JP3348517B2 - Method for manufacturing thin film field effect transistor - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、閾値電圧Vthの変動や
ドレイン耐圧の低下を防止できる薄膜電界効果トランジ
スタ(薄膜FET)の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a thin film field effect transistor (thin film FET) capable of preventing a variation in threshold voltage Vth and a reduction in drain withstand voltage.
【0002】[0002]
【従来の技術】電界効果トランジスタ(FET)の動作
時には、ソース領域からチャネル領域に注入されたキャ
リアがドレイン端に生じている高電界領域の結晶格子に
衝突し、電子−正孔対が発生する。バルク半導体基板上
に形成されたFETの場合は、これら少数キャリアのい
ずれか一方がチャネル領域に流れ込んだとしても、最終
的には基板電流としてリークされるため、特に問題とな
ることはなかった。2. Description of the Related Art During operation of a field effect transistor (FET), carriers injected from a source region into a channel region collide with a crystal lattice in a high electric field region generated at a drain end, and electron-hole pairs are generated. . In the case of an FET formed on a bulk semiconductor substrate, even if any one of these minority carriers flows into the channel region, it does not pose a particular problem because it eventually leaks as a substrate current.
【0003】近年、従来のバルク半導体基板に代わり、
SOI(silicon on insulator)基
板上にFETを形成することが行われている。これは、
絶縁性基板上のシリコン薄膜にFETを形成する方法で
あり、接合容量の低減による動作の高速化や、素子間分
離の容易化にメリットがある。ところが、SOI基板上
に形成される薄膜FETは、シリコン薄膜の周囲が絶縁
性基板に囲まれて浮遊状態となっており、衝突イオン化
により生じた少数キャリアを基板側にリークさせること
ができない。このため、少数キャリアがチャネル領域に
蓄積されてそのポテンシャルを変化させ、閾値電圧Vth
の変動やドレイン耐圧の低下を招く問題があった。In recent years, instead of conventional bulk semiconductor substrates,
2. Description of the Related Art An FET is formed on an SOI (silicon on insulator) substrate. this is,
This is a method of forming an FET on a silicon thin film on an insulating substrate, and has advantages in speeding up operation by reducing junction capacitance and facilitating isolation between elements. However, the thin-film FET formed on the SOI substrate is in a floating state in which the periphery of the silicon thin film is surrounded by the insulating substrate, so that minority carriers generated by impact ionization cannot leak to the substrate side. For this reason, the minority carriers are accumulated in the channel region to change the potential, and the threshold voltage Vth
And the drain breakdown voltage is reduced.
【0004】この現象は、特にNMOSで顕著である。
図8に、従来の薄膜FET(NMOS)のエネルギー・
バンド図を示す。Evは価電子帯の上端、Ecは伝導帯
の下端をそれぞれ表すエネルギー準位であり、この場合
の少数キャリアはホールHである。n型のドレイン領域
に正電圧が印加されているため、チャネル領域とドレイ
ン領域との間には、両者の擬フェルミ準位Ef2,E
f3間のエネルギー差に相当する逆バイアスbcdがか
かっている。This phenomenon is particularly remarkable in NMOS.
FIG. 8 shows the energy of a conventional thin film FET (NMOS).
The band diagram is shown. E v is the upper end of the valence band, E c is the energy level representing respectively the lower end of the conduction band, the minority carriers in this case is a Hall H. Since a positive voltage is applied to the n-type drain region, between the channel region and the drain region, the pseudo-Fermi levels E f2 , E f
A reverse bias b cd corresponding to the energy difference between f3 is applied.
【0005】一方、ソース領域とチャネル領域との間に
は、ホールの蓄積により両者の擬フェルミ準位Ef1,
Ef2間のエネルギー差に相当する順バイアスbscが
かかっている。すなわち、衝突イオン化によりドレイン
領域に発生したホールの一部H1は、ソース領域から注
入される電子e−と再結合して消滅するが、その他のホ
ールH2はソース領域へ拡散して拡散電流を生ずる。し
かし、拡散による電荷の消滅速度が一般に遅いこと、ま
た拡散電流が基板へリークできないこと等の理由によ
り、チャネル領域内のソース領域近傍にホールが蓄積さ
れ、該チャネル領域のポテンシャルが上昇するからであ
る。このポテンシャル上昇は、発生するホール数と消滅
または流出するホール数とが均衡するところ(定常状
態)で停止するが、これによりFETの閾値電圧Vth
が変化してしまう。On the other hand, between the source region and the channel region, the accumulation of holes causes the pseudo-Fermi levels E f1 ,
A forward bias b sc corresponding to the energy difference between E f2 is applied. That is, part H 1 of holes generated in the drain region by impact ionization, electrons injected from the source region e - and recombine and disappear, but other hole H 2 is the diffusion current diffuses to the source region Is generated. However, holes are accumulated near the source region in the channel region, and the potential of the channel region increases because the charge disappearance rate due to diffusion is generally slow and the diffusion current cannot leak to the substrate. is there. This potential rise stops when the number of generated holes and the number of holes that disappear or flow out are balanced (steady state), whereby the threshold voltage V th of the FET is reduced.
Changes.
【0006】この問題を解決するための薄膜FETとし
て、特開平4−313242号公報には、シリコン薄膜
からなるソース領域にゲルマニウム(Ge)をイオン注
入し、該ソース領域の禁止帯幅(バンド・ギャップ)を
チャネル領域のそれよりも狭くすることにより、チャネ
ル領域からソース領域へのホールの流出を促進した薄膜
FETが開示されている。As a thin film FET for solving this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-313242 discloses that a source region made of a silicon thin film is ion-implanted with germanium (Ge), and the bandgap of the source region is reduced. A thin film FET is disclosed in which the gap is made narrower than that of the channel region to promote the outflow of holes from the channel region to the source region.
【0007】この薄膜FETのエネルギー・バンド図
は、図9に示されるものであり、チャネル領域の禁止帯
幅BGchに比べてソース領域の禁止帯幅BGsが小と
されている。これにより、チャネル領域からソース領域
へ注入されるホールH2に対するエネルギー障壁h1が
低くなり、ソース領域へのホールH2の流出が促進され
る。[0007] Energy band diagram of the thin film FET is what is shown in Figure 9, the band gap BG s of the source region is smaller than the band gap BG ch of the channel region. Accordingly, the energy barrier h 1 is lowered for holes H 2 injected from the channel region to the source region, the outflow hole of H 2 to the source region is promoted.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の薄膜
FETにおいては、Geの拡散プロファイルの制御が実
際のデバイス特性に大きな影響を及ぼす。ここで、Ge
はパターニングされたゲート電極をマスクとするイオン
注入により自己整合的にシリコン薄膜中にドーピングさ
れるが、その後、結晶欠陥回復のための熱処理を経る際
に、ゲート電極直下のチャネル領域ヘも若干拡散する。
すると、図示されるように、ソース領域近傍のチャネル
領域における禁止帯幅も減少し、結果的にソース領域か
らチャネル領域へ注入される電子に対する障壁h2まで
減少してしまう。このため、前述のポテンシャル上昇に
伴うチャネル領域への電子の注入効率が上昇し、閾値電
圧Vthの変動やドレイン耐圧の劣化が助長されてしま
う問題があった。In the above-described thin film FET, the control of the Ge diffusion profile has a great effect on the actual device characteristics. Where Ge
Is doped into the silicon thin film in a self-aligned manner by ion implantation using the patterned gate electrode as a mask, but then slightly diffuses into the channel region immediately below the gate electrode when undergoing heat treatment to recover crystal defects. I do.
Then, as illustrated, the band gap in the channel region near the source region also decreases, decreases from resulting in the source region to the barrier h 2 for electrons injected into the channel region. For this reason, there has been a problem that the efficiency of injecting electrons into the channel region is increased due to the above-described potential increase, and the fluctuation of the threshold voltage Vth and the deterioration of the drain withstand voltage are promoted.
【0009】そこで、本発明は、Geの拡散プロファイ
ルを制御して、ソース領域への少数キャリアの流出を効
果的に促進できる薄膜FETの製造方法を提供すること
を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a thin film FET in which the diffusion profile of Ge can be controlled to effectively promote the flow of minority carriers into the source region.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達成するために提案されるものである。すなわち、本発
明の薄膜FETの製造方法は、シリコン薄膜上にゲート
絶縁膜を介して形成されたゲート電極をマスクとして該
シリコン薄膜にゲルマニウムをイオン注入する工程と、
前記ゲート電極の側壁面上にサイドウォールを形成する
工程と、前記ゲート電極とサイドウォールの双方をマス
クとして前記シリコン薄膜上にゲルマニウムをイオン注
入する工程とを有する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is proposed to achieve the above-mentioned object. That is, the method of manufacturing a thin-film FET of the present invention comprises the steps of: ion-implanting germanium into the silicon thin film using the gate electrode formed on the silicon thin film via the gate insulating film as a mask;
Forming a sidewall on the side wall surface of the gate electrode; and ion-implanting germanium into the silicon thin film using both the gate electrode and the sidewall as a mask.
【0011】上記サイドウォールとしては、LDD構造
を有するMOS−FETの製造工程で一般に形成される
ものを、そのまま使用することができる。As the above-mentioned sidewalls, those generally formed in the process of manufacturing a MOS-FET having an LDD structure can be used as they are.
【0012】このような製造方法により製造される薄膜
FETは、絶縁性基板上の半導体薄膜に形成され、ソー
ス領域の禁止帯幅がチャネル領域から遠ざかるにつれて
2段階に分けて縮小されてなるものである。A thin-film FET manufactured by such a manufacturing method is formed on a semiconductor thin film on an insulating substrate, and the forbidden band width of the source region is reduced in two steps as the distance from the channel region increases. is there.
【0013】ここで、FETのソース領域は一般にゲー
ト電極を挟んでドレイン領域と対称な位置関係にあり、
両領域はその製造工程において該ゲート電極をマスクと
するイオン注入により同時に形成される。したがって、
この製造方法により製造される薄膜FETは、ドレイン
領域の禁止帯幅についても同様にチャネル領域から遠ざ
かるにつれて2段階に分けて縮小される。Here, the source region of the FET generally has a symmetrical positional relationship with the drain region with the gate electrode interposed therebetween.
Both regions are formed simultaneously by ion implantation using the gate electrode as a mask in the manufacturing process. Therefore,
In the thin-film FET manufactured by this manufacturing method, the band gap of the drain region is similarly reduced in two steps as the distance from the channel region increases.
【0014】ここで、前記ソース領域の禁止帯の最大幅
は、前記チャネル領域の禁止帯幅以下とされていること
が特に好適である。この薄膜FETでは、前記半導体薄
膜にシリコン薄膜、前記ソース領域をゲルマニウムを含
むシリコン薄膜を用いることで、格子定数の整合の良い
実用的な薄膜FETとなる。Here, it is particularly preferable that the maximum width of the forbidden band of the source region is smaller than or equal to the forbidden band of the channel region. In this thin film FET, by using a silicon thin film for the semiconductor thin film and a silicon thin film containing germanium for the source region, a practical thin film FET with good lattice constant matching can be obtained.
【0015】[0015]
【作用】本発明の薄膜FETの製造方法によれば、ゲー
ト電極をマスクとした1回目のGeイオン注入と、ゲー
ト電極およびその側壁面に形成されるサイドウォールの
双方をマスクとした2回目のGeイオン注入とを行うこ
とにより、Geの導入されないゲート電極直下の領域
(チャネル領域)、1回目のイオン注入時のみGeが導
入されるサイドウォール直下の領域(低濃度ソース領
域)、2回のイオ注入を受けてGeがドーピングされた
領域(高濃度ソース領域)を自己整合的に形成すること
ができる。According to the method of manufacturing a thin film FET of the present invention, a first Ge ion implantation using the gate electrode as a mask and a second Ge ion implantation using both the gate electrode and the sidewall formed on the side wall surface as a mask. By performing Ge ion implantation, a region immediately below the gate electrode into which Ge is not introduced (channel region), a region immediately below the sidewall where Ge is introduced only during the first ion implantation (low-concentration source region), and two times Ge-doped regions (high-concentration source regions) can be formed in a self-aligned manner by ion implantation.
【0016】このような製造方法により製造された薄膜
FETは、ソース領域の禁止帯幅がチャネル領域から遠
ざかるにつれて2段階に分けて縮小されているため、ポ
テンシャルの傾きにより形成されるドリフト電界の寄与
により、ソース領域内における少数キャリアの移動度が
高くなる。この効果は、ソース領域の禁止帯の最大幅が
チャネル領域の禁止帯幅と同じであっても見込まれる。
言い換えれば、この製造方法により製造された薄膜FE
Tではソース領域の禁止帯の最大幅を特に狭めることを
行わず、したがってこの部分のエネルギー障壁が従来の
薄膜FETのそれと変わらなくても、少数キャリアの流
出を円滑化できる。このことは、たとえばシリコン薄膜
中にGeをドーピングして禁止帯幅の制御を行う場合
に、ソース領域の端部のGe濃度をそれ程高める必要が
ないことを意味する。したがって製法上、ソース領域か
らチャネル領域へのGeの拡散を極めて低く抑えること
ができ、前述のようにソース−チャネル間の電子に対す
るエネルギー障壁を低下させる懸念がない。この結果、
閾値電圧Vthの変動やドレイン耐圧の劣化を防止する
効果が得られる。In the thin-film FET manufactured by such a manufacturing method, the band gap of the source region is reduced in two steps as the distance from the channel region is increased. Thereby, the mobility of minority carriers in the source region is increased. This effect is expected even if the maximum width of the forbidden band in the source region is the same as the forbidden band in the channel region.
In other words, the thin film FE manufactured by this manufacturing method
In T, the maximum width of the forbidden band in the source region is not particularly reduced, and therefore, even if the energy barrier in this portion is not different from that of the conventional thin film FET, the outflow of minority carriers can be smoothed. This means that, for example, when the band gap is controlled by doping Ge into the silicon thin film, it is not necessary to increase the Ge concentration at the end of the source region so much. Therefore, in the manufacturing method, the diffusion of Ge from the source region to the channel region can be extremely suppressed, and there is no concern that the energy barrier for electrons between the source and the channel is reduced as described above. As a result,
The effect of preventing fluctuation of the threshold voltage Vth and deterioration of the drain withstand voltage can be obtained.
【0017】もちろん、ソース領域の禁止帯の最大幅を
チャネル領域の禁止帯幅より小さく設定すれば、ソース
領域への少数キャリアの注入そのものも多くなるため、
上述の防止効果は一層向上する。Of course, if the maximum width of the forbidden band of the source region is set smaller than the forbidden band of the channel region, the injection of minority carriers into the source region itself will increase.
The above-described prevention effect is further improved.
【0018】[0018]
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.
【0019】まず、本発明の製造方法により製造される
薄膜NMOS−FETについて、図1のエネルギー・バ
ンド図を参照しながら説明する。Evは価電子帯の上
端、Ecは伝導帯の下端をそれぞれ表すエネルギー準位
であり、この場合の少数キャリアはホールH2である。
n型のドレイン領域に正電圧が印加されているため、チ
ャネル領域とドレイン領域との間には両者の擬フェルミ
準位Ef2,Ef3間のエネルギー差に相当する逆バイ
アスbcdがかかっている。一方、ソース領域とチャネ
ル領域との間には、ホールの蓄積により両者の擬フェル
ミ準位Ef1,Ef2間のエネルギー差に相当する順バ
イアスbscがかかっている。First, a thin film NMOS-FET manufactured by the manufacturing method of the present invention will be described with reference to the energy band diagram of FIG. E v is the upper end of the valence band, the E c is the energy level representing respectively the lower end of the conduction band, the minority carriers in this case is a Hall H 2.
Since a positive voltage is applied to the n-type drain region, a reverse bias b cd corresponding to the energy difference between the pseudo-Fermi levels E f2 and E f3 is applied between the channel region and the drain region. I have. On the other hand, a forward bias bsc corresponding to the energy difference between the pseudo-Fermi levels E f1 and E f2 is applied between the source region and the channel region due to the accumulation of holes.
【0020】ここで、ソース領域の禁止帯幅BGsは、
チャネル領域との接合領域において最も大きく、該チャ
ネル領域から遠ざかるにつれて縮小されている。また、
接合領域における上記禁止帯の最大幅は、チャネル領域
の禁止帯幅BGchとほぼ同じかもしくは僅かに小とさ
れている。すなわち、この部分の禁止帯幅は、Geドー
ピングを行っていない従来の薄膜NMOS−FETのソ
ース領域の禁止帯幅と比べて極端に異なってはいない。[0020] In this case, the forbidden band width BG s of the source region,
It is largest at the junction region with the channel region, and is reduced as the distance from the channel region increases. Also,
The maximum width of the forbidden band in the junction region is approximately equal to or slightly smaller forbidden band width BG ch of the channel region. That is, the band gap of this portion is not extremely different from the band gap of the source region of the conventional thin film NMOS-FET without Ge doping.
【0021】かかるバンド構造を持つ薄膜NMOS−F
ETにおいては、ポテンシャルの傾きにより形成される
ドリフト電界の寄与により、ソース領域内における少数
キャリアの移動度が高くなる。また、ソース領域の禁止
帯の最大幅がチャネル領域の禁止帯幅BGchよりも僅
かに小さいので、ソース領域へのホールH2の注入その
ものも促進される。さらに、ソース−チャネル間の電子
に対するエネルギー障壁も低下していない。したがっ
て、チャネル領域内でのホール蓄積に起因する閾値電圧
Vthの変動やソース・ドレイン間耐圧の劣化が生じな
い。Thin-film NMOS-F having such a band structure
In ET, the mobility of minority carriers in the source region increases due to the contribution of the drift electric field formed by the potential gradient. Further, since the maximum width of the forbidden band of the source region is slightly smaller than the band gap BG ch of the channel region, injecting themselves hole of H 2 to the source region is also promoted. Furthermore, the energy barrier for electrons between the source and the channel has not been reduced. Therefore, fluctuation of the threshold voltage Vth and deterioration of the withstand voltage between the source and the drain due to the accumulation of holes in the channel region do not occur.
【0022】なお、本実施例ではNMOS−FETにつ
いて説明したが、PMOS−FETに関しても全く同様
の効果を得ることができる。Although the embodiment has been described with reference to the NMOS-FET, the same effect can be obtained for the PMOS-FET.
【0023】実施例1 本実施例では、上述のようなNMOS−FETをLDD
プロセスを応用して製造する方法について、図2ないし
図7を参照しながら説明する。まず、図2に示されるよ
うに、SiOx基板の表層部に島状に厚さ約0.1μm
のポリシリコン薄膜2を有するSOI基板を用意した。
このポリシリコン薄膜2には、閾値電圧Vthを制御す
るためにホウ素(B)がドーピングされている。続い
て、基板の全面にゲート絶縁膜3を成長させ、さらに全
面に堆積させたポリシリコン層をパターニングすること
により、上記ポリシリコン薄膜2上に臨んでゲート電極
4を形成する。 Embodiment 1 In this embodiment, the above-described NMOS-FET is replaced with an LDD.
A method of manufacturing by applying the process will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 2, the surface layer of the SiO x substrate is formed into an island shape with a thickness of about 0.1 μm.
An SOI substrate having the polysilicon thin film 2 was prepared.
This polysilicon thin film 2 is doped with boron (B) in order to control the threshold voltage Vth . Subsequently, a gate electrode 4 is formed facing the polysilicon thin film 2 by growing a gate insulating film 3 on the entire surface of the substrate and patterning the polysilicon layer deposited on the entire surface.
【0024】ここで、上記SOI基板は、貼り合わせ法
あるいはSIMOX法(Separation by I
mplanted Oxygen)により作製すること
ができる。この状態で、ゲート電極4をマスクとして自
己整合的なGeの1回目イオン注入を行った。ドース量
は、1×1015〜1016/cm2とした。図中、×
印はGeが導入された領域を表す。Here, the SOI substrate is bonded by a bonding method or a SIMOX method (Separation by I
planted Oxygen). In this state, self-aligned first ion implantation of Ge was performed using the gate electrode 4 as a mask. The dose was 1 × 10 15 to 10 16 / cm 2 . In the figure, ×
The mark represents the region where Ge has been introduced.
【0025】次に、図3に示されるように、同じくゲー
ト電極4をマスクとしてリン(P)の1回目イオン注入
を行った。ドース量は、一例として2×1015/cm
2とした。これにより、ゲート電極4にマスクされなか
った領域の導電型はn型となった。さらに、この基板を
800℃でアニールし、先のGeおよびPの1回目イオ
ン注入によりポリシリコン薄膜2中に生じた結晶欠陥を
回復させると共に、不純物(P)を活性化させた。この
アニールにより、図4に示されるように、Pが導入され
た領域にはn型のソース領域2sおよびドレイン領域2
dが形成され、ゲート電極4の直下にはチャネル領域2
cが形成された。Next, as shown in FIG. 3, a first ion implantation of phosphorus (P) was performed using the gate electrode 4 as a mask. The dose amount is, for example, 2 × 10 15 / cm
And 2 . As a result, the conductivity type of the region not masked by the gate electrode 4 becomes n-type. Further, the substrate was annealed at 800 ° C. to recover crystal defects generated in the polysilicon thin film 2 by the first ion implantation of Ge and P, and to activate the impurity (P). As a result of this annealing, as shown in FIG. 4, the n-type source region 2s and the drain region 2
d is formed, and the channel region 2 is formed immediately below the gate electrode 4.
c was formed.
【0026】次に、基板の全面に図示されないSiOx
膜を堆積させた後、これをRIE(反応性イオン・エッ
チング)によりエッチバックし、図5に示されるように
上記ゲート電極4の側壁面上にサイドウォール5を形成
した。続いて、先と同じドース量にてGeの2回目のイ
オン注入を行った。このイオン注入では、ゲート電極4
にもサイドウォール5にもマスクされない領域において
のみ、Geが導入された。したがって、Geの水平方向
濃度分布は、1回目,2回目のいずれのイオン注入も受
けないチャネル領域2cを挟んで、1回目のイオン注入
のみを受けるサイドウォール5直下の領域、さらに両方
のイオン注入を受ける領域へ向かって大きくなる。ポリ
シリコン薄膜のバンド・ギャップはGeの含有量が多く
なるほど縮小するので、このNMOS−FETのエネル
ギー・バンド図は先の図1に示されるように、ソース領
域において価電子帯の上端EV が傾斜し、チャネル領域
から遠ざかるほど禁止帯幅が縮小したものとなる。Next, a SiOx (not shown) is formed on the entire surface of the substrate.
After depositing the film, the film was etched back by RIE (Reactive Ion Etching) to form a side wall 5 on the side wall surface of the gate electrode 4 as shown in FIG. Subsequently, a second ion implantation of Ge was performed at the same dose as before. In this ion implantation, the gate electrode 4
Ge was introduced only in a region that was not masked either by the side walls 5. Therefore, the concentration distribution of Ge in the horizontal direction is a region immediately below the side wall 5 that receives only the first ion implantation with the channel region 2c not receiving any of the first and second ion implantations interposed therebetween, and furthermore, both ion implantations are performed. To the area that receives it. Since the band gap of the polysilicon thin film decreases as the content of Ge increases, the energy band diagram of this NMOS-FET has a slope of the upper end EV of the valence band in the source region as shown in FIG. However, as the distance from the channel region increases, the forbidden bandwidth becomes smaller.
【0027】この後、図6に示されるように、先と同じ
ドース量にてPの2回目のイオン注入を行った。さら
に、この基板をアニールして結晶欠陥の回復および不純
物の活性化を行い、図7に示されるようなLDD構造を
有するNMOS−FETを完成した。なお、本実施例で
は一般的なLDDプロセスで用いられるサイドウォール
をGeのイオン注入時のマスクとしても利用したため、
ドレイン領域2d側においてもGe含有量の勾配が発生
している。すなわち、本実施例のNMOS−FETのエ
ネルギー・バンド図は、図1のドレイン領域における価
電子帯の上端も同様に傾き、その禁止帯幅がチャネル領
域から遠ざかるにつれて縮小するパターンとなる。しか
し、本発明の当初の目的はソース領域2s側においての
みGe含有量に勾配を付与すれば達成できるため、たと
えばゲート電極4からドレイン領域2dにわたる領域を
レジスト・パターンでマスクし、ソース領域2sにのみ
Geのイオン注入を2段階に分けて行うようにしても良
い。Thereafter, as shown in FIG. 6, a second ion implantation of P was performed with the same dose as before. Further, the substrate was annealed to recover crystal defects and activate impurities, thereby completing an NMOS-FET having an LDD structure as shown in FIG. In this embodiment, since the sidewall used in a general LDD process is also used as a mask for Ge ion implantation,
A gradient of the Ge content also occurs on the drain region 2d side. That is, the energy band diagram of the NMOS-FET of this embodiment has a pattern in which the upper end of the valence band in the drain region in FIG. 1 is similarly inclined, and the forbidden band width decreases as the distance from the channel region increases. However, since the original object of the present invention can be achieved by giving a gradient to the Ge content only on the source region 2s side, for example, a region from the gate electrode 4 to the drain region 2d is masked with a resist pattern, and Only Ge ion implantation may be performed in two stages.
【0028】[0028]
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明は、低濃度不純物領域を作製するためのLDDプロセ
スをそのまま適用して製造することができるため、従来
プロセスとの整合性が良く、経済性にも極めて優れてい
る。そして、ソース領域のエネルギー・バンド構造の改
良を通じてソース領域への少数キャリアの流出を促進
し、SOI基板のように基板電流をリークさせることが
できない基板上であっても、閾値電圧Vthの変動やソ
ース・ドレイン間耐圧の劣化を防止することができる薄
膜FETを製造することができる。As is clear from the above description, the present invention can be manufactured by directly applying the LDD process for manufacturing the low concentration impurity region, and therefore has good compatibility with the conventional process. It is also very economical. The improvement of the energy band structure of the source region promotes the flow of minority carriers to the source region, and the variation of the threshold voltage Vth even on a substrate such as an SOI substrate where the substrate current cannot be leaked. And a thin-film FET that can prevent deterioration of the source-drain breakdown voltage can be manufactured.
【図1】本発明を適用した製造方法により製造された薄
膜FETのエネルギー・バンド図である。FIG. 1 is an energy band diagram of a thin-film FET manufactured by a manufacturing method to which the present invention is applied.
【図2】本発明の薄膜FETの製造方法において、絶縁
基板上のシリコン薄膜上にゲート酸化膜を介して形成さ
れたゲート電極をマスクとしてGe+ のイオン注入を行
っている状態を示す模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a state in which Ge + ions are implanted using a gate electrode formed on a silicon thin film on an insulating substrate via a gate oxide film as a mask in the method of manufacturing a thin film FET of the present invention. It is sectional drawing.
【図3】引き続きPのイオン注入を行っている状態を示
す模式的断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which P ion implantation is continuously performed.
【図4】図3のウェハをアニールした状態を示す模式的
断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view showing a state where the wafer of FIG. 3 is annealed.
【図5】図4のゲート電極の側壁面にサイドウォール形
成し、これらをマスクとしてGeのイオン注入を行って
いる状態を示す模式的断面図である。5 is a schematic cross-sectional view showing a state in which sidewalls are formed on the side wall surface of the gate electrode in FIG. 4 and Ge ions are implanted using these as masks.
【図6】引き続きPのイオン注入を行っている状態を示
す模式的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state in which P ion implantation is continuously performed.
【図7】図6のウェハをアニールした状態を示す模式的
断面図である。FIG. 7 is a schematic sectional view showing a state where the wafer of FIG. 6 is annealed.
【図8】ソース領域とチャネル領域との禁止帯幅が等し
い従来の薄膜FETのエネルギー・バンド図である。FIG. 8 is an energy band diagram of a conventional thin film FET in which the forbidden band widths of the source region and the channel region are equal.
【図9】ソース領域の禁止帯幅がチャネル領域のそれに
比べて小さい従来の薄膜FETのエネルギー・バンド図
である。FIG. 9 is an energy band diagram of a conventional thin-film FET in which the forbidden band width of the source region is smaller than that of the channel region.
1 SiOx基板、2 ポリシリコン薄膜、2s ソース
領域、2c チャネル領域、2d ドレイン領域、3 ゲ
ート酸化膜、4 ゲート電極、5 サイドウォール、EC
伝導帯の下端、EV 価電子帯の上端、Ef1,
Ef2,Ef3 擬フェルミ準位、BGs ソース領域の
禁止帯幅、BGch チャネル領域の禁止帯幅、bsc
ソース−チャネル間バイアス、bcd チャネル−ドレ
イン間バイアス、H2 ホール1 SiO x substrate, second polysilicon film, 2s source region, 2c channel region, 2d drain region, 3 a gate oxide film, 4 a gate electrode, 5 a side wall, E C
The lower end of the conduction band, E V value the upper end of the electron band, E f1,
E f2 , E f3 quasi-Fermi level, band gap of BGs source region, band gap of BG ch channel region, b sc
Source-channel bias, b cd channel-drain bias, H 2 hole
Claims (1)
形成されたゲート電極をマスクとして該シリコン薄膜に
ゲルマニウムをイオン注入する工程と、 前記ゲート電極の側壁面上にサイドウォールを形成する
工程と、 前記ゲート電極とサイドウォールの双方をマスクとして
前記シリコン薄膜上にゲルマニウムをイオン注入する工
程とを有する薄膜電界効果トランジスタの製造方法。A step of ion-implanting germanium into the silicon thin film using a gate electrode formed on the silicon thin film via a gate insulating film as a mask; and a step of forming a sidewall on a side wall surface of the gate electrode. Implanting germanium into the silicon thin film using both the gate electrode and the sidewall as a mask.
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