JP3070090B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP3070090B2 JP2291465A JP29146590A JP3070090B2 JP 3070090 B2 JP3070090 B2 JP 3070090B2 JP 2291465 A JP2291465 A JP 2291465A JP 29146590 A JP29146590 A JP 29146590A JP 3070090 B2 JP3070090 B2 JP 3070090B2
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靖智 有馬
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、絶縁体上での半導体装置の製造方法に関
し、特に結晶性の半導体層と低抵抗の半導体層の形成方
法に関する。
[従来の技術] 従来から、絶縁体上に半導体装置、例えば、nチャネ
ルMOSトランジスタを形成する際には第3図に示すよう
な製造方法が知られている。まず、(a)に示すように
絶縁体1上に半導体膜となる多結晶シリコン膜2をCVD
法などで形成する。(b)に示すように、リン(P)な
どを含む低抵抗のn型多結晶シリコン膜を全面に堆積し
た後、写真製版技術を用いてソ−ス領域3およびドレイ
ン領域4となるn型多結晶シリコン膜のパタ−ンを形成
する。(c)に示すように、ゲ−ト絶縁膜となる二酸化
シリコン(SiC2)膜5をCVD法などで全面に堆積した
後、ソ−ス領域3およびドレイン領域4上にコンタクト
ホ−ルを形成した後、アルミニウム(Al)などで引出し
電極6とゲ−ト電極7を形成する。そして400℃程度の
熱処理を施して、絶縁体上でのMOSトランジスタ製造の
基本的なプロセスを完了する。なお、pチャネルMOSト
ランジスタを形成する際には、ソ−ス領域3およびドレ
イン領域4がホウ素(B)などを含む低抵抗のp型多結
晶シリコン膜で形成されている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記従来の製造方法では、半導体膜と
なる多結晶シリコン膜2およびソ−ス領域3、ドレイン
領域4となるn型多結晶シリコン膜を形成するためにCV
D法を用いているため、これらを形成する際の温度が600
℃以上と高かった。このため、使用できる絶縁体は単結
晶シリコンの表面を熱酸化して形成した二酸化シリコン
膜あるいは石英ガラスなどの高軟化点の絶縁材料などに
限定され、安価で低軟化点の絶縁体であるソ−ダライム
ガラスなどは使用できなかった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもの
であって、半導体膜となる多結晶シリコン膜およびソ−
ス領域、ドレイン領域となるn型多結晶シリコン膜を形
成するために高温でのCVD法を必要としない半導体装置
の製造方法を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 請求項(1)の半導体装置の製造方法は、半導体層の
結晶化と不純物元素を含む半導体層の低抵抗化とをイオ
ン注入法で行う際、イオン注入深さを半導体層よりも深
い位置に行うこと特徴とする。
請求項(2)の半導体装置の製造方法は、絶縁体がソ
ーダライムガラスであることを特徴とする。
本発明では、スパッタ法などを用いて非晶質半導体膜
とn型非晶質半導体膜を形成した後、イオン注入法を用
いて従来よりも低温で非晶質半導体膜の結晶化とn型非
晶質半導体膜の低抵抗化を行う。
注入するイオン種としては、半導体膜の構成元素ある
いは半導体膜に悪影響を及ぼさない元素が好ましく、シ
リコン半導体膜ではシリコンの他に希ガスが例示でき、
化合物半導体では構成元素(例えば、GaAs半導体ではGa
およびAs)の他に希ガスが例示できる。なお、例えばシ
リコン半導体膜では、酸素および窒素のようにシリコン
と反応して化合物を形成するような元素および、重金属
元素のようにシリコン半導体膜の特性を悪化させる元素
は好ましくない。
また、イオンの加速エネルギーおよび注入量は、所望
の注入深さおよび半導体膜の膜種等により必要に応じて
調整できるが、通常各々、加速エネルギ−1KeV〜5MeV、
注入量1×1014〜1×1018個/cm2が好ましい。ここで、
イオン注入の深さは半導体膜よりも深い位置にイオンが
注入されるようにすることが好ましいが、イオン注入の
深さを浅くして半導体膜の表層だけにイオン注入を行っ
ても、イオンが注入される深さまでは本発明の効果が現
れる。また、イオンの注入量は半導体膜の結晶化が起こ
り、また、不純物元素の活性化も起こり不純物元素を含
む半導体膜が所望の抵抗値まで低抵抗化されるまで行う
ことが好ましい。これよりも少ないと半導体膜の結晶化
が不十分であったり、不純物元素の活性化が不十分であ
るため、本発明の効果が現れにくい。
また、イオン注入の際に、基板となる絶縁体の軟化点
以下の温度での基板の加熱を行っても良い。
本発明に用いる絶縁体としては、従来から用いられて
いる単結晶シリコンの表面を熱酸化して形成した二酸化
シリコン膜および石英ガラスなどの他にも、何れの絶縁
体も使用でき、特に、ソ−ダライムガラスは安価である
ことから工業的にも好ましい。
[作用] 本発明は、従来の製造方法で絶縁体上に半導体装置を
作製する場合に、高軟化点の絶縁体が用いられ、ソ−ダ
ライムガラス等の低軟化点の絶縁体が用いられない理由
が、結晶性の半導体膜と低抵抗の半導体膜を形成する際
の温度が600℃以上と高いことに鑑みなされたものであ
って、本発明によれば半導体膜の結晶化と不純物元素を
含む半導体膜の低抵抗化とをイオン注入法で行っている
ため、熱処理を用いることなくこれらを形成することが
できる。
[実施例] 以下に実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明す
る。
実施例1 本実施例ではコプラナ−構造のnチャネルMOSトラン
ジスタの製造方法について説明する。
第1図は、本発明は実施例を示すコプラナ−構造のMO
Sトランジスタの製造方法を示す断面図である。
(a)に示すように、Na2Oを13%含むソ−ダライムガ
ラスの表面に二酸化シリコン膜を1μm堆積した絶縁体
8の上に、半導体膜となる非晶質シリコン膜9をスパッ
タ法などで100nm堆積した。(b)に示すように、リン
を1%含むn型非晶質シリコン膜をスパッタ法などで10
0nm堆積した後、写真製版技術を用いて、従来ソ−ス領
域およびドレイン領域となる該n型非晶質シリコン膜10
のパタ−ンを形成した。(c)に示すように、シリコン
イオン11を全面に180keVの加速エネルギ−で5μA/cm2
のビ−ム電流密度で1×1017個/cm2イオン注入して該非
晶質シリコン膜9を多結晶シリコン膜2に結晶化した。
また、このイオン注入により該n型非晶質シリコン膜10
のシ−ト抵抗も107Ω/□から50Ω/□に低下し、低抵
抗のn型シリコン膜であるソ−ス領域3およびドレイン
領域4が形成できた。(d)に示すように、ゲ−ト絶縁
膜となる二酸化シリコン膜5を基板加熱温度400℃でCVD
法などで10nm堆積した後、ソ−ス領域3およびドレイン
領域4の上にコンタクトホ−ルを形成した後、アルミニ
ウムで引出し電極6とゲ−ト電極7を形成した。そして
400℃程度の熱処理を施して、絶縁体8上でのコプラナ
−構造のnチャネルMOSトランジスタの製造を完了し
た。
この後、MOSトランジスタの電気特性を測定したとこ
ろ、本実施例で説明したソ−ダライムガラス上のMOSト
ランジスタは、石英ガラス上で800℃の熱処理により従
来法で製造したMOSトランジスタと同等の特性が得られ
ていた。
実施例2 本実施例ではスタガ−構造のnチャネルMOSトランジ
スタの製造方法について説明する。
第2図は、本発明の実施例を示すスタガ−構造のMOS
トランジスタの製造方法を示す断面図である。
(a)に示すように、Na2Oを13%含むソ−ダライムガ
ラスの表面に二酸化シリコン膜を1μm堆積した絶縁体
8の上に、リンを1%含むn型非晶質シリコン膜をスパ
ッタ法などで100nm堆積した後、写真製版技術を用い
て、将来ソ−ス領域およびドレイン領域となる該n型非
晶質シリコン膜10のパタ−ンを形成した。(b)に示す
ように、半導体膜となる非晶質シリコン膜9をスパッタ
法などで100nm形成した。(c)に示すように、シリコ
ンイオン11を全面に180keVの加速エネルギ−で5μA/cm
2のビ−ム電流密度で1×1017個/cm2イオン注入して該
非晶質シリコン膜9を多結晶シリコン膜2に結晶化し
た。また、このイオン注入によりn型非晶質シリコン膜
10のシ−ト抵抗も107Ω/□から50Ω/□に低下し、低
抵抗のn型シリコン膜であるソ−ス領域3およびドレイ
ン領域4が形成できた。(d)に示すように、ゲ−ト絶
縁膜となる二酸化シリコン膜5を基板加熱温度400℃でC
VD法などで100nm堆積した後、ソ−ス領域3およびドレ
イン領域4の上にコンタクトホ−ルを形成した後、アル
ミニウムで引出し電極6とゲ−ト電極7を形成した。そ
して400℃程度の熱処理を施して、絶縁体8上でのスタ
ガ−構造のnチャネルMOSトランジスタの製造を完了し
た。
この後、MOSトランジスタの電気特性を測定したとこ
ろ、本実施例では説明したソ−ダライムガラス上のMOS
トランジスタは、石英ガラス上で800℃のプロセス温度
で製造したMOSトランジスタと同等の特性が得られてい
た。
本発明の実施例では、イオン注入による基板の加熱温
度は400℃以下であり、全工程を400℃以下の温度で行え
ている。
なお、本実施例ではMOSトランジスタを例にしてトラ
ンジスタの製造方法について説明したが、低抵抗のシリ
コン膜であるソ−ス領域3およびドレイン領域4の形成
と同時あるいは別々に配線および/または抵抗となるシ
リコン膜を形成することもできる。また、本実施例では
コプラナ−構造およびスタガ−構造のnチャネルMOSト
ランジスタの製造方法について説明したが、本発明はこ
れ以外にも逆コプラナ−構造および逆スタガ−構造のn
チャネルMOSトランジスタにも適用できる。また、本発
明はnチャネルMOSトランジスタに限らず、pチャネルM
OSトランジスタおよび双方の伝導型を用いたCMOS(相補
型MOS)トランジスタにも使用できるのは明かである。
さらに、本実施例では半導体膜としてシリコン半導体膜
を用いた場合について説明したが、GaAs等の化合物系半
導体に使用できるのも明かである。
[発明の効果] 本発明によれば、特に基板を加熱すること無しに絶縁
体上に結晶性の半導体膜と低抵抗のn型およびp型半導
体膜を形成できるので、ソ−ダライムガラス等の安価な
絶縁体上に半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例を示すコプラナ−構造のMOS
トランジスタの製造方法を示す断面図である。第2図
は、本発明の実施例を示すスタガ−構造のMOSトランジ
スタの製造方法を示す断面図である。第3図は従来のMO
Sトランジスタの製造方法を示す断面図である。 図中、1および8は絶縁体、2は多結晶シリコン膜、3
はソ−ス領域、4はドレイン領域、5は二酸化シリコン
膜、6は引出し電極、7はゲ−ト電極、9は非晶質シリ
コン膜、10はn型非晶質シリコン膜、11はシリコンのイ
オンを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有馬 靖智 大阪府大阪市中央区道修町3丁目5番11 号 日本板硝子株式会社内 (72)発明者 田中 修平 大阪府大阪市中央区道修町3丁目5番11 号 日本板硝子株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−109475(JP,A) 特開 昭56−115527(JP,A) 特開 昭60−263439(JP,A) 特開 昭60−263438(JP,A) 特開 昭57−199236(JP,A) 特開 平3−296273(JP,A) 特開 昭63−283068(JP,A) 特開 昭59−75669(JP,A) G.Holmen,et.al.," Influence of energ y transfer in nucl ear collisions on the ion beam annea ling of amorphous layers in silico n”,Applied Physics Letters,vol.45,No. 10,1984,p1116−1118 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/18 - 21/20 H01L 21/26 - 21/268 H01L 21/322 - 21/326 H01L 27/12 H01L 21/336 H01L 29/786

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体層を有する半導体装置を絶縁体上に
    製造する方法において、半導体層の結晶化と不純物元素
    を含む半導体層の低抵抗化とをイオン注入法で行う際、
    イオン注入深さを半導体層よりも深い位置に行うことを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】前記絶縁体がソーダライムガラスである請
    求項1記載の半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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G.Holmen,et.al.,"Influence of energy transfer in nuclear collisions on the ion beam annealing of amorphous layers in silicon",Applied Physics Letters,vol.45,No.10,1984,p1116−1118

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