JPH06232405A - Thin film transistor - Google Patents

Thin film transistor

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Publication number
JPH06232405A
JPH06232405A JP1602393A JP1602393A JPH06232405A JP H06232405 A JPH06232405 A JP H06232405A JP 1602393 A JP1602393 A JP 1602393A JP 1602393 A JP1602393 A JP 1602393A JP H06232405 A JPH06232405 A JP H06232405A
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JP
Japan
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region
drain
source
thin film
film
Prior art date
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Application number
JP1602393A
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Japanese (ja)
Inventor
Noriyuki Kodama
紀行 児玉
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH06232405A publication Critical patent/JPH06232405A/en
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Abstract

PURPOSE:To increase a breakdown strength between the source and the drain of a thin film transistor. CONSTITUTION:This thin film transistor is provided with a source region 2 made of a polycrystalline silicon film and provided on a silicon oxide film 1 and a channel lead-out electrode 9 having the opposite conductivity type to that of the source and provided in contact with a channel region 4 adjacent to the source region 2, thereby being able to reduce the hole concentration of the channel region and increase a breakdown strength between the source and the drain thereof.

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、薄膜トランジスタに関
する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to thin film transistors.

【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
の大きな利点を持っている。
2. Description of the Related Art Thin film SOI (Silicon On I)
Transistor) is a transistor formed on a silicon thin film on an insulating film. The element region can be completely separated by etching. In addition, the short channel effect is suppressed by the underlying insulating film, and the source / drain junction capacitance is reduced. , It has major advantages such as mobility improvement by relaxing the vertical electric field.

【0003】SOI構造の形成方法としては、SIMO
X(Separation ByImplanted
Oxygen)とよばれる方法があり、微細MOSトラ
ンジスタの形成手段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、
1300℃程度の高温熱処理により、シリコン層中の結
晶欠陥を低減し、シリコン層内部に埋め込み酸化膜を形
成することによりSOI構造を形成する方法である。
SIMO is used as a method for forming an SOI structure.
X (Separation By Implanted
Oxygen) has attracted attention as a means for forming a fine MOS transistor. This method involves 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 the silicon layer by high temperature heat treatment at about 1300 ° C. and forming a buried oxide film inside the silicon layer.

【0004】また、絶縁基板上に多結晶シリコン膜を堆
積する事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層であるトラン
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、SRAMの負荷素子,液晶ディスプ
レイの液晶駆動,周辺駆動回路等に適用されている。
Further, a polycrystalline silicon thin film transistor formed by depositing a polycrystalline silicon film on an insulating substrate is inferior in characteristics to a transistor in which a channel region is a single crystal silicon layer, but is relatively formed. Since it is easy, it is applied to a load element of SRAM, a liquid crystal drive of a liquid crystal display, a peripheral drive circuit, and the like.

【0005】図7は従来の薄膜トランジスタの一例を示
す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing an example of a conventional thin film transistor.

【0006】図7に示すように、絶縁基板上又はシリコ
ン基板上に設けた酸化シリコン膜1の上に非晶質シリコ
ン膜を堆積し、結晶化させることにより多結晶シリコン
膜を形成し、SOI構造とする。結晶化は、600℃程
度の温度で数時間熱処理して結晶化する固相結晶化法に
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膜を高温にして結晶化し、
多結晶シリコン膜の結晶性を向上させる方法がある。ま
た、多結晶シリコン膜を1000℃以上の熱処理あるい
はレーザー照射による熱処理により結晶性を向上させ、
トランジスタ特性を向上させる試みがなされている。
As shown in FIG. 7, an amorphous silicon film is deposited on the silicon oxide film 1 provided on an insulating substrate or a silicon substrate and is crystallized to form a polycrystalline silicon film, which is then SOI. The structure. The crystallization is performed by a method of increasing the crystal grain size by a solid phase crystallization method in which heat treatment is performed at a temperature of about 600 ° C. for several hours to crystallize, or an amorphous silicon film is instantaneously heated to a high temperature by the laser irradiation and crystallized
There is a method of improving the crystallinity of the polycrystalline silicon film. Further, the crystallinity of the polycrystalline silicon film is improved by heat treatment at 1000 ° C. or higher or heat treatment by laser irradiation,
Attempts have been made to improve transistor characteristics.

【0007】次に、多結晶シリコン膜を島状にパターニ
ングして素子分離する。以降の工程は一般のMOS型ト
ランジスタと同様であり、ゲート絶縁膜5を化学堆積法
あるいは熱酸化により形成し、その上に多結晶シリコン
膜を全面に堆積し、拡散法によりリンなどを高濃度にド
ープした後、パターニングし、多結晶シリコンゲート6
を形成する。自己整合あるいはフォトレジスト膜をマス
クとして不純物をイオン注入し、ソース領域2,ドレイ
ン領域3を形成する。その後、層間絶縁膜7を堆積し、
900℃程度の窒素ガス雰囲気中で熱処理し、注入不純
物を活性化してソース,ドレイン領域2,3を低抵抗化
し、同時に層間絶縁膜7を平坦化する。次に、コンタク
トホール15を形成し、アルミニウム膜をスパッタで堆
積し、パターニングしてアルミニウム電極8を形成し、
450℃程度の水素雰囲気中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。
Next, the polycrystalline silicon film is patterned into an island shape to separate elements. Subsequent steps are the same as those for a general MOS transistor, the gate insulating film 5 is formed by a chemical deposition method or thermal oxidation, a polycrystalline silicon film is deposited on the entire surface, and a high concentration of phosphorus or the like is formed by a diffusion method. And then patterned to form a polycrystalline silicon gate 6
To form. Impurities are ion-implanted by self-alignment or using the photoresist film as a mask to form the source region 2 and the drain region 3. After that, the interlayer insulating film 7 is deposited,
Heat treatment is performed in a nitrogen gas atmosphere at about 900 ° C. to activate the implanted impurities to reduce the resistance of the source / drain regions 2 and 3, and at the same time flatten the interlayer insulating film 7. Next, a contact hole 15 is formed, an aluminum film is deposited by sputtering, and patterning is performed to form an aluminum electrode 8,
Hydrogen alloying is performed in a hydrogen atmosphere at about 450 ° C. Through the above steps, the basic structure of the polycrystalline silicon thin film transistor is formed.

【0008】また、トランジスタ形成後に、基板温度3
50℃程度、水素圧力1Torrの水素プラズマ中で処
理して、多結晶シリコン膜の結晶粒界,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順位密度を低減させ、ト
ランジスタ特性を向上させる方法もある。
After the transistor is formed, the substrate temperature is 3
The trap order density is treated by hydrogenation at about 50 ° C. in a hydrogen plasma at a hydrogen pressure of 1 Torr to bond hydrogen to the dangling bonds of silicon present in the crystal grain boundaries and crystal defects of the polycrystalline silicon film. There is also a method of improving the transistor characteristics by reducing

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】この従来の薄膜トラン
ジスタは図8のドレイン電圧−ドレイン電流特性に示す
ように、あるドレイン電圧を越えるとドレイン電流が急
増し、ソース−ドレイン間耐圧が低下し、また、水素化
を施すとオン電流は増加するものの、耐圧に関しては低
下していることがわかる。この現象は以下の理由によ
る。
In this conventional thin film transistor, as shown in the drain voltage-drain current characteristics of FIG. 8, when a certain drain voltage is exceeded, the drain current sharply increases, the source-drain breakdown voltage decreases, and It can be seen that, when hydrogenation is applied, the on-current increases but the breakdown voltage decreases. This phenomenon is due to the following reasons.

【0010】ドレイン電圧が高くなり、ドレイン近傍の
電界がある値を越えると、ドレイン近傍でインパクトイ
オン化が起こる。シリコン基板上に形成されたNチャネ
ルトランジスタでは、発生したホールは基板電流となる
が、NチャネルSOIトランジスタでは、基板の電位が
固定されていないので、ホールの一部はチャネル領域で
再結合により失われ、残ったホールはチャネル領域に蓄
積され、チャネル領域の電位が上昇する。その結果、ソ
ース側PN接合が順バイアスされてドレイン電流が増加
し、インパクトイオン化率が高くなり、チャネル領域の
電位が更に上昇する。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増し、ソース
−ドレイン間耐圧が低下する。この現象は、寄生バイポ
ーラ動作と呼ばれ、薄膜SOIトランジスタの耐圧を制
限している。
When the drain voltage increases and the electric field near the drain exceeds a certain value, impact ionization occurs near the drain. In the N-channel transistor formed on the silicon substrate, the generated holes become the substrate current, but in the N-channel SOI transistor, the substrate potential is not fixed, and therefore some of the holes are lost by recombination in the channel region. The remaining holes are accumulated in the channel region and the potential of the channel region rises. As a result, the source side PN junction is forward biased, the drain current increases, the impact ionization rate increases, and the potential of the channel region further rises. The positive feedback as described above occurs, the drain current rapidly increases as the drain voltage rises, and the source-drain breakdown voltage decreases. This phenomenon is called a parasitic bipolar operation and limits the breakdown voltage of the thin film SOI transistor.

【0011】ソース−ドレイン間の高耐圧化の試みの1
つとして、ドレインをLDD構造にしてドレイン端の電
界を緩和し、インパクトイオン化を抑える方法がある。
One attempt to increase the breakdown voltage between the source and drain
As one method, there is a method in which the drain has an LDD structure to relax the electric field at the drain end and suppress impact ionization.

【0012】また、従来技術で述べたように、トランジ
スタ特性を向上させるために、多結晶シリコン薄膜トラ
ンジスタでは、レーザー照射,水素化等の手法により、
多結晶シリコン膜のトラップ準位を低減させる試みが、
また、SIMOX法では、1300℃以上の高温熱処理
でシリコン薄膜内部の結晶欠陥を低減する試みが行われ
ている。しかし、シリコン薄膜の結晶性を向上させるこ
れらの手法は、基本的なトランジスタ特性は向上される
ものの、チャネル領域に蓄積された少数キャリアの再結
合速度が低下するために、チャネル領域の少数キャリア
の濃度が上昇して寄生バイポーラトランジスタが導通し
やすくなる。つまり、シリコン薄膜の結晶性の向上は、
ソース−ドレイン間耐圧の低下につながるという問題点
がある。
Further, as described in the prior art, in order to improve the transistor characteristics, in the polycrystalline silicon thin film transistor, a method such as laser irradiation or hydrogenation is used.
An attempt to reduce the trap level of a polycrystalline silicon film
Further, in the SIMOX method, an attempt has been made to reduce crystal defects inside the silicon thin film by high temperature heat treatment at 1300 ° C. or higher. However, these methods for improving the crystallinity of the silicon thin film improve the basic transistor characteristics, but reduce the recombination rate of the minority carriers accumulated in the channel region, so that the minority carriers of the channel region The concentration is increased and the parasitic bipolar transistor is likely to become conductive. In other words, the improvement of the crystallinity of the silicon thin film is
There is a problem that the breakdown voltage between the source and drain is reduced.

【0013】公開平3−171673号公報では、耐圧
向上のために、素子領域周辺に素子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、インパクトイオン化により発生したホールを素子分
離用不純物拡散領域に流れ込んで消滅させるようにして
チャネル領域のホール濃度を低減でき、寄生バイポーラ
効果によるソース−ドレイン間耐圧の低下を防止出来る
という報告がある。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構造の利点を十分
に発揮できない。また、チャネル幅が広くなると素子分
離領域に流れ込まないホールが多くなり、耐圧が低下す
るという問題点がある。
In Japanese Patent Laid-Open Publication No. 3-171673, in order to improve the breakdown voltage, an impurity diffusion region for element isolation is provided around the element region and the region is connected to a fixed potential, so that holes generated by impact ionization are eliminated. It has been reported that the hole concentration in the channel region can be reduced by flowing into the element isolation impurity diffusion region and disappearing, and the reduction of the source-drain breakdown voltage due to the parasitic bipolar effect can be prevented. However, when the element isolation region is in wide contact with the channel region, it becomes a parasitic capacitance of the element, and the advantages of the SOI structure cannot be fully exerted such that the operating speed is reduced. Further, when the channel width is wide, there are many holes that do not flow into the element isolation region, and there is a problem that the breakdown voltage is lowered.

【0014】本発明はSOI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、ホール濃度の低減に
よるソース−ドレイン間耐圧向上の効果が最大限にでき
る薄膜トランジスタを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a thin film transistor which can minimize the deterioration of the basic characteristics of the SOI thin film transistor and maximize the effect of improving the withstand voltage between the source and the drain by reducing the hole concentration.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜トランジス
タは、絶縁基板又は絶縁膜上に設けた多結晶シリコン膜
を能動層とする薄膜トランジスタにおいて、ソース領域
および前記ソース領域に隣接するチャネル領域に接して
設けた前記ソース領域と反対導電型を有する引出し電極
を備えている。
A thin film transistor according to the present invention is a thin film transistor having an insulating substrate or a polycrystalline silicon film provided on an insulating film as an active layer and is in contact with a source region and a channel region adjacent to the source region. An extraction electrode having a conductivity type opposite to that of the provided source region is provided.

【0016】[0016]

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

【0017】図1(a),(b)は本発明の第1の実施
例を示す平面図およびA−A′線断面図である。
1 (a) and 1 (b) are a plan view and a sectional view taken along the line AA 'showing a first embodiment of the present invention.

【0018】図1(a),(b)に示すように、絶縁基
板上又はシリコン基板上に設けた酸化シリコン膜1の上
に多結晶シリコン薄膜を100nmの厚さに形成する。
この多結晶シリコン膜は、非晶質シリコン膜を堆積後、
600℃の窒素ガス雰囲気中で20時間熱処理して結晶
化したものである。次に、素子分離のためにこの多結晶
シリコン薄膜を選択的にエッチングしてソース領域,ド
レイン領域,チャネル領域,およびチャネル領域からの
引き出し電極を含む領域をパターニングして形成する。
次に、パターニングされた多結晶シリコン薄膜を含む表
面にゲート酸化膜5を100nmの厚さに堆積した後、
その上に多結晶シリコン膜を400nmの厚さに堆積し
てリンを拡散し、多結晶シリコン膜を低抵抗化し、次
に、この多結晶シリコン膜をパターニングしてゲート電
極6を形成する。また、同時にゲート電極6直下のゲー
ト酸化膜5をプラズマエッチングして除去後、新たに、
酸化シリコン膜を30nmの厚さに堆積し、この酸化シ
リコン膜の上に塗布してパターニングしたフォトレジス
ト膜およびゲート電極6をマスクとして砒素イオンを加
速エネルギー70keV、ドーズ量5×1015cm-2
イオン注入し、ソース領域2,ドレイン領域3を形成す
る。次に、ソース領域2およびドレイン領域3の上に設
けたフォトレジスト膜をマスクとして、ボロンを加速エ
ネルギー30keV、ドーズ量1×1015cm-2でイオ
ン注入し、チャネル引出し電極9を形成する。次に、全
面に層間絶縁膜17を堆積し、900℃の窒素ガス雰囲
気中で30分間熱処理して注入不純物を活性化する。次
に、ソース領域2,ドレイン領域3,ゲート電極6,チ
ャンネル引出し電極9上の層間絶縁膜7のそれぞれに、
コンタクトホール15を形成した後、アルミニウム膜を
スパッタ法で堆積してパターニングしアルミニウム電極
8を形成して、水素アロイを行い薄膜トランジスタを完
成する。その後、基板温度350℃、RFパワー400
W、水素圧力1Torrの水素プラズマ中で水素化を施
し、多結晶シリコン膜のトラップ準位密度を低減させ
る。
As shown in FIGS. 1A and 1B, a polycrystalline silicon thin film having a thickness of 100 nm is formed on a silicon oxide film 1 provided on an insulating substrate or a silicon substrate.
This polycrystalline silicon film is formed by depositing an amorphous silicon film,
It was crystallized by heat treatment for 20 hours in a nitrogen gas atmosphere at 600 ° C. Next, this polycrystalline silicon thin film is selectively etched for element isolation, and a region including a source region, a drain region, a channel region, and a lead electrode from the channel region is patterned and formed.
Next, after depositing a gate oxide film 5 to a thickness of 100 nm on the surface including the patterned polycrystalline silicon thin film,
A polycrystalline silicon film is deposited thereon with a thickness of 400 nm to diffuse phosphorus to reduce the resistance of the polycrystalline silicon film, and then the polycrystalline silicon film is patterned to form a gate electrode 6. At the same time, after removing the gate oxide film 5 immediately below the gate electrode 6 by plasma etching,
A silicon oxide film is deposited to a thickness of 30 nm, the photoresist film patterned and applied on the silicon oxide film and the gate electrode 6 are used as masks for arsenic ions with an acceleration energy of 70 keV and a dose of 5 × 10 15 cm -2. Then, the source region 2 and the drain region 3 are formed by ion implantation. Next, using the photoresist film provided on the source region 2 and the drain region 3 as a mask, boron is ion-implanted at an acceleration energy of 30 keV and a dose amount of 1 × 10 15 cm −2 to form a channel extraction electrode 9. Next, an interlayer insulating film 17 is deposited on the entire surface and heat-treated for 30 minutes in a nitrogen gas atmosphere at 900 ° C. to activate the implanted impurities. Next, in each of the source region 2, the drain region 3, the gate electrode 6, and the interlayer insulating film 7 on the channel extraction electrode 9,
After forming the contact hole 15, an aluminum film is deposited by sputtering and patterned to form an aluminum electrode 8, and hydrogen alloying is performed to complete a thin film transistor. After that, the substrate temperature is 350 ° C. and the RF power is 400
Hydrogenation is performed in hydrogen plasma with W and hydrogen pressure of 1 Torr to reduce the trap level density of the polycrystalline silicon film.

【0019】図2(a),(b)は本発明の第1の実施
例の薄膜トランジスタと従来の薄膜トランジスタのドレ
イン電圧−ドレイン電流特性およびゲート電圧−ドレイ
ン電流特性を比較して示す特性図である。測定したトラ
ンジスタは、ゲート長8μm、ゲート幅2μmのN型の
もので、引出し電極の電位は0V、ゲート電圧は10V
とした。
FIGS. 2 (a) and 2 (b) are characteristic diagrams showing a comparison between the drain voltage-drain current characteristic and the gate voltage-drain current characteristic of the thin film transistor of the first embodiment of the present invention and the conventional thin film transistor. . The measured transistor is an N-type with a gate length of 8 μm and a gate width of 2 μm, the potential of the extraction electrode is 0 V, and the gate voltage is 10 V.
And

【0020】図2(a)に示すように、従来例の薄膜ト
ランジスタでは、ドレイン電圧が−15V以上のとき急
激にドレイン電流が増加し、寄生バイポーラによる耐圧
が低下しているが、本実施例のトランジスタは、ドレイ
ン電圧22V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−ドレイン
間耐圧が向上していることがわかる。これは、従来例で
は、ドレイン端で、インパクトイオン化により発生した
ホールが、チャネル領域に蓄積しているのに対し、本発
明の実施例では、チャネル領域のホールは、P型の導電
型を持つ引出し電極から流出しているためにチャネル内
のホール濃度が低減できて、寄生バイポーラ効果低減が
可能となったものと考えられる。引出し電極の位置を変
えて効果を調べたところ、引出し電極の位置がソース領
域近傍の場合が、オン電流等への影響が殆どなく、ま
た、耐圧向上の効果が最も大きいが、しかし、引出し電
極がドレイン側に近ずくにつれてオン電流、耐圧共に低
下する等の影響が大きくなった。これは、薄膜SOIト
ランジスタの場合、インパクトイオン化により発生した
ホールはソース近傍に蓄積される為であると考えられ
る。
As shown in FIG. 2A, in the thin film transistor of the conventional example, when the drain voltage is -15 V or more, the drain current sharply increases and the breakdown voltage due to the parasitic bipolar is lowered. It can be seen that in the transistor, a drastic increase in drain current is not seen up to a drain voltage of 22 V, the parasitic bipolar effect can be reduced, and the source-drain breakdown voltage is improved. This is because in the conventional example, holes generated by impact ionization are accumulated in the channel region at the drain end, whereas in the embodiment of the present invention, the holes in the channel region have P-type conductivity. It is considered that the concentration of holes in the channel can be reduced because it flows out from the extraction electrode, and the parasitic bipolar effect can be reduced. When the effect was investigated by changing the position of the extraction electrode, when the position of the extraction electrode was in the vicinity of the source region, there was almost no effect on the on-current and the effect of improving the breakdown voltage was greatest, but the extraction electrode However, the influences such as a decrease in both the on-current and the withstand voltage became larger as the voltage approached the drain side. This is considered to be because in the case of the thin film SOI transistor, holes generated by impact ionization are accumulated near the source.

【0021】以上の結果より、ソース近傍のチャネル領
域にホールを引き出すための導電型がP型の電極を設け
ることにより、薄膜トランジスタのオン電流等の諸特性
に影響する事なくソース−ドレイン間耐圧向上を図るこ
とが出来ることがわかる。
From the above results, the source-drain breakdown voltage can be improved without affecting various characteristics such as the on-current of the thin film transistor by providing the P-type electrode for drawing holes in the channel region near the source. You can see that you can.

【0022】また、図2(b)に示すように、引出し電
極をソース電極と同電位にする事により、しきい値が
0.5V程度上昇している。これは、従来の薄膜トラン
ジスタでは、ホールがチャネル領域へ蓄積されてチャネ
ル電位が上昇していることを示している。
Further, as shown in FIG. 2B, the threshold voltage is increased by about 0.5 V by making the extraction electrode the same potential as the source electrode. This indicates that in the conventional thin film transistor, holes are accumulated in the channel region and the channel potential rises.

【0023】図3は本発明の第2の実施例を示す平面図
である。第1の実施例で引出し電極に独立の電位を印加
しない場合は、図3に示すように、N型のソース領域2
の両側に接してP型領域13を形成し、アルミニウム電
極8で両領域を接続する構造にしてもよい。
FIG. 3 is a plan view showing a second embodiment of the present invention. When an independent potential is not applied to the extraction electrode in the first embodiment, as shown in FIG.
Alternatively, the P-type region 13 may be formed in contact with both sides of the above, and both regions may be connected by the aluminum electrode 8.

【0024】図4(a),(b)は本発明の第3の実施
例を示す平面図およびB−B′線断面図である。
4 (a) and 4 (b) are a plan view and a sectional view taken along line BB 'of the third embodiment of the present invention.

【0025】図4(a),(b)に示すように、絶縁基
板又はシリコン基板上に設けた酸化シリコン膜1の上に
ボロンを1×1020cm-2導入した非晶質シリコン膜を
100nmの厚さに堆積し、900℃の熱処理で結晶化
し、パターニングして導電型がP型のチャネル引出し電
極9を形成する。次に、その上に第1の実施例と同様の
方法で多結晶シリコン膜を形成し、パターニングして素
子形成領域を分離する。次に、素子形成領域を含む表面
にゲート酸化膜5を堆積し、この上にゲート電極6を形
成し、ゲート電極6直下以外のゲート酸化膜5をエッチ
ングした後改めて酸化シリコン膜を30nmの厚さに堆
積し、ゲート電極6をマスクとして砒素を加速エネルギ
ー70keV、ドーズ量5×1015cm-2でイオン注入
しソース領域2、ドレイン領域3を形成した。次に、層
間絶縁膜7を堆積し、850℃の窒素ガス雰囲気中で熱
処理してソース,ドレイン領域に注入された不純物を活
性化し、アルミニウム電極8を形成し、水素アロイを行
った。その後、第1の実施例と同様に水素化した。
As shown in FIGS. 4A and 4B, an amorphous silicon film in which boron is introduced at 1 × 10 20 cm -2 is formed on the silicon oxide film 1 provided on an insulating substrate or a silicon substrate. It is deposited to a thickness of 100 nm, crystallized by heat treatment at 900 ° C., and patterned to form a channel extraction electrode 9 having a P conductivity type. Then, a polycrystalline silicon film is formed thereon by the same method as that of the first embodiment and is patterned to separate the element formation region. Next, a gate oxide film 5 is deposited on the surface including the element formation region, a gate electrode 6 is formed on the gate oxide film 5, and the gate oxide film 5 other than immediately below the gate electrode 6 is etched. Then, using the gate electrode 6 as a mask, arsenic was ion-implanted at an acceleration energy of 70 keV and a dose of 5 × 10 15 cm −2 to form a source region 2 and a drain region 3. Next, an interlayer insulating film 7 was deposited and heat-treated in a nitrogen gas atmosphere at 850 ° C. to activate the impurities implanted in the source and drain regions, form an aluminum electrode 8 and perform hydrogen alloying. After that, hydrogenation was performed as in the first example.

【0026】本実施例によると、第1の実施例とほぼ同
様に寄生バイポーラ効果の低減ができ、ソース−ドレイ
ン間耐圧が向上する。また、第1の実施例の方法では、
引出し電極はチャネル領域の側面に接しているだけなの
で、ゲート幅が大きい場合、ホールが十分にソース端か
ら引き出し電極へ抜き出されず、寄生バイポーラ低減の
効果が小さくなった。しかし、本実施例では、チャネル
引出し電極9がチャネルのすべての領域と接続されてい
るので、ゲート幅に関係なく寄生バイポーラの低減がで
きるという効果がある。
According to this embodiment, the parasitic bipolar effect can be reduced and the withstand voltage between the source and the drain can be improved almost similarly to the first embodiment. Further, in the method of the first embodiment,
Since the extraction electrode is only in contact with the side surface of the channel region, when the gate width is large, the holes are not sufficiently extracted from the source end to the extraction electrode, and the effect of reducing the parasitic bipolar becomes small. However, in this embodiment, since the channel extraction electrode 9 is connected to all the regions of the channel, there is an effect that the parasitic bipolar can be reduced regardless of the gate width.

【0027】図5(a),(b)は本発明の第4の実施
例の製造方法を説明するための工程順に示した断面図で
ある。
5 (a) and 5 (b) are sectional views showing the order of steps for explaining the manufacturing method of the fourth embodiment of the present invention.

【0028】まず、図5(a)に示すように、下地の酸
化シリコン膜1の上に多結晶シリコン膜を250nmの
厚さに形成し、素子分離のために多結晶シリコン膜をパ
ターニングした後、ゲート酸化膜5,ゲート電極6を形
成する。次に、ゲート電極6直下のゲート酸化膜5を除
去後、新たに酸化シリコン膜を30nmの厚さに堆積
し、フォトレジスト膜をマスクとしてソース領域形成部
のみにボロンを加速エネルギー80keV、ドーズ量2
×1014cm-2でイオン注入し、ソース領域形成部の下
部にP型層13を形成する。次に、フォトレジスト膜を
除去した後、リンを加速エネルギー40keV、ドーズ
量1×1013cm-2でイオン注入し、低濃度N型領域1
1を形成する。次に、ゲート電極6の側面に膜厚200
nmの側壁膜10を形成し、これをマスクとして砒素を
加速エネルギー50keV、ドーズ量5×1015cm-2
でイオン注入し、N型のドレイン領域3および下層にP
型領域13を持つN型のソース領域2を形成する。
First, as shown in FIG. 5A, a polycrystalline silicon film having a thickness of 250 nm is formed on the underlying silicon oxide film 1, and the polycrystalline silicon film is patterned for element isolation. , A gate oxide film 5 and a gate electrode 6 are formed. Next, after removing the gate oxide film 5 immediately below the gate electrode 6, a silicon oxide film is newly deposited to a thickness of 30 nm, and the acceleration energy of boron is 80 keV and the dose amount is used only in the source region forming portion with the photoresist film as a mask. Two
Ions are implanted at × 10 14 cm -2 to form the P-type layer 13 under the source region forming portion. Next, after removing the photoresist film, phosphorus is ion-implanted at an acceleration energy of 40 keV and a dose amount of 1 × 10 13 cm −2 to form a low concentration N-type region 1.
1 is formed. Next, a film thickness of 200 is formed on the side surface of the gate electrode 6.
nm side wall film 10 is formed, and arsenic is used as a mask for accelerating energy of 50 keV and a dose of 5 × 10 15 cm -2.
And ion implantation is performed to form P on the N type drain region 3 and the lower layer.
An N type source region 2 having a mold region 13 is formed.

【0029】次に、図5(b)に示すように、酸化シリ
コン膜を除去して、全面にチタン膜をスパッタで堆積
し、窒素ガス中で700℃程度の急速熱処理を20秒程
度行なうことにより、ソース領域2,ドレイン領域3,
多結晶シリコン膜からなるゲート電極6の表面をそれぞ
れシリサイド化し、ソース領域下層のP型領域13に達
するシリサイド層14a,ドレイン領域3上のシリサイ
ド層14b,ゲート電極6上のシリサイド層14cをぞ
れぞれ形成する。次に、未反応のチタン膜を除去する。
このシリサイド化の工程により、ソース領域、ドレイン
領域が低抵抗化でき、また、P型領域13の電位をソー
ス領域と同電位にできる。その後、層間絶縁膜7を形成
し、750℃で熱処理して不純物の活性化を行い、アル
ミニウム電極8を形成した後、第1の実施例と同様に、
水素アロイを行い、水素化した。
Next, as shown in FIG. 5B, the silicon oxide film is removed, a titanium film is deposited on the entire surface by sputtering, and a rapid thermal treatment at about 700 ° C. is performed in nitrogen gas for about 20 seconds. The source region 2, the drain region 3,
The surface of the gate electrode 6 made of a polycrystalline silicon film is silicidized to form a silicide layer 14a reaching the P-type region 13 under the source region, a silicide layer 14b on the drain region 3 and a silicide layer 14c on the gate electrode 6, respectively. Form each. Next, the unreacted titanium film is removed.
By this silicidation process, the resistance of the source region and the drain region can be reduced, and the potential of the P-type region 13 can be made equal to that of the source region. After that, the interlayer insulating film 7 is formed, the heat treatment is performed at 750 ° C. to activate the impurities, and the aluminum electrode 8 is formed. Then, similarly to the first embodiment,
It was hydrogenated by hydrogen alloying.

【0030】本実施例によると、第1の実施例と同様の
寸法の薄膜トランジスタで、ソース−ドレイン間の耐圧
は、−15Vから−25Vに向上した。これは、LDD
構造によりドレイン端近傍の電界が緩和でき、更にソー
ス領域下部のP型層により、チャネル領域内のホール濃
度を低減できた為だと考えられる。
According to this embodiment, the withstand voltage between the source and the drain is improved from -15V to -25V in the thin film transistor having the same size as that of the first embodiment. This is LDD
It is considered that this is because the electric field near the drain edge can be relaxed by the structure, and the P-type layer below the source region can reduce the hole concentration in the channel region.

【0031】図6は本発明の第5の実施例を示す断面図
である。
FIG. 6 is a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.

【0032】図6に示すように、下地の酸化シリコン膜
1の上に多結晶シリコン膜を100nmの厚さに堆積
し、リンを拡散して低抵抗化した後、パターニングして
ゲート電極6を形成する。ゲート電極6を含む表面にゲ
ート酸化膜5を堆積し、多結晶シリコン膜を100nm
の厚さに形成し、パターニングして素子形成領域を分離
する。次に、酸化シリコン膜を30nmの厚さに堆積し
た後に、酸化シリコン膜の上に選択的に形成したフォト
レジスト膜をマスクとして、砒素を加速エネルギー30
keV、ドーズ量5×1015cm-2でイオン注入し、ソ
ース領域2、ドレイン領域3およびチャネル領域4を形
成する。次に、チャネル領域4の一部及びソース領域2
の一部に、フォトレジスト膜をマスクとしてBF2 を加
速エネルギー20keV、ドーズ量1×1015cm-2
イオン注入して、ソース領域2の上層にP型領域13を
形成する。次に、全面に層間絶縁膜7を堆積し、600
℃の窒素ガス雰囲気中で20時間熱処理し、不純物の活
性化を行った。次に、層間絶縁膜7に設けたコンタクト
ホールを介してソース領域2、P型領域13、ドレイン
領域3、ゲート電極6のそれぞれに接続するアルミニウ
ム電極8を形成し、その後、水素アロイを行い、第1の
実施例と同様に水素化した。
As shown in FIG. 6, a polycrystalline silicon film is deposited to a thickness of 100 nm on the underlying silicon oxide film 1, phosphorus is diffused to reduce the resistance, and then patterned to form the gate electrode 6. Form. A gate oxide film 5 is deposited on the surface including the gate electrode 6, and a polycrystalline silicon film is deposited to 100 nm.
And the device forming region is separated by patterning. Next, after depositing a silicon oxide film with a thickness of 30 nm, arsenic is used as acceleration energy 30 with the photoresist film selectively formed on the silicon oxide film as a mask.
Ion implantation is performed with keV and a dose amount of 5 × 10 15 cm −2 to form a source region 2, a drain region 3 and a channel region 4. Next, a part of the channel region 4 and the source region 2
Then, BF 2 is ion-implanted into a part of the source region 2 at an acceleration energy of 20 keV and a dose amount of 1 × 10 15 cm −2 using the photoresist film as a mask to form a P-type region 13 in the upper layer of the source region 2. Next, an interlayer insulating film 7 is deposited on the entire surface, and 600
The impurities were activated by performing heat treatment for 20 hours in a nitrogen gas atmosphere at 0 ° C. Next, an aluminum electrode 8 connected to each of the source region 2, the P-type region 13, the drain region 3 and the gate electrode 6 through a contact hole provided in the interlayer insulating film 7 is formed, and then hydrogen alloying is performed, It was hydrogenated as in the first example.

【0033】本実施例は、第1,第2,第3の実施例と
同様に寄生バイポーラが低減でき、第3,第4の実施例
に比べてプロセスが簡略化できる利点をもつ。
This embodiment has the advantage that the parasitic bipolar can be reduced as in the first, second and third embodiments and the process can be simplified as compared with the third and fourth embodiments.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上述べたように、本発明は、ソース,
ドレイン領域の導電型と異なる導電型の電極がソース領
域近傍のチャネル領域に接続されていること、また、ソ
ース,ドレインの領域の導電型と異なる導電型の電極
が、ソース領域からソース領域近傍のチャネル領域にわ
たる領域の上部,下部,側面部あるいはそれらを2個所
以上含む場所に接続されていること、または、ソース領
域からチャネル領域にわたる領域の上層部あるいは下層
部に、ソース,ドレイン領域の導電型と異なる導電型の
層を有することにより、ソース−ドレイン間耐圧が向上
できるという効果を有する。
As described above, according to the present invention, the source,
An electrode having a conductivity type different from that of the drain region is connected to the channel region near the source region, and an electrode having a conductivity type different from that of the source and drain regions is located between the source region and the source region. Connected to the top, bottom, side surfaces of the region extending over the channel region or at a place including two or more of them, or the conductivity type of the source and drain regions in the upper or lower layer region extending over the source region to the channel region. Having a layer of a conductivity type different from that has an effect that the breakdown voltage between the source and the drain can be improved.

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

【図1】本発明の第1の実施例を示す平面図およびA−
A′線断面図。
FIG. 1 is a plan view and A- showing a first embodiment of the present invention.
A'line sectional drawing.

【図2】本発明の第1の実施例と従来例のドレイン電圧
−ドレイン電流特性およびゲート電圧−ドレイン電流特
性を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing drain voltage-drain current characteristics and gate voltage-drain current characteristics of the first embodiment of the present invention and a conventional example.

【図3】本発明の第2の実施例を示す平面図。FIG. 3 is a plan view showing a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施例を示す平面図およびB−
B′線断面図。
FIG. 4 is a plan view and B- showing a third embodiment of the present invention.
B'line sectional drawing.

【図5】本発明の第4の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順に示した断面図。
5A to 5C are cross-sectional views showing the manufacturing process of the fourth embodiment of the present invention in the order of steps for explaining the manufacturing method.

【図6】本発明の第5の実施例を示す断面図。FIG. 6 is a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.

【図7】従来の薄膜トランジスタの一例を示す断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of a conventional thin film transistor.

【図8】従来の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図。
FIG. 8 is a diagram showing drain voltage-drain current characteristics of a conventional thin film transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 酸化シリコン膜 2 ソース領域 3 ドレイン領域 4 チャネル領域 5 ゲート酸化膜 6 ゲート電極 7 層間絶縁膜 8 アルミニウム電極 9 チャネル引出し電極 10 側壁膜 11 低濃度N型領域 13 P型領域 14a,14b,14c シリサイド層 15 コンタクトホール 1 Silicon Oxide Film 2 Source Region 3 Drain Region 4 Channel Region 5 Gate Oxide Film 6 Gate Electrode 7 Interlayer Insulating Film 8 Aluminum Electrode 9 Channel Extraction Electrode 10 Sidewall Film 11 Low Concentration N-type Region 13 P-type Region 14a, 14b, 14c Silicide Layer 15 Contact hole

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁基板又は絶縁膜上に設けた多結晶シ
リコン膜を能動層とする薄膜トランジスタにおいて、ソ
ース領域および前記ソース領域に隣接するチャネル領域
に接して設けた前記ソース領域と反対導電型を有する引
出し電極を備えたことを特徴とする薄膜トランジスタ。
1. In a thin film transistor having an insulating substrate or a polycrystalline silicon film provided on an insulating film as an active layer, a conductivity type opposite to that of the source region provided in contact with a source region and a channel region adjacent to the source region is provided. A thin film transistor comprising the extraction electrode having the above.
【請求項2】 引出し電極がソース領域および前記ソー
ス領域に隣接するチャネル領域の上部,下部又は側面部
のいずれかあるいはそれらの少くとも2個所を含む領域
に接して形成される請求項1記載の薄膜トランジスタ。
2. The extraction electrode is formed in contact with any one of an upper portion, a lower portion and a side surface portion of a source region and a channel region adjacent to the source region, or a region including at least two portions thereof. Thin film transistor.
【請求項3】 ドレイン領域がオフセット構造又はLD
D構造を有する請求項1又は請求項2記載の薄膜トラン
ジスタ。
3. The drain region is an offset structure or LD
The thin film transistor according to claim 1, which has a D structure.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997002604A1 (en) * 1995-06-30 1997-01-23 Nkk Corporation Semiconductor device and its manufacture
US6225665B1 (en) 1999-01-11 2001-05-01 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device having multiple source regions

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