JPH08125196A - Semiconductor device, fabrication thereof and doping method therefor - Google Patents

Semiconductor device, fabrication thereof and doping method therefor

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JPH08125196A
JPH08125196A JP28753694A JP28753694A JPH08125196A JP H08125196 A JPH08125196 A JP H08125196A JP 28753694 A JP28753694 A JP 28753694A JP 28753694 A JP28753694 A JP 28753694A JP H08125196 A JPH08125196 A JP H08125196A
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Abstract

PURPOSE: To reduce OFF current of a thin film transistor (TFT) by doping a specified region in the depth direction of a material with one kind of element at a specified concentration thereby implanting impurity ions into a lightly doped region of the TFT within an optimal range thereof. CONSTITUTION: Boron ions are implanted by plasma doping through a silicon nitride 104 using a material gas of diborane. Consequently, a lightly doped region 201 can be doped with boron ions at a concentration of about 10<17> atoms/cm<3> with high controllability. It is an optimal concentration for forming the lightly doped region 201 between a channel forming region 102 and a source or drain region 601. The ratio between ON and OFF currents can be increased within that concentration range and a high performance TFT can be obtained.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本明細書で開示する発明は、半導
体中への不純物イオンのイオンドーピングの際のドーパ
ントの密度を低く(例えば、およそ5 × 1016 原子cm-3
〜5×1017原子cm-3)制御する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The invention disclosed herein has a low dopant density (for example, approximately 5 × 10 16 atoms cm −3) during ion doping of impurity ions into a semiconductor.
˜5 × 10 17 atoms cm −3 ).

【0002】また本明細書で開示する発明は、特に LDD
構造(従来の技術で詳しく説明する)を持った薄膜トラ
ンジスタ(TFT) のライトドープ領域(従来の技術で詳し
く説明する。)に対する低密度のドーピング方法に関す
る。
The invention disclosed in this specification is particularly applicable to LDD.
The present invention relates to a low-density doping method for a light-doped region (described in detail in the related art) of a thin film transistor (TFT) having a structure (described in the related art).

【0003】また本明細書で開示する発明は、特に10
17原子cm-3程度のライトドープを行いたい場合の技術
に関する。
The invention disclosed in this specification is particularly
The present invention relates to a technique for performing light doping of about 17 atom cm −3 .

【0004】[0004]

【従来の技術】半導体デバイスの制作のために使われる
LDD 技術が知られている。LDD とはLight Dope Drainの
略称である。以下に、LDD 技術の説明とその目的につい
て述べる。
2. Description of the Related Art Used for production of semiconductor devices
LDD technology is known. LDD is an abbreviation for Light Dope Drain. The following is a description of the LDD technology and its purpose.

【0005】半導体材料にドーピング(例えば、Si中に
リンやボロンを注入する)する目的は、キャリア(電子
や正孔)を半導体材料内に作りだし、その導電型や抵抗
を制御するためである。このドーピング技術を用いるこ
とによって、必要とする特性を有する半導体装置、例え
ば薄膜トランジスタ(TFT) 等を作製することができる。
The purpose of doping the semiconductor material (for example, injecting phosphorus or boron into Si) is to create carriers (electrons and holes) in the semiconductor material and control the conductivity type and resistance thereof. By using this doping technique, a semiconductor device having necessary characteristics, such as a thin film transistor (TFT), can be manufactured.

【0006】例えば、薄膜トランジスタ(TFT)のソ
ース、ドレイン領域にリンをドーピングしてn型半導体
を作ろうとした場合、1019〜1021cm-3もの密度でリ
ンを半導体材料中に注入しなければ、TFTは動作しな
い。
For example, when an attempt is made to form an n-type semiconductor by doping phosphorus into the source and drain regions of a thin film transistor (TFT), phosphorus must be injected into the semiconductor material at a density of 10 19 to 10 21 cm -3. , TFT does not work.

【0007】図1に一般的なTFTの概略の構造を示す
断面図を示す。図1に示されているのは、ガラスや石英
の基板上に形成された結晶性を有する薄膜珪素半導体か
らなる活性層に形成されたソース領域101とチャネル
形成領域102とドレイン領域103とを備え、さらに
チャネル形成領域102上にはゲイト絶縁膜104を介
してゲイト電極105が形成されているTFT の概略の断
面である。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of a general TFT. FIG. 1 shows a source region 101, a channel formation region 102, and a drain region 103 which are formed in an active layer made of a crystalline thin film silicon semiconductor formed on a glass or quartz substrate. 2 is a schematic cross section of a TFT in which a gate electrode 105 is formed on the channel formation region 102 with a gate insulating film 104 interposed therebetween.

【0008】TFTは図1に示すように、ソース領域1
01とドレイン領域103との間にに配置されたチャネ
ル形成領域102に流れる電流をゲイト電極105に印
加する電圧で制御するものである。ON動作時にソース/
ドレイン間を流れる電流をON電流という。このON電流と
は、チャネル領域に電流を流せと信号を送っているとき
に流れている電流のことである。
The TFT has a source region 1 as shown in FIG.
01 and the drain region 103, the current flowing in the channel formation region 102 is controlled by the voltage applied to the gate electrode 105. Source at ON operation /
The current flowing between the drains is called the ON current. The ON current is a current flowing when a signal is sent to the channel region so that the current flows.

【0009】ところで、ON電流に対してOFF 電流と呼ば
れる電流がある。この電流はチャネル領域に電流を流し
たくないときに流れてしまう電流であり、この電流値が
ON電流値の1/105 を越えると、トランジスタとして
の特性が悪くなってしまう。
By the way, there is a current called an OFF current with respect to an ON current. This current is the current that flows when you do not want to apply current to the channel region.
If it exceeds 1/10 5 of the ON current value, the characteristics as a transistor deteriorate.

【0010】特にアクティブマトリクス型の液晶表示装
置に画素領域に配置される薄膜トランジスタでは、この
OFF 電流特性は極めて重要なものとなる。アクティブマ
トリクス型の液晶表示装置に画素領域に配置される薄膜
トランジスタは、画素電極に出入りする電荷を制御する
ためのスイッチング素子として機能する。この際、所定
の時間でもって画素電極に電荷を保持させておく必要が
あるので、画素に配置される薄膜トランジスタのOFF 電
流は、極力小さいことが必要とされる。
Particularly in a thin film transistor arranged in a pixel region in an active matrix type liquid crystal display device,
The OFF current characteristics are extremely important. A thin film transistor arranged in a pixel region of an active matrix liquid crystal display device functions as a switching element for controlling electric charge which goes in and out of a pixel electrode. At this time, since it is necessary to hold the charge in the pixel electrode for a predetermined time, it is necessary that the OFF current of the thin film transistor arranged in the pixel is as small as possible.

【0011】一般的に図1の構造をもつトランジスタで
は、上記数値制限を満たしたON電流とOFF 電流との比を
得ることは困難である。このON電流とOFF 電流との比を
大きくとれない問題は、以下に示す原因に因るものであ
ると考えられる。
In general, in the transistor having the structure shown in FIG. 1, it is difficult to obtain a ratio of ON current and OFF current satisfying the above numerical limits. The reason why the ratio of ON current and OFF current cannot be made large is considered to be due to the following causes.

【0012】(1)リンやボロン等のドーパントがドー
ピングされているソース、ドレイン領域と、何もドーピ
ングされていないチャネル形成領域とで、物性の落差が
激しいため、その境界部に高電界が生じ、そこからキャ
リアが漏れて、OFF 電流が大きくなってしまう。
(1) The source and drain regions doped with a dopant such as phosphorus or boron and the channel formation region not doped with anything have a large difference in physical properties, so that a high electric field is generated at the boundary between them. , The carrier leaks from there, and the OFF current becomes large.

【0013】(2)(1)で述べたドーピング部分(ソ
ース/ドレイン領域)とチャネル形成領域との境界で生
じた高電界が原因でキャリアが原子格子をたたいて壊す
ことにより欠陥準位が生じ、そこからキャリアが漏れ
て、OFF 電流が大きくなってしまう。格子の破壊は、TF
T 動作中、常に起こることになるので、TFT の特性の劣
化が激しいことの問題ともなる。この劣化にともない、
ON 電流も大きく下がってしまう。
(2) Due to the high electric field generated at the boundary between the doped portion (source / drain region) and the channel formation region described in (1), the carriers strike the atomic lattice and break the carrier, resulting in a defect level. Occurs, carriers leak from it, and the OFF current increases. Lattice destruction is TF
Since it always occurs during T operation, it is also a problem that the deterioration of TFT characteristics is severe. With this deterioration,
The ON current also drops significantly.

【0014】以上2つの原因が考えられている。2つの
原因の共通点として、ソース/ドレイン領域とチャネル
形成領域との物性の落差が激しいことが挙げられる。
The above two causes are considered. One common point of the two causes is that there is a large difference in physical properties between the source / drain region and the channel formation region.

【0015】この落差を何とか緩和したいと考えられた
のが LDD構造である。LDD の基本構造を図2に示す。LD
D の特徴は、ソース/ドレイン領域とチャネル形成領域
との間にライトドープ領域と呼ばれる部分201を設け
ることにある。特にチャネル形成領域102とドレイン
領域103との間の領域に形成されたライトドープ領域
の効果が大きいことから、この領域をLDD 領域(Light D
ope Drain 領域)という。
It was the LDD structure that was thought to somehow alleviate this drop. Figure 2 shows the basic structure of the LDD. LD
The feature of D is that a portion 201 called a light-doped region is provided between the source / drain region and the channel formation region. In particular, the light-doped region formed in the region between the channel formation region 102 and the drain region 103 has a large effect, so that this region is referred to as an LDD region (Light D
ope Drain area).

【0016】ライトドープ領域201にはソース/ドレ
イン領域よりも2桁から4桁低い濃度でリンやボロンの
ドーピングを施す。ソース/ドレイン領域とチャネル領
域との間に、両者の物性の中間の特性を持った領域を設
けることにより、両者の物性の落差に1つクッションが
生まれるのである。このことにより、OFF 電流も下が
り、TFT の特性の劣化も抑制することができる。
The lightly doped region 201 is doped with phosphorus or boron at a concentration that is two to four orders of magnitude lower than that of the source / drain regions. By providing a region having a property intermediate between the physical properties of the source / drain region and the channel region, one cushion is created due to the difference in the physical properties of the both. As a result, the OFF current is also reduced and deterioration of the TFT characteristics can be suppressed.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】先に述べたLDD の技術
により、TFT の劣化を抑え、OFF 電流を低くすることが
可能となる。しかしながら、ライトドープ領域にドーピ
ングされるドーパントの密度を制御することは、その密
度が非常に小さい為、大変困難であるという問題があ
る。
With the LDD technology described above, it is possible to suppress TFT deterioration and reduce the OFF current. However, there is a problem that it is very difficult to control the density of the dopant doped in the lightly doped region because the density is very small.

【0018】現在、一般に出回っているドーピング装置
では、例えばB(ボロン)の場合で1018cm-3以下の密
度を所望の深さに精度良く実現することは困難である。
その理由は以下の通りである。(以下に、挙げる数値は
全てB(ボロン)に関する値であり、またドーピングの
方法はプラズマドーピング法である)
It is difficult for the doping apparatus currently on the market to accurately realize a density of 10 18 cm -3 or less in the case of B (boron) at a desired depth.
The reason is as follows. (All numerical values listed below are values relating to B (boron), and the doping method is the plasma doping method)

【0019】プラズマドーピング法は、注入を行いたい
ドーパントを高周波放電等によってイオンにし、さらに
電界を加えることによって、イオン化されたイオンを電
位差によって加速し、この加速されたイオンを半導体材
料に照射することで行われる。電圧のかけ方は3段階
で、減速電圧、加速電圧、引き出し電圧の3つがある。
減速電圧はドーピングの面内均一性を良くする役割を果
たし、加速電圧はイオンを加速し、引き出し電圧はイオ
ンの初速度を決める。
In the plasma doping method, a dopant to be implanted is made into ions by high-frequency discharge or the like, and an electric field is further applied to accelerate ionized ions by a potential difference, and the accelerated ions are irradiated to a semiconductor material. Done in. There are three ways to apply the voltage, and there are three methods: deceleration voltage, acceleration voltage, and extraction voltage.
The deceleration voltage plays a role of improving the in-plane uniformity of doping, the acceleration voltage accelerates the ions, and the extraction voltage determines the initial velocity of the ions.

【0020】電位差がイオンの速度を決定することか
ら、電位差を変えることによりイオンが注入される深さ
を変えることができる。また、ドーパントの密度は単位
面積、単位時間当たりのイオンの照射数と照射時間によ
って決定される。単位面積、単位時間当たりのイオンの
照射数は電力量(W数)により調節でき、電力量を下げ
れば前記照射数を下げることができる。しかし、あまり
電力量を下げると(一般的に5W以下)、イオンの密度
分布の均質性が悪化し精度良くドーピングが施せなくな
る。
Since the potential difference determines the velocity of the ions, the depth at which the ions are implanted can be changed by changing the potential difference. Further, the density of the dopant is determined by the unit area, the number of ion irradiations per unit time, and the irradiation time. The irradiation number of ions per unit area and unit time can be adjusted by the electric energy (W number), and the irradiation number can be reduced by decreasing the electric energy. However, if the amount of power is reduced too much (generally 5 W or less), the homogeneity of the ion density distribution deteriorates and accurate doping cannot be performed.

【0021】また、照射時間を短くすればドーパントの
密度を減らすことができるが、これもあまり時間を短く
しすぎると(一般に4秒以内)誤差が大きくなって照射
の再現性が無くなってしまう。既存の装置を用いた場
合、単位面積当たりのイオンの照射数は電力量5W、照
射時間6秒の条件で、1012cm-2までドーズ量を下げる
ことができる。この1012cm-2というドーズ量でドーピ
ングをすることで、1018cm-3台のドーピング密度を
実現することができる。
Further, if the irradiation time is shortened, the density of the dopant can be reduced. However, if the irradiation time is too short (generally within 4 seconds), the error becomes large and the reproducibility of irradiation is lost. When using the existing apparatus, the dose can be reduced to 10 12 cm -2 under the condition that the number of ions to be irradiated per unit area is 5 W and the irradiation time is 6 seconds. Doping with a dose amount of 10 12 cm −2 can realize a doping density of the order of 10 18 cm −3 .

【0022】この1018cm-3台のドーピング密度をさ
らに下げようとする場合、前述したとおり照射の密度均
一性が著しく低下するので再現性が極めて悪く実用的で
はない。上記の照射条件の数値制限を無視して、例えば
電力量5Wで1017原子cm-3の密度を実現しようとす
ると、照射時間が0.4 秒程度となり、ドーピング時間と
しては極めて短いものとなってしまう。一般にドーピン
グは、4秒以下の照射時間では誤差が大きすぎて再現性
が悪く実用的ではなくなってしまう。よって、0.4秒と
いう照射時間は現実的ではない。以上のような理由から
ドーパントの密度を1018原子cm-3よりも低い密度で制
御することは大変困難であるのが実情である。
If the doping density of the order of 10 18 cm -3 is to be further reduced, the density uniformity of the irradiation is remarkably lowered as described above, and the reproducibility is extremely poor and not practical. Ignoring the numerical limits of the above irradiation conditions and trying to achieve a density of 10 17 atoms cm -3 with an electric power of 5 W, for example, the irradiation time will be about 0.4 seconds, and the doping time will be extremely short. . Generally, in the doping, if the irradiation time is 4 seconds or less, the error is too large and the reproducibility is poor and it is not practical. Therefore, the irradiation time of 0.4 seconds is not realistic. For the above reasons, it is actually difficult to control the dopant density at a density lower than 10 18 atom cm −3 .

【0023】では、具体的にどの程度の密度にすればト
ランジスタとして良い特性を示すのであろうか。それは
目指す素子特性に応じて変わってくるが、以下ではON電
流をできるだけ下げずに、ON電流とOFF 電流との比がな
るだけ大きくなるようなドーパントの密度を決定する点
について述べる。(じつはLDD 領域の長さによっても、
ON電流とOFF 電流との比は変化するのであるが、ここで
はこの長さを1μmに固定し、ドーパントの密度のみを
変化させた場合を考察する)
Then, what is the specific density at which the transistor will have good characteristics? Although it changes depending on the device characteristics to be aimed at, in the following, we will describe the point of determining the dopant density such that the ratio of ON current to OFF current is as large as possible without reducing the ON current as much as possible. (Actually, depending on the length of the LDD area,
The ratio of ON current to OFF current changes, but here we consider the case where this length is fixed at 1 μm and only the dopant density is changed.)

【0024】図3に、図2に示すようなTFT の構成にお
ける長さ1μmのライトドープ領域201の表面付近の
ドーパント密度と、ON電流とOFF 電流との比率との関係
をグラフ化したデータを示す。このグラフからドーパン
ト(ボロン)の密度を1017原子cm-3程度とした場合
に最もON/OFF比を大きくできることが分かる。しかしな
がら、すでに述べたようにこの数値を制御性良く再現す
ることは既存のドーピング装置では極めて困難である。
FIG. 3 shows data in which the relationship between the ON / OFF current ratio and the dopant density near the surface of the 1 μm long light-doped region 201 in the TFT structure shown in FIG. 2 is plotted. Show. From this graph, it can be seen that the ON / OFF ratio can be maximized when the density of the dopant (boron) is set to about 10 17 atom cm −3 . However, as already mentioned, it is extremely difficult to reproduce this numerical value with good controllability by the existing doping apparatus.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】ドーピングが施された半
導体材料のドーパントの密度の深さ方向のプロファイル
はある深さにピークを持った山状の形態をとる。これ
は、照射されるイオンの速度が半導体材料の中で原子等
の障害物に衝突することで変えられて、イオンの到達の
深さに幅が生じるからである。
The depth profile of the dopant density of a doped semiconductor material has a mountain-like shape having a peak at a certain depth. This is because the velocity of the irradiated ions is changed by colliding with an obstacle such as an atom in the semiconductor material, so that the depth of arrival of the ions has a width.

【0026】一般に単一のイオンを半導体材料に注入し
た場合、ドーパントの分布はその深さ方向においてガウ
ス分布となる。普通はこのガウス分布のピークの部分を
ドーパントの注入したい深さに持ってゆくように電位差
や諸条件を調節する。なぜならば、その山の部分が最も
深さ方向に対しての密度の均一性が良いので、所望の深
さに精度良く、しかも高い再現性でもってドーピングを
施せるからである。発明が解決しようとする課題で議論
したドーパントの密度とは、この山の部分の密度のこと
をいうのが一般的である。もし、山の中腹あたりの密度
分布を使おうとすると、深さ方向に対するドーパントの
密度変化が激しく、ドーパントの密度の制御が難しくな
り、実用性が低いものとなってしまう。
In general, when a single ion is implanted in a semiconductor material, the dopant distribution becomes Gaussian distribution in the depth direction. Normally, the potential difference and various conditions are adjusted so as to bring the peak portion of this Gaussian distribution to the depth at which the dopant is to be injected. This is because the peak portion has the highest density uniformity in the depth direction, and therefore doping can be performed at a desired depth with high accuracy and high reproducibility. The dopant density discussed in the problem to be solved by the invention generally refers to the density of the peak portion. If the density distribution around the hillside is used, the density of the dopant changes drastically in the depth direction, which makes it difficult to control the density of the dopant, resulting in low practicality.

【0027】ところが、ある特定の性質を持ったドーパ
ントでは少々話が変わってくる。例えば、B のようなド
ーパントがそうである。プラズマドーピング法では、ド
ーパントをイオン化して(Bの場合ジボラン(B2
6 )などの気体をイオン化してBのイオンを用いる)電
圧を加えることにより行われる。一般的に気体化された
ドーパントは水素で希釈されている。
However, with a dopant having a specific property, the story changes a little. For example, a dopant such as B. In the plasma doping method, the dopant is ionized (for B, diborane (B 2 H
6 ) and other gases are ionized and B ions are used.) A voltage is applied. Generally, the vaporized dopant is diluted with hydrogen.

【0028】ジボランをガスソースとして、プラズマド
ーピング法によって、Bをドーピングしようとする場
合、BHx とB2Hyy とで示される2種類の正イオンが主に
形成される。これら2つのイオンは重さも大きさも当然
異なっているので、それぞれのイオンが被照射膜中で形
成する深さ方向の密度分布も異なってくる。
When B is to be doped by the plasma doping method using diborane as a gas source, two types of positive ions represented by BH x and B 2 Hy y are mainly formed. Since these two ions naturally have different weights and sizes, the density distributions in the depth direction formed by the respective ions in the irradiated film also differ.

【0029】条件にもよるが、ジボランをガスソースと
して、プラズマドーピング法によって、Bをドーピング
した場合、図4に示すような深さ方向の密度分布が得ら
れる。図4は、珪素膜と酸化珪素膜とを積層した積層体
に対して、酸化珪素側からプラズマドーピング法でボロ
ンイオンを注入した場合のボロン元素の濃度分布をSI
MS(2次イオン分析法)で計測したデータである。
Although depending on the conditions, when B is doped by the plasma doping method using diborane as a gas source, a density distribution in the depth direction as shown in FIG. 4 can be obtained. FIG. 4 shows the concentration distribution of the boron element in the case where boron ions are implanted from the silicon oxide side by the plasma doping method to the laminated body in which the silicon film and the silicon oxide film are laminated.
It is data measured by MS (secondary ion analysis method).

【0030】図4には、まず表面に近い酸化珪素膜中に
401で示される高いボロン密度の第1のピークが存在
し、さらに深い領域である珪素膜中に1017cm-3弱の
低い密度でボロン元素の第2のピーク402が存在して
いる様子が見てとれる。
In FIG. 4, the first peak of high boron density indicated by 401 is present in the silicon oxide film close to the surface, and a low peak of 10 17 cm −3 or less is present in the deeper silicon film. It can be seen that the second peak 402 of the boron element exists in the density.

【0031】図4の低い方の山は照射条件を調節するこ
とにより1017cm-3程度の濃度に十分制御正がよく再
現することができる。これは、403で示されるよう
に、第1のピーク401と第2のピーク402の間に深
さ方向に対する濃度分布の比較的なだらかな領域が存在
し、この領域は比較的再現性良く、また制御性良く得ら
れるからである。
The lower peak in FIG. 4 can be reproduced sufficiently well with a controlled positive concentration of about 10 17 cm -3 by adjusting the irradiation conditions. This is because, as indicated by 403, there is a comparatively gentle region of the concentration distribution in the depth direction between the first peak 401 and the second peak 402, and this region is relatively reproducible, and This is because it can be obtained with good controllability.

【0032】以上がボロンをドーパントとした場合の解
決手段である。なお、ボロンのように深さ方向の密度プ
ロファイルが2つの山に分かれていない元素(例えば、
リン)でも、山の深い部分の中腹の密度を所望の深さに
持っていくことで、低密度化を実現することは可能であ
る。しかし、この場合は深さ方向に対する密度変化が激
しいので、密度の深さに対する制御は難しくなる。
The above is the solution when boron is used as the dopant. In addition, elements such as boron whose density profile in the depth direction is not divided into two peaks (for example,
Even with phosphorus, it is possible to achieve low density by bringing the density of the middle part of the deep part of the mountain to a desired depth. However, in this case, since the density changes drastically in the depth direction, it becomes difficult to control the density depth.

【0033】その他に密度を下げる方法として、前述し
た引き出し電圧を0V、もしくはそれ以下にすることも
考えられる。このようにすることで、イオンの単位時間
当たりの照射数を下げれることがわかっている。よっ
て、イオンの照射時間を長くすることができ、前述の照
射時間制限を(4秒以上)を満たしながら、低密度にド
ーパントを制御することが可能となる。
As another method for lowering the density, it is possible to set the above-mentioned extraction voltage to 0 V or less. By doing so, it is known that the irradiation number of ions per unit time can be reduced. Therefore, the irradiation time of the ions can be lengthened, and the dopant can be controlled at a low density while satisfying the irradiation time limit (4 seconds or more).

【0034】さらに、ドーパントの水素希釈濃度を減ら
すことによって、H+ イオンの量を増やし、イオンの単
位時間あたりの照射数を下げることなくドーパントの密
度を下げることができる。これは電力量を下げずに済む
(電力量の制限5W以上)ので、ドーパントの低密度化
には有効な手段と言える。
Furthermore, by reducing the hydrogen concentration of the dopant, the amount of H + ions can be increased, and the density of the dopant can be lowered without lowering the number of ions irradiated per unit time. This can be said to be an effective means for lowering the density of the dopant, because it is not necessary to reduce the electric power (the electric power limit is 5 W or more).

【0035】以下に本明細書で開示する発明の構成につ
いて説明する。本明細書で開示する発明の一つは、異な
る質量および/またはイオン半径を有する複数種類のイ
オンを所定の材料中に加速して注入する方法であって、
前記複数種類のイオンは異なる数の一種類の元素で構成
され、前記複数種類のイオンそれぞれに応じて形成され
る前記材料の深さ方向における濃度分布を利用して、前
記材料の深さ方向における所定の領域に前記一種類の元
素を所定の濃度でドーピングすることを特徴とする。
The structure of the invention disclosed in this specification will be described below. One of the inventions disclosed herein is a method of accelerating and implanting multiple types of ions having different masses and / or ionic radii into a given material,
The plurality of types of ions are composed of a different number of one type of element, utilizing the concentration distribution in the depth direction of the material formed according to each of the plurality of types of ions, in the depth direction of the material It is characterized in that a predetermined region is doped with the one type of element at a predetermined concentration.

【0036】上記構成において、異なる質量および/ま
たはイオン半径を有する複数種類のイオンとしては、イ
オンはBHx (xは1以上の整数)とB2y (yは1
以上の整数)の例を挙げるとができる。この場合は、ジ
ボランガスをイオン化してBHx とB2y で示される
イオンを主に生成し、電界により加速して半導体材料等
の所定の材料にこれらイオンを注入する場合である。
In the above structure, as a plurality of types of ions having different masses and / or ionic radii, the ions are BH x (x is an integer of 1 or more) and B 2 H y (y is 1).
The above integers can be given as examples. In this case, diborane gas is ionized to mainly generate ions represented by BH x and B 2 H y and accelerated by an electric field to inject these ions into a predetermined material such as a semiconductor material.

【0037】また所定の材料が図4でそのプロファイル
が示される場合のように、珪素膜と酸化珪素膜との積層
体である場合は、BHx で示されるイオンを主に珪素膜
中にドーピングし、B2y で示されるイオンを主に酸
化珪素膜中にドーピングすることができる。
When the predetermined material is a laminated body of a silicon film and a silicon oxide film, as shown in the profile of FIG. 4, the ions represented by BH x are mainly doped in the silicon film. However, the ions represented by B 2 H y can be mainly doped into the silicon oxide film.

【0038】これは、B2y で示されるイオンが重く
そのイオン半径も大きいことを利用して、低い濃度でド
ーピングを行うことができるBHx で示されるイオンを
珪素膜下の珪素膜中にドーピングする例である。このよ
うな構成は、TFT のライトドープ領域等の低不純物濃度
領域の形成に極めて有効である。
This is because the ions represented by B 2 H y are heavy and the ionic radius thereof is large, so that the ions represented by BH x can be doped at a low concentration in the silicon film below the silicon film. This is an example of doping into. Such a structure is extremely effective for forming a low impurity concentration region such as a lightly doped region of a TFT.

【0039】上記ような構成を採用すると、図4から明
らかなように、珪素膜中にボロン元素を1×1016原子
cm-3〜3×1017原子cm-3の濃度範囲でドーピング
することができる。また一般に上記濃度範囲は、1×1
16原子cm-3〜5×1017原子cm-3の濃度範囲で制
御することが可能である。
If the above structure is adopted, as is apparent from FIG. 4, the boron element should be doped with a boron element in a concentration range of 1 × 10 16 atom cm −3 to 3 × 10 17 atom cm −3. You can Generally, the above concentration range is 1 × 1.
It is possible to control in the concentration range of 0 16 atom cm −3 to 5 × 10 17 atom cm −3 .

【0040】他の発明の構成は、チャネル形成領域とド
レイン領域との間にライトドープ領域を有する絶縁ゲイ
ト型電界効果半導体装置の作製方法であって、前記ライ
トドープ領域上に絶縁膜が形成された状態で珪素に一導
電型を付与する不純物イオンを注入を行う工程を有し、
前記不純物イオンは異なる質量および/またはイオン半
径を有する2種類のイオンを少なくとも有し、前記イオ
ンの一方のイオンが主に前記ライトドープ領域中に注入
されることを特徴とする。
Another structure of the invention is a method of manufacturing an insulating gate type field effect semiconductor device having a lightly doped region between a channel forming region and a drain region, wherein an insulating film is formed on the lightly doped region. A step of implanting impurity ions that impart one conductivity type to silicon in the state of
The impurity ions have at least two types of ions having different masses and / or ionic radii, and one of the ions is mainly implanted into the light-doped region.

【0041】他の発明の構成は、不純物元素がドーピン
グされる第1の薄膜材料と、該薄膜材料上に形成された
第2の薄膜材料とを少なくとも有した積層体に対して、
所定のドーパント元素から成りその質量および/または
イオン半径の異なる複数種類のイオンを照射する工程を
有し、前記第1の薄膜材料および前記第2の薄膜材料中
において、前記ドーパント元素の濃度のピークがそれぞ
れ存在していることを特徴とする。
According to another aspect of the invention, there is provided a laminated body having at least a first thin film material doped with an impurity element and a second thin film material formed on the thin film material.
A step of irradiating a plurality of types of ions composed of a predetermined dopant element and having different masses and / or ionic radii, and the peak of the concentration of the dopant element in the first thin film material and the second thin film material Are respectively present.

【0042】上記構成を採用した場合、図4に示すよう
に、2つの薄膜(図4の場合は珪素膜と酸化珪素膜)の
それぞれに深さ方向の濃度分布のピークを形成すること
ができ、特に2つめの小さいピーク、または2つのピー
クの中間領域を利用することで、1017cm-3程度のラ
イトドーピングを可能とすることができる。
When the above structure is adopted, as shown in FIG. 4, peaks of the concentration distribution in the depth direction can be formed in each of the two thin films (the silicon film and the silicon oxide film in the case of FIG. 4). Especially, by utilizing the second small peak or the intermediate region between the two peaks, light doping of about 10 17 cm −3 can be enabled.

【0043】他の発明の構成は、不純物元素がドーピン
グされる第1の薄膜材料と、該薄膜材料上に形成された
第2の薄膜材料とを少なくとも有し、前記第1の薄膜中
には、その厚さ方向においてドーパントの密度分布のピ
ークを有し、前記第2の薄膜中には、その厚さ方向にお
いてドーパントの密度分布の変化率が0の領域が存在す
ることを特徴とする。
According to another aspect of the invention, at least a first thin film material doped with an impurity element and a second thin film material formed on the thin film material are provided, and the first thin film contains A region having a peak of the density distribution of the dopant in the thickness direction thereof and having a rate of change of 0 in the density distribution of the dopant in the thickness direction of the second thin film is present in the second thin film.

【0044】上記構成は、他方の薄膜中に形成される濃
度分布のピークが明確ではない場合が含まれる。勿論、
図4に示されるような濃度分布のプロファイルにおいて
も403で示されるようなその厚さ方向においてドーパ
ントの密度分布の変化率が0の領域が存在している。こ
ようなドーパントの密度分布の変化率が0の領域は、深
さ方向における濃度分布の変化が小さくので、再現性よ
く得ることができる。このことは、特性の一定した半導
体デバイスを得るために極めて有用なことである。
The above structure includes the case where the peak of the concentration distribution formed in the other thin film is not clear. Of course,
Also in the profile of the concentration distribution as shown in FIG. 4, there is a region where the rate of change of the density distribution of the dopant is 0 as shown by 403 in the thickness direction. In such a region in which the rate of change in the density distribution of the dopant is 0, the change in the concentration distribution in the depth direction is small, and thus it can be obtained with good reproducibility. This is extremely useful for obtaining a semiconductor device having constant characteristics.

【0045】他の発明の構成は、チャネル形成領域とド
レイン領域との間にライトドープ領域を有する絶縁ゲイ
ト型電界効果半導体装置であって、前記ライトドープ領
域上には絶縁膜が形成されており、前記絶縁膜中と前記
ライトドープ領域中には、その厚さ方向においてそれぞ
れドーパントの密度分布のピークが存在していることを
特徴とする。
Another structure of the invention is an insulating gate type field effect semiconductor device having a lightly doped region between a channel forming region and a drain region, wherein an insulating film is formed on the lightly doped region. In the insulating film and the lightly doped region, there are peaks of the dopant density distribution in the thickness direction.

【0046】他の発明の構成は、チャネル形成領域とド
レイン領域との間にライトドープ領域を有する絶縁ゲイ
ト型電界効果半導体装置であって、前記ライトドープ領
域上には絶縁膜が形成されており、前記絶縁膜中には、
その厚さ方向においてドーパントの密度分布のピークが
存在しており、前記ライトドープ領域中には、その厚さ
方向においてドーパントの密度分布のの変化率が0の領
域が存在することを特徴とする。
Another structure of the present invention is an insulating gate type field effect semiconductor device having a lightly doped region between a channel forming region and a drain region, wherein an insulating film is formed on the lightly doped region. , In the insulating film,
A peak of the density distribution of the dopant exists in the thickness direction, and a region in which the rate of change of the density distribution of the dopant is 0 exists in the light-doped region in the thickness direction. .

【0047】[0047]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕本実施例では薄膜トランジスタのライトド
ープ領域にドーピングするドーパント(ボロン)の密度
を1017cm-3程度に制御することのよって、薄膜トラ
ンジスタのON電流をほとんど下げることなく、OFF 電流
を従来の方法よりも1桁から3桁下げる技術について示
す。
[Embodiment 1] In this embodiment, by controlling the density of the dopant (boron) with which the light-doped region of the thin film transistor is doped to about 10 17 cm −3 , the OFF current can be reduced without reducing the ON current of the thin film transistor. A technique for reducing the number of digits by one to three digits compared to the conventional method will be described.

【0048】まず、ドーピングされる前の製造途中の薄
膜トランジスタを用意する。本実施例で使用する薄膜ト
ランジスタの仕様は以下の通りである。即ち、図2に示
すようにガラス基板(コーニング7059)100上に
1200Å厚の結晶性珪素膜でなる活性層を形成し、そ
の上にゲイト絶縁膜104として酸化珪素膜を1200
Åの厚さに成膜する。そして、ゲイト電極を500Åの
厚さに多結晶珪素やシリサイド等を材料として形成す
る。(図2参照)これはいわゆる MOS構造と呼ばれるも
のである。ドーピングを施したい領域は珪素膜でなる活
性層の特定の領域である。
First, a thin film transistor which is in the process of being manufactured before being doped is prepared. The specifications of the thin film transistor used in this example are as follows. That is, as shown in FIG. 2, an active layer made of a crystalline silicon film having a thickness of 1200 Å is formed on a glass substrate (Corning 7059) 100, and a silicon oxide film is formed as a gate insulating film 104 on the active layer 1200.
Form a film with a thickness of Å. Then, a gate electrode is formed with a thickness of 500 Å using polycrystalline silicon, silicide or the like as a material. (See Fig. 2) This is a so-called MOS structure. The region to be doped is a specific region of the active layer made of a silicon film.

【0049】この状態における薄膜トランジスタの概略
の断面を図6に示す。図6には、ソースまたはドレイン
領域となるべき領域601(一般にはドレイン領域が優
先的に用いられる)、ライトドープ領域となるべき領域
201(ドレイン領域側であればLDD 領域となる)、チ
ャネル形成領域となるべき領域102、ゲイト絶縁膜1
04、ゲイト電極105が示されている。
FIG. 6 shows a schematic cross section of the thin film transistor in this state. In FIG. 6, a region 601 to be a source or drain region (generally, the drain region is preferentially used), a region 201 to be a light doping region (LDD region on the drain region side), and channel formation. Area 102 to be an area, gate insulating film 1
04, the gate electrode 105 is shown.

【0050】ゲイト絶縁膜104は、ライトドープ領域
となるべき領域201上には形成されているが、ソース
またはドレイン領域となるべき領域601上には形成さ
れていない。これは、この図6に示す状態で行われるB
(ボロン)イオンの注入工程において、ゲイト絶縁膜
(酸化珪素膜)の厚さを利用して201の領域にライト
ドープを行うためである。
The gate insulating film 104 is formed on the region 201 to be the lightly doped region, but is not formed on the region 601 to be the source or drain region. This is performed in the state shown in FIG.
This is because in the step of implanting (boron) ions, the region 201 is lightly doped by utilizing the thickness of the gate insulating film (silicon oxide film).

【0051】次に、ドーピング装置の簡単な説明をす
る。図5にドーピング装置の概略図を示す。図5の一番
上のプラズマソース501中でプラズマを発生させ、そ
の中で生じたイオンをプラズマソース下のイオンの加速
領域で、加速領域に電圧をかけることによって加速す
る。プラズマソースは、ドーパント元素を含んだガスを
高周波放電によってイオン化(電離)させることによっ
て得る。
Next, a brief description of the doping apparatus will be given. FIG. 5 shows a schematic view of the doping apparatus. Plasma is generated in the plasma source 501 at the top of FIG. 5, and the ions generated therein are accelerated in the ion acceleration region under the plasma source by applying a voltage to the acceleration region. The plasma source is obtained by ionizing (ionizing) a gas containing a dopant element by high frequency discharge.

【0052】イオンの加速領域は、図中に示してあるよ
うに三箇所、電圧をかける所が設けてある。図におい
て、504で示されるのが減速電圧を加えるためのもの
であり、503で示されるのが加速電圧を加えるための
ものであり、502で示されるのが引き出し電圧を加え
るためのものである。実際にドーピングを行なうとき
は、下から順番に電圧をかけていく。
As shown in the figure, three ion acceleration regions are provided, and a voltage is applied. In the figure, reference numeral 504 is for applying a deceleration voltage, reference numeral 503 is for applying an acceleration voltage, and reference numeral 502 is for applying an extraction voltage. . When actually doping, voltage is applied in order from the bottom.

【0053】実際のドーピングの方法は以下の通りであ
る。本実施例では、ドーパントとしてB(ボロン)を用
いる。そしてボロンのソースガスとして5%希釈のジボ
ランガス(B26 )を使用する。まず、ジボランガス
をドーピング装置のプラズマソースに注入する。そし
て、ドーピングされる前の製造途中の薄膜トランジスタ
(図2や図6で示す状態の薄膜トランジスタ)を図5の
基板ステージ505にセットする。その後、イオンの加
速領域を真空引きしてプラズマソースから上記ジボラン
ガスをこの加速領域に注入し、まず減速電圧をー1kVか
ける。次に加速電圧27kVをすぐにかけ、その状態を5秒
間維持させる。最後に引き出し電圧3kV を1秒間かけて
アナログ的にかけてゆく。
The actual doping method is as follows. In this embodiment, B (boron) is used as the dopant. Then, diborane gas (B 2 H 6 ) diluted with 5% is used as a source gas of boron. First, diborane gas is injected into the plasma source of the doping apparatus. Then, a thin film transistor (thin film transistor in the state shown in FIGS. 2 and 6) in the process of manufacturing before being doped is set on the substrate stage 505 of FIG. Then, the ion acceleration region is evacuated to inject the diborane gas from the plasma source into the acceleration region, and a deceleration voltage of -1 kV is applied. Next, the acceleration voltage of 27 kV is immediately applied and the state is maintained for 5 seconds. Finally, the extraction voltage of 3kV is applied in analog for 1 second.

【0054】以上のプロセスでゲイト絶縁膜(本実施例
では酸化珪素膜)表面から珪素膜にかけて、図4で示さ
れるプロファイルでBイオンが注入される。図4に示さ
れるのは、ガラス基板上に形成された膜厚1200Åの
結晶性珪素膜とその上に形成された厚さ1200Åの酸
化珪素膜の積層膜において、酸化珪素膜表面からの深さ
方向におけるボロンの濃度分布をSIMS(2次イオン
分析法)によって計測した結果である。
By the above process, B ions are implanted with a profile shown in FIG. 4 from the surface of the gate insulating film (silicon oxide film in this embodiment) to the silicon film. FIG. 4 shows the depth from the surface of the silicon oxide film in a laminated film of a 1200 Å-thick crystalline silicon film formed on a glass substrate and a 1200 Å-thick silicon oxide film formed thereon. It is the result of measuring the concentration distribution of boron in the direction by SIMS (secondary ion analysis method).

【0055】図4の深さ1200Åから1700Åにか
けてのプロファイル(珪素膜の表面から500Åの深さ
に相当する)を見ると、1×1017〜3×1017cm-3
濃度でドーパントが入っていることがわかる。これは、
BHx (Xは1以上の整数)イオンによるプロファイルで
ある。これは、珪素膜の表面付近におけるボロン元素の
濃度を1×1017〜3×1017cm-3の濃度とすることが
できることを意味している。
Looking at the profile from depth 1200 Å to 1700 Å in FIG. 4 (corresponding to a depth of 500 Å from the surface of the silicon film), the dopant enters at a concentration of 1 × 10 17 to 3 × 10 17 cm -3. You can see that this is,
It is a profile by BH x (X is an integer of 1 or more) ion. This means that the concentration of the boron element near the surface of the silicon film can be set to a concentration of 1 × 10 17 to 3 × 10 17 cm −3 .

【0056】一方、表面から1200Åまでのプロファ
イル(酸化珪素膜の膜厚方向の濃度プロファイルに相当
する)をみると大きな山状のプロファイル401を示し
ており、最大で2×10cm-3の濃度でドーパントが入っ
ていることが分かる。これは、B2y (yは1以上の整
数)イオンによるプロファイルである。
On the other hand, looking at the profile from the surface to 1200 Å (corresponding to the concentration profile in the film thickness direction of the silicon oxide film), a large mountain-shaped profile 401 is shown, and the maximum concentration is 2 × 10 cm -3 . You can see that it contains a dopant. This is a profile due to B 2 H y (y is an integer of 1 or more) ions.

【0057】図4に示すボロンの深さ方向の濃度分布
は、Bイオンをプラズマドーピング法を用いて注入する
場合に特有のものである。一般に単一のイオンを加速し
て薄膜に注入した場合、その深さ方向における濃度分布
がガウス分布となる。従って、図4の402で示される
ような第2の小さなピークは観察されない。
The boron concentration distribution in the depth direction shown in FIG. 4 is peculiar to the case of implanting B ions using the plasma doping method. Generally, when a single ion is accelerated and injected into a thin film, the concentration distribution in the depth direction becomes a Gaussian distribution. Therefore, the second small peak as shown at 402 in FIG. 4 is not observed.

【0058】図4には、401で示される第1の山状の
ピークと、402で示される第2の小さな山状のピーク
とが示されている。図4の401で示されるピークは、
B2Hyイオンによるのである。また、402で示されるピ
ークは、BHx イオンによるものである。
FIG. 4 shows a first mountain-shaped peak indicated by 401 and a second small mountain-shaped peak indicated by 402. The peak indicated by 401 in FIG. 4 is
It is due to B 2 Hy ions. The peak indicated by 402 is due to BHx ions.

【0059】図4に示すように2つの深さ方向の濃度分
布に2つのピークが生じるのは、B26 で示されるジ
ボランがプラズマ化(イオン化)されることによって、
BHxで示されるイオンとB2Hyで示されるイオンとが生成
されるからである。そして、BHx で示されるイオンより
B2Hyで示されるイオンの方が存在する割合が大きいの
で、図4に示されるようにより大きなピーク401と小
さなピーク402が形成されることとなる。また、B2Hy
で示されるイオンの方がその質量やイオン半径が大きい
ので、401で示されるようにより表面側に注入される
こととなる。
As shown in FIG. 4, two peaks appear in the two concentration distributions in the depth direction because the diborane represented by B 2 H 6 is plasmatized (ionized).
This is because the ions represented by BHx and the ions represented by B 2 Hy are generated. And from the ion shown by BHx
Since the proportion of the ions represented by B 2 Hy existing is larger, a larger peak 401 and a smaller peak 402 are formed as shown in FIG. 4. Also, B 2 Hy
Since the ion indicated by (4) has a larger mass and ionic radius, it will be more implanted on the surface side as indicated by 401.

【0060】そして本実施例においては、401で示さ
れる第1の大きい濃度のピーク(このピークは酸化珪素
膜中に存在する)と402で示される小さい濃度のピー
クとの間の403で示される付近の比較的その深さ方向
の濃度分布のなだらかな部分を用いて、ライトドープ領
域の形成を行うことを特徴とする。この403で示す付
近は、その深さ方向の濃度分布がなだらかであるので、
極めて制御性良く、1017原子cm-3程度にその濃度を
制御してドーピングを行うことができる。
In the present embodiment, it is indicated by 403 between the first high concentration peak indicated by 401 (this peak is present in the silicon oxide film) and the low concentration peak indicated by 402. It is characterized in that the lightly doped region is formed by using the relatively gentle concentration distribution in the depth direction in the vicinity. In the vicinity indicated by 403, the concentration distribution in the depth direction is gentle, so
Doping can be performed with extremely good controllability by controlling the concentration to about 10 17 atom cm −3 .

【0061】図4に示すような2つのピークを有した厚
さ方向の濃度分布は、ジボランガスをソースガスとした
プラズマドーピング法を用いることによって得られるも
のであり、質量分離を用いてドーピングするイオンを生
成する方法では見られない特異な現象である。
The concentration distribution in the thickness direction having two peaks as shown in FIG. 4 is obtained by using a plasma doping method using diborane gas as a source gas, and ions to be doped by mass separation are used. Is a peculiar phenomenon not seen in the method of generating.

【0062】また、401でそのピークが示される部分
には、5×1019原子cm-3以上の高濃度でボロン元素
が存在していることになるが、この部分はゲイト絶縁膜
中なのでドーパントがいくら入ってもTFT の特性には全
く影響しない。
Further, the boron element is present at a high concentration of 5 × 10 19 atom cm −3 or more in the portion where the peak is indicated by 401, but since this portion is in the gate insulating film, the dopant is used. However, no matter how much it enters, it does not affect the characteristics of the TFT at all.

【0063】なお、ゲイト絶縁膜の外側に相当する図6
の601で示す領域にも、B2Hyで示されるイオンにり高
濃度でボロンがドーピングされているが、この領域はソ
ースまたはドレイン領域となる領域であるので、少々多
めのドーパントが入ることは全く問題ない。
Incidentally, FIG. 6 corresponding to the outside of the gate insulating film.
The region indicated by 601 is also doped with boron at a high concentration due to the ion represented by B 2 Hy, but since this region is a region that becomes a source or drain region, a slightly larger amount of dopant may not enter. No problem at all.

【0064】以上のように、酸化珪素膜104を介して
ジボランを原料ガスとしたプラズマドーピング法によっ
てボロンイオンを注入することによって、201で示さ
れる領域中にボロンイオンをおよそ1017原子cm-3
度の濃度で制御性よくドーピングすることができる。
As described above, boron ions are implanted through the silicon oxide film 104 by the plasma doping method using diborane as a source gas, so that the boron ion is introduced into the region indicated by 201 at about 10 17 atom cm −3. It is possible to dope with good controllability at a certain concentration.

【0065】このボロンイオンの濃度は、図3をみれば
明らかように、チャネル形成領域102とソースまたは
ドレイン領域601との間に形成されるライトドープ領
域201を形成するための最適な濃度である。本実施例
に示す条件を採用した場合、201の領域の表面付近に
おけるボロンの濃度は、1×1016〜3×1016原子c
-3となる。この濃度範囲は、図3から明らかなよう
に、ON電流とOFF 電流との比を大きくできる範囲であ
り、極めて高性能な特性を有するTFT を得ることができ
る範囲である。
As is apparent from FIG. 3, this boron ion concentration is the optimum concentration for forming the lightly doped region 201 formed between the channel forming region 102 and the source or drain region 601. . When the conditions shown in this embodiment are adopted, the boron concentration near the surface of the region 201 is 1 × 10 16 to 3 × 10 16 atoms c.
It becomes m -3 . As is clear from FIG. 3, this concentration range is a range in which the ratio of the ON current and the OFF current can be increased, and is a range in which a TFT having extremely high performance can be obtained.

【0066】特にライトドープ領域の表面付近における
ボロン濃度を1×10〜3×1017cm-3の濃度とするこ
とができ、図3からも明らかなようにON/OFF比の大き
い、極めて特性の優れたTFT を得ることができる。
Particularly, the boron concentration in the vicinity of the surface of the light-doped region can be set to a concentration of 1 × 10 to 3 × 10 17 cm −3 , and as is clear from FIG. 3, the ON / OFF ratio is large and the characteristics are extremely high. It is possible to obtain an excellent TFT.

【0067】〔実施例2〕本実施例は、実施例1に示す
ボロンイオンの注入工程において、502によって印加
される引き出し電圧を0V 、503によって印加される
加速電圧を76kVとし、さらに電力量5Wで照射時間を
6秒としてイオン注入を行う例である。
[Embodiment 2] In this embodiment, in the step of implanting boron ions shown in Embodiment 1, the extraction voltage applied by 502 is 0 V, the acceleration voltage applied by 503 is 76 kV, and the power amount is 5 W. In this example, the irradiation time is 6 seconds and the ion implantation is performed.

【0068】引き出し電圧を0V 、もしくはそれ以下に
すると、単位面積、単位時間当たりのイオンの照射数
を、陽電圧を印加した場合に比べて減らすことができ
る。本実施例では引き出し電圧を0Vとしたがそれ以下
にすることでさらに低密度のドーパントを制御すること
が可能となる。
When the extraction voltage is set to 0 V or less, the irradiation number of ions per unit area and unit time can be reduced as compared with the case where a positive voltage is applied. In the present embodiment, the extraction voltage was set to 0 V, but by setting it to be lower than that, it becomes possible to control the dopant of lower density.

【0069】〔実施例3〕本実施例は、実施例1に示す
構成において、ドーピング装置のプラズマソースにつな
がるドーパントの入ったボンベに、水素ボンベを並列に
つなげることで、ドーパントの濃度を調節し、ドーパン
トの低密度化を制御する例である。
[Embodiment 3] In the present embodiment, in the configuration shown in Embodiment 1, a hydrogen cylinder is connected in parallel to a cylinder containing a dopant connected to a plasma source of a doping apparatus to adjust the concentration of the dopant. This is an example of controlling the low density of the dopant.

【0070】ドーパント(この場合はボロン)の原料ガ
ス(この場合はジボラン)を希釈する水素ガスの濃度を
制御することで、プラズマ化された際のドーパントの密
度を制御することができる。そしてこのことを利用し
て、膜中に注入される不純物イオンの濃度をある程度制
御することができる。
By controlling the concentration of the hydrogen gas that dilutes the source gas (boron in this case) of the dopant (diborane in this case), the density of the dopant when it is turned into plasma can be controlled. Utilizing this fact, the concentration of the impurity ions implanted in the film can be controlled to some extent.

【0071】〔発明の効果〕本明細書に開示する発明を
利用したドーピング方法を採用することで、薄膜トラン
ジスタ(TFT) のライトドープ領域に対して最適な濃度範
囲で不純物イオンの注入を行うことができ、TFT の ON
電流を下げることなく、OFF 電流を ON 電流の10の6
乗分の1以下に下げることが可能となる。
[Effects of the Invention] By adopting the doping method utilizing the invention disclosed in the present specification, it is possible to implant impurity ions into the lightly doped region of a thin film transistor (TFT) in an optimum concentration range. Yes, TFT ON
Turn OFF current to ON current 6 without reducing the current.
It is possible to reduce the power to 1 or less.

【0072】このようなTFT は、特にアクティブマトリ
クス型の液晶ディスプレイ装置の画素電極に配置される
ものとして最適な特性を有するものでり、極めて有用な
ものとなる。
Such a TFT has an optimum characteristic especially for being arranged in a pixel electrode of an active matrix type liquid crystal display device, and is extremely useful.

【0073】本明細書で開示する発明は、特定の材料に
対して特定の種類のイオンを所定の濃度で注入する場合
に有効に利用できるものである。即ち、上記のようなTF
T のライトドープ領域を形成する場合のみではなく、所
定の濃度に調節してイオンの注入を行いたい場合に利用
することができる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The invention disclosed in the present specification can be effectively utilized when implanting a specific type of ions into a specific material at a predetermined concentration. That is, TF as described above
It can be used not only when forming a lightly doped region of T 2 but also when it is desired to perform ion implantation with adjustment to a predetermined concentration.

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

【図1】従来より公知の薄膜トランジスタの概略の構成
を示す。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a conventionally known thin film transistor.

【図2】ライトドープ領域を有する薄膜トランジスタの
概略の構成を示す。
FIG. 2 shows a schematic structure of a thin film transistor having a lightly doped region.

【図3】薄膜トランジスタのON電流とOFF 電流との比
と、ライトドープ領域に注入されるボロンイオンの密度
との関係を示す。
FIG. 3 shows the relationship between the ratio of ON current and OFF current of a thin film transistor and the density of boron ions implanted in a lightly doped region.

【図4】珪素膜と酸化珪素膜との積層に対してボロンイ
オンを注入した際の深さ方向の濃度分布を示す。
FIG. 4 shows a concentration distribution in a depth direction when boron ions are implanted into a stack of a silicon film and a silicon oxide film.

【図5】プラズマドーピング装置の概略の構成を示す。FIG. 5 shows a schematic configuration of a plasma doping apparatus.

【図6】ボロンイオンが注入される状態の作製工程途中
の薄膜トランジスタの概略の状態を示す。
FIG. 6 shows a schematic state of a thin film transistor during a manufacturing process in a state where boron ions are implanted.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 基板(ガラス基板または石英基板) 101 ソース領域 102 チャネル形成領域 103 ドレイン領域 104 ゲイト絶縁膜 105 ゲイト電極 201 ライトドープ領域 601 ソースまたはドレイン領域 100 substrate (glass substrate or quartz substrate) 101 source region 102 channel formation region 103 drain region 104 gate insulating film 105 gate electrode 201 light doped region 601 source or drain region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/265 L 9056−4M 29/78 616 L ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication H01L 21/265 L 9056-4M 29/78 616 L

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】異なる質量および/またはイオン半径を有
する複数種類のイオンを所定の材料中に加速して注入す
る方法であって、 前記複数種類のイオンは異なる数の一種類の元素で構成
され、 前記複数種類のイオンそれぞれに応じて形成される前記
材料の深さ方向における濃度分布を利用して、前記材料
の深さ方向における所定の領域に前記一種類の元素を所
定の濃度でドーピングすることを特徴とするドーピング
方法。
1. A method for accelerating and implanting a plurality of types of ions having different masses and / or ionic radii into a predetermined material, wherein the plurality of types of ions are composed of different numbers of one type of element. , Using a concentration distribution in the depth direction of the material formed according to each of the plurality of types of ions, doping a predetermined region in the depth direction of the material with the one type of element at a predetermined concentration A doping method characterized by the above.
【請求項2】請求項1において、一種類の元素としてボ
ロンが用いられることを特徴とするドーピング方法。
2. The doping method according to claim 1, wherein boron is used as one kind of element.
【請求項3】請求項1において、 一種類の元素としてボロンが用いられれ、 所定の材料は珪素膜と酸化珪素膜との多層構造を有し、 複数種類のイオンはBHx (xは1以上の整数)とB2
y (yは1以上の整数)であり、 前記BHx で示されるイオンは主に珪素膜中にドーピン
グされ、 前記B2y で示されるイオンは主に酸化珪素膜中にド
ーピングされることを特徴とするドーピング方法。
3. The boron according to claim 1, wherein boron is used as one kind of element, the predetermined material has a multi-layer structure of a silicon film and a silicon oxide film, and plural kinds of ions are BH x (x is 1 or more). Integer) and B 2
H y (y is an integer of 1 or more), the ions represented by BH x are mainly doped in the silicon film, and the ions represented by B 2 H y are mainly doped in the silicon oxide film. A doping method characterized by the above.
【請求項4】請求項3において、珪素膜中にはボロン元
素が1×1016原子cm-3〜3×1017原子cm-3の濃
度でドーピングされることを特徴とするドーピング方
法。
4. The doping method according to claim 3, wherein the boron element is doped in the silicon film at a concentration of 1 × 10 16 atom cm −3 to 3 × 10 17 atom cm −3 .
【請求項5】請求項3において、珪素膜中にはボロン元
素が1×1016原子cm-3〜5×1017原子cm-3の濃
度でドーピングされることを特徴とするドーピング方
法。
5. The doping method according to claim 3, wherein the boron element is doped in the silicon film at a concentration of 1 × 10 16 atom cm −3 to 5 × 10 17 atom cm −3 .
【請求項6】チャネル形成領域とドレイン領域との間に
ライトドープ領域を有する絶縁ゲイト型電界効果半導体
装置の作製方法であって、 前記ライトドープ領域上に絶縁膜が形成された状態で珪
素に一導電型を付与する不純物イオンを注入を行う工程
を有し、 前記不純物イオンは異なる質量および/またはイオン半
径を有する2種類のイオンを少なくとも有し、 前記イオンの一方のイオンが主に前記ライトドープ領域
中に注入されることを特徴とする半導体装置の作製方
法。
6. A method for manufacturing an insulating gate type field effect semiconductor device having a lightly doped region between a channel forming region and a drain region, wherein an insulating film is formed on the lightly doped region. Implanting impurity ions imparting one conductivity type, the impurity ions having at least two kinds of ions having different masses and / or ionic radii, and one of the ions is mainly the light. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by being injected into a doped region.
【請求項7】請求項6において、 2種類のイオンはBHx (xは1以上の整数)とB2
y (yは1以上の整数)で示され、 ライトドープ領域中にはボロン元素が注入されることを
特徴とする半導体装置の作製方法。
7. The method according to claim 6, wherein the two kinds of ions are BH x (x is an integer of 1 or more) and B 2 H.
A method for manufacturing a semiconductor device, which is represented by y (y is an integer of 1 or more), in which a boron element is implanted into the lightly doped region.
【請求項8】請求項7において、ライトドープ領域中に
は、ボロン元素が1×1016原子cm-3〜3×1017
子cm-3の濃度でドーピングされることを特徴とする半
導体装置の作製方法。
8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the lightly doped region is doped with a boron element at a concentration of 1 × 10 16 atom cm −3 to 3 × 10 17 atom cm −3. Of manufacturing.
【請求項9】請求項7において、ライトドープ領域中に
は、ボロン元素が1×1016原子cm-3〜5×1017
子cm-3の濃度でドーピングされることを特徴とする半
導体装置の作製方法。
9. The semiconductor device according to claim 7, wherein the lightly doped region is doped with a boron element at a concentration of 1 × 10 16 atom cm −3 to 5 × 10 17 atom cm −3. Of manufacturing.
【請求項10】不純物元素がドーピングされる第1の薄
膜材料と、 該薄膜材料上に形成された第2の薄膜材料とを少なくと
も有した積層体に対して、 所定のドーパント元素から成りその質量および/または
イオン半径の異なる複数種類のイオンを照射する工程を
有し、 前記第1の薄膜材料および前記第2の薄膜材料中におい
て、前記ドーパント元素の濃度のピークがそれぞれ存在
していることを特徴とするドーピング方法。
10. A stack comprising at least a first thin-film material doped with an impurity element and a second thin-film material formed on the thin-film material, the mass comprising a predetermined dopant element. And / or a step of irradiating a plurality of types of ions having different ionic radii, wherein peaks of the concentration of the dopant element are present in the first thin film material and the second thin film material, respectively. A characteristic doping method.
【請求項11】不純物元素がドーピングされる第1の薄
膜材料と、 該薄膜材料上に形成された第2の薄膜材料とを少なくと
も有し、 前記第1の薄膜中には、その厚さ方向においてドーパン
トの密度分布のピークを有し、 前記第2の薄膜中には、その厚さ方向においてドーパン
トの密度分布の変化率が0の領域が存在することを特徴
とする半導体装置。
11. At least a first thin film material doped with an impurity element and a second thin film material formed on the thin film material, wherein the first thin film has a thickness direction in the first thin film material. In the second thin film, there is a region where the rate of change of the dopant density distribution is 0 in the thickness direction of the second thin film.
【請求項12】チャネル形成領域とドレイン領域との間
にライトドープ領域を有する絶縁ゲイト型電界効果半導
体装置であって、 前記ライトドープ領域上には絶縁膜が形成されており、 前記絶縁膜中と前記ライトドープ領域中には、その厚さ
方向においてそれぞれドーパントの密度分布のピークが
存在していることを特徴とする半導体装置。
12. An insulating gate type field effect semiconductor device having a lightly doped region between a channel forming region and a drain region, wherein an insulating film is formed on the lightly doped region. And the lightly doped region has a peak of a dopant density distribution in the thickness direction thereof.
【請求項13】チャネル形成領域とドレイン領域との間
にライトドープ領域を有する絶縁ゲイト型電界効果半導
体装置であって、 前記ライトドープ領域上には絶縁膜が形成されており、 前記絶縁膜中には、その厚さ方向においてドーパントの
密度分布のピークが存在しており、 前記ライトドープ領域中には、その厚さ方向においてド
ーパントの密度分布のの変化率が0の領域が存在するこ
とを特徴とする半導体装置。
13. An insulating gate type field effect semiconductor device having a lightly doped region between a channel forming region and a drain region, wherein an insulating film is formed on the lightly doped region. Has a peak of the density distribution of the dopant in the thickness direction thereof, and a region in which the rate of change of the density distribution of the dopant is 0 exists in the light doping region. Characteristic semiconductor device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR19980053433A (en) * 1996-12-26 1998-09-25 김영환 Ion implantation method in semiconductor device manufacturing process
US6077730A (en) * 1997-05-23 2000-06-20 Lg Electronics, Inc. Method of fabricating thin film transistors

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