JPH0488682A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0488682A
JPH0488682A JP20442490A JP20442490A JPH0488682A JP H0488682 A JPH0488682 A JP H0488682A JP 20442490 A JP20442490 A JP 20442490A JP 20442490 A JP20442490 A JP 20442490A JP H0488682 A JPH0488682 A JP H0488682A
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JP
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semiconductor layer
polycrystalline silicon
semiconductor device
manufacturing
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JP20442490A
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Shunji Nakamura
俊二 中村
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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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】 [概要] 半導体装置の製造方法、特に薄い半導体層に形成された
薄膜トランジスタ(TPT=Thin Fi!mTra
ns 1stor)の製造方法に関し、製造工程中に水
素原子が発生しても特性が変化することなく安定した半
導体装置を製造することができる半導体装置の製造方法
を提供することを目的とし、 絶縁層上に半導体層を形成する工程と、前記半導体層に
第1導電型不純物及び第2導電型不純物を導入して前記
半導体層を高抵抗化する工程と。
前記半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記
ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲ
ート電極下のチャネル領域の両側に第1導電型不純物を
導入してソース領域及びドレイン領域を形成する工程と
を有するように構成する。
[産業上の利用分野] 本発明は半導体装置の製造方法、特に薄い半導体層に形
成された薄膜トランジスタ(TFT=Thn Fill
Transistor)の製造方法に関する。
薄い半導体層に形成されたTPTは、完全0MO5型の
スタティックRAMにおけるPMOSトランジスタや、
液晶デイスプレィ等におけるセルの駆動用トランジスタ
として近年多用されるようになってきており、安定した
特性のTPTが求められている。
[従来の技術] 一般的なTPTの構造間を第4図に示す。
絶縁110上に島状の薄い半導体F112か形成されて
いる。半導体層12の左右の領域にはソース領域12s
及びドレイン領域12dが形成され、ソース領域12s
とドレイン領域12d間がチャネル領域12cとなって
いる。
半導体層12のチャネル領域12c上にはゲート絶縁膜
14を介してゲートを極16が形成されている。半導体
層12及びゲートを極16上には絶縁層18が形成され
ている。この絶縁層18上にソース領域12sにコンタ
クトするソース電極20と、ドレイン領域12dにコン
タクトするドレイン電極22が形成されてい・る。
TPTでは、半導体層12として多結晶シリコンやアモ
ルファスシリコンが用いられ、ソース領域12s及びド
レイン領域12dに対しては、不純物を導入し、n“型
又はp′″型不純物領域にして低抵抗化し、チャネル領
域12cに対しては、不純物がほとんど導入されていな
いi(イントリンシック)型領域か、不純物濃度の低い
P−型スはn〜型不純物領域にしている。
[発明が解決しようとする課Q3 このように従来のTPTでは半導体層12に多結晶シリ
コンやアモルファスシリコンを用いているため、半導体
層12中に原子と原子間の未結合手(ダングリングボン
ド)が多く存在する。この未結合手は水素原子と容易に
結合する性質を有している。一方、TPTの製造工程中
のプラズマ処理においては水素原子が発生し、低温熱処
理においても眉間絶縁膜や金属配線等から水素原子が発
生する。このため、製造工程中に発生した水素原子が半
導体層12中に侵入して未結合手に容易に結び付き、半
導体層12の特性が変化して、TPTの閾値電圧やソー
ス・ドレイン間のリーク@流が変動するという問題があ
った。
このような水素原子の発生によるTPTの特性変化を防
止するため、半導体F112にあらかじめ十分に水素原
子を添加して未結合手をなくしておき、多結晶シリコン
やアモルファスシリコンによる半導体F112の特性を
改善し、その後の製造工程中に発生する水素原子に影響
されないようにすることが考えられる。
しかしながら、あらかじめ水素原子を十分に添加してお
いても、その後の熱処理工程において未結合手に結び付
いた水素原子が容易に外部に放出されるという問題があ
った。例えば、多結晶シ17コンやアモルファスシリコ
ンの4 合、約400°C以上になると水素原子がほと
んど外部に放出され、多くの未結合手が存在した初期の
状態になってしまうという問題があった。
本発明の目的は、製造工程中に水素原子が発生しても特
性が変化することなく安定した半導体装置を製造するこ
とができる半導体装置の製造方法を提供することにある
二課題を解決するための手段] 上記目的は、絶縁層上に半導体層を形成する工程と、前
記半導#層に第1導電型不純物及び第2導電型不ii1
!物を導入して前記半導体層を高抵抗化する工程と、前
記半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲ
ート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲー
ト電極下のチャネル領域の両側に第1導電型不純物を導
入してソース領域及びドレイシ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装置の製造方法によって
達成される。
[作用] 本発明によれば、半導体層に第1導電型不純物及び第2
導電型不純物を導入して半導体層を高抵抗化したので、
製造工程中に水素原子が発生しても特性が変化すること
なく安定した半導体装置を製造することができる。
[実施例] 本発明の一実施例によるTPTの製造方法を第1図を用
いて説明する。
まず、絶縁層10上にCVD法により多結晶シフコンを
約11000At1積させて半導体層としてS結晶シリ
37層12を形成する(第1図(a))。
次に、多結晶シリコン層12にn型不純物とP型不純物
を所定量ずつイオン注入することにより、多結晶シリコ
ンFW12中の全体の不純物濃度を高めた上で、n型不
純物による電子とp型不純物によるホールを同程度にし
て相殺し、実質的なキャリア濃度を下げ多結晶シリコン
[12を高抵抗化する(第1図(b))。
本実施例では、n型不純物を導入するなめに、加速エネ
ルギが60 keVでドーズ量か4×10”cm−”の
イオン注入条件でAs”をイオン注入すると共に、P型
不純物を導入するなめに、加速エネルギが35keVで
ドーズ量が3 x 10 ”cm−”のでイオン注入条
件でBF、+をイオン注入した。その結果、多結晶シリ
コン層12が高抵抗化された。
本願発明者は、上記イオン注入条件を定めるために、B
F2+のドーズ量を3×10五’Cm””(加速エネル
ギ=35keV)に固定し、As“のドーズ量(加速エ
ネルギ=60keV)を変化させて、ソース・ドレイン
間抵抗を測定した。測定結果を第2図に示す。第2図の
グラフの横軸はBP、+の固定したドーズ量に対するA
s”のドーズ量であり、縦軸はソース・トレイン間抵抗
である2第2図から明らかなように、BP、”のドーズ
量が3 X 10 ”cm−’で、As+のドーズ量が
4X10”cm””のときにソース・ドレイン間抵抗が
最も高くなる。このときの多結晶シリコン理工2におけ
るAs及びBの不純eII度は約3×10 ”c m−
’であるがこの不純物濃度は1×101sCm−’以上
であれば良い。
なお1、BP、+のドーズ量を変化させると、AS″″
のi&適なドーズ量も変化するが、BF2+のドーズ量
の方がAs+のドーズ量より多い傾向にあるゆこれは多
結晶シリコン層12中における不純物の活性化率の相違
に基づくものと思われる。
次に、素子形成領域以外の多結晶シリコンを工・ソチン
グ除去して島状の多結晶シリコンF112を形成する(
第1図IC))。
次に、全面にCVD法により酸化シリコンを約30〇八
堆積させてゲート絶縁I!!14を形成する(第1図(
d))。なお、多結晶シリコン層12を熱酸化して表面
に酸化シリコンのゲート絶縁WA14を形成しても良い
次に、ゲート絶縁膜14上にn型ドープト多結晶シリコ
ンを約4000人堆積し、フォトリソグラフィによりバ
ターニングしてゲート電極16を形成する(第1図(d
))。
次に、ゲート電1i!16をマスクとして多結晶シリコ
ン層12に加速エネルギが60keyでドーズ量が1 
x 1016cm−2のイオン注入条件でAs“をイオ
ン注入し、n1型のソース領域12s、トレイン領域1
2dを形成する冨第1図(C))。なお、多結晶シリコ
ン層12にイオン注入されたAS+の活性化は、次のC
VD法による酸化シリコン層形成時の熱処理により行わ
れる。
次に、通常のTPTの製造方法と同様に、例えばCVD
法により約3000八属の酸化シリコンを堆積させて絶
縁層18を形成する。この絶縁層18にソース領域12
s、ドレイン領域12dに達するコンタクトホールを形
成し、アルミニウムを全面に堆積させた後にバターニン
グし、ソース電極20、ドレイン電極22を形成する(
第1!2I(e))。
このように本実施例によれば、半導体層としての多結晶
シリコン層にP型不純物とn型不純物をイオン注入し、
不純物のトータル濃度を高めた上で、電子とホールを相
殺して高抵抗化したので、製造工程中に発生した水素原
子が侵入しても多結晶シリコン層の特性が変化せず安定
した特性のTPTを製造することができる。
本発明の他の実施例によるTPTの製造方法を第3図を
用いて説明する。
まず、絶縁層30上にn型ドープト多結晶シリコンを約
4000八堆積し、フォトリソグラフィによりバターニ
ングしてゲート電極32を形成する(第3図(a)) 次に、全面にCVD法により酸化シリコンを約300人
堆積させてゲート絶縁11I34を形成する(第3図(
b))。なお、多結晶シリコン層であるゲート電極32
を熱酸化して表面に酸化シリコンのゲート絶縁!!34
を形成しても良い。
次に、ゲート絶縁膜34上にCVD法により多結晶シリ
コンを約1000人堆積させて半導体層として多結晶シ
リコン層36を形成し、素子形成領域以外の多結晶シリ
コンをエツチング除去して島状の多結晶シリコン層36
を形成する(第3図(C))。
続いて、多結晶シリコン層36にn型不純物とP型不純
物を所定量ずつイオン注入することにより、実質的なキ
ャリア濃度を下げ多結晶シリコン層36を高抵抗化する
(第3図(C))。本実施例では、n型不純物を導入す
るために、加速エネルギが60keVでドーズ量が4×
101cm−’のイオン注入条件でAs+をイオン注入
すると共に、P型不純物を導入するために、加速エネル
ギが35keVでドーズ量が3X10”cm−”のでイ
オン注入条件でBP、”をイオン注入した。
次に、多結晶シリコン層36上にレジスト層38を形成
し、ゲート電極32上方のみに残存するようにバターニ
ングする。このレジスト層38をマスクとして多結晶シ
リコン層36に加速エネルギか60kevでドーズ量が
I X 10”am−2のイオン注入条件でA5+をイ
オン注入し、n゛型のソース領域38’ s、ドレイン
領域36dを形成する(第3図(d))。
次に、通常のTPTの製造方法と同様に、例えばCVD
法により約3000八属の酸化シリコンを堆積させて絶
縁層40を形成する。この絶縁層40にソース領域36
s、ドレイン領域36dに達するコンタクトホールを形
成し、アルミニウムを全面に堆積させた後にバターニン
グし、ソース電極42、ドレイン電極44を形成する(
第3図(e))。
このように本実施例によっても、半導体層としての多結
晶シリコン層にp型不純物とn型不純物をイオン注入し
て高抵抗化したので安定した特性のTPTを製造するこ
とができる。
本発明は上記実施例に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施例は、半導体層としての多結晶シリコ
ン層を高抵抗化するのに、n型不純物としてAs”をイ
オン注入したが、Pやsb等の池のn型不純物をイオン
注入してもよい。また P型不純物としてBF2″をイ
オン注入したか、B等の他のP型不純物をイオン注入し
てもよい。
また、上記実施例ではイオン注入法により半導体層に不
純物を導入したが、ガス拡散法や固相拡散法等の他の導
入方法により不純物を導入してもよい。
さらに、上記実施例では半導体層が多結晶シリコン層で
あったが、アモルファスシリコン層でもよく、さらに、
多結晶炭化シリコン層でもアモルファス炭化シリコン層
でもまた多結晶ダイヤモンド層でもよい。
また、上記実施例では電子がキャリアとなるn型TFT
を例として説明したが、ホールがキャリアとなるP型T
FTにも本発明を適用できる。
また、絶縁層上に成長した多結晶あるいはアモルファス
層をレーザ光や電子ビーム等により再結晶化した、結晶
欠陥を多く含む不完全な単結晶層にも本発明を適用でき
る。
E発明の効果] 以上の通り、本発明によれば、半導体層に第1導電型不
純物及び第2導電型不純物を導入してトータル不純物濃
度を高めた上で半導体層を高抵抗化したので、製造工程
中に水素原子が発生しても特性が変化することなく安定
した半導体装置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TPTの製造方法の工
程断面図、 第2図はAs“のドーズ量とソース・ドレイン間抵抗の
関係を示すグラフ、 第3図は本発明の他の実施例によるTPTの製造方法の
工程断面図、 第4図は一般的なTPTの構造例を示す断面図である。 図において、 10・・・絶縁層 12・・・半導体層(多結晶シリコン層)12s・・・
ソース領域 12d・・・ドレイン領域 12c・・・チャネル領域 14・・・ゲート絶縁膜 16・・・ゲート′Wjh極 18・・・絶縁層 20・・・ソース電極 22・・・ドレイン電極 30・・・絶縁層 32・・・ゲート電極 34・・・ゲート絶縁膜 36・・・半導体層(多結晶シリコン層)36s・・・
ソース領域 36d・・・ドレイン領域 36c・・・チャネル領域 ・・レジスト層 ・・絶縁層 ・・ソース電極 ・・トレイン電極 出願人 富  士  通  株  式  会  社代理
人 弁理士 北  野  好  人A5+のドーに量と
ソース・トレイン間垢、4丸の1ffifA&・水すグ
ラフ第2図 級的なTFTの構造例ト徂1断面図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、絶縁層上に半導体層を形成する工程と、前記半導体
    層に第1導電型不純物及び第2導電型不純物を導入して
    前記半導体層を高抵抗化する工程と、 前記半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極下のチャネル領域の両側に第1導電型不
    純物を導入してソース領域及び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装置の製造方法。 2、絶縁層上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲー
    ト電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜上に半導体層を形成する工程と、 前記半導体層に第1導電型不純物及び第2導電型不純物
    を導入して前記半導体層を高抵抗化する工程と、 前記ゲート電極上のチャネル領域の両側に第1導電型不
    純物を導入してソース領域及び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装置の製造方法。 3、請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法にお
    いて、 前記半導体層は、アモルファス半導体層又は多結晶半導
    体層であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 4、請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置の製
    造方法において、 前記半導体層は、シリコン(Si)、炭化シリコン(S
    iC)又はダイヤモンド(C)により形成されているこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。 5、請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体装置の製
    造方法において、 前記半導体層に導入された第1導電型不純物及び第2導
    電型不純物の濃度が共に1×10^1^8cm^−^3
    以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP20442490A 1990-08-01 1990-08-01 半導体装置の製造方法 Pending JPH0488682A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5861427A (en) * 1994-11-15 1999-01-19 Kluender; Harold Clinton Eugene Substituted 4-biarylbutyric acid derivatives as matrix metalloprotease inhibitors
JP2002217379A (ja) * 2001-01-23 2002-08-02 Sanken Electric Co Ltd 半導体装置の製造方法

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US5861427A (en) * 1994-11-15 1999-01-19 Kluender; Harold Clinton Eugene Substituted 4-biarylbutyric acid derivatives as matrix metalloprotease inhibitors
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