JP3057792B2 - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents
薄膜トランジスタの製造方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、LDD構造を有する薄
膜トランジスタの製造方法に関する。
膜トランジスタの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の薄膜トランジスタの製造方法とし
ては特開昭63−119269に記載された例が知られ
ている。また、従来のLDD構造を有する半導体装置の
製造方法としては特開平2−273933に記載された
例が知られている。以下、これらの従来例について図面
にもとづき説明する。
ては特開昭63−119269に記載された例が知られ
ている。また、従来のLDD構造を有する半導体装置の
製造方法としては特開平2−273933に記載された
例が知られている。以下、これらの従来例について図面
にもとづき説明する。
【0003】図5(a)〜(d)は良く知られたLDD
構造の半導体装置の製造方法を示している。まず、図5
(a)におけるように半導体基板21上にゲート酸化膜
20を熱酸化法により成膜した後、ゲート電極7を形成
し、そのゲート電極7をマスクにして不純物イオン8を
照射して低濃度不純物層9を構成する。次に図5(b)
に示したようにサイドウォール絶縁膜19を形成し、図
5(c)におけるように不純物イオン8を注入し高濃度
不純物層10を構成する。この後、図5(d)に示した
ように層間膜22とアルミ電極11を形成してLDD構
造の半導体装置が完成する。なお、サイドウォール絶縁
膜19近傍のゲート酸化膜20へのホットキャリアの注
入を防ぐためには、図6に示すようにゲート電極7とサ
イドウォール絶縁膜19の間とサイドウォール絶縁膜1
9とゲート酸化膜20の間に極く薄い多結晶シリコン膜
23を形成する。
構造の半導体装置の製造方法を示している。まず、図5
(a)におけるように半導体基板21上にゲート酸化膜
20を熱酸化法により成膜した後、ゲート電極7を形成
し、そのゲート電極7をマスクにして不純物イオン8を
照射して低濃度不純物層9を構成する。次に図5(b)
に示したようにサイドウォール絶縁膜19を形成し、図
5(c)におけるように不純物イオン8を注入し高濃度
不純物層10を構成する。この後、図5(d)に示した
ように層間膜22とアルミ電極11を形成してLDD構
造の半導体装置が完成する。なお、サイドウォール絶縁
膜19近傍のゲート酸化膜20へのホットキャリアの注
入を防ぐためには、図6に示すようにゲート電極7とサ
イドウォール絶縁膜19の間とサイドウォール絶縁膜1
9とゲート酸化膜20の間に極く薄い多結晶シリコン膜
23を形成する。
【0004】また、薄膜トランジスタの製造方法におい
ては、上記の半導体装置の製造方法と同様な工程を適用
し、図7に示したようにシリコン薄膜25を半導体基板
がわりにして濃い不純物拡散層10よりソース・ドレイ
ン両電極領域が構成される薄膜トランジスタが実現でき
る。もちろん、図5(a)〜(d)で示したLDD構造
の半導体装置の製造方法を適用して、LDD構造の薄膜
トランジスタを構成することも可能である。
ては、上記の半導体装置の製造方法と同様な工程を適用
し、図7に示したようにシリコン薄膜25を半導体基板
がわりにして濃い不純物拡散層10よりソース・ドレイ
ン両電極領域が構成される薄膜トランジスタが実現でき
る。もちろん、図5(a)〜(d)で示したLDD構造
の半導体装置の製造方法を適用して、LDD構造の薄膜
トランジスタを構成することも可能である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本来、
図5(a)〜(d)や図6に示すLDD構造の半導体装
置の製造方法は半導体装置のチャネル長の短縮化とゲー
ト酸化膜20の膜厚の薄膜化にともなう諸特性への悪影
響を取り除くため適用されたものであったが、特開平2
−273933においても記載されているように、図5
(a)〜(d)の工程により構成されたLDD構造の半
導体装置においても、ホットキャリアがLDD構造を構
成するうえで不可欠となるサイドウォール絶縁膜19近
傍のゲート酸化膜20へ注入するため、電気的特性への
悪影響や信頼性の低下といった新たな問題を生じている
ことになる。また、ホットキャリアの注入を防ぐために
は特開平2−273933に記載されたように図6に示
すような極く薄い多結晶シリコン膜23等からなる導電
膜を構成しなくてはならず、工程を複雑なものとするう
えに、この導電膜がゲート電極7と同電位を有し、不純
物層からなるドレイン電極近傍の電解を強め、ソース・
ドレイン電極間耐圧を下げ、リーク電流を増加させる等
の新たな問題を派生させる。
図5(a)〜(d)や図6に示すLDD構造の半導体装
置の製造方法は半導体装置のチャネル長の短縮化とゲー
ト酸化膜20の膜厚の薄膜化にともなう諸特性への悪影
響を取り除くため適用されたものであったが、特開平2
−273933においても記載されているように、図5
(a)〜(d)の工程により構成されたLDD構造の半
導体装置においても、ホットキャリアがLDD構造を構
成するうえで不可欠となるサイドウォール絶縁膜19近
傍のゲート酸化膜20へ注入するため、電気的特性への
悪影響や信頼性の低下といった新たな問題を生じている
ことになる。また、ホットキャリアの注入を防ぐために
は特開平2−273933に記載されたように図6に示
すような極く薄い多結晶シリコン膜23等からなる導電
膜を構成しなくてはならず、工程を複雑なものとするう
えに、この導電膜がゲート電極7と同電位を有し、不純
物層からなるドレイン電極近傍の電解を強め、ソース・
ドレイン電極間耐圧を下げ、リーク電流を増加させる等
の新たな問題を派生させる。
【0006】したがって、このようなサイドウォール絶
縁膜19を使った従来のLDD構造の半導体装置の製造
方法を、特開昭63−119269に記載された絶縁基
板上の薄膜トランジスタの製造方法に単に適用しても、
上記の種々の問題は解決できない。図7は特開昭63−
119269に記載された薄膜トランジスタの製造方法
による薄膜トランジスタの構造を示すものである。この
薄膜トランジスタの実施例によるソース電極接地でゲー
ト電極印加電圧VGSとドレイン電流IDSの電気的特性を
図8の破線14で示した。この特性に対し、特開平2−
273933におけるサイドウォール絶縁膜を利用した
LDD構造工程を適用すると、図8の実線29の電気的
特性を有する薄膜トランジスタが得られる。LDD構造
を薄膜トランジスタに適用した場合の電気的特性の変化
は2種類あると考えられる。
縁膜19を使った従来のLDD構造の半導体装置の製造
方法を、特開昭63−119269に記載された絶縁基
板上の薄膜トランジスタの製造方法に単に適用しても、
上記の種々の問題は解決できない。図7は特開昭63−
119269に記載された薄膜トランジスタの製造方法
による薄膜トランジスタの構造を示すものである。この
薄膜トランジスタの実施例によるソース電極接地でゲー
ト電極印加電圧VGSとドレイン電流IDSの電気的特性を
図8の破線14で示した。この特性に対し、特開平2−
273933におけるサイドウォール絶縁膜を利用した
LDD構造工程を適用すると、図8の実線29の電気的
特性を有する薄膜トランジスタが得られる。LDD構造
を薄膜トランジスタに適用した場合の電気的特性の変化
は2種類あると考えられる。
【0007】まず図8に示したようにLDD構造を適用
したことにより、非動作領域17のリーク電流が減少す
る傾向が認められる。これは図5(d)あるいは図6に
示したLDD構造の薄膜トランジスタを構成することに
より、リーク電流を生む原因となるドレイン電極近傍の
電解が弱まったためと考えられる。さらに図8の非動作
領域16においてもLDD構造を有する薄膜トランジス
タの特性(実線29)と図7に示したLDD構造をもた
ない薄膜トランジスタの特性(破線14)にも変化がみ
られる。LDD構造工程を適用するとドレイン電極のチ
ャネル領域と接する領域は図5(d)に示したような低
濃度不純物層9である。この低濃度不純物層の抵抗は大
きく、LDD構造ではない高濃度不純物層のみから構成
される図7の薄膜トランジスタに比較すると、寄生抵抗
が大きくなり図8の動作領域16の電流量が減少するも
のと考えられる。このように、単純な半導体基板上のL
DD構造工程の薄膜トランジスタ製造工程への適用は、
リーク電流を減少させ得るという利点がある反面、動作
領域の電流をも減少させてしまうという問題点をも有し
ている。
したことにより、非動作領域17のリーク電流が減少す
る傾向が認められる。これは図5(d)あるいは図6に
示したLDD構造の薄膜トランジスタを構成することに
より、リーク電流を生む原因となるドレイン電極近傍の
電解が弱まったためと考えられる。さらに図8の非動作
領域16においてもLDD構造を有する薄膜トランジス
タの特性(実線29)と図7に示したLDD構造をもた
ない薄膜トランジスタの特性(破線14)にも変化がみ
られる。LDD構造工程を適用するとドレイン電極のチ
ャネル領域と接する領域は図5(d)に示したような低
濃度不純物層9である。この低濃度不純物層の抵抗は大
きく、LDD構造ではない高濃度不純物層のみから構成
される図7の薄膜トランジスタに比較すると、寄生抵抗
が大きくなり図8の動作領域16の電流量が減少するも
のと考えられる。このように、単純な半導体基板上のL
DD構造工程の薄膜トランジスタ製造工程への適用は、
リーク電流を減少させ得るという利点がある反面、動作
領域の電流をも減少させてしまうという問題点をも有し
ている。
【0008】そこで、本発明はこのような問題点を解決
するもので、その目的とするところは、工程を簡略化し
つつ電気的特性に悪影響をおよぼし易いサイドウォール
絶縁膜や導電膜を構成することなく、一回の不純物イオ
ンの注入により絶縁基体上のLDD構造の薄膜トランジ
スタを構成しかつリーク電流を減少し得る薄膜半導体の
製造方法を提供することにある。
するもので、その目的とするところは、工程を簡略化し
つつ電気的特性に悪影響をおよぼし易いサイドウォール
絶縁膜や導電膜を構成することなく、一回の不純物イオ
ンの注入により絶縁基体上のLDD構造の薄膜トランジ
スタを構成しかつリーク電流を減少し得る薄膜半導体の
製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜トランジス
タの製造方法は、 基板上にシリコン膜を形成し、前記
シリコン膜上に選択酸化のマスクとなる絶縁膜を選択的
に形成し、前記絶縁膜が形成されていない領域の前記シ
リコン膜を選択酸化して第1ゲート絶縁膜を形成し、前
記絶縁膜を取り除き、前記シリコン膜をさらに酸化して
前記第1ゲート絶縁膜に対応する厚い領域と前記絶縁膜
が形成されていた領域に対応する薄い領域を有する第2
ゲート絶縁膜を形成し、前記第2ゲート絶縁膜の厚い領
域上にゲート電極を形成し、前記第2ゲート絶縁膜を介
して前記シリコン膜に選択的にイオン打ち込みすること
により低濃度不純物層と高濃度不純物層を形成すること
を特徴とする。
タの製造方法は、 基板上にシリコン膜を形成し、前記
シリコン膜上に選択酸化のマスクとなる絶縁膜を選択的
に形成し、前記絶縁膜が形成されていない領域の前記シ
リコン膜を選択酸化して第1ゲート絶縁膜を形成し、前
記絶縁膜を取り除き、前記シリコン膜をさらに酸化して
前記第1ゲート絶縁膜に対応する厚い領域と前記絶縁膜
が形成されていた領域に対応する薄い領域を有する第2
ゲート絶縁膜を形成し、前記第2ゲート絶縁膜の厚い領
域上にゲート電極を形成し、前記第2ゲート絶縁膜を介
して前記シリコン膜に選択的にイオン打ち込みすること
により低濃度不純物層と高濃度不純物層を形成すること
を特徴とする。
【0010】
【実施例】以下本発明に係わる薄膜トランジスタの製造
方法について、実施例にもとづき詳細に説明する。
方法について、実施例にもとづき詳細に説明する。
【0011】図1(a)において、絶縁性基体1上にシ
リコン膜2を成膜し、図1(b)におけるように窒化シ
リコン膜4を選択酸化工程のマスクとして第1ゲート絶
縁膜を構成する。この選択工程の際に加えられる熱によ
りシリコン膜2は多結晶シリコン膜3に変換される。次
に、窒化シリコン膜4を除去して多結晶シリコン膜3全
体を再び酸化して、図1(c)に示したようにゲート電
極をマスクにし不純物イオン8を照射し、図1(d)に
おけるように低濃度不純物層9と高濃度不純物層10を
構成しLDD構造を実現する。この濃度の差は第2ゲー
ト絶縁膜6の局所的膜厚差により、多結晶シリコン膜3
に到達する不純物の濃度が異なり自然と構成されるもの
である。このように、絶縁膜の局所的な膜厚差を利用す
ることにより、サイドウォール絶縁膜を構成することな
く、極めて容易にLDD構造を実現できる。したがっ
て、このような工程によってできたLDD構造の薄膜ト
ランジスタの電気的特性においては、サイドウォール絶
縁膜形成に伴って生ずるホットキャリアの注入などによ
る悪影響もない。さらに、図1(e)に示すようにアル
ミ配線11等の金属材料によって高濃度不純物層10か
らなるソース・ドレイン両電極領域から外部電極端子へ
の接続を行って薄膜トランジスタが構成される。もちろ
ん、このアルミ配線11などの構成の前に、必要に応じ
て従来例にあるような層間絶縁膜を構成することもあ
る。図2の実線15として、以上説明した工程により構
成した薄膜トランジスタの電気的特性図を示した。同図
2の破線14により示した特性は従来例の工程にもとづ
く薄膜トランジスタのものである。実線15の特性を示
した薄膜トランジスタの高濃度不純物層の膜厚は150
0Åで、選択酸化を含む二回の酸化工程により薄膜化さ
れた領域における多結晶シリコン膜の膜厚は250Åで
ある。図2から明らかなように本実施例で構成された薄
膜トランジスタの電気的特性は動作領域16および非動
作領域17の両領域において著しい特性の改善が認めら
れる。特に非動作領域17のリーク電流の減少が大き
い。これは、局所的な酸化によりゲート電極とドレイン
電極との距離が離れたこととLDD構造の実現によりド
レイン近傍の電界が弱められたことによっている。また
ドレイン電極端領域の薄膜化によりリーク電流の発生を
助けるトラップ準位も減少したことも寄与していると考
えられる。
リコン膜2を成膜し、図1(b)におけるように窒化シ
リコン膜4を選択酸化工程のマスクとして第1ゲート絶
縁膜を構成する。この選択工程の際に加えられる熱によ
りシリコン膜2は多結晶シリコン膜3に変換される。次
に、窒化シリコン膜4を除去して多結晶シリコン膜3全
体を再び酸化して、図1(c)に示したようにゲート電
極をマスクにし不純物イオン8を照射し、図1(d)に
おけるように低濃度不純物層9と高濃度不純物層10を
構成しLDD構造を実現する。この濃度の差は第2ゲー
ト絶縁膜6の局所的膜厚差により、多結晶シリコン膜3
に到達する不純物の濃度が異なり自然と構成されるもの
である。このように、絶縁膜の局所的な膜厚差を利用す
ることにより、サイドウォール絶縁膜を構成することな
く、極めて容易にLDD構造を実現できる。したがっ
て、このような工程によってできたLDD構造の薄膜ト
ランジスタの電気的特性においては、サイドウォール絶
縁膜形成に伴って生ずるホットキャリアの注入などによ
る悪影響もない。さらに、図1(e)に示すようにアル
ミ配線11等の金属材料によって高濃度不純物層10か
らなるソース・ドレイン両電極領域から外部電極端子へ
の接続を行って薄膜トランジスタが構成される。もちろ
ん、このアルミ配線11などの構成の前に、必要に応じ
て従来例にあるような層間絶縁膜を構成することもあ
る。図2の実線15として、以上説明した工程により構
成した薄膜トランジスタの電気的特性図を示した。同図
2の破線14により示した特性は従来例の工程にもとづ
く薄膜トランジスタのものである。実線15の特性を示
した薄膜トランジスタの高濃度不純物層の膜厚は150
0Åで、選択酸化を含む二回の酸化工程により薄膜化さ
れた領域における多結晶シリコン膜の膜厚は250Åで
ある。図2から明らかなように本実施例で構成された薄
膜トランジスタの電気的特性は動作領域16および非動
作領域17の両領域において著しい特性の改善が認めら
れる。特に非動作領域17のリーク電流の減少が大き
い。これは、局所的な酸化によりゲート電極とドレイン
電極との距離が離れたこととLDD構造の実現によりド
レイン近傍の電界が弱められたことによっている。また
ドレイン電極端領域の薄膜化によりリーク電流の発生を
助けるトラップ準位も減少したことも寄与していると考
えられる。
【0012】また、このような実施例に加えて、図3
(a)に示すような水素イオン12の照射をおこなう
と、多結晶シリコン膜3と両不純物拡散層(9と10)
に存在するトラップ準位が水素イオンによる終端化の結
果減少し、図3(b)に示すようにトラップ順位の少な
い多結晶シリコン膜13が構成される。この工程によれ
ば、電気的特性は飛躍的に向上し図4の破線18に示す
特性の薄膜トランジスタが得られる。これは、局所的酸
化による活性層の薄膜化によりシリコン膜中の水素イオ
ン照射によるトラップ準位の減少効果が高められたため
である。トラップ準位の減少により非動作領域17のリ
ーク電流はさらに減少したうえに動作領域16の電流は
さらに大きくなる。このため、動作電流量と非動作電流
量の比として定義されるいわゆるオン・オフ比は1桁ほ
ど改善され、高速動作の可能な高性能な薄膜トランジス
タが実現できる
(a)に示すような水素イオン12の照射をおこなう
と、多結晶シリコン膜3と両不純物拡散層(9と10)
に存在するトラップ準位が水素イオンによる終端化の結
果減少し、図3(b)に示すようにトラップ順位の少な
い多結晶シリコン膜13が構成される。この工程によれ
ば、電気的特性は飛躍的に向上し図4の破線18に示す
特性の薄膜トランジスタが得られる。これは、局所的酸
化による活性層の薄膜化によりシリコン膜中の水素イオ
ン照射によるトラップ準位の減少効果が高められたため
である。トラップ準位の減少により非動作領域17のリ
ーク電流はさらに減少したうえに動作領域16の電流は
さらに大きくなる。このため、動作電流量と非動作電流
量の比として定義されるいわゆるオン・オフ比は1桁ほ
ど改善され、高速動作の可能な高性能な薄膜トランジス
タが実現できる
【0013】
【発明の効果】以上説明したように本発明の薄膜トラン
ジスタの製造方法は、選択的酸化工程を利用することに
より、電気的特性に悪影響をおよぼし易いサイドウォー
ル絶縁膜を構成することもなく、一回の不純物イオン注
入により高信頼性でリーク電流の小さい優れた電気的特
性を有するLDD構造の薄膜トランジスタを簡略化され
た工程で実現できるという効果を有する。また、選択酸
化したシリコン膜の水素化によるトラップ準位の減少を
極めて効果的に実現し、高速動作の可能な薄膜トランジ
スタを得ることができるという効果も有する。
ジスタの製造方法は、選択的酸化工程を利用することに
より、電気的特性に悪影響をおよぼし易いサイドウォー
ル絶縁膜を構成することもなく、一回の不純物イオン注
入により高信頼性でリーク電流の小さい優れた電気的特
性を有するLDD構造の薄膜トランジスタを簡略化され
た工程で実現できるという効果を有する。また、選択酸
化したシリコン膜の水素化によるトラップ準位の減少を
極めて効果的に実現し、高速動作の可能な薄膜トランジ
スタを得ることができるという効果も有する。
【図1】本発明の薄膜トランジスタの製造方法の一実施
例を示す工程順断面図。
例を示す工程順断面図。
【図2】本発明の薄膜トランジスタの電気的特性図。
【図3】本発明の薄膜トランジスタの製造方法の一実施
例を示す断面図。
例を示す断面図。
【図4】本発明の薄膜トランジスタの電気的特性図。
【図5】従来の半導体装置の製造方法の一実施例を示す
工程順断面図。
工程順断面図。
【図6】従来の半導体装置の断面図。
【図7】従来の薄膜トランジスタの断面図。
【図8】従来の薄膜トランジスタの電気的特性図。
1 絶縁性基体 2 シリコン膜 3 多結晶シリコン膜 4 窒化シリコン膜 5 第1ゲート絶縁膜 6 第2ゲート絶縁膜 7 ゲート電極 8 不純物イオン 9 薄い不純物拡散層 10 濃い不純物拡散層 11 アルミ配線 12 水素イオン 13 トラップ準位の少ない多結晶シリコン膜
Claims (1)
- 【請求項1】 基板上にシリコン膜を形成し、前記シ
リコン膜上に選択酸化のマスクとなる絶縁膜を選択的に
形成し、前記絶縁膜が形成されていない領域の前記シリ
コン膜を選択酸化して第1ゲート絶縁膜を形成し、前記
絶縁膜を取り除き、前記シリコン膜をさらに酸化して前
記第1ゲート絶縁膜に対応する厚い領域と前記絶縁膜が
形成されていた領域に対応する薄い領域を有する第2ゲ
ート絶縁膜を形成し、前記第2ゲート絶縁膜の厚い領域
上にゲート電極を形成し、前記第2ゲート絶縁膜を介し
て前記シリコン膜に選択的にイオン打ち込みすることに
より低濃度不純物層と高濃度不純物層を形成することを
特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3083761A JP3057792B2 (ja) | 1991-04-16 | 1991-04-16 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3083761A JP3057792B2 (ja) | 1991-04-16 | 1991-04-16 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04316333A JPH04316333A (ja) | 1992-11-06 |
JP3057792B2 true JP3057792B2 (ja) | 2000-07-04 |
Family
ID=13811560
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3083761A Expired - Lifetime JP3057792B2 (ja) | 1991-04-16 | 1991-04-16 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3057792B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2731056B2 (ja) * | 1991-10-09 | 1998-03-25 | シャープ株式会社 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
FR2708142B1 (fr) * | 1993-07-22 | 1995-08-18 | Commissariat Energie Atomique | Procédé de fabrication d'un transistor en technologie silicium sur isolant. |
KR0172548B1 (ko) * | 1995-06-30 | 1999-02-01 | 김주용 | 반도체 소자 및 그 제조방법 |
US5888873A (en) * | 1996-11-06 | 1999-03-30 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method of manufacturing short channel MOS devices |
TW480554B (en) * | 1999-07-22 | 2002-03-21 | Semiconductor Energy Lab | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP3538084B2 (ja) | 1999-09-17 | 2004-06-14 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
-
1991
- 1991-04-16 JP JP3083761A patent/JP3057792B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04316333A (ja) | 1992-11-06 |
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