JPH0462851A - Manufacture of thin film semiconductor device - Google Patents

Manufacture of thin film semiconductor device

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Publication number
JPH0462851A
JPH0462851A JP16419590A JP16419590A JPH0462851A JP H0462851 A JPH0462851 A JP H0462851A JP 16419590 A JP16419590 A JP 16419590A JP 16419590 A JP16419590 A JP 16419590A JP H0462851 A JPH0462851 A JP H0462851A
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JP
Japan
Prior art keywords
thin film
impurity
film
film semiconductor
semiconductor layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP16419590A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mario Fuse
マリオ 布施
Ichiro Asai
浅井 市郎
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Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0462851A publication Critical patent/JPH0462851A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent an impurity retention film and a fused thin film semiconductor layer from being mixed in the state of fusion with each other on the interface between them, by projecting an optical energy on the surface of the impurity retention film formed on a thin film semiconductor layer, and by diffusing thermally an impurity from the impurity retention film to the thin film semiconductor layer, and further, by forming the region of introducing the impurity in a low concentration. CONSTITUTION:On the surface of a glass substrate 1, an amorphous silicon film layer 2 is formed, and a PSG of 5% in phosphorus concentration is applied thereto. Thereafter, performing a burning treatment, an impurity retention film 3 is laminated. Then, an excimer laser beam is projected on the surface of the impurity retention film 3, and the amorphous silicon layer 2 is fused instantaneously, and further, phosphorus atoms are diffused thermally from the impurity retention film 3 into the amorphous silicon layer 2. In this case, the impurity retention film 3 is not fused, so that the impurity retention film 3 and the fused amorphous silicon layer 2 are not mixed in the state of fusion with each other on the interface between them.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エレクトロルミネッセンスデイスプレィ、液
晶ディスプIノイ等各種装置の駆動用等(、′利用され
る薄膜半導体装置に係り、特に、低a度の不純物か導入
された薄膜半導体層を活性層きする薄膜半導体装置の製
造方法に関するものである1゜[従来の技術] この種の薄膜半導体装置としては、第5図〜第6図に示
すように、カラス基板(a)と、このカラス基板(a)
上に設iJられたゲート電極(G)と、ごのゲート電極
(G)を被覆するゲート絶縁膜(+))と、このゲート
絶縁膜(b)上に設けられた薄膜のポリシリコン層(C
)と このポリシリコン層(C)の両端部に接続された
ソース電極(S)  ・トレイン電極(D)とでその主
要部を構成する「逆スタガーヤニと称する主)の、ある
いは第7図〜第8図に示すように、カラス基板(a)と
、このカラス基板(a)十に設番フらねたポリノリコン
層(c)と、このポリジlコンa (C)の両端部に接
続されたソース電極CS )  ・1・l、=イ7電極
(D)と、ゲート絶縁膜(b)を介しポリシリコン層(
C)上に設けられたゲート電極(G)とでその主要部を
構成する「スタヵー型」と称するもの等が知られている
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to thin film semiconductor devices used for driving various devices such as electroluminescent displays and liquid crystal displays, and particularly relates to thin film semiconductor devices used for driving various devices such as electroluminescent displays and liquid crystal displays. This relates to a method for manufacturing a thin film semiconductor device in which a thin film semiconductor layer into which a certain degree of impurity is introduced is used as an active layer.[Prior art] This type of thin film semiconductor device is shown in FIGS. 5 and 6. As shown, the crow substrate (a) and this crow substrate (a)
A gate electrode (G) provided above, a gate insulating film (+) covering each gate electrode (G), and a thin polysilicon layer (b) provided on this gate insulating film (b). C
), the source electrode (S) and the train electrode (D) connected to both ends of this polysilicon layer (C) constitute the main part of the "reverse staggered resin" or as shown in Figs. As shown in Figure 8, there is a glass substrate (a), a polycone layer (c) with a number of edges on the substrate (a), and a polycone layer (c) connected to both ends of the polycone layer (c). Source electrode CS) ・1・l,=I7 Electrode (D) and polysilicon layer (
C) A so-called "stacker type" in which the main part is constituted by a gate electrode (G) provided above is known.

そして、これ等薄膜半導体装置においては、上記ソース
電極(S)  ・トレイン電極(D)間に1・1ツイン
電圧(Vl))を印加し、がっ、ゲート電極(G)に所
定のゲート電圧(V6)を印加することでポリシリコン
層(C)にチャンネルが形成され、ON状態となってト
レイン電流(■、)が流れる一方、上記ゲート電圧(V
6)を下げて「しきい値電圧Vroj以下にすると上記
ポリシリコン層(C)にチャンネルが形成されなくなり
、半導体装置はOFF状態となって上記トレイン電流(
ID)が流れなくなるもので、上述した各種装置の駆動
用等に利用されているものである。
In these thin film semiconductor devices, a 1.1 twin voltage (Vl) is applied between the source electrode (S) and the train electrode (D), and a predetermined gate voltage is applied to the gate electrode (G). By applying voltage (V6), a channel is formed in the polysilicon layer (C), which becomes an ON state and a train current (■,) flows, while the gate voltage (V6) is applied.
6) to below the threshold voltage Vroj, no channel will be formed in the polysilicon layer (C), the semiconductor device will be in the OFF state, and the train current (
This device prevents the flow of ID) and is used for driving the various devices mentioned above.

ところで、この種の薄膜半導体装置において上記「しき
い値電圧V T 1.jを決定する因子の1つにチャン
ネル形成領域におけるポリシリコン層(C)の導電率が
あり、また、この導電率はポリシリコン層(c)に導入
される導電型不純物の濃度に起因しているため、例えば
厚さ1000人程度0ポリシリコン層(C)か適用され
た従来の薄膜半導体装置においては、上記導電型不純物
の濃度を10” 〜101017ato/cnr程度と
低く設定することで上記「しきい値電圧■THjを所定
の値に制御する方法か採られている。
By the way, in this type of thin film semiconductor device, one of the factors that determines the threshold voltage V T 1.j mentioned above is the conductivity of the polysilicon layer (C) in the channel formation region, and this conductivity is This is due to the concentration of conductivity type impurities introduced into the polysilicon layer (c). By setting the impurity concentration as low as about 10" to 101017 ato/cnr, the above-mentioned "threshold voltage THj is controlled to a predetermined value.

そして、上記ポリシリコン層(C)に上述したような不
純物の低濃度導入領域を形成する方法として、従来、以
下に示すようなイオン注入法か利用されている。
Conventionally, an ion implantation method as described below has been used as a method for forming the above-mentioned region into which impurities are introduced at a low concentration in the polysilicon layer (C).

すなわち、第9図(A)に示すようにガラス基板(a)
上に薄膜のポリシリコン層(C)を成膜し、かつ、この
ポリシリコン層(C)内へイオン注入装置を用いてリン
、ひ素、ポロン等の導電型不純物を注入した後(第9図
B参照)、加熱活性化処理を施して注入された導電型不
純物をポリシリコン層(C)の所定の部位へ熱拡散させ
ると共にイオン注入によって壊されたポリシリコンを結
晶化させて第9図(C)に示すような低濃度導入領域(
d)を形成するものであった。
That is, as shown in FIG. 9(A), the glass substrate (a)
After forming a thin polysilicon layer (C) on top and implanting conductivity type impurities such as phosphorus, arsenic, and poron into this polysilicon layer (C) using an ion implantation device (Fig. 9). B), the conductive type impurity implanted by heat activation treatment is thermally diffused into a predetermined part of the polysilicon layer (C), and the polysilicon broken by the ion implantation is crystallized, and the polysilicon is broken down by the ion implantation. Low concentration introduction area as shown in C) (
d).

しかし、このイオン注入法にてポリシリコン層(c)に
1015〜10” atoms/cイ程度の低濃度導入
領域(d)を形成しようとすると、イオン注入時におけ
るイオンの面密度を1010〜1012ions /c
イに、また、イオンの注入エネルギを30 KeV以下
という低い条件に設定する必要かあり、後者の注入エネ
ルギの設定が難しくなる欠点があった。
However, when trying to form a low concentration region (d) of approximately 1015 to 10" atoms/c in the polysilicon layer (c) using this ion implantation method, the areal density of ions during ion implantation must be 1010 to 1012 ions. /c
Secondly, it is necessary to set the ion implantation energy to a low condition of 30 KeV or less, which has the drawback that setting the latter implantation energy is difficult.

このため、実際的には第10図に示すように、上記ポリ
シリコン層(C)上に「スクリーンオキサイド刀と称す
るSiLの薄膜(e)を積層し、この薄膜(e)を干渉
膜にして上記注入エネルギ条件を緩和させる方法か採ら
れていた。
Therefore, in practice, as shown in FIG. 10, a thin film (e) of SiL called "screen oxide layer" is laminated on the polysilicon layer (C), and this thin film (e) is used as an interference film. A method of relaxing the above-mentioned implantation energy conditions was adopted.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、この様な方法にて上記低濃度導入領域を
形成した場合、ポリシリコン層(C)上に積層された薄
膜(e)の厚みのばらつきによりその注入量が変動し、
これに伴って低濃度導入領域の濃度もばらつくため、「
しきい値電圧VTHj制御を確実に行えなくなる問題点
があった。
However, when the low concentration implantation region is formed by such a method, the amount of implantation varies due to variations in the thickness of the thin film (e) stacked on the polysilicon layer (C).
Along with this, the concentration in the low concentration introduction area also varies, so
There was a problem that the threshold voltage VTHj could not be controlled reliably.

尚、上記イオン注入法に替え、例えば、単結晶シリコン
基板の半導体装置に利用されている「ドーパントフィル
ムj法の適用も考えられる。
Note that instead of the above ion implantation method, it is also possible to apply, for example, the ``dopant film method'' used in semiconductor devices using single-crystal silicon substrates.

すなわち、この「ドーパントフィルムx ?1による低
濃度導入領域の形成方法とは、第11図(A)に示すよ
うにガラス基板(a)上にポリシリコン層(c)を成膜
した後、PH,やB 2 H1等のガス雰囲気下、プラ
ズマ照射によって上記ポリシリコン層(c)上にPH,
等のドーパントフィルム層(f)を形成しく第月図B参
照)、かっ、第11図(C)に示すように炉アニール処
理を施しリンイオン等を熱拡散させてポリシリコン層(
C)に低濃度導入領域を形成する方法である。
In other words, this method of forming a low concentration introduction region using a dopant film x?1 is as shown in FIG. , or B 2 H1, etc., on the polysilicon layer (c) by plasma irradiation.
To form a dopant film layer (f) such as (see Figure B), a furnace annealing process is performed to thermally diffuse phosphorus ions, etc., as shown in Figure 11 (C), and a polysilicon layer (
C) is a method of forming a low concentration introduction region.

しかし、この形成方法においては900°C−1000
℃程度の高温、長時間の炉アニール処理を必要とするた
め、ポリシリコン層(C)内に多量のイオンが熱拡散さ
れてしまい、10 ” 〜10 ” atoms/cn
r程度の低濃度に設定できない弊害があり、かつ、上記
加熱温度条件はガラス基板(a)の耐熱温度を遥かに越
えてしまう弊害があった。
However, in this formation method, 900°C-1000°C
Since a long time furnace annealing treatment is required at a high temperature of approximately 10°C, a large amount of ions are thermally diffused into the polysilicon layer (C), resulting in a reduction of 10" to 10" atoms/cn.
There was a disadvantage that the concentration could not be set as low as about r, and the above heating temperature condition far exceeded the heat resistance temperature of the glass substrate (a).

そこで、上記加熱条件をガラス基板(a)の耐熱温度(
約600°C)以下に設定して回避する方法も考えられ
るが、600 ’C以下に設定した場合、ドパントフィ
ルムの拡散定数が900°C〜1000°Cの場合に較
べて6桁以上小さくなるため、熱拡散に要する加熱時間
が著しく長くなってしまう弊害があった。
Therefore, the above heating conditions were changed to the heat resistant temperature of the glass substrate (a) (
There is a way to avoid this by setting the temperature below 600°C, but when setting the temperature below 600'C, the diffusion constant of the dopant film is more than 6 orders of magnitude smaller than that at 900°C to 1000°C. Therefore, there was a problem in that the heating time required for thermal diffusion became significantly longer.

更に、−に記カラス基板(a)の熱劣化を防止する観点
から、炉アニール処理に替えて局所加熱に適したレーザ
・アニール処理を用いる方法も考えられるか、この方法
を採った場合、ドーパントフィルムとポリシリコン層(
C)が互いに溶は合ってしまうために濃度制御ができな
くなる弊害があり、いずれにしても上記「ドーパントフ
ィルムj法は現実的に適用できない方法であった。
Furthermore, from the viewpoint of preventing thermal deterioration of the glass substrate (a) described in -, it is possible to consider a method of using laser annealing treatment suitable for local heating instead of furnace annealing treatment, and if this method is adopted, dopant film and polysilicon layer (
Since C) dissolves into each other, there is a problem that the concentration cannot be controlled, and in any case, the above-mentioned "dopant film method" cannot be practically applied.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明は以上の問題点に着目してなされたもので、その
課題とするところは、ポリシリコン層等の薄膜半導体層
内に均一濃度の低濃度導入領域を形成できるようにする
ことで、上記「しきい値電圧VTHII等の設定が確実
になされる薄膜半導体装置の製造方法を提供することに
ある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its object is to form a low-concentration introduced region with a uniform concentration in a thin film semiconductor layer such as a polysilicon layer. ``An object of this invention is to provide a method for manufacturing a thin film semiconductor device in which threshold voltage VTHII etc. can be set reliably.

すなわち本発明は、 絶縁性基板と、 この基板に設けられ活性層を構成する薄膜半導体層と、 この薄膜半導体層に導入された導電型不純物により形成
された低濃度導入領域、 とを備える薄膜半導体装置の製造方法を前提とし、成膜
された薄膜半導体層上に導電型不純物を保持する耐熱性
の不純物保持皮膜を積層する積層工程と、 この不純物保持皮膜面へ光エネルギを照射し、不純物保
持皮膜から薄膜半導体層へ不純物を熱拡散させて上記低
濃度導入領域を形成する光エネルギ照射工程、 とを具備することを特徴とするものである。
That is, the present invention provides a thin film semiconductor comprising: an insulating substrate; a thin film semiconductor layer provided on the substrate and forming an active layer; and a low concentration region formed by a conductivity type impurity introduced into the thin film semiconductor layer. The method for manufacturing the device is based on a lamination process in which a heat-resistant impurity-retaining film that retains conductive type impurities is laminated on the formed thin film semiconductor layer, and the surface of this impurity-retaining film is irradiated with light energy to retain the impurities. A light energy irradiation step of thermally diffusing impurities from the film to the thin film semiconductor layer to form the low concentration introduction region.

この様な技術的手段において上記絶縁性基板を構成する
材料としては、ガラス板や石英板等が利用でき、また、
この絶縁性基板に設けられる薄膜半導体層としては、3
価又は5価の原子が導入された厚さ数千穴程度のアモル
ファスンリコン又はポリシリコン等が利用できる。
In such technical means, glass plates, quartz plates, etc. can be used as materials constituting the insulating substrate, and
As the thin film semiconductor layer provided on this insulating substrate, 3
Amorphous silicon or polysilicon having a thickness of several thousand holes into which valent or pentavalent atoms are introduced can be used.

また、上記導電型不純物を保持する耐熱性の不純物保持
皮膜としては、本発明をn型の薄膜半導体装置に適用し
た場合、リン、アンチモン、ひ素等5価の原子を保持す
る耐熱性材料が利用でき、一方、p型の薄膜半導体装置
に適用した場合においては、アルミニウム、ガリウム、
ボロン、インジウム等3価の原子を保持する耐熱性材料
が利用できる。
Furthermore, when the present invention is applied to an n-type thin film semiconductor device, a heat-resistant material that retains pentavalent atoms such as phosphorus, antimony, and arsenic is used as the heat-resistant impurity retaining film that retains the conductive impurities. However, when applied to p-type thin film semiconductor devices, aluminum, gallium,
Heat-resistant materials that retain trivalent atoms such as boron and indium can be used.

そして、不純物保持皮膜中の不純物濃度を適宜調整する
ことで薄膜半導体層内へ熱拡散させる不純物の拡散量を
制御でき、低濃度導入領域の濃度調整が可能となる。更
に、この不純物保持皮膜面へ光エネルギを照射した際、
不純物保持皮膜は耐熱性材料で構成されているため融解
したポリシリコン層等の薄膜半導体層との境界面で互い
に溶は合うことがなく、しかも、不純物保持皮膜を介し
て導電型不純物に熱エネルギが供給されるため、直接導
電型不純物に熱エネルギを供給する場合に較べてその熱
拡散のレヘルを制御することも可能となる。
By appropriately adjusting the impurity concentration in the impurity retaining film, the amount of impurity thermally diffused into the thin film semiconductor layer can be controlled, and the concentration of the low concentration introduction region can be adjusted. Furthermore, when the surface of this impurity-retaining film is irradiated with light energy,
Since the impurity retention film is made of a heat-resistant material, they do not melt into each other at the interface with a thin film semiconductor layer such as a melted polysilicon layer, and moreover, thermal energy is transferred to conductive impurities through the impurity retention film. is supplied, it is also possible to control the level of thermal diffusion compared to the case where thermal energy is directly supplied to the conductive impurity.

尚、上記導電型不純物を熱拡散させた後、不純物保持皮
膜は適宜エツチング手段により薄膜半導体層から除去さ
れる。
After thermally diffusing the conductive impurities, the impurity retaining film is removed from the thin film semiconductor layer by appropriate etching means.

以下、具体的な材料とその積層方法について説明する。Hereinafter, specific materials and their lamination method will be explained.

「n型の薄膜半導体装置」 05価の原子を含むシリコン膜 ■Si:P・・・SiH+ とPH,の混合ガスを用い
たプラスV CVD法又は減圧CVD法、PH3とAr
雰囲気中のシリコンのスパッタリンク法。
"N-type thin film semiconductor device" Silicon film containing 05 valent atoms ■Si:P...+V CVD method or low pressure CVD method using a mixed gas of SiH+ and PH, PH3 and Ar
Sputter link method of silicon in atmosphere.

■Si:Sb 、 Si:As −3b又はAsを1・
−プしたSiのスパッタリング法、5iHi とAsH
+ 、あるいはS+H+とSbH3の混合ガスを用いた
プラズマCVD法。
■Si:Sb, Si:As -3b or As 1.
- Sputtering method of sputtered Si, 5iHi and AsH
+ or plasma CVD method using a mixed gas of S+H+ and SbH3.

◎リンを含んたS+L膜(PSG)・ S+H+ とPH,と02の混合ガスを用いた常圧CV
D法、減圧CVD法、又は、プラズマCVD法、及O・
、5OG(塗布焼成酸化膜)塗布法。
◎S+L film containing phosphorus (PSG)・Normal pressure CV using a mixed gas of S+H+, PH, and 02
D method, low pressure CVD method, or plasma CVD method, and O・
, 5OG (coating and firing oxide film) coating method.

◎リンを含んだ窒化シリコン膜(SiN)Sill+ 
とNH3とPll、の混合ガスを用いたプラズマCVD
法。
◎Silicon nitride film (SiN) containing phosphorus Sill+
Plasma CVD using a mixed gas of NH3 and Pll
Law.

◎リンを含んだ炭化ケイ素(SiC)・S iH+ と
C114とPH,の混合カスを用いたプラズマCVD法
◎Plasma CVD method using a mixture of silicon carbide (SiC)/S iH+ containing phosphorus, C114, and PH.

「p型の薄膜半導体装置A 03価の原子を含むシリコン膜 ■Si・AI・・・S+Ht と有機金属ガスであるト
リメチルアルミニウム(TMA)の混合ガスを用いたプ
ラズマCVD法。
``P-type thin film semiconductor device A 0 Plasma CVD method using a mixed gas of silicon film containing trivalent atoms ■Si・AI...S+Ht and trimethylaluminum (TMA), which is an organometallic gas.

■Si・B・・・5iHt とB、H5の混合ガスを用
いたプラズマCVD法。
■Si・B...5iHt, B, and plasma CVD method using a mixed gas of H5.

■Si:Ga・・S+H+ と有機金属ガスであるトリ
メチルカリウム(TMG)の混合ガスを用いたプラズマ
CVD法。
■Si: A plasma CVD method using a mixed gas of Ga...S+H+ and trimethylpotassium (TMG), an organometallic gas.

■Si:In・・・S + t(+ と有機金属ガスで
あるトリメチルインジウム(TMI)の混合ガスを用い
たプラズマCVD法。
■Si: In... A plasma CVD method using a mixed gas of S + t(+ and trimethylindium (TMI), an organometallic gas.

◎ボロンを含んた5102膜(BSG)・SiH+とB
 r 05と02の混合ガスを用いたプラズマCVD法
、5iHiとB 2H,とN、Oの混合ガスを用いたプ
ラズマCVD法。
◎5102 film containing boron (BSG)・SiH+ and B
Plasma CVD method using a mixed gas of r 05 and 02, plasma CVD method using a mixed gas of 5iHi, B 2H, N, and O.

◎ホロンを含んだ窒化シリコン膜(SiN)S i H
*とNH+ とB 2H,の混合ガスを用いたプラズマ
CVD法。
◎Silicon nitride film (SiN) containing holons
A plasma CVD method using a mixed gas of *, NH+, and B2H.

◎ホロンを含んだ炭化シリコン膜(SiC):S+Hi
 とCH,とB2Hiの混合カスを用いたプラズマCV
D法。
◎Silicon carbide film (SiC) containing holons: S+Hi
Plasma CV using mixed scum of , CH, and B2Hi
D method.

次に、上記光エネルギ照射工程における光源としては、
これ等光源から照射された熱エネルギにより上記不純物
保持皮膜を融解させることなく薄膜半導体層を融解し、
かつ、融解された薄膜半導体層内へ」−記不純物保持皮
膜から不純物を熱拡散できるものなら任意であり、例え
ば、Ar+、Kr+等のイオンレーザや、CD2等のガ
スレーザ、及び、ArF 、 XeC1、KrF等のエ
キシマレーザ等が適用できる。
Next, as a light source in the above light energy irradiation step,
The thin film semiconductor layer is melted by thermal energy irradiated from these light sources without melting the impurity retaining film,
Any device can be used as long as it can thermally diffuse impurities from the impurity holding film into the melted thin film semiconductor layer, such as ion lasers such as Ar+ and Kr+, gas lasers such as CD2, ArF, XeC1, etc. An excimer laser such as KrF can be used.

そして、炉アニールに較べて局所加熱に適した光エネル
ギ手段を適用したことによりガラス板等の絶縁性基板の
熱劣化を防止でき、更に、上記光源のパワーや照射時間
を適宜調整することにより薄膜半導体層内へ熱拡散させ
る不純物の拡散量並びに拡散距離を制御でき、上記低濃
度導入領域の濃度調整が可能となる。
By applying a light energy method suitable for local heating compared to furnace annealing, thermal deterioration of insulating substrates such as glass plates can be prevented.Furthermore, by appropriately adjusting the power and irradiation time of the light source, thin film The amount and diffusion distance of impurities thermally diffused into the semiconductor layer can be controlled, and the concentration of the low concentration introduction region can be adjusted.

因みに、薄膜半導体層として1000人のポリシリコン
層、耐熱性の不純物保持皮膜としてPSG膜、及び、光
源としてXeClのエキシマレーザを適用した場合を例
に挙げて説明すると、上記レーザが照射されることによ
りポリシリコン層が融解し、このポリシリコン層内へP
SG膜からリンが熱拡散する。このとき、不純物である
リンの拡散定数りはD = 10−’ci/sec  
のオーダーであり、加熱時間(τ)−数十ns (10
” 5ec)の条件下でポリシリコン層の融解状態か維
持されると、リンの拡散量S(α)は(CD・τ)で求
められ、a =f (10’XIO’) =((10”
’ ) cl= IQ−6cm = 1.00人 となる。
Incidentally, to explain the case where a 1000-layer polysilicon layer is used as a thin film semiconductor layer, a PSG film is used as a heat-resistant impurity retaining film, and a XeCl excimer laser is applied as a light source, the above laser will be irradiated. The polysilicon layer melts and P flows into the polysilicon layer.
Phosphorus is thermally diffused from the SG film. At this time, the diffusion constant of phosphorus, which is an impurity, is D = 10-'ci/sec
heating time (τ) - several tens of ns (10
When the molten state of the polysilicon layer is maintained under the condition of "5ec), the amount of phosphorus diffused S(α) is determined by (CD・τ), and a = f (10'XIO') = ((10 ”
') cl=IQ-6cm=1.00 people.

従って、何回かのパルス照射によりポリシリコン層内の
所望の領域へ不純物であるリンを熱拡散させることがで
き、高い精度で上記低濃度導入領域の濃度調整が可能と
なる。
Therefore, phosphorus, which is an impurity, can be thermally diffused to a desired region within the polysilicon layer by several pulse irradiations, and the concentration of the low concentration introduction region can be adjusted with high precision.

尚、薄膜半導体層に形成される低濃度導入領域の部位と
しては、上述したチャンネル形成領域の他、LDD(L
ightly Doped Drain)構造の薄膜半
導体装置における低濃度領域がある。
In addition to the above-mentioned channel formation region, the region of the low concentration introduction region formed in the thin film semiconductor layer is LDD (L
There is a low concentration region in a thin film semiconductor device having an extremely doped drain structure.

〔作用〕[Effect]

上述したような技術的手段によれば、 成膜された薄膜半導体層上に導電型不純物を保持する耐
熱性の不純物保持皮膜を積層する積層工程と、 この不純物保持皮膜面へ光エネルギを照射し、不純物保
持皮膜から薄膜半導体層へ不純物を熱拡散させて上記低
濃度導入領域を形成する光エネルギ照射工程、 とを具備しており、 耐熱性の不純物保持皮膜面へ光エネルギが照射された際
、この不純物保持皮膜と融解した薄膜半導体層との境界
面で互いに溶は合うことがなく、しかも、不純物保持皮
膜を介して導電型不純物に熱エネルギが供給されるため
、導電型不純物に直接熱エネルギが供給される場合に較
べてその熱拡散レベルを制御することが可能となり、ま
た、局所加熱に適した光エネルギ手段を適用したことに
より絶縁性基板の熱劣化を防止でき、更に、上記不純物
保持皮膜中の導電型不純物濃度を適宜調整することで薄
膜半導体層内へ熱拡散させる不純物の拡散量を制御でき
る一方、上記光源のパワーや照射時間を適宜調整するこ
とによっても薄膜半導体層内へ熱拡散させる不純物の拡
散量並びに拡散距離を制御でき、 高精度で」二記薄膜半導体層に形成される低濃度導入領
域の濃度調整を行うことが可能となる。
According to the above-mentioned technical means, a lamination process of laminating a heat-resistant impurity retention film that retains conductive type impurities on the formed thin film semiconductor layer, and irradiation of light energy to the surface of this impurity retention film are performed. , a light energy irradiation step of thermally diffusing impurities from the impurity retention film to the thin film semiconductor layer to form the low concentration introduced region, and when the light energy is irradiated onto the surface of the heat-resistant impurity retention film. , the impurity retention film and the melted thin film semiconductor layer do not melt into each other at the interface, and moreover, thermal energy is supplied to the conductive impurities via the impurity retention film, so heat is directly applied to the conductive impurities. Compared to the case where energy is supplied, it is possible to control the level of heat diffusion, and by applying a light energy means suitable for local heating, it is possible to prevent thermal deterioration of the insulating substrate. While it is possible to control the amount of thermal diffusion of impurities into the thin film semiconductor layer by appropriately adjusting the conductivity type impurity concentration in the holding film, it is also possible to control the amount of impurities thermally diffused into the thin film semiconductor layer by appropriately adjusting the power and irradiation time of the light source. It is possible to control the diffusion amount and diffusion distance of the impurity to be thermally diffused, and it becomes possible to adjust the concentration of the low concentration introduction region formed in the thin film semiconductor layer with high precision.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を第1図〜第2図に示した「スタカー型A
のMOS l−ランシスタに適用した実施例について図
面を参照して詳細に説明する。
Hereinafter, the present invention will be explained using the "stacker type A" shown in FIGS. 1 and 2.
An embodiment applied to a MOS l-run transistor will be described in detail with reference to the drawings.

まず、第3図(A)に示すようにカラス基板(商品名コ
ーニング7059)  (]、 )面上に、550°C
10、3Torrの条件下、mono SiH,を用い
た減圧CVD法により厚さ1000人のアモルファスシ
リコン層(2)を成膜し、かつ、この面上に5OG(塗
布焼成酸化膜)法によりリン濃度5%のPSGを塗布し
た後、350°Cの条件下で焼成処理して第3図(B)
に示すように厚さ1000人の不純物保持皮膜(3)を
積層する。
First, as shown in Fig. 3 (A), the glass substrate (product name Corning 7059) (], ) surface was heated at 550°C.
An amorphous silicon layer (2) with a thickness of 1000 μm was formed by low-pressure CVD using mono SiH under conditions of 10.3 Torr, and the phosphorus concentration was increased on this surface by 5OG (coating and firing oxide film) method. After coating 5% PSG, it was fired at 350°C and the resulting material was shown in Figure 3 (B).
An impurity retaining film (3) with a thickness of 1000 ml is laminated as shown in FIG.

次いで、第3図(C)に示すように上記不純物保持皮膜
(3)面へ、波長308nmのXeC]エキシマレーザ
を用い、大気中でエネルギ密度100〜too。
Next, as shown in FIG. 3(C), the surface of the impurity retaining film (3) is exposed to an energy density of 100 to too much in the atmosphere using a XeC excimer laser with a wavelength of 308 nm.

mJ/ cイの条件下、繰り返し周波数50 Hzで1
〜100パルス照射して上記アモルファスシリコン層(
2)を瞬時に融解させると共に、不純物保持皮膜(3)
からリン原子をアモルファスシリコン層(2)内へ熱拡
散させる。
1 at a repetition frequency of 50 Hz under the conditions of mJ/c
The amorphous silicon layer (
2) is instantly melted, and the impurity retaining film (3)
The phosphorus atoms are then thermally diffused into the amorphous silicon layer (2).

この場合、耐熱性を有するPSG製の不純物保持皮膜(
3)は融解しないため、この不純物保持皮膜(3)と融
解したアモルファスシリコン層(2)との境界面で互い
に溶は合うことがなく、しかも、不純物保持皮膜(3)
内の5102を介して不純物であるリン原子に熱エネル
ギが供給されるため、過剰なエネルギが供給されない分
その熱拡散レベルの調整が可能となる利点を有している
In this case, a heat-resistant PSG impurity retention film (
3) does not melt, so the impurity retaining film (3) and the melted amorphous silicon layer (2) do not melt into each other at the interface, and the impurity retaining film (3)
Since thermal energy is supplied to the phosphorus atoms, which are impurities, through 5102 within the pores, there is an advantage that the level of thermal diffusion can be adjusted since excessive energy is not supplied.

従って、上記エキシマレーザ照射処理によりアモルファ
スシリコン層(2)内のチャンネル形成領域に濃度10
15〜10” atoms/cイ程度の低濃度導入領域
(21)を高い精度で形成することができ(第3図C参
照)、かつ、上記アモルファスシリコン層(2)の結晶
化とリン原子の活性化をも同時に施すことができると共
に、局所加熱に適したエキシマレーザを適用したことに
よりガラス基板(1)の熱劣化をも防止することができ
る。
Therefore, the above excimer laser irradiation treatment creates a concentration of 10 in the channel formation region in the amorphous silicon layer (2).
A low concentration region (21) of about 15 to 10" atoms/c can be formed with high precision (see Fig. 3C), and the crystallization of the amorphous silicon layer (2) and phosphorus atoms can be easily formed. Activation can be performed at the same time, and thermal deterioration of the glass substrate (1) can also be prevented by applying an excimer laser suitable for local heating.

次に、結晶化された上記アモルファスシリコン層(2)
、すなわちポリシリコン層から不純物保持皮膜(3)を
バッフアートフッ酸を用いたエツチング手段により除去
した後(第3図り参照)、アモルファスシリコン層(2
)上の所定部位に第3図(E)に示すようにフォトレジ
スト層(r)を形成し、フォトレジスト層(r)から露
出するアモルファスシリコン層(2)をドライエツチン
グ法にて除去しく第3図C参照)、かつこの面上に減圧
CVD法にてゲート絶縁膜形成用の厚さ1000人の5
I02膜(4)を成膜すると共に、同じく減圧CVD法
にて上記SiO3膜(4)面上に引き続きゲート電極形
成用のポリシリコン膜(5)を成膜し、更に、このポリ
シリコン膜(5)のゲート電極形成部位にフォトレジス
ト層(r)を形成する(第3図C参照)。
Next, the crystallized amorphous silicon layer (2)
That is, after removing the impurity retaining film (3) from the polysilicon layer by etching using buffered hydrofluoric acid (see the third diagram), the amorphous silicon layer (2) is removed.
) A photoresist layer (r) is formed at a predetermined location on the photoresist layer (r) as shown in FIG. 3(E), and the amorphous silicon layer (2) exposed from the photoresist layer (r) is removed by dry etching. 3C), and on this surface, a gate insulating film with a thickness of 1000 mm is formed using low pressure CVD method.
At the same time as forming an I02 film (4), a polysilicon film (5) for forming a gate electrode is subsequently formed on the surface of the SiO3 film (4) using the same low-pressure CVD method, and then this polysilicon film ( 5) A photoresist layer (r) is formed at the gate electrode formation site (see FIG. 3C).

そして、上記フォトレジスト層(r)から露出するポリ
シリコン膜(5)をドライエツチング法にて除去してゲ
ート電極(G)を形成すると共に、同じくこの下側の5
I02膜(4)をもドライエツチング法にて除去する(
第3図C参照)。
Then, the polysilicon film (5) exposed from the photoresist layer (r) is removed by dry etching to form a gate electrode (G), and the lower 5
The I02 film (4) is also removed by dry etching (
(See Figure 3C).

次いで、第3図(1)に示すように」二記ゲート電極(
G)をマスクにしてp+イオンをイオン注入することに
より、第3図(J)に示すようにゲート電極(G)に対
して自己整合されたソース電極(S)  ・ドレイン電
極(D)とを形成し、かつ、再びXeC1のエキシマレ
ーザを照射することによりアモルファスシリコン層(2
)内に注入されたp゛イオン活性化処理を施した。尚、
このレザ照射条件は、500〜1.000 m 、1 
/ ciのエネルギ密度において1〜10パルスで充分
であった。
Next, as shown in FIG. 3(1), the second gate electrode (
By implanting p+ ions using G) as a mask, the source electrode (S) and drain electrode (D) are self-aligned to the gate electrode (G) as shown in Figure 3 (J). An amorphous silicon layer (2
) was subjected to activation treatment with p' ions implanted into the inside. still,
This laser irradiation condition is 500 to 1.000 m, 1
1 to 10 pulses at an energy density of /ci were sufficient.

更に、ソース電極(S)  ・ドレイン電極(D)が形
成された面」−にプラズマCVD法にて7000人のナ
イトライド(SiN。)を成膜して第3図(K )に示
すようなパシベーション膜(6)を形成し、350〜4
00°Cでアニール処理を施して上記ポリシリコン膜(
5)を水素化処理した後、ウェットエッチンク゛法にて
上記バンベーンヨン膜(6)にコンタクトホール(61
)〜(63)を開設し、かつ、Al−3i系の合金で構
成された配線用金属(71)〜(73)を取り付けて第
1図〜第2図、並びに、第3図(L)に示すようなn型
のMOS )ランジスタを得た。
Furthermore, 7000 nitride (SiN) was deposited on the surface where the source electrode (S) and drain electrode (D) were formed by plasma CVD to form a film as shown in Figure 3 (K). Form a passivation film (6) and
The above polysilicon film (
After hydrogenating 5), a contact hole (61
) to (63), and wiring metals (71) to (73) made of Al-3i alloy are installed, as shown in Figures 1 to 2, and Figure 3 (L). An n-type MOS transistor as shown in FIG. 1 was obtained.

そして、この実施例に係る製造方法によれば、上記ガラ
ス基板(1)を劣化させることなく薄膜半導体層として
のアモルファスシリコン層(2)のチャンネル形成領域
に濃度10” 〜10” a、toms/clT1程度
の低濃度導入領域(21)を高い精度で確実に形成する
ことができるため、上記「しきい値電圧V1uj等動作
特性の揃ったMOS トランジスタを安定して多数製造
できる利点を有している。
According to the manufacturing method according to this embodiment, a concentration of 10'' to 10'' a, toms/ Since the low concentration introduction region (21) of about clT1 can be reliably formed with high precision, it has the advantage of being able to stably manufacture a large number of MOS transistors with uniform operating characteristics such as the threshold voltage V1uj mentioned above. There is.

尚、この実施例において薄膜半導体層のチャンネル形成
領域に本発明を適用しているが、第4図に示すようにL
DD(1、ightly Doped Drain)構
造の薄膜半導体装置における低濃度領域(22)に本発
明を適用することも可能である。
In this example, the present invention is applied to the channel forming region of the thin film semiconductor layer, but as shown in FIG.
It is also possible to apply the present invention to a low concentration region (22) in a thin film semiconductor device having a DD (1, tightly doped drain) structure.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれは、 耐熱性の不純物保持皮膜面へ光エネルギが照射された際
、この不純物保持皮膜と融解した薄膜半導体層との境界
面で互いに溶は合うことがなく、しかも、不純物保持皮
膜を介して導電型不純物に熱エネルギが供給されるため
、導電型不純物に直接熱エネルギが供給される場合に較
へてその熱拡散レベルを制御することが可能となり、ま
た、局所加熱に適した光エネルギ手段を適用したことに
より絶縁性基板の熱劣化を防止でき、更に、上記不純物
保持皮膜中の導電型不純物濃度を適宜調整することで薄
膜半導体層内へ熱拡散させる不純物の拡散量を制御でき
る一方、上記光源のパワーや照射時間を適宜調整するこ
とによっても薄膜半導体層内へ熱拡散させる不純物の拡
散量並びに拡散距離を制御でき、 高精度で上記薄膜半導体層に形成される低濃度導入領域
の濃度調整を行うことが可能となる。
According to the present invention, when the surface of the heat-resistant impurity-retaining film is irradiated with light energy, the impurity-retaining film and the melted thin film semiconductor layer do not melt into each other at the interface; Since thermal energy is supplied to the conductive impurities via By applying light energy means, it is possible to prevent thermal deterioration of the insulating substrate, and furthermore, by appropriately adjusting the concentration of conductive type impurities in the impurity holding film, the amount of impurities thermally diffused into the thin film semiconductor layer can be controlled. On the other hand, by appropriately adjusting the power and irradiation time of the light source, it is possible to control the amount and diffusion distance of the impurity that is thermally diffused into the thin film semiconductor layer, allowing for low concentration introduction to be formed in the thin film semiconductor layer with high precision. It becomes possible to adjust the density of the area.

したがって、「しきい値電圧VTHj等動作特性の揃っ
た薄膜半導体装置を安定して製造できる効果を有してい
る。
Therefore, it is possible to stably manufacture thin film semiconductor devices with uniform operating characteristics such as threshold voltage VTHj.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図〜第4図は本発明の実施例を示しており、第1図
は実施例に係るMOS トランジスタの概略斜視図、第
2図は第1図のn−n面断面図、第3図(A)〜(L)
は実施例に係るMOSトランジスタの製造工程図、第4
図はL D D構造の薄膜半導体装置の構成断面図を夫
々示し、また、第5図は従来の「逆スタカー型Aの薄膜
半導体装置の概略斜視図、第6図は第5図のVI−VI
面断面図、第7図は従来の「スタガー型jの薄膜半導体
装置の概略斜視図、第8図は第7図の■−■面断面図、
第9図(A)〜(C)及び第10図は、従来の薄膜半導
体装置の製造工程の一部を示す工程図、第11図(A)
〜(C)は「ドーパントフィルムj法を適用した場合を
想定した工程説明図である。 〔符号説明〕 (1)・・・ガラス基板 (2)・・・アモルファスシリコン層 (3)・・・不純物保持皮膜 (21)・・・低濃度導入領域 特 許 出 願 人 富士ゼロックス株式会社代 理 
人 弁理士 中 村 智 廣(外2名)第 図 第10図 第11 図
1 to 4 show embodiments of the present invention, in which FIG. 1 is a schematic perspective view of a MOS transistor according to the embodiment, FIG. 2 is a sectional view taken along the nn plane of FIG. Figures (A) to (L)
4 is a manufacturing process diagram of the MOS transistor according to the example.
The figures each show a cross-sectional view of the structure of a thin film semiconductor device with an LDD structure, and FIG. VI
7 is a schematic perspective view of a conventional "stagger type J thin film semiconductor device; FIG. 8 is a sectional view taken along the line ■-■ of FIG. 7;
9(A)-(C) and FIG. 10 are process diagrams showing a part of the manufacturing process of a conventional thin film semiconductor device, and FIG. 11(A)
- (C) are process explanatory diagrams assuming the case where the "dopant film J method is applied. [Explanation of symbols] (1)...Glass substrate (2)...Amorphous silicon layer (3)... Impurity retention film (21)...Low concentration introduction area patent Applicant: Fuji Xerox Co., Ltd. Agent
Patent Attorney Tomohiro Nakamura (2 others) Figure 10 Figure 11

Claims (1)

【特許請求の範囲】  絶縁性基板と、 この基板に設けられ活性層を構成する薄膜半導体層と、 この薄膜半導体層に導入された導電型不純物により形成
された低濃度導入領域、 とを備える薄膜半導体装置の製造方法において、成膜さ
れた薄膜半導体層上に導電型不純物を保持する耐熱性の
不純物保持皮膜を積層する積層工程と、 この不純物保持皮膜面へ光エネルギを照射し、不純物保
持皮膜から薄膜半導体層へ不純物を熱拡散させて上記低
濃度導入領域を形成する光エネルギ照射工程、 とを具備することを特徴とする薄膜半導体装置の製造方
法。
[Claims] A thin film comprising: an insulating substrate; a thin film semiconductor layer provided on the substrate and forming an active layer; and a low concentration region formed by conductivity type impurities introduced into the thin film semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor device includes a lamination step of laminating a heat-resistant impurity-retaining film that retains conductivity-type impurities on a formed thin film semiconductor layer, and a step of laminating the impurity-retaining film by irradiating the surface of the impurity-retaining film with light energy. A method of manufacturing a thin film semiconductor device, comprising: a light energy irradiation step of thermally diffusing impurities from the thin film semiconductor layer into the thin film semiconductor layer to form the low concentration introduction region.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5682927A (en) * 1993-08-16 1997-11-04 Bentac Co., Ltd. Tying method and tying apparatus for articles

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