further, predetermined portions of the insulating films 3, 5, 6, 7 and the interlayer insulating film 10 are removed, and the contact holes 11p and 1p are extended to reach the source region and the drain region.
1n are formed in the p-channel TFT region and the n-channel TFT region, respectively. Next, using Al, the source electrode / drain electrode 1 reaching the source region / drain region.
2p and 12n are formed in a p-channel TFT region and an n-channel TFT region, respectively.

【0049】以上の工程により、pチャネルTFTおよ
びnチャネルTFTを備えた半導体装置が得られる。
Through the above steps, a semiconductor device having a p-channel TFT and an n-channel TFT can be obtained.

【0050】この実施例においては、pチャネルTFT
のゲート絶縁膜はSiO2からなる絶縁膜3、7および
Si34からなる高誘電率絶縁膜5からなり、SiO2
換算で厚み500オングストロームである。また、nチ
ャネルTFTのゲート絶縁膜はSiO2からなる絶縁膜
6および7からなり、1000オングストロームであ
る。SiO2の比誘電率εは3.9程度であり、Si3
4のεは7.8程度である。よって、pチャネルTFT
のゲート絶縁膜をnチャネルTFTのゲート絶縁膜に比
べてεの高い材料を含んだ構成とすることができた。ま
た、ゲート長5μmのTFTについて、Vthp=−2.
9V、Vthn=3.5Vとなり、CMOS回路を高性能
化するために、充分小さい絶対値とすることができた。
In this embodiment, a p-channel TFT
The gate insulating film made of a high dielectric constant insulating film 5 made of an insulating film 3, 7 and Si 3 N 4 consisting of SiO 2, SiO 2
The thickness is 500 Å in conversion. The gate insulating film of the n-channel TFT is made of insulating films 6 and 7 made of SiO 2 and has a thickness of 1000 Å. The relative dielectric constant ε of SiO 2 is about 3.9 and that of Si 3 N
4 is about 7.8. Therefore, p-channel TFT
Was able to be configured to include a material having a higher ε than the gate insulating film of the n-channel TFT. For a TFT having a gate length of 5 μm, Vthp = −2.
9 V and Vthn = 3.5 V, and the absolute value was sufficiently small to improve the performance of the CMOS circuit.

【0051】上記実施例において、Si34を用いて高
誘電率絶縁膜5を形成したが、Ta25などを用いて形
成してもよい。
In the above embodiment, the high dielectric constant insulating film 5 is formed by using Si 3 N 4 , but may be formed by using Ta 2 O 5 or the like.

【0052】以上、本発明の実施例について、具体的に
説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、各種の変形が可能である。
Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible.

【0053】例えば、p−Siからなる半導体層以外
に、微結晶シリコン半導体層、あるいは非晶質シリコン
半導体層を用いることもできる。TFTの構成も上記に
限られず、例えば、図3および図4に示すような逆スタ
ッガ型のTFTとすることができる。また、絶縁ゲート
型電界効果トランジスタであれば、TFT以外であって
も適用することができる。また、CMOS回路以外の回
路に適用することもできる。
For example, a microcrystalline silicon semiconductor layer or an amorphous silicon semiconductor layer can be used other than the semiconductor layer made of p-Si. The configuration of the TFT is not limited to the above, and for example, an inverted staggered TFT as shown in FIGS. 3 and 4 can be used. Further, as long as it is an insulated gate field effect transistor, it can be applied even if it is not a TFT. Further, the present invention can be applied to circuits other than the CMOS circuit.

【0054】上記において、nチャネル絶縁ゲート型F
ETおよびpチャネル絶縁ゲート型FETのゲート絶縁
膜の膜厚および材料を各々変えることにより、各々のV
thを独立して制御することができ、回路の特性を最適化
して高性能な半導体装置を得ることができる。
In the above, the n-channel insulated gate type F
By changing the thickness and material of the gate insulating film of the ET and p-channel insulated gate FETs,
It is possible to independently control th, and to obtain a high-performance semiconductor device by optimizing circuit characteristics.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、nチャネル絶縁ゲート型FETおよびpチャ
ネル絶縁ゲート型FETのVthを独立して制御して、そ
の絶対値を低減させることができるので、高性能な半導
体装置を得ることができる。よって、高解像度の液晶表
示パネル、高速で高解像度の密着型イメージセンサーお
よび3次元ICなどを実現させることができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to control the Vth of an n-channel insulated gate FET and a p-channel insulated gate FET independently to reduce their absolute values. Therefore, a high-performance semiconductor device can be obtained. Therefore, a high-resolution liquid crystal display panel, a high-speed and high-resolution contact image sensor, a three-dimensional IC, and the like can be realized.

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

【図1】本発明の実施例1の半導体装置の製造工程を示
す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例2の半導体装置の製造工程を示
す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の半導体装置の他の実施例を示す断面図
である。
FIG. 3 is a sectional view showing another embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図4】本発明の半導体装置の他の実施例を示す断面図
である。
FIG. 4 is a sectional view showing another embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図5】従来の半導体装置を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a conventional semiconductor device.

【図6】CMOSインバータの等価回路と伝達特性を示
す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an equivalent circuit and a transfer characteristic of a CMOS inverter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁性基板 2p、2n 半導体層 3、4、6、7 絶縁膜 5 高誘電率絶縁膜 8p、8n ゲート電極 9 フォトレジスト 10p、10n 層間絶縁膜 11p、11n コンタクトホール 12p、12n ソース電極・ドレイン電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating substrate 2p, 2n Semiconductor layer 3, 4, 6, 7 Insulating film 5 High dielectric constant insulating film 8p, 8n Gate electrode 9 Photoresist 10p, 10n Interlayer insulating film 11p, 11n Contact hole 12p, 12n Source electrode / drain electrode

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/136 G02F 1/1343 H01L 29/78 H01L 27/08 H01L 27/12 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/136 G02F 1/1343 H01L 29/78 H01L 27/08 H01L 27/12

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 絶縁性基板上に、第1のゲート絶縁膜を
有するnチャネルのポリシリコンTFTと、第2のゲー
ト絶縁膜を有するpチャネルのポリシリコンTFTと、
によってCMOSインバータが構成され、該第2のゲー
ト絶縁膜の単位面積当りの容量が、該第1のゲート絶縁
膜の単位面積当りの容量より大きい半導体装置。
1. A first gate insulating film is formed on an insulating substrate.
An n-channel polysilicon TFT and a second gate
A p-channel polysilicon TFT having a gate insulating film;
Constitutes a CMOS inverter, and the second gate
The capacitance per unit area of the gate insulating film depends on the first gate insulation.
A semiconductor device having a larger capacity per unit area of the film .
【請求項2】 前記第2のゲート絶縁膜が、前記第1
ゲート絶縁膜より薄肉となっている請求項1に記載の半
導体装置。
Wherein said second gate insulating film, a semiconductor device according to claim 1 which is thinner than the first gate insulating film.
【請求項3】 前記第2のゲート絶縁膜の少なくとも一
部が、前記第1のゲート絶縁膜より高い誘電率を有する
材料からなっている請求項1に記載の半導体装置。
Wherein said at least a portion of the second gate insulating film, a semiconductor device according to claim 1 which is a material having a higher dielectric constant than the first gate insulating film.
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