JPH05259184A - Manufacture of insulated gate type field effect semiconductor device - Google Patents

Manufacture of insulated gate type field effect semiconductor device

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JPH05259184A
JPH05259184A JP33372692A JP33372692A JPH05259184A JP H05259184 A JPH05259184 A JP H05259184A JP 33372692 A JP33372692 A JP 33372692A JP 33372692 A JP33372692 A JP 33372692A JP H05259184 A JPH05259184 A JP H05259184A
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semiconductor
region
field effect
semiconductor device
forming
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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
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Abstract

PURPOSE:To provide a method for manufacturing an insulated gate type field effect semiconductor device which has a small OFF current and in which ON/ OFF response can be carried out at a high speed. CONSTITUTION:The method for manufacturing an insulated gate type field effect semiconductor device comprises the steps of forming a nonsingle crystalline semiconductor 2 in which hydrogen or halogen element is added on an insulating board 1, forming a gate insulating film 3 on the semiconductor, forming a gate by selectively forming a gate electrode 4 on the insulating film, adding impurities to an entire region formed with the semiconductor including a region to become a source or a drain, and promoting crystallization of the semiconductor of the other part with the gate as a mask by optically annealing the entire semiconductor region.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路、液晶
表示パネル等に用いられる絶縁ゲート型電界効果半導体
装置の作製方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device used in semiconductor integrated circuits, liquid crystal display panels and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】単結晶珪素を用いた絶縁ゲート型電界効
果半導体装置は、広く半導体分野に用いられている。そ
の代表例には、本出願人の発明にかかる特公昭50─1986
号公報に示されている「半導体装置およびその作製方
法」がある。しかし、水素が添加されていないチャネル
形成領域に単結晶半導体を用いるのではなく、水素また
はハロゲン元素が1原子%以上の濃度に添加された非単
結晶半導体により設けられた絶縁ゲート型電界効果半導
体装置は、本出願人のその後の出願にかかる特願昭53−
124021号公報に示されている「半導体装置およびその作
製方法」( 昭和53年10月7日出願)がその代表例であ
る。かかる水素またはハロゲン元素が添加された非単結
晶半導体、特に珪素半導体がチャネル形成領域に用いら
れた絶縁ゲート型電界効果半導体装置は、オフ電流が従
来より公知の単結晶半導体を用いた場合に比べて103
105 分の1も小さい。そのため、絶縁ゲート型電界効果
半導体装置は、液晶表示パネル制御用として用いること
が有効であるとされている。
2. Description of the Related Art Insulated gate type field effect semiconductor devices using single crystal silicon are widely used in the field of semiconductors. A representative example thereof is Japanese Patent Publication No. 50-1986 relating to the invention of the present applicant.
There is a "semiconductor device and its manufacturing method" disclosed in Japanese Patent Publication No. However, instead of using a single crystal semiconductor in a channel formation region to which hydrogen is not added, an insulated gate field effect semiconductor provided with a non-single crystal semiconductor to which hydrogen or a halogen element is added at a concentration of 1 atomic% or more. As for the device, Japanese Patent Application No. 53-
A typical example thereof is "Semiconductor Device and Manufacturing Method Thereof" (filed on October 7, 1978) disclosed in Japanese Patent No. 124021. Such an insulated gate field effect semiconductor device in which a non-single crystal semiconductor to which hydrogen or a halogen element is added, particularly a silicon semiconductor is used for a channel formation region has a lower off current than a conventionally known single crystal semiconductor. 10 3 ~
It is as small as 1/5 . Therefore, it is said that the insulated gate field effect semiconductor device is effectively used for controlling a liquid crystal display panel.

【0003】この絶縁ゲート型電界効果半導体装置は、
前記特願昭53−124021号公報に示されているごとく、ゲ
ート電極がチャネル形成領域の半導体に対し、その上側
に設けられた横チャネル型絶縁ゲート型電界効果半導体
装置、また、本出願人の出願にかかる特願昭56─001767
号公報「絶縁ゲイト型半導体装置およびその作製方法」
( 昭和56年1月9日)に示された縦チャネル型絶縁ゲー
ト型電界効果半導体装置、およびゲート電極がチャネル
形成領域を構成する半導体の下側に設けられたいわゆる
一般的に公知の薄膜絶縁ゲート型電界効果半導体装置が
知られている。
This insulated gate field effect semiconductor device is
As disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 53-124021, a lateral channel type insulated gate field effect semiconductor device in which a gate electrode is provided on the upper side of a semiconductor in a channel formation region, and Japanese Patent Application Sho 56-001767
Gazette "Insulated gate type semiconductor device and its manufacturing method"
Vertical channel type insulated gate field effect semiconductor device shown in (Jan. 9, 1981), and so-called generally known thin film insulation in which a gate electrode is provided below a semiconductor forming a channel formation region. Gate type field effect semiconductor devices are known.

【0004】しかし、そのうち後二者に比べ前者の前記
した構造は、従来より公知の単結晶珪素を用いた絶縁ゲ
ート型電界効果半導体装置と構造が同じであるため、す
でに出来上がった技術を応用できるというきわめて優れ
た特長を有するものであった。また、従来例として、特
開昭58−2073号公報に記載された電界効果型トラ
ンジスタは、ソース領域およびドレイン領域を選択的に
アニールすることにより多結晶領域とし、チャネル形成
領域を非晶質領域としている。すなわち、同公報に示さ
れている電界効果型トランジスタは、非晶質領域の一部
を選択的にアニール処理を行なうことによって多結晶領
域としている。
However, compared to the latter two of them, the former one has the same structure as the conventionally known insulated gate type field effect semiconductor device using single crystal silicon, and therefore the already completed technique can be applied. It had an extremely excellent feature. Further, as a conventional example, in the field effect transistor described in Japanese Patent Laid-Open No. 58-2073, the source region and the drain region are selectively annealed to form a polycrystalline region and the channel forming region is an amorphous region. I am trying. That is, in the field effect transistor disclosed in the publication, a part of the amorphous region is selectively annealed to form a polycrystalline region.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】他方、かかる絶縁ゲー
ト型電界効果半導体装置においては、ソ−ス領域および
ドレイン領域の作製をCVD 法( プラズマCVD 法を含む)
により薄膜のディポジッションを行うのではなくイオン
注入等により添加し、かつその添加物を400 ℃以下の水
素またはハロゲン元素が脱気しない温度範囲でのアニ−
ルにより活性のドナ−またはアクセプタとしなければな
らない。以上のような問題を解決するために、本発明
は、オフ電流が少なく、かつオン、オフを高速応答で行
うことができる絶縁ゲート型電界効果半導体装置の作製
方法を提供することを目的とする。
On the other hand, in such an insulated gate field effect semiconductor device, the source region and the drain region are formed by the CVD method (including the plasma CVD method).
The thin film is not deposited by means of ion implantation but added by an ion implantation method, and the additive is annealed within a temperature range not degassing hydrogen or halogen elements below 400 ° C.
Must be an active donor or acceptor depending on the group. In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device which has a small off current and can be turned on and off with a high-speed response. ..

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】以上のような問題を解決
するために、本発明の絶縁ゲート型電界効果半導体装置
の作製方法は、絶縁基板上に水素またはハロゲン元素が
添加された非単結晶半導体を形成する工程と、当該非単
結晶半導体にゲート絶縁膜を形成する工程と、当該ゲー
ト絶縁膜上に選択的にゲート電極を形成することにより
ゲート部を形成する工程と、ソ−スまたはドレインとな
る領域を含めた前記非単結晶半導体が形成された領域全
体に不純物を添加する工程と、前記非単結晶半導体領域
全体に、光アニール処理を施すことにより、前記ゲート
部をマスクとしての他部の非単結晶半導体の結晶化を助
長せしめる工程とからなることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a method of manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device according to the present invention is a non-single crystal in which hydrogen or a halogen element is added to an insulating substrate. A step of forming a semiconductor, a step of forming a gate insulating film on the non-single-crystal semiconductor, a step of forming a gate portion by selectively forming a gate electrode on the gate insulating film, a source or A step of adding an impurity to the entire region where the non-single crystal semiconductor is formed including a region to be a drain, and a photo-annealing process to the entire non-single crystal semiconductor region are performed so that the gate portion is used as a mask. And a step of promoting crystallization of the other portion of the non-single-crystal semiconductor.

【0007】本発明の課題を解決するための手段を具体
的に例示すると次のようになる。不純物の添加のないま
たは少ない非単結晶半導体(以下、水素またはハロゲン
元素が添加された非単結晶半導体を単に半導体または非
単結晶半導体と略記する)上にゲート絶縁物およびその
上にゲート電極が選択的に設けられた。さらに、このゲ
ート電極をマスクとしてイオン注入法等によりソ−ス、
ドレイン用の不純物を添加した、たとえばNチャネル型
絶縁ゲート型電界効果半導体装置では、リンまたは砒
素、Pチャネル型絶縁ゲート型電界効果半導体装置で
は、ホウ素を非単結晶半導体のソース、ドレイン領域の
内部にゲート絶縁膜を貫通してそれぞれ添加した。
Specific examples of means for solving the problems of the present invention are as follows. A gate insulator and a gate electrode on a non-single-crystal semiconductor without or with little impurities (hereinafter, a non-single-crystal semiconductor to which hydrogen or a halogen element is added are simply referred to as a semiconductor or a non-single-crystal semiconductor). It was provided selectively. Further, by using this gate electrode as a mask, a source by an ion implantation method,
For example, phosphorus or arsenic is used in an N channel type insulated gate field effect semiconductor device to which an impurity for drain is added, and boron is added to the source and drain regions of a non-single crystal semiconductor in a P channel type insulated gate field effect semiconductor device. Was added through the gate insulating film.

【0008】この後、この不活性の不純物が添加された
領域を含み、基板全ての領域に対して、400 ℃以下の温
度で強光照射をし、強紫外光アニ−ル(以下単に光アニ
−ルという)を行う。かくして、ゲート部により遮光さ
れたチャネル形成領域を除き、全ての非単結晶半導体領
域に対し、光照射を行なう。すると、ソースおよびドレ
イン用の不純物領域を構成する非単結晶半導体は、全て
光照射され、それらの領域の結晶化度がチャネル形成領
域よりも助長された半導体、特に著しくは多結晶または
単結晶構造の半導体に変成せしめた。すなわち、本発明
は、従来より公知の水素またはハロゲン元素が添加され
ていない単結晶の半導体に対し、イオンを注入し、それ
に強光アニ−ルを行う。この光アニールを基板全面にわ
たって行なうため、光を基板表面のー端より他端に走査
することにより結晶成長をプロセス上含ませ、結晶化度
を助長し不純物領域としたものである。
After that, the entire region of the substrate including the region to which the inactive impurities are added is irradiated with intense light at a temperature of 400 ° C. or less, and a strong ultraviolet light anneal (hereinafter, simply referred to as optical anneal). -L). Thus, all the non-single crystal semiconductor regions are irradiated with light except for the channel formation region shielded by the gate portion. Then, the non-single-crystal semiconductors forming the impurity regions for the source and the drain are all irradiated with light, and the degree of crystallinity of those regions is accelerated more than that of the channel formation region. It was transformed into a semiconductor. That is, according to the present invention, ions are implanted into a conventionally known single crystal semiconductor to which hydrogen or a halogen element is not added, and strong light annealing is performed on the semiconductor. Since this optical annealing is performed over the entire surface of the substrate, light is scanned from one end of the substrate surface to the other end to include crystal growth in the process and promote crystallinity to form an impurity region.

【0009】[0009]

【作 用】その結果、本発明の絶縁ゲート型電界効果
半導体装置の作製方法は、ゲート電極が基板上のチャネ
ル形成領域を構成する非単結晶半導体の上方に設けられ
た。また、本発明の不純物領域は、この非単結晶半導体
の光学的エネルギー( 珪素半導体の場合1.7 〜1.8eV)に
対し1.6 〜1.8eV と殆ど同じ光学的エネルギーを有し、
かつ活性領域となった。かくのごとく光学的エネルギー
がチャネル形成領域と同じまたは概略同じであるため、
絶縁ゲート型電界効果半導体装置の「ON」、「OFF 」に
対しオン電流が立ち上がり時に流れにくかったり、また
他方、電流が立ち下がり時にダラダラ流れてしまったり
することがない。すなわち、本発明の絶縁ゲート型電界
効果半導体装置は、オフ電流が少なく、かつオン、オフ
を高速応答で行うことができた。以下に実施例により本
発明を説明する。
[Operation] As a result, in the method for manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device according to the present invention, the gate electrode was provided above the non-single-crystal semiconductor forming the channel formation region on the substrate. Further, the impurity region of the present invention has almost the same optical energy as 1.6 to 1.8 eV with respect to the optical energy of this non-single crystal semiconductor (1.7 to 1.8 eV in the case of a silicon semiconductor),
And it became an active area. Thus, since the optical energy is the same as or roughly the same as the channel formation region,
On-state current does not easily flow when the insulated gate field effect semiconductor device is turned “ON” or “OFF”, and on the other hand, the current does not flow dully when the current falls. That is, the insulated gate field effect semiconductor device of the present invention has a small off current and can be turned on and off with a high speed response. The present invention will be described below with reference to examples.

【0010】[0010]

【実 施 例】図1は本発明の一実施例である絶縁ゲー
ト型電界効果電界効果半導体装置の製造工程を説明する
ための縦断面図である。基板(1) は、たとえば石英ガラ
スからなり、図1(A) に示すごとく、その厚さを1.1 m
m とし、大きさを10cm×10cmとした。この基板
(1) の上面には、ジシラン(Si2H6) の水銀励起法を用い
ない光プラズマCVD(2537Åの波長を含む低圧水銀灯、基
板温度210 度C) により、水素が1原子%以上の濃度に
添加されたアモルファス構造を含む非単結晶半導体(2)
が、たとえば0.2 μmの厚さに形成された。
EXAMPLE FIG. 1 is a vertical cross-sectional view for explaining a manufacturing process of an insulated gate field effect field effect semiconductor device which is an embodiment of the present invention. The substrate (1) is made of quartz glass, for example, and its thickness is 1.1 m as shown in FIG. 1 (A).
The size was 10 cm × 10 cm. This board
On the upper surface of (1), hydrogen concentration of 1 atomic% or more was obtained by photoplasma CVD without dimer (Si 2 H 6 ) mercury excitation method (low pressure mercury lamp including wavelength of 2537Å, substrate temperature 210 ° C). Non-single-crystal semiconductors containing amorphous structure added to (2)
Were formed to a thickness of 0.2 μm, for example.

【0011】さらに、この非単結晶半導体(2) の上面に
は、光CVD 法により、たとえば窒化珪素膜からなるゲー
ト絶縁膜(3) が同一反応炉で半導体表面を大気に触れる
ことなく積層された。すなわち、ゲート絶縁膜(3) は、
ジシラン(Si2H6 )とアンモニア(NH3 )、またはヒ
ドラジン(N2 4 )との反応( 2537Åの波長を含む低
圧水銀灯、基板温度250 ℃) により、Si3N4 を水銀増感
法を用いることなしに1000Åの厚さに作製された。この
後、絶縁ゲート型電界効果半導体装置を形成する領域
(5) を除いた部分は、プラズマエッチング法により除去
された。プラズマエッチング反応は、CF4 +O2(5%)
の反応性気体を導入すると共に、図示されていない平行
平板電極に周波数13.56MHzを印加して、室温で行われ
た。ゲート絶縁膜(3) は、上記基板(1)の全面にわたっ
て形成してもよい。
Further, a gate insulating film (3) made of, for example, a silicon nitride film is laminated on the upper surface of the non-single crystal semiconductor (2) by the photo-CVD method without exposing the semiconductor surface to the atmosphere in the same reaction furnace. It was That is, the gate insulating film (3) is
The reaction of disilane (Si 2 H 6 ) with ammonia (NH 3 ) or hydrazine (N 2 H 4 ) (low pressure mercury lamp containing a wavelength of 2537 Å, substrate temperature 250 ° C) was used to sensitize Si 3 N 4 with mercury. Was made to a thickness of 1000Å without using. Thereafter, a region for forming an insulated gate field effect semiconductor device is formed.
The portion except (5) was removed by the plasma etching method. Plasma etching reaction is CF 4 + O 2 (5%)
The reaction gas was introduced, and a frequency of 13.56 MHz was applied to a parallel plate electrode (not shown) at room temperature. The gate insulating film (3) may be formed over the entire surface of the substrate (1).

【0012】ゲート絶縁膜(3) 上には、N + の導電型の
微結晶または多結晶半導体が0.3 μmの厚さに積層され
た。このN+の半導体膜は、レジスト膜(6) を用いてフォ
トエッチング法で非所望な部分を除去した後、ゲート電
極(4) が形成された。その後、このレジスト膜(6) と、
N+半導体のゲート電極(4) と、ゲート絶縁膜(3)とから
なるゲート部をマスクとして、ソ−ス、ドレインとなる
領域には、イオン注入法により、1×1020cm-3の濃度
に図1(B) に示すごとく、一導電型の不純物、たとえば
リンが添加され、一対の不純物領域(7) 、(8) となっ
た。
On the gate insulating film (3), N + conductive type microcrystalline or polycrystalline semiconductor was laminated to a thickness of 0.3 μm. In this N + semiconductor film, the gate electrode (4) was formed after removing the undesired portion by photoetching using the resist film (6). After that, with this resist film (6),
By using the gate portion composed of the gate electrode (4) of the N + semiconductor and the gate insulating film (3) as a mask, a region of a source and a drain of 1 × 10 20 cm −3 was formed by ion implantation. As shown in FIG. 1 (B), an impurity of one conductivity type, for example, phosphorus was added to the concentration to form a pair of impurity regions (7) and (8).

【0013】さらに、基板(1) は、その全体に対し、ゲ
ート電極(4) のレジスト膜(6) が除去された後、強紫外
光(10)の光アニ−ル処理が行われた。すなわち、超高圧
水銀灯(出力5KW 、波長250 〜600 nm、光径15mm、
長さ180 mm) に対し裏面側は、放物面の反射鏡を用い
前方に石英のシリンドリカルレンズ(焦点距離150 c
m、集光部幅2 mm、長さ180 mm) により、線状に照
射部を構成した。そして、基板(1) の照射面は、線状照
射部に対して直交する方向に、5 〜50cm/ 分の速度で
走査( スキャン) され、基板10cm×10cmの全面に強
光(10)が照射されるようにした。
Further, the substrate (1) was subjected to a photo-annealing process of strong ultraviolet light (10) after the resist film (6) of the gate electrode (4) was removed. That is, ultra-high pressure mercury lamp (output 5KW, wavelength 250 ~ 600nm, light diameter 15mm,
180 mm in length, the back side uses a parabolic reflector and uses a quartz cylindrical lens (focal length 150 c
m, the condensing part width 2 mm, and the length 180 mm), the irradiation part was formed linearly. Then, the irradiation surface of the substrate (1) is scanned at a speed of 5 to 50 cm / min in a direction orthogonal to the linear irradiation portion, and strong light (10) is applied to the entire surface of the substrate 10 cm × 10 cm. It was irradiated.

【0014】かくすると、ゲート電極(4) は、ゲート電
極(4) 側にリンが多量に添加されているため、十分光を
吸収し多結晶化した。また、不純物領域(7) 、(8) は、
一度溶融し再結晶化することにより走査する方向、すな
わち、X方向に溶融、再結晶をシフト(移動)させた。
その結果、単に全面を均一に加熱または光照射するのみ
に比べ、成長機構が加わるため結晶粒径を大きくするこ
とができた。絶縁基板上に選択的に非単結晶半導体が形
成され、この非単結晶半導体のゲート部で覆われたチャ
ネル形成領域を除き、他部の非単結晶半導体は、ソース
領域またはドレイン領域として作用し、この不純物領域
の全ての非単結晶半導体の結晶化を助長せしめることが
できる。この強光アニ−ルにより多結晶化した領域は、
不純物領域(7) 、(8) の下側の全領域にまで及ぶ必要が
ない。図1において、破線(11)、(11') で示したごと
く、その上層部のみが少なくとも結晶化し、不純物領域
(7) 、(8) を活性にすることが重要である。
In this way, since the gate electrode (4) has a large amount of phosphorus added to the side of the gate electrode (4), it has sufficiently absorbed light to be polycrystallized. Further, the impurity regions (7) and (8) are
By melting and recrystallization once, melting and recrystallization were shifted (moved) in the scanning direction, that is, the X direction.
As a result, the crystal grain size could be increased because a growth mechanism was added as compared with the case where the entire surface was uniformly heated or irradiated with light. A non-single-crystal semiconductor is selectively formed on an insulating substrate, and the non-single-crystal semiconductor of the other part acts as a source region or a drain region except for a channel forming region covered with the gate part of the non-single-crystal semiconductor. The crystallization of all the non-single-crystal semiconductors in this impurity region can be promoted. The region polycrystallized by this strong light anneal is
It is not necessary to extend to the entire area below the impurity regions (7) and (8). In FIG. 1, as indicated by broken lines (11) and (11 '), only the upper layer is crystallized, and the impurity region
It is important to activate (7) and (8).

【0015】さらに、そのソース領域およびドレイン領
域の端部(15)、(15') は、ゲート電極の端部(16)、(1
6') に対し、チャネル領域側に入り込むように設けられ
ている。そして、N型不純物領域 (7)、(8) 、I型非単
結晶半導体領域(2) 、接合界面(17)、(17') からなるチ
ャネル形成領域は、I型半導体領域における非単結晶半
導体、および不純物領域から入り込んだ結晶化半導体か
ら構成されるハイブリッド構造となっている。このI型
半導体領域内の結晶化半導体の程度は、光アニ−ルの走
査スピ−ド、強度(照度)によって決められる。
Further, the end portions (15) and (15 ') of the source region and the drain region are the end portions (16) and (1
6 ') is provided so as to enter the channel region side. Further, the channel forming region including the N-type impurity regions (7) and (8), the I-type non-single-crystal semiconductor region (2), the junction interfaces (17) and (17 ') is a non-single-crystal region in the I-type semiconductor region. It has a hybrid structure composed of a semiconductor and a crystallized semiconductor that enters from an impurity region. The degree of crystallized semiconductor in the I-type semiconductor region is determined by the scanning speed and intensity (illuminance) of the optical anneal.

【0016】図1(B)の工程の後、ポリイミド樹脂
は、全面に2μmの厚さにコ−トされる。そして、ポリ
イミド樹脂には、電極穴(13)、(13') が形成された後、
アルミニュ−ムのオ−ムコンタクトおよびそのリ−ド(1
4)、(14') が形成される。この2層目のリード(14)、(1
4') は、形成する際に、ゲート電極(4) と連結してもよ
い。この光アニ−ルの結果は、シ−ト抵抗が光照射前の
4×10-3( オームcm) -1から1×10+2( オームcm)
-1になり、光アニール前と比べ電気伝導度特性が向上し
た。チャネル形成領域の長さが3μm、および10μmの
場合、チャネル幅が1mmの条件下において、それぞれ
図2における符号(21)、(22)によって示されるごとく、
th=+2V 、V DD=10V にて1×10-5A 、2×10-5A の
電流を得ることができた。なお、オフ電流は、(VGG=0
V) 10-10 〜10-11 (A) であり、単結晶半導体の10-6(A)
に比べ10-4の1も小さかった。
After the step of FIG. 1B, the polyimide resin is coated on the entire surface to a thickness of 2 μm. Then, in the polyimide resin, after the electrode holes (13) and (13 ') are formed,
Aluminum ohmic contacts and their leads (1
4) and (14 ') are formed. This second layer lead (14), (1
4 ′) may be connected to the gate electrode (4) when formed. The result of this optical annealing is that the sheet resistance is 4 × 10 -3 (ohm cm) -1 to 1 × 10 +2 (ohm cm) before light irradiation.
It became -1 , and the electric conductivity characteristics were improved compared to before the photo-annealing. When the length of the channel forming region is 3 μm and 10 μm, under the condition that the channel width is 1 mm, as indicated by reference numerals (21) and (22) in FIG. 2, respectively,
A current of 1 × 10 −5 A and 2 × 10 −5 A could be obtained at V th = + 2 V and V DD = 10 V. The off current is (V GG = 0
V) 10 -10 to 10 -11 (A), which is 10 -6 (A) of a single crystal semiconductor.
It was 1 of 10 -4 , which was smaller than that of.

【0017】本実施例は、線状に集光された光を基板全
面にわたって走査するように照射したため、大面積大規
模集積化を行うことが可能になった。そのため、大面積
例えば30cm×30cmのパネル内に500 個×500 個の絶
縁ゲート型電界効果半導体装置の作製すらも可能とする
ことができ、液晶表示素子の制御用絶縁ゲート型電界効
果半導体装置として応用することができた。光アニ−ル
プロセスによる400 ℃以下の低温処理であるため、多結
晶化または単結晶化した半導体がその内部の水素または
ハロゲン元素を含んで形成することができた。また、光
アニ−ルは、基板全面に対して同時に行うのではなく、
一端より他端に走査させた。このため、筒状の超高圧水
銀灯から照射された光は、放物ミラ−および石英レンズ
により集光されて線状にした。そして、この線状に集光
された光は、これと直交した方向に基板を走査すること
により非単結晶半導体表面を光アニ−ルすることができ
た。
In the present embodiment, since the linearly condensed light is irradiated so as to scan the entire surface of the substrate, a large area and large scale integration can be performed. Therefore, it is possible to fabricate 500 × 500 insulated gate field effect semiconductor devices in a large area of 30 cm × 30 cm, for example. I was able to apply. Since it was a low temperature treatment of 400 ° C. or less by the photo-annealing process, a polycrystallized or single-crystallized semiconductor could be formed containing hydrogen or halogen element inside. Also, the optical annealing is not performed on the entire surface of the substrate at the same time,
Scan from one end to the other. Therefore, the light emitted from the cylindrical ultra-high pressure mercury lamp was condensed into a linear shape by the parabolic mirror and the quartz lens. The linearly condensed light was able to optically anneal the surface of the non-single crystal semiconductor by scanning the substrate in a direction orthogonal to the light.

【0018】この光アニ−ルは、紫外線で行うため、非
単結晶半導体の表面より内部方向への結晶化を助長させ
た。このため、十分に多結晶化または単結晶化された表
面近傍の不純物領域は、チャネル形成領域におけるゲー
ト絶縁膜のごく近傍に流れる電流制御を支障なく行うこ
とが可能となった。光照射アニ−ル工程に際し、チャネ
ル形成領域に添加された水素またはハロゲン元素は、ま
ったく影響を受けず、非単結晶半導体の状態を保持でき
るため、オフ電流を単結晶半導体の1/103 〜1/105 にす
ることができる。ソ−ス領域およびドレイン領域は、ゲ
ート電極およびゲート絶縁膜を作った後、光アニ−ルで
作製するため、ゲート絶縁物界面に汚物が付着せずに、
特性を安定させる。さらに、従来より公知の方法に比
べ、基板材料として石英ガラスのみならず任意の基板で
あるソ−ダガラス、耐熱性有機フィルムをも用いること
ができる。
Since this optical annealing is performed with ultraviolet rays, crystallization is promoted inward from the surface of the non-single crystal semiconductor. Therefore, the sufficiently polycrystallized or single-crystallized impurity region near the surface can control the current flowing in the channel formation region in the immediate vicinity of the gate insulating film without any trouble. Light irradiation annealing - Upon le step, hydrogen or a halogen element added to the channel formation region is not affected at all, since it is possible to hold the non-single-crystal semiconductor state, 1/10 3 to the off-current single-crystal semiconductor It can be 1/10 5 . Since the source region and the drain region are formed by optical annealing after forming the gate electrode and the gate insulating film, dirt is not attached to the interface of the gate insulator,
Stabilize the characteristics. Further, as compared with the conventionally known method, not only quartz glass but also any substrate such as soda glass and heat resistant organic film can be used as the substrate material.

【0019】異種材料界面であるチャネル形成領域を構
成する非単結晶半導体─ゲート絶縁膜─ゲート電極の形
成は、同一反応炉内でのプロセスにより、大気に触れさ
せることなく作り得るため、界面凖位の発生が少ないと
いう特長を有する。なお、本実施例において、チャネル
形成領域の非単結晶半導体の酸素、炭素および窒素のい
ずれもが5×1018cm-3以下の不純物濃度であることが
重要である。すなわち、これらが従来公知の絶縁ゲート
型電界効果半導体装置においては、チャネル層に1〜3
×1020cm-3の濃度に混合してしまった。アモルファス
珪素半導体を用いる場合においては、キャリア特にPチ
ャネル型絶縁ゲート型電界効果半導体装置で重要なホ−
ルのもつライフタイムが短くなり、特性が本実施例にお
ける絶縁ゲート型電界効果半導体装置が有する特性の1
/3以下の電流しか流れない。加えてヒステリシス特性
をIDD─VGG特性にドレイン電界を2×106V/cm以上
加える場合に観察されてしまった。また、他方酸素を5
×1018cm-3以下とすると、3×106V/ cmの電圧にお
いてもヒステリシスの存在が観察されなかった
The non-single-crystal semiconductor-gate insulating film-gate electrode forming the channel forming region, which is the interface of different materials, can be formed by the process in the same reaction furnace without exposing to the atmosphere. It has the characteristic that the number of positions is small. In this embodiment, it is important that the non-single crystal semiconductor in the channel formation region has an impurity concentration of 5 × 10 18 cm −3 or less for all of oxygen, carbon, and nitrogen. That is, these are 1 to 3 in the channel layer in the conventionally known insulated gate field effect semiconductor device.
It was mixed at a concentration of × 10 20 cm -3 . In the case of using an amorphous silicon semiconductor, carriers which are particularly important in a P channel type insulated gate field effect semiconductor device are used.
The lifetime of the module is shortened, and the characteristic is one of the characteristics of the insulated gate field effect semiconductor device of this embodiment.
Only a current of / 3 or less flows. In addition, the hysteresis characteristic was observed when the drain electric field was applied to the I DD -V GG characteristic at 2 × 10 6 V / cm or more. On the other hand, oxygen is 5
Hysteresis was not observed even at a voltage of 3 × 10 6 V / cm when it was set to × 10 18 cm -3 or less.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明によれば、結晶化を助長せしめる
ための光アニール処理を選択的に行なわないため、位置
合わせの必要がなく、非単結晶半導体層および非単結晶
半導体層の存在しない領域を含めた全体に対して光照射
ができる。すなわち、絶縁ゲート型電界効果半導体装置
を1個1個選択しながら作製せずに、集光された線状の
光を走査するだけで、多数の非単結晶半導体領域の結晶
化を助長せしめることができる。また、本発明によれ
ば、チャネル形成領域以外に、抵抗の高い非単結晶領域
が存在しないため、絶縁ゲート型電界効果半導体装置の
ゲート電圧−ドレイン電流特性にヒステリシスがなく、
高い周波数における良好なスイッチング特性を得た。さ
らに、本発明によれば、チャネル形成領域には、水素ま
たはハロゲン元素の添加により活性化されているため、
絶縁ゲート型電界効果半導体装置における高い周波数の
スイッチング特性を向上させた。
According to the present invention, since the optical annealing treatment for promoting crystallization is not selectively performed, there is no need for alignment, and the non-single-crystal semiconductor layer and the non-single-crystal semiconductor layer do not exist. Light irradiation can be performed on the entire area including the area. That is, crystallization of a large number of non-single-crystal semiconductor regions can be promoted simply by scanning focused linear light without making individual ones of the insulated gate field effect semiconductor devices. You can Further, according to the present invention, since there is no non-single-crystal region having a high resistance other than the channel forming region, there is no hysteresis in the gate voltage-drain current characteristic of the insulated gate field effect semiconductor device,
Good switching characteristics at high frequency were obtained. Furthermore, according to the present invention, since the channel formation region is activated by the addition of hydrogen or a halogen element,
The high frequency switching characteristics of the insulated gate field effect semiconductor device have been improved.

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

【図1】本発明の一実施例である絶縁ゲート型電界効果
電界効果半導体装置の製造工程を説明するための縦断面
図である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view for explaining a manufacturing process of an insulated gate field effect field effect semiconductor device which is an embodiment of the present invention.

【図2】ドレイン電流─ゲート電圧の特性を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing characteristics of drain current-gate voltage.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・基板 2・・・非単結晶半導体 3・・・ゲート絶縁膜 4・・・ゲート電極 5・・・絶縁ゲート型電界効果半導体装置を形成する領
域 6・・・レジスト膜 7、8・・・不純物領域 10・・・強光 11・・・破線 13、13′・・・電極穴 14、14′・・・リード 15、15′・・・ソース領域およびドレイン領域の端
部 16、16′・・・ゲート電極の端部 17、17′・・・接合界面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Non-single crystal semiconductor 3 ... Gate insulating film 4 ... Gate electrode 5 ... Area | region which forms an insulated gate field effect semiconductor device 6 ... Resist film 7, 8・ ・ ・ Impurity region 10 ・ ・ ・ Strong light 11 ・ ・ ・ Dashed line 13, 13 ′ ... Electrode hole 14, 14 ′ ... Lead 15, 15 ′ ... Ends of source and drain regions 16, 16 '... end of gate electrode 17, 17' ... junction interface

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁基板上に水素またはハロゲン元素が
添加された非単結晶半導体を形成する工程と、 当該非単結晶半導体にゲート絶縁膜を形成する工程と、 当該ゲート絶縁膜上に選択的にゲート電極を形成するこ
とによりゲート部を形成する工程と、 ソ−スまたはドレインとなる領域を含めた前記非単結晶
半導体が形成された領域全体に不純物を添加する工程
と、 前記非単結晶半導体領域全体に、光アニール処理を施す
ことにより、前記ゲート部をマスクとしての他部の非単
結晶半導体の結晶化を助長せしめる工程と、 からなることを特徴とする絶縁ゲート型電界効果半導体
装置の作製方法。
1. A step of forming a non-single-crystal semiconductor to which hydrogen or a halogen element is added on an insulating substrate, a step of forming a gate insulating film on the non-single-crystal semiconductor, and a step of selectively forming on the gate insulating film. Forming a gate portion by forming a gate electrode on the substrate, adding an impurity to the entire region where the non-single crystal semiconductor is formed including a region to be a source or a drain, and the non-single crystal An insulated gate field effect semiconductor device comprising: a step of accelerating the crystallization of the non-single-crystal semiconductor of the other part by using the gate part as a mask by performing an optical annealing process on the entire semiconductor region. Of manufacturing.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5550663A (en) * 1978-10-07 1980-04-12 Shunpei Yamazaki Semiconductor device and method of fabricating the same
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