JPH04170032A - Ｍｏｓトランジスタの製造方法 - Google Patents

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】 ［座業上の利用分野］ 本発明は、絶縁体上でのＭＯＳトランジスタの製造方法
に関し、特に低不純物濃度の結晶性半導体層の形成方法
とｎあるいはｐチャネル型ＭＯＳトランジスタのソース
領域、ドレイン領域の形成方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来から、絶縁体上に例えばｎチャネル型のエンハンス
メントＭＯＳトランジスタを形成する際には第２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上に将来、低不純
物濃度のｐ型多結晶シリコンＭ２となるバタ−ンを形成
した後、ＭＯＳトランジスタのしきい電圧制御用にホウ
素（Ｂ）イオン３をイオン注入し、６００℃以上の温度
で電気炉でアニールしてホウ素を活性化する。　（ｂ）
に示すようにゲート絶縁膜となる二酸化シリコン（Ｓ　
ｉ　０２）　８４を形成し、将来ゲート領域５となるｎ
型多結晶シリコン膜のパターンを形成した後、多結晶シ
リコン膜２にｎ型シリコン層を形成するために、リン（
Ｐ）イオン６などを全面にイオン注入する。　（Ｃ）に
示すように８００℃以上の温度で電気炉でアニールして
注入したリンを活性化し、低抵抗のｎ型シリコン層であ
るソース領域７、ドレイン領域８を形成する。さらに、
　（ｄ）に示すように全面に二酸化シリコンＨ９を堆積
し、ソース領域７およびドレイン領域８上にコンタクト
ホールを形成した後、アルミニウム（Ａ＋）などで引出
し電極１０を形成する。そして４００°Ｃ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。

［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、しきい電圧制
御用に添加した不純物元素の活性化およびソース領域、
ドレイン領域の形成用に添加した不純物元素の活性化に
６００℃以上の電気炉アニールが必要である。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展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、安価な絶縁体であ
るソーダライムガラス等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、半導体層中の不純物元素を従来よりも低温で活
性化して低不純物濃度の結晶性半導体層およびソース、
ドレイン領域を得ることができるＭＯＳトランジスタの
製造方法を提供することを目的とする。

ＣＲＭを解決するための手段］ 請求項（１）のＭＯＳトランジスタの製造方法は、絶縁
体上にＭＯＳトランジスタを製造する方法において、該
ＭＯＳトランジスタのしきい電圧制御用の不純物元素が
添加された非晶質半導体層をイオン注入法によって結晶
化することを特徴とする 請求項（２）のＭＯＳトランジスタの製造方法は、絶縁
体上にＭＯＳトランジスタを製造する方法において、該
ＭＯＳトランジスタのしきい電圧制御用に半導体層へ添
加した不純物元素をイオン注入法によって活性化するこ
とを特徴とする請求項（３）のＭＯＳトランジスタの製
造方法は、該結晶化あるいは該活性化の前、後あるいは
途中に、該ＭＯＳトランジスタのソース領域およびドレ
イン領域形成用に添加した不純物元素を含む半導体層を
イオン注入法によって低抵抗化することを特徴とする 請求項（４）のＭＯＳトランジスタの製造方法は、該不
純物元素の添加を該イオン注入法で行うことを特徴とす
る 請求項（５）のＭＯＳトランジスタの製造方法は、該イ
オン注入の際に、該絶縁体の軟化点以下の温度で基板を
加熱することを特徴とする。

本発明においては、半導体膜中の不純物元素を従来より
も低温で活性化して低不純物濃度の結晶性半導体層およ
びソース、ドレイン領域を得るために、イオン注入法を
用いて〜）る。

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Ｎ　　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ
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層のｌＡｗＡ等により必要に応じ
て調整できるが、通常釜々、加速エネルギー１　ｋ　ｅ
　Ｖ　〜５　Ｍ　ｅ　Ｖ、注入１１Ｘ１０１４〜１×１
０１６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〜１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、イオン注人の深さを浅（し
て半導体層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、
イオンの注入量は不純物元素の活性化が起こり半導体層
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
しく、これよりも少ないと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。

以上では、予め半導体膜に含まれている不純物元素をイ
オン注入法で活性化して低抵抗の半導体膜を形成するこ
とについて説明したが、真性半導体膜にｎ型ある０はｐ
型の不純物元素をイオン注入し、イオン注入だけで不純
物元素の添加と該不純物元素の活性化を行っても良い。

例えば、ノンドープのシリコン半導体膜にリンあるいは
ホウ素をイオン注入して、イオン注入だけで低抵抗のｎ
型シリコン層あるいはｐ型シリコン層を形成しても良い
。

また、イオン注入の際に、基板となる絶縁体の軟化点以
下の温度で基板の加熱を行っても良〜１゜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、ソー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。

〔作用コ 本発明は、従来の製造方法で絶縁体上にＭＯＳトランジ
スタを作製する場合に、高軟化点の絶縁体が用いられ、
ソー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、半導体中の不純物元素を活性化する際の温度
が６００℃以上と高〜１ことに鑑みなされたものであっ
て、本発明によれば不純物元素の活性化をイオン注入法
で行っているため、特に熱処理を用いることな（、シき
い電圧制御用の低不純物濃度の半導体層および低抵抗の
半導体層からなるソース領域、ドレイン領域を形成する
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
。

本実施例ではｎチャネル型のエンハンスメントＭＯＳト
ランジスタの製造方法について説明する。

第１図は本発明の一実施例による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％含むソーダライ
ムガラスの表面に二酸化シリコン族を１μｍ堆積した絶
縁体１１の上に、半導体膜となる非晶質シリコン族をス
パッタ法などで１１００ｎ堆積した後、写真製版技術を
用〜）て非晶質シリコン［１２のパターンを形成し、し
きい電圧制御用にホウ素イオン３を全面に１０ｋｅＶの
加速エネルギーでｌＸ１０１’個／ｃｍ２イオン注入す
る。　（ｂ）に示すように、シリコンイオン１３を全面
に１００ｋ　ｅＶの加速エネルギーで１０μＡ／ａｍ２
のビーム電流密度でＩＸＩ□ｓｔ個／ａｍ’イオン注入
して非晶質シリコンｌ１１２の多結晶化とイオン注入さ
れたホウ素の活性化を行い、低不純物濃度のｐ型多結晶
シリコン膜２を形成する。　（Ｃ）に示すように、ゲー
ト絶縁膜となる二酸化シリコンＨ４を基板加熱温度４０
０℃でＣＶＤ法などで１１００ｎ堆積し、さらに、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３
００ｎｍ堆積した後、写真製版技術を用いて、将来ゲー
ト領域となる該ｎｕ非晶質シリコン膜１４のパターンを
形成し、ｎ型の不純物層からなるソース領域、ドレイン
領域を形成するために、リンイオン６を全面に１３０ｋ
　ｅＶの加速エネルギーで５Ｘ１０１Ｓ個／ｃｍ２イオ
ン注入した。この加速エネルギーでは、リンイオン６は
二酸化シリコン膜４を介して多結晶シリコンｗＡ２にイ
オン注入される。同時に、ｎ型非晶質シリコン８１４に
もイオン注入されるが、ｎ型非晶質シリコ７Ｍ１４の直
下の二酸化シリコン膜４および多結晶シリコン膜２には
イオン注入されない。　（ｄ）に示すように、多結晶シ
リコン膜２およびｎ型非晶質シリコン膜１４に含まれる
リンを活性化するために、シリコンイオン１５を全面に
１８０ｋｅＶの加速エネルギーで５μＡ／ｃｍ２のビー
ム電流密度でｌＸ１０１７個／ａｍ２イオン注入した。

このシリコンイオン１５のイオン注入により、リンイオ
ン６をイオン注入された多結晶シリコン族のシート抵抗
は１０７Ω／口から１０ＦΩ／口に低下し、また、ｎ型
非晶質シリコン膜１４のシート抵抗も１０’Ω／口から
５０Ω／口に低下し、低抵抗のｎ型シリコン層であるソ
ース領域７、ドレイン領域８、ゲート領域５が形成でき
た。さらに、　（ｅ）に示すように、全面に二酸化シリ
コン膜９を基板加熱温度４００℃でＣＶＤ法などで３０
０ｎｍ堆積し、ソース領域７およびドレイン領域８上に
コンタクトホールを形成した後、アルミニウムで引出し
電極１０を形成した。そして４００℃程度の熱処理を施
して、絶縁体１１上でのｎチャネル型のエンハンスメン
ト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ー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。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、本実施例では半導体層としてシリコン半導体を用
いた場合について説明したが、ＧａＡｓ等の化合物系半
導体にも本発明が使用できるのは明かである。また、本
実施例ではｎチャネル型のエンハンスメントＭＯＳトラ
ンジスタについて説明したが、ｎチャネル型のデジ１フ
シ１ンＭＯＳトランジスタ、ｎチャネル型のエンハンス
メントあるいはデプレッシ票ンＭＯＳトランジスタにも
本発明が使用できるのは明かである。さらに、これらの
ＭＯＳトランジスタを組み合わせてＣＭＯＳ（相補形Ｍ
Ｏ８）　トランジスタを製造することもできる。

［発明の効果］ 本発明によれば、イオン注入法で絶縁体上に低不純物濃
度の結晶性半導体層および低抵抗の半導体層を形成でき
るので、ソーダライムガラス等の安価な絶縁体上にしき
い電圧を制御したｎチャネルあるいはｐチャネルＭＯＳ
トランジスタを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるＭＯＳトランジスタの
製造方法を示す断面図、第２図は従来のＭＯＳ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１１は絶縁体、２は低不純物濃度のｐ型
多結晶シリコン膜、８はホウ素イオン、４および９は二
酸化シリコン膜、５はゲート領域、６はリンのイオン、
７はソース領域、８はドレイン領域、１０は引出し電極
、１２は非晶質シリコン膜、１３および１５はシリコン
のイオン、１４はｎ型非晶質シリコン膜を示す。 １７７〜６ ｔｒｒ〜１５ 第１図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁体上にＭＯＳトランジスタを製造する方法に
   おいて、該ＭＯＳトランジスタのしきい電圧制御用の不
   純物元素が添加された非晶質半導体層をイオン注入法に
   よって結晶化することを特徴とするＭＯＳトランジスタ
   の製造方法。
2. （２）絶縁体上にＭＯＳトランジスタを製造する方法に
   おいて、該ＭＯＳトランジスタのしきい電圧制御用に半
   導体層へ添加した不純物元素をイオン注入法によって活
   性化することを特徴とするＭＯＳトランジスタの製造方
   法。
3. （３）該結晶化あるいは該活性化の前、後あるいは途中
   に、該ＭＯＳトランジスタのソース領域およびドレイン
   領域形成用に添加した不純物元素を含む半導体層をイオ
   ン注入法によって低抵抗化することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項記載のＭＯＳトランジスタ
   の製造方法。
4. （４）該不純物元素の添加を該イオン注入法で行うこと
   を特徴とする特許請求の範囲第３項記載のＭＯＳトラン
   ジスタの製造方法。
5. （５）該イオン注入の際に、該絶縁体の軟化点以下の温
   度で基板を加熱することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項〜第４項のいずれか１項に記載のＭＯＳトランジス
   タの製造方法。