JPH0555577A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタの製造方法

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JPH0555577A
JPH0555577A JP21126391A JP21126391A JPH0555577A JP H0555577 A JPH0555577 A JP H0555577A JP 21126391 A JP21126391 A JP 21126391A JP 21126391 A JP21126391 A JP 21126391A JP H0555577 A JPH0555577 A JP H0555577A
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JP
Japan
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thin film
film
polycrystalline silicon
source
oxidized
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Pending
Application number
JP21126391A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Kitajima
洋 北島
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 下部ゲート型薄膜トランジスタのソース/ド
レイン領域の層抵抗を増加させることがないようにし
て、酸化によるトランジスタ特性の改善を図る。 【構成】 チャンネルが形成される多結晶シリコン薄膜
105を形成した後、全面にシリコン窒化膜112を堆
積し、多結晶シリコンゲート上(すなわちチャンネル
上)に開口部を設けてから酸化する。この方法によって
チャンネル部の多結晶シリコン薄膜だけが酸化される。
この酸化膜113はイオン注入のマスクなどに用いられ
る。 【効果】 ソース/ドレイン領域が酸化されないため層
抵抗を増加させることがない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主として高密度集積回
路に組込まれる薄膜MOSFET (Metal Ox
ide Semiconductor Field E
ffectTransistor)に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来の多結晶シリコンをチャンネルとす
る下部ゲート型薄膜MOSFETの構造を図9および図
10に示す。このMOSFETは次のようにして製造さ
れる。
【0003】まず、図9に示すように、シリコン基板4
01上に酸化膜402を形成する。その上に多結晶シリ
コン膜を堆積し、不純物を高濃度にドープした後、パタ
ーニングを行い、多結晶シリコンゲート403を形成す
る。その後、化学気相成長法でゲート酸化膜404とな
るシリコン酸化膜を堆積し、その上に多結晶シリコン薄
膜405を形成する。多結晶シリコン薄膜405の結晶
性、特に平均粒径は形成されるトランジスタの特性に強
い影響を与えることから、非晶質シリコンをまず堆積
し、600℃程度の温度で長時間熱処理を行い粒径増大
を図ることが多い。その後、ホトリソグラフィー技術と
イオンエッチング技術を用い、多結晶シリコン薄膜40
5をパターニングする。ホトレジスト膜406をマスク
としてソース領域407とドレイン領域408に不純物
を高濃度にイオン注入する。不純物としては、N型トラ
ンジスタに対しヒ素かリンが、P型トランジスタに対し
BF2 かボロンが用いられる。
【0004】次に、図10に示すように、イオン注入の
後、ホトレジスト膜406を除去し、熱処理により不純
物の活性化を行う。続いて層間絶縁膜409の堆積、コ
ンタクトホール410の形成、配線アルミ411の堆積
とパターニングを行うことにより、図に示したような下
部ゲート型薄膜トランジスタが形成される。
【0005】液晶ディスプレイの場合には、酸化膜40
2をシリコン基板401上に形成したものの代わりにガ
ラス基板が用いられる。
【0006】下部ゲート型薄膜MOSFETでは、多結
晶シリコン薄膜405を形成した後に酸化を行うことに
よりトランジスタ特性が改善されることがアイ,イー,
イー,イー,インターナショナル,エレクトロン,デバ
イス,ミーティング 1990年の第469頁から47
2頁(IEEE International Ele
ctron Device Meeting(199
0) pp.469−472)において報告されてい
る。この酸化によって漏れ電流の低減、オン電流の増
加、サブスレッシュホールド・スイッチの改善が得られ
ている。
【0007】ソース領域およびドレイン領域形成のため
の不純物イオンの注入の後に酸化を行っても、こうした
特性改善は得られる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな全面酸化はソース/ドレイン領域の層抵抗を増加さ
せるという欠点がある。漏れ電流低減のため多結晶シリ
コン薄膜405は50nm前後の膜厚であることが多い
が、このような膜厚においては、薄膜化による層抵抗の
増加が著しい。また酸化は多結晶シリコン膜の粒界に沿
って大きく、そのため粒界の分布に起因して単体のトラ
ンジスタにおいてさえオン電流のばらつきが大きくなる
という欠点があった(オン電流自体は増加する)。ソー
ス/ドレイン領域が配線の一部として利用される高集積
回路においては、実際上、オン電流の減少となる場合す
らあるという欠点があった。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、チャンネルが
形成されるシリコン薄膜の下にゲート絶縁膜を介してゲ
ート電極が存在する下部ゲート型薄膜トランジスタの製
造方法において、前記シリコン薄膜のチャンネルが形成
される領域を選択的に酸化することを特徴とする。
【0010】
【作用】多結晶シリコン薄膜の酸化は粒界に沿って進む
ため、トランジスタ特性悪化の原因である粒界中の未結
合手の低減に有効である。ソース/ドレイン領域をも酸
化してしまうとその領域の層抵抗が増加してしまうが、
酸化をチャンネル領域に限ることによって、ソース/ド
レイン領域での層抵抗を増加させることなしに漏れ電流
低減やサブスレッシュホールド・スイングの改善といっ
たトランジスタ特性の改善を図ることができる。
【0011】
【実施例】次に、本発明を実施例を用いて説明する。
【0012】図1〜図3は本発明の第1の実施例を説明
するための縦断面図である。
【0013】図1に示すように、従来例と同様にしてシ
リコン基板101上に、酸化膜102,多結晶シリコン
ゲート103,シリコン酸化膜104,多結晶シリコン
薄膜105を順次形成し、多結晶シリコン薄膜105を
パターニングする。
【0014】図2に示すように、全面に薄いシリコン酸
化膜を堆積した後シリコン窒化膜112を堆積し、ホト
リソグラフィー技術とイオンエッチング技術を用いて、
多結晶シリコンゲート103上だけに開口部を形成す
る。その後、全体を酸化し、チャンネル領域上に選択的
に〜80nmの熱酸化膜113を形成する。
【0015】この後、図3に示すように、シリコン窒化
膜112を除去し、30keVでBF2 をイオン注入
し、熱処理によって不純物の活性化を行うことにより、
ソース領域107とドレイン領域108とを形成する。
【0016】この実施例では選択的に形成した熱酸化膜
113をイオン注入のマスクとして用いている。下部ゲ
ート型薄膜MOSFETの場合に、ソース/ドレインの
イオン注入に対してホトレジスト工程を必要とする。従
って、ソース/ドレイン領域のイオン注入用マスクとし
て使えるほど厚く熱酸化するとができる場合には、ホト
レジスト工程の回数を増加させることなしに薄膜MOS
FETを形成することができる。必要な酸化膜の厚さは
イオン注入条件(イオン種と加速エネルギー)に依存す
ることは当然であり、この実施例の場合、BF2 を30
keVで注入するという条件から酸化膜厚を80nmと
した。
【0017】高集積回路の場合、たとえば80nmの熱
酸化膜形成が可能かどうかは、既に形成されている不純
物プロファイルを保てるかどうかで決まる。薄膜MOS
FETの特性改善の点からすると、10nm程度の酸化
でも効果がある。従って、薄膜MOSFETの下地に既
に微細なMOSFETが形成されているSRAM(St
atic Random Access Memor
y)などの場合、イオン注入のマスクとして用いられる
程の酸化が行えなければ、チャンネル部の酸化の後、改
めてソース/ドレイン領域のイオン注入用にホトレジス
ト工程が必要なる。
【0018】図1〜図3で説明した方法の部分酸化を用
いることにより、漏れ電流が1/4、サブスレッシュホ
ールド・スイングが800mV/decから300mV
/decまで改善され、単体MOSFETのオン電流は
2桁近くまで増加した。多結晶シリコン薄膜105の全
体を酸化した場合、ソース/ドレイン領域の層抵抗は酸
化しない場合に較べ2〜3桁大きくなるが本実施例のよ
うにチャンネル部だけを酸化することによって、そのよ
うな抵抗増加は見られない。
【0019】図4および図5は本発明の第2の実施例を
説明するための縦断面図である。
【0020】図4に示すように、従来例と同様にしてシ
リコン基板201上に、酸化膜202,多結晶シリコン
ゲート203,シリコン酸化膜204,多結晶シリコン
薄膜205を順次形成し、多結晶シリコン薄膜205の
パターニングを行った。その後、酸化膜214を堆積
し、ソース領域207およびソース領域208へのイオ
ン注入を行った。
【0021】その後、図5に示すように、全面にシリコ
ン窒化膜215を堆積し、ホトリソグラフィー技術とイ
オンエッチング技術を用いて、チャンネル領域の上に開
口部を形成する。続いて、400nmの層間絶縁膜20
9を化学気相成長法で堆積し、全面をH2 −O2 雰囲気
中850℃で酸化した。熱酸化膜と異なり化学気相成長
法で堆積した酸化膜中では酸素が拡散しやすく、400
nmの厚さの酸化膜を通して多結晶シリコン薄膜205
は酸化される。
【0022】図5に示した構造では、シリコン窒化膜2
15で覆われた領域は酸化されず、チャンネル領域(の
背面)だけが酸化される。従って、第1の実施例と同様
に、ソース/ドレイン領域の層抵抗を増加させることな
しに、薄膜MOSFETの特性を改善することができ
る。酸化条件にもよるが、実施例のH2−O2 雰囲気
中、850℃での酸化ではゲート長0.4μm程度まで
は良好なトランジスタ特性を得ることができ、短チャン
ネル効果の抑制にも有効であった。
【0023】図6〜図8は本発明の第3の実施例を説明
するための縦断面図である。
【0024】図6に示すように、従来例と同様にしてシ
リコン基板301上に、酸化膜302,多結晶シリコン
ゲート303,シリコン酸化膜304,多結晶シリコン
薄膜305を順次形成し、多結晶シリコン薄膜305の
パターニングを行う。
【0025】この後、図7に示すように、全面にシリコ
ン窒化膜312を堆積し、多結晶シリコンゲート303
だけに開口部を形成する。その後、全面を酸化し、チャ
ンネル領域上に選択的に〜20nmの熱酸化膜313を
形成した。
【0026】この後、図8に示すように、シリコン窒化
膜312を除去し、多結晶シリコン薄膜305の露出部
を種として選択シリコン成長を行うことにより、多結晶
シリコン膜316を選択的に成長した。選択成長は80
0℃でSiH2 Cl2 にHCLを添加することによって
行った。成長時に高濃度にB2 6 を添加しておくこと
によりソース/ドレインとなる領域を自己整合的に形成
することができる。
【0027】この実施例はP型薄膜MOSFETの場合
であるが、N型薄膜MOSFETの場合はAsH3 ある
いはPH3 を添加すればよい。この方法によればソース
/ドレイン領域は、実施例1や実施例2に較べ、より厚
膜化されるので、ソース/ドレイン領域をより低抵抗化
することができるという利点がある。
【0028】
【発明の効果】以上述べたように本発明は、下部ゲート
型薄膜トランジスタにおいて、シリコン薄膜のチャンネ
ルが形成される領域を選択的に酸化することを特徴と
し、そのことによってソース/ドレイン領域の層抵抗を
増加させることなしに薄膜MOSFETの特性を大幅に
向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示した断面図である。
【図2】本発明の第1の実施例を示した断面図である。
【図3】本発明の第1の実施例を示した断面図である。
【図4】本発明の第2の実施例を示した断面図である。
【図5】本発明の第2の実施例を示した断面図である。
【図6】本発明の第3の実施例を示した断面図である。
【図7】本発明の第3の実施例を示した断面図である。
【図8】本発明の第3の実施例を示した断面図である。
【図9】本発明を使用しない従来の下部ゲート型薄膜ト
ランジスタの製造方法を示す断面図である。
【図10】本発明を使用しない従来の下部ゲート型薄膜
トランジスタの製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
101,201,301,401 シリコン基板 102,202,302,402 酸化膜 103,203,303,403 多結晶シリコンゲー
ト 104,204,304,404 ゲート絶縁膜 105,205,305,405 多結晶シリコン薄膜 107,207,407 ソース領域 108,407,408 ドレイン領域 112,215,312 シリコン窒化膜 113,214,313 熱酸化膜 206,406 ホトレジスト膜 209,409 層間絶縁膜 316 多結晶シリコン膜 410 コンタクトホール 411 配線アルミ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】チャンネルが形成されるシリコン薄膜の下
    にゲート絶縁膜を介してゲート電極が存在する下部ゲー
    ト型薄膜トランジスタの製造方法において、前記シリコ
    ン薄膜のチャンネルが形成される領域を選択的に酸化す
    ることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
JP21126391A 1991-08-23 1991-08-23 薄膜トランジスタの製造方法 Pending JPH0555577A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09196765A (ja) * 1996-01-23 1997-07-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 焦電型赤外線検出素子
KR100759086B1 (ko) * 2007-02-23 2007-09-19 실리콘 디스플레이 (주) 국부 산화를 이용한 박막 트랜지스터 제조 방법 및 투명박막 트랜지스터

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