JPH06132218A - Method for growing semiconductor crystal and manufacture of mos-type transistor - Google Patents

Method for growing semiconductor crystal and manufacture of mos-type transistor

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JPH06132218A
JPH06132218A JP30156592A JP30156592A JPH06132218A JP H06132218 A JPH06132218 A JP H06132218A JP 30156592 A JP30156592 A JP 30156592A JP 30156592 A JP30156592 A JP 30156592A JP H06132218 A JPH06132218 A JP H06132218A
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JP
Japan
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semiconductor layer
recess
crystal
polycrystalline
growing
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Application number
JP30156592A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Yamamoto
博士 山本
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH06132218A publication Critical patent/JPH06132218A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a method for growing a semiconductor crystal and a method for manufacturing a MOS-type transistor which can reduce crystal defects and can grow a crystal uniformly. CONSTITUTION:The methods consist of a process (a) of forming a fine recessed part 14 in the surfaces of bases 10 and 12, a process (b) of forming a polycrystalline semiconductor layer 16 on the base surfaces including the inside of the recessed part 14, a process (c) of implanting ions into a semiconductor layer so as to turn a semiconductor layer 16B except a polycrystalline semiconductor layer 16A in the recessed part to a amorphous state, and a process (d) for performing low-temperature annealing treatment of the semiconductor layer, generating crystal growth using the polycrystalline semiconductor layer 16A left inside the recessed part as nuclei, and for growing a single crystal layer or polycrystalline layer in the amorphous semiconductor layer 16B.

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、半導体結晶の成長方法
及びMOS型トランジスタ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 growing a semiconductor crystal and a method for manufacturing a MOS transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】アモルファス状シリコンあるいはポリシ
リコン(以下、多結晶シリコンともいう)の薄膜を用い
た薄膜トランジスタ(以下、TFTと略す)を負荷素子
に用いた積層型SRAMが提案されている。また、TF
Tは、LCD用液晶パネル等にも使用されている。オン
電流特性、サブスレッショールド特性、オン/オフ電流
比等に高性能を要求されるTFTにおいては、通常、多
結晶シリコン薄膜が用いられる。
2. Description of the Related Art A stacked SRAM is proposed in which a thin film transistor (hereinafter abbreviated as TFT) using a thin film of amorphous silicon or polysilicon (hereinafter also referred to as polycrystalline silicon) is used as a load element. Also, TF
T is also used in LCD liquid crystal panels and the like. A polycrystalline silicon thin film is usually used in a TFT that requires high performance in on-current characteristics, subthreshold characteristics, on / off current ratio, and the like.

【0003】ところが、多結晶シリコン中には、単結晶
シリコン中よりも、シリコン原子の未結合手が高密度に
存在し、それらがTFTのオフ時におけるリーク電流発
生の原因となり、TFTのオン時における動作速度の低
下の原因ともなっている。従って、TFTの特性を向上
させるためには、結晶欠陥の少ない均一性に優れた多結
晶シリコン薄膜を形成することが重要な課題である。
However, in polycrystalline silicon, dangling bonds of silicon atoms are present at a higher density than in single crystal silicon, which causes a leak current when the TFT is turned off, and when the TFT is turned on. It is also a cause of a decrease in the operating speed. Therefore, in order to improve the characteristics of the TFT, it is an important issue to form a polycrystalline silicon thin film having few crystal defects and excellent in uniformity.

【0004】多結晶シリコン結晶粒の形成は、従来、通
常の化学的気相成長法、あるいはランダム固相成長法に
よって行われている。しかしながら、通常の化学的気相
成長法では、大きな多結晶シリコン結晶粒を形成しよう
とした場合、均一な膜質を有し且つ低リークで高移動度
を有する多結晶シリコン膜を形成することが困難であ
る。ランダム固相成長法では、多結晶シリコン結晶粒の
粒径が1μm以上の大粒径化された多結晶シリコン薄膜
を形成することが可能であるが、多結晶シリコン結晶粒
を選択的に成長させることが難しく、しかもTFT活性
領域内に結晶粒界が存在することが多い。その結果、粒
界領域の多少によって、リーク電流や閾値電圧等のTF
T特性にばらつきが生じ、TFTの信頼性が低下するだ
けでなく、TFTのライフタイムの短縮を招く。
The formation of polycrystalline silicon crystal grains has hitherto been carried out by a normal chemical vapor deposition method or a random solid phase growth method. However, it is difficult to form a polycrystalline silicon film having a uniform film quality, low leakage, and high mobility by an ordinary chemical vapor deposition method when forming large polycrystalline silicon crystal grains. Is. With the random solid phase growth method, it is possible to form a polycrystalline silicon thin film in which the grain size of the polycrystalline silicon crystal grains is 1 μm or more, but the polycrystalline silicon crystal grains are selectively grown. This is difficult, and moreover, there are many crystal grain boundaries in the TFT active region. As a result, the TF such as the leak current or the threshold voltage is changed depending on the grain boundary region.
The T characteristics vary, not only the reliability of the TFT is lowered, but also the lifetime of the TFT is shortened.

【0005】ポリシリコン薄膜を用いた場合のこれらの
問題を改善するために、近年、アモルファス化のための
Si+注入ドーズ量を所定の位置において少なくしてお
き、かかる所定の位置に結晶化のためのシリコン核を形
成する方法が提案されている(H. Kumomi 他、"Control
of Grain-Location in Solid State Crystallization
of Si"、Extended Abstracts of the 22nd (1990 Inter
national) Conferenceon Solid State Devices and Mat
erials, Sendai, 1990, pp 1159-1160、及び特開平3−
125422号公報参照)。
In order to improve these problems when a polysilicon thin film is used, in recent years, the Si + implantation dose amount for amorphization has been reduced at a predetermined position, and crystallization at the predetermined position has been performed. A method for forming silicon nuclei has been proposed (H. Kumomi et al., "Control
of Grain-Location in Solid State Crystallization
of Si ", Extended Abstracts of the 22nd (1990 Inter
national) Conferenceon Solid State Devices and Mat
erials, Sendai, 1990, pp 1159-1160, and JP-A-3-
No. 125422).

【0006】特開平3−125422号公報に開示され
た方法を、図3の形成工程図に基づき説明する。先ず、
図3の(A)に示すように、SiO2層51上のポリシ
リコン層52に低ドーズ量でシリコン(Si+)をイオ
ン注入する。次いで、図3の(B)に示すように、ポリ
シリコン層52の上面にリソグラフィー技術を用いてレ
ジストマスク53を形成し、レジストマスク53で被覆
されていないポリシリコン層52に高ドーズ量でSi+
を選択的にイオン注入する。その後、レジストマスク5
3を除去して、図3の(C)に示すように、低温固相成
長法によって低ドーズ量にてイオン注入した領域を中心
にしてシリコン結晶を成長させ、単結晶シリコン領域5
4を形成する。
The method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-125422 will be described with reference to the forming process diagram of FIG. First,
As shown in FIG. 3A, silicon (Si + ) is ion-implanted into the polysilicon layer 52 on the SiO 2 layer 51 with a low dose amount. Next, as shown in FIG. 3B, a resist mask 53 is formed on the upper surface of the polysilicon layer 52 by using a lithographic technique, and the polysilicon layer 52 not covered with the resist mask 53 has a high dose Si. +
Are selectively ion-implanted. Then, the resist mask 5
3 is removed, and as shown in FIG. 3C, a silicon crystal is grown by a low-temperature solid-phase growth method centering on a region implanted with ions at a low dose, and a single crystal silicon region 5 is formed.
4 is formed.

【0007】あるいは又、所定の位置以外をポリシリコ
ン/SiO2層で被覆した後レーザ光を照射して、シリ
コン核を形成させる方法が本出願人によって提案されて
いる(特願平3−285720号参照)。この方法は、
図4の(A)に示すように、第1の工程で基板61に形
成したSiO2層62上の非晶質半導体層63の上面に
リソグラフィー技術を用いて遮光性マスク64を形成す
る。次いで、第2の工程で、遮光性マスク64を用い
て、非晶質半導体層にエキシマレーザ光を照射して結晶
成長させるシリコン核65を発生させる(図4の(B)
参照)。続いて、第3の工程で、低温固相アニール処理
を施すことで非晶質半導体層63に発生させたシリコン
核65より結晶を成長させて、単結晶領域66を形成す
る(図4の(C)参照)。
Alternatively, the present applicant has proposed a method of forming a silicon nucleus by irradiating a laser beam after coating a portion other than a predetermined position with a polysilicon / SiO 2 layer (Japanese Patent Application No. 3-285720). No.). This method
As shown in FIG. 4A, a light shielding mask 64 is formed on the upper surface of the amorphous semiconductor layer 63 on the SiO 2 layer 62 formed on the substrate 61 in the first step by using a lithography technique. Next, in a second step, using the light-shielding mask 64, the amorphous semiconductor layer is irradiated with excimer laser light to generate silicon nuclei 65 for crystal growth ((B) in FIG. 4).
reference). Subsequently, in the third step, a crystal is grown from the silicon nuclei 65 generated in the amorphous semiconductor layer 63 by performing the low temperature solid phase annealing treatment to form the single crystal region 66 ((in FIG. 4). See C)).

【0008】特開平3−125422号公報あるいは特
願平3−285720号に記載されたこれらの方法にお
いては、低い温度での固相成長により所定の位置におい
て結晶の大粒径化を行い、かかる結晶内にTFTを作製
する。尚、このような方法で作製されたTFTは、シー
ド位置制御単一結晶粒TFTと呼ばれる。かかるTFT
は活性領域内に粒界を有さないため、特性にばらつきの
無い高性能のTFTを得ることが期待される。また、T
FTのそれぞれを単一結晶粒内に形成することができる
ため、均一性の高い複数のTFTを作製することができ
るとされている。
In these methods described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-125422 or Japanese Patent Application No. 3-285720, the crystal grain size is increased at a predetermined position by solid phase growth at a low temperature. A TFT is produced in the crystal. The TFT manufactured by such a method is called a seed position control single crystal grain TFT. Such TFT
Since there is no grain boundary in the active region, it is expected to obtain a high-performance TFT with no variation in characteristics. Also, T
Since each FT can be formed in a single crystal grain, it is said that a plurality of TFTs with high uniformity can be manufactured.

【0009】下地基板に絶縁膜を形成し、この絶縁膜の
所定箇所に凹部を形成し、この上に凹部を覆う大きさに
パターニングした島状半導体薄膜を形成して、半導体薄
膜をエネルギービームの照射により再結晶化する半導体
結晶の成長方法が、特開昭59−82714号公報から
公知である。この凹部を形成する目的は、半導体薄膜が
ビームアニール後に固化する際の半導体薄膜の溶融/固
化状態を制御することにあり、凹部から結晶成長を開始
させることを目的としたものではない。
An insulating film is formed on a base substrate, a concave portion is formed at a predetermined portion of the insulating film, and an island-shaped semiconductor thin film patterned to have a size to cover the concave portion is formed on the insulating film. A method for growing a semiconductor crystal that is recrystallized by irradiation is known from Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-82714. The purpose of forming the recess is to control the molten / solidified state of the semiconductor thin film when the semiconductor thin film is solidified after beam annealing, and is not intended to start crystal growth from the recess.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】特開平3−12542
2号公報あるいは特願平3−285720号に記載され
たこれらの半導体結晶の成長方法においては、結晶成長
のための核が、ポリシリコン層52又は非晶質半導体層
63中に存在する。通常、結晶成長のための核の中にも
結晶軸がずれた領域が存在する。結晶成長のための核と
ポリシリコン層52又は非晶質半導体層63の接触面積
が広いため、結晶成長のための核から成長した単結晶領
域にも、かかる結晶成長のための核中に存在する結晶欠
陥に起因して、結晶欠陥が発生するという問題がある。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
In these semiconductor crystal growth methods described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-285720 or Japanese Patent Application No. 3-285720, nuclei for crystal growth exist in the polysilicon layer 52 or the amorphous semiconductor layer 63. Usually, there is a region where the crystal axis is deviated in the nucleus for crystal growth. Since the contact area between the nucleus for crystal growth and the polysilicon layer 52 or the amorphous semiconductor layer 63 is large, even a single crystal region grown from the nucleus for crystal growth exists in the nucleus for crystal growth. There is a problem that crystal defects are generated due to the crystal defects.

【0011】また、選択的にレーザ光を照射する上述の
特願平3−285720号に開示された方法では、エキ
シマレーザ光の均一性を確保することが困難であるとい
う問題もある。
Further, the method disclosed in Japanese Patent Application No. 3-285720, which selectively irradiates laser light, has a problem that it is difficult to ensure the uniformity of excimer laser light.

【0012】従って、本発明の目的は、より結晶欠陥を
少なくすることができ、均一に結晶成長させ得る半導体
結晶の成長方法及びMOS型トランジスタの作製方法を
提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for growing a semiconductor crystal and a method for manufacturing a MOS transistor, which can further reduce crystal defects and can uniformly grow a crystal.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体結晶の形
成方法は、上記の目的を達成するために、(イ)基材表
面に微細な凹部を形成する工程と、(ロ)凹部内を含む
基材表面に、多結晶の半導体層を形成する工程と、
(ハ)半導体層にイオン注入を施し、凹部内にある多結
晶の半導体層を除く半導体層を非晶質化する工程と、
(ニ)半導体層に低温アニール処理を施し、凹部内に残
された多結晶の半導体層を核として結晶成長を生じせし
め、非晶質化された半導体層に単結晶あるいは多結晶を
成長させる工程、から成ることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the method for forming a semiconductor crystal according to the present invention comprises: (a) forming a fine recess on the surface of a base material; A step of forming a polycrystalline semiconductor layer on the surface of the base material including
(C) A step of performing ion implantation on the semiconductor layer to amorphize the semiconductor layer other than the polycrystalline semiconductor layer in the recess,
(D) A step of subjecting the semiconductor layer to a low-temperature annealing treatment to cause crystal growth with the polycrystalline semiconductor layer left in the recess as a nucleus, and to grow a single crystal or a polycrystal in the amorphized semiconductor layer. It is characterized by consisting of.

【0014】また、本発明のMOS型トランジスタの作
製方法は、上記の目的を達成するために、(イ)MOS
型トランジスタ形成予定領域に相当する基材表面の一部
分に微細な凹部を形成する工程と、(ロ)凹部内を含む
基材表面に、多結晶の半導体層を形成する工程と、
(ハ)半導体層にイオン注入を施し、凹部内にある多結
晶の半導体層を除く半導体層を非晶質化する工程と、
(ニ)半導体層に低温アニール処理を施し、凹部内に残
された多結晶の半導体層を核として結晶成長を生じせし
め、非晶質化された半導体層に単結晶粒あるいは多結晶
粒を成長させて、チャネル領域形成予定領域及びソース
・ドレイン領域形成予定領域を形成する工程、から成る
ことを特徴とする。
Further, in order to achieve the above-mentioned object, the method for manufacturing a MOS transistor of the present invention comprises:
Forming a fine recess in a part of the surface of the base material corresponding to the region where the type transistor is to be formed; and (b) forming a polycrystalline semiconductor layer on the base surface including the inside of the recess,
(C) A step of performing ion implantation on the semiconductor layer to amorphize the semiconductor layer other than the polycrystalline semiconductor layer in the recess,
(D) Low-temperature annealing treatment is applied to the semiconductor layer to cause crystal growth with the polycrystalline semiconductor layer left in the recess as nuclei, and single crystal grains or polycrystalline grains are grown on the amorphized semiconductor layer. And a step of forming a channel region formation scheduled region and a source / drain region formation scheduled region.

【0015】本発明の半導体結晶の形成方法あるいはM
OS型トランジスタの作製方法においては、イオン注入
におけるイオン種はSi+又はGe+から成ることが望ま
しい。更に、イオン注入におけるイオン注入エネルギー
は、凹部内にある多結晶の半導体層を非晶質化せず、凹
部内にある多結晶の半導体層を除く半導体層を非晶質化
するようなエネルギーであることが望ましい。尚、凹部
内にある多結晶の半導体層の一部分が非晶質化されても
よい。また、凹部の面積は1μm2以下であることが好
ましい。
The method of forming a semiconductor crystal of the present invention or M
In the method of manufacturing the OS type transistor, the ion species in the ion implantation is preferably Si + or Ge + . Further, the ion implantation energy in the ion implantation is such that the polycrystalline semiconductor layer in the recess is not amorphized but the semiconductor layers other than the polycrystalline semiconductor layer in the recess are amorphized. Is desirable. A part of the polycrystalline semiconductor layer in the recess may be made amorphous. Further, the area of the recess is preferably 1 μm 2 or less.

【0016】[0016]

【作用】基材の所望の位置に多結晶の半導体層から単結
晶粒あるいは多結晶粒を形成するには、かかる基材の所
望の位置に相当する半導体層に、結晶成長の核となる領
域が存在する必要がある。尚、結晶成長の核となる半導
体層の領域を、以下、核形成領域と呼ぶ場合がある。本
発明においては、所望の基材表面に微細な凹部を形成
し、この凹部内にのみ半導体層を残す。これによって、
核形成領域が形成され、かかる凹部内の半導体層から結
晶成長を開始させることができる。
In order to form a single crystal grain or a polycrystalline grain from a polycrystalline semiconductor layer at a desired position on a base material, a region serving as a nucleus for crystal growth is formed on the semiconductor layer corresponding to the desired position on the base material. Must exist. The region of the semiconductor layer that serves as a nucleus for crystal growth may be hereinafter referred to as a nucleation region. In the present invention, fine recesses are formed on a desired substrate surface, and the semiconductor layer is left only in the recesses. by this,
A nucleation region is formed, and crystal growth can be started from the semiconductor layer in the recess.

【0017】核形成領域が多数存在する場合、多数の核
形成領域から結晶が成長するため、得られた結晶粒の大
きさが小さくなる。従って、結晶粒の大きさを大きくす
るためには、核形成領域が少ないほどよい。本発明にお
いては、半導体層にイオン注入を施し、凹部内にある多
結晶の半導体層を除く半導体層を非晶質化する。これに
よって、核形成領域を凹部内の半導体層に限定すること
ができ、成長した結晶粒の大きさを大きくすることがで
きる。
When a large number of nucleation regions are present, crystals grow from the large number of nucleation regions, so that the size of the obtained crystal grains becomes small. Therefore, in order to increase the size of the crystal grain, the smaller the nucleation region is, the better. In the present invention, the semiconductor layer is ion-implanted to amorphize the semiconductor layer except the polycrystalline semiconductor layer in the recess. As a result, the nucleation region can be limited to the semiconductor layer in the recess, and the size of the grown crystal grain can be increased.

【0018】核形成領域の面積が広い場合、核形成領域
中には多数の核が含まれる。その結果、成長した結晶粒
中に結晶欠陥が多く存在する。従って、核形成領域の面
積は小さいほどよい。本発明の好ましい態様において
は、凹部の面積を1μm2以下とすることによって、成
長した結晶粒中の結晶欠陥を低減させることができる。
When the area of the nucleation region is large, the nucleation region contains a large number of nuclei. As a result, many crystal defects exist in the grown crystal grains. Therefore, the smaller the area of the nucleation region, the better. In a preferred aspect of the present invention, the crystal defects in the grown crystal grains can be reduced by setting the area of the recesses to 1 μm 2 or less.

【0019】また、凹部内を含む基材表面に多結晶の半
導体層を形成する以前に、結晶成長時に核形成領域とな
る微細な凹部を基材表面に形成するので、核形成領域と
非晶質化された半導体層との接触面積が小さい。それ
故、核形成領域中に存在する結晶欠陥が、成長しつつあ
る単結晶あるいは多結晶に悪影響を与えることが少な
く、より均質で欠陥の少ない単結晶あるいは多結晶を形
成することができる。
Further, before the polycrystalline semiconductor layer is formed on the surface of the base material including the inside of the recesses, fine recesses which become nucleation regions during crystal growth are formed on the surface of the base material. The contact area with the qualitative semiconductor layer is small. Therefore, the crystal defects existing in the nucleation region do not adversely affect the growing single crystal or polycrystal, and a more uniform single crystal or polycrystal with less defects can be formed.

【0020】[0020]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明を実施例に基
づき説明する。尚、トップゲート型薄膜p型トランジス
タを例にとり、実施例を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described based on embodiments with reference to the drawings. The embodiment will be described by taking a top gate type thin film p-type transistor as an example.

【0021】先ず、基材表面に微細な凹部を形成する。
そのために、従来の半導体装置の製造方法に基づき、基
板10上に酸化膜12を堆積させる。基板10は例えば
シリコンから成る。酸化膜12は、例えばCVD法にて
形成された厚さ約500nmのSiO2から成る。次
に、フォトリソグラフィ法及びエッチング法によって、
基材表面(具体的には酸化膜12)の所望の位置に微細
な凹部14を形成する(図1の(A)参照)。凹部14
は、例えば0.5×0.5μm、深さ50nmとするこ
とができる。凹部14を形成すべき位置は、本実施例に
おいては、MOS型トランジスタ形成予定領域の内のチ
ャネル領域形成予定領域に相当する。
First, fine recesses are formed on the surface of the base material.
Therefore, the oxide film 12 is deposited on the substrate 10 based on the conventional semiconductor device manufacturing method. The substrate 10 is made of silicon, for example. The oxide film 12 is made of, for example, SiO 2 having a thickness of about 500 nm formed by the CVD method. Next, by photolithography method and etching method,
Fine recesses 14 are formed at desired positions on the surface of the base material (specifically, the oxide film 12) (see FIG. 1A). Recess 14
Can be, for example, 0.5 × 0.5 μm and have a depth of 50 nm. In the present embodiment, the position where the concave portion 14 is to be formed corresponds to the channel region formation planned region in the MOS type transistor formation planned region.

【0022】次いで、凹部内を含む基材表面に、多結晶
の半導体層を形成する。即ち、多結晶シリコンから成る
半導体層16を、微細な凹部14を含む酸化膜12上に
形成する(図1の(B)参照)。半導体層16は、ステ
ップカバレッジの良好なCVD法によって形成すること
ができる。半導体層16の厚さは酸化膜12上で約10
0nmとする。凹部14内に形成された半導体層16A
は、核形成領域(結晶成長の核となる半導体層の領域)
に相当する。
Next, a polycrystalline semiconductor layer is formed on the surface of the base material including the inside of the recess. That is, the semiconductor layer 16 made of polycrystalline silicon is formed on the oxide film 12 including the fine recesses 14 (see FIG. 1B). The semiconductor layer 16 can be formed by a CVD method with good step coverage. The thickness of the semiconductor layer 16 is about 10 on the oxide film 12.
0 nm. Semiconductor layer 16A formed in the recess 14
Is the nucleation region (the region of the semiconductor layer that becomes the nucleus of crystal growth)
Equivalent to.

【0023】その後、半導体層16にイオン注入を施
し、凹部内にある多結晶の半導体層16Aを除く半導体
層16Bを非晶質化する(図1の(C)参照)。イオン
注入におけるイオン注入エネルギーは、核形成領域16
Aは非晶質化されず、それ以外の半導体層16Bは非晶
質化させるようなエネルギーであることが望ましい。ま
た、イオン注入におけるイオン種はSi+又はGe+から
成ることが望ましい。イオン注入を、例えば、以下の条
件で行うことができる。 注入エネルギー:40keV ドーズ量 :3×1015〜2×1016/cm2 イオン種 :Si 尚、凹部内にある多結晶の半導体層16Aの一部分は非
晶質化されても差し支えない。
Thereafter, the semiconductor layer 16 is ion-implanted to amorphize the semiconductor layer 16B except for the polycrystalline semiconductor layer 16A in the recess (see FIG. 1C). The ion implantation energy in the ion implantation is the nucleation region 16
The energy is preferably such that A is not amorphized and the other semiconductor layers 16B are amorphized. Further, it is desirable that the ion species in the ion implantation is Si + or Ge + . Ion implantation can be performed, for example, under the following conditions. Implantation energy: 40 keV Dose amount: 3 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 2 Ion species: Si Incidentally, a part of the polycrystalline semiconductor layer 16A in the recess may be made amorphous.

【0024】次いで、半導体層16A,16Bに低温ア
ニール処理を施し、凹部内に残された多結晶の半導体層
16Aを核として結晶成長を生じせしめ、非晶質化され
た半導体層16Bに単結晶粒あるいは多結晶粒を成長さ
せて、チャネル領域形成予定領域及びソース・ドレイン
領域形成予定領域を形成する。低温アニール条件を、例
えば、 温度:550〜800゜C 時間:0.5〜20時間 とすることができる。これによって、5〜10μm程度
の結晶粒を得ることができる。
Next, the semiconductor layers 16A and 16B are subjected to a low temperature annealing treatment to cause crystal growth with the polycrystalline semiconductor layer 16A left in the recess as a nucleus, and the amorphized semiconductor layer 16B is made into a single crystal. Grains or polycrystalline grains are grown to form a channel region formation scheduled region and a source / drain region formation scheduled region. The low temperature annealing condition may be, for example, temperature: 550 to 800 ° C. time: 0.5 to 20 hours. As a result, crystal grains of about 5 to 10 μm can be obtained.

【0025】以降、従来の方法でトップゲート型薄膜p
型トランジスタを作製する。即ち、トランジスタを形成
すべき領域以外の領域に存在する結晶粒をフォトリソグ
ラフィ法及びエッチング法によって除去する(図2の
(A)参照)。その後、結晶粒18の上に厚さ30nm
のゲート酸化膜20を堆積させ、更に多結晶シリコン層
をその上に堆積させ、フォトリソグラフィ法及びエッチ
ング法によって、多結晶シリコン層をパターニングし
て、ゲート電極22を形成する(図2の(B)参照)。
Thereafter, the top gate type thin film p is formed by the conventional method.
A type transistor is manufactured. That is, crystal grains existing in a region other than a region where a transistor is to be formed are removed by a photolithography method and an etching method (see FIG. 2A). After that, a thickness of 30 nm is formed on the crystal grain 18.
Gate oxide film 20 is further deposited, a polycrystalline silicon layer is further deposited thereon, and the polycrystalline silicon layer is patterned by a photolithography method and an etching method to form a gate electrode 22 ((B in FIG. 2). )reference).

【0026】そして、レジストマスクを利用して、イオ
ン注入を行い、ソース・ドレイン領域24を形成する。
イオン注入の条件を、例えばボロンイオンを使用した場
合、10keV、3×1015/cm2、BF2 +を使用し
た場合、35keV、3×1015/cm2とすることが
できる。次に、例えば、電気炉を用いてソース・ドレイ
ン領域の活性化アニールを行う。活性化アニールの条件
を、例えば、 温度:900゜C 時間:20分 とすることができる。あるいは又、RTA法にて、11
00゜C×10秒程度の活性化アニールとすることもで
きる。
Then, using the resist mask, ion implantation is performed to form the source / drain regions 24.
The ion implantation conditions, for example when using boron ions, 10keV, 3 × 10 15 / cm 2, when using the BF 2 +, can be 35keV, 3 × 10 15 / cm 2. Next, for example, activation annealing of the source / drain regions is performed using an electric furnace. The conditions of activation annealing can be, for example, temperature: 900 ° C. time: 20 minutes. Alternatively, by the RTA method, 11
Activation annealing at about 00 ° C. for about 10 seconds can also be performed.

【0027】その後、PSGや窒化シリコン等から成る
層間絶縁層26を全面に形成し、層間絶縁層26に開口
部をRIE法にて形成し、かかる開口部及び層間絶縁層
26上に金属配線材料をスパッタ法で形成し、次いで、
金属配線材料をパターニングして配線層28を形成する
(図2の(C)参照)。こうして、トップゲート型薄膜
p型トランジスタを完成させる。
After that, an interlayer insulating layer 26 made of PSG, silicon nitride or the like is formed on the entire surface, an opening is formed in the interlayer insulating layer 26 by the RIE method, and a metal wiring material is formed on the opening and the interlayer insulating layer 26. Is formed by a sputtering method, and then
The metal wiring material is patterned to form the wiring layer 28 (see FIG. 2C). Thus, the top gate thin film p-type transistor is completed.

【0028】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではな
い。実施例で説明した各種の数値、条件等は例示であ
り、適宜変更することができる。基材として、シリコン
基板とSiO2から成る酸化膜の組み合わせを例示した
が、例えば、シリコン基板上にトランジスタやキャパシ
タ等の素子を形成した後、その上にSi34、Si
2、PSG等の層間絶縁層を形成し、これを基材する
こともできる。また、p型チャネルを形成する場合、イ
オン注入時にB+、BF2 +をイオン種として用いること
ができ、n型チャネルを形成する場合、イオン種として
+、As+を用いることができる。MOS型トランジス
タとして、トップゲート型薄膜p型トランジスタ以外に
も、トップゲート型薄膜n型トランジスタ、ボトムゲー
ト型薄膜p型トランジスタ、ボトムゲート型薄膜n型ト
ランジスタ等を例示することができる。
Although the present invention has been described based on the preferred embodiment, the present invention is not limited to this embodiment. The various numerical values, conditions, etc. described in the embodiments are examples, and can be changed as appropriate. As the base material, a combination of a silicon substrate and an oxide film made of SiO 2 is exemplified. For example, after forming elements such as transistors and capacitors on the silicon substrate, Si 3 N 4 , Si
It is also possible to form an interlayer insulating layer such as O 2 or PSG and use this as a base material. When forming a p-type channel, B + and BF 2 + can be used as ion species during ion implantation, and when forming an n-type channel, P + and As + can be used as ion species. As the MOS type transistor, besides the top gate type thin film p type transistor, a top gate type thin film n type transistor, a bottom gate type thin film p type transistor, a bottom gate type thin film n type transistor and the like can be exemplified.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明の半導体結晶の成長方法によれ
ば、凹部内を含む基材表面に多結晶の半導体層を形成す
る以前に、結晶成長時に核形成領域となる微細な凹部を
基材表面に形成するので、核形成領域と非晶質化された
半導体層との接触面積が小さい。それ故、核形成領域中
に存在する結晶欠陥が、成長しつつある単結晶あるいは
多結晶に悪影響を与えることが少なく、より均質で欠陥
の少ない大きな結晶粒を形成することができる。
According to the method for growing a semiconductor crystal of the present invention, before forming a polycrystalline semiconductor layer on the surface of the base material including the inside of the concave portion, a fine concave portion which becomes a nucleation region during crystal growth is formed on the base material. Since it is formed on the surface, the contact area between the nucleation region and the amorphized semiconductor layer is small. Therefore, the crystal defects existing in the nucleation region do not adversely affect the growing single crystal or polycrystal, and it is possible to form more uniform and large crystal grains with few defects.

【0030】また、本発明のMOS型トランジスタの作
製方法によれば、結晶欠陥の少ない大きな結晶粒からト
ランジスタを作製することができ、トランジスタの立ち
上がり特性、リーク特性を向上させることができる。ま
た、ソース・ドレイン領域の抵抗を低減でき、トランジ
スタの電流駆動能力を向上させることができる。更に、
チャネル形成領域に結晶粒界が存在しないので、閾値電
圧のばらつきが無くなり、リーク電流の小さい、電流駆
動能力の大きなトランジスタを作製することができる。
また、本発明のMOS型トランジスタの作製方法によっ
て作製されたTFTをSRAMの負荷素子として用いた
場合、低消費電流が達成でき、耐アルファ線特性や信頼
性を向上させることができる。
Further, according to the method of manufacturing a MOS transistor of the present invention, it is possible to manufacture a transistor from large crystal grains with few crystal defects, and it is possible to improve the rising characteristics and leak characteristics of the transistor. In addition, the resistance of the source / drain region can be reduced, and the current driving capability of the transistor can be improved. Furthermore,
Since there is no crystal grain boundary in the channel formation region, variations in threshold voltage are eliminated, so that a transistor with a small leak current and a large current driving capability can be manufactured.
When a TFT manufactured by the method for manufacturing a MOS transistor of the present invention is used as a load element for SRAM, low current consumption can be achieved, and alpha ray resistance and reliability can be improved.

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

【図1】本発明の半導体結晶の成長方法あるいはMOS
型トランジスタの作製方法の工程を説明するための、半
導体素子の模式的な一部断面図である。
FIG. 1 is a semiconductor crystal growth method or MOS according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor element for explaining the steps of the method for manufacturing the type transistor.

【図2】図1に引き続き、MOS型トランジスタの作製
方法の工程を説明するための、半導体素子の模式的な一
部断面図である。
FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view of the semiconductor element for explaining the steps of the method for manufacturing a MOS transistor, continuing from FIG.

【図3】従来のシード位置制御単一結晶粒薄膜トランジ
スタの製造工程を示すための、半導体素子の模式的断面
図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device for showing a manufacturing process of a conventional seed position controlled single crystal grain thin film transistor.

【図4】図3とは別の従来のシード位置制御単一結晶粒
薄膜トランジスタの製造工程を示すための、半導体素子
の模式的断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device for showing a manufacturing process of a conventional seed position controlled single crystal grain thin film transistor different from that of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 基板 12 酸化膜 14 凹部 16 半導体層 16A 凹部14内に形成された半導体層 18 結晶粒 20 ゲート酸化膜 22 ゲート電極 24 ソース・ドレイン領域 26 層間絶縁層 28 配線層 10 Substrate 12 Oxide Film 14 Recess 16 Semiconductor Layer 16A Semiconductor Layer 18 Formed in Recess 14 Crystal Grain 20 Gate Oxide Film 22 Gate Electrode 24 Source / Drain Region 26 Interlayer Insulation Layer 28 Wiring Layer

フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/784 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 29/784

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(イ)基材表面に微細な凹部を形成する工
程と、 (ロ)凹部内を含む基材表面に、多結晶の半導体層を形
成する工程と、 (ハ)該半導体層にイオン注入を施し、凹部内にある多
結晶の半導体層を除く半導体層を非晶質化する工程と、 (ニ)半導体層に低温アニール処理を施し、凹部内に残
された多結晶の半導体層を核として結晶成長を生じせし
め、非晶質化された半導体層に単結晶あるいは多結晶を
成長させる工程、 から成ることを特徴とする半導体結晶の成長方法。
1. A process of forming fine recesses on the surface of a base material, and a process of forming a polycrystalline semiconductor layer on the surface of the base material including the inside of the recesses, and (c) the semiconductor layer. Ion-implanting the semiconductor layer to amorphize the semiconductor layers other than the polycrystalline semiconductor layer in the recess, and (d) low-temperature annealing treatment of the semiconductor layer to leave the polycrystalline semiconductor in the recess. A method of growing a semiconductor crystal, comprising the step of causing crystal growth to occur with the layer as a nucleus and growing a single crystal or a polycrystal in the amorphized semiconductor layer.
【請求項2】前記イオン注入におけるイオン種はSi+
又はGe+から成ることを特徴とする請求項1に記載の
半導体結晶の成長方法。
2. The ion species in the ion implantation is Si +
2. The method for growing a semiconductor crystal according to claim 1, wherein the method comprises growing Ge + .
【請求項3】前記イオン注入におけるイオン注入エネル
ギーは、凹部内にある多結晶の半導体層を非晶質化せ
ず、凹部内にある多結晶の半導体層を除く半導体層を非
晶質化するようなエネルギーであることを特徴とする請
求項2に記載の半導体結晶の成長方法。
3. The ion implantation energy in the ion implantation does not amorphize the polycrystalline semiconductor layer in the recess, but amorphizes the semiconductor layers except the polycrystalline semiconductor layer in the recess. The method for growing a semiconductor crystal according to claim 2, wherein the energy is as described above.
【請求項4】凹部の面積は1μm2以下であることを特
徴とする請求項1、 請求項2又は請求項3に記載の半導体結晶の成長方法。
4. The method of growing a semiconductor crystal according to claim 1, wherein the area of the recess is 1 μm 2 or less.
【請求項5】MOS型トランジスタの作製方法であっ
て、 (イ)MOS型トランジスタ形成予定領域に相当する基
材表面の一部分に微細な凹部を形成する工程と、 (ロ)凹部内を含む基材表面に、多結晶の半導体層を形
成する工程と、 (ハ)該半導体層にイオン注入を施し、凹部内にある多
結晶の半導体層を除く半導体層を非晶質化する工程と、 (ニ)半導体層に低温アニール処理を施し、凹部内に残
された多結晶の半導体層を核として結晶成長を生じせし
め、非晶質化された半導体層に単結晶粒あるいは多結晶
粒を成長させて、チャネル領域形成予定領域及びソース
・ドレイン領域形成予定領域を形成する工程、 から成ることを特徴とするMOS型トランジスタの作製
方法。
5. A method for manufacturing a MOS transistor, comprising: (a) a step of forming a fine recess in a part of a surface of a base material corresponding to a region where a MOS transistor is to be formed; and (b) a base including the inside of the recess. A step of forming a polycrystalline semiconductor layer on the material surface, and (c) a step of implanting ions into the semiconductor layer to amorphize the semiconductor layer excluding the polycrystalline semiconductor layer in the recess. D) A low-temperature annealing treatment is applied to the semiconductor layer to cause crystal growth with the polycrystalline semiconductor layer left in the recess as a nucleus, and to grow single crystal grains or polycrystalline grains in the amorphized semiconductor layer. And a step of forming a channel region formation planned region and a source / drain region formation planned region.
【請求項6】前記イオン注入におけるイオン種はSi+
又はGe+から成ることを特徴とする請求項5に記載の
MOS型トランジスタの作製方法。
6. The ion species in the ion implantation is Si +
6. The method for manufacturing a MOS transistor according to claim 5, wherein the MOS transistor is made of Ge + .
【請求項7】前記イオン注入におけるイオン注入エネル
ギーは、凹部内にある多結晶の半導体層を非晶質化せ
ず、凹部内にある多結晶の半導体層を除く半導体層を非
晶質化するようなエネルギーであることを特徴とする請
求項6に記載のMOS型トランジスタの作製方法。
7. The ion implantation energy in the ion implantation does not amorphize the polycrystalline semiconductor layer in the recess, but amorphizes the semiconductor layers except the polycrystalline semiconductor layer in the recess. 7. The method for manufacturing a MOS transistor according to claim 6, wherein the energy is as described above.
【請求項8】凹部の面積は1μm2以下であることを特
徴とする請求項5、 請求項6又は請求項7に記載のMOS型トランジスタの
作製方法。
8. The method for producing a MOS transistor according to claim 5, wherein the area of the recess is 1 μm 2 or less.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09289168A (en) * 1996-02-23 1997-11-04 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor thin film, its forming method, semiconductor device and its forming method
JP2004134533A (en) * 2002-10-09 2004-04-30 Seiko Epson Corp Method for fabricating semiconductor device, semiconductor device, electro-optical device, and electronic apparatus
US7372073B2 (en) 1996-02-23 2008-05-13 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor thin film, semiconductor device and manufacturing method thereof
US7375401B2 (en) 1996-02-23 2008-05-20 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Static random access memory using thin film transistors
US10347650B1 (en) 2018-03-20 2019-07-09 Toshiba Memory Corporation Semiconductor memory device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09289168A (en) * 1996-02-23 1997-11-04 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor thin film, its forming method, semiconductor device and its forming method
US7372073B2 (en) 1996-02-23 2008-05-13 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor thin film, semiconductor device and manufacturing method thereof
US7375401B2 (en) 1996-02-23 2008-05-20 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Static random access memory using thin film transistors
JP2004134533A (en) * 2002-10-09 2004-04-30 Seiko Epson Corp Method for fabricating semiconductor device, semiconductor device, electro-optical device, and electronic apparatus
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