JPH06275835A - Thin-film transistor - Google Patents

Thin-film transistor

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Publication number
JPH06275835A
JPH06275835A JP5894993A JP5894993A JPH06275835A JP H06275835 A JPH06275835 A JP H06275835A JP 5894993 A JP5894993 A JP 5894993A JP 5894993 A JP5894993 A JP 5894993A JP H06275835 A JPH06275835 A JP H06275835A
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JP
Japan
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region
thin film
groove
polycrystalline silicon
insulating film
Prior art date
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Pending
Application number
JP5894993A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyoshi Aso
浩由 麻生
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a thin-film transistor of low leakage and high breakdown voltage, which can be manufactured with a simple process. CONSTITUTION:The title transistor is a top-gate type thin-film transistor and includes silicon substrate 10, an insulation film 11 formed on the silicon substrate 10, and polycrystalline silicon semiconductor layer 12 formed on the insulation film 11 and then a groove with a trapezoid section forming a step where a side wall is inclined is formed on the surface of the polycrystalline silicon semiconductor layer 12. Then, with the film thickness of the polycrystalline silicon semiconductor layer 12, the side wall part which is an offset region 33 is thicker than the bottom part of a groove which is a channel region 32 and regions other than the grooves which are source/drain regions 30 and 31 are thicker than the side wall part.

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、特に
トップゲート型薄膜トランジスタの構造の改良に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in the structure of a thin film transistor, particularly a top gate type thin film transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来シリコン基板上に絶縁用の酸化膜を
形成して、その絶縁膜上に薄膜トランジスタ(TFT)
が形成されたシリコンオンインシュレータ層(SOI
層)を有する半導体集積回路が知られている。このよう
に形成される薄膜トランジスタの一例が図3に示され
る。図3において、ゲート電極14が絶縁膜11上に形
成され、ゲート電極14上にはゲート絶縁膜13を介し
て多結晶シリコン半導体層12が形成され、多結晶シリ
コン半導体層12内にソース/ドレイン領域30、3
1、チャンネル領域32及びオフセット領域33が作り
込まれ、薄膜トランジスタ、いわゆるボトムゲート型構
造薄膜トランジスタが形成されている。ここで一般にオ
フセット領域33、すなわちソース/ドレイン領域3
0、31と同じ導電型でソース/ドレイン領域30,3
1より不純物濃度が低い領域は、通常のMOSトランジ
スタに用いられる場合と同様に、ドレイン端における電
界集中を緩和して、素子のリーク電流の抑制し、さらに
ドレイン耐圧を向上させるために用いられる。
2. Description of the Related Art Conventionally, an insulating oxide film is formed on a silicon substrate, and a thin film transistor (TFT) is formed on the insulating film.
Silicon-on-insulator layer (SOI
Semiconductor integrated circuits having layers) are known. An example of the thin film transistor thus formed is shown in FIG. In FIG. 3, a gate electrode 14 is formed on the insulating film 11, a polycrystalline silicon semiconductor layer 12 is formed on the gate electrode 14 via a gate insulating film 13, and a source / drain is formed in the polycrystalline silicon semiconductor layer 12. Area 30, 3
1, the channel region 32 and the offset region 33 are formed to form a thin film transistor, that is, a so-called bottom gate type thin film transistor. Here, in general, the offset region 33, that is, the source / drain region 3
Source / drain regions 30, 3 having the same conductivity type as 0, 31
The region where the impurity concentration is lower than 1 is used for relaxing the electric field concentration at the drain end, suppressing the leak current of the device, and further improving the drain breakdown voltage, as in the case of being used for a normal MOS transistor.

【0003】多結晶シリコン半導体層12を形成する技
術としては、特開昭62−8572号公報に開示された
ものがある。すなわち、シリコン基板上に形成された絶
縁層の上にSOI層となる非晶質シリコン層を形成し、
それに対して図の矢印の方向から中性のシリコンイオン
注入を施して不純物濃度差を生じさせ、固相再結晶化を
促進して結晶粒径を大きくし、チャンネルの移動度を大
きくするといった技術である。
A technique for forming the polycrystalline silicon semiconductor layer 12 is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-8572. That is, an amorphous silicon layer to be an SOI layer is formed on an insulating layer formed on a silicon substrate,
On the other hand, a technique of implanting neutral silicon ions from the direction of the arrow in the figure to cause a difference in impurity concentration, promoting solid-phase recrystallization, increasing the crystal grain size, and increasing the channel mobility. Is.

【0004】図4には、上記技術に基ずくSOI層の固
相再結晶化の手段が示される。固相再結晶化前に、LP
−CVD法により成膜した多結晶シリコン15に対し、
レジストマスクを用いて2回中性のシリコンイオン注入
を行い、不純物の高濃度領域23と低濃度領域24とを
形成する。高濃度領域23と低濃度領域24とはイオン
注入により非晶質化されている。次にアニール処理を施
し固相成長させる。このとき不純物濃度の低い領域24
は高い領域23に比べて結晶成長の速度が早く、また前
述の通り一度非晶質化されているので、通常の再結晶工
程の結晶粒径より大きな粒径の結晶が得られる。低濃度
領域24の大きな結晶粒径を種(シード)として、横方
向固相成長により一層大きく高濃度領域23の結晶粒径
を成長させることができる。
FIG. 4 shows a means for solid phase recrystallization of an SOI layer based on the above technique. LP before solid phase recrystallization
-For polycrystalline silicon 15 formed by the CVD method,
Neutral silicon ion implantation is performed twice using a resist mask to form a high-concentration impurity region 23 and a low-concentration region 24. The high concentration region 23 and the low concentration region 24 are made amorphous by ion implantation. Next, an annealing process is performed to perform solid phase growth. At this time, the region 24 having a low impurity concentration
The crystal growth rate is higher than that in the high region 23, and since it is once amorphized as described above, crystals having a grain size larger than the grain size in the normal recrystallization step can be obtained. Using the large crystal grain size of the low concentration region 24 as a seed, the crystal grain size of the high concentration region 23 can be grown larger by lateral solid phase growth.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のボトム
ゲート型構造薄膜トランジスタにおいては、ソース/ド
レイン領域30、31、チャンネル領域32及びオフセ
ット領域33を形成する際に、不純物混入工程が2回必
要となるので、薄膜トランジスタ形成プロセスで用いる
マスク枚数が2つ必要となる。すなわち、図3におい
て、まず1つ目のフォトレジストマスク21を用いて多
結晶シリコン半導体層内に低濃度のイオン注入を施し、
さらに2つ目のフォトレジストマスク22を用いて同一
不純物種で前述のイオン注入時より高濃度のイオン注入
を施して、最終的にソース/ドレイン領域30、31、
チャンネル領域32及びオフセット領域33が形成され
る。従って、マスク枚数が多い分、薄膜トランジスタの
製造工程が複雑になるという問題がある。
However, in the above-mentioned bottom gate type thin film transistor, the impurity mixing step is required twice when forming the source / drain regions 30, 31, the channel region 32 and the offset region 33. Therefore, two masks are required to be used in the thin film transistor formation process. That is, in FIG. 3, first, low-concentration ion implantation is performed in the polycrystalline silicon semiconductor layer using the first photoresist mask 21,
Further, the second photoresist mask 22 is used to perform ion implantation with the same impurity species at a higher concentration than that at the time of the above-mentioned ion implantation, and finally the source / drain regions 30, 31,
A channel area 32 and an offset area 33 are formed. Therefore, there is a problem that the manufacturing process of the thin film transistor becomes complicated due to the large number of masks.

【0006】また、図3に示されるように、オフセット
領域33に90度の段差が存在する場合、イオン注入方
向に対するその段差部の膜厚が他の領域の膜厚より厚く
なるので、その不純物プロファイルが均一でなくなると
いう問題もある。
Further, as shown in FIG. 3, when there is a step of 90 degrees in the offset region 33, the film thickness of the step portion in the ion implantation direction becomes thicker than the film thickness of other regions, so that the impurities are There is also a problem that the profile is not uniform.

【0007】すなわち、段差部の膜厚が平坦面上より厚
いため、垂直下方向にいくほど不純物濃度が薄くなる。
それにより、平坦面上より抵抗値が大きくなり、ドレイ
ン電流(オン電流)増加にマイナスとなる。
That is, since the film thickness of the step portion is thicker than that on the flat surface, the impurity concentration becomes lower in the vertically downward direction.
As a result, the resistance value becomes larger than that on the flat surface, and the increase in the drain current (ON current) becomes negative.

【0008】さらに、多結晶半導体層の膜厚が全体にわ
たって均一である場合、リーク電流及び素子のスイッチ
ング特性改善のために有効であるとされるSOI層の薄
膜化により、ソース/ドレイン領域30、31、オフセ
ット領域33も薄膜化されるので、オフセット領域33
だけではドレイン端での電界集中を緩和できず、素子の
耐圧が低下するという問題もある。
Further, when the thickness of the polycrystalline semiconductor layer is uniform over the entire surface, the source / drain regions 30 are reduced by thinning the SOI layer, which is considered effective for improving the leakage current and the switching characteristics of the device. 31 and the offset region 33 are also thinned, the offset region 33
There is also a problem that the electric field concentration at the drain end cannot be alleviated only by itself, and the breakdown voltage of the device is lowered.

【0009】次に、図4に示される不純物濃度差を利用
しての固相成長に関して考察すると、まず2回のシリコ
ンイオン注入が実際の薄膜トランジスタ形成プロセスの
簡略化に反しているという問題がある。
Next, considering solid phase growth using the impurity concentration difference shown in FIG. 4, there is a problem that the two silicon ion implantations are contrary to the simplification of the actual thin film transistor forming process. .

【0010】またチャンネル領域へのシリコンイオンの
高濃度注入による結晶欠陥の増加も考えられ、少なくと
もそれは後々の薄膜トランジスタのID −VG (ドレイ
ン電流−ゲート電圧)特性にマイナスの効果をもたらす
という問題もある。すなわちチャネル領域の結晶欠陥の
増加で、モビリティの減少、サブスレッショナルド特性
の劣化(サブスレッショナルド係数が大きくなる)、G
mの減少等のマイナス面が出てくる。
It is also conceivable that the crystal defects increase due to the high-concentration implantation of silicon ions into the channel region, which at least causes a negative effect on the I D -V G (drain current-gate voltage) characteristics of the thin film transistor later. There is also. That is, an increase in crystal defects in the channel region reduces mobility, deteriorates subthresholded characteristics (subthresholded coefficient increases), G
The negative side such as the decrease of m comes out.

【0011】本発明は上記従来の課題に鑑みなされたも
のであり、その目的は、素子動作時の低リーク電流化、
高耐圧化を達成でき、簡単な工程で製造できる薄膜トラ
ンジスタを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to reduce the leak current during the operation of the device,
An object of the present invention is to provide a thin film transistor that can achieve high breakdown voltage and can be manufactured by a simple process.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、チャンネル領域上に形成されたゲート絶
縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を
備えた薄膜トランジスタであって、表面に断面台形で底
部が狭まった溝が形成されたシリコン基板と、シリコン
基板上に形成され、前述の溝の上に、さらに断面台形で
底部が狭まった溝を形成する絶縁膜と、この絶縁膜上に
形成され、多結晶シリコンからなる半導体薄膜と、を含
み、この絶縁膜が形成する溝以外の領域に形成された半
導体薄膜がソース領域及びドレイン領域を形成し、絶縁
膜が形成する溝の側壁に形成された半導体薄膜が、ソー
ス領域及びドレイン領域を形成する半導体薄膜の膜厚よ
り薄い膜厚を有し、そのソース領域及びドレイン領域と
同じ導電型のオフセット領域を形成し、絶縁膜が形成す
る溝の底部に形成された半導体薄膜が、オフセット領域
を形成する半導体薄膜の膜厚より薄い膜厚を有し、不純
物を含まないチャンネル領域を形成することを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, the present invention provides a thin film transistor having a gate insulating film formed on a channel region and a gate electrode formed on the gate insulating film. And a silicon substrate having a groove with a trapezoidal cross section and a narrowed bottom, and an insulating film formed on the silicon substrate and having a trapezoidal cross section with a narrowed bottom. A semiconductor thin film formed on the insulating film and made of polycrystalline silicon, the semiconductor thin film formed in a region other than the groove formed by the insulating film forms a source region and a drain region, and the insulating film is The semiconductor thin film formed on the side wall of the groove to be formed has a film thickness smaller than that of the semiconductor thin film forming the source region and the drain region, and has the same conductivity type as the source region and the drain region. The semiconductor thin film formed on the bottom of the groove forming the gate region and forming the insulating film has a thickness smaller than that of the semiconductor thin film forming the offset region, and forms a channel region containing no impurities. It is characterized by

【0013】[0013]

【作用】上記構成によれば、絶縁膜が形成する溝の断面
が台形なので、その側壁が斜めの段差を形成しており、
この上に形成される半導体薄膜も斜めの段差を形成して
いるので、結晶核の発生位置をこの段差部に集中させて
結晶成長を促進し、多結晶シリコンからなる半導体薄膜
の結晶粒径を大きくできる。
According to the above structure, since the cross section of the groove formed by the insulating film is trapezoidal, the side wall thereof forms an oblique step,
Since the semiconductor thin film formed on this also has an oblique step, the generation position of crystal nuclei is concentrated on this step to promote crystal growth and to reduce the crystal grain size of the semiconductor thin film made of polycrystalline silicon. Can be made bigger.

【0014】つまり、一般に平坦状の非晶質半導体膜を
固相結晶化した場合には、結晶核の発生は位置によらず
面内均一である。しかしパターン付きの場合、特に段差
を有する非晶質シリコン膜を結晶化アニールすると、平
坦面上よりも段差部に集中して結晶核が発生しやすく、
そのため段差部結晶粒の成長が促進され、粒径が平坦状
のものより大きくなる。
That is, in general, when a flat amorphous semiconductor film is solid-phase crystallized, the generation of crystal nuclei is uniform in the plane regardless of the position. However, in the case of having a pattern, particularly when the amorphous silicon film having a step is annealed for crystallization, crystal nuclei are likely to be concentrated in the step portion rather than on the flat surface,
Therefore, the growth of the crystal grains in the step portion is promoted, and the grain size becomes larger than that of the flat grain.

【0015】このため、チャンネルのキャリア移動度の
向上やリーク電流を抑えた素子を形成できる。
Therefore, it is possible to form an element in which the carrier mobility of the channel is improved and the leak current is suppressed.

【0016】またチャンネル領域の上にゲート電極が形
成されたトップゲート構造であって、多結晶シリコンか
らなる半導体薄膜の膜厚に分布を設けたので、イオン注
入工程が1回で済み、自己整合的にソース/ドレイン領
域、チャンネル領域及びオフセット領域を形成できる。
Further, in the top gate structure in which the gate electrode is formed on the channel region, and the distribution of the film thickness of the semiconductor thin film made of polycrystalline silicon is provided, the ion implantation process is required only once, and self-alignment is performed. Source / drain regions, channel regions and offset regions can be formed.

【0017】さらに多結晶シリコンからなる半導体薄膜
の膜厚分布により、ドレイン耐圧が向上し、リーク電流
が抑制される。
Further, due to the thickness distribution of the semiconductor thin film made of polycrystalline silicon, the drain breakdown voltage is improved and the leak current is suppressed.

【0018】つまりチャネル領域、ソース/ドレイン領
域、オフセット領域のそれぞれの膜厚をT1,T2,T
3とすると、膜厚分布はT1<T3<T2となる。従っ
てソース/ドレイン領域の薄膜化を行わないことによる
ドレイン端の電界集中の抑制と、さらに段差部の半導体
層(オフセット領域)の薄膜化との2点によりドレイン
耐圧を向上させることができる。
That is, the film thicknesses of the channel region, the source / drain region and the offset region are T1, T2 and T, respectively.
When it is set to 3, the film thickness distribution is T1 <T3 <T2. Therefore, the drain breakdown voltage can be improved by the two points of suppressing the electric field concentration at the drain end by not thinning the source / drain region and further thinning the semiconductor layer (offset region) at the step portion.

【0019】また上記オフセット部の薄膜化による電界
緩和と、オフセット領域よりチャネル領域の膜厚を薄く
したことにより、トランジスタオフ時に発生するリーク
電流を抑制できる。
Further, by relaxing the electric field due to the thinning of the offset portion and by making the thickness of the channel region thinner than that of the offset region, it is possible to suppress the leak current generated when the transistor is turned off.

【0020】またチャネル領域の薄膜化により、素子動
作時に該領域が完全に空乏化することでスイッチング特
性が向上する(立ち上がりの傾きが急になる)という効
果もある。
Further, the thinning of the channel region has the effect that the region is completely depleted during the operation of the device, so that the switching characteristics are improved (the rising slope becomes steep).

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】図1には、本発明に係る薄膜トランジスタ
の実施例の断面が示され、前述した図3、図4における
従来例と同一部材には同一符号を付して説明を省略す
る。図1においては、シリコン基板10上に絶縁膜11
と半導体薄膜としての多結晶シリコン半導体層12とが
この順番に形成されている。
FIG. 1 shows a cross section of an embodiment of a thin film transistor according to the present invention. The same members as those in the conventional example shown in FIGS. 3 and 4 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In FIG. 1, the insulating film 11 is formed on the silicon substrate 10.
And a polycrystalline silicon semiconductor layer 12 as a semiconductor thin film are formed in this order.

【0023】シリコン基板10には、断面台形で底部が
狭まった溝が形成されている。従ってこの溝の側壁は、
溝が形成されていないシリコン基板10の領域の表面と
鈍角に交差して斜め段差を形成し、またこの溝はシリコ
ン基板10の上記表面とほぼ平行な底部を有している。
A groove having a trapezoidal cross section and a narrow bottom is formed on the silicon substrate 10. Therefore, the side wall of this groove is
An oblique step is formed by intersecting an obtuse angle with the surface of the region of the silicon substrate 10 where the groove is not formed, and the groove has a bottom portion substantially parallel to the surface of the silicon substrate 10.

【0024】絶縁膜11はシリコン基板10の表面を覆
っているので、上記溝の上の領域では、やはり同様の形
状の溝を形成する。このため、絶縁膜11の上に形成さ
れる多結晶シリコン半導体層12も、上記溝の領域では
溝以外の表面と鈍角に交差する側壁と、その表面とほぼ
平行な底部と、を有している。そして、溝以外の領域に
形成された多結晶シリコン半導体層12はソース/ドレ
イン領域30、31を形成し、側壁に形成された多結晶
シリコン半導体層12はオフセット領域33を形成し、
底部に形成された多結晶シリコン半導体層12はチャン
ネル領域32を形成している。
Since the insulating film 11 covers the surface of the silicon substrate 10, a groove of the same shape is formed in the region above the groove. Therefore, the polycrystalline silicon semiconductor layer 12 formed on the insulating film 11 also has a sidewall that intersects the surface other than the groove at an obtuse angle in the groove region and a bottom portion that is substantially parallel to the surface. There is. The polycrystalline silicon semiconductor layer 12 formed in the region other than the trench forms the source / drain regions 30 and 31, and the polycrystalline silicon semiconductor layer 12 formed in the side wall forms the offset region 33.
The polycrystalline silicon semiconductor layer 12 formed on the bottom portion forms a channel region 32.

【0025】ソース/ドレイン領域30、31の膜厚は
オフセット領域33の膜厚より厚く、オフセット領域3
3の膜厚はチャンネル領域32の膜厚より厚い。これに
より、本発明の特徴の一つである、ドレイン端での電界
集中の緩和が図られ、ドレイン耐圧の向上及びリーク電
流の抑制が可能となる。また、チャンネル領域32の膜
厚を、チャンネルが素子動作時に完全に空乏化するよう
な膜厚に設定すれば、素子のスイッチング特性を向上さ
せることができる。
The thickness of the source / drain regions 30 and 31 is larger than that of the offset region 33, and the offset region 3
The film thickness of 3 is thicker than that of the channel region 32. This alleviates the electric field concentration at the drain end, which is one of the features of the present invention, and makes it possible to improve the drain breakdown voltage and suppress the leak current. Further, if the film thickness of the channel region 32 is set so that the channel is completely depleted during the operation of the device, the switching characteristics of the device can be improved.

【0026】チャンネル領域32の上にはゲート酸化膜
13が形成され、ゲート酸化膜13の上にはゲート電極
14が形成されて、トップゲート構造となっている。
A gate oxide film 13 is formed on the channel region 32, and a gate electrode 14 is formed on the gate oxide film 13 to form a top gate structure.

【0027】次に図2には、図1に示された素子構造を
形成する工程が示される。
Next, FIG. 2 shows a step of forming the device structure shown in FIG.

【0028】工程(a)では、(100)の結晶方位面
を有するp型シリコン単結晶基板10に、反応性イオン
エッチングを施して前述の溝を形成する。この溝の深さ
は200nm程度であり、溝の側壁は、本発明の特徴の
1つである斜め段差を形成している。
In the step (a), the p-type silicon single crystal substrate 10 having the (100) crystal orientation plane is subjected to reactive ion etching to form the above-mentioned groove. The depth of this groove is about 200 nm, and the side wall of the groove forms an oblique step which is one of the features of the present invention.

【0029】工程(b)では、上記基板上に950℃の
ウエット酸化により、300nmの絶縁膜11が被着さ
れる。
In step (b), a 300 nm insulating film 11 is deposited on the substrate by wet oxidation at 950.degree.

【0030】工程(c)では、上記絶縁膜11上に、将
来多結晶シリコン半導体層12となる膜厚100nmの
非晶質シリコンを、成膜温度の低いジシランガス(Si
2 6 )を用いて成膜し、引き続き600℃、N2 雰囲
気中で20時間固相結晶化処理を行う。これにより、絶
縁膜11上にSOI層としての多結晶シリコン半導体層
12が形成される。
In the step (c), amorphous silicon having a film thickness of 100 nm, which will become the polycrystalline silicon semiconductor layer 12 in the future, is formed on the insulating film 11 by disilane gas (Si) having a low film forming temperature.
2 H 6 ) is used to form a film, and subsequently solid phase crystallization treatment is performed at 600 ° C. in an N 2 atmosphere for 20 hours. As a result, the polycrystalline silicon semiconductor layer 12 as the SOI layer is formed on the insulating film 11.

【0031】この際、段差部に結晶核の発生が集中し、
20時間のアニール処理でこの部分の結晶成長が促進さ
れ、多結晶シリコンからなる半導体薄膜の結晶粒径を大
きくできる。
At this time, the generation of crystal nuclei concentrates on the step portion,
The annealing treatment for 20 hours promotes the crystal growth of this portion, and the crystal grain size of the semiconductor thin film made of polycrystalline silicon can be increased.

【0032】工程(d)では、ソース/ドレイン領域3
0、31をレジストマスク20でマスクし、溝の内部
の、図に示された破線より上の領域を選択的にドライエ
ッチングして、その領域の多結晶シリコン半導体層12
の膜厚を50nm程度にする。
In step (d), the source / drain regions 3
0 and 31 are masked with a resist mask 20, and a region inside the groove above the broken line shown in the drawing is selectively dry-etched to remove the polycrystalline silicon semiconductor layer 12 in that region.
Film thickness of about 50 nm.

【0033】工程(e)では、溝の底部を除いて多結晶
シリコン半導体層12の上に酸化防止用の窒化膜16を
形成し、溝の底部のみを選択的に酸化して酸化膜17を
形成する。これにより、溝の底部の多結晶シリコン半導
体層12の膜厚が20nm程度になり、チャンネル領域
32を形成する。工程(d),(e)により、本発明の
特徴の1つである多結晶シリコン半導体層12の膜厚分
布が形成される。
In step (e), a nitride film 16 for oxidation prevention is formed on the polycrystalline silicon semiconductor layer 12 except for the bottom of the groove, and only the bottom of the groove is selectively oxidized to form the oxide film 17. Form. As a result, the thickness of the polycrystalline silicon semiconductor layer 12 at the bottom of the groove becomes about 20 nm, and the channel region 32 is formed. By the steps (d) and (e), the film thickness distribution of the polycrystalline silicon semiconductor layer 12 which is one of the features of the present invention is formed.

【0034】工程(f)では、チャンネル領域32上の
酸化膜17をエッチングし、窒化膜16を剥離する。そ
の後、多結晶シリコン半導体層12上の全域に、ゲート
酸化膜13としてプロセス低温化用のHTO(High
TemperatureOxide)を15nm成膜
する。さらにHTOの上に200nmの多結晶シリコン
18をLP−CVD法により成膜し、多結晶シリコン1
8の抵抗を下げるために、リン(p)をイオン注入す
る。
In step (f), the oxide film 17 on the channel region 32 is etched and the nitride film 16 is peeled off. After that, an HTO (High) for lowering the process temperature is formed as a gate oxide film 13 on the entire region of the polycrystalline silicon semiconductor layer 12.
A 15 nm film of Temperature Oxide) is formed. Further, polycrystalline silicon 18 of 200 nm is formed on the HTO by LP-CVD method to form polycrystalline silicon 1
In order to reduce the resistance of No. 8, phosphorus (p) is ion-implanted.

【0035】工程(g)では、露光現像処理及びエッチ
ング処理を経てゲート電極14を形成し、最後に図に示
される矢印の方向に二フッ化ホウ素(BF2 )をイオン
注入する。
In step (g), the gate electrode 14 is formed through exposure and development and etching, and finally, boron difluoride (BF 2 ) is ion-implanted in the direction of the arrow shown in the figure.

【0036】以上で図1に示された素子構造が形成され
る。この構造において、チャンネル領域32の膜厚をT
1とすると、T1は以下の式を満足するように設定され
ている。
The device structure shown in FIG. 1 is formed as described above. In this structure, the thickness of the channel region 32 is T
If it is 1, T1 is set to satisfy the following equation.

【0037】T1≦2[εΦF/(qNs)]1/2 ここで、εはシリコンの誘電率、ΦFはフェルミポテン
シャル(単位eV)、qは電荷素量(単位クーロン)、
Nsは不純物濃度である。上記の式では、チャンネル領
域32が素子の動作状態において完全に空乏化すること
を意味している。これにより空乏層容量が大きくなり、
素子のサブスレッショルド特性が良くなってスイッチン
グ特性が向上する。またチャンネル領域32の薄膜化に
より、オフセット領域33からチャンネル領域32への
不純物の侵入をより効果的に抑えることができる。これ
により素子動作時に起こる見かけの短チャンネル効果が
抑制できる。
T1 ≦ 2 [εΦF / (qNs)] 1/2 where ε is the dielectric constant of silicon, ΦF is the Fermi potential (unit eV), q is the elementary charge (unit Coulomb),
Ns is the impurity concentration. The above equation means that the channel region 32 is completely depleted in the operating state of the device. This increases the depletion layer capacitance,
The subthreshold characteristics of the device are improved and the switching characteristics are improved. Further, by making the channel region 32 thin, it is possible to more effectively suppress the intrusion of impurities from the offset region 33 into the channel region 32. As a result, the apparent short channel effect that occurs during device operation can be suppressed.

【0038】また、ソース/ドレイン領域30、31の
膜厚をオフセット領域33の膜厚より厚くすることによ
り、従来のシリコン多結晶半導体層の均一な薄膜化によ
って生じるドレインとチャンネルとの間における電界の
集中を緩和でき、素子の耐圧を大きくできる。
Further, by making the film thicknesses of the source / drain regions 30 and 31 thicker than the film thickness of the offset region 33, an electric field between the drain and the channel generated by uniform thinning of the conventional silicon polycrystalline semiconductor layer is obtained. Can be relaxed and the breakdown voltage of the device can be increased.

【0039】さらにオフセット領域33は、図3に示さ
れる素子の90度の段差と異なり、斜めの形状にしてい
るので、イオン注入を行ったときの不純物プロファイル
がより均一化する。またオフセット領域33の膜厚がソ
ース/ドレイン領域30、31の膜厚より薄いため、オ
フセット領域の不純物濃度がソース/ドレイン領域と同
程度でも、ソース/ドレイン拡散領域より高い抵抗を有
する。それによりドレイン端の電界を緩和するオフセッ
トが自己整合的に形成できる。この電界の緩和により、
本発明の特徴であるリーク電流の抑制やドレイン耐圧の
向上が実現できる。
Further, the offset region 33 has an oblique shape, unlike the 90-degree step difference of the element shown in FIG. 3, so that the impurity profile at the time of ion implantation becomes more uniform. Further, since the offset region 33 is thinner than the source / drain regions 30 and 31, the offset region 33 has a higher resistance than the source / drain diffusion region even if the impurity concentration of the offset region is similar to that of the source / drain region. As a result, an offset for relaxing the electric field at the drain end can be formed in a self-aligned manner. By relaxing this electric field,
It is possible to realize the feature of the present invention that the leakage current is suppressed and the drain breakdown voltage is improved.

【0040】なお上記実施例では、p型の薄膜トランジ
スタの場合について説明したが、本発明はこれに限るも
のではなくn型の薄膜トランジスタにも適用できる。
In the above embodiment, the case of a p-type thin film transistor has been described, but the present invention is not limited to this and can be applied to an n-type thin film transistor.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
オフセット領域の半導体薄膜が斜めの段差を形成してい
るので、不純物プロファイルがより均一になる。また斜
めの段差により、固相成長時の結晶かくの発生位置をオ
フセット領域に集中して制御でき、より大きな結晶粒径
を生成でき、素子の移動度の向上及びリーク電流の低減
につながる。またトップゲート型構造のため、自己整合
的にソース/ドレイン領域、チャンネル領域及びオフセ
ット領域が形成される。またオフセット領域の膜厚がソ
ース/ドレイン領域の膜厚より薄いことにより、リーク
電流の抑制やドレイン耐圧の向上が実現できる。またチ
ャンネル領域の膜厚がオフセット領域の膜厚より薄いの
で、不純物の侵入による短チャンネル効果を抑制でき
る。
As described above, according to the present invention,
Since the semiconductor thin film in the offset region forms an oblique step, the impurity profile becomes more uniform. Further, due to the slanted step, the generation position of the crystal cleft during solid phase growth can be concentrated and controlled in the offset region, a larger crystal grain size can be generated, and the mobility of the device can be improved and the leakage current can be reduced. Further, because of the top gate type structure, the source / drain region, the channel region and the offset region are formed in a self-aligned manner. Further, since the film thickness of the offset region is smaller than the film thickness of the source / drain region, it is possible to suppress the leak current and improve the drain breakdown voltage. Further, since the film thickness of the channel region is thinner than the film thickness of the offset region, it is possible to suppress the short channel effect due to the intrusion of impurities.

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

【図1】本発明に係る薄膜トランジスタの実施例の断面
図である。
FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of a thin film transistor according to the present invention.

【図2】図1に示される薄膜トランジスタを形成する工
程図である。
FIG. 2 is a process drawing of forming the thin film transistor shown in FIG.

【図3】従来の薄膜トランジスタの一例の断面図であ
る。
FIG. 3 is a cross-sectional view of an example of a conventional thin film transistor.

【図4】従来の多結晶シリコン薄膜の固相再結晶化の説
明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of solid-phase recrystallization of a conventional polycrystalline silicon thin film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 シリコン基板 11 絶縁膜 12 多結晶シリコン半導体層 13 ゲート酸化膜 14 ゲート電極 30 ソース領域 31 ドレイン領域 32 チャンネル領域 33 オフセット領域 10 Silicon Substrate 11 Insulating Film 12 Polycrystalline Silicon Semiconductor Layer 13 Gate Oxide Film 14 Gate Electrode 30 Source Region 31 Drain Region 32 Channel Region 33 Offset Region

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チャンネル領域上に形成されたゲート絶
縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を備え
た薄膜トランジスタであって、 表面に断面台形で底部が狭まった溝が形成されたシリコ
ン基板と、 前記シリコン基板上に形成され、前記溝の上に断面台形
で底部が狭まった溝を形成する絶縁膜と、 前記絶縁膜上に形成され、多結晶シリコンからなる半導
体薄膜と、を含み、 前記絶縁膜が形成する溝以外の領域に形成された前記半
導体薄膜がソース領域及びドレイン領域を形成し、 前記絶縁膜が形成する溝の側壁に形成された前記半導体
薄膜が、前記ソース領域及びドレイン領域を形成する前
記半導体薄膜の膜厚より薄い膜厚を有し、前記ソース領
域及びドレイン領域と同じ導電型のオフセット領域を形
成し、 前記絶縁膜が形成する溝の底部に形成された前記半導体
薄膜が、前記オフセット領域を形成する前記半導体薄膜
の膜厚より薄い膜厚を有し、不純物を含まないチャンネ
ル領域を形成することを特徴とする薄膜トランジスタ。
1. A thin film transistor comprising: a gate insulating film formed on a channel region; and a gate electrode formed on the gate insulating film, wherein a groove having a trapezoidal cross section and a narrow bottom is formed on the surface. A silicon substrate formed on the silicon substrate, and an insulating film formed on the silicon substrate to form a groove having a trapezoidal cross section and a narrowed bottom portion on the groove; and a semiconductor thin film formed on the insulating film and made of polycrystalline silicon. The semiconductor thin film formed in a region other than the groove formed by the insulating film forms a source region and a drain region, and the semiconductor thin film formed on the sidewall of the groove formed by the insulating film is Forming an offset region having the same conductivity type as the source region and the drain region, the offset region having a thickness smaller than that of the semiconductor thin film forming the source region and the drain region; Wherein the semiconductor thin film formed on the bottom of the groove formed by is thinner than the semiconductor thin film forming the offset region to form a channel region containing no impurities. .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6566687B2 (en) * 2001-01-18 2003-05-20 International Business Machines Corporation Metal induced self-aligned crystallization of Si layer for TFT

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