JPH02256248A - Manufacture of thin film semiconductor element - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野〕
本発明は、絶縁性基板上に形成される半導体素子に関す
るものであり、特に、不純物の拡散をセルファラインで
行なうことができる半導体素子の製造方法に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor device formed on an insulating substrate, and in particular, to the manufacture of a semiconductor device in which impurity diffusion can be performed in a self-aligned manner. Regarding the method.
[従来の技術およびその課題]
半導体層に不純物拡散を行なう方法には、不純物を高濃
度にドープした多結晶シリコン(Doped−poly
−5i : D OP OS )を拡散源に用いる方
法がある。この方法は第2図に示すごとく、半導体薄膜
401表面にゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜40
2(この膜は拡散マスクともなる)を残して拡散窓40
3を開孔したのち、全面にDOPO5を堆積させ、ゲー
ト電1404およびソース・ドレインの拡散源405を
バターニング形成したのち、拡散窓403より不純物を
半導体層に拡散させる方法である。しかし、この方法で
は拡散窓403とゲート電極404のアライメントマー
ジンを充分とる必要があり、ゲート長もゲート電極40
4とソース・ドレインの拡散源405のバターニング精
度により決定されるため、微細に形成することが難しく
また形成スピードに劣る。[Prior art and its problems] A method of diffusing impurities into a semiconductor layer involves using polycrystalline silicon doped with a high concentration of impurities.
-5i: DOPOS) is used as a diffusion source. As shown in FIG. 2, in this method, a gate insulating film is formed on the surface of a semiconductor thin film 401, and the gate insulating film 401 is
2 (this film also serves as a diffusion mask) and the diffusion window 40.
In this method, after opening a hole 3, DOPO 5 is deposited on the entire surface, a gate electrode 1404 and a source/drain diffusion source 405 are formed by patterning, and then impurities are diffused into the semiconductor layer through a diffusion window 403. However, this method requires a sufficient alignment margin between the diffusion window 403 and the gate electrode 404, and the gate length is also
4 and the patterning accuracy of the source/drain diffusion sources 405, it is difficult to form them finely and the formation speed is poor.
また、絶縁性基板上に半導体素子を形成する場合に不純
物を拡散する方法としてイオン打ち込みによる方法があ
る(第3図)。この方法では、例えばゲート電極302
をマスクとして全面にイオン打込む、その方法では、半
導体N301に、不純物拡散領域303をゲート電極3
02とセルファラインに形成できる。Further, when forming a semiconductor element on an insulating substrate, there is a method of diffusing impurities by ion implantation (FIG. 3). In this method, for example, the gate electrode 302
In this method, ions are implanted into the entire surface of the semiconductor N301 using the impurity diffusion region 303 as a gate electrode 3.
02 and self-line.
しかし、この方法ではイオン打込み装置が高価であり、
またウェハ以外の任意の形状の基板を用いることはサセ
プタ等の改良が必要であり、装置がさらに高価になる。However, with this method, the ion implantation equipment is expensive,
Furthermore, using a substrate of any shape other than a wafer requires improvements to the susceptor, etc., making the device even more expensive.
以上のように、従来は、ゲートとソース・ドレインをセ
ルファラインで、精度よくかつ、低コストで不純物を拡
散に形成する方法がなかった。As described above, conventionally, there has been no method for forming gates, sources, and drains by self-alignment with high precision and low cost by diffusion of impurities.
本発明によれば、バターニングすることなく全面に堆積
された不純物拡散源を用いて拡散を行なうことによりイ
オン打込みを用いなくてもゲートとセルファラインにソ
ース・ドレインを形成できる。According to the present invention, by performing diffusion using an impurity diffusion source deposited over the entire surface without patterning, sources and drains can be formed in the gate and self-alignment line without using ion implantation.
また、本発明によれば、レジストバターニングを行なわ
ずに、ソース・ドレインの拡散窓をゲート電極とセルフ
ァラインに形成できる。Further, according to the present invention, source/drain diffusion windows can be formed in the gate electrode and the self-alignment line without performing resist patterning.
[課題を解決するための手段]
本発明の要旨は、絶縁性基体上に形成した第1の導電型
の半導体層の所定の領域に第2の導電型の半導体領域を
形成する半導体素子の製造方法において、
第1の導電型の半導体層の表面に絶縁層を形成する工程
、
該絶縁層上にゲート電極を形成する工程、該ゲート電極
をマスクとしてリアクティブイオンエツチングを行ない
、ソース・ドレインの拡散窓を開孔する工程、
該第2の導電型の半導体領域であり不純物をドープした
半導体拡散源を全面に形成する工程、
該第2の導電型の半導体拡散源中の不純物を該第1の導
電型の半導体層中に拡散し、ソース・ドレイン領域を形
成する工程
とを有することを特徴とする半導体素子の製造方法に存
在する。[Means for Solving the Problems] The gist of the present invention is to manufacture a semiconductor element in which a semiconductor region of a second conductivity type is formed in a predetermined region of a semiconductor layer of a first conductivity type formed on an insulating substrate. The method includes forming an insulating layer on the surface of a semiconductor layer of a first conductivity type, forming a gate electrode on the insulating layer, and performing reactive ion etching using the gate electrode as a mask to form a source and a drain. a step of opening a diffusion window; a step of forming a semiconductor diffusion source doped with an impurity which is a semiconductor region of the second conductivity type on the entire surface; Diffusion into a semiconductor layer of a conductivity type to form a source/drain region.
[作用]
本発明は、以上の構成をとるため、バターニングするこ
となく全面に堆積された不純物拡散源を用いて拡散を行
なうことによりイオン打込みを用いなくてもゲートとセ
ルファラインにソース・ドレインを形成できる。[Function] Since the present invention has the above configuration, the source/drain can be formed in the gate and self-alignment line without using ion implantation by performing diffusion using an impurity diffusion source deposited on the entire surface without buttering. can be formed.
また、本発明によれば、レジストバターニングを行なわ
ずに、ソース・ドレインの拡散窓をデート電極とセルフ
ァラインに形成できる。Further, according to the present invention, source/drain diffusion windows can be formed in the date electrode and self-alignment line without performing resist patterning.
(実施態様例) 以下、本発明の実施態様例を図面を用いて詳述する。(Example of implementation) Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
絶縁性基板1上に第1の導電型の半導体薄膜2を形成す
る。半導体薄膜2としては単結晶あるいは多結晶St膜
を用いる。単結晶シリコンとしては、多結晶シリコンを
レーザーアニールで再結晶したものや、5in2上の微
小Si、N4パターンを5eedとした単結晶成長方法
で成長させた単結晶を平坦化したものを用いることがで
きる。A semiconductor thin film 2 of a first conductivity type is formed on an insulating substrate 1 . As the semiconductor thin film 2, a single crystal or polycrystalline St film is used. As the single crystal silicon, polycrystalline silicon recrystallized by laser annealing, minute Si on 5in2, and flattened single crystal grown by a single crystal growth method with an N4 pattern of 5eed can be used. can.
多結晶Stとしては、通常のシランガスを用いたLP−
CVDで堆積した粒径〜500人のpaily−3tや
、LP−CVDやブラダvcVDで堆積したa−3tを
熱処理して多結晶化したものや、上述のPOJ!3/−
StにSt“をイオン注入して、熱処理して多結晶化し
たものや、本出願人が特開昭62−81711で示した
選択堆積法を用いた大粒径のポリシコン層を用いること
ができる。As polycrystalline St, LP- using ordinary silane gas is used.
Paily-3t with grain size ~500 deposited by CVD, a-3t deposited by LP-CVD or bladder vcVD, which is polycrystalized by heat treatment, and the above-mentioned POJ! 3/-
It is possible to use a polycrystalline layer obtained by ion-implanting St" into St and heat-treating it, or a polysilicon layer with a large grain size using the selective deposition method disclosed by the present applicant in JP-A-62-81711. .
かかる大粒径のポリシリコン層の形成はたとえば次のよ
うに行えばよい。Formation of such a polysilicon layer having a large grain size may be performed, for example, as follows.
基体上にSi、N、の連続膜を形成し、パターニングに
より数十μm乃至数百μm角の核形成面3を互いに分離
して形成する。この核形成面としては、たとえばCVD
法による窒化シリコン層(例えばSi3N4層)または
Si“を注入した5i02をリソグラフィ、React
ive ton Etch−ing、イオン注入で形成
すればよい。A continuous film of Si and N is formed on a substrate, and by patterning, nucleation surfaces 3 of several tens of μm to several hundred μm square are formed separated from each other. As this nucleation surface, for example, CVD
Lithography of a silicon nitride layer (e.g. Si3N4 layer) or Si” implanted 5i02 by React
It may be formed by ive ton etching or ion implantation.
たとえば、Si3N4層は、SiH2Cl12 +NH
3ガスを使用して、0.3Torr、加熱温度800℃
の条件で0.1μm厚に堆積させればよい。For example, the Si3N4 layer is SiH2Cl12 +NH
Using 3 gases, 0.3 Torr, heating temperature 800℃
It is sufficient to deposit it to a thickness of 0.1 μm under the following conditions.
また、たとえば、5i02基体表面へのSt“イオンの
注入は、5i02基体表面をレジストで覆い、窓をパタ
ーニングして全面にSi+を、20keV、1xlO1
6cm−’以上のドープ量でイオン注入すればよい。も
ちろん、マスクレジストを用いずに収束イオンビームな
用いても良い。For example, to implant St" ions into the surface of the 5i02 substrate, cover the surface of the 5i02 substrate with a resist, pattern a window, and implant Si+ on the entire surface at 20 keV and 1xlO1.
Ion implantation may be performed with a doping amount of 6 cm-' or more. Of course, a focused ion beam may be used without using a mask resist.
続いて、上記核形成面よりSt多結晶を選択的に成長さ
せるが、多結晶粒の粒径は温度によって制御が可能であ
るので、温度によって制御すればよい。Subsequently, St polycrystals are selectively grown from the nucleation surface, and since the grain size of the polycrystalline grains can be controlled by temperature, it may be controlled by temperature.
なお、ソースガスとともに核形成密度コントロールガス
(たとえばHCλガス)を添加することによフても粒径
制御が可能である。すなわち、完全な選択性をもたせる
ためHCfL量を1.0(j2/m1n)以上にするこ
とが望ましい。Note that the particle size can also be controlled by adding a nucleation density control gas (for example, HCλ gas) together with the source gas. That is, in order to have complete selectivity, it is desirable to set the amount of HCfL to 1.0 (j2/m1n) or more.
さて、このようにして設けた第1の型の半導体薄膜2表
面に熱酸化あるいはCVDにより堆積したSi02層3
を形成する。次にゲート電極4として例えばn型poI
Ly−3iを堆積し、パターニングする(第1図B)。Now, a Si02 layer 3 deposited by thermal oxidation or CVD on the surface of the first type semiconductor thin film 2 provided in this manner.
form. Next, as the gate electrode 4, for example, an n-type poI
Deposit and pattern Ly-3i (FIG. 1B).
次にリアクティブイオンエツチングにより異方性のエツ
チングを行なう。このときゲートおよび半導体薄膜2側
面のSiO2を残してエツチングされ、半導体薄膜上面
のSiO2のみを除去できる(第1図C)。この時、ゲ
ート電極下のSin、も除去されず、このSiO2はゲ
ート絶縁膜となる。Next, anisotropic etching is performed using reactive ion etching. At this time, etching is performed leaving the gate and the SiO2 on the side surfaces of the semiconductor thin film 2, and only the SiO2 on the top surface of the semiconductor thin film can be removed (FIG. 1C). At this time, the Si under the gate electrode is not removed, and this SiO2 becomes a gate insulating film.
次に全面に第2の導電型の不純物を高濃度に含んだ多結
晶Si層あるいはアモルファスSt層5を堆積させる(
第1図D)。多結晶Si層は通常のLP−CVDによる
ものを用いることができる。また、アモルファスSiと
してはLP−CVDまたはPuasmaCVDによるも
のを用いることができる。Next, a polycrystalline Si layer or amorphous St layer 5 containing a high concentration of impurities of the second conductivity type is deposited on the entire surface (
Figure 1 D). The polycrystalline Si layer can be formed by ordinary LP-CVD. Further, as the amorphous Si, one made by LP-CVD or PuasmaCVD can be used.
次に酸化性雰囲気の中で上記第2の導電型の不純物を拡
散させ、ソース6およびドレイン7領域を形成するとと
もに、上記多結晶StあるいはアモルファスSiを全て
酸化し酸化層8とする(第1図E)。ソース6・ドレイ
ン7領域への拡散のときはゲート電極およびゲート絶縁
膜、半導体薄膜2の側面の5in2が拡散マスクとなり
その結果、ゲートとソース・ドレインは、セルファライ
ンに形成できる。Next, the impurity of the second conductivity type is diffused in an oxidizing atmosphere to form the source 6 and drain 7 regions, and the polycrystalline St or amorphous Si is entirely oxidized to form the oxide layer 8 (first Figure E). When diffusing to the source 6/drain 7 region, the gate electrode, the gate insulating film, and the 5in2 side surface of the semiconductor thin film 2 serve as a diffusion mask, and as a result, the gate, source, and drain can be formed in a self-aligned line.
また、不純物拡散源をすべて酸化することにより、ソー
ス・ドレイン電極とゲート電極の電気的絶縁もできる。Furthermore, by oxidizing all the impurity diffusion sources, the source/drain electrodes and the gate electrode can be electrically insulated.
[実施例]
以下、本発明の実施例を図面を用いて、詳細に説明する
。[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail using the drawings.
石英基板1上に、puasma−CVD法によりSt、
N、膜1000人を全面に堆積させた。On the quartz substrate 1, St,
A film of 1000 N was deposited over the entire surface.
堆積条件としては、平行平板型pflasma−CVD
装置を用い、SiH4(10%H2希釈)流量t5se
cm、NH310sccrrt、圧力0.16Torr
、放電出力3.5W、基板温度400℃の条件で、20
分間堆積を行なった。The deposition conditions were parallel plate pflasma-CVD.
Using the device, SiH4 (10% H2 dilution) flow rate t5se
cm, NH310sccrrt, pressure 0.16Torr
, under the conditions of discharge output 3.5W and substrate temperature 400℃, 20
Deposition was carried out for minutes.
次に、通常のフォトリソパターニングを行ない、後にS
fを選択的に堆積する領域を形成した。この選択的に堆
積したSf層が、後にデバイス形成領域となる。Next, normal photolithographic patterning is performed, and later S
A region was formed in which f was selectively deposited. This selectively deposited Sf layer will later become a device formation region.
次に、CVD法により、多結晶Si2を上述のパターニ
ング領域上に堆積した。堆積条件としては、ソースガス
としてS i C4!4エツチングガスとしてHCl2
.キャリヤガスとしてH2、ドーピングガスとして82
H8を用い、圧力150TorrS温度1000℃の条
件で行なった。この条件により、上述のパターニング領
域上にのみ粒径が約1μm1不純物濃度がfEf5cm
−’の多結晶Stが堆積した。Next, polycrystalline Si2 was deposited on the above-described patterning region by CVD. The deposition conditions include SiC4!4 as a source gas and HCl2 as an etching gas.
.. H2 as carrier gas, 82 as doping gas
The test was carried out using H8 under conditions of a pressure of 150 TorrS and a temperature of 1000°C. Under these conditions, the particle size is approximately 1 μm1 and the impurity concentration is fEf5cm only on the above patterning region.
-' polycrystalline St was deposited.
次に、通常の熱酸化法により、多結晶Si2に500人
のSin、膜を形成した。Next, a 500-Si film was formed on the polycrystalline Si2 by a conventional thermal oxidation method.
次に、減圧CVD法により、ゲート電極材料として、n
型poJly−3iを4000人堆積し、パターニング
によりゲート電極を形成した。Next, by low pressure CVD method, n
4000 types of poJly-3i were deposited and patterned to form gate electrodes.
次に、CF 4 / H2ガス系を用い、ゲート電極を
マスクとして周知の技術であるリアクティブイオンエツ
チングを行なった。このエツチングにより、ソース・ド
レイン拡散領域上の酸化膜のみエツチング除去された。Next, reactive ion etching, which is a well-known technique, was performed using a CF 4 /H 2 gas system and using the gate electrode as a mask. This etching removed only the oxide film on the source/drain diffusion regions.
次に、減圧CV[)法により、n型poly−3i5を
2000人堆積させた。堆積条件としては、SiH41
50secm、PH,(0,5%N2希釈)15sec
m、圧力0.2Torr。Next, 2000 layers of n-type poly-3i5 were deposited by the reduced pressure CV method. As for the deposition conditions, SiH41
50sec, PH, (0.5% N2 dilution) 15sec
m, pressure 0.2 Torr.
温度600℃で55分間堆積を行なった。Deposition was carried out at a temperature of 600° C. for 55 minutes.
次に、熱拡散炉を用いて、o2雰囲気で熱処理を行なっ
た。この熱処理中に、n型pofLy−3iS中から、
Pが多結晶Si2中へ拡散し、ソース・ドレイン領域を
形成するのと同時に、n型pony−3i5は、すべて
酸化することができた。Next, heat treatment was performed in an O2 atmosphere using a heat diffusion furnace. During this heat treatment, from the n-type pofLy-3iS,
At the same time that P diffused into polycrystalline Si2 to form source/drain regions, all of the n-type pony-3i5 could be oxidized.
また、この熱処理によっても、ゲート電極直下には、P
は全く拡散していなかった。Moreover, even with this heat treatment, P
had not spread at all.
したがって、ゲートとソース・ドレインは、この熱処理
によってセルファラインに形成でき、かつ、不純物拡散
源であるn型poIly−Si5はすべて酸化されてい
るので、ソース・ドレイン電極とゲート電極の電気的絶
縁も問題なかった。Therefore, the gate, source, and drain can be formed in the self-line by this heat treatment, and since all of the n-type poIly-Si5, which is the impurity diffusion source, has been oxidized, electrical insulation between the source and drain electrodes and the gate electrode is also achieved. There was no problem.
このようにして形成されたMOSFETに、ゲート、ソ
ース、ドレイン各電極を形成してところ、ゲート長さ2
μmまでのMOSFETの0n−off動作を確認でき
た。When gate, source, and drain electrodes were formed on the MOSFET thus formed, the gate length was 2.
On-off operation of MOSFETs down to μm was confirmed.
[発明の効果]
以上説明したように、本発明によれば、イオン打込みを
用いることなく、ソース・ドレインをゲートとセルファ
ラインに形成できる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, sources and drains can be formed on gates and self-aligned lines without using ion implantation.
また、不純物拡散と同時にその不純物拡散源すべてを酸
化することによりソース・ドレイン電極とゲート電極と
の電気的絶縁ができる。Further, by oxidizing all the impurity diffusion sources at the same time as the impurity diffusion, the source/drain electrodes and the gate electrode can be electrically insulated.
第1図A−Eは本発明の実施例を示す工程断面図、第2
図および第3図は従来例を示す図である。
1・・・基板、2・・・半導体薄膜、3・・・絶縁膜、
4・・・ゲート電極、5・・・不純物拡散源、6・・・
ソース電極、7・・・ドレイン各電極、8・・・酸化膜
。
第
図
(A)
(C)
(D)
(E)Figures 1A-E are process sectional views showing an embodiment of the present invention;
FIG. 3 and FIG. 3 are diagrams showing a conventional example. 1... Substrate, 2... Semiconductor thin film, 3... Insulating film,
4... Gate electrode, 5... Impurity diffusion source, 6...
Source electrode, 7... Each drain electrode, 8... Oxide film. Figure (A) (C) (D) (E)
Claims (2)
の所定の領域に第2の導電型の半導体領域を形成する半
導体素子の製造方法において、第1の導電型の半導体層
の表面に絶縁層を形成する工程、 該絶縁層上にゲート電極を形成する工程、 該ゲート電極をマスクとしてリアクティブイオンエッチ
ングを行ない、ソース・ドレインの拡散窓を開孔する工
程、 該第2の導電型の半導体領域であり不純物をドープした
半導体拡散源を全面に形成する工程、 該第2の導電型の半導体拡散源中の不純物を該第1の導
電型の半導体層中に拡散し、ソース・ドレイン領域を形
成する工程 とを有することを特徴とする半導体素子の製造方法。(1) In a method for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor region of a second conductivity type is formed in a predetermined region of a semiconductor layer of a first conductivity type formed on an insulating substrate, the semiconductor layer of the first conductivity type is a step of forming an insulating layer on the surface; a step of forming a gate electrode on the insulating layer; a step of performing reactive ion etching using the gate electrode as a mask to open source/drain diffusion windows; forming a semiconductor diffusion source doped with impurities, which is a semiconductor region of a conductivity type, over the entire surface; diffusing impurities in the semiconductor diffusion source of the second conductivity type into the semiconductor layer of the first conductivity type; - A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming a drain region.
の導電型の半導体層中に拡散し、ソース・ドレイン領域
を形成する同時に前記第2の導電型の拡散源を全て酸化
することを特徴とする請求項1記載の半導体素子の製造
方法。(2) Impurities in the semiconductor diffusion source of the second conductivity type are removed from the first conductivity type.
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said diffusion source of said second conductivity type is oxidized at the same time as said second conductivity type semiconductor layer is diffused into said second conductivity type semiconductor layer to form source/drain regions.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP7743889A JPH02256248A (en) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | Manufacture of thin film semiconductor element |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP7743889A JPH02256248A (en) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | Manufacture of thin film semiconductor element |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH02256248A true JPH02256248A (en) | 1990-10-17 |
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ID=13634026
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JP7743889A Pending JPH02256248A (en) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | Manufacture of thin film semiconductor element |
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JP (1) | JPH02256248A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005084197A (en) * | 2003-09-05 | 2005-03-31 | Seiko Epson Corp | Method for manufacturing electrooptical device |
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-
1989
- 1989-03-29 JP JP7743889A patent/JPH02256248A/en active Pending
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