JPH01235276A - 薄膜半導体装置 - Google Patents

薄膜半導体装置

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JPH01235276A
JPH01235276A JP6127388A JP6127388A JPH01235276A JP H01235276 A JPH01235276 A JP H01235276A JP 6127388 A JP6127388 A JP 6127388A JP 6127388 A JP6127388 A JP 6127388A JP H01235276 A JPH01235276 A JP H01235276A
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JP
Japan
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film
thin film
oxide
insulating film
type
Prior art date
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Pending
Application number
JP6127388A
Other languages
English (en)
Inventor
Hisao Hayashi
久雄 林
Kinji Wakamiya
若宮 欽次
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、薄膜半導体装置に関する。
〔発明の概要〕
本発明は、S全土導体装置において、半導体薄膜のす中
ンネル形成領域に接するゲート絶縁膜をSit!I化物
とGe酸化物の混合酸化物で形成することにより、ゲー
ト絶縁膜−チャンネル形成領域間の界面特性を改善(す
なわちチャンネル形成領域表面でのn形化を抑制)する
ようにしたものである。
〔従来の技術〕
シリコン薄膜トランジスタは、一般にMO3構造に構成
されるもので、例えば第3図及び第4図に示すようにシ
リコン基板(ll上の5t(h層(2)上にシリコン薄
膜(3)を形成し、このシリコン薄II! (31上に
5t02等のゲート絶縁I9!(4)及びゲート電極(
5)を形成し、次いでゲート電8ii(51及び素子量
分M領域となるLOCO3(選択酸化)法による酸化I
I! (以−トLOCOS酸化膜という)(6)をマス
クにして自己整合的にソース領域(7)及びドレイン領
域(8)を形成して構成される。
〔発明が解決しようとする課題〕
M OS IJl造の場合、5t02−Si界面特性が
トランジスタ特性を支配する。特に上述のal躾トラン
ジスタでは表側の5t(h−3i界面(すなわちゲート
絶縁IN (41−シリコンS躾(3)界面)ばかりで
なく、裏側(7) 5t(h −S i界面(5t02
11!+21− シリコン薄1!i! (31界面)の
特性も問題になってくる。
一般に5i(h  Si界面は5i(h中の正電何によ
りn形表面になる。また、GeをドープしたSi結晶を
使った5t(h−3t界面は負1!荷を持ち易いことが
報告されている(J、of E1ectrochea+
Soc、 Vol 11B、 No3.’?I P 4
94〜P 495参照)。
また、上述のal薄膜ランジスタにおいて、シリコンi
 IS (3)はしocos @化膜(6)で取り囲ま
れているので、この5i(h−3t界面でもn形成軸が
生じ易く、特にゲート部がら空乏化していったときにも
第5図のA部で示すLOCO3酸化膜のエツジ部では空
乏化されないのでソース及びドレイン間でリーク(第3
図矢印a)が生じ易く、nチャンネル型の薄1*トラン
ジスタが作り難い。
本発明は、上述の点に漏み、半導体薄膜と絶縁腺間の界
面特性を改善した薄膜半導体装置を提供するものである
〔課題を解決するための手段〕
本発明の薄膜半導体装置は、半導体層1111(13)
(22)のチャンネル形成領域に接するゲート絶縁Im
!(16)をSi酸化物とGe酸化物の混合酸化物で形
成して成るものである。
また半導体層I% (13)  (22)に接する素子
間分離用のLOGO5酸化膜(15)、さらには半導体
薄膜(13)  (22)裏面の絶縁膜(12)をSi
酸化物とGe酸化物の混合酸化物で形成するを可とする
(作用) ゲート絶縁膜(16)がSi酸化物とGe酸化物の混合
酸化物で形成されるので、Si酸化物中の正電荷とGe
酸化物中の負電荷が相殺されるようになり、ゲート絶縁
1jl(16)下のチャンネル形成領域表面のn形成軸
が抑制され、所謂ゲート絶縁膜−チャンネル形成領域間
の界面特性が改善される。
また、素子間分離用のLOCO3酸化1% (15) 
、半導体薄膜(13)  (22)の裏面の絶縁膜(1
2)をも5i02酸化物をGe@化物の混合酸化物で形
成するときは、薄膜半導体層の半導体III (13)
  (22)の表面、側面、裏面において界面特性が改
善される。
(実施例) 以下、図面を参照して本発明による超薄膜半導体装置の
一例をその製法と共に説明する。
実施例1゜ 本例は単結晶半導体薄膜を用いた場合である。
先ず、第1図Aに示すようにシリコン基板(11)の−
主面上に5i02ill (12)を介してp形の単結
晶シリコンl膜(13)を形成してなる所11sOj(
Silicon on 1nsulator)基板(1
4)を用意する。
この基板(14)のシリコン薄Ill!(13)にゲル
マニウム(Ge)を20KeV程度でl X 10”(
!11−’以上イオン注入する。この場合、特にパター
ンを用いてnチャンネル型のトランジスタを形成すべき
領域のみにGeをイオン注入することもある。Geのド
ープ量は0.5〜2.0原子%範囲とするを可とし、こ
の範囲になるようGe注注量量決める。Geドープ量が
0.5原子%より少ないと後述する熱酸化膜中の負1!
萄置が少ないのでGeを入れた効果が得られない。また
2、0原子%より多いとSi結晶中に歪みが生じてくる
次に、第1図Bに示すように選択酸化を行って素子間分
離用のLOCO3酸化1!1(15)を形成する。この
LOCOS酸化II!(15)は5t(hとGe0tの
混合酸化膜となる。
これ以後は通常の製法と同様に熱酸化によるゲート絶縁
膜(16)及びゲート電極(17)を形成し、ゲート電
極(17)とLOGOS酸化11!(15)をマスクと
してn形不純物をイオン注入し、n形のソース領域(1
8)及びドレイン領域(19)を形成して第1図Cに示
すnチャンネル型の超薄膜トランジスタ(20)を形成
する。このとき、ゲート絶縁膜(16)もGeがドープ
されたシリコンW1Mml!(13)の表面を熱酸化し
て形成されるので5t(hとGe0tの混合酸化物で形
成される。
かかる構成によれば、ゲート絶縁IQ!(16)及びL
OGO5酸化1it(15)が5t(hとGe02(D
混合酸化物で形成されているので、5i(h中の正電荷
とGeO2中の負電荷が相殺される。したがって、ゲー
ト絶縁1*(16)下のチャンネル形成領域表面でのn
形反転が抑制される。またLOGO3酸化膜(15)と
接するシリコンi膜(13)の側面でのn形反転が抑制
されるので、前述したようなソース領域(18)及びド
レイン領域(19)間のリークも阻止される。従って、
特性のよいnチャンネル型の超薄膜トランジスタが得ら
れる。また、GeはSiと同様に4族元索であり、4配
位構造をとるので、Geがシリコン薄11J!(13)
中に入っても置換位置に入って不純物とならず、悪影響
は生しない、尚、上剥では5i02膿(12)上にシリ
コン薄1!!(13)を形成したが、この股(12)も
5i02とGe0zの混合酸化物からなる絶縁膜で構成
することも可能である。
実施例2゜ 本例はシリコン薄膜として多結晶シリコンを用いた場合
である。
先ず、第2図Aに示すようにシリコン基1(11)の−
主面上に5i02III (12)を介してp形を呈し
、且つGeをドープした多結晶シリコンi股(22)を
形成する。このGeドープの多結晶シリコン薄膜(22
)は次のような方法で作ることができる。
lの方法はシリコン薄膜の成長時に、シリコン成長の主
材料にGeをドープする副材料を添加して所要のGe量
をドープし、次いでSi又はGe又はSi、Geの混合
をイオン注入して成長膜を非晶質化し、その後熱処理し
てグレイン成長してGeドープの多結晶シリコンi*l
l! (22)を形成する。
他の方法は、シリコンs股を先ず成侵し、その後Ge又
はS i、Ge i合のイオン注入により非晶質化する
と同時にシリコン薄膜中にGeを所要量ドーピングし、
次いで熱処理してグレイン成長してGeドープの多結晶
シリコン810 (22)を形成する。
Geのドープ量は実施例1と同様に0.5〜2.0原子
%の範囲にする。特に多結晶シリコン34股(22)に
おいては後述するように多結晶シリコンのグレインバウ
ンダリにおけるトラップ密度の現象及びストレスによる
歪み(結晶方位の異なるグレインが接しているバウンダ
リには企みが存在すると考えられる)の緩和にも、0.
5原子%以上位のGeが必要である。
次に、第2図Bに示すように選択酸化を行って素子間分
離用のLOGOS酸化膜(15)を形成する。
次に、第2図Cに示すように実施例1と間樺に熱酸化に
よるゲート絶縁膜(16)及びゲート電極(17)を形
成し、ゲート電極(17)及びLOCOS酸化II!(
15)をマスクにn形不純物をイオン注入してn形のソ
ースs域(to)及びドレイン領域(19)を形成して
nチャンネル型の超薄膜トランジスタ(23)を形成す
る。ここで、ゲート絶縁119! (16) 。
LOGOS酸化IQ(15)は、実施例1と同しように
SiO2とGeO2の混合酸化膜物で形成される。また
、多結晶シリコン薄19!(22)の°裏面の5i(h
 II!(12)も多結晶シリコン1llN (22)
より拡散したGeによって少くとも表面が5i02とG
eO2の混合酸化物となる。
かかる構成の起W#膜トランジスタ(23)においては
、釜結晶シリコン薄1i’(22)の表面、側面及び裏
面において5i(hとGeO2の混合酸化物よりなる絶
縁膜、即ちゲート絶縁膜(16) 、LOGOS酸化躾
(15)、5i(b膜(12)が形成されるので多結晶
シリコン薄膜(22)のこれら絶縁膜に接する5i02
Si界面でのn形反転が抑制され、従って5i(h−3
i界面特性が改善され、特性のよいnチャンネル型の超
薄膜トランジスタが得られる。
また多結晶シリコン薄膜(22)中にGeをドープする
ごとにより、格子欠陥やグレインバウンダリ等の構造欠
陥部にGeを入り4配位の歪みを緩和しなからダングリ
ングボンドを消すことができる。
この結果、多結晶シリコンI膜(27)の結晶性が良く
なるものである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、薄膜半導体装置において、その半導体
Wl躾のチャンネル形成領域に接するゲート絶縁膜をS
i酸化物とGe酸化物の混合酸化物で形成することによ
り、ゲート絶縁膜中の電荷に基づくチャンネル形成領域
表面のn形反転を防止ずろことができ、チャンネル形成
領域とゲート絶縁鉄量の界面特性を改善することができ
る。また半導体′a躾としてGeドープの多結晶シリコ
ン薄膜を用いるときは、特にGeによって多結晶シリコ
ンMINのグレインバウンダリでの歪みを緩和すること
ができ、結晶性を向上することができる。
従って、本発明は特にnチャンネル型の超Wi賎半導体
装置に通用して好適ならしめるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図A−Cは本発明の薄表半導体装置の一例を示す工
程順の断面図、第2図A−Cは本発明の薄膜半導体装置
の他の例を示す工程順の断面図、第3図及び第4図は従
来の薄膜半導体装置の例を不す平面図及びその断面図、
第5図は第3図のA−へ線上の断面図である。 (11)はシリコン基板、(12)は5i(h躾、(1
3)は単結晶シlJ+ンl膜、(15) ?:!LOC
O5酸化膜、(16)はゲート絶縁膜、(22)は多結
晶シリコン″?#膜である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  半導体薄膜のチャンネル形成領域に接するゲート絶縁
    膜がSi酸化物とGe酸化物の混合酸化物で形成されて
    成る薄膜半導体装置。
JP6127388A 1988-03-15 1988-03-15 薄膜半導体装置 Pending JPH01235276A (ja)

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