JPH04367231A - Manufacture of thin-film semiconductor device - Google Patents
Manufacture of thin-film semiconductor deviceInfo
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- JPH04367231A JPH04367231A JP16913791A JP16913791A JPH04367231A JP H04367231 A JPH04367231 A JP H04367231A JP 16913791 A JP16913791 A JP 16913791A JP 16913791 A JP16913791 A JP 16913791A JP H04367231 A JPH04367231 A JP H04367231A
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜半導体装置に関し
、とくに絶縁基板上に単結晶半導体層が島状に形成され
て成る薄膜トランジスタの製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to thin film semiconductor devices, and more particularly to a method for manufacturing a thin film transistor in which a single crystal semiconductor layer is formed in the form of an island on an insulating substrate.
【0002】0002
【従来の技術】薄膜トランジスタはラッチアップフリー
であり、寄生容量が小さく処理スピードが早いという特
徴がある。特に半導体層が約1000Å以下の薄膜トラ
ンジスタでは、電流駆動能力が大きいなどの特徴がある
ため、半導体関連業者により精力的に研究開発が行なわ
れてきた。2. Description of the Related Art Thin film transistors are latch-up free, have small parasitic capacitance, and have high processing speed. In particular, thin film transistors with a semiconductor layer of about 1000 Å or less have characteristics such as a large current driving ability, and therefore semiconductor-related companies have been actively researching and developing them.
【0003】また近年、アクティブマトリックス・ディ
スプレイの大容量化にともない、画素部のスイッチング
素子ばかりでなく周辺駆動回路もモノリシックに作り込
めるデバイス技術が嘱望されているが、このような技術
として単結晶半導体による高性能な薄膜トランジスタが
要請されている。[0003] In recent years, as the capacity of active matrix displays has increased, there has been a desire for device technology that allows not only switching elements in pixel sections but also peripheral drive circuits to be fabricated monolithically. There is a demand for high-performance thin film transistors based on
【0004】0004
【発明が解決しようとする課題】しかるに従来、上記の
薄膜トランジスタにおいて、ソース、ドレインを構成す
る高濃度不純物領域をイオン注入で作成する場合、バル
ク半導体に形成されたトランジスタの工程に較べて、イ
オン注入でアモルファス化した高濃度不純物領域の熱処
理による再結晶化が困難であるという問題点があった。[Problems to be Solved by the Invention] Conventionally, however, when forming the high concentration impurity regions constituting the source and drain in the above-mentioned thin film transistor by ion implantation, compared to the process for transistors formed in bulk semiconductors, ion implantation is required. There is a problem in that it is difficult to recrystallize the highly concentrated impurity region that has become amorphous by heat treatment.
【0005】さらに、前記アクティブマトリックス・デ
ィスプレイへの応用に対しては、熱応力による基板の破
壊回避や基板コストの低減などの要請から、製造プロセ
スの低温化が望まれていたが、製造プロセスの低温化に
よりますます前記熱処理による再結晶化が困難となって
いた。Furthermore, for application to the active matrix display, a lower temperature manufacturing process has been desired in order to avoid destruction of the substrate due to thermal stress and to reduce substrate cost. Recrystallization by the heat treatment has become increasingly difficult due to lower temperatures.
【0006】これは、バルク半導体においては、結晶性
の回復が高濃度不純物領域の下面および側面のイオン注
入を受けていない結晶領域の原子配列情報により、固相
エピタキシーが生じて達成されるのに対し、薄膜トラン
ジスタでは半導体層の膜厚が極めて薄いため、結晶性の
回復が、チャネル部と接する高濃度不純物領域の断面積
の小さな側面の、イオン注入を受けていない結晶領域の
原子配列情報によりおこなわれるため、結晶回復に非常
な時間を要するためである。[0006] This is because, in bulk semiconductors, recovery of crystallinity is achieved by solid phase epitaxy occurring due to atomic arrangement information in crystal regions that have not undergone ion implantation on the bottom and side surfaces of high concentration impurity regions. On the other hand, since the thickness of the semiconductor layer in a thin film transistor is extremely thin, recovery of crystallinity is performed using atomic arrangement information of the crystalline region that has not undergone ion implantation on the side surface with a small cross-sectional area of the high concentration impurity region in contact with the channel region. This is because it takes a very long time for crystal recovery.
【0007】このため、前記結晶領域から遠い部分では
、自発的に結晶核が生成し成長するため、多くの場合、
注入した不純物が粒界に大量に偏析した多結晶となって
しまい、ソース、ドレインの抵抗値が大きくなったり、
少数キャリアに対するブロッキング能力が低下して、リ
ーク電流の増加をきたしたりするという問題があった。[0007] For this reason, crystal nuclei spontaneously generate and grow in areas far from the crystalline region, so in many cases,
The implanted impurities become polycrystals that are segregated in large quantities at grain boundaries, increasing the resistance of the source and drain.
There is a problem in that the blocking ability for minority carriers decreases, resulting in an increase in leakage current.
【0008】とくに低温プロセスでは、前記固相エピタ
キシーによる結晶性の回復速度が遅いため、単結晶とし
て回復する部分は、チャネル部と高濃度不純物領域との
接合部の近傍に限られ、その他は多結晶領域として残っ
てしまった。[0008] Particularly in low-temperature processes, the rate of recovery of crystallinity due to the solid-phase epitaxy is slow, so the portion that recovers as a single crystal is limited to the vicinity of the junction between the channel portion and the high-concentration impurity region, and the rest is multi-crystalline. It remained as a crystalline region.
【0009】このため、前記多結晶領域で生成した少数
キャリアが、前記単結晶として回復した領域を拡散電流
として通過し、リーク電流を増加させることになった。For this reason, minority carriers generated in the polycrystalline region pass through the region recovered as a single crystal as a diffusion current, increasing leakage current.
【0010】あるいは、ソース、ドレイン電極の金属電
極が前記多結晶の粒界を通して高濃度不純物領域内に拡
散し、前記拡散した金属から熱放出された少数キャリア
が、前記単結晶として回復した領域を拡散電流として通
過し、これもまたリーク電流を増加させることになった
。Alternatively, the metal electrodes of the source and drain electrodes diffuse into the high concentration impurity region through the grain boundaries of the polycrystal, and the minority carriers thermally released from the diffused metal diffuse the region recovered as the single crystal. passed as a diffusion current, which also increased the leakage current.
【0011】さらに、前記のような金属電極の拡散は、
ソース、ドレイン電極の表面性を劣化させたり、断線を
誘発する原因となったりした。Furthermore, the diffusion of the metal electrode as described above is
This caused deterioration of the surface properties of the source and drain electrodes and caused disconnection.
【0012】また、ソース、ドレイン部の多結晶化によ
り前記ソース、ドレインの抵抗値が大きくなり、薄膜ト
ランジスタの電流駆動能力が十分に上がらないという問
題も生じていた。[0012] Furthermore, due to polycrystalization of the source and drain portions, the resistance values of the source and drain become large, resulting in a problem that the current driving ability of the thin film transistor cannot be sufficiently increased.
【0013】[0013]
【発明の目的】上記のような課題に鑑み、本発明の目的
は、イオン注入により形成されたソース、ドレインの高
濃度不純物領域の再結晶化を速やかに行わせることで、
作製プロセス上安定で、ソース、ドレインの抵抗値が小
さく、またソース、ドレイン間のリーク電流が小さな薄
膜トランジスタ等の薄膜半導体装置を提供することであ
る。OBJECTS OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems, an object of the present invention is to quickly recrystallize high concentration impurity regions of sources and drains formed by ion implantation.
It is an object of the present invention to provide a thin film semiconductor device such as a thin film transistor that is stable in a manufacturing process, has a low resistance value of a source and a drain, and has a low leakage current between the source and drain.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するための手段として、絶縁基板上に島状に形成
された単結晶半導体へ、不純物原子をイオン注入し、そ
の後熱処理することにより、前記単結晶半導体の膜厚全
体にソース、ドレイン領域を形成する薄膜半導体装置の
製造方法において、前記ソース、ドレインを囲む前記島
状単結晶の側面を含む一定領域を除いて、前記イオン注
入を行うことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法を
提供するものである。[Means for Solving the Problems] As a means for solving the above-mentioned problems, the present invention provides a method of ion-implanting impurity atoms into a single crystal semiconductor formed in an island shape on an insulating substrate, and then subjecting it to heat treatment. In the method for manufacturing a thin film semiconductor device in which source and drain regions are formed over the entire film thickness of the single crystal semiconductor, the ion implantation is performed in a region other than a certain region including a side surface of the island-shaped single crystal surrounding the source and drain. The present invention provides a method for manufacturing a thin film semiconductor device characterized by performing the following steps.
【0015】また、前記イオン注入をしない、ソース、
ドレインを囲む前記島状単結晶の側面を含む一定領域と
、イオン注入が施される領域との界面の形状が、凹凸形
状であることを特徴とし、また、前記ソース、ドレイン
を囲む前記島状単結晶の側面の一定領域とチャネル領域
が、前記イオン注入が施される阻止領域により隔てられ
ていることを特徴とし、また、前記イオン注入が施され
る領域により、前記ソース、ドレインを囲む前記島状単
結晶の側面の一定領域とチャネル領域が隔てられる距離
が、前記イオン注入が施される領域が、その後の活性化
処理により有する少数キャリアの拡散長より大きいこと
を特徴とする薄膜半導体装置の製造方法を手段とするも
のである。[0015] Furthermore, the source without the ion implantation,
The shape of the interface between a certain region including the side surface of the island-shaped single crystal surrounding the drain and the region to which ions are implanted is uneven, and the island-shaped region surrounding the source and drain is A certain region on the side surface of the single crystal and a channel region are separated by a blocking region where the ion implantation is performed, and the region where the ion implantation is performed separates a certain region on the side surface of the single crystal and the channel region, and the region where the ion implantation is performed surrounds the source and the drain. A thin film semiconductor device characterized in that a distance between a certain region on a side surface of an island-shaped single crystal and a channel region is larger than a diffusion length of minority carriers that the region where the ion implantation is performed has due to a subsequent activation treatment. The manufacturing method is used as a means.
【0016】[0016]
【作用】本発明の半導体装置の構成によれば、イオン注
入したアモルファス領域は、結晶領域に囲まれているた
め、ドレイン領域およびソース領域を熱処理によって再
結晶化させた場合、四方から再結晶化し、従来より短時
間で再結晶化することができる。[Operation] According to the structure of the semiconductor device of the present invention, since the ion-implanted amorphous region is surrounded by the crystalline region, when the drain region and the source region are recrystallized by heat treatment, the amorphous region is recrystallized from all sides. , recrystallization can be performed in a shorter time than conventional methods.
【0017】これは、再結晶化速度は時間に対してほぼ
一定であるので、アモルファス領域が、結晶領域と一方
向とでしか接触していない、従来の構造では、熱処理時
間の1乗でしかアモルファス領域が減少しないのに対し
て、本発明の手段によれば、アモルファス状態で残って
いる領域の面積は、熱処理時間の2乗で減少するからで
ある。This is because the recrystallization rate is almost constant with respect to time, so in the conventional structure where the amorphous region is in contact with the crystalline region only in one direction, the recrystallization rate is only the first power of the heat treatment time. This is because, while the amorphous region does not decrease, according to the means of the present invention, the area of the region remaining in an amorphous state decreases as the square of the heat treatment time.
【0018】また、熱処理中に前記アモルファス領域の
中に多数の結晶核が発生し、多結晶領域が成長するのは
、一種の熟成時間を経てからであり、かつ前記アモルフ
ァス状態で残っている領域の面積に比例するので、前記
アモルファス領域を結晶化する時間が短いほど、多結晶
領域が前記結晶領域中に成長する確率は飛躍的に減少す
る。[0018] Further, during heat treatment, a large number of crystal nuclei are generated in the amorphous region, and the polycrystalline region grows only after a kind of ripening time, and the region remaining in the amorphous state Since the area of the polycrystalline region is proportional to the area of the crystalline region, the probability that a polycrystalline region will grow into the crystalline region decreases dramatically as the time for crystallizing the amorphous region decreases.
【0019】このように、本発明による再結晶化の手法
によれば、熱処理時間を大幅に短縮出来、ドレイン領域
およびソース領域の結晶性は飛躍的に向上する。As described above, according to the recrystallization method according to the present invention, the heat treatment time can be significantly shortened, and the crystallinity of the drain region and source region can be dramatically improved.
【0020】また、イオン注入したアモルファス領域を
凹凸形状とし、イオン注入しない結晶領域との接触面積
を大きくすることにより、さらに熱処理時間を短縮出来
る。また、不純物が高濃度にイオン注入されるアモルフ
ァス領域を、チャネル領域と接する部分において、チャ
ネル幅方向にのびて島状の半導体層側面まで達し、前記
結晶領域と前記チャネル領域とが直接接しないように、
阻止領域を形成することにより、熱生成電流によるソー
ス、ドレイン間のリーク電流を低減することができる。Furthermore, the heat treatment time can be further shortened by making the ion-implanted amorphous region have an uneven shape and increasing the contact area with the non-ion-implanted crystalline region. In addition, the amorphous region into which impurities are ion-implanted at a high concentration is extended in the channel width direction to the side surface of the island-shaped semiconductor layer at the portion in contact with the channel region, so that the crystalline region and the channel region are not in direct contact with each other. To,
By forming the blocking region, leakage current between the source and drain due to thermally generated current can be reduced.
【0021】また阻止領域の幅は、前記イオン注入が施
される領域が、その後の活性化処理により有する少数キ
ャリアの拡散長より大きくすることが必要である。Further, the width of the blocking region needs to be larger than the diffusion length of minority carriers that the region into which the ion implantation is performed will have due to subsequent activation processing.
【0022】これにより、ソース、ドレイン領域を構成
する高濃度不純物領域と前記結晶領域との接合部の前記
空乏層で生じた熱生成電流は、前記高濃度不純物領域と
前記阻止領域により結晶領域内に閉じ込められ消滅する
。[0022]Thereby, the thermally generated current generated in the depletion layer at the junction between the high concentration impurity region constituting the source and drain regions and the crystal region is transferred within the crystal region by the high concentration impurity region and the blocking region. becomes trapped and disappears.
【0023】上記したように、本発明によれば、リーク
電流が少なく、結晶性が良好で抵抗値が十分小さく、薄
膜トランジスタの製造プロセスにおいても安定なソース
、ドレイン領域を構成することができる。As described above, according to the present invention, it is possible to construct source and drain regions that have low leakage current, good crystallinity, sufficiently low resistance, and are stable even in the manufacturing process of thin film transistors.
【0024】(実施態様例1)以下、本発明の実施態様
例について説明する。図1(a)は、本発明の半導体装
置として、薄膜トランジスタの概略構造を示す模式的斜
視図である。同図において、110は絶縁基板、120
は島状に形成された半導体層、121と122はそれぞ
れソースまたはドレイン領域、123はチャネル領域、
130はゲート絶縁層、140はゲート電極である。(Embodiment Example 1) An embodiment example of the present invention will be described below. FIG. 1A is a schematic perspective view showing the schematic structure of a thin film transistor as a semiconductor device of the present invention. In the figure, 110 is an insulating substrate, 120
is a semiconductor layer formed in an island shape, 121 and 122 are source or drain regions, respectively, 123 is a channel region,
130 is a gate insulating layer, and 140 is a gate electrode.
【0025】絶縁基板110には、溶融石英ガラス等の
ガラス基板あるいはサファイアなどの結晶性絶縁基板が
用いられ、半導体層120にはSi、SiC、SiGe
、GaAs、CdS、CdSeなどが用いられる。A glass substrate such as fused silica glass or a crystalline insulating substrate such as sapphire is used for the insulating substrate 110, and the semiconductor layer 120 is made of Si, SiC, SiGe, etc.
, GaAs, CdS, CdSe, etc. are used.
【0026】図1(b)は、前記ドレイン領域もしくは
ソース領域の詳細図で、122−1は不純物がイオン注
入されアモルファス化したアモルファス領域、122−
2は前記イオン注入の際、レジストによって被覆され不
純物イオンが到達しなかった結晶領域である。FIG. 1(b) is a detailed view of the drain region or source region, where 122-1 is an amorphous region into which impurity ions have been implanted, and 122-1 is an amorphous region.
Reference numeral 2 denotes a crystal region that was covered with a resist and was not reached by impurity ions during the ion implantation.
【0027】このような状態のドレイン領域およびソー
ス領域を熱処理によって再結晶化させると、アモルファ
ス領域122−1は結晶領域122−2に囲まれている
ため四方から再結晶化し、再結晶化速度は時間に対して
ほぼ一定であるので、アモルファス状態で残っている領
域の面積は熱処理時間の2乗で減少する。一方、従来の
再結晶の手法では、アモルファス領域122−1は結晶
領域122−2と一方向とでしか接触していないので、
熱処理時間の1乗でしか減少しない。When the drain region and source region in such a state are recrystallized by heat treatment, the amorphous region 122-1 is surrounded by the crystalline region 122-2, so it is recrystallized from all sides, and the recrystallization rate is Since it is approximately constant with respect to time, the area of the region remaining in an amorphous state decreases as the square of the heat treatment time. On the other hand, in the conventional recrystallization method, the amorphous region 122-1 contacts the crystal region 122-2 only in one direction.
It decreases only by the first power of the heat treatment time.
【0028】また、熱処理中に、前記アモルファス領域
の中に多数の結晶核が発生し多結晶領域が成長するのは
、一種の熟成時間を経てからであり、かつ前記アモルフ
ァス状態で残っている領域の面積に比例するので、前記
アモルファス領域を結晶化する時間が短いほど、多結晶
領域が前記結晶領域中に成長する確率は飛躍的に減少す
る。[0028] Furthermore, during heat treatment, a large number of crystal nuclei are generated in the amorphous region and a polycrystalline region grows after a kind of ripening time, and the region remaining in the amorphous state Since the area of the polycrystalline region is proportional to the area of the crystalline region, the probability that a polycrystalline region will grow into the crystalline region decreases dramatically as the time for crystallizing the amorphous region decreases.
【0029】このように、本発明による再結晶化の手法
によれば、熱処理時間を大幅に短縮出来、ドレイン領域
およびソース領域の結晶性は飛躍的に向上する。As described above, according to the recrystallization method according to the present invention, the heat treatment time can be significantly shortened, and the crystallinity of the drain region and the source region can be dramatically improved.
【0030】(実施態様例2)図2には、本発明の別の
実施形態を示すソースまたはドレイン部の模式的斜視図
である。本実施態様例では、結晶領域222−2は櫛歯
状の凹凸形状とされ、アモルファス領域222−1との
接触面積は、実施態様例1よりも大きくなっている。こ
のため、さらに前述した熱処理時間を短縮することがで
きる。(Embodiment 2) FIG. 2 is a schematic perspective view of a source or drain portion showing another embodiment of the present invention. In this embodiment, the crystal region 222-2 has a comb-like uneven shape, and the contact area with the amorphous region 222-1 is larger than in the first embodiment. Therefore, the above-described heat treatment time can be further shortened.
【0031】図1および図2に示された実施形態におい
ては、熱処理後アモルファス領域122−1、222−
1が結晶化した高濃度不純物領域122−1、222−
1と、前記高濃度不純物領域をかこむ結晶領域122−
2、222−2の接合によって、主に前記結晶領域に空
乏層がひろがっている。この空乏層においては、正孔と
電子が熱的に生成し、一方の電荷は高濃度不純物領域1
22−1、222−1に吸収され、もう一方の電荷は拡
散によってチャネル領域へと移動し、熱生成電流を構成
する。In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the amorphous regions 122-1, 222-
High concentration impurity regions 122-1, 222- where 1 is crystallized
1 and a crystal region 122- surrounding the high concentration impurity region.
2, 222-2, a depletion layer mainly extends in the crystal region. In this depletion layer, holes and electrons are thermally generated, and one charge is transferred to the high concentration impurity region 1.
22-1, 222-1, the other charge moves by diffusion to the channel region and constitutes a heat-generating current.
【0032】(実施態様例3)図3には、前記熱生成電
流によるソース、ドレイン間のリーク電流を低減するた
めの本発明の別の実施形態を示す。(Embodiment 3) FIG. 3 shows another embodiment of the present invention for reducing the leakage current between the source and drain due to the heat-generated current.
【0033】この実施形態においては、不純物が高濃度
にイオン注入されるアモルファス領域322−1は、チ
ャネル領域と接する部分においてチャネル幅方向にのび
て島状の半導体層320の側面まで達し、前記結晶領域
322−2と前記チャネル領域323とが直接接しない
ようになっている。In this embodiment, the amorphous region 322-1 into which impurities are ion-implanted at a high concentration extends in the channel width direction at the portion in contact with the channel region, reaches the side surface of the island-shaped semiconductor layer 320, and forms the crystalline The region 322-2 and the channel region 323 are not in direct contact with each other.
【0034】このようなソース、ドレイン領域を熱処理
し結晶化して本発明による薄膜トランジスタを得るが、
前記ソース、ドレイン領域を構成する高濃度不純物領域
322−1のうち、前記結晶領域322−2と前記チャ
ネル領域323とが直接接しないように突き出した部分
を、以下、阻止領域322−3と呼ぶ。The thin film transistor according to the present invention is obtained by heat-treating and crystallizing such source and drain regions.
A portion of the high concentration impurity region 322-1 constituting the source and drain regions that protrudes so that the crystal region 322-2 and the channel region 323 are not in direct contact is hereinafter referred to as a blocking region 322-3. .
【0035】ソース、ドレイン領域を構成する高濃度不
純物領域と前記結晶領域との接合部の前記空乏層で生じ
た熱生成電流は、前記高濃度不純物領域322−1と前
記阻止領域322−3により前記結晶領域322−2内
に閉じ込められ、消滅する。このとき、前記熱生成電流
を有効に閉じ込め消滅させるためには、前記阻止領域の
幅322−4が十分広い必要がある。より具体的には、
前記阻止領域322−3にはドレイン電圧により空乏層
が広がっているが、残った中性領域の部分が少数キャリ
アの拡散長より十分長い必要がある。The thermally generated current generated in the depletion layer at the junction between the high concentration impurity region constituting the source and drain regions and the crystal region is caused by the high concentration impurity region 322-1 and the blocking region 322-3. It is confined within the crystal region 322-2 and disappears. At this time, in order to effectively confine and eliminate the heat-generated current, the width 322-4 of the blocking region needs to be sufficiently wide. More specifically,
Although a depletion layer is spread in the blocking region 322-3 due to the drain voltage, the remaining neutral region needs to be sufficiently longer than the diffusion length of minority carriers.
【0036】したがって、必要な阻止領域の幅322−
4は、薄膜トランジスタの動作条件により異なるが、前
記阻止領域の不純物濃度が1020cm−3程度で、ド
レイン電圧が数十V以下である動作条件の場合には、阻
止領域の幅322−4はおおむね0.5〜3μmである
ことが望ましい。Therefore, the required blocking region width 322-
4 varies depending on the operating conditions of the thin film transistor, but when the impurity concentration of the blocking region is about 1020 cm-3 and the drain voltage is several tens of V or less, the width of the blocking region 322-4 is approximately 0. It is desirable that the thickness is .5 to 3 μm.
【0037】上記したように、図3の実施形態では、リ
ーク電流が少なく、結晶性が良好で抵抗値が十分小さく
、薄膜トランジスタの製造プロセスにおいても安定なソ
ース、ドレイン領域を構成することができる。As described above, in the embodiment shown in FIG. 3, source and drain regions can be constructed that have low leakage current, good crystallinity, and sufficiently low resistance values, and are stable even in the manufacturing process of thin film transistors.
【0038】[0038]
(実施例1)以下、図1を参照しながら、本発明の実施
例について、製造工程に従って説明する。(Example 1) Hereinafter, an example of the present invention will be described according to the manufacturing process with reference to FIG.
【0039】まず、シリコンウエハ表面に多量の酸素イ
オンを打ち込んで絶縁層をウエハ内に形成し、シリコン
ウエハ上にSOI構造を作成する手法(SIMOX)で
得られた膜厚約2000Åのシリコン薄膜を、犠牲酸化
とエッチングを繰り返すことにより薄層化し、その膜厚
を約300Åとした。First, a silicon thin film with a thickness of about 2000 Å obtained by a method (SIMOX) in which a large amount of oxygen ions are implanted into the surface of a silicon wafer to form an insulating layer within the wafer and create an SOI structure on the silicon wafer is used. By repeating sacrificial oxidation and etching, the film was thinned to a thickness of approximately 300 Å.
【0040】その後、半導体層を長さ10μm、幅6μ
mの島状に分離し、ついで通常のn−MOSプロセスに
より図1(a)に示すような構造の薄膜トランジスタを
形成した。[0040] After that, the semiconductor layer was formed to have a length of 10 μm and a width of 6 μm.
m islands, and then a thin film transistor having the structure shown in FIG. 1(a) was formed by a normal n-MOS process.
【0041】このとき、ソース、ドレイン領域には、図
1(b)に示すように周辺の一定の領域(結晶領域12
2−2)を残して、RPが200Å、ドーズ量が3×1
015cm−2となるようにリン・イオンを注入した。
また注入後のアニールは、窒素雰囲気中850℃で、約
1時間行った。At this time, the source and drain regions have a certain peripheral region (crystalline region 12) as shown in FIG.
2-2), RP is 200 Å, dose is 3 × 1
Phosphorus ions were implanted to give a concentration of 0.015 cm -2 . Further, annealing after implantation was performed at 850° C. in a nitrogen atmosphere for about 1 hour.
【0042】前記結晶領域の幅は1μm、イオン注入を
行なったアモルファス領域122−1の長さは3μm、
幅は4μmであった(試料A)。The width of the crystalline region is 1 μm, the length of the amorphous region 122-1 into which ions have been implanted is 3 μm,
The width was 4 μm (sample A).
【0043】また、比較用試料として、ソース、ドレイ
ン領域全体にイオン注入を行ない、前記結晶領域122
−2を有しない薄膜トランジスタも同一工程にて作成し
た(試料B)。As a comparison sample, ions were implanted into the entire source and drain regions, and the crystal region 122
A thin film transistor without -2 was also created in the same process (Sample B).
【0044】試料Aと試料Bのチャネル長とチャネル幅
はそれぞれ2μmと4μmで、ソース、ドレイン電極は
、アルミニウムで形成した。The channel length and channel width of Sample A and Sample B were 2 μm and 4 μm, respectively, and the source and drain electrodes were formed of aluminum.
【0045】断面TEM観察の結果、試料Aのソース、
ドレイン領域は、中央のごく一部分を除いて単結晶であ
ったのに対して、試料Bではチャネル部と接する1μm
ほどの領域を除いてほとんどの部分が多結晶状態で、粒
界に電極金属の拡散が認められた。As a result of cross-sectional TEM observation, the source of sample A,
The drain region was single crystal except for a small part in the center, whereas in sample B, the drain region was 1 μm in contact with the channel part.
Most of the parts were in a polycrystalline state, with the exception of a small area, and diffusion of electrode metal was observed in the grain boundaries.
【0046】また、ゲート電圧0V、ドレイン電圧3V
のときのリーク電流は、試料Aでは3×10−13 A
、試料Bでは2×10−12Aであった。[0046] Also, the gate voltage is 0V, the drain voltage is 3V
The leakage current for sample A is 3×10-13 A when
, for sample B it was 2×10 −12 A.
【0047】また、前記薄膜トランジスタの形成時に同
時に作成されたソース、ドレインのモニター・パッドの
シート抵抗を測定したところ、試料Aでは300Ω/□
、試料Bでは5Ω/□であった。In addition, when the sheet resistance of the source and drain monitor pads created at the same time as the formation of the thin film transistor was measured, it was found that sample A had a sheet resistance of 300Ω/□.
In sample B, it was 5Ω/□.
【0048】(実施例2)他の実施例として、ソース、
ドレイン領域の構成を、図3に示す様な阻止領域を有す
る形状とし、それ以外は、実施例1の試料Aと同じ薄膜
トランジスタを作成した(試料C)。(Example 2) As another example, source,
A thin film transistor was fabricated (sample C) that was the same as sample A of Example 1 except that the drain region had a configuration having a blocking region as shown in FIG. 3.
【0049】阻止領域の幅322−4は、約1.5μm
とした。The width 322-4 of the blocking region is approximately 1.5 μm.
And so.
【0050】断面TEM観察の結果、本実施例の試料C
のソース、ドレイン領域は、中央の一部分を除いて単結
晶であった。As a result of cross-sectional TEM observation, sample C of this example
The source and drain regions were single crystal except for the central part.
【0051】また、ゲート電圧0V、ドレイン電圧3V
のときのリーク電流は8×10−14Aで、試料Aより
約1桁小さかった。[0051] Also, the gate voltage is 0V, the drain voltage is 3V
The leakage current at this time was 8×10 −14 A, which was about one order of magnitude smaller than that of sample A.
【0052】[0052]
【発明の効果】以上説明した様に、本発明の半導体装置
の製造方法によれば、イオン注入したアモルファス領域
は、結晶領域に囲まれているため、ドレイン領域および
ソース領域を熱処理によって再結晶化させた場合、四方
から再結晶化し、従来より短時間で再結晶化することが
できる。As explained above, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, since the ion-implanted amorphous region is surrounded by the crystalline region, the drain region and the source region can be recrystallized by heat treatment. In this case, recrystallization can be performed from all sides, and recrystallization can be performed in a shorter time than conventionally.
【0053】また、前記アモルファス領域を結晶化する
時間が短いほど、多結晶領域が前記結晶領域中に成長す
る確率は飛躍的に減少する。Furthermore, the shorter the time for crystallizing the amorphous region, the greater the probability that a polycrystalline region will grow into the crystalline region.
【0054】このように、本発明による再結晶化の手法
によれば、熱処理時間を大幅に短縮でき、ドレイン領域
およびソース領域の結晶性は飛躍的に向上する。As described above, according to the recrystallization method according to the present invention, the heat treatment time can be significantly shortened, and the crystallinity of the drain region and source region can be dramatically improved.
【0055】また、イオン注入したアモルファス領域を
凹凸形状とし、イオン注入しない結晶領域との接触面積
を大きくすることにより、さらに熱処理時間を短縮でき
る。また、前記結晶領域と前記チャネル領域とが直接接
しないように、阻止領域を形成することにより、熱生成
電流によるソース、ドレイン間のリーク電流を低減する
ことができる。Furthermore, the heat treatment time can be further shortened by making the ion-implanted amorphous region have an uneven shape and increasing the contact area with the non-ion-implanted crystal region. Furthermore, by forming a blocking region so that the crystal region and the channel region do not come into direct contact with each other, leakage current between the source and drain due to thermally generated current can be reduced.
【0056】また阻止領域の幅は、前記イオン注入が施
される領域が、その後の活性化処理により有する少数キ
ャリアの拡散長より大きくすることにより、ソース、ド
レイン領域を構成する高濃度不純物領域と結晶領域との
接合部の空乏層で生じた熱生成電流は、高濃度不純物領
域と阻止領域により結晶領域内に閉じ込められ、消滅す
る。Furthermore, the width of the blocking region is made larger than the diffusion length of minority carriers that the ion-implanted region has due to the subsequent activation treatment, so that the width of the blocking region can be made larger than the diffusion length of the minority carriers that the ion-implanted region has due to the subsequent activation treatment. The thermally generated current generated in the depletion layer at the junction with the crystal region is confined within the crystal region by the high concentration impurity region and the blocking region and disappears.
【0057】上記したように、本発明によれば、ソース
、ドレイン間のリーク電流が少なく、結晶性が良好で、
ソース、ドレイン部の抵抗値が十分小さく、製造プロセ
スにおいても安定な、薄膜半導体装置の製造方法を実現
できる効果が得られる。As described above, according to the present invention, leakage current between the source and drain is small, crystallinity is good,
It is possible to realize a method for manufacturing a thin film semiconductor device in which the resistance values of the source and drain portions are sufficiently small and the manufacturing process is stable.
【図1】本発明による薄膜トランジスタの製造方法の第
1の実施形態を説明する図。FIG. 1 is a diagram illustrating a first embodiment of a method for manufacturing a thin film transistor according to the present invention.
【図2】本発明による薄膜トランジスタの製造方法の第
2の実施形態を説明する図。FIG. 2 is a diagram illustrating a second embodiment of the method for manufacturing a thin film transistor according to the present invention.
【図3】本発明による薄膜トランジスタの製造方法の第
3の実施形態を説明する図。FIG. 3 is a diagram illustrating a third embodiment of the method for manufacturing a thin film transistor according to the present invention.
110 絶縁基板
120,220,320 島状の半導体層(島状
単結晶)
121 ソース領域
122 ドレイン領域
122−1,222−1,322−1 アモルフ
ァス領域(不純物をイオン注入した領域)、(結晶化し
た高濃度不純物領域)
122−2,222−1,322−1 結晶領域
(不純物をイオン注入しない領域)
123,323 チャネル領域
322−3 生成電流の阻止領域322−4
阻止領域の幅110 Insulating substrate 120, 220, 320 Island-shaped semiconductor layer (island-shaped single crystal) 121 Source region 122 Drain region 122-1, 222-1, 322-1 Amorphous region (region into which impurities are ion-implanted), (crystallized 122-2, 222-1, 322-1 Crystal region (region where no impurity is implanted) 123, 323 Channel region 322-3 Generation current blocking region 322-4
Inhibition area width
Claims (4)
半導体へ、不純物原子をイオン注入し、その後熱処理す
ることにより、前記単結晶半導体の膜厚全体にソース、
ドレイン領域を形成する薄膜半導体装置の製造方法にお
いて、前記ソース、ドレインを囲む前記島状単結晶の側
面を含む一定領域を除いて、前記イオン注入を行うこと
を特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。1. Impurity atoms are ion-implanted into a single-crystal semiconductor formed in an island shape on an insulating substrate, and then heat-treated to form a source and a source over the entire thickness of the single-crystal semiconductor.
A method of manufacturing a thin film semiconductor device forming a drain region, wherein the ion implantation is performed except for a certain region including a side surface of the island-shaped single crystal surrounding the source and drain. .
レインを囲む前記島状単結晶の側面を含む一定領域と、
イオン注入が施される領域との界面の形状が、凹凸形状
であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜半導体装
置の製造方法。2. A certain region including a side surface of the island-shaped single crystal surrounding the source and drain where the ion implantation is not performed;
2. The method of manufacturing a thin film semiconductor device according to claim 1, wherein the shape of the interface with the region to which ion implantation is performed is uneven.
単結晶の側面の一定領域とチャネル領域が、前記イオン
注入が施される阻止領域により隔てられていることを特
徴とする請求項1に記載の薄膜半導体装置の製造方法。3. A certain region of the side surface of the island-shaped single crystal surrounding the source and drain and a channel region are separated by a blocking region in which the ion implantation is performed. A method for manufacturing a thin film semiconductor device.
、前記ソース、ドレインを囲む前記島状単結晶の側面の
一定領域とチャネル領域が隔てられる距離が、前記イオ
ン注入が施される領域が、その後の活性化処理により有
する少数キャリアの拡散長より大きいことを特徴とする
請求項3に記載の薄膜半導体装置の製造方法。4. The area where the ion implantation is performed is such that the distance between the channel region and a certain area of the side surface of the island-shaped single crystal surrounding the source and drain is determined by the area where the ion implantation is performed. 4. The method of manufacturing a thin film semiconductor device according to claim 3, wherein the diffusion length is longer than the diffusion length of minority carriers obtained by subsequent activation treatment.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16913791A JPH04367231A (en) | 1991-06-14 | 1991-06-14 | Manufacture of thin-film semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16913791A JPH04367231A (en) | 1991-06-14 | 1991-06-14 | Manufacture of thin-film semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04367231A true JPH04367231A (en) | 1992-12-18 |
Family
ID=15880974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16913791A Pending JPH04367231A (en) | 1991-06-14 | 1991-06-14 | Manufacture of thin-film semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04367231A (en) |
-
1991
- 1991-06-14 JP JP16913791A patent/JPH04367231A/en active Pending
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