JPH06204478A - Mos-type thin film transistor - Google Patents

Mos-type thin film transistor

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JPH06204478A
JPH06204478A JP147993A JP147993A JPH06204478A JP H06204478 A JPH06204478 A JP H06204478A JP 147993 A JP147993 A JP 147993A JP 147993 A JP147993 A JP 147993A JP H06204478 A JPH06204478 A JP H06204478A
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JP
Japan
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thin film
region
polycrystalline silicon
film transistor
drain region
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JP147993A
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Japanese (ja)
Inventor
Hidetaka Ikeuchi
英貴 池内
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NEC Corp
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NEC Corp
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  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To suppress the deterioration of the breakdown strength between the source area and the drain area of a polycrystalline silicon MOS-type thin film transistor due to the carrier generated by the electric field concentrating effects of a gate electrode to the drain area edge. CONSTITUTION:A polycrystal silicon MOS-type thin film transistor is permitted to have the laminated structure of a gate electrode 4, a gate oxide film 5, a polycrystal silicon thin film and a basic insulating film 1. LOPOS 11 is formed at the rear plane of the channel area 6 of a polycrystalline silicon thin film and a crystal condition deteriorating part 7 is formed.

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MOS型薄膜トランジス
タに関し、特にソース,ドレイン,チャネル領域に多結
晶シリコン薄膜を用いたMOS型薄膜トランジスタに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MOS type thin film transistor, and more particularly to a MOS type thin film transistor using a polycrystalline silicon thin film for source, drain and channel regions.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜SOI(Silicon On I
nsulator)トランジスタは、絶縁膜上のシリコ
ン薄膜にトランジスタを形成したものであり、エッチン
グにより素子領域を完全に分離でき、また下地絶縁膜に
よる短チャネル効果の抑制,ソース・ドレイン領域の接
合容量の低減,垂直方向電界の緩和による移動度の向上
等、大きな利点を持っている。
2. Description of the Related Art Thin film SOI (Silicon On I)
A transistor is a transistor formed on a silicon thin film on an insulating film. The element region can be completely separated by etching, and the short-circuit effect due to the underlying insulating film can be suppressed and the junction capacitance between the source and drain regions can be reduced. , It has great advantages such as mobility improvement by relaxing vertical electric field.

【0003】SOI構造の形成法としては、SIMOX
(Separation ByImplanted O
xygen)と呼ばれる方法があり、微細MOSトラン
ジスタの形成方法として注目を集めている。この方法は
単結晶基板に高エネルギーで酸素イオンを注入後、13
00℃程度の高温熱処理によってシリコン中の結晶欠陥
を低減し、シリコン内部に埋め込み酸化膜を形成するこ
とによってSOI構造を形成する方法である。
As a method for forming an SOI structure, SIMOX is used.
(Separation By Implanted O
xygen), which is attracting attention as a method for forming a fine MOS transistor. In this method, after implanting oxygen ions with high energy into a single crystal substrate,
This is a method of forming a SOI structure by reducing crystal defects in silicon by high-temperature heat treatment at about 00 ° C. and forming a buried oxide film inside silicon.

【0004】また、絶縁基板上に多結晶シリコンを堆積
することにより形成される多結晶シリコン薄膜トランジ
スタは、チャネル領域が単結晶シリコンであるトランジ
スタに比べて特性は劣るものの、形成方法が比較的容易
であることから高速スタティック・メモリ集積回路の負
荷素子として用いられたり、液晶表示素子において画素
と呼ばれる表示単位毎に配置した液晶駆動トランジスタ
などに用いられている。
A polycrystalline silicon thin film transistor formed by depositing polycrystalline silicon on an insulating substrate is inferior in characteristics to a transistor whose channel region is single crystal silicon, but is relatively easy to form. Therefore, it is used as a load element of a high-speed static memory integrated circuit, or is used as a liquid crystal drive transistor arranged in each display unit called a pixel in a liquid crystal display element.

【0005】薄膜トランジスタの一例として、一般的な
多結晶シリコン薄膜トランジスタの素子構造の断面図を
図6に示す。
As an example of a thin film transistor, a cross-sectional view of a device structure of a general polycrystalline silicon thin film transistor is shown in FIG.

【0006】下地絶縁膜1上に多結晶シリコン薄膜を堆
積し、拡散法によりリン等を高濃度にドープした後、パ
ターニングし、多結晶シリコンゲート電極4を形成す
る。次にゲート絶縁膜5をCVD法により形成し、その
後、非晶質シリコン薄膜を堆積し、この非晶質シリコン
薄膜を結晶化させることにより多結晶シリコン薄膜を形
成する。この結晶化の方法には、600℃程度の温度で
数時間熱処理して結晶化を行う固相結晶化法(固相成長
法)により結晶粒径を大きくする方法,あるいはレーザ
ー照射により瞬間的に非晶質シリコン薄膜を高温にして
結晶化して多結晶シリコン薄膜の結晶性を向上させる方
法がある。また多結晶シリコン薄膜に1000℃以上の
熱処理、あるいはレーザー照射による熱処理を行って、
結晶性を向上させトランジスタ特性を向上させる試みも
なされている。
A polycrystalline silicon thin film is deposited on the underlying insulating film 1, doped with phosphorus at a high concentration by a diffusion method, and then patterned to form a polycrystalline silicon gate electrode 4. Next, the gate insulating film 5 is formed by the CVD method, and then an amorphous silicon thin film is deposited and the amorphous silicon thin film is crystallized to form a polycrystalline silicon thin film. This crystallization method includes a method of increasing the crystal grain size by a solid phase crystallization method (solid phase growth method) in which heat treatment is performed at a temperature of about 600 ° C. for several hours to crystallize, or a laser irradiation is performed instantaneously. There is a method of crystallizing an amorphous silicon thin film at a high temperature to improve the crystallinity of the polycrystalline silicon thin film. In addition, the polycrystalline silicon thin film is heat-treated at 1000 ° C. or higher, or laser-heated,
Attempts have also been made to improve crystallinity and transistor characteristics.

【0007】その後、多結晶シリコン薄膜を島状にパタ
ーンニングして分離する。以降の工程は一般のMOS型
トランジスタと同様にシリコン酸化膜を化学堆積法で形
成した後、レジストをマスクに上記多結晶シリコン薄膜
に不純物を注入してソース領域2,ドレイン領域3,及
びチャネル領域6を形成し、レジストとシリコン酸化膜
を除去した後、層間絶縁膜9を堆積して窒素雰囲気で9
00℃程度の熱処理により注入不純物を活性化してソー
ス領域2,ドレイン領域3を低抵抗化し、同時に層間絶
縁膜9を平坦化する。次にコンタクトホールを形成し、
アルミニウム膜のスパッタリングを行い、このアルミニ
ウム膜をパターニングしてアルミ電極10を形成し、水
素雰囲気中で450℃で水素アロイを行う。以上の工程
により、多結晶シリコン薄膜トランジスタの基本構造が
形成される。またトランジスタ形成後に、基板温度35
0℃程度,水素圧力1Torrの水素プラズマ中で処理
をして、ソース領域2,ドレイン領域3,チャネル領域
6からなる多結晶シリコン薄膜の結晶粒界,結晶欠陥に
存在するシリコンのダングリングボンドに水素を結合さ
せる水素化の手法を用いてトラップ準位密度を低減さ
せ、トランジスタ特性を向上させる手法もある。
Thereafter, the polycrystalline silicon thin film is patterned into islands and separated. In the subsequent steps, a silicon oxide film is formed by a chemical deposition method as in a general MOS transistor, and then impurities are injected into the polycrystalline silicon thin film using a resist as a mask to form a source region 2, a drain region 3, and a channel region. 6 is formed, the resist and the silicon oxide film are removed, an interlayer insulating film 9 is deposited, and the interlayer insulating film 9 is deposited in a nitrogen atmosphere.
The implanted impurities are activated by heat treatment at about 00 ° C. to reduce the resistance of the source region 2 and the drain region 3, and at the same time flatten the interlayer insulating film 9. Next, a contact hole is formed,
The aluminum film is sputtered, the aluminum film is patterned to form the aluminum electrode 10, and hydrogen alloying is performed at 450 ° C. in a hydrogen atmosphere. Through the above steps, the basic structure of the polycrystalline silicon thin film transistor is formed. After forming the transistor, the substrate temperature is set to 35
The silicon dangling bonds existing in the crystal grain boundaries of the polycrystalline silicon thin film composed of the source region 2, the drain region 3 and the channel region 6 and the crystal defects are treated by hydrogen plasma treatment at about 0 ° C. and hydrogen pressure of 1 Torr. There is also a method of improving the transistor characteristics by reducing the trap level density by using a hydrogenation method of bonding hydrogen.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】図6に示した多結晶シ
リコン薄膜を用いた薄膜トランジスタでは、通常のMO
Sトランジスタと異なり、ソース領域・ドレイン領域間
の多結晶シリコン薄膜(チャネル領域)の電位がフロー
ティング状態になる。このためドレイン領域端の電界集
中により生ずるインパクトイオン化により発生したキャ
リアが多結晶シリコン薄膜中に蓄積され、チャネル領域
の電位が上昇する。その結果ソース領域側のPN接合が
順バイアスされドレイン電流が増加し、インバクトイオ
ン化率が上昇し、さらにチャネル領域の電位が上昇す
る。以上のような正帰還がおこり、ドレイン電圧の上昇
に伴いドレイン電流が急激に増加しソース領域・ドレイ
ン領域間の耐圧が低下する。この現象は寄生バイポーラ
効果と呼ばれ、薄膜SOIトランジスタの耐圧を制限し
ている。
The thin film transistor using the polycrystalline silicon thin film shown in FIG.
Unlike the S transistor, the potential of the polycrystalline silicon thin film (channel region) between the source region and the drain region becomes a floating state. For this reason, carriers generated by impact ionization caused by electric field concentration at the end of the drain region are accumulated in the polycrystalline silicon thin film, and the potential of the channel region rises. As a result, the PN junction on the source region side is forward biased, the drain current increases, the infect ionization rate increases, and the potential of the channel region also increases. The positive feedback as described above occurs, the drain current sharply increases as the drain voltage increases, and the breakdown voltage between the source region and the drain region decreases. This phenomenon is called a parasitic bipolar effect and limits the breakdown voltage of the thin film SOI transistor.

【0009】この問題を改善する方法として、特開平3
−171673号公報では、素子間分離用不純物拡散領
域を設置して、その領域を固定電位に接続することによ
りインバクトイオン化により発生したキャリアを素子分
離用不純物拡散領域に流れこませ消滅させるようにし
て、チャネル領域の少数キャリア濃度を低減でき、寄生
バイポーラ効果によるソース領域・ドレイン領域の間の
耐圧の低下を防止できるとしいる。
[0009] As a method for improving this problem, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 3
In Japanese Patent Laid-Open No. 171673, an impurity diffusion region for isolation between elements is provided, and the region is connected to a fixed potential so that carriers generated by infect ionization flow into the impurity diffusion region for element isolation and disappear. It is possible to reduce the minority carrier concentration in the channel region and prevent the breakdown voltage between the source region and the drain region from decreasing due to the parasitic bipolar effect.

【0010】しかしながら、素子分離領域が広範囲にチ
ャネル領域に接していると素子の寄生容量となり動作速
度を低下させるなどSOI構造の利点を充分に生かせな
い。またチャンネル幅が広くなると素子分離領域に流れ
込まない少数キャリアが多くなり耐圧が低下するという
問題がある。
However, when the element isolation region is in wide contact with the channel region, it becomes a parasitic capacitance of the element and the operating speed is lowered, so that the advantages of the SOI structure cannot be fully utilized. Further, when the channel width is wide, there is a problem that the number of minority carriers that do not flow into the element isolation region increases and the breakdown voltage decreases.

【0011】本発明は、以上の問題点を考慮し、多結晶
シリコン薄膜トランジスタの基本特性の低下を最小限に
とどめ、かつインパクトイオン化により発生する少数キ
ャリア濃度の低減によるソース領域・ドレイン領域間の
耐圧向上の効果が最大限にできるような構造を提唱する
ものである。
In consideration of the above problems, the present invention minimizes the deterioration of the basic characteristics of a polycrystalline silicon thin film transistor, and reduces the minority carrier concentration generated by impact ionization, thereby reducing the breakdown voltage between the source region and the drain region. We propose a structure that maximizes the effect of improvement.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明のMOS型薄膜ト
ランジスタは、上述の従来技術の問題点を解決するため
に多結晶シリコン薄膜に形成されたチャネル領域の少な
くとも一部に、熱酸化等の方法で結晶状態が劣化された
部分を有する。
In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, the MOS type thin film transistor of the present invention has a method such as thermal oxidation on at least a part of the channel region formed in the polycrystalline silicon thin film. There is a portion where the crystalline state is deteriorated.

【0013】[0013]

【実施例】次に、図面を参照して本発明について説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.

【0014】MOS型薄膜トランジスタの平面図である
図1(a)と、図1(a)のAA線での断面図である図
1(b)とを参照すると、本発明の第1の実施例は、以
下のように形成される。
Referring to FIG. 1A, which is a plan view of a MOS type thin film transistor, and FIG. 1B, which is a sectional view taken along line AA of FIG. 1A, a first embodiment of the present invention will be described. Is formed as follows.

【0015】まず、下地絶縁膜1上に多結晶シリコンを
100nm程度堆積し、リン拡散法により低抵抗化した
後、パターンニングしてゲート電極4を形成する。この
ゲート電極4の上に100nmのゲート酸化膜5を化学
堆積法で堆積し、さらに膜厚150nmの多結晶シリコ
ン薄膜を形成する。この多結晶シリコン薄膜は、非晶質
シリコン薄膜を堆積後、600℃,20時間窒素雰囲気
中で熱処理して結晶化したものである。素子分離のため
に多結晶シリコン薄膜をエッチングする際に、ソース領
域,ドレイン領域,およびチャネル領域が形成される領
域を残しておく。この上に化学堆積法によりシリコン酸
化膜を形成した後に、レジストをマスクにして砒素を加
速エネルギー30keV,注入量5E15cm-2で注入
し、ソース領域2,ドレイン領域3を形成する。レジス
トを除去した後、酸化膜を全面エッチングし、チャネル
領域6を含むた多結晶シリコン薄膜の表面を950℃程
度でウェット酸化し、100nmの熱酸化膜8を形成す
る。この結果、多結晶シリコン薄膜部の50nm程度が
熱酸化により消費され、多結晶シリコン薄膜の膜厚は1
00nm程度になる。また熱酸化膜8と接する界面部の
結晶性は熱酸化により著しく劣化した状態となり、結晶
状態劣化部7が形成される。(多結晶シリコン薄膜は面
方位が不均一な状態にある。この多結晶シリコン薄膜界
面上に熱酸化処理を行うと、面方位により酸化速度が異
なるため界面の酸化状態にむらが生じ、界面の結晶性が
劣化する。このような状態の部分を結晶状態劣化部と称
す。)この熱酸化膜8形成後、層間絶縁膜9を400n
m堆積し、層間絶縁膜9の平坦化のために850℃,3
0分間の熱処理を窒素雰囲気中でおこなう。ソース領域
2,ドレイン領域3,およびゲート電極4にコンタクト
ホール14を形成後、アルミニウム膜スパッタリング,
アルミニウム膜のエッチングの工程によりアルミ電極1
0を形成,接続し、水素アロイを行い薄膜トランジスタ
を完成させる。その後、基板温度350℃、水素圧力1
Torrの水素プラズマ中で水素化を行い、多結晶シリ
コンのトラップ準位密度を低減させる。
First, polycrystalline silicon is deposited to a thickness of about 100 nm on the base insulating film 1 to reduce the resistance by the phosphorus diffusion method, and then patterned to form the gate electrode 4. A 100 nm gate oxide film 5 is deposited on the gate electrode 4 by a chemical deposition method to form a polycrystalline silicon thin film having a film thickness of 150 nm. This polycrystalline silicon thin film is obtained by crystallizing an amorphous silicon thin film by heat treatment in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. for 20 hours. When etching the polycrystalline silicon thin film for device isolation, the regions where the source region, the drain region, and the channel region are formed are left. After forming a silicon oxide film on this by a chemical deposition method, arsenic is implanted with a resist as a mask at an acceleration energy of 30 keV and an implantation amount of 5E15 cm −2 to form a source region 2 and a drain region 3. After removing the resist, the entire surface of the oxide film is etched, and the surface of the polycrystalline silicon thin film including the channel region 6 is wet-oxidized at about 950 ° C. to form a thermal oxide film 8 of 100 nm. As a result, about 50 nm of the polycrystalline silicon thin film portion is consumed by the thermal oxidation, and the thickness of the polycrystalline silicon thin film is 1
It becomes about 00 nm. Further, the crystallinity of the interface portion in contact with the thermal oxide film 8 is significantly deteriorated by the thermal oxidation, and the crystalline state deteriorated portion 7 is formed. (The polycrystalline silicon thin film has a non-uniform plane orientation. When thermal oxidation treatment is performed on this polycrystalline silicon thin film interface, the oxidation state of the interface becomes uneven because the oxidation rate varies depending on the plane orientation. The crystallinity deteriorates. A portion in such a state is referred to as a crystal state deterioration portion.) After forming the thermal oxide film 8, the interlayer insulating film 9 is formed to 400 n.
m, and the interlayer insulating film 9 is flattened at 850 ° C. for 3
A heat treatment for 0 minutes is performed in a nitrogen atmosphere. After forming the contact hole 14 in the source region 2, the drain region 3, and the gate electrode 4, aluminum film sputtering,
Aluminum electrode 1 by the process of etching aluminum film
0 is formed and connected, and hydrogen alloying is performed to complete a thin film transistor. After that, the substrate temperature is 350 ° C and the hydrogen pressure is 1
Hydrogenation is performed in hydrogen plasma of Torr to reduce the trap level density of polycrystalline silicon.

【0016】薄膜トランジスタの電流−電圧特性を示す
グラフである図5を参照すると、ゲート長9μm,ゲー
ト幅2μmのN型トランジスタでは、以下のようにな
る。従来例の薄膜トランジスタでは、ドレイン電圧15
V以上で急激にドレイン電流が増加し、寄生バイポーラ
効果によるソース領域・ドレイン領域間の耐圧低下が生
じている。上記第1の実施例のトランジスタでは、ドレ
イン電圧18Vまではドレイン電流の急激な増加は見ら
れず、寄生バイポーラ効果が低減でき、ソース領域・ド
レイン領域間の耐圧が向上していることがわかる。これ
は、従来例では、ドレイン領域端でインパクトイオン化
により発生した正孔がソース領域端近傍のチャネル領域
に蓄積しているのに対し、本実施例ではチャネル領域へ
流れ込んだ正孔は、熱酸化で結晶状態が劣化した部分で
多量に再結合されるため、寄生バイポーラ効果が抑制さ
れ、ソース領域・ドレイン領域間の耐圧が向上したもの
と考察される。また、オン電流については、図5より明
らかなように、両者を比較してもほとんど差がないこと
がわかる。これは本実施例においても、反転層が形成さ
れるゲート酸化膜と多結晶シリコン界面部の結晶状態は
従来と同様に良好な状態に保たれているためである。以
上の結果よりオン電流等のトランジスタの基本特性を劣
化させることなく、ソース領域・ドレイン領域間の耐圧
を向上できることがわかる。
Referring to FIG. 5, which is a graph showing current-voltage characteristics of a thin film transistor, the following is true for an N-type transistor having a gate length of 9 μm and a gate width of 2 μm. In the conventional thin film transistor, the drain voltage is 15
The drain current sharply increases above V, and the breakdown voltage between the source region and the drain region decreases due to the parasitic bipolar effect. It can be seen that in the transistor of the first embodiment, the drain current does not suddenly increase up to the drain voltage of 18 V, the parasitic bipolar effect can be reduced, and the breakdown voltage between the source region and the drain region is improved. In the conventional example, holes generated by impact ionization at the edge of the drain region are accumulated in the channel region near the edge of the source region, whereas in the present example, holes flowing into the channel region are thermally oxidized. It is considered that a large amount of recombination is caused at the portion where the crystalline state is deteriorated at, so that the parasitic bipolar effect is suppressed and the breakdown voltage between the source region and the drain region is improved. Also, as is clear from FIG. 5, there is almost no difference in the on-current even when the two are compared. This is because, also in this embodiment, the crystal state of the interface between the gate oxide film on which the inversion layer is formed and the polycrystalline silicon is kept as good as in the conventional case. From the above results, it is understood that the breakdown voltage between the source region and the drain region can be improved without deteriorating the basic characteristics of the transistor such as on-current.

【0017】MOS型薄膜トランジスタの断面図である
図2を参照すると、本発明の第2の実施例は、以下のよ
うに形成される。
Referring to FIG. 2, which is a cross-sectional view of a MOS type thin film transistor, a second embodiment of the present invention is formed as follows.

【0018】まず、下地絶縁膜1上に上記第1の実施例
と同様の方法により、ゲート電極4までが形成される。
このゲート電極4の上にゲート酸化膜5を100nm程
度化学堆積法で形成し、さらに上記第1の実施例と同様
の方法により膜厚150nm程度の多結晶シリコン薄膜
を形成する。この多結晶シリコン薄膜をエッチングして
素子分離を行い、ソース領域,ドレイン領域,およびチ
ャネル領域が形成される領域を形成する。この上に化学
堆積法により膜厚30nm程度のシリコン酸化膜を形成
した後、上記第1の実施例と同様に、レジストをマスク
にした砒素のイオン注入によりソース領域2,ドレイン
領域3を形成する。レジストとシリコン酸化膜とを除去
した後、900℃のウェット酸化を行い、15nmの熱
酸化膜を形成した後、シリコン窒化膜を100nm成長
させ、レジストをマスクとしてチャネル領域6のシリコ
ン窒化膜を除去してレジストを除去する。次に980℃
のウェット酸化でLOPOS酸化(local oxi
dation poly−silicon)を行なって
中心部の膜厚が220nm程度のLOPOS11を形成
し、シリコン窒化膜を除去する。この結果、LOPOS
酸化による結晶状態劣化部7が形成される。次に、層間
絶縁膜9を450nm程度堆積し、層間絶縁膜9の平坦
化のために850℃,30分の熱処理を窒素雰囲気中で
行なう。さらに、ソース領域2,ドレイン領域3,およ
びゲート電極4にコンタクトホールを形成し、アルミ電
極10を接続して、水素アロイを行い、薄膜トランジス
タを完成させる。その後、上記第1の実施例と同様の方
法で水素化を行い、多結晶シリコンのトラップ準位密度
を低減させる。
First, up to the gate electrode 4 is formed on the base insulating film 1 by the same method as in the first embodiment.
A gate oxide film 5 having a thickness of about 100 nm is formed on the gate electrode 4 by a chemical deposition method, and a polycrystalline silicon thin film having a thickness of about 150 nm is formed by the same method as that of the first embodiment. This polycrystalline silicon thin film is etched to isolate the elements to form a region where a source region, a drain region, and a channel region are formed. After forming a silicon oxide film with a film thickness of about 30 nm on this by a chemical deposition method, the source region 2 and the drain region 3 are formed by ion implantation of arsenic using a resist as a mask, as in the first embodiment. . After removing the resist and the silicon oxide film, wet oxidation at 900 ° C. is performed to form a thermal oxide film of 15 nm, a silicon nitride film is grown to 100 nm, and the silicon nitride film in the channel region 6 is removed using the resist as a mask. Then, the resist is removed. Then 980 ° C
Wet oxidation of LOPOS oxidation (local oxi
Dation poly-silicon) is performed to form LOPOS 11 having a film thickness of about 220 nm in the central portion, and the silicon nitride film is removed. As a result, LOPOS
The crystal state deterioration portion 7 due to oxidation is formed. Next, an interlayer insulating film 9 is deposited to a thickness of about 450 nm, and heat treatment at 850 ° C. for 30 minutes is performed in a nitrogen atmosphere to flatten the interlayer insulating film 9. Further, contact holes are formed in the source region 2, the drain region 3, and the gate electrode 4, the aluminum electrode 10 is connected, and hydrogen alloying is performed to complete the thin film transistor. After that, hydrogenation is performed by the same method as in the first embodiment to reduce the trap level density of polycrystalline silicon.

【0019】図5に示した電流−電圧特性の比較から、
上記第2の実施例では、上記第1の実施例の場合より
も、ソース領域・ドレイン領域間の耐圧が3V以上向上
していることがわかる。これは結晶状態の劣化に伴う正
孔の再結合率の上昇に加えて、LOPOS形成により多
結晶シリコンが消費され、多結晶シリコン薄膜における
チャネル領域の部分の膜厚が40nmと極めて薄くなっ
ているため、ドレイン領域端でインパクトイオン化によ
り形成した正孔がソース領域端に向かって流れにくくな
り、ソース領域端近傍に正孔が蓄積されず、ドレイン領
域下部に正孔が蓄積するため、結果として寄生バイポー
ラ効果が非常に起こりにくい構造になっているためであ
る。
From the comparison of the current-voltage characteristics shown in FIG.
It can be seen that in the second embodiment, the breakdown voltage between the source region and the drain region is improved by 3 V or more as compared with the case of the first embodiment. This is because in addition to the increase in the recombination rate of holes due to the deterioration of the crystalline state, the polycrystalline silicon is consumed by the LOPOS formation, and the thickness of the channel region portion of the polycrystalline silicon thin film is 40 nm, which is extremely thin. Therefore, holes formed by impact ionization at the edge of the drain region are less likely to flow toward the edge of the source region, holes are not accumulated near the edge of the source region, and holes are accumulated at the lower part of the drain region. This is because the structure is such that the bipolar effect is extremely unlikely to occur.

【0020】なお、本実施例におけるゲート酸化膜と多
結晶シリコン界面部の結晶状態は上記第1の実施例と同
様に、良好な状態が保たれている。このため、オン電流
等のトランジスタの基本特性を劣化させることはない。
The crystal state of the interface between the gate oxide film and the polycrystalline silicon in this embodiment is maintained in a good state, as in the first embodiment. Therefore, the basic characteristics of the transistor such as on-current are not deteriorated.

【0021】MOS型薄膜トランジスタの断面図である
図3を参照すると、本発明の第3の実施例は、以下のよ
うに形成される。
Referring to FIG. 3, which is a cross-sectional view of a MOS type thin film transistor, a third embodiment of the present invention is formed as follows.

【0022】まず、上記第2の実施例と同様の方法によ
り素子分離された多結晶シリコン薄膜までを形成する。
この上に化学堆積法により30nmのシリコン酸化膜を
形成した後、レジストをマスクとしてソース領域2,ド
レイン領域3を形成するために加速エネルギー150k
eV,注入量2E15cm-2で砒素を注入する。またL
DD構造の低濃度N型領域12を形成するために、別の
レジストをマスクとしてリンを加速エネルギー20ke
V,注入量1E13cm-2で注入する。さらに、LOP
OS酸化を行い、中心部の膜厚が220nm程度のLO
POS11を形成する。この結果、上記第2の実施例と
同様の結晶状態劣化部が形成される。次に、層間絶縁膜
9,コンタクトホール,およびアルミ電極10を形成
し、水素アロイを行い、薄膜トランジスタを完成させ
る。その後、上記第1の実施例と同様の方法で水素を行
い、多結晶シリコンのトラップ準位密度を低減させる。
First, even a polycrystalline silicon thin film in which elements are separated is formed by the same method as in the second embodiment.
After forming a 30 nm silicon oxide film on this by a chemical deposition method, an acceleration energy of 150 k is used to form the source region 2 and the drain region 3 using the resist as a mask.
Arsenic is implanted with eV and an implantation dose of 2E15 cm -2 . Also L
In order to form the low-concentration N-type region 12 of the DD structure, another resist is used as a mask and phosphorus is used at an acceleration energy of 20 ke
V, and the implantation amount is 1E13 cm -2 . Furthermore, LOP
The thickness of the central part is about 220 nm, and the LO is
The POS 11 is formed. As a result, a crystal state deterioration part similar to that of the second embodiment is formed. Next, the interlayer insulating film 9, the contact hole, and the aluminum electrode 10 are formed and hydrogen alloying is performed to complete the thin film transistor. Then, hydrogen is applied in the same manner as in the first embodiment to reduce the trap level density of polycrystalline silicon.

【0023】図5に示したように、上記第3の実施例
は、上記第2の実施例よりもソース領域・ドレイン領域
間の耐厚がさらに1V向上していることがわかる。これ
は結晶状態の劣化に伴う正孔の再結合率の上昇,上記第
2の実施例で説明したLOPOS形成による寄生バイポ
ーラ効果の低減に加えて、LDD構造によりドレイン端
の電界集中が緩和され、インパクトイオン化が低減し、
正孔の発生が抑制されたためである。
As shown in FIG. 5, it can be seen that in the third embodiment, the withstand thickness between the source region and the drain region is further improved by 1V as compared with the second embodiment. This is because the recombination rate of holes increases with the deterioration of the crystalline state, the parasitic bipolar effect is reduced by the LOPOS formation described in the second embodiment, and the electric field concentration at the drain end is alleviated by the LDD structure. Impact ionization is reduced,
This is because the generation of holes is suppressed.

【0024】MOS型薄膜トランジスタの平面図である
図4(a)と、図4(a)のBB線での断面図である図
4(b)とを参照すると、本発明の第4の実施例は、以
下のように形成される。
Referring to FIG. 4A, which is a plan view of the MOS type thin film transistor, and FIG. 4B, which is a sectional view taken along line BB of FIG. 4A, a fourth embodiment of the present invention will be described. Is formed as follows.

【0025】まず、上記第2の実施例と同様の方法によ
り、素子分離された多結晶シリコン薄膜までを形成す
る。この上に化学堆積法により30nmのシリコン酸化
膜を形成した後、レジストをマスクとしてソース領域
2,ドレイン領域3を形成するために砒素を注入する。
さらに、引き出し電極領域13を形成するために別のレ
ジストをマスクとしてボロンを加速エネルギー20ke
V,注入量1E15cm-2で注入する。さらに、中心部
の膜厚が220nm程度のLOPOS11を形成する。
この結果、上記第2の実施例と同様に結晶状態劣化部7
が形成される。次に層間絶縁膜9,コンタクトホール1
4,およびアルミ電極10を形成し、水素アロイを行
い、薄膜トランジスタを完成させる。その後、水素を行
い、多結晶シリコンのトラップ準位密度を低減させる。
First, the element-isolated polycrystalline silicon thin film is formed by the same method as in the second embodiment. A 30 nm silicon oxide film is formed on this by a chemical deposition method, and then arsenic is implanted to form the source region 2 and the drain region 3 using the resist as a mask.
Further, in order to form the extraction electrode region 13, boron is accelerated with an acceleration energy of 20 ke using another resist as a mask.
V, and the implantation amount is 1E15 cm -2 . Further, the LOPOS 11 having a film thickness of the central portion of about 220 nm is formed.
As a result, as in the second embodiment, the crystalline state deterioration portion 7
Is formed. Next, the interlayer insulating film 9 and the contact hole 1
4, and aluminum electrodes 10 are formed and hydrogen alloying is performed to complete the thin film transistor. After that, hydrogen is applied to reduce the trap level density of polycrystalline silicon.

【0026】図5に示したように上記第4の実施例は、
上記第2の実施例よりもソース領域・ドレイン領域間の
耐圧がさらに2V向上していることがわかる。これは結
晶状態の劣化に伴う正孔の再結合率の上昇,LOPOS
形成による寄生バイポーラ効果の低減に加えて、正孔が
引き出し電極によりドレイン領域下部を通って取り除か
れるため、上記第2の実施例で発生したドレイン領域下
部に蓄積された正孔によるドレイン接合耐圧の低下を改
善することができたためである。
As shown in FIG. 5, the fourth embodiment is as follows.
It can be seen that the withstand voltage between the source region and the drain region is further improved by 2 V as compared with the second embodiment. This is because the recombination rate of holes increases with the deterioration of the crystalline state.
In addition to the reduction of the parasitic bipolar effect due to the formation, holes are removed by the extraction electrode through the lower part of the drain region, so that the drain junction breakdown voltage due to the holes accumulated in the lower part of the drain region generated in the second embodiment is reduced. This is because the decrease could be improved.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上述べたように、本発明のMOS型薄
膜トランジスタは、多結晶シリコン薄膜の一部を熱酸化
より形成された結晶状態が劣化した部分がソース領域端
部近傍Sチャネル領域での小数キャリアの濃度上昇を抑
制することと、または、LOPOS酸化等の熱酸化によ
ってソース・ドレイン領域の部分よりも膜厚の薄くなっ
た部分の多結晶シリコン薄膜に形成されたチャネル領域
が小数キャリアのソース側PN接合領域への影響を抑制
することと、さらには、ドレイン領域近傍のドレイン領
域とは導電型の異なった領域に接続された電極が多結晶
シリコン薄膜中の小数キャリアを低減することとによ
り、ソース領域・ドレイン領域間の耐圧を向上できると
いう効果がある。
As described above, in the MOS type thin film transistor of the present invention, a portion of the polycrystalline silicon thin film formed by thermal oxidation has a deteriorated crystal state in the S channel region near the end of the source region. The channel region formed in the polycrystalline silicon thin film in the portion where the film thickness is smaller than that of the source / drain region by suppressing the increase of the concentration of the minority carriers or by thermal oxidation such as LOPOS oxidation suppresses the minority carriers. Suppressing the influence on the source side PN junction region, and further, that the electrode connected to the region near the drain region and having a different conductivity type from the drain region reduces the minority carriers in the polycrystalline silicon thin film. This has the effect of improving the breakdown voltage between the source region and the drain region.

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

【図1】本発明の第1の実施例の平面図,及び断面図で
ある。
FIG. 1 is a plan view and a sectional view of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施例の平面図,及び断面図で
ある。
FIG. 4 is a plan view and a sectional view of a fourth embodiment of the present invention.

【図5】上記第1,第2,第3,及び第4の実施例の効
果を説明するための図であり、薄膜トランジスタのドレ
イン電圧−ドレイン電流特性を示すグラフである。
FIG. 5 is a diagram for explaining effects of the first, second, third and fourth embodiments, and is a graph showing drain voltage-drain current characteristics of the thin film transistor.

【図6】従来技術による薄膜トランジスタの断面図であ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional thin film transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 下地絶縁膜 2 ソース領域 3 ドレイン領域 4 ゲート電極 5 ゲート酸化膜 6 チャネル領域 7 結晶状態劣化部 8 熱酸化膜 9 層間絶縁膜 10 アルミ電極 11 LOPOS 12 低濃度N型領域 13 引き出し電極用P型領域 14 コンタクトホール 15 引き出し電極 1 Base Insulating Film 2 Source Region 3 Drain Region 4 Gate Electrode 5 Gate Oxide Film 6 Channel Region 7 Crystal State Degradation Area 8 Thermal Oxide Film 9 Interlayer Insulating Film 10 Aluminum Electrode 11 LOPOS 12 Low Concentration N-type Region 13 P-type for Extraction Electrode Region 14 Contact hole 15 Lead electrode

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ゲート電極,シリコン酸化膜からなるゲ
ート絶縁膜,ソース領域とドレイン領域とチャネル領域
とが形成された多結晶シリコン薄膜,及び絶縁膜の積層
構造を有しており、前記多結晶シリコン薄膜の少なくと
も前記チャネル領域の一部分に結晶状態が劣化した部分
を有することを特徴とするMOS型薄膜トランジスタ。
1. A laminated structure of a gate electrode, a gate insulating film made of a silicon oxide film, a polycrystalline silicon thin film in which a source region, a drain region and a channel region are formed, and an insulating film laminated structure. A MOS type thin film transistor characterized in that at least a part of the channel region of a silicon thin film has a portion whose crystal state is deteriorated.
【請求項2】 前記チャネル領域の膜厚が、前記多結晶
シリコン薄膜の選択酸化により、前記ソース領域,前記
ドレイン領域の膜厚よりも薄くなった構造を有すること
を特徴とする請求項1記載のMOS型薄膜トランジス
タ。
2. A structure in which the film thickness of the channel region is smaller than the film thickness of the source region and the drain region by selective oxidation of the polycrystalline silicon thin film. MOS type thin film transistor.
【請求項3】 前記ドレイン領域近傍の前記ドレイン領
域と異なる導電型の部分に接続する電極を有することを
特徴とする請求項1,もしくは請求項2記載のMOS型
薄膜トランジスタ。
3. The MOS type thin film transistor according to claim 1, further comprising an electrode connected to a portion having a conductivity type different from that of the drain region near the drain region.
【請求項4】 前記ドレイン領域が、オフセット構造,
またはLDD構造であることを特徴とする請求項1,請
求項2,もしくは請求項3記載のMOS型薄膜トランジ
スタ。
4. The drain region is an offset structure,
The MOS type thin film transistor according to claim 1, 2 or 3 having an LDD structure.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6411133B1 (en) 1999-06-30 2002-06-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6411133B1 (en) 1999-06-30 2002-06-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
USRE38907E1 (en) 1999-06-30 2005-12-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device

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