JPH08316487A - Manufacture of thin-film semiconductor device - Google Patents

Manufacture of thin-film semiconductor device

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JPH08316487A
JPH08316487A JP11863795A JP11863795A JPH08316487A JP H08316487 A JPH08316487 A JP H08316487A JP 11863795 A JP11863795 A JP 11863795A JP 11863795 A JP11863795 A JP 11863795A JP H08316487 A JPH08316487 A JP H08316487A
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JP
Japan
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thin film
impurities
layer
impurity
substrate
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Application number
JP11863795A
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Japanese (ja)
Inventor
Keiichi Sano
景一 佐野
Tomoyuki Noda
朋幸 納田
Yoichiro Aya
洋一郎 綾
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To obtain a method of manufacturing a thin-film semiconductor device, which makes a TFT exercise the control of a threshold voltage by channel doping without deteriorating the on-off characteristics of the TFT. CONSTITUTION: Channel doping impurities are ion-implanted in the surface of a substrate or an insulative thin-film and a doped substrate layer 13 is formed. After an a-Si film is formed on the layer 13, an excimer laser 17 irradiates, the a-Si film 14a is molten, is recrystallized and a polycrystalline Si film 14 is formed. Here, the impurities are thermodiffused from the interior of the layer 13 into the film 14 simultaneously with the formation of the film 14 and a doped channel region 16a is formed. After that, a gate electrode and source and drain regions are formed and a TFT is manufactured.

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、薄膜半導体装置の製造
方法に関し、特に、チャネルドープにより低消費電力化
が図られた薄膜半導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a thin film semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a thin film semiconductor device in which power consumption is reduced by channel doping.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、液晶表示装置(以下LCDと称す
る)の低コスト化と高精細化の実現を目的として、ガラ
ス基板上周辺駆動回路一体化技術の開発が要望されてい
る。この技術は、複数の画素領域が形成されたガラス基
板上に、画素領域を駆動するための周辺駆動回路を同一
プロセスによって一体的に形成する技術である。ガラス
基板を用いたLCDを高温プロセスで製造すると、ガラ
ス基板に熱歪みが生じて好ましくない。このため、LC
Dの製造には低温プロセスが用いられる。従って、特に
駆動デバイスである薄膜トランジスタ(以下、TFTと
称する)においては、低温プロセスによる高性能化が必
須である。このために、TFTの構成材料の高品質化を
はじめとする様々なアプローチがなされている。例え
ば、デバイス特性を左右する活性層材料の高品質化技術
としては、a−Si膜を出発材料としたエキシマレーザ
アニール法による薄膜poly−Si材料の開発によっ
てデバイス特性の著しい向上が報告されている(199
3年秋期応用物理学会講演予稿集27p−ZW−1
1)。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been a demand for development of a peripheral drive circuit integration technology on a glass substrate for the purpose of realizing cost reduction and high definition of a liquid crystal display device (hereinafter referred to as LCD). This technique is a technique in which a peripheral drive circuit for driving a pixel region is integrally formed by a same process on a glass substrate on which a plurality of pixel regions are formed. When an LCD using a glass substrate is manufactured by a high temperature process, thermal distortion occurs in the glass substrate, which is not preferable. Therefore, LC
A low temperature process is used to manufacture D. Therefore, especially in a thin film transistor (hereinafter, referred to as a TFT) which is a driving device, high performance by a low temperature process is essential. For this reason, various approaches have been taken such as improving the quality of the constituent material of the TFT. For example, as a technique for improving the quality of an active layer material that influences device characteristics, it has been reported that the device characteristics are significantly improved by developing a thin film poly-Si material by an excimer laser annealing method using an a-Si film as a starting material. (199
Proceedings of the 3rd Autumn Meeting of Applied Physics 27p-ZW-1
1).

【0003】また、このような活性層材料の高品質化の
進展に伴い、一方ではデバイス特性に深く関わるゲート
絶縁層の低温プロセスによる高品質化技術が同時に要求
されている。ところが、ゲート絶縁層材料は、元来、高
温形成で安定、かつ良好な特性を得る材料であり、現状
の低温プロセスを用いて形成した場合には、高温で形成
したものに比べ絶縁層内に多くの欠陥が生じ、これによ
ってTFTのスイッチング特性を決定するしきい値電圧
が高くなってしまう問題があった。
Further, as the quality of the active layer material has been improved, on the other hand, a technology for improving the quality of the gate insulating layer, which is deeply related to the device characteristics, by a low temperature process is also required. However, the gate insulating layer material is originally a material that obtains stable and good characteristics when formed at high temperature, and when formed using the current low temperature process, it is more likely to be present in the insulating layer than when formed at high temperature. There are many defects, which increase the threshold voltage that determines the switching characteristics of the TFT.

【0004】また、LCDの駆動回路では、低消費電力
化を実現するために、スイッチング素子としてCMOS
を採用することが行われている。CMOSは、同一基板
上に形成されたnチャネルTFTと、pチャネルTFT
を用いて構成され、その動作においては、各TFTのし
きい値電圧を整合させてスイッチング動作を行わせる必
要がある。そして、このCMOSを低温プロセスにより
形成すると、上記のように、ゲート絶縁層の膜質劣化に
より、特にpチャネルTFT側でしきい値電圧が高くな
り、CMOSの特徴である低消費電力化が困難となると
いう問題が生じる。
In the LCD drive circuit, a CMOS is used as a switching element in order to realize low power consumption.
Is being adopted. CMOS is an n-channel TFT and a p-channel TFT formed on the same substrate.
In the operation, it is necessary to match the threshold voltage of each TFT to perform the switching operation. When this CMOS is formed by a low temperature process, the threshold voltage becomes high especially on the p-channel TFT side due to the deterioration of the film quality of the gate insulating layer as described above, making it difficult to reduce the power consumption which is a characteristic of CMOS. The problem arises.

【0005】そこで、従来より、TFTのしきい値電圧
を最適な値に制御するために幾つかの方法が考案されて
いる。一つの方法は、TFTのチャネル内にサブゲート
を設け、このサブゲートを用いてバイアス制御する方法
である。しかしながら、この方法では、絶縁性基板上に
当該素子を製造する工程において、別途サブゲートを設
けるための工程が必要となり、工程が複雑化する。また
サブゲートをバイアス制御を行うための構成も別途必要
となり、素子構造が複雑化する。
Therefore, conventionally, several methods have been devised to control the threshold voltage of the TFT to an optimum value. One method is to provide a sub-gate in the channel of the TFT and use this sub-gate to control the bias. However, according to this method, a step for separately providing a sub-gate is required in the step of manufacturing the element on the insulating substrate, which complicates the step. In addition, a structure for performing bias control on the sub-gate is also required, which complicates the device structure.

【0006】また、他の方法として、TFTのチャネル
に不純物を微量ドープしてしきい値電圧を制御するチャ
ネルドープ法がある。この方法は、チャネル領域に不純
物を微量ドープする工程を追加することにより実現でき
るため、上記の方法に比べ工程が簡略である。
As another method, there is a channel doping method in which the channel of the TFT is slightly doped with impurities to control the threshold voltage. This method can be realized by adding a step of slightly doping the channel region with impurities, and thus the steps are simpler than those of the above method.

【0007】ここで、従来のチャネルドープ法を利用し
て絶縁性基板上にTFTを形成する方法について説明す
る。図27は、従来のチャネルドープ法が適用される製
造方法により製造されたTFTの素子構造を示す断面構
造図であり、図28〜図32は、その製造プロセスを工
程別に示した製造工程図である。TFTは、無アルカリ
ガラスなどの基板1上に絶縁性薄膜2を介在して形成さ
れている。TFTは、一対の不純物領域8,8と、その
間に構成されるチャネル領域16を有する素子活性層3
と、素子活性層3上にゲート絶縁層5を介して形成され
るゲート電極6を有している。一対の不純物領域8,8
には、保護絶縁層9中に形成されたコンタクトホール1
0を通してAl(アルミニウム)などの取り出し電極1
1,11が接続されている。
Here, a method of forming a TFT on an insulating substrate by using the conventional channel doping method will be described. FIG. 27 is a sectional structural view showing a device structure of a TFT manufactured by a manufacturing method to which a conventional channel doping method is applied, and FIGS. 28 to 32 are manufacturing process diagrams showing the manufacturing process for each step. is there. The TFT is formed on a substrate 1 such as non-alkali glass with an insulating thin film 2 interposed. The TFT is a device active layer 3 having a pair of impurity regions 8 and a channel region 16 formed therebetween.
And a gate electrode 6 formed on the element active layer 3 via a gate insulating layer 5. A pair of impurity regions 8 and 8
The contact hole 1 formed in the protective insulating layer 9
Extraction electrode 1 such as Al (aluminum) through 0
1, 11 are connected.

【0008】次に、従来のpチャネルTFTの製造工程
を順に説明する。まず、図28に示すように、無アルカ
リガラスなどの基板1上に、SiO2 などからなる絶縁
性薄膜2をCVD(化学気相成長)法やスパッタ法によ
り被着形成する。この絶縁性薄膜2は、後工程におい
て、基板1中に含まれる不純物が素子活性層へ拡散する
のを防止するために形成されている。
Next, the manufacturing process of the conventional p-channel TFT will be described in order. First, as shown in FIG. 28, an insulating thin film 2 made of SiO 2 or the like is deposited and formed on a substrate 1 such as a non-alkali glass by a CVD (chemical vapor deposition) method or a sputtering method. The insulating thin film 2 is formed to prevent impurities contained in the substrate 1 from diffusing into the element active layer in a later step.

【0009】次に、図29に示すように、絶縁性薄膜2
上に、素子活性層となる多結晶Siなどの半導体薄膜3
aをCVD法やスパッタ法により被着形成する。さら
に、イオン注入法などを用いて半導体薄膜3a中にB
(ホウ素)あるいはP(リン)などの不純物7を添加す
る(チャネルドープ)。なお、このイオン注入時には、
半導体薄膜3aの表面層にイオン損傷欠陥が生ずる。
Next, as shown in FIG. 29, the insulating thin film 2
On top of this, a semiconductor thin film 3 such as polycrystalline Si, which becomes an element active layer, is formed.
A is deposited by CVD or sputtering. Further, B is added to the semiconductor thin film 3a by using an ion implantation method or the like.
Impurity 7 such as (boron) or P (phosphorus) is added (channel dope). In addition, at the time of this ion implantation,
Ion damage defects occur in the surface layer of the semiconductor thin film 3a.

【0010】次に、図30に示すように、不純物が添加
された半導体薄膜3aを通常のフォトリソ工程によりパ
ターニングし半導体薄膜のアイランド(素子活性層)3
を形成する。さらに、全面にSiO2 やSiNX などか
らなるゲート絶縁膜5を被着形成する。
Next, as shown in FIG. 30, the semiconductor thin film 3a doped with impurities is patterned by a normal photolithography process to form islands (element active layers) 3 of the semiconductor thin film.
To form. Further, a gate insulating film 5 made of SiO 2 , SiN x or the like is deposited on the entire surface.

【0011】さらに、図31に示すように、多結晶Si
またはTi,Mo,Taなどの金属からなるゲート電極
6を形成し、このゲート電極6をマスクとしてB(nチ
ャネルTFTの場合にはP等)の不純物12をイオン注
入法を用いて素子活性層3内に注入し、一対の不純物領
域を形成する。続いて、熱処理などを加え、注入不純物
を活性化してソース・ドレイン領域8,8を形成する。
Further, as shown in FIG. 31, polycrystalline Si
Alternatively, a gate electrode 6 made of a metal such as Ti, Mo, or Ta is formed, and using the gate electrode 6 as a mask, impurities 12 of B (P or the like in the case of an n-channel TFT) are used by an ion implantation method to form an element active layer. 3 to form a pair of impurity regions. Then, heat treatment or the like is applied to activate the implanted impurities to form the source / drain regions 8 and 8.

【0012】さらに、図32に示すように、SiO2
SiNX などからなる保護絶縁層9を被着形成し、ソー
ス・ドレイン領域8,8の上部にコンタクトホール1
0,10を開口した後、Alなどの取り出し電極11,
11を形成し、pチャネルTFTが完成する。
Further, as shown in FIG. 32, a protective insulating layer 9 made of SiO 2 or SiN x is deposited and formed, and the contact hole 1 is formed on the source / drain regions 8 and 8.
After opening 0 and 10, the extraction electrode 11 made of Al or the like,
11 is formed, and the p-channel TFT is completed.

【0013】次に、従来のチャネルドープ法を適用して
絶縁性基板上に形成したCMOSの素子構造及びその製
造方法について説明する。図33は、CMOSの断面構
造図であり、図34〜図39は、その製造プロセスを工
程別に示す製造工程図である。まず、図33に示すよう
に、CMOSは、同一基板21上に形成されたnチャネ
ルTFT20aとpチャネルTFT20bとから構成さ
れる。nチャネルTFT20aは、一対のソース・ドレ
イン領域28a,28aが形成された素子活性層23a
と、素子活性層23a上にゲート絶縁層25を介して形
成されたゲート電極26aとを有している。また、pチ
ャネルTFT20bは、nチャネルTFTと同様に構成
されており、一対のソース・ドレイン領域28b,28
bを有する素子活性層23bと、ゲート絶縁層25及び
ゲート電極26bとを備えている。取り出し電極31
は、保護絶縁層30中に形成されたコントクトホールを
介してソース・ドレイン領域28a,28a,28b,
28bに接続されている。
Next, a device structure of a CMOS formed on an insulating substrate by applying the conventional channel doping method and a manufacturing method thereof will be described. FIG. 33 is a sectional structural view of a CMOS, and FIGS. 34 to 39 are manufacturing process diagrams showing the manufacturing process for each step. First, as shown in FIG. 33, the CMOS is composed of an n-channel TFT 20a and a p-channel TFT 20b formed on the same substrate 21. The n-channel TFT 20a includes an element active layer 23a having a pair of source / drain regions 28a, 28a formed therein.
And a gate electrode 26a formed on the element active layer 23a with the gate insulating layer 25 interposed therebetween. The p-channel TFT 20b has the same structure as the n-channel TFT and has a pair of source / drain regions 28b, 28b.
The device active layer 23b having b, the gate insulating layer 25, and the gate electrode 26b are provided. Extraction electrode 31
Are source / drain regions 28a, 28a, 28b, through the contact holes formed in the protective insulating layer 30.
28b.

【0014】このCMOSの製造工程を以下に順次説明
する。先ず図34に示すように、無アルカリガラスなど
の基板21の上に絶縁性薄膜22を被着形成し、続いて
素子活性層となる多結晶Siなどの半導体薄膜のアイラ
ンド23a,23bを形成する。
The manufacturing process of this CMOS will be sequentially described below. First, as shown in FIG. 34, an insulating thin film 22 is deposited on a substrate 21 made of non-alkali glass or the like, and subsequently islands 23a and 23b of a semiconductor thin film made of polycrystalline Si or the like to be an element active layer are formed. .

【0015】次に、図35に示すように、nチャネル側
のアイランド23aのある領域をレジスト24aでマス
クし、イオン注入法などを用いてpチャネル側のアイラ
ンド23bにB(ホウ素)あるいはP(リン)などの不
純物27aを添加する。これにより、nチャネルTFT
側のチャネル領域にしきい値電圧調整用の不純物がドー
プされる。
Then, as shown in FIG. 35, a region having the island 23a on the n-channel side is masked with a resist 24a, and B (boron) or P () is formed on the island 23b on the p-channel side by an ion implantation method or the like. An impurity 27a such as phosphorus) is added. This enables the n-channel TFT
The side channel region is doped with an impurity for adjusting the threshold voltage.

【0016】さらに、図36に示すように、レジスト2
4aを除去した後、今度はpチャネル側のアイランド2
3bのある領域をレジスト24bでマスクし、イオン注
入法などによりnチャネル側のアイランド23aにBま
たはPなどの不純物27bを添加する。これにより、n
チャネルTFTのチャネル領域にしきい値電圧調整用の
不純物がドープされる。なお、この図35及び図36に
示す工程は、その順序を入れ代えて行ってもよい。
Further, as shown in FIG. 36, the resist 2
After removing 4a, this time the island 2 on the p-channel side
A region having 3b is masked with a resist 24b, and an impurity 27b such as B or P is added to the island 23a on the n-channel side by an ion implantation method or the like. This gives n
Impurities for adjusting the threshold voltage are doped in the channel region of the channel TFT. Note that the steps shown in FIGS. 35 and 36 may be performed in a different order.

【0017】さらに、図37に示すように、ゲート絶縁
膜25を全面に被着形成した後、多結晶Siなどの材料
を被着し、パターニングしてゲート電極26a,26b
を形成する。
Further, as shown in FIG. 37, after the gate insulating film 25 is deposited on the entire surface, a material such as polycrystalline Si is deposited and patterned to form gate electrodes 26a and 26b.
To form.

【0018】さらに、図38に示すように、チャネルド
ープの手順と同様の手順でイオン注入を行ない、nチャ
ネル側のアイランド23aのある領域にPを注入し、ま
たpチャネル側のアイランド23bのある領域にBを注
入する。この後、熱処理などを行ない、注入された不純
物を活性化してn+ ソース・ドレイン領域28a,28
aとp+ ソース・ドレイン領域28b,28bを形成す
る。
Further, as shown in FIG. 38, ion implantation is performed in the same procedure as the channel doping procedure to implant P into a region having the island 23a on the n-channel side and the island 23b on the p-channel side. Inject B into the region. Thereafter, heat treatment or the like is performed to activate the implanted impurities to activate the n + source / drain regions 28a and 28a.
a and p + source / drain regions 28b and 28b are formed.

【0019】さらに、図39に示すように、保護絶縁層
30を被着形成した後、コンタクトホール32と取り出
し電極31を順次形成してCMOSが完成する。
Further, as shown in FIG. 39, after the protective insulating layer 30 is deposited and formed, the contact hole 32 and the take-out electrode 31 are sequentially formed to complete the CMOS.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
チャネルドープ法では、素子活性層の表面にしきい値電
圧調整用の不純物を直接イオン注入するため、素子活性
層表面にはイオン損傷欠陥が生じる。この場合、高温プ
ロセスの適用が可能な半導体装置の場合では、チャネル
ドープの後工程においてなされる高温熱プロセス(不純
物活性化工程)でこのイオン損傷欠陥が回復される。し
かしながら、上記のようなLCDを対象とする低温プロ
セスでは、チャネルドープの後工程において熱処理プロ
セスが行われたとしても、その温度が低く、イオン損傷
欠陥が十分に回復できない。この結果、チャネル領域の
イオン損傷欠陥により、逆に素子の特性を劣化させてし
まう場合があった。例えば、図8は、チャネルドープを
行った場合(従来例2)とチャネルドープを行わない場
合(従来例1)の従来のTFTのドレイン電流ID −ゲ
ート電圧VG 特性を示している。両者を比較すると、チ
ャネルドープを行ったTFTではしきい値電圧が低下す
るなどの改善が見られるものの、一方でオン電流が低下
し、またオフ電流が上昇するという特性劣化を引き起こ
していることが判る。
As described above, in the conventional channel doping method, the impurity for adjusting the threshold voltage is directly ion-implanted into the surface of the device active layer, so that the surface of the device active layer has an ion damage defect. Occurs. In this case, in the case of a semiconductor device to which a high temperature process can be applied, this ion damage defect is recovered by a high temperature thermal process (impurity activation process) performed in a post process of channel doping. However, in the low-temperature process for the LCD as described above, even if the heat treatment process is performed in the post-step of channel doping, the temperature is low and the ion damage defect cannot be sufficiently recovered. As a result, the characteristics of the device may be deteriorated due to the ion damage defect in the channel region. For example, FIG. 8 shows drain current ID -gate voltage V G characteristics of a conventional TFT with channel doping (conventional example 2) and without channel doping (conventional example 1). Comparing the two, although the channel-doped TFT shows improvement such as lowering of the threshold voltage, on the other hand, the on-current decreases and the off-current increases, which causes characteristic deterioration. I understand.

【0021】本発明の目的は、チャネルドープのための
イオン注入によって生じるイオン損傷欠陥に起因する素
子特性の劣化を生じることなく、しきい値電圧の調整を
行うことが可能な薄膜半導体装置の製造方法を提供する
ことである。
An object of the present invention is to manufacture a thin film semiconductor device capable of adjusting a threshold voltage without causing deterioration of element characteristics due to ion damage defects caused by ion implantation for channel doping. Is to provide a method.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明の広い局面による
薄膜半導体装置の製造方法は、基板上に不純物を含む絶
縁層を形成する工程と、絶縁層上に半導体の非晶質層を
形成する工程と、非晶質層にエネルギービームを照射す
ることによって絶縁層から非晶質層内に不純物を拡散さ
せるとともに、非晶質層を結晶化させて不純物が導入さ
れた半導体結晶層を形成する工程とを備えている。な
お、ここで「基板」とは、薄膜半導体装置の素子がその
表面上に形成される基体となる要素を示すものであり、
例えばガラスや石英などの絶縁性基板単体のみならず、
その表面上に保護膜などが形成された積層体を含むもの
である。
A method of manufacturing a thin film semiconductor device according to a broad aspect of the present invention includes a step of forming an insulating layer containing impurities on a substrate and an amorphous layer of a semiconductor on the insulating layer. Steps and irradiating the amorphous layer with an energy beam to diffuse impurities from the insulating layer into the amorphous layer and crystallize the amorphous layer to form a semiconductor crystal layer into which the impurity is introduced. And the process. The term "substrate" as used herein refers to an element that serves as a base on which the element of the thin film semiconductor device is formed,
For example, not only an insulating substrate such as glass or quartz,
It includes a laminate having a protective film formed on the surface thereof.

【0023】また、非晶質層に照射するエネルギービー
ムとしては、非晶質層の結晶化を行うのに十分であり、
かつ基板全体の熱歪みを生じない程度に加熱することが
可能なもの、例えばレーザービームや電子ビームなどを
用いることができる。
Further, the energy beam for irradiating the amorphous layer is sufficient to crystallize the amorphous layer,
Further, it is possible to use a material capable of heating the entire substrate to such an extent that thermal distortion does not occur, such as a laser beam or an electron beam.

【0024】また、本発明の限定された局面に従う薄膜
半導体装置の製造方法において、不純物を含む絶縁層を
形成する工程は、基板上に絶縁層を形成する工程と、絶
縁層に不純物をドープする工程とを備えることを特徴と
している。ここで、絶縁層に不純物をドープする方法と
しては、例えばイオン注入法やイオンシャワー法などを
用いることができる。
In the method of manufacturing a thin film semiconductor device according to the limited aspect of the present invention, the step of forming the insulating layer containing impurities includes the step of forming the insulating layer on the substrate and the step of doping the insulating layer with impurities. And a process. Here, as a method for doping the insulating layer with impurities, for example, an ion implantation method or an ion shower method can be used.

【0025】さらに、本発明の他の限定された局面に従
う薄膜半導体装置の製造方法において、不純物を含む絶
縁層を形成する工程は、基板上に、不純物が添加された
絶縁膜を直接形成する工程を備えることを特徴とする。
Furthermore, in the method of manufacturing a thin film semiconductor device according to another limited aspect of the present invention, the step of forming the insulating layer containing impurities includes the step of directly forming an insulating film doped with impurities on the substrate. It is characterized by including.

【0026】さらに、本発明の他の広い局面に従う薄膜
半導体装置の製造方法は、基板の表面近傍に不純物をド
ープして不純物含有領域を形成する工程と、不純物含有
領域の表面上に半導体の非晶質層を形成する工程と、非
晶質層にエネルギービームを照射することによって不純
物含有領域から非晶質層内に不純物を拡散させるととも
に、非晶質層を結晶化させて不純物が導入された半導体
結晶層を形成する工程とを備えている。
Furthermore, a method of manufacturing a thin film semiconductor device according to another broad aspect of the present invention includes a step of forming an impurity-containing region by doping an impurity in the vicinity of the surface of a substrate, and a semiconductor non-contact on the surface of the impurity-containing region. The step of forming a crystalline layer and irradiating the amorphous layer with an energy beam to diffuse the impurities from the impurity-containing region into the amorphous layer and crystallize the amorphous layer to introduce the impurities. And a step of forming a semiconductor crystal layer.

【0027】また、本発明の他の局面における薄膜半導
体装置の製造方法は、同一基板上に複数の領域が設けら
れ、それぞれの領域に半導体素子が形成された装置の製
造方法であり、少なくとも一つの領域の半導体素子は、
以下の工程により製造されることを特徴としている。す
なわち、基板上に不純物を含む絶縁層を形成する工程
と、絶縁層上に半導体の非晶質層を形成する工程と、非
晶質層にエネルギービームを照射することによって絶縁
層から非晶質層内に不純物を拡散させるとともに、非晶
質層を結晶化させて不純物が導入された半導体結晶層を
形成する工程により製造される。
A method of manufacturing a thin film semiconductor device according to another aspect of the present invention is a method of manufacturing a device in which a plurality of regions are provided on the same substrate and a semiconductor element is formed in each region. The semiconductor devices in the two areas are
It is characterized by being manufactured by the following steps. That is, a step of forming an insulating layer containing impurities on a substrate, a step of forming an amorphous layer of a semiconductor on the insulating layer, and irradiating the amorphous layer with an energy beam to form an amorphous layer from the insulating layer. It is manufactured by a step of diffusing impurities in the layer and crystallizing the amorphous layer to form a semiconductor crystal layer having impurities introduced therein.

【0028】また、本発明のさらに他の局面における薄
膜半導体装置の製造方法は、同一基板上に複数の領域が
設けられ、それぞれの領域に半導体素子が形成された装
置の製造方法であり、少なくと1つの領域の半導体素子
は以下の工程により製造される。すなわち、基板の表面
近傍に不純物をドープして不純物含有領域を形成する工
程と、不純物含有領域の表面上に非晶質層を形成する工
程と、非晶質層にエネルギービームを照射することによ
って不純物含有領域から非晶質層内に不純物を拡散させ
るとともに、非晶質層を結晶化させて不純物が導入され
た半導体結晶層を形成する工程によって製造される。
A method of manufacturing a thin film semiconductor device according to still another aspect of the present invention is a method of manufacturing a device in which a plurality of regions are provided on the same substrate and a semiconductor element is formed in each region. The semiconductor device in one region is manufactured by the following steps. That is, by doping an impurity near the surface of the substrate to form an impurity-containing region, forming an amorphous layer on the surface of the impurity-containing region, and irradiating the amorphous layer with an energy beam. It is manufactured by a step of diffusing impurities from the impurity-containing region into the amorphous layer and crystallizing the amorphous layer to form a semiconductor crystal layer into which the impurities are introduced.

【0029】さらに、本発明の他の局面における薄膜半
導体装置の製造方法は、第1の半導体素子が形成される
第1の表面領域と、第2の半導体素子が形成される第2
の表面領域とを有する基板の表面上に、第1半導体素子
及び第2半導体素子が形成された薄膜半導体装置の製造
方法であり、以下の工程を備えることを特徴としてい
る。すなわち、第1の表面領域及び第2の表面領域に不
純物が添加された絶縁層を形成するか、または基板表面
近傍に不純物をドープして不純物含有領域を形成する工
程と、絶縁層上及び不純物含有領域上に半導体の非晶質
層を形成する工程と、非晶質層にエネルギービームを照
射することによって、非晶質層を結晶化させるととも
に、絶縁層及び不純物含有領域から非晶質層内に不純物
を拡散させ、第1半導体素子のチャネル領域と第2半導
体素子のチャネル領域とで異なる不純物添加領域を形成
する工程とを備えている。ここで、異なる不純物添加領
域とは、各々、不純物の種類あるいは濃度が異なるチャ
ネルドープ領域を意図する。
Further, in a method of manufacturing a thin film semiconductor device according to another aspect of the present invention, a first surface region in which a first semiconductor element is formed and a second surface element in which a second semiconductor element is formed are formed.
A method of manufacturing a thin film semiconductor device in which a first semiconductor element and a second semiconductor element are formed on a surface of a substrate having a surface region of, and is characterized by including the following steps. That is, a step of forming an insulating layer in which impurities are added to the first surface region and the second surface region, or a step of doping impurities in the vicinity of the surface of the substrate to form an impurity-containing region; A step of forming an amorphous layer of a semiconductor on the containing region; and irradiating the amorphous layer with an energy beam to crystallize the amorphous layer, and at the same time, the amorphous layer from the insulating layer and the impurity containing region. And diffusing impurities therein to form different impurity-doped regions in the channel region of the first semiconductor element and the channel region of the second semiconductor element. Here, the different impurity-added regions mean channel-doped regions having different kinds or concentrations of impurities.

【0030】また、上記発明の限定された局面における
薄膜半導体装置の製造方法において、第1半導体素子が
第1導電型の薄膜トランジスタ素子であり、第2半導体
素子が、第2導電型の薄膜トランジスタ素子であること
を特徴としている。
In the method of manufacturing a thin film semiconductor device according to the above-described limited aspect of the invention, the first semiconductor element is a first conductivity type thin film transistor element, and the second semiconductor element is a second conductivity type thin film transistor element. It is characterized by being.

【0031】[0031]

【作用】本発明による薄膜半導体装置の製造方法の広い
局面では、不純物が導入された半導体結晶層を形成する
ことができる。その方法として、まず不純物の拡散源と
なる不純物を含む絶縁層または不純物含有領域を予め形
成し、その上に半導体の非晶質層を形成する。そして、
これらの層を加熱することにより、非晶質層の結晶化及
び不純物拡散源からの不純物の熱拡散とを同時に行わせ
ている。そして、加熱処理の熱源としてエネルギービー
ム照射を利用している。エネルギービーム照射を用いて
非晶質層の加熱を行った場合には、例えば高温加熱炉等
を用いて熱処理を行うような場合に比べ、基板全体を低
温雰囲気下に保持した状態で非晶質層の結晶化及び不純
物の熱拡散処理を行わせることができる。このため、低
温プロセスによる薄膜半導体装置の製造方法に適用する
ことができる。また、不純物拡散源からの熱拡散により
半導体結晶層内に不純物を導入しているため、イオン注
入により不純物を導入した場合に比べ、半導体結晶層に
イオン損傷欠陥を発生させることを防止することができ
る。これにより、所望の不純物が導入された高品質の半
導体結晶層を形成することができる。
In a wide aspect of the method of manufacturing a thin film semiconductor device according to the present invention, a semiconductor crystal layer having impurities introduced therein can be formed. As the method, first, an insulating layer or an impurity-containing region containing an impurity serving as an impurity diffusion source is formed in advance, and an amorphous layer of a semiconductor is formed thereon. And
By heating these layers, crystallization of the amorphous layer and thermal diffusion of impurities from the impurity diffusion source are simultaneously performed. Then, energy beam irradiation is used as a heat source for the heat treatment. When the amorphous layer is heated using energy beam irradiation, compared to the case where heat treatment is performed using, for example, a high-temperature heating furnace, the entire substrate is kept amorphous in a low temperature atmosphere. Crystallization of layers and thermal diffusion of impurities can be performed. Therefore, it can be applied to a method of manufacturing a thin film semiconductor device by a low temperature process. Further, since the impurities are introduced into the semiconductor crystal layer by thermal diffusion from the impurity diffusion source, it is possible to prevent the generation of ion damage defects in the semiconductor crystal layer as compared with the case where the impurities are introduced by ion implantation. it can. This makes it possible to form a high-quality semiconductor crystal layer into which desired impurities are introduced.

【0032】また、本発明を薄膜トランジスタのチャネ
ル領域の形成に適用した場合には、チャネル領域を構成
する半導体結晶層の不純物濃度を調整することにより薄
膜トランジスタのしきい値電圧を制御することができ
る。薄膜トランジスタのチャネル領域にドープする不純
物としきい値電圧との関係を表1に示す。
When the present invention is applied to the formation of the channel region of a thin film transistor, the threshold voltage of the thin film transistor can be controlled by adjusting the impurity concentration of the semiconductor crystal layer forming the channel region. Table 1 shows the relationship between the impurity doped in the channel region of the thin film transistor and the threshold voltage.

【0033】[0033]

【表1】 [Table 1]

【0034】例えば、pチャネルTFTのチャネル領域
にB(ホウ素)を微量ドープにすると、しきい値電圧を
低下させる方向にシフトすることができる。また、チャ
ネル領域の不純物濃度は、不純物拡散源となる絶縁層あ
るいは不純物含有領域の不純物濃度を調整することによ
り調整することができる。
For example, when the channel region of the p-channel TFT is lightly doped with B (boron), the threshold voltage can be lowered. Further, the impurity concentration of the channel region can be adjusted by adjusting the impurity concentration of the insulating layer serving as the impurity diffusion source or the impurity-containing region.

【0035】さらに、本発明を同一基板上に形成される
複数の半導体素子の一部の製造方法に適用した場合に
は、チャネルドープが施された半導体素子とチャネルド
ープを行わない半導体素子とを同一基板上に形成するこ
とができる。従って、半導体素子の用途に応じてそのし
きい値電圧を調整することができる。
Furthermore, when the present invention is applied to a method of manufacturing a part of a plurality of semiconductor elements formed on the same substrate, a semiconductor element with channel doping and a semiconductor element without channel doping are used. It can be formed on the same substrate. Therefore, the threshold voltage can be adjusted according to the application of the semiconductor element.

【0036】また、同一基板上に第1導電型と第2導電
型の薄膜トランジスタ素子とを備える薄膜半導体装置に
適用した場合には、各薄膜トランジスタ素子の不純物拡
散源に含める不純物の種類あるいは濃度を適宜設定する
ことにより、各薄膜トランジスタ素子のしきい値電圧を
所望の値に設定することができる。
When applied to a thin film semiconductor device having a first conductivity type thin film transistor element and a second conductivity type thin film transistor element on the same substrate, the kind or concentration of impurities contained in the impurity diffusion source of each thin film transistor element is appropriately set. By setting, the threshold voltage of each thin film transistor element can be set to a desired value.

【0037】[0037]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。第1の実施例 まず、本発明の薄膜半導体装置の製造方法をTFTに適
用した第1の実施例について説明する。図1は、TFT
の断面構造図である。TFTは、無アルカリガラスなど
の基板1上に絶縁性薄膜2を介在して形成されている。
TFTは、一対の不純物領域8,8と、その間に構成さ
れるチャネル領域16を有する素子活性層14と、素子
活性層14上にゲート絶縁層5を介して形成されるゲー
ト電極6を有している。一対の不純物領域8,8には、
保護絶縁層9中に形成されたコンタクトホール10を通
してAl(アルミニウム)などの取り出し電極11,1
1が接続されている。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. First Embodiment First, a first embodiment in which the method of manufacturing a thin film semiconductor device of the present invention is applied to a TFT will be described. Figure 1 shows a TFT
FIG. The TFT is formed on a substrate 1 such as non-alkali glass with an insulating thin film 2 interposed.
The TFT has a pair of impurity regions 8 and 8, an element active layer 14 having a channel region 16 formed between them, and a gate electrode 6 formed on the element active layer 14 via a gate insulating layer 5. ing. In the pair of impurity regions 8 and 8,
Extraction electrodes 11, 1 made of Al (aluminum) or the like through contact holes 10 formed in the protective insulating layer 9.
1 is connected.

【0038】このTFTは、素子活性層14の下地層で
ある保護絶縁層2の表面に、BあるいはPまたはAsな
どのチャネルドープのための不純物の拡散源となった基
板ドープ層13が形成されている。そして、チャネル領
域16は、基板ドープ層13から熱拡散された不純物に
よってチャネルドープが施されており、これによってT
FTのしきい値電圧が調整されている。
In this TFT, a substrate dope layer 13 serving as a diffusion source of impurities for channel doping such as B, P or As is formed on the surface of the protective insulating layer 2 which is a base layer of the element active layer 14. ing. Then, the channel region 16 is channel-doped with impurities thermally diffused from the substrate-doped layer 13, whereby T
The threshold voltage of the FT is adjusted.

【0039】ここで、上記の構造を有するpチャネルT
FTに、しきい値電圧調整用の不純物としてBをチャネ
ルドープした場合の製造方法を主とし、付加的にnチャ
ネルTFTの製造方法について図2〜図6を参照して説
明する。
Here, the p-channel T having the above structure
The manufacturing method in the case where the FT is channel-doped with B as an impurity for adjusting the threshold voltage is mainly described, and an additional manufacturing method of the n-channel TFT will be described with reference to FIGS.

【0040】まず、図2に示すように、無アルカリガラ
スなどの基板1上に、SiO2 などからなる絶縁性薄膜
2をCVD法やスパッタ法により被着形成する。この工
程の具体例として、基板にコーニング7059を使用
し、その表面上に常圧CVD法により形成温度350℃
で、膜厚3000ÅのSiO2 膜2を被着形成する。な
お、SiO2 膜2の膜厚は1000〜6000Å程度が
望ましく、後工程の熱処理やビーム照射などで基板1中
の不純物がこのSiO2 膜2を通過して上層へ拡散しな
い程度の膜厚が設定される。
First, as shown in FIG. 2, an insulating thin film 2 made of SiO 2 or the like is formed on a substrate 1 made of non-alkali glass by CVD or sputtering. As a specific example of this step, Corning 7059 is used for the substrate, and the surface of the substrate is formed at a temperature of 350 ° C. by the atmospheric pressure CVD method.
Then, a SiO 2 film 2 having a film thickness of 3000 Å is deposited. The thickness of the SiO 2 film 2 is preferably about 1000 to 6000Å, and the film thickness is such that impurities in the substrate 1 will not pass through the SiO 2 film 2 and diffuse to the upper layer due to heat treatment or beam irradiation in a later step. Is set.

【0041】引続き、絶縁性薄膜2上にレジストを塗布
し、パターニングしてレジストマスク15を形成し、こ
のレジストマスク15を用いてチャネルドープすべき素
子活性層が形成される領域にイオン注入法などによりB
やPあるいはAsなどの不純物12を注入して基板ドー
プ層13を形成する。この工程の具体例として、レジス
ト15の膜厚は1μm程度に形成する。また、不純物イ
オンの注入は、B+ を加速電圧5〜30keV、ドーズ
量2×1011〜5×1012cm-2で行った。
Subsequently, a resist is applied on the insulating thin film 2 and patterned to form a resist mask 15, and the resist mask 15 is used to ion-implant a region where an element active layer to be channel-doped is formed. By B
A substrate dope layer 13 is formed by implanting impurities 12 such as P, As or the like. As a specific example of this step, the film thickness of the resist 15 is formed to about 1 μm. The implantation of impurity ions was performed with B + at an accelerating voltage of 5 to 30 keV and a dose amount of 2 × 10 11 to 5 × 10 12 cm −2 .

【0042】次に、図3に示すように、素子活性層とな
る半導体薄膜14aをCVD法やスパッタ法などにより
被着形成する。さらに、半導体薄膜14aの表面にエネ
ルギービーム17を照射する。
Next, as shown in FIG. 3, a semiconductor thin film 14a to be an element active layer is deposited by CVD or sputtering. Further, the surface of the semiconductor thin film 14a is irradiated with the energy beam 17.

【0043】この工程の具体例では、半導体薄膜14a
として、Si2 6 を用いた減圧CVD法により形成温
度450℃で膜厚500Åのa−Si膜を形成する。引
続き、a−Si膜表面に波長λ=308nmのXeCl
エキシマレーザービームを走査してアニール処理を行な
い、a−Si膜を溶融再結晶化して多結晶Si薄膜14
を形成する。このときのレーザー条件を表2に示す。
In a specific example of this step, the semiconductor thin film 14a
As a result, an a-Si film having a film thickness of 500 Å is formed at a forming temperature of 450 ° C. by a low pressure CVD method using Si 2 H 6 . Subsequently, XeCl having a wavelength λ = 308 nm was formed on the surface of the a-Si film.
An excimer laser beam is scanned to perform annealing, and the a-Si film is melted and recrystallized to form a polycrystalline Si thin film 14.
To form. The laser conditions at this time are shown in Table 2.

【0044】[0044]

【表2】 [Table 2]

【0045】a−Si膜表面にエキシマレーザーを照射
すると、非晶質シリコンが溶融再結晶化し多結晶Siと
なる。同時に、絶縁性薄膜2表面に形成された基板ドー
プ層13中の不純物Bはエキシマレーザーの照射による
加熱によって溶融再結晶化する多結晶Si薄膜中に熱拡
散し、チャネルドープ領域16aを形成する。このチャ
ネルドープ領域16aのB原子濃度は、下地の基板ドー
プ層13への不純物イオン注入条件及びレーザー照射条
件を適宜設定することにより、1×1016〜1×1018
cm-3の範囲で変化させることができた。
When the surface of the a-Si film is irradiated with an excimer laser, the amorphous silicon is melted and recrystallized to become polycrystalline Si. At the same time, the impurity B in the substrate dope layer 13 formed on the surface of the insulating thin film 2 is thermally diffused into the polycrystalline Si thin film which is melted and recrystallized by heating by irradiation of the excimer laser to form the channel dope region 16a. The B atom concentration of the channel dope region 16a is 1 × 10 16 to 1 × 10 18 by appropriately setting the impurity ion implantation condition and the laser irradiation condition into the underlying substrate doped layer 13.
It could be changed in the range of cm -3 .

【0046】さらに、図4に示すように、溶融再結晶化
して形成された多結晶Si膜を通常のフォトリソ工程に
よりパターニングして、チャネルドープ領域16aが形
成された素子活性層14を形成する。さらに、素子活性
層14などの表面上にSiO 2 やSiNX などの絶縁膜
からなるゲート絶縁膜5を被着形成する。
Further, as shown in FIG. 4, melt recrystallization
The polycrystalline Si film formed by
By further patterning, the channel dope region 16a is formed.
The formed element active layer 14 is formed. In addition, element activation
SiO on the surface of layer 14, etc. 2And SiNXInsulation film such as
A gate insulating film 5 made of is deposited.

【0047】この工程の具体例として、ゲート絶縁膜5
として、常圧CVD法により形成温度450℃で膜厚1
000ÅのSiO2 膜を被着形成した。さらに、図5に
示すように、多結晶SiまたはTi,Mo,Taなどの
金属からなるゲート電極6を形成し、このゲート電極6
をマスクとしてイオン注入などによりB(nチャネルT
FTの場合にはPあるいはAs)などの不純物18を素
子活性層14中に注入する。その後、引き続いて熱処理
あるいはビーム照射により注入された不純物を活性化し
てソース・ドレイン領域8,8を形成する。
As a concrete example of this step, the gate insulating film 5 is formed.
As a film thickness of 1 at a formation temperature of 450 ° C. by an atmospheric pressure CVD method
A 000Å SiO 2 film was deposited. Further, as shown in FIG. 5, a gate electrode 6 made of polycrystalline Si or a metal such as Ti, Mo, or Ta is formed.
B (n channel T
In the case of FT, impurities 18 such as P or As are implanted into the element active layer 14. Then, the implanted impurities are subsequently activated by heat treatment or beam irradiation to form the source / drain regions 8, 8.

【0048】この工程の具体例として、まずSi2 6
を用いた減圧CVD法により、形成温度450℃で膜厚
1000Åのa−Si膜を形成し、さらにフォトリソ工
程によりパターニングしてゲート電極6を形成した。さ
らに、イオン注入によりB+を加速電圧30〜50ke
V、ドーズ量2×1015〜2×1016cm-2で注入し、
その後、XeClエキシマレーザーを、室温で照射エネ
ルギー密度300mJ/cm2 で2shots走査し、
a−Siのゲート電極6を溶融再結晶化させて多結晶化
するとともに、注入された不純物Bの活性化処理を行っ
た。
As a concrete example of this step, first, Si 2 H 6
By the low pressure CVD method using the above, an a-Si film having a film thickness of 1000 Å was formed at a formation temperature of 450 ° C., and further patterned by a photolithography process to form the gate electrode 6. Furthermore, ion implantation is used to accelerate B + to an acceleration voltage of 30 to 50 ke
V, dose amount 2 × 10 15 to 2 × 10 16 cm −2 , and
Then, a XeCl excimer laser was scanned at room temperature for 2 shots at an irradiation energy density of 300 mJ / cm 2 ,
The gate electrode 6 of a-Si was melted and recrystallized to be polycrystallized, and the implanted impurity B was activated.

【0049】さらに、図6に示すように、SiO2 やS
iNX などからなる保護絶縁層9を被着形成し、ソース
・ドレイン領域8,8の上部にコンタクトホール10,
10を開口した後、Al(アルミニウム)などの取り出
し電極11,11を形成する。
Further, as shown in FIG. 6, SiO 2 and S
A protective insulating layer 9 made of iN X or the like is deposited, and contact holes 10 are formed on the source / drain regions 8 and 8.
After opening 10, the extraction electrodes 11, 11 made of Al (aluminum) or the like are formed.

【0050】この工程の具体例として、保護絶縁層とし
て常圧CVD法により形成温度350℃で膜厚7000
ÅのPSG(Phospho-Silicate Glass)を形成し、フォ
トリソ工程によりコンタクトホールを開口した後、真空
蒸着法により膜厚0.8〜1μmのAl膜を被着形成
し、さらにフォトリソ工程によりパターニングして取り
出し電極を形成した。
As a specific example of this step, a protective insulating layer is formed by atmospheric pressure CVD at a forming temperature of 350 ° C. and a film thickness of 7000.
Å PSG (Phospho-Silicate Glass) is formed, a contact hole is opened by a photolithography process, an Al film having a film thickness of 0.8 to 1 μm is deposited by a vacuum deposition method, and further patterned by a photolithography process. An extraction electrode was formed.

【0051】以上の工程により、pチャネルTFT(あ
るいはnチャネルTFT)が完成する。上記のような工
程により製造されたTFTは、素子活性層14の下地層
である絶縁性薄膜2中に形成された基板ドープ層13か
ら熱拡散した不純物によりチャネルドープが施されたチ
ャネル領域16が形成されている。しかも、不純物の熱
拡散には、a−Si層を溶融再結晶化して多結晶Siの
素子活性層14を形成するためのレーザー照射工程を流
用している。レーザービーム照射は、ビーム走査により
局所的な加熱が可能であるため、基板全体を高温にさら
すことなくa−Si膜の溶融再結晶化と基板ドープ層1
3からの不純物の熱拡散とを行わせることができる。し
かも、従来のチャネルドープ法のようにイオン注入法を
用いないため、チャネル領域の表面近傍にイオン損傷欠
陥が発生しない。このため、TFTのしきい値電圧の制
御が可能であるとともに、イオン損傷欠陥に起因するT
FTの特性劣化をなくすことができる。図7は、本実施
例の製造プロセスを適用してチャネル領域にBをドープ
した場合のBドープ量とnチャネル及びpチャネルの各
TFTのしきい値電圧との関係を示している。図7から
明らかなように、pチャネルTFTでは、チャネル領域
にドープするB原子濃度が増加するに連れてしきい値電
圧がほぼ直線的に減少する傾向を示し、nチャネルTF
Tでは、逆にB原子濃度に比例して直線的にしきい値電
圧が高くなる傾向を示している。いずれのTFTに対し
ても、チャネル領域にドープするB原子濃度の変化に対
してしきい値電圧がほぼ直線的に変化するため、B原子
濃度によってしきい値電圧を制御し易いことがわかる。
また、Bに対しては、pチャネルTFTの方がnチャネ
ルTFTに比べそのしきい値電圧の変化が敏感である。
Through the above steps, a p-channel TFT (or an n-channel TFT) is completed. In the TFT manufactured by the above process, the channel region 16 which is channel-doped by the impurities thermally diffused from the substrate dope layer 13 formed in the insulating thin film 2 which is the base layer of the element active layer 14 is provided. Has been formed. Moreover, for thermal diffusion of impurities, a laser irradiation step for melting and recrystallizing the a-Si layer to form the element active layer 14 of polycrystalline Si is used. Since the laser beam irradiation can locally heat by beam scanning, the melt recrystallization of the a-Si film and the substrate-doped layer 1 can be performed without exposing the entire substrate to high temperature.
The thermal diffusion of impurities from 3 can be performed. Moreover, unlike the conventional channel doping method, the ion implantation method is not used, so that ion damage defects do not occur near the surface of the channel region. Therefore, the threshold voltage of the TFT can be controlled and the T caused by the ion damage defect can be controlled.
It is possible to eliminate the characteristic deterioration of the FT. FIG. 7 shows the relationship between the B doping amount and the threshold voltage of each of the n-channel and p-channel TFTs when the channel region is doped with B by applying the manufacturing process of this embodiment. As is clear from FIG. 7, in the p-channel TFT, the threshold voltage tends to decrease substantially linearly as the concentration of B atoms doped in the channel region increases, and the n-channel TF
At T, conversely, the threshold voltage tends to increase linearly in proportion to the B atom concentration. It can be seen that in any of the TFTs, the threshold voltage changes almost linearly with changes in the B atom concentration with which the channel region is doped, so that the threshold voltage can be easily controlled by the B atom concentration.
Further, with respect to B, the change in the threshold voltage of the p-channel TFT is more sensitive than that of the n-channel TFT.

【0052】なお、チャネル領域にn型の不純物、例え
ばPやAsなどをドープした場合には、ドープした原子
の濃度としきい値電圧の変化は上記と逆の傾向を示す。
すなわち、pチャネルTFTではn型原子濃度が増加す
るに連れてしきい値電圧は高くなり、逆にnチャネルT
FTではしきい値電圧が減少する傾向を示す。
When the channel region is doped with an n-type impurity such as P or As, the changes in the concentration of the doped atoms and the threshold voltage show the opposite tendency.
That is, in the p-channel TFT, the threshold voltage increases as the n-type atomic concentration increases, and conversely, the n-channel T
In FT, the threshold voltage tends to decrease.

【0053】また、図8は、本実施例の製造プロセスを
適用したTFTのドレイン電流ID−ゲート電圧VG
性と、従来のプロセスによるTFTの同特性とを比較し
て示している。チャネルドープを行わない従来例1のT
FTでは、特にpチャネルTFTでしきい値電圧が高く
なっており、nチャネルTFTとpチャネルTFTのし
きい値電圧の絶対値が大きく相違して整合していない。
また、イオン注入によりチャネルドープを行った従来例
2のTFTでは、しきい値電圧が改善されているもの
の、オンオフ特性、特にオフ電流とサブスレショルド特
性の劣化が生じている。
Further, FIG. 8 shows a comparison between the drain current ID -gate voltage V G characteristic of the TFT to which the manufacturing process of this embodiment is applied and the same characteristic of the TFT by the conventional process. T of Conventional Example 1 without channel doping
In the FT, the threshold voltage is particularly high in the p-channel TFT, and the absolute values of the threshold voltages of the n-channel TFT and the p-channel TFT are greatly different and they are not matched.
Further, in the TFT of Conventional Example 2 in which channel doping is performed by ion implantation, although the threshold voltage is improved, on / off characteristics, particularly off current and subthreshold characteristics are deteriorated.

【0054】これに対し、本実施例のTFTでは、特に
pチャネルTFTのしきい値電圧が低くなるように改善
されており、かつpチャネルTFTとnチャネルTFT
のしきい値電圧の絶対値もほぼ等しく整合されている。
しかも、オンオフ特性の劣化も、イオン注入によりチャ
ネルドープを行った従来例2に比べて著しく改善されて
いる。
On the other hand, in the TFT of this embodiment, the threshold voltage of the p-channel TFT is improved so that it is particularly low, and the p-channel TFT and the n-channel TFT are improved.
The absolute values of the threshold voltages of are matched almost equally.
Moreover, the deterioration of the on / off characteristics is significantly improved as compared with the conventional example 2 in which channel doping is performed by ion implantation.

【0055】なお、図2〜図6に示す製造プロセスにお
いて、絶縁性の基板1として石英基板を用いた場合は、
基板の表面上に絶縁性薄膜2を形成する必要がなくな
る。すなわち、絶縁性薄膜2は、ガラス基板中に含まれ
るナトリウム等の不純物が、製造プロセスの高温雰囲気
下で上層の素子活性層内に拡散して悪影響を及ぼすこと
を防止するために設けられている。しかし、石英にはこ
のような不純物が含まれていないからである。従って、
この場合、チャネル領域への不純物拡散源となる基板ド
ープ層13は、石英基板1表面に直接形成される。そし
て、図3に示すレーザーアニール工程では、この基板1
表面に直接形成された基板ドープ層13から不純物がチ
ャネル領域に拡散する。
In the manufacturing process shown in FIGS. 2 to 6, when a quartz substrate is used as the insulating substrate 1,
It is not necessary to form the insulating thin film 2 on the surface of the substrate. That is, the insulating thin film 2 is provided in order to prevent impurities such as sodium contained in the glass substrate from diffusing into the upper element active layer under a high temperature atmosphere of the manufacturing process and exerting an adverse effect. . However, quartz does not contain such impurities. Therefore,
In this case, the substrate dope layer 13 serving as an impurity diffusion source to the channel region is directly formed on the surface of the quartz substrate 1. Then, in the laser annealing process shown in FIG.
Impurities diffuse into the channel region from the substrate doped layer 13 formed directly on the surface.

【0056】第2の実施例 本発明の薄膜半導体装置の製造方法をTFTに適用した
第2の実施例について説明する。
Second Embodiment A second embodiment in which the thin film semiconductor device manufacturing method of the present invention is applied to a TFT will be described.

【0057】図9は、第2の実施例によるTFTの断面
構造図であり、図10〜図14は、その製造プロセスを
工程順に示した製造工程図である。第2の実施例による
TFTは、図1に示すTFTに比べ、チャネル近傍の構
造を除きほぼ同様の構造を有している。従って、図9に
示す断面構造図において、図1と同一の参照番号を付し
た要素は第1の実施例によるTFTの構成と同一である
ため、ここでの再度の説明は省略する。
FIG. 9 is a sectional structural view of a TFT according to the second embodiment, and FIGS. 10 to 14 are manufacturing process diagrams showing the manufacturing process in the order of processes. The TFT according to the second embodiment has substantially the same structure as the TFT shown in FIG. 1 except for the structure near the channel. Therefore, in the cross-sectional structure diagram shown in FIG. 9, the elements denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same as the configuration of the TFT according to the first embodiment, and therefore the repetitive description is omitted here.

【0058】第2の実施例によるTFTは、チャネル領
域16の下部にチャネルドープのための不純物が含まれ
る不純物ドープ絶縁層19が形成されている。そして、
チャネル領域6には、この不純物ドープ絶縁層19から
拡散された不純物によってチャネルドープが施されてい
る。
In the TFT according to the second embodiment, an impurity-doped insulating layer 19 containing impurities for channel doping is formed below the channel region 16. And
The channel region 6 is channel-doped with the impurities diffused from the impurity-doped insulating layer 19.

【0059】以下、上記の構造を有するpチャネルTF
Tに、しきい値電圧調整用の不純物としてB(ホウ素)
をチャネルドープした場合の製造方法を主とし、適宜付
加的にnチャネルTFTの製造方法について説明する。
Hereinafter, the p-channel TF having the above structure will be described.
T (B) as an impurity for adjusting the threshold voltage
A method of manufacturing an n-channel TFT will be mainly described with reference to a manufacturing method in the case of performing channel doping.

【0060】まず、図10に示すように、無アルカリガ
ラスなどの基板1上に、SiO2 などからなる絶縁性薄
膜2を被着形成した後、BまたはPあるいはAsが微量
に添加された絶縁層19aを形成する。
First, as shown in FIG. 10, an insulating thin film 2 made of SiO 2 or the like is adhered and formed on a substrate 1 such as a non-alkali glass, and then an insulating film to which B, P or As is added in a small amount. Form the layer 19a.

【0061】この工程の具体例では、基板にコーニング
7059を使用し、この上に、まず、常圧CVD法によ
り形成温度350℃、膜厚3000ÅのSiO2 膜(N
SG)2を被着形成する。引続き、常圧CVD法で形成
温度350℃、膜厚300〜500ÅのBドープSiO
2 膜(BSG)19aを被着形成する。このとき、BS
GのB原子濃度は、2×1016〜5×1018cm-3とし
た。
In a concrete example of this step, Corning 7059 is used as a substrate, and a SiO 2 film (N) having a film forming temperature of 350 ° C. and a film thickness of 3000 Å is first formed thereon by atmospheric pressure CVD.
SG) 2 is deposited. Successively, by a normal pressure CVD method, a forming temperature of 350 ° C. and a film thickness of 300 to 500 Å, B-doped SiO
Two films (BSG) 19a are deposited. At this time, BS
The B atom concentration of G was set to 2 × 10 16 to 5 × 10 18 cm −3 .

【0062】次に、図11に示すように、フォトリソ工
程を用い、絶縁層19aをパターニングし、チャネルド
ープすべき素子活性層が形成されるべき領域に不純物ド
ープ絶縁層19を形成する。引続き、絶縁性薄膜2及び
不純物ドープ絶縁層19の上に素子活性層となる半導体
薄膜14aを被着形成する。その後、半導体薄膜14a
表面にエネルギービーム17を照射し、半導体薄膜14
aを溶融再結晶化させるとともに、不純物ドープ絶縁層
19から不純物を拡散させ、チャネルドープ領域16a
を形成する。
Next, as shown in FIG. 11, a photolithography process is used to pattern the insulating layer 19a to form an impurity-doped insulating layer 19 in a region where an element active layer to be channel-doped is to be formed. Subsequently, a semiconductor thin film 14a to be an element active layer is deposited on the insulating thin film 2 and the impurity-doped insulating layer 19. Then, the semiconductor thin film 14a
The surface of the semiconductor thin film 14 is irradiated with the energy beam 17.
a is melted and recrystallized, and impurities are diffused from the impurity-doped insulating layer 19 to form the channel-doped region 16a.
To form.

【0063】この工程の具体例では、まず通常のフォト
リソ工程によりBSG膜19aをパターン化した後、こ
の上にSi2 6 を用いた減圧CVD法により、形成温
度450℃で膜厚500Åのa−Si膜14aを形成す
る。引続き、XeClエキシマレーザー(λ=308n
m)の走査アニールにより、a−Si膜を溶融再結晶化
して多結晶Si薄膜14を形成した。なお、このときの
レーザー照射条件は第1の実施例の表2で示す条件と同
一に設定した。このレーザーアニールにより、不純物ド
ープ絶縁層19中に含有された不純物がその上層の多結
晶Si薄膜中に熱拡散し、チャネルドープ領域16aが
形成される。このため、イオン損傷欠陥を生じることな
く、結晶性の良好な、不純物が僅かにドープされたチャ
ネルドープ領域が形成された。なお、不純物が添加され
たチャネル領域での多結晶Si薄膜中のB原子濃度は、
不純物ドープ絶縁層19のドープ条件及びレーザー照射
条件により、例えば、1×1016〜1×1018cm-3
範囲で適宜変化させることができた。
In a specific example of this process, first, the BSG film 19a is patterned by a normal photolithography process, and then a low pressure CVD method using Si 2 H 6 is carried out on the BSG film 19a at a formation temperature of 450 ° C. and a film thickness of 500Å. -Si film 14a is formed. Then, XeCl excimer laser (λ = 308n
By the scanning annealing of m), the a-Si film was melted and recrystallized to form the polycrystalline Si thin film 14. The laser irradiation conditions at this time were set to be the same as the conditions shown in Table 2 of the first embodiment. By this laser annealing, the impurities contained in the impurity-doped insulating layer 19 are thermally diffused in the upper polycrystalline Si thin film to form the channel-doped region 16a. For this reason, a channel-doped region having a good crystallinity and slightly doped with impurities was formed without causing an ion damage defect. The B atom concentration in the polycrystalline Si thin film in the impurity-doped channel region is
Depending on the doping conditions of the impurity-doped insulating layer 19 and the laser irradiation conditions, for example, it could be appropriately changed within the range of 1 × 10 16 to 1 × 10 18 cm −3 .

【0064】さらに、図12に示すように、チャネルド
ープ領域16aが形成された半導体薄膜14aを通常の
フォトリソ工程によりパターニングし、素子活性層14
を形成する。さらに、その上に、SiO2 やSiNX
どからなるゲート絶縁膜5を被着形成する。
Further, as shown in FIG. 12, the semiconductor thin film 14a in which the channel dope region 16a is formed is patterned by a normal photolithography process to form the device active layer 14
To form. Further, a gate insulating film 5 made of SiO 2 , SiN x or the like is deposited thereon.

【0065】この工程の具体例では、ゲート絶縁膜とし
て、常圧CVD法により形成温度450℃で膜厚100
0ÅのSiO2 膜を被着形成した。さらに、図13に示
すように、多結晶SiまたはTi,Mo,Taなどの金
属からなるゲート電極6を形成し、このゲート電極6を
マスクとしてイオン注入などによりB(nチャネルTF
Tの場合にはP,As)などの不純物18を注入する。
続いて、熱処理あるいはビーム照射により注入された不
純物を活性化してソース・ドレイン領域8,8を形成す
る。
In a specific example of this step, the gate insulating film is formed by atmospheric pressure CVD at a formation temperature of 450 ° C. and a film thickness of 100.
A 0Å SiO 2 film was deposited. Further, as shown in FIG. 13, a gate electrode 6 made of polycrystalline Si or a metal such as Ti, Mo, Ta is formed, and the gate electrode 6 is used as a mask to perform B (n-channel TF) by ion implantation or the like.
In the case of T, impurities 18 such as P, As) are implanted.
Then, the implanted impurities are activated by heat treatment or beam irradiation to form the source / drain regions 8, 8.

【0066】この工程の具体例では、まずSi2 6
用いた減圧CVD法により、形成温度450℃で膜厚1
000Åのa−Si膜を形成し、さらにフォトリソ工程
によりゲート電極形状にパターン化し、ゲート電極6を
形成した。引続き、イオン注入法によりB+ を加速電圧
30〜50keV、ドーズ量2×1015〜2×1016
-2で注入し、その後、XeClエキシマレーザーによ
り、室温で350mJ/cm2 ,2shotsでビーム
照射を行ない、a−Siのゲート電極6を溶融再結晶化
するとともに、注入された不純物Bの活性化を行った。
In a specific example of this step, first, a film thickness of 1 is formed at a forming temperature of 450 ° C. by a low pressure CVD method using Si 2 H 6.
A 000 Å a-Si film was formed and patterned into a gate electrode shape by a photolithography process to form a gate electrode 6. Subsequently, B + is accelerated by an ion implantation method at an acceleration voltage of 30 to 50 keV and a dose amount of 2 × 10 15 to 2 × 10 16 c.
m −2 and then beam irradiation with XeCl excimer laser at room temperature at 350 mJ / cm 2 and 2 shots to melt and recrystallize the gate electrode 6 of a-Si and activate the injected impurity B. Was made.

【0067】さらに、図14に示すように、SiO2
SiNX などからなる保護絶縁層9を被着形成し、ソー
ス・ドレイン領域8,8の上部にコンタクトホール1
0,10を開口する。その後、アミニウムなどの取り出
し電極11,11を形成し、薄膜半導体素子を完成す
る。
Further, as shown in FIG. 14, a protective insulating layer 9 made of SiO 2 or SiN x is deposited and formed, and the contact hole 1 is formed on the source / drain regions 8 and 8.
Open 0 and 10. After that, extraction electrodes 11, 11 of aminium or the like are formed to complete the thin film semiconductor element.

【0068】この工程の具体例では、保護絶縁層として
常圧CVD法により形成温度350℃で膜厚7000Å
のPSGを形成し、フォトリソ工程によりコンタクトホ
ールを開口した後、真空蒸着法で膜厚約0.8〜1μm
のアルミニウム膜を被着形成し、フォトリソ工程で取り
出し電極を形成した。
In a specific example of this step, the protective insulating layer is formed by atmospheric pressure CVD at a forming temperature of 350 ° C. and a film thickness of 7,000 Å.
PSG is formed and a contact hole is opened by a photolithography process, and then a film thickness of about 0.8 to 1 μm is formed by a vacuum deposition method.
Then, the aluminum film was deposited and the extraction electrode was formed in the photolithography process.

【0069】上記の製造方法によって製造されるTFT
は、第1の実施例のTFTと同様に、イオン損傷欠陥を
生じることなく所望の不純物濃度のチャネルドープが施
されることにより、しきい値電圧が精度良く制御され
る。しかも、オフ電流の増加やサブスレショルド特性の
劣化などを生じさせることもない。このような特性は、
第1の実施例に対する図7及び図8の特性と同様の特性
を示すことが種々の条件により明らかとなっている。
TFT manufactured by the above manufacturing method
In the same manner as the TFT of the first embodiment, the threshold voltage is accurately controlled by performing channel doping with a desired impurity concentration without causing ion damage defects. Moreover, there is no increase in off-current or deterioration in subthreshold characteristics. Such characteristics are
It has been made clear under various conditions that the same characteristics as those of FIGS. 7 and 8 for the first embodiment are exhibited.

【0070】なお、第1の実施例と同様に、絶縁性の基
板1として、石英基板を用いた場合には、基板上に絶縁
性薄膜2を形成する必要がなくなる。そして、この場
合、チャネル領域への不純物拡散源となる不純物ドープ
絶縁層19は、石英基板上へ直接形成される。
As in the first embodiment, when a quartz substrate is used as the insulating substrate 1, it is not necessary to form the insulating thin film 2 on the substrate. Then, in this case, the impurity-doped insulating layer 19 serving as an impurity diffusion source to the channel region is directly formed on the quartz substrate.

【0071】第3の実施例 次に、第1及び第2の実施例による薄膜半導体装置の製
造プロセスをCMOSに適用した例について説明する。
図15は、CMOSの断面構造図であり、図16〜図2
0は、その製造工程を順に示した製造工程説明図であ
る。
Third Embodiment Next, an example in which the manufacturing process of the thin film semiconductor device according to the first and second embodiments is applied to CMOS will be described.
FIG. 15 is a sectional view of the CMOS, and FIGS.
0 is a manufacturing process explanatory view showing the manufacturing process in order.

【0072】まず、図15に示すように、CMOSは、
nチャネルTFT100aとpチャネルTFT100b
とを直列に接続して構成されている。図示の例によるC
MOSは、nチャネルTFT100aとpチャネルTF
T100bの双方にチャネルドープが施された例を示し
ている。例えば、nチャネルTFT100aは、第1の
実施例によるチャネルドープ方法を用いて製造され、ま
たpチャネルTFT100bは、第2の実施例によるチ
ャネルドープ法を用いて製造されている。
First, as shown in FIG.
n-channel TFT 100a and p-channel TFT 100b
And are connected in series. C according to the example shown
The MOS is an n-channel TFT 100a and a p-channel TF.
An example is shown in which both T100b are channel-doped. For example, the n-channel TFT 100a is manufactured by using the channel doping method according to the first embodiment, and the p-channel TFT 100b is manufactured by using the channel doping method according to the second embodiment.

【0073】以下、CMOSの製造工程に従ってその製
造方法を説明することにより、同時にCMOSの素子構
造について説明する。まず、図16に示すように、無ア
ルカリガラスなどの基板101上に絶縁性薄膜102を
被着形成した後、BまたはP,As等のいずれかが微量
に添加された絶縁層103を被着形成する。絶縁性薄膜
102は、後工程において基板101から素子活性層へ
の不純物拡散を防止する目的で形成されている。
Hereinafter, the manufacturing method of the CMOS will be described to explain the device structure of the CMOS at the same time. First, as shown in FIG. 16, an insulating thin film 102 is deposited on a substrate 101 such as non-alkali glass, and then an insulating layer 103 to which B, P, As or the like is added in a trace amount is deposited. Form. The insulating thin film 102 is formed for the purpose of preventing impurity diffusion from the substrate 101 to the element active layer in a later process.

【0074】この工程における具体例では、基板にコー
ニング7059を使用し、まずこの上に常圧CVD法で
形成温度350℃、膜厚3000ÅのSiO2 膜(NS
G)を被着形成する。引続き、常圧CVD法で形成温度
350℃、膜厚300〜500ÅのBドープSiO2
(BSG)を被着形成した。このとき、BSGのB原子
濃度は、2×1016〜5×1018cm-3とした。
In a specific example in this step, Corning 7059 is used as a substrate, and a SiO 2 film (NS) having a film formation temperature of 350 ° C. and a film thickness of 3000 Å is first formed thereon by atmospheric pressure CVD.
G) is deposited. Subsequently, a B-doped SiO 2 film (BSG) having a film formation temperature of 350 ° C. and a film thickness of 300 to 500 Å was deposited by the atmospheric pressure CVD method. At this time, the B atom concentration of BSG was set to 2 × 10 16 to 5 × 10 18 cm −3 .

【0075】次に、図17に示すように、レジスト10
4を、pチャネル側の素子活性層が形成される領域上に
残余し、かつn側の素子活性領域が形成される領域上に
は開口部を有するようなパターンに形成する。そして、
レジスト104をマスクとして不純物が微量に添加され
た絶縁層103をエッチングしてnチャネル側の素子活
性層が形成される領域上の絶縁層103を除去する。さ
らに、そのレジスト104をマスクとしてBやPあるい
はAsなどの不純物のいずれかをイオン注入し、絶縁性
薄膜102の表面近傍領域に基板ドープ層106を形成
する。この工程により、pチャネル側の素子活性層が形
成される領域には、BあるいはPまたはAsのいずれか
が微量に添加された絶縁層103が残余し、また、nチ
ャネル側の素子活性層が形成される領域には、基板ドー
プ層106が形成される。なお、絶縁層103と基板ド
ープ層106は、不純物の種類及びその濃度を適宜設定
することができる。すなわち、互いに不純物の種類を変
えることも可能であり、また各々の層内にドープする不
純物の濃度を違えることも可能である。
Next, as shown in FIG. 17, the resist 10 is used.
4 is formed in a pattern that remains on the region where the p-channel side element active layer is formed and has an opening on the region where the n-side element active region is formed. And
Using the resist 104 as a mask, the insulating layer 103 with a slight amount of impurities added is etched to remove the insulating layer 103 on the region where the element active layer on the n-channel side is formed. Further, using the resist 104 as a mask, ions of any of impurities such as B, P, and As are ion-implanted to form a substrate dope layer 106 in a region near the surface of the insulating thin film 102. By this step, the insulating layer 103 to which a small amount of B, P or As is added remains in the region where the element active layer on the p-channel side is formed, and the element active layer on the n-channel side is left. A substrate doped layer 106 is formed in the formed region. It should be noted that the insulating layer 103 and the substrate-doped layer 106 can appropriately set the type and concentration of impurities. That is, it is possible to change the kind of impurities to each other, and it is also possible to change the concentration of impurities to be doped in each layer.

【0076】この工程の具体例では、まずレジストを膜
厚1μm程度に塗布し、パターニングしてレジストマス
クを形成した後、CHF3 によるドライエッチングを用
いてBSG103をパターニングする。さらに、レジス
ト104を残したまま、B+を加速電圧5〜30ke
V,ドーズ量2×1011〜5×1012cm-2の範囲でイ
オン注入し、基板ドープ層106を形成した。
In a specific example of this step, a resist is first applied to a film thickness of about 1 μm and patterned to form a resist mask, and then the BSG 103 is patterned by dry etching with CHF 3 . Further, with the resist 104 left, B + is accelerated at an acceleration voltage of 5 to 30 ke.
Ion implantation was performed in a range of V and dose of 2 × 10 11 to 5 × 10 12 cm −2 to form the substrate-doped layer 106.

【0077】さらに、図18に示すように、素子活性層
となる半導体薄膜107を被着形成し、エネルギービー
ム108を照射する。この工程の具体例では、Si2
6 を用いた減圧CVD法により形成温度450℃で膜厚
500Åのa−Si膜を形成する。引続き、XeClエ
キシマレーザー(λ=308nm)の走査アニールによ
りa−Si膜を溶融再結晶化して多結晶Si薄膜を形成
した。このときのレーザー条件は第1の実施例における
表2の条件と同様に設定した。この結果、a−Si膜の
溶融再結晶化の過程において、基板ドープ層106中に
含まれる不純物が溶融再結晶化中の上層内に熱拡散す
る。これにより、イオン損傷欠陥が生じることなく、結
晶性の良好な、かつ不純物が微量ドープされたチャネル
領域117a,117bが形成された。この多結晶Si
薄膜中のB原子濃度は、nチャネルTFTにおいては下
地の基板ドープ層106の注入条件、またpチャネルT
FTにおいては不純物が添加された絶縁層103のドー
プ条件、さらに、レーザー照射条件により各々1×10
16〜1×1018cm-3の範囲で変化させることができ
た。なお、上記例では、nチャネル側とpチャネル側の
チャネルドープ条件として、BSGの濃度と、B注入の
組合せで行った場合について説明したが、しきい値電圧
の制御範囲によっては、BSGとP注入、PSGとB注
入あるいはPSGとP注入の組合せを用いて行ってもよ
い。
Further, as shown in FIG. 18, a semiconductor thin film 107 to be an element active layer is adhered and formed, and an energy beam 108 is irradiated. In a specific example of this process, Si 2 H
An a-Si film having a film thickness of 500Å is formed at a forming temperature of 450 ° C. by a low pressure CVD method using 6 . Subsequently, the a-Si film was melted and recrystallized by scanning annealing with a XeCl excimer laser (λ = 308 nm) to form a polycrystalline Si thin film. The laser conditions at this time were set in the same manner as the conditions of Table 2 in the first embodiment. As a result, in the process of melt recrystallization of the a-Si film, the impurities contained in the substrate dope layer 106 thermally diffuse into the upper layer during melt recrystallization. As a result, the channel regions 117a and 117b having good crystallinity and being slightly doped with impurities were formed without causing ion damage defects. This polycrystalline Si
In the n-channel TFT, the B atom concentration in the thin film depends on the implantation conditions of the underlying substrate dope layer 106 and the p-channel T
In the FT, 1 × 10 6 was obtained depending on the doping condition of the insulating layer 103 added with impurities and the laser irradiation condition.
It could be changed in the range of 16 to 1 × 10 18 cm −3 . In the above example, the case was explained in which the BSG concentration and B implantation were combined as the channel doping conditions on the n-channel side and the p-channel side. However, depending on the control range of the threshold voltage, BSG and P may be used. Implantation, PSG and B implantation, or a combination of PSG and P implantation may be used.

【0078】さらに、図19に示すように、フォトリソ
工程により半導体薄膜107をパターニングして素子活
性層107a,107bを形成した後、ゲート絶縁膜1
09を被着形成し、この上にゲート電極110を形成す
る。さらに、まず、イオン注入法により、nチャネル側
の素子活性層107a領域にP+ を注入してnチャネル
TFTのソース・ドレイン領域112,112を形成
し、その後、pチャネル側の素子活性層107b領域に
+ をイオン注入してpチャネルTFTのソース・ドレ
イン電極113,113を形成する。なお、nチャネル
側及びpチャネル側の何れか一方のイオン注入時には、
他方のチャネル側の表面はレジストによりマスクする。
そして、イオン注入が行われた後、熱処理あるいはビー
ム照射を行って、注入された不純物を活性化する。
Further, as shown in FIG. 19, after patterning the semiconductor thin film 107 by a photolithography process to form element active layers 107a and 107b, the gate insulating film 1 is formed.
09 is deposited, and the gate electrode 110 is formed thereon. Further, first, by ion implantation, P + is implanted into the region of the element active layer 107a on the n-channel side to form the source / drain regions 112 and 112 of the n-channel TFT, and thereafter, the element active layer 107b on the p-channel side. B + ions are implanted into the regions to form the source / drain electrodes 113, 113 of the p-channel TFT. Incidentally, at the time of ion implantation on either the n-channel side or the p-channel side,
The surface on the other channel side is masked with a resist.
After the ion implantation is performed, heat treatment or beam irradiation is performed to activate the implanted impurities.

【0079】この工程の具体例においては、まずフォト
リソ工程で半導体薄膜107をアイランド化した後、ゲ
ート絶縁膜として、常圧CVD法により形成温度450
℃、膜厚1000ÅのSiO2 膜を被着形成した。さら
に、Si2 6 を用いた減圧CVD法により、形成温度
450℃で膜厚1000Åのa−Si膜を形成し、さら
にフォトリソ工程を用いてゲート電極を形成した。次
に、nチャネル側の素子活性層107a中にP+ を加速
電圧90〜120keV,ドーズ量2×1015〜2×1
16cm-2で、またpチャネル側の素子活性層107b
にはB+ を加速電圧30〜50keV,ドーズ量2×1
15〜2×1016cm-2でそれぞれイオン注入を行っ
た。その後、XeClエキシマレーザーにより、室温で
300mJ/cm2 ,2shotsの条件でアニール
し、a−Siのゲート電極を溶融再結晶化するととも
に、注入された不純物の活性化を行った。
In a specific example of this step, first, the semiconductor thin film 107 is formed into an island by a photolithography step, and then a gate insulating film is formed at a formation temperature of 450 by atmospheric pressure CVD.
A SiO 2 film having a film thickness of 1000 Å was formed by deposition. Further, a low pressure CVD method using Si 2 H 6 was used to form an a-Si film having a film thickness of 1000 Å at a forming temperature of 450 ° C., and a gate electrode was formed by using a photolithography process. Next, P + is added to the element active layer 107a on the n-channel side with an acceleration voltage of 90 to 120 keV and a dose of 2 × 10 15 to 2 × 1.
0 16 cm -2 , and the element active layer 107b on the p-channel side
Is B + for acceleration voltage 30 to 50 keV, dose 2 × 1
Ion implantation was performed at 0 15 to 2 × 10 16 cm -2 . Then, it was annealed by a XeCl excimer laser at room temperature under the conditions of 300 mJ / cm 2 and 2 shots to melt and recrystallize the a-Si gate electrode and activate the implanted impurities.

【0080】さらに、図20に示すように、保護絶縁層
114を被着形成した後、コンタクトホール115,1
15及び取り出し電極116,116を順次形成し、チ
ャネルドープが施されたCMOSが完成する。この工程
の具体例では、保護絶縁層として、常圧CVD法により
形成温度350℃で膜厚7000ÅのPSGを形成し、
フォトリソ工程によりコンタクトホールを開口した後、
真空蒸着法で膜厚0.8〜1μmのアルミニウム膜を被
着形成し、さらにフォトリソ工程を用いて取り出し電極
をパターニング形成した。
Further, as shown in FIG. 20, after depositing a protective insulating layer 114, contact holes 115, 1 are formed.
15 and the take-out electrodes 116, 116 are sequentially formed to complete a channel-doped CMOS. In a specific example of this step, PSG having a film thickness of 7,000 Å is formed as a protective insulating layer by an atmospheric pressure CVD method at a forming temperature of 350 ° C.
After opening the contact hole by photolithography process,
An aluminum film having a film thickness of 0.8 to 1 μm was formed by vacuum deposition, and a take-out electrode was patterned by using a photolithography process.

【0081】第4の実施例 さらに、第1及び第2の実施例による薄膜半導体装置の
製造プロセスをCMOSに適用した他の例について説明
する。図21は、CMOSの断面構造図であり、図22
〜図26は、その製造工程を順に示した製造工程説明図
である。
Fourth Embodiment Further, another example in which the manufacturing process of the thin film semiconductor device according to the first and second embodiments is applied to CMOS will be described. FIG. 21 is a sectional structural view of the CMOS.
26A to 26C are manufacturing process explanatory views showing the manufacturing process in order.

【0082】この例によるCMOSは、第3の実施例と
異なり、nチャネルTFT100aが第2の実施例によ
るチャネルドープ方法を用いて製造され、pチャネルT
FT100bが、第1の実施例によるチャネルドープ法
を用いて製造されている。
In the CMOS according to this example, unlike the third embodiment, the n-channel TFT 100a is manufactured by using the channel doping method according to the second embodiment, and the p-channel T100a is manufactured.
The FT 100b is manufactured using the channel doping method according to the first embodiment.

【0083】以下、CMOSの製造工程に従ってその製
造方法を説明することにより、同時にCMOSの素子構
造について説明する。まず、図22に示すように、無ア
ルカリガラスなどの基板101上に絶縁性薄膜102を
被着形成した後、しきい値電圧調整のためのBまたは
P,As等のいずれかが微量に添加された絶縁層122
aを被着形成する。なお、絶縁性薄膜102は、後工程
において基板101から素子活性層への不純物拡散を防
止する目的で形成されている。
Hereinafter, the manufacturing method will be described in accordance with the CMOS manufacturing process, and at the same time, the CMOS device structure will be described. First, as shown in FIG. 22, after depositing an insulating thin film 102 on a substrate 101 such as non-alkali glass, a small amount of B, P, As or the like for adjusting a threshold voltage is added. Insulating layer 122
a is deposited. The insulating thin film 102 is formed for the purpose of preventing impurity diffusion from the substrate 101 to the element active layer in a later process.

【0084】この工程における具体例では、基板にコー
ニング7059を使用し、まずこの上に常圧CVD法で
形成温度350℃、膜厚3000ÅのSiO2 膜(NS
G)を被着形成する。引続き、常圧CVD法で形成温度
350℃、膜厚300〜500ÅのBドープSiO2
(BSG)を被着形成した。このとき、BSGのB原子
濃度は、2×1016〜5×1018cm-3とした。
In a specific example in this step, Corning 7059 is used as a substrate, and a SiO 2 film (NS) having a film forming temperature of 350 ° C. and a film thickness of 3000 Å is first formed on the substrate by atmospheric pressure CVD.
G) is deposited. Subsequently, a B-doped SiO 2 film (BSG) having a film formation temperature of 350 ° C. and a film thickness of 300 to 500 Å was deposited by the atmospheric pressure CVD method. At this time, the B atom concentration of BSG was set to 2 × 10 16 to 5 × 10 18 cm −3 .

【0085】次に、図23に示すように、nチャネル側
の素子活性領域が形成される領域上にのみレジスト10
4を形成する。そして、レジスト104をマスクとして
不純物が微量に添加された絶縁層122aをエッチング
してnチャネル側の素子活性層が形成される領域上に不
純物ドープ絶縁層122を形成する。さらに、そのレジ
スト104をマスクとしてBやPあるいはAsなどのい
ずれかの不純物をイオン注入し、絶縁性薄膜102の表
面近傍領域に基板ドープ層123を形成する。この工程
により、pチャネル側の素子活性層が形成される領域に
は、BあるいはPまたはAsが微量に添加された基板ド
ープ層123が形成され、また、nチャネル側の素子活
性層が形成される領域には、不純物ドープ絶縁層122
が形成される。
Next, as shown in FIG. 23, the resist 10 is formed only on the region where the element active region on the n-channel side is formed.
4 is formed. Then, using the resist 104 as a mask, the insulating layer 122a added with a slight amount of impurities is etched to form the impurity-doped insulating layer 122 on the region where the element active layer on the n-channel side is formed. Further, using the resist 104 as a mask, an impurity such as B, P, or As is ion-implanted to form a substrate dope layer 123 in the region near the surface of the insulating thin film 102. By this step, the substrate dope layer 123 to which a small amount of B, P or As is added is formed in the region where the element active layer on the p-channel side is formed, and the element active layer on the n-channel side is formed. The impurity-doped insulating layer 122
Is formed.

【0086】この工程の具体例では、まずレジストを膜
厚1μm程度に塗布し、パターニングしてレジストマス
クを形成した後、CHF3 によるドライエッチングを用
いてBSG122aをパターニングする。さらに、レジ
スト104を残したまま、B + を加速電圧5〜30ke
V,ドーズ量2×1011〜5×1012cm-2の範囲でイ
オン注入し、基板ドープ層123を形成した。
In the specific example of this step, first, a resist film is formed.
Apply 1 μm thick and pattern to form resist mass
CHF after forming3For dry etching
Then, the BSG 122a is patterned. In addition, the cash register
B with the strike 104 left +Acceleration voltage 5 to 30 ke
V, dose amount 2 × 1011~ 5 × 1012cm-2In the range
On implantation was performed to form a substrate doped layer 123.

【0087】さらに、図24に示すように、素子活性層
となる半導体薄膜120を被着形成し、エネルギービー
ム108を照射する。この工程の具体例では、Si2
6 を用いた減圧CVD法により形成温度450℃で膜厚
500Åのa−Si膜を形成する。引続き、XeClエ
キシマレーザー(λ=308nm)の走査アニールによ
りa−Si膜を溶融再結晶化して多結晶Si薄膜を形成
した。このときのレーザー条件は第1の実施例における
表2の条件と同様の条件に設定した。この結果、a−S
i膜の溶融再結晶化の過程において、基板ドープ層12
2中及び不純物ドープ絶縁層123中に含まれる不純物
が溶融再結晶化中の上層内に熱拡散する。これにより、
イオン損傷欠陥が生じることなく、結晶性の良好な、か
つ不純物が微量ドープされたチャネル領域121a,1
21bが形成できた。この多結晶Si薄膜中のB原子濃
度は、nチャネルTFTにおいては下地の基板ドープ層
122の注入条件、またpチャネルTFTにおいては不
純物ドープ絶縁層123のドープ条件、さらにレーザー
照射条件により各々1×1016〜1×1018cm-3の範
囲で変化させることができた。この具体例では、nチャ
ネル側とpチャネル側のチャネルドープ条件として、B
SGの濃度と、B注入の組合せで行った場合について説
明したが、しきい値電圧の制御範囲によっては、BSG
とP注入、PSGとB注入あるいはPSGとP注入の組
合せを用いて行ってもよい。
Further, as shown in FIG. 24, a semiconductor thin film 120 to be an element active layer is deposited and formed, and the energy beam 108 is irradiated. In a specific example of this process, Si 2 H
An a-Si film having a film thickness of 500Å is formed at a forming temperature of 450 ° C. by a low pressure CVD method using 6 . Subsequently, the a-Si film was melted and recrystallized by scanning annealing with a XeCl excimer laser (λ = 308 nm) to form a polycrystalline Si thin film. The laser conditions at this time were set to the same conditions as those in Table 2 in the first embodiment. As a result, a-S
In the process of melt recrystallization of the i film, the substrate doped layer 12
2 and the impurities contained in the impurity-doped insulating layer 123 are thermally diffused into the upper layer during melt recrystallization. This allows
The channel regions 121a, 1a having good crystallinity and being lightly doped with impurities without causing ion damage defects
21b could be formed. The B atomic concentration in this polycrystalline Si thin film is 1 × depending on the implantation conditions of the underlying substrate doped layer 122 in the n-channel TFT, the doping conditions of the impurity-doped insulating layer 123 in the p-channel TFT, and the laser irradiation conditions. It could be changed in the range of 10 16 to 1 × 10 18 cm −3 . In this specific example, B is set as the channel doping condition on the n-channel side and the p-channel side.
The case of performing the combination of SG concentration and B implantation has been described, but depending on the control range of the threshold voltage, BSG may be used.
And P implantation, PSG and B implantation, or PSG and P implantation in combination.

【0088】さらに、図25に示すように、半導体薄膜
120をパターニングして素子活性層120a,120
bを形成した後、ゲート絶縁膜109を被着形成し、こ
の上にゲート電極110を形成する。さらに、まず、イ
オン注入法により、nチャネル側の素子活性層120a
領域にP+ をイオン注入してnチャネルTFTのソース
・ドレイン領域112,112を形成し、その後、pチ
ャネル側の素子活性層120bにB+ をイオン注入して
pチャネルTFTのソース・ドレイン電極113,11
3を形成する。なお、nチャネル側及びpチャネル側の
何れか一方のイオン注入時には、他方のチャネル側の表
面はレジストによりマスクする。そして、イオン注入が
行われた後、熱処理あるいはビーム照射を行った注入さ
れた不純物を活性化する。
Further, as shown in FIG. 25, the semiconductor thin film 120 is patterned to form the element active layers 120a and 120a.
After forming b, a gate insulating film 109 is deposited and a gate electrode 110 is formed thereon. Further, first, the element active layer 120a on the n-channel side is formed by ion implantation.
P + ions are implanted into the regions to form the source / drain regions 112 and 112 of the n-channel TFT, and then B + ions are implanted into the element active layer 120b on the p-channel side to source / drain electrodes of the p-channel TFT. 113,11
3 is formed. During ion implantation on either the n-channel side or the p-channel side, the surface on the other channel side is masked with a resist. Then, after the ion implantation is performed, the implanted impurities subjected to the heat treatment or the beam irradiation are activated.

【0089】この工程の具体例においては、まずフォト
リソ工程で半導体薄膜120をアイランド化した後、ゲ
ート絶縁膜として、常圧CVD法により形成温度450
℃で膜厚1000ÅのSiO2 膜を被着形成した。さら
に、Si2 6 を用いた減圧CVD法により、形成温度
450℃で膜厚1000Åのa−Si膜を形成し、さら
にフォトリソ工程を用いてゲート電極を形成した。次
に、nチャネル側の素子活性層120a中にP+ を加速
電圧90〜120keV,ドーズ量2×1015〜2×1
16cm-2で、またpチャネル側の素子活性層120b
にはB+ を加速電圧30〜50keV,ドーズ量2×1
15〜2×1016cm-2でそれぞれイオン注入を行っ
た。その後、XeClエキシマレーザーにより、室温で
300mJ/cm2 ,2shotsの条件でアニール
し、a−Siのゲート電極を溶融再結晶化するととも
に、注入された不純物の活性化を行った。
In a specific example of this step, first, the semiconductor thin film 120 is formed into an island by a photolithography step, and then a gate insulating film is formed at a forming temperature of 450 by an atmospheric pressure CVD method.
A SiO 2 film having a film thickness of 1000 Å was deposited at ℃. Further, a low pressure CVD method using Si 2 H 6 was used to form an a-Si film having a film thickness of 1000 Å at a forming temperature of 450 ° C., and a gate electrode was formed by using a photolithography process. Next, P + is added to the element active layer 120a on the n-channel side with an acceleration voltage of 90 to 120 keV and a dose amount of 2 × 10 15 to 2 × 1.
0 16 cm -2 , and the element active layer 120b on the p-channel side
Is B + for acceleration voltage 30 to 50 keV, dose 2 × 1
Ion implantation was performed at 0 15 to 2 × 10 16 cm -2 . Then, it was annealed by a XeCl excimer laser at room temperature under the conditions of 300 mJ / cm 2 and 2 shots to melt and recrystallize the gate electrode of a-Si and activate the implanted impurities.

【0090】さらに、図26に示すように、保護絶縁層
114を被着形成した後、コンタクトホール115,1
15及び取り出し電極116,116を順次形成し、チ
ャネルドープが施されたCMOSが完成する。この工程
の具体例では、保護絶縁層として、常圧CVD法により
形成温度350℃で膜厚7000ÅのPSGを形成し、
フォトリソ工程によりコンタクトホールを開口した後、
真空蒸着法で膜厚0.8〜1μmのアルミニウム膜を被
着形成し、さらにフォトリソ工程を用いて取り出し電極
をパターニング形成した。
Further, as shown in FIG. 26, after depositing a protective insulating layer 114, contact holes 115, 1 are formed.
15 and the take-out electrodes 116, 116 are sequentially formed to complete a channel-doped CMOS. In a specific example of this step, PSG having a film thickness of 7,000 Å is formed as a protective insulating layer by an atmospheric pressure CVD method at a forming temperature of 350 ° C.
After opening the contact hole by photolithography process,
An aluminum film having a film thickness of 0.8 to 1 μm was formed by vacuum deposition, and a take-out electrode was patterned by using a photolithography process.

【0091】上記の第3及び第4の実施例においては、
従来のCMOSの製造プロセスに比べて、チャネルドー
プに用いられるマスクパターンを減少させることができ
る。すなわち、従来のCMOS製造プロセスでは、図3
5に示すレジスト24a形成のためのフォトリソ工程と
図36に示すレジスト24b形成のためのフォトリソ工
程の2回のフォトリソ工程を必要としていたが、上記実
施例では、図16,図17,図22,図23に示すよう
に、1回のフォトリソ工程により、同等の処理が行われ
ている。このために、CMOS製造プロセスの簡略化を
実現することができる。
In the above third and fourth embodiments,
The mask pattern used for channel doping can be reduced as compared with the conventional CMOS manufacturing process. That is, in the conventional CMOS manufacturing process, as shown in FIG.
Although the photolithography process for forming the resist 24a shown in FIG. 5 and the photolithography process for forming the resist 24b shown in FIG. 36 are required twice, in the above-described embodiment, the photolithography process shown in FIGS. As shown in FIG. 23, the same process is performed by one photolithography process. Therefore, simplification of the CMOS manufacturing process can be realized.

【0092】なお、第3及び第4の実施例において、絶
縁性基板1として石英基板を用いることもできる。この
場合には、絶縁性薄膜102を形成する必要がなくな
り、基板ドープ層106,123は、この石英基板表面
に形成されることになる。
In the third and fourth embodiments, a quartz substrate can be used as the insulating substrate 1. In this case, it is not necessary to form the insulating thin film 102, and the substrate dope layers 106 and 123 are formed on the surface of the quartz substrate.

【0093】[0093]

【発明の効果】以上のように、本発明による薄膜半導体
装置の製造方法においては、半導体の非晶質層にエネル
ギービームを照射することによって非晶質層の下部に形
成された不純物拡散源から不純物を熱拡散させるととも
に、非晶質層を再結晶化させて所望の不純物が導入され
た半導体結晶層を形成するように構成したため、低温プ
ロセスによってイオン損傷欠陥などを生じない高品質の
半導体結晶層を得ることができる。
As described above, in the method of manufacturing a thin film semiconductor device according to the present invention, an amorphous layer of a semiconductor is irradiated with an energy beam so that an impurity diffusion source formed below the amorphous layer is removed. High quality semiconductor crystal that does not cause ion damage defects due to low temperature process because it is configured to thermally diffuse impurities and recrystallize the amorphous layer to form a semiconductor crystal layer into which desired impurities are introduced. Layers can be obtained.

【0094】さらに、この半導体結晶層をチャネル領域
とする薄膜半導体装置に用いた場合には、イオン損傷欠
陥に起因する薄膜半導体素子のオンオフ特性の劣化を生
じることなく、所望のしきい値電圧に調整された薄膜半
導体装置を得ることができる。
Furthermore, when this semiconductor crystal layer is used for a thin film semiconductor device having a channel region, the on / off characteristics of the thin film semiconductor element are not deteriorated due to ion damage defects, and a desired threshold voltage is obtained. An adjusted thin film semiconductor device can be obtained.

【0095】さらに、例えば本発明の方法をCMOSに
適用した場合には、pチャネルTFTとnチャネルTF
Tの各々のしきい値電圧を整合させることによって低消
費電力化が図られたCMOSを得ることができる。
Further, for example, when the method of the present invention is applied to CMOS, a p-channel TFT and an n-channel TF are used.
A CMOS with low power consumption can be obtained by matching the threshold voltage of each T.

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

【図1】図1は、本発明の第1の実施例による薄膜トラ
ンジスタの断面構造図。
FIG. 1 is a sectional structural view of a thin film transistor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す薄膜トランジスタの製造プロセスの
一工程を示す製造工程説明図。
FIG. 2 is a manufacturing process explanatory view showing one process of manufacturing the thin film transistor shown in FIG.

【図3】図1に示す薄膜トランジスタの製造プロセスの
一工程を示す製造工程説明図。
FIG. 3 is a manufacturing process explanatory view showing one process of manufacturing the thin film transistor shown in FIG.

【図4】図1に示す薄膜トランジスタの製造プロセスの
一工程を示す製造工程説明図。
FIG. 4 is a manufacturing process explanatory view showing one process of manufacturing the thin film transistor shown in FIG.

【図5】図1に示す薄膜トランジスタの製造プロセスの
一工程を示す製造工程説明図。
FIG. 5 is a manufacturing process explanatory view showing one process of manufacturing the thin film transistor shown in FIG.

【図6】図1に示す薄膜トランジスタの製造プロセスの
一工程を示す製造工程説明図。
FIG. 6 is a manufacturing process explanatory view showing one process of manufacturing the thin film transistor shown in FIG.

【図7】図7は、薄膜トランジスタのB原子濃度対しき
い値電圧特性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram of B atom concentration versus threshold voltage of a thin film transistor.

【図8】薄膜トランジスタのゲート電圧対ドレイン電流
の関係を示す特性図。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between gate voltage and drain current of a thin film transistor.

【図9】本発明の第2の実施例による薄膜トランジスタ
の断面構造図。
FIG. 9 is a sectional structural view of a thin film transistor according to a second embodiment of the present invention.

【図10】図9に示す薄膜トランジスタの製造プロセス
の一工程を示す製造工程説明図。
FIG. 10 is a manufacturing process explanatory view showing a step of the manufacturing process of the thin film transistor shown in FIG. 9;

【図11】図9に示す薄膜トランジスタの製造プロセス
の一工程を示す製造工程説明図。
11 is a manufacturing process explanatory view showing one process of manufacturing the thin film transistor shown in FIG. 9. FIG.

【図12】図9に示す薄膜トランジスタの製造プロセス
の一工程を示す製造工程説明図。
12 is a manufacturing process explanatory view showing one process of manufacturing the thin film transistor shown in FIG. 9. FIG.

【図13】図9に示す薄膜トランジスタの製造プロセス
の一工程を示す製造工程説明図。
13 is a manufacturing process explanatory view showing one process of manufacturing the thin film transistor shown in FIG. 9. FIG.

【図14】図9に示す薄膜トランジスタの製造プロセス
の一工程を示す製造工程説明図。
14 is a manufacturing process explanatory view showing one process of manufacturing the thin film transistor shown in FIG. 9. FIG.

【図15】本発明の第3の実施例によるCMOSの断面
構造図。
FIG. 15 is a sectional structural view of a CMOS according to a third embodiment of the present invention.

【図16】図15に示すCMOSの製造プロセスの一工
程を示す製造工程説明図。
16 is a manufacturing process explanatory view showing one process of the manufacturing process of the CMOS shown in FIG. 15; FIG.

【図17】図15に示すCMOSの製造プロセスの一工
程を示す製造工程説明図。
17 is a manufacturing process explanatory view showing one process of the manufacturing process of the CMOS shown in FIG. 15; FIG.

【図18】図15に示すCMOSの製造プロセスの一工
程を示す製造工程説明図。
FIG. 18 is a manufacturing process explanatory view showing one process of the manufacturing process of the CMOS shown in FIG. 15;

【図19】図15に示すCMOSの製造プロセスの一工
程を示す製造工程説明図。
FIG. 19 is a manufacturing process explanatory view showing one process of the manufacturing process of the CMOS shown in FIG. 15;

【図20】図15に示すCMOSの製造プロセスの一工
程を示す製造工程説明図。
20 is a manufacturing process explanatory view showing one process of the manufacturing process of the CMOS shown in FIG. 15; FIG.

【図21】本発明の第4の実施例によるCMOSの断面
構造図。
FIG. 21 is a sectional structural view of a CMOS according to the fourth embodiment of the present invention.

【図22】図21に示すCMOSの製造プロセスの一工
程を示す製造工程説明図。
22 is a manufacturing process explanatory view showing one process of the manufacturing process of the CMOS shown in FIG. 21; FIG.

【図23】図21に示すCMOSの製造プロセスの一工
程を示す製造工程説明図。
23 is a manufacturing process explanatory view showing one process of the manufacturing process of the CMOS shown in FIG. 21; FIG.

【図24】図21に示すCMOSの製造プロセスの一工
程を示す製造工程説明図。
24 is a manufacturing process explanatory view showing one process of the manufacturing process of the CMOS shown in FIG. 21; FIG.

【図25】図21に示すCMOSの製造プロセスの一工
程を示す製造工程説明図。
25 is a manufacturing process explanatory view showing one process of the manufacturing process of the CMOS shown in FIG. 21; FIG.

【図26】図21に示すCMOSの製造プロセスの一工
程を示す製造工程説明図。
FIG. 26 is a manufacturing process explanatory view showing one process of the manufacturing process of the CMOS shown in FIG. 21;

【図27】従来の薄膜トランジスタの断面構造図。FIG. 27 is a cross-sectional structural diagram of a conventional thin film transistor.

【図28】従来の薄膜トランジスタの製造プロセスの一
工程を示す製造工程説明図。
FIG. 28 is a manufacturing process explanatory view showing one process of a conventional manufacturing process of a thin film transistor.

【図29】従来の薄膜トランジスタの製造プロセスの一
工程を示す製造工程説明図。
FIG. 29 is a manufacturing process explanatory view showing one process of manufacturing a conventional thin film transistor.

【図30】従来の薄膜トランジスタの製造プロセスの一
工程を示す製造工程説明図。
FIG. 30 is a manufacturing process explanatory view showing one process of a conventional manufacturing process of a thin film transistor.

【図31】従来の薄膜トランジスタの製造プロセスの一
工程を示す製造工程説明図。
FIG. 31 is a manufacturing process explanatory view showing one process of manufacturing a conventional thin film transistor.

【図32】従来の薄膜トランジスタの製造プロセスの一
工程を示す製造工程説明図。
FIG. 32 is a manufacturing process explanatory view showing one process of manufacturing a conventional thin film transistor.

【図33】従来のCMOSの断面構造図。FIG. 33 is a sectional structural view of a conventional CMOS.

【図34】従来のCMOSの製造プロセスの一工程を示
す製造工程説明図。
FIG. 34 is a manufacturing process explanatory view showing one process of the conventional CMOS manufacturing process.

【図35】従来のCMOSの製造プロセスの一工程を示
す製造工程説明図。
FIG. 35 is a manufacturing process explanatory view showing one process of the conventional CMOS manufacturing process.

【図36】従来のCMOSの製造プロセスの一工程を示
す製造工程説明図。
FIG. 36 is a manufacturing process explanatory view showing one process of the conventional CMOS manufacturing process.

【図37】従来のCMOSの製造プロセスの一工程を示
す製造工程説明図。
FIG. 37 is a manufacturing process explanatory view showing one process of the conventional CMOS manufacturing process.

【図38】従来のCMOSの製造プロセスの一工程を示
す製造工程説明図。
FIG. 38 is a manufacturing process explanatory view showing one process of the conventional CMOS manufacturing process.

【図39】従来のCMOSの製造プロセスの一工程を示
す製造工程説明図。
FIG. 39 is a manufacturing process explanatory view showing one process of the conventional CMOS manufacturing process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,101…基板 2,102…絶縁性薄膜 5,109…ゲート絶縁層 6,110…ゲート電極 17,108…エキシマレーザービーム 14,107a,107b…素子活性層 13,106,123…基板ドープ層 19,103,122…不純物ドープ絶縁層 16,117a,117b,121a,121b…チャ
ネル領域
1, 101 ... Substrate 2, 102 ... Insulating thin film 5, 109 ... Gate insulating layer 6, 110 ... Gate electrode 17, 108 ... Excimer laser beam 14, 107a, 107b ... Element active layer 13, 106, 123 ... Substrate dope layer 19, 103, 122 ... Impurity-doped insulating layer 16, 117a, 117b, 121a, 121b ... Channel 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 21/8238 H01L 27/08 321B 27/092 29/78 618F 27/08 331 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location H01L 21/8238 H01L 27/08 321B 27/092 29/78 618F 27/08 331

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に不純物を含む絶縁層を形成する
工程と、 前記絶縁層上に半導体の非晶質層を形成する工程と、 前記非晶質層にエネルギービームを照射することによっ
て前記絶縁層から前記非晶質層内に前記不純物を拡散さ
せるとともに、前記非晶質層を結晶化させて不純物が導
入された半導体結晶層を形成する工程とを備えることを
特徴とする、薄膜半導体装置の製造方法。
1. A step of forming an insulating layer containing impurities on a substrate, a step of forming an amorphous layer of a semiconductor on the insulating layer, and irradiating the amorphous layer with an energy beam Diffusing the impurities from the insulating layer into the amorphous layer and crystallizing the amorphous layer to form a semiconductor crystal layer into which the impurities are introduced. Device manufacturing method.
【請求項2】 不純物を含む前記絶縁層を形成する工程
は、 前記基板上に絶縁層を形成する工程と、 前記絶縁層に不純物をドープする工程とを備えることを
特徴とする、請求項1に記載の薄膜半導体装置の製造方
法。
2. The step of forming the insulating layer containing impurities includes a step of forming an insulating layer on the substrate, and a step of doping the insulating layer with impurities. A method of manufacturing a thin film semiconductor device according to.
【請求項3】 不純物を含む前記絶縁層を形成する工程
は、 前記基板上に、不純物が添加された絶縁膜を直接形成す
る工程を備えることを特徴とする、請求項1に記載の薄
膜半導体装置の製造方法。
3. The thin film semiconductor according to claim 1, wherein the step of forming the insulating layer containing impurities includes the step of directly forming an insulating film doped with impurities on the substrate. Device manufacturing method.
【請求項4】 基板の表面近傍に不純物をドープして不
純物含有領域を形成する工程と、 前記不純物含有領域の表面上に半導体の非晶質層を形成
する工程と、 前記非晶質層にエネルギービームを照射することによっ
て前記不純物含有領域から前記非晶質層内に前記不純物
を拡散させるとともに、前記非晶質層を結晶化させて不
純物が導入された半導体結晶層を形成する工程とを備え
ることを特徴とする、薄膜半導体装置の製造方法。
4. A step of forming an impurity-containing region by doping an impurity near a surface of a substrate; a step of forming an amorphous layer of a semiconductor on the surface of the impurity-containing region; Diffusing the impurities from the impurity-containing region into the amorphous layer by irradiating with an energy beam, and crystallizing the amorphous layer to form a semiconductor crystal layer into which the impurities are introduced. A method of manufacturing a thin film semiconductor device, comprising:
【請求項5】 不純物が導入された前記半導体結晶層の
少なくとも一部が薄膜トランジスタのチャネル領域を構
成することを特徴とする、請求項1ないし請求項4のい
ずれかに記載の薄膜半導体装置の製造方法。
5. The manufacturing of a thin film semiconductor device according to claim 1, wherein at least a part of the semiconductor crystal layer having impurities introduced therein constitutes a channel region of a thin film transistor. Method.
【請求項6】 同一基板上に複数の領域が設けられ、そ
れぞれの領域に半導体素子が形成された薄膜半導体装置
の製造方法であって、 少なくとも一つの前記領域の半導体素子は、 基板上に不純物を含む絶縁層を形成する工程と、 前記絶縁層上に半導体の非晶質層を形成する工程と、 前記非晶質層にエネルギービームを照射することによっ
て前記絶縁層から前記非晶質層内に前記不純物を拡散さ
せるとともに、前記非晶質層を結晶化させて不純物が導
入された半導体結晶層を形成する工程によって製造され
ることを特徴とする、薄膜半導体装置の製造方法。
6. A method of manufacturing a thin film semiconductor device, wherein a plurality of regions are provided on the same substrate, and a semiconductor element is formed in each region, wherein at least one semiconductor element in the region is an impurity on the substrate. A step of forming an insulating layer including a step of forming an amorphous layer of a semiconductor on the insulating layer, and irradiating the amorphous layer with an energy beam so that the inside of the amorphous layer And a step of crystallizing the amorphous layer to form a semiconductor crystal layer into which impurities are introduced, while manufacturing the thin film semiconductor device.
【請求項7】 同一基板上に複数の領域が設けられ、そ
れぞれの領域に半導体素子が形成された薄膜半導体装置
の製造方法であって、 少なくとも一つの前記領域の半導体素子は、 基板の表面近傍に不純物をドープして不純物含有領域を
形成する工程と、 前記不純物含有領域の表面上に非晶質層を形成する工程
と、 前記非晶質層にエネルギービームを照射することによっ
て前記不純物含有領域から前記非晶質層内に前記不純物
を拡散させるとともに、前記非晶質層を結晶化させて不
純物が導入された半導体結晶層を形成する工程によって
製造されることを特徴とする、薄膜半導体装置の製造方
法。
7. A method of manufacturing a thin film semiconductor device, wherein a plurality of regions are provided on the same substrate, and a semiconductor element is formed in each region, wherein at least one semiconductor element in the region is near a surface of a substrate. Forming an impurity-containing region by doping impurities into the impurity-containing region, forming an amorphous layer on the surface of the impurity-containing region, and irradiating the amorphous layer with an energy beam to form the impurity-containing region. A thin film semiconductor device manufactured by a process of diffusing the impurities into the amorphous layer and crystallizing the amorphous layer to form a semiconductor crystal layer into which the impurities are introduced. Manufacturing method.
【請求項8】 第1半導体素子が形成される第1の表面
領域と、第2の半導体素子が形成される第2の表面領域
とを有する基板の表面上に第1半導体素子と第2半導体
素子とが形成された薄膜半導体装置の製造方法であっ
て、 前記第1の表面領域及び前記第2の表面領域に不純物が
添加された絶縁層を形成するか、または前記基板表面近
傍に不純物をドープして不純物含有領域を形成する工程
と、 前記絶縁層上及び前記不純物含有領域上に半導体の非晶
質層を形成する工程と、 前記非晶質層にエネルギービームを照射することによっ
て、前記非晶質層を結晶化させるとともに、前記絶縁層
及び前記不純物含有領域から前記非晶質層内に前記不純
物を拡散させ、前記第1半導体素子のチャネル領域と前
記第2半導体素子のチャネル領域とで互いに異なる不純
物添加領域を形成する工程とを備えることを特徴とす
る、薄膜半導体装置の製造方法。
8. A first semiconductor element and a second semiconductor on a surface of a substrate having a first surface area on which a first semiconductor element is formed and a second surface area on which a second semiconductor element is formed. A method of manufacturing a thin film semiconductor device having an element formed, wherein an insulating layer doped with impurities is formed in the first surface region and the second surface region, or impurities are added in the vicinity of the substrate surface. Forming an impurity-containing region by doping, forming a semiconductor amorphous layer on the insulating layer and the impurity-containing region, and irradiating the amorphous layer with an energy beam, The amorphous layer is crystallized, and the impurities are diffused from the insulating layer and the impurity-containing region into the amorphous layer to form a channel region of the first semiconductor element and a channel region of the second semiconductor element. At each other And a step of forming different impurity-added regions on the substrate.
【請求項9】 前記第1半導体素子が第1導電型の薄膜
トランジスタ素子であり、 前記第2半導体素子が第2導電型の薄膜トランジスタ素
子であることを特徴とする、請求項8に記載の薄膜半導
体装置の製造方法。
9. The thin film semiconductor according to claim 8, wherein the first semiconductor element is a first conductivity type thin film transistor element, and the second semiconductor element is a second conductivity type thin film transistor element. Device manufacturing method.
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