JPH06333950A - Manufacture of insulated gate field effect semiconductor device - Google Patents

Manufacture of insulated gate field effect semiconductor device

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JPH06333950A
JPH06333950A JP2352794A JP2352794A JPH06333950A JP H06333950 A JPH06333950 A JP H06333950A JP 2352794 A JP2352794 A JP 2352794A JP 2352794 A JP2352794 A JP 2352794A JP H06333950 A JPH06333950 A JP H06333950A
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linear light
field effect
crystal semiconductor
insulated gate
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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
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Abstract

PURPOSE:To manufacture an insulated gate semiconductor device which has an excellent switching characteristic and can be used for high frequencies by accelerating the crystallinity of an island-like doped amorphous semiconductor by optical annealing by irradiating the semiconductor with a condensed linear light beam having a specific wavelength and scanning the semiconductor. CONSTITUTION:Light 10 having a wavelength of 250nm to 600nm is condensed into a linear light beam. In addition, an island-line amorphous semiconductor 2 the part of which is shielded by a gate and doped in a P- N-type is formed on a substrate l having an insulating surface. By positioning the semiconductor 2 so that the semiconductor 2 can be irradiated with the linear light beam 10 and, at the same time, scanning the semiconductor 2 in the direction nearly perpendicular to the length direction of the linear light beam 10, the doped amorphous semiconductor 2 is subjected to optical annealing by using the gate 4 as a mask so that the crystallinity of the semiconductor 2 can be accelerated. The linear light beam 10 can be generated by using, for example, a superhigh- voltage mercury lamp, parabolic mirror, and cylindrical quartz lens.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路、液晶
表示パネル等に用いられる絶縁ゲート型電界効果半導体
装置作製方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device used in semiconductor integrated circuits, liquid crystal display panels and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】特開昭58−2073号公報に記載され
た電界効果型トランジスタは、絶縁基板上に非晶質半導
体層を形成し、当該非晶質半導体層のソース領域および
ドレイン領域に対して選択的に光を照射して、アニール
することにより多結晶領域としている。その結果、チャ
ネル形成領域は、非晶質領域となっている。すなわち、
同公報に示されている電界効果型トランジスタは、非晶
質半導体領域の一部を選択的にアニールして、ソース領
域およびドレイン領域を得ている。
2. Description of the Related Art In a field effect transistor described in Japanese Patent Laid-Open No. 58-2073, an amorphous semiconductor layer is formed on an insulating substrate, and a source region and a drain region of the amorphous semiconductor layer are formed. By selectively irradiating light and annealing, a polycrystalline region is formed. As a result, the channel formation region is an amorphous region. That is,
In the field effect transistor disclosed in the publication, a part of an amorphous semiconductor region is selectively annealed to obtain a source region and a drain region.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来の絶縁ゲート型電
界効果半導体装置は、ソース領域およびドレイン領域を
選択的にアニールしているため、非単結晶半導体層に結
晶化されていない部分が必ず残る。上記のように絶縁ゲ
ート型電界効果半導体装置に結晶化されていない領域が
残っている場合、絶縁ゲート型電界効果半導体装置とし
て動作する際に、この非晶質部分にも電流の一部が流れ
る。非晶質部分は、結晶化された部分と比較して高い抵
抗を示すため、電流が流れ難く、一旦流入すると蓄えら
れて流れ出るのが遅い。すなわち、従来例における絶縁
ゲート型電界効果半導体装置は、電流の流れるライフタ
イムが長く、ヒステリシス特性を有した。
In the conventional insulated gate field effect semiconductor device, since the source region and the drain region are selectively annealed, the non-crystallized portion of the non-single crystal semiconductor layer always remains. . When an uncrystallized region remains in the insulated gate field effect semiconductor device as described above, a part of current also flows in this amorphous portion when operating as an insulated gate field effect semiconductor device. . Since the amorphous portion has a higher resistance than the crystallized portion, it is difficult for current to flow, and once it flows in, it accumulates and flows out slowly. That is, the insulated gate field effect semiconductor device in the conventional example has a long lifetime in which a current flows and has a hysteresis characteristic.

【0004】また、従来の絶縁ゲート型電界効果半導体
装置におけるチャネル形成領域は、酸素、炭素、および
窒素のいずれもが1ないし3×1020cm-3程度含む非
単結晶半導体層からなっていた。酸素、炭素、および窒
素のいずれもがこのような高い濃度で含まれている場
合、絶縁ゲート型電界効果半導体装置は、スイッチング
する際の「ON」、「OFF」特性が悪かった。たとえ
ば、上記のように酸素、炭素、および窒素のいずれもが
このような高い濃度で含まれている非単結晶半導体を用
いた絶縁ゲート型電界効果半導体装置において、良好な
「ON」、「OFF」特性を示す周波数特性は、1KH
z程度であった。以上のような問題を解決するために、
本発明は、スイッチング特性が良く、高い周波数に使用
できる絶縁ゲート型電界効果半導体装置作製方法を提供
することを目的とする。
The channel forming region in the conventional insulated gate field effect semiconductor device is composed of a non-single-crystal semiconductor layer containing oxygen, carbon and nitrogen in an amount of 1 to 3 × 10 20 cm -3 . . When all of oxygen, carbon, and nitrogen are contained in such a high concentration, the insulated gate field effect semiconductor device has poor “ON” and “OFF” characteristics when switching. For example, in an insulated gate field effect semiconductor device using a non-single-crystal semiconductor containing oxygen, carbon, and nitrogen at such high concentrations as described above, good "ON" and "OFF" The frequency characteristic showing the characteristic is 1KH
It was about z. In order to solve the above problems,
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device, which has good switching characteristics and can be used at high frequencies.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】(第1発明)前記目的を
達成するために、本発明の絶縁ゲート型電界効果半導体
装置作製方法は、250nmないし600nmの光を線
状に集光する工程と、絶縁表面を有する基板上に設けら
れた島状の非単結晶半導体であって、かつゲートにより
前記一部が遮蔽されたP型またはN型の不純物が添加さ
れた半導体を形成する工程と、当該非単結晶半導体を前
記集光された線状光で照射されるように配設すると共
に、線状光の長手方向に対して略直角方向に走査するこ
とにより、前記P型またはN型の不純物が添加された非
単結晶半導体をゲートをマスクとして光アニールして結
晶性を促進せしめる工程とから構成される。
(First Invention) In order to achieve the above object, a method for producing an insulated gate field effect semiconductor device according to the present invention comprises a step of linearly collecting light of 250 nm to 600 nm. Forming a semiconductor island-shaped non-single-crystal semiconductor provided on a substrate having an insulating surface and having a P-type or N-type impurity partially shielded by a gate, The non-single-crystal semiconductor is arranged so as to be irradiated with the condensed linear light, and the non-single-crystal semiconductor is scanned in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of the linear light, so that the P-type or N-type semiconductor is scanned. And a step of photo-annealing a non-single-crystal semiconductor to which impurities are added using the gate as a mask to promote crystallinity.

【0006】(第2発明)本発明の絶縁ゲート型電界効
果半導体装置作製方法は、250nmないし600nm
の光を線状に集光する工程と、絶縁表面を有する基板上
の非単結晶半導体が前記集光された線状光で照射される
ように配設する工程と、前記非単結晶半導体を前記集光
された線状光の長手方向に対して略直角方向に走査する
工程と、前記集光された線状光の走査によって、前記非
単結晶半導体を光アニールして結晶性を促進せしめる工
程とから構成される。
(Second Invention) A method of manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device according to the present invention is 250 nm to 600 nm.
Linearly converging light, a step of arranging the non-single crystal semiconductor on the substrate having an insulating surface to be irradiated with the condensed linear light, and the non-single crystal semiconductor The non-single crystal semiconductor is photo-annealed to promote crystallinity by scanning the condensed linear light in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction and scanning the condensed linear light. It consists of a process and.

【0007】[0007]

【作 用】絶縁表面を有する基板上には、島状の非単
結晶半導体が形成されている。そして、この非単結晶半
導体は、一部がゲート部により遮蔽されることによっ
て、P型またはN型の不純物が添加される。また、上記
不純物の添加された非単結晶半導体は、250nmない
し600nmの集光された線状光で照射される。この集
光された線状光は、前記非単結晶半導体上で線状光の長
手方向に対して略直角方向に走査される。上記線状光の
照射に際し、P型またはN型の不純物が添加された非単
結晶半導体は、ゲートをマスクとして光アニールされ
る。その結果、上記不純物が添加された非単結晶半導体
は、結晶性が促進される。
[Operation] An island-shaped non-single-crystal semiconductor is formed on a substrate having an insulating surface. A part of the non-single crystal semiconductor is shielded by the gate portion, so that P-type or N-type impurities are added. The impurity-added non-single-crystal semiconductor is irradiated with condensed linear light of 250 nm to 600 nm. The condensed linear light is scanned on the non-single crystal semiconductor in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of the linear light. Upon irradiation with the linear light, the P-type or N-type impurity-added non-single-crystal semiconductor is photo-annealed using the gate as a mask. As a result, the crystallinity of the non-single-crystal semiconductor to which the above impurities are added is promoted.

【0008】以上のように本発明は、不純物が添加され
たソース領域およびドレイン領域を選択的にアニールし
ていないため、チャネル形成領域以外における全ての非
単結晶半導体層に結晶化を助長させることができる。す
なわち、本発明における絶縁ゲート型電界効果半導体装
置は、ソース領域およびドレイン領域に抵抗の高い非晶
質部分が残されていない。また、ソース領域およびドレ
イン領域には、電流の流れ難い非晶質部分がないため、
電流が流れ易く、スイッチングの際にダラダラ流れな
い。したがって、本発明の絶縁ゲート型電界効果半導体
装置は、電流の流れるライフタイムが短く、ヒステリシ
ス特性をもたない。すなわち、本発明の絶縁ゲート型電
界効果半導体装置は、オフ電流が少なく、かつ「O
N」、「OFF」を高速応答で行なうことができた。
As described above, according to the present invention, since the source region and the drain region to which the impurities are added are not selectively annealed, all non-single-crystal semiconductor layers other than the channel formation region are promoted to be crystallized. You can That is, in the insulated gate field effect semiconductor device according to the present invention, no amorphous portion having high resistance is left in the source region and the drain region. In addition, since the source region and the drain region do not have an amorphous portion where current hardly flows,
The current easily flows and does not flow during switching. Therefore, the insulated gate field effect semiconductor device of the present invention has a short lifetime in which a current flows and does not have a hysteresis characteristic. That is, the insulated gate field effect semiconductor device of the present invention has a small off-current and "O.
"N" and "OFF" could be performed with a high-speed response.

【0009】本発明の絶縁ゲート型電界効果半導体装置
は、酸素、炭素、および窒素のいずれもが5×1018
-3以下、すなわち上記元素をできる限り少なくしたI
型非単結晶半導体層にP型またはN型不純物を添加する
と共に、この不純物が添加された領域のみの結晶化を助
長してソース領域およびドレイン領域を形成した点、ま
た、チャネル形成領域には、水素またはハロゲン元素が
添加されている点に特徴がある。このような構成とした
絶縁ゲート型電界効果半導体装置は、従来例における非
単結晶半導体、たとえば酸素、炭素、および窒素のいず
れもが1ないし3×1020cm-3であるI型非単結晶半
導体が1KHzの周波数に追従できる程度のスイッチン
グ特性であったのに対して、1MHzの周波数において
も良好なスイッチング特性を得た。また、絶縁ゲート型
電界効果半導体装置は、I型非単結晶半導体層における
酸素、炭素、および窒素のいずれもが5×1018cm-3
以下と、極めて少なくし、チャネル形成領域を除く全て
の非単結晶半導体層が光照射によって結晶化を助長した
ソース領域およびドレイン領域から形成されているた
め、さらに高い周波数におけるスイッチング特性を良好
にした。
In the insulated gate field effect semiconductor device of the present invention, each of oxygen, carbon and nitrogen contains 5 × 10 18 c.
m -3 or less, that is, I in which the above elements are reduced as much as possible
A P-type or N-type impurity is added to the non-single-crystal semiconductor layer, and a source region and a drain region are formed by promoting crystallization of only the region to which the impurity is added. The feature is that hydrogen, or a halogen element is added. The insulated gate field effect semiconductor device having such a structure is a non-single crystal semiconductor in the conventional example, for example, an I-type non-single crystal in which each of oxygen, carbon and nitrogen is 1 to 3 × 10 20 cm −3. While the semiconductor had such a switching characteristic that it could follow the frequency of 1 KHz, a good switching characteristic was obtained even at the frequency of 1 MHz. In the insulated gate field effect semiconductor device, all of oxygen, carbon and nitrogen in the I-type non-single crystal semiconductor layer are 5 × 10 18 cm −3.
As shown below, all non-single-crystal semiconductor layers except for the channel formation region are formed from a source region and a drain region that promote crystallization by light irradiation, so that the switching characteristics at a higher frequency are improved. .

【0010】[0010]

【実 施 例】図1(A)ないし(C)は本発明の一実
施例である絶縁ゲート型電界効果半導体装置の縦断面図
を示す。図1において、基板(1) は、たとえば石英ガラ
スからなり、図1(A) に示すごとく、その厚さを1.1 m
m とし、大きさを10cm×10cmとした。この基板
(1) の上面には、シラン(SiH4)のプラズマCVD(高周波数
13.56MHz、基板温度210 ℃) により、水素が1原子%以
上の濃度に添加されたアモルファス構造を含む非単結晶
半導体(2) が0.2 μmの厚さに形成された。さらに、こ
の非単結晶半導体(2) の上面には、光CVD 法により、た
とえば窒化珪素膜からなるゲート絶縁膜(3) が積層され
た。すなわち、ゲート絶縁膜(3) は、ジシラン(Si
2H6 )とアンモニア(NH3 )、またはヒドラジン(N
2 4 )との反応( 2537Åの波長を含む低圧水銀灯、基
板温度250 ℃) により、Si3N4 を水銀増感法を用いるこ
となしに1000Åの厚さに作製された。
Embodiments FIGS. 1A to 1C are vertical sectional views of an insulated gate field effect semiconductor device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the substrate (1) is made of quartz glass, for example, and has a thickness of 1.1 m as shown in FIG. 1 (A).
m 2 and the size was 10 cm × 10 cm. This board
Silane (SiH 4 ) plasma CVD (high frequency
At a temperature of 13.56 MHz and a substrate temperature of 210 ° C., a non-single-crystal semiconductor (2) containing an amorphous structure in which hydrogen was added to a concentration of 1 atomic% or more was formed to a thickness of 0.2 μm. Further, a gate insulating film (3) made of, for example, a silicon nitride film was laminated on the upper surface of the non-single crystal semiconductor (2) by a photo CVD method. That is, the gate insulating film (3) is made of disilane (Si
2 H 6 ) and ammonia (NH 3 ) or hydrazine (N
Si 3 N 4 was prepared to a thickness of 1000 Å without using a mercury sensitization method by reaction with 2 H 4 ) (low pressure mercury lamp containing a wavelength of 2537 Å, substrate temperature 250 ° C.).

【0011】この後、絶縁ゲート型電界効果半導体装置
を形成する領域(5) を除いた部分は、プラズマエッチン
グ法により除去された。プラズマエッチング反応は、CF
4 +O2(5%)の反応性気体を導入すると共に、図示されて
いない平行平板電極に周波数13.56MHzを印加して、室温
で行なわれた。ゲート絶縁膜(3) 上には、N + の導電型
の微結晶または多結晶半導体が0.3 μmの厚さに積層さ
れた。このN + の半導体膜は、レジスト膜(6) を用いて
フォトエッチング法で非所望な部分が除去された。その
後、このレジスト膜(6) とN+半導体のゲート電極(4) と
からなるゲート部をマスクとして、ソ−ス、ドレインと
なる領域には、イオン注入法により、1×1020cm-3
濃度に図1(B) に示すごとくリンが添加され、一対の不
純物領域(7) 、(8) となった。
Thereafter, the portion except the region (5) forming the insulated gate field effect semiconductor device was removed by the plasma etching method. The plasma etching reaction is CF
The reaction was carried out at room temperature by introducing a reactive gas of 4 + O 2 (5%) and applying a frequency of 13.56 MHz to a parallel plate electrode (not shown). On the gate insulating film (3), N + conductive type microcrystalline or polycrystalline semiconductor was laminated to a thickness of 0.3 μm. An undesired part of the N + semiconductor film was removed by photoetching using the resist film (6). Then, using the gate portion composed of the resist film (6) and the gate electrode (4) of the N + semiconductor as a mask, the regions to be the source and the drain are ion-implanted at 1 × 10 20 cm −3. As shown in FIG. 1 (B), phosphorus was added to the concentration of 1 to form a pair of impurity regions (7) and (8).

【0012】さらに、基板(1) は、その全体に対し、ゲ
ート電極(4) のレジスト膜(6) が除去された後、強光(1
0)の光アニ−ルが行われた。すなわち、超高圧水銀灯
(出力5KW 、波長250 nmないし600 nm、光径15m
m、長さ180 mm) に対し裏面側は、放物面の反射鏡を
用い前方に石英のシリンドリカルレンズ(焦点距離150
cm、集光部幅2 mm、長さ180 mm) により、線状に
照射部を構成した。この照射部に対し基板(1) の照射面
は、5 cm/ 分ないし50cm/ 分の速度で走査( スキャ
ン) され、基板10cm×10cmの全面に強光(10)が照射
されるようにした。かくすると、ゲート電極(4) は、ゲ
ート電極(4) 側にリンが多量に添加されているため、十
分光を吸収し多結晶化した。また、不純物領域(7) 、
(8) は、一度溶融し再結晶化することにより走査する方
向、すなわち、X方向に溶融、再結晶をシフト(移動)
させた。その結果、単に全面を均一に加熱または光照射
するのみに比べ、成長機構が加わるため結晶粒径を大き
くすることができた。
Furthermore, after the resist film (6) of the gate electrode (4) is removed, the substrate (1) is exposed to strong light (1
The optical annealing of 0) was performed. That is, an ultra-high pressure mercury lamp (output 5KW, wavelength 250 nm to 600 nm, light diameter 15 m
m, length 180 mm), the back side uses a parabolic reflector and a quartz cylindrical lens (focal length 150
cm, the condensing part width 2 mm, and the length 180 mm), the linear irradiation part was constituted. The irradiation surface of the substrate (1) was scanned (scanned) at a speed of 5 cm / min to 50 cm / min with respect to this irradiation portion so that the entire surface of the substrate 10 cm × 10 cm was irradiated with intense light (10). . As a result, the gate electrode (4) was sufficiently polycrystallized by absorbing light because a large amount of phosphorus was added to the gate electrode (4) side. In addition, the impurity region (7),
(8) is the direction of scanning by melting and recrystallization once, that is, the melting and recrystallization are shifted (moved) in the X direction.
Let As a result, the crystal grain size could be increased because a growth mechanism was added as compared with the case where the entire surface was uniformly heated or irradiated with light.

【0013】この強光アニ−ルにより多結晶化した領域
は、不純物領域(7) 、(8) の下側の全領域にまで及ぶ必
要がない。図1において、破線(11)、(11')で示したご
とく、その上層部のみが少なくとも結晶化し、不純物領
域(7) 、(8) を活性にすることが重要である。さらに、
そのソース領域およびドレイン領域の端部(15)、(15')
は、ゲート電極の端部(16)、(16') に対し、チャネル領
域側に入り込むように設けられている。そして、N型不
純物領域 (7)、(8)、I型非単結晶半導体領域(2) 、接
合界面(17)、(17') からなるチャネル形成領域は、I型
半導体領域における非単結晶半導体、および不純物領域
から入り込んだ結晶化半導体から構成されるハイブリッ
ド構造となっている。このI型半導体領域内の結晶化半
導体の程度は、光アニ−ルの走査スピ−ド、強度(照
度)によって決められる。
The region polycrystallized by the intense light anneal does not have to extend to the entire region below the impurity regions (7) and (8). In FIG. 1, as indicated by broken lines (11) and (11 '), it is important that only the upper layer part thereof is crystallized and the impurity regions (7) and (8) are activated. further,
Edges (15), (15 ') of its source and drain regions
Are provided so as to enter the channel region side with respect to the ends (16) and (16 ′) of the gate electrode. Then, the channel forming region including the N-type impurity regions (7) and (8), the I-type non-single crystal semiconductor region (2), the junction interfaces (17) and (17 ') is a non-single crystal region in the I-type semiconductor region. It has a hybrid structure composed of a semiconductor and a crystallized semiconductor that enters from an impurity region. The degree of crystallized semiconductor in the I-type semiconductor region is determined by the scanning speed and intensity (illuminance) of the optical anneal.

【0014】図1(B)の工程の後、ポリイミド樹脂
は、全面に2μmの厚さにコ−トされる。そして、ポリ
イミド樹脂には、電極穴(13)、(13') が形成された後、
アルミニュ−ムのオ−ムコンタクトおよびそのリ−ド(1
4)、(14') が形成される。この2層目のリード(14)、(1
4') は、形成する際に、ゲート電極(4) と連結してもよ
い。この光アニ−ルの結果は、シ−ト抵抗が光照射前の
4×10-3( オームcm) -1から1×10+2( オームcm)
-1になり、光アニール前と比べ電気伝導度特性が向上し
た。
After the step shown in FIG. 1B, the polyimide resin is coated on the entire surface to a thickness of 2 μm. Then, in the polyimide resin, after the electrode holes (13) and (13 ') are formed,
Aluminum om contact and its lead (1
4) and (14 ') are formed. This second layer lead (14), (1
4 ′) may be connected to the gate electrode (4) when formed. The result of this optical annealing is that the sheet resistance is 4 × 10 -3 (ohm cm) -1 to 1 × 10 +2 (ohm cm) before light irradiation.
It became -1 , and the electric conductivity characteristics were improved compared to before the photo-annealing.

【0015】図2は本発明の実施例によるドレイン電流
─ゲート電圧の特性を示す。チャネル形成領域の長さが
3μm、および10μmの場合、チャネル幅が1mmの条
件下において、それぞれ図2における符号(21)、(22)に
よって示されるごとく、Vth=+2V 、V DD=10V にて1
×10-5A 、2×10-5A の電流を得た。なお、オフ電流
は、(VGG=0V) 10-10 ないし10-11 (A) であり、単結晶
半導体の10-6(A) に比べ10-4分の1も小さかった。本実
施例は、下側から漸次被膜を形成し加工するという製造
工程を採用したため、大面積大規模集積化を行うことが
可能になった。そのため、大面積たとえば30cm×30c
mのパネル内に500個×500個の絶縁ゲート型電界
効果半導体装置の作製すらも可能とすることができ、液
晶表示素子の制御用絶縁ゲート型電界効果半導体装置と
して応用することができた。
FIG. 2 shows a drain current-gate voltage characteristic according to an embodiment of the present invention. When the lengths of the channel forming regions are 3 μm and 10 μm, V th = + 2V and V DD = 10V under the condition that the channel width is 1 mm, as indicated by symbols (21) and (22) in FIG. 2, respectively. At 1
Currents of × 10 -5 A and 2 × 10 -5 A were obtained. Note that the off-state current was (V GG = 0V) 10 −10 to 10 −11 (A), which was 10 −4 times smaller than 10 −6 (A) of the single crystal semiconductor. This embodiment employs a manufacturing process in which a coating film is gradually formed and processed from the lower side, so that large area and large scale integration can be performed. Therefore, a large area such as 30 cm x 30 c
It was possible to fabricate 500 × 500 insulated gate field effect semiconductor devices in a panel of m, and it could be applied as an insulated gate field effect semiconductor device for controlling a liquid crystal display element.

【0016】光アニ−ルプロセスによる400 ℃以下の低
温処理であるため、多結晶化または単結晶化した半導体
がその内部の水素またはハロゲン元素を放出させること
を防ぐことができた。また、光アニ−ルは、基板全面に
対して同時に行なうのではなく、一端より他端に走査さ
せた。このため、筒状の超高圧水銀灯から照射された光
は、放物ミラ−および石英レンズにより集光されて線状
にした。そして、この線状に集光された光は、これと直
交した方向に基板を走査することにより非単結晶半導体
表面を光アニ−ルすることができた。この光アニ−ル
は、紫外線で行うため、非単結晶半導体の表面より内部
方向への結晶化を助長させた。このため、十分に多結晶
化または単結晶化された表面近傍の不純物領域は、チャ
ネル形成領域におけるゲート絶縁膜のごく近傍に流れる
電流制御を支障なく行うことが可能となった。
Since it is a low temperature treatment of 400 ° C. or less by the photo-annealing process, it was possible to prevent the polycrystallized or single crystallized semiconductor from releasing hydrogen or halogen element therein. Further, the optical annealing was performed not from the entire surface of the substrate at the same time, but from one end to the other end. For this reason, the light emitted from the cylindrical ultra-high pressure mercury lamp was condensed by the parabolic mirror and the quartz lens into a linear shape. The linearly condensed light was able to optically anneal the surface of the non-single-crystal semiconductor by scanning the substrate in a direction orthogonal to this. Since this optical annealing is performed with ultraviolet rays, crystallization is promoted inward from the surface of the non-single crystal semiconductor. Therefore, the sufficiently polycrystallized or single-crystallized impurity region near the surface can control the current flowing in the channel formation region in the immediate vicinity of the gate insulating film without any trouble.

【0017】光照射アニ−ル工程に際し、チャネル形成
領域に添加された水素またはハロゲン元素は、まったく
影響を受けず、非単結晶半導体の状態を保持できるた
め、オフ電流を単結晶半導体の1/103 ないし1/105 にす
ることができる。ソ−ス領域およびドレイン領域は、ゲ
ート電極を作った後、光アニ−ルで作製するため、ゲー
ト絶縁物界面に汚物が付着せずに、特性を安定させる。
さらに、従来より公知の方法に比べ、基板材料として石
英ガラスのみならず任意の基板であるソ−ダガラス、耐
熱性有機フィルムをも用いることができる。異種材料界
面であるチャネル形成領域を構成する非単結晶半導体─
ゲート絶縁物─ゲート電極の形成は、同一反応炉内での
プロセスにより、大気に触れさせることなく作り得るた
め、界面凖位の発生が少ないという特徴を有する。
During the light irradiation annealing step, the hydrogen or halogen element added to the channel formation region is not affected at all, and the state of the non-single crystal semiconductor can be maintained. It can be between 10 3 and 1/10 5 . Since the source region and the drain region are formed by optical annealing after forming the gate electrode, the characteristics are stabilized without depositing dirt on the interface of the gate insulator.
Further, as compared with the conventionally known method, not only quartz glass but also any substrate such as soda glass and heat resistant organic film can be used as the substrate material. Non-single-crystal semiconductor that constitutes the channel formation region, which is the interface of different materials
The formation of the gate insulator and the gate electrode is characterized by the fact that interface formation is less likely to occur because they can be formed by the process in the same reaction furnace without exposing them to the atmosphere.

【0018】なお、本実施例において、チャネル形成領
域の非単結晶半導体の酸素、炭素および窒素のいずれも
が5×1018cm-3以下の不純物濃度であることが重要で
ある。すなわち、これらが従来公知の絶縁ゲート型電界
効果半導体装置においては、チャネル層に1ないし3 ×
1020cm-3の濃度に混合している。この従来例における
非単結晶半導体を用いるPチャネル型絶縁ゲート型電界
効果半導体装置は、本実施例における絶縁ゲート型電界
効果トランジスタ装置の有する特性の1/3以下の電流
しか流れない。そして、上記従来例における非単結晶半
導体を用いた絶縁ゲート型電界効果半導体装置のヒステ
リシス特性は、IDD─VGG特性にドレイン電界を2×10
6V/ cm以上加える場合に観察されてしまった。また、
本実施例のように、非単結晶半導体中の酸素を5×1018
cm-3以下とすると、3×106V/ cmの電圧においても
ヒステリシスの存在が観察されなかった
In this embodiment, it is important that the oxygen, carbon and nitrogen of the non-single crystal semiconductor in the channel formation region have an impurity concentration of 5 × 10 18 cm -3 or less. That is, in the conventionally known insulated gate field effect semiconductor device, the channel layer has 1 to 3 ×.
It is mixed at a concentration of 10 20 cm -3 . The P channel type insulated gate field effect semiconductor device using the non-single crystal semiconductor in the conventional example flows only a current which is ⅓ or less of the characteristic of the insulated gate field effect transistor device in this example. The hysteresis characteristic of the insulated gate field effect semiconductor device using the non-single crystal semiconductor in the above-mentioned conventional example has the drain electric field of 2 × 10 5 in addition to the I DD ─V GG characteristic.
It was observed when 6 V / cm or more was applied. Also,
As in this embodiment, the oxygen in the non-single crystal semiconductor is adjusted to 5 × 10 18.
If it is below cm −3 , no hysteresis is observed even at a voltage of 3 × 10 6 V / cm.

【0019】[0019]

【発明の効果】本発明によれば、線状の光を集光すると
共に、基板の全面を線状の長手方向に対して直角方向に
走査し、一度溶融してから再結晶するため、全面を均一
に加熱するより結晶粒径が大きく、電子またはホールの
移動度が向上した。本発明によれば、250nmなしい
600nmの波長を有する線状の光を集光しているた
め、非単結晶半導体の表面より内部に渡って結晶化を助
長することができ、そのため、チャネル形成領域におけ
るゲート絶縁膜のごく近傍にも電流が流れ、電流制御が
容易になる。本発明によれば、波長の短い光を走査しな
がら照射するため、光の照射された部分が高温になら
ず、水素あるいはハロゲン元素が脱気しない。
According to the present invention, linear light is focused, and the entire surface of the substrate is scanned in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the linear shape, and is melted and then recrystallized. , The crystal grain size was larger than that of uniformly heating, and the mobility of electrons or holes was improved. According to the present invention, since linear light having a wavelength of 600 nm or 250 nm is condensed, crystallization can be promoted from the surface of the non-single-crystal semiconductor to the inside thereof, and thus channel formation can be achieved. A current also flows very close to the gate insulating film in the region, which facilitates current control. According to the present invention, since light having a short wavelength is irradiated while scanning, the temperature of the light-irradiated portion does not rise and hydrogen or halogen elements are not degassed.

【0020】このような方法によって作製した絶縁ゲー
ト型電界効果半導体装置は、ソース電圧−ドレイン電流
特性にヒステリシスがなく、高い周波数における良好な
スイッチング特性を得た。本発明によれば、さらにチャ
ネル形成領域以外のI型非単結晶半導体層を全て結晶化
を助長させるため、絶縁ゲート型電界効果半導体装置の
スイッチング特性は、高い周波数においてもさらに良く
なった。本発明によれば、ソース領域およびドレイン領
域は、ゲート電極を作った後、光アニールで作製される
ため、ゲート絶縁物界面に汚物が付着せずに、絶縁ゲー
ト型電界効果半導体装置の特性を安定させる。
The insulated gate field effect semiconductor device manufactured by the above method has no hysteresis in the source voltage-drain current characteristics and has good switching characteristics at high frequencies. According to the present invention, since the entire I-type non-single-crystal semiconductor layer other than the channel formation region is promoted to be crystallized, the switching characteristics of the insulated gate field effect semiconductor device are further improved even at high frequencies. According to the present invention, since the source region and the drain region are formed by photo-annealing after forming the gate electrode, the characteristics of the insulated gate field effect semiconductor device can be obtained without depositing contaminants on the interface of the gate insulator. Stabilize.

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

【図1】(A)ないし(C)は本発明の一実施例である
絶縁ゲート型電界効果半導体装置の縦断面図を示す。
1A to 1C are vertical sectional views of an insulated gate field effect semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例によるドレイン電流─ゲート電
圧の特性を示す。
FIG. 2 shows drain current-gate voltage characteristics according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・基板 2・・・非単結晶半導体 3・・・ゲート絶縁膜 4・・・ゲート電極 5・・・絶縁ゲート型電界効果半導体装置を形成する領
域 6・・・レジスト膜 7、8・・・不純物領域 10・・・強光 11、11′・・・破線 13、13′・・・穴 14、14′・・・リード 15、15′・・・ソース領域およびドレイン領域の端
部 16、16′・・・ゲート電極の端部 17、17′・・・接合界面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Non-single crystal semiconductor 3 ... Gate insulating film 4 ... Gate electrode 5 ... Area | region which forms an insulated gate field effect semiconductor device 6 ... Resist film 7, 8 ... Impurity region 10 ... Strong light 11,11 '... Dashed line 13,13' ... Hole 14,14 '... Lead 15,15' ... Ends of source region and drain region 16, 16 '... Edge of gate electrode 17, 17' ... Bonding interface

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // H01L 21/26 L 8617−4M ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location // H01L 21/26 L 8617-4M

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 250nmないし600nmの光を線状
に集光する工程と、 絶縁表面を有する基板上に設けられた島状の非単結晶半
導体であって、かつゲートにより前記一部が遮蔽された
P型またはN型の不純物が添加された半導体を形成する
工程と、 当該非単結晶半導体を前記集光された線状光で照射され
るように配設すると共に、線状光の長手方向に対して略
直角方向に走査することにより、前記P型またはN型の
不純物が添加された非単結晶半導体をゲートをマスクと
して光アニールして結晶性を促進せしめる工程と、 を有することを特徴とする絶縁ゲート型電界効果半導体
装置作製方法。
1. A process of linearly collecting light of 250 nm to 600 nm, and an island-shaped non-single-crystal semiconductor provided on a substrate having an insulating surface, wherein the gate shields the part. Forming a semiconductor to which a P-type or N-type impurity is added, and arranging the non-single-crystal semiconductor so as to be irradiated with the condensed linear light, and a longitudinal direction of the linear light. Scanning at a substantially right angle with respect to the P-type or N-type impurity-doped non-single-crystal semiconductor by using the gate as a mask to perform photo-annealing to promote crystallinity. And a method for manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device.
【請求項2】 250nmないし600nmの光を線状
に集光する工程と、 絶縁表面を有する基板上の非単結晶半導体が前記集光さ
れた線状光で照射されるように配設する工程と、 前記非単結晶半導体を前記集光された線状光の長手方向
に対して略直角方向に走査する工程と、 前記集光された線状光の走査によって、前記非単結晶半
導体を光アニールして結晶性を促進せしめる工程と、 を有することを特徴とする絶縁ゲート型電界効果半導体
装置作製方法。
2. A step of linearly focusing light of 250 nm to 600 nm, and a step of arranging a non-single crystal semiconductor on a substrate having an insulating surface so as to be irradiated with the focused linear light. Scanning the non-single-crystal semiconductor in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of the condensed linear light; and scanning the non-single-crystal semiconductor by scanning the condensed linear light. A method for manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device, comprising: annealing to promote crystallinity.
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