JP2005209978A - 薄膜半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 絶縁性基板1上に多結晶IV族半導体層2を堆積したのち、少なくともソース・ドレイン形成領域及びチャネル形成領域にIV族元素或いは希ガス元素3のいずれかをイオン注入してアモルファス化したのち、アモルファス化したIV族半導体層4のソース・ドレイン形成領域に導電型決定不純物5をイオン注入する。
【選択図】 図1
Description
そこで、活性化を高めるために高温で活性化処理を行うと抵抗値は下がるものの、ガラス基板が高温に耐えられなくなるという問題がある。
図4参照
まず、ガラス基板31上にSiO2 バッファ層32をプラズマCVD(PCVD)法によって形成したのち、SiO2 バッファ層32上にα−シリコン膜33を同じくPCVD法によって形成する。
次いで、ゲート絶縁膜36上にゲート電極37を設けたのち、ゲート絶縁膜36の周辺部を除去し、次いで、ゲート電極37をマスクとしてSiイオン或いはGeイオン38をイオン注入することによってソース・ドレイン形成領域をアモルファス化してアモルファス領域39とする。
この時、イオン注入領域は、予めアモルファス化されているので活性化効率が高まる。 なお、導電型決定不純物40としては、n型領域を形成する場合にはPまたはAsをもち、p型領域を形成する場合にはBを用いる。
Applied Physics Letters,Vol.A44,p.135,1987 Mat.Res.Symp.Proc.,Vol.669,p.2001
なお、図における符号6,10は、夫々、結晶性IV族半導体層及びゲート電極である。
図1参照
上記課題を解決するために、本発明は、薄膜半導体装置の製造方法において、絶縁性基板1上に多結晶IV族半導体層2を堆積したのち、少なくともソース・ドレイン形成領域及びチャネル形成領域にIV族元素或いは希ガス元素3のいずれかをイオン注入してアモルファス化する工程、及び、アモルファス化したIV族半導体層4のソース・ドレイン形成領域に導電型決定不純物5をイオン注入する工程を有することを特徴とする。
なお、注入量が臨界注入量である1×1014cm-2未満の場合にはアモルファス化が充分ではなく、一方、1×1016cm-2を越えるとアニール工程における結晶性の回復が充分ではなくなる。
まず、透明なガラス基板11上に、例えば、PCVD法によって厚さが、例えば、200nmのSiO2 バッファ層12を積層したのち、厚さが、例えば、50nmのα−シリコン膜13を順次堆積させる。
なお、注入条件に依存するが、Geイオン15が1×1014cm-2未満の場合には、臨界ドーズ量に達しないのでアモルファス化が不十分であり、1×1016cm-2を越えると注入量が多すぎて結晶性が回復しなくなるおそれがある。
次いで、スパッタリング法を用いて全面に厚さが、例えば、200nmのAl膜を堆積させたのち、通常のフォトエッチング工程を用いてパターニングすることによってゲート酸化膜19及びAlゲート電極20を形成する。
この場合、後述するアニール工程において、p+ 型ソース・ドレイン領域の接合が、アモルファス化シリコン膜16/多結晶シリコン膜14界面に形成される残留欠陥25を納める深さになるように、アモルファス化シリコン膜16/多結晶シリコン膜14界面より深くイオン注入を行う必要があり、具体的には、注入プロファイルにおけるアモルファス化シリコン膜16/多結晶シリコン膜14界面のB濃度が1×1017cm-3以上になるようにイオン注入する。
また、ガラス基板11との界面側に多結晶シリコン膜14を薄く残存させているので、結晶性シリコン膜24の結晶性が良好になり、ほぼ単結晶となる。
再び、図1参照
(付記1) 絶縁性基板1上に多結晶IV族半導体層2を堆積したのち、少なくともソース・ドレイン形成領域及びチャネル形成領域にIV族元素或いは希ガス元素3のいずれかをイオン注入してアモルファス化する工程、及び、前記アモルファス化したIV族半導体層4のソース・ドレイン形成領域に導電型決定不純物5をイオン注入する工程を有することを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
(付記2) 上記IV族半導体がシリコンであり、且つ、上記アモルファス化のために注入するIV族元素がシリコン或いはゲルマニウムのいずれかであることを特徴とする付記1記載の薄膜半導体装置の製造方法。
(付記3) 上記アモルファス化工程が、ゲート絶縁膜9の形成工程の前であることを特徴とする付記1または2に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
(付記4) 上記アモルファス化のために注入する元素の注入量が、1×1014cm-2〜1×1016cm-2であることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
(付記5) 上記アモルファス化工程において、上記絶縁性基板1との界面から少なくとも0.5nmの厚さの多結晶IV族半導体層2の下部を多結晶状態のままに残すことを特徴とする付記1乃至4のいずれか1に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
(付記6) 上記ソース・ドレイン形成領域へのイオン注入工程の後に、750℃以下の温度でアニールを行うことを特徴とする付記1乃至5のいずれか1に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
(付記7) 上記ソース・ドレイン形成領域へのイオン注入工程における注入深さが、前記ソース・ドレイン領域7の接合が上記アニール後の残留欠陥8を納める深さであることを特徴とする付記6記載の薄膜半導体装置の製造方法。
(付記8) 上記残留欠陥8が、上記絶縁性基板1との界面から0.5nm〜40nmの位置に位置することを特徴とする付記7記載の薄膜半導体装置。
2 多結晶IV族半導体層
3 IV族元素或いは希ガス元素
4 アモルファス化したIV族半導体層
5 導電型決定不純物
6 結晶性IV族半導体層
7 ソース・ドレイン領域
8 残留欠陥
9 ゲート絶縁膜
10 ゲート電極
11 ガラス基板
12 SiO2 バッファ層
13 α−シリコン膜
14 多結晶シリコン膜
15 Geイオン
16 アモルファス化シリコン膜
17 島状シリコン領域
18 SiO2 膜
19 ゲート酸化膜
20 Alゲート電極
21 Bイオン
22 イオン注入領域
23 p+ 型ソース・ドレイン領域
24 結晶性シリコン膜
25 残留欠陥
26 層間絶縁膜
27 SiO2 膜
28 Si3 N4 膜
29 ソース・ドレイン電極
31 ガラス基板
32 SiO2 バッファ層
33 α−シリコン膜
34 多結晶シリコン膜
35 島状シリコン領域
36 ゲート絶縁膜
37 ゲート電極
38 Siイオン或いはGeイオン
39 アモルファス化領域
40 導電型決定不純物
41 ソース・ドレイン領域
42 層間絶縁膜
43 ソース・ドレイン電極
Claims (5)
- 絶縁性基板上に多結晶IV族半導体層を堆積したのち、少なくともソース・ドレイン形成領域及びチャネル形成領域にIV族元素或いは希ガス元素のいずれかをイオン注入してアモルファス化する工程、及び、前記アモルファス化したIV族半導体層のソース・ドレイン形成領域に導電型決定不純物をイオン注入する工程を有することを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
- 上記アモルファス化のために注入する元素の注入量が、1×1014cm-2〜1×1016cm-2であることを特徴とする請求項1記載の薄膜半導体装置の製造方法。
- 上記アモルファス化工程において、上記絶縁性基板との界面から少なくとも0.5nmの厚さの多結晶IV族半導体層の下部を多結晶状態のままに残すことを特徴とする請求項1または2に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
- 上記ソース・ドレイン形成領域へのイオン注入工程の後に、750℃以下の温度でアニールを行うことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
- 上記ソース・ドレイン形成領域へのイオン注入工程における注入深さが、前記ソース・ドレイン領域の接合が上記アニール後の残留欠陥を納める深さであることを特徴とする請求項4記載の薄膜半導体装置の製造方法。
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