JPS6288365A - 薄膜トランジスタの作製方法 - Google Patents

薄膜トランジスタの作製方法

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JPS6288365A
JPS6288365A JP22918285A JP22918285A JPS6288365A JP S6288365 A JPS6288365 A JP S6288365A JP 22918285 A JP22918285 A JP 22918285A JP 22918285 A JP22918285 A JP 22918285A JP S6288365 A JPS6288365 A JP S6288365A
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JP
Japan
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polycrystalline
layer
ions
heat treatment
implanted
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JP22918285A
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English (en)
Inventor
Takashi Noguchi
隆 野口
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film

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  • Ceramic Engineering (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、薄膜1ランジスタの作製方法に関する。
〔発明の概要〕
本発明は、Vrill!!!トランジスタの作製方法に
おいて、基板、lユに形成した半導体層に中性イオンを
注入し熱処理を施して結晶粒を成しさせた後、再度活性
領域を含む領域にイオン注入を行って熱処理を施すこと
により、半導体層の結晶粒径が大きく口、つ表面の平坦
性が良好で電気的特性の優れた薄膜トランジスタが得ら
れるように17たちのである。
〔従来の技術〕
一般に薄膜]・ランジスタは、石英、ガラス等の絶縁基
板上にシリ:1ン等の半導体薄膜を被着形成し、この半
導体薄膜に活性領域、ソース領域及びドレイン領域を形
成して電W効果型1ランジスタ(FET)を構成するよ
うにしている。このような薄膜トランジスタとして、多
結晶半導体層の活性領域に対応する部分にイオン注入を
行って非晶質化し熱処理して固相成長さ・l結晶粒径を
増大さ・1!て特性向」二を図った薄膜トランジスタの
作製法が提案されている(特開昭60−164316号
)。
通常、例えば薄膜トランジスタより成るC−MO3半導
体装置の形成においては、しきい値電圧vthを制御す
るために′1色導体薄膜に所望の導電形の不純物をイオ
ン注入し、熱処理することが行われる。
また、結晶粒径を大きくして特性向[−を図る場合には
、シリコンの半導体薄膜に中性の例えばシリコンイオン
S1+を注入し、続いてVth制御用のイオン注入を行
って後熱処理して結晶粒の成長と活性化を同時に行うよ
うにした方法がとられている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
■−述したようにvthを制御するためのイオン注入を
1回行った後、熱処理を1回施す従来の薄膜トランジス
タの作製方法においては、半導体薄膜の表面が平坦にな
らず、凹凸が存在していた。また、電気的特性を向上さ
せるために中性イオンの注入を行い、続いてvthを制
御するためのイオン注入を行った後、熱処理を1回施す
方法においても、半導体薄膜の粒径が大きくなって特性
は向−卜するが、半導体薄膜の表面は充分な平坦度が得
られない。このように半導体薄膜の表面が平坦化されな
い結果、vthがゲート内で不均一になる、移動度μが
小さくなる、半導体薄膜上の5i02膜の耐圧が劣化す
る等の電気的特性の劣化が生じるものであった。
本発明は、上述の点に鑑み、結晶粒径を増大させると同
時に、表面の平坦性を良好にし、電気的特性を向、F、
さセることができる薄膜1ランジスタの作製方法を提供
するものである。
c問題点を解決するための手段] 本発明は、基Fj、(11上に形成した甲導体Jim 
(21に中性イオンを注入した後熱処理を施しで結晶粒
を成長させた後、再度活性領域(2a)を含む領域に第
2のイオン注入を行って熱処理を施す。これ以後は、通
常のように活性領域(2a) 、I: Lこゲート絶縁
膜(3)を介してゲー]・電極(4)を形成した後、ソ
ース領域(5)及びドレイン領域(61に所望導電形の
不純物をイオン注入し、熱処理して活PF化する。次で
r−間絶縁膜(7)を形成し、層間絶縁膜(7)に二J
ンタクト用窓孔を形成して後、例えばAlによるソース
電極(8)及びドレイン電極(9)を形成して薄膜トラ
ンジスタを得る。
なお、ゲート絶縁膜(3)、ゲート電極(4)の形成及
びソース、ドレイン領域への不純物イオンの注入工程は
、上記第2のイオン注入の後に行い、その後に同時に熱
処理を行うようにしζもよい。ごのときには熱処理力月
回省略できる。
例えば基板(1月二に多結晶St又は非晶質Siより成
る半導体M(2)を形成した場合には、中性イオンとし
てシリコンイオンSi+を注入する。また第2のイオン
注入としては、中性イオンを注入してもよく、又はVt
h制御用イオン注入を利用してもよく、又#J: V 
ttr制御用イオン注入と中性イオン注入の組合せを利
用してもよい。第2のイオン注入は平坦化のためにl 
X 10”個/ cJ J以−Lのドーズ置が必要であ
る。
また、vthを制御するためのイオン注入を行う場合、
例えばP” 、 B” 、 BF2+等を使用すること
ができる。結晶粒成長のための最初の中性イオン注入後
の熱処理及び第2のイオン注入後の熱処理は、それぞれ
600℃以にの温度で行う。
〔作用) 半導体(2)にイオン注入して熱処理する工程を2回行
うことで、半導体層(2)の表面の平坦性が良好となる
。また半導体層(2)は初めの中性イオンの注入で非晶
質化され、その後の熱処理によゲζ結品成長が起り結晶
粒径が増大する。(M−って、このミ1(導体層(2)
は結晶粒i¥の増大と同時に表面の平ill性が確保さ
れる。この結果、移動度71が大きくなる等の電気的特
性の向上が実現できる。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明の実施例をNチャンネルN
膜MO3I−ランジスタの作製に適用した場合について
説明する。なお、Pチャンネル薄膜MOSトランジスタ
の作製についても同様に適用できる。
先ず、第1図Aに示すように、石英基板(1)上にCV
D (化学気相rAhl法)で多結晶S(を例えば10
0〜800人の厚さに堆積して多結晶S1層(2)を形
成する。また、多結晶S1の代わりに水素化アモルファ
スシリコン(a−5i : II )を堆積してアモル
ファスSt屓を形成しても良い。
次に第1図Bに示すように、多結晶S1層(2)Lこ中
性イオンのSt+を例えば20〜40keV、 ]、5
X1015III / cJの条件でイオン注入するこ
とにより、多結晶Slをアモルファス化さセる。
次に、600℃以1の熱処理を例えば15時間施す。
これによりアモルファス化したStが再び多結晶化され
、多結晶Si中の結晶粒が成長して粒径が増大する。ま
た、多結晶シリコン層(2)はある程度平坦化される。
次に第1図Cに示すように、多結晶Si層(2)をエツ
チングして超薄膜化する。
次に第1図1)に示すように、活性領域(2a)を含む
領域にSi+をイオン注入する。このイオン注入は、平
坦化が]」的であるため、Si+は1.OX 10”1
11d / c、A以上の濃度で注入する必要がある。
次に第1図Eに示すよ・うに、多結晶Si層(211の
所定部分にゲート酸化膜(3)と多結晶Siゲート電極
(4)を形成した後、リン[)+をイオン注入してソー
ス領域(5)とドレイン領域(6)を形成する。
次に600℃以上の熱処理を施す。この熱処理で多結晶
シリコン層(2)の表面が平坦化され、同時にソース領
域(5)及びドレイン領域(6)の活性化がなされる。
次に第1図ドに示ずJ、うに、眉間絶縁膜(7)とソー
ス電極(8)及びドレイン電極(9)を形成して本実施
例に係る薄膜MOSトランジスタ(10)を得る。
このようにシリコンイオン注入後に熱処理を行い、百度
シリコンイオンを注入して熱処理を行うことにより、結
晶粒径を増大さ一1!ると共に、多結晶シリコン層(2
)の平ill性を向トさセることができる。
第2図は本発明の他の実施例である。
先ず、第2図Aに示すように、石英基板flitにCV
Dで多結晶Siを例えば100〜)(00人の厚さに堆
積して多結晶Si層(2)を形成する。また、多結晶S
iのイ辷わりにアモルファスシリニ1ン(a−Si :
 II )を堆積してアモルファス5IIWを形成して
も良い。
次に第2図Bに示すように、多結晶Si層(2)中に中
性イオンのSi+を20〜40keV、 1.5X 1
0ト5個/(・−の条件でイオン注入することにより、
多結晶Stをアモルファス化さ・υる。
次に、600℃以りの熱処理を15時間施してアモルフ
ァス化したSLを肉び多結晶化さ・1!る。これにより
多結晶Si中の結晶粒が成長して粒径が増大する。
次に第2図Cに示すように、多結晶Si層(2)をエツ
チングして超薄膜化する。
次に第2図りに示すように、活性領域(2a)を含む領
域にしきい値電圧vth制御用のリンイオンP+をイオ
ン注入する。
次に第2図Eに示すように、多結晶Si屓(2)上の所
定部分にゲート酸化膜(3)と多結晶Siゲート電極(
4)を形成した後、リンP+をイオン注入してソース領
域(5)とドレイン領域(6)を形成する。
次に600 ’C以−Fの熱処理を15時間施す。この
2回目の熱処理により、多結晶Si層(2)の平坦性が
向上する。同時にソース領域(5)及びドレイン領域(
6)の活性化がなされる。
次に第2図Fに示すように、層間絶縁膜(7)とソース
電極(8)及びドレイン電極(9)を形成して本実施例
に係る薄膜MO3I−ランジスタ00)を得る。
第3図は本発明のさらに他の実施例である。本例は第2
図の例に於てvth制御用のイオン注入では平坦化が不
充分な場合にさらに中性イオンの注入を行うようにした
場合である。
先ず、第3図へに示すように、石英基板(11トにCV
Dで多結晶Siを例えば100〜800人の厚さに堆積
して多結晶S il# (21を形成する。
次に第3図Bに示すように、多結晶Si層(2)中に中
性イオンのSt+を20〜40kev、 1.5X 1
015個/ c+Aの条件でイオン注入して多結晶S1
をアモルファス化させる。
次に、600℃以1−の熱処理を15時間施してアモル
ファス化したSlを再び多結晶化させる。これにより多
結晶Si中の結晶粒が成長して粒径が大きくなる。
次に第3図Cに示すように、多結晶5lf21をエツチ
ングで超薄膜化した後、第3図りに示すように活性領域
(2a)を含む領域にVth制御用のリンイオンP+を
イオン注入する。
次に第3図、Eに示すように、ト記リンイオンP+のイ
オン注入によっては、jIZ 311化が不充分な場合
には中性イオンの31+を更にイオン注入する。
次に第3図Fに示すように、多結晶St層(2)」−の
所定部分にゲート酸化膜(3)と多結晶Siゲート電極
(4)を形成した後、リンP+をイオン注入してソース
領域(5)とドレイン領域(6)を形成する。
次に600℃以上の熱処理を15時間施す。これにより
、多結晶シリコン層(2)の表面は平坦化され、同時に
ソース領域(5)及びドレイン領域(6)の活性化がな
される。
次に第3図Gに示すように、絶縁層(7)とソース電極
(8)及びドレイン電極(9)を形成して本実施例に係
る薄膜MO3I−ランジスタ00)を得る。
第4図に本発明に基づき平坦化した多結晶SINの平坦
化度を紫外反射分光スペクトル(4,4eV )で測定
したグラフを示す。この実験に係る多結晶S1層は、5
1基板上にCVDで5t02を4927人の厚さに堆積
し、この3102層上にCVD(610°C)で多結晶
Stを800人の厚さに堆積することにより形成したも
のである。そして、この多結晶Si層に対して先ず40
keV 、  1.5X to”個/ cJの条件でS
i”をイオン注入してアモルファス化した後、600℃
で24時間熱処理して再び多結晶化さゼ(粒径は約11
7mになる)、次に40keV、5 X 10” II
IJ/Cdの条件でP+をイオン注入した後、 600
 ’(:で30時間熱処理を施すことにより平)14化
した。また、第5図は比較例として、−1−記実験にお
けるSl+のイオン注入後の熱処理を施さない多結晶S
1層、即ちアモルファス化させた状態の多結晶Si層に
続けてリンイオンP+をイオン注入し、しかる後同時に
熱処理を施した多結晶5iriW!こついて紫外反射分
光スペクトルを測定したグラフである。第4図及び第5
図より、本発明によれば、平111度の良好な多結晶S
i層が得られることがわかる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、基板上に形成した半導体層に中性イオ
ンを注入した後に熱処理を行って、結晶粒を成長させ、
次で再度活性領域を含む領域にイオン注入を行った後に
熱処理を行うことにより、半導体層の平坦性を向上させ
ることができる。即ち、結晶粒径を増大させると同時に
半導体層の平坦性を良好ならしめ得る。従って、結晶粒
径が大きくなることによる特性向上と併せて、平坦性が
同一ヒすることによって、移動度μが大きくなること、
vthがゲート内で均一になること、半導体層」二の5
i02膜の耐圧が向上すること等の電気的特性が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図A−F、第2図A−F及び第3図A−Gは本実施
例の工程図、第4図は本発明に係る多結晶S1層につい
て紫外反射分光スペクトルを測定したグラフ、第5図は
比較例について紫外反射分光スペクトルを測定したグラ
フである。 (11は石英基板、(2)は多結晶St層、OIは薄膜
MOSトランジスタである。 二       − づ  ツ ー   旧 型 可 坤 軍 叩 く          = H区 (。 雰塚 麺 ネζ ζコ 二          − 一    口 □□□ l−1区 μs 弐 坤 室 叩 −= 口1  N 主塚 鼻 Qり ミ1 チ C旧 摩 1← 水 叩 <         = Q口 上乙 単変 イ列 に イ爪 第5図 る7″フフ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 基板上に形成した半導体層に中性イオンを注入した後熱
    処理を施して結晶粒を成長させた後、再度活性領域を含
    む領域にイオン注入を行って、熱処理を施すことを特徴
    とする薄膜トランジスタの作製方法。
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