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JPH06302615A - Fabrication of semiconductor device - Google Patents

Fabrication of semiconductor device

Info

Publication number
JPH06302615A
JPH06302615A JP8699193A JP8699193A JPH06302615A JP H06302615 A JPH06302615 A JP H06302615A JP 8699193 A JP8699193 A JP 8699193A JP 8699193 A JP8699193 A JP 8699193A JP H06302615 A JPH06302615 A JP H06302615A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
active region
polycrystalline
semiconductor device
silicon layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8699193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kensuke Nagamura
謙介 長村
Toshiaki Shinohara
俊朗 篠原
Koichi Murakami
浩一 村上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP8699193A priority Critical patent/JPH06302615A/en
Publication of JPH06302615A publication Critical patent/JPH06302615A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent grain boundaries which might cause the deterioration and variations of device characteristics from being formed within an active region of a semiconductor device. CONSTITUTION:A semiconductor device is constructed such that a polycrystalline silicon layer 6 is first formed and a portion which becomes an active region of the device and one of one sides are formed as an amorphous silicon region 3 by implanting ions 27, and further upon crystallizing the amorphous region a starting point of crystal growth is limited to one end of the active region (just under one end of a gate electrode 4). Accordingly, upon crystallization the crystal growth is started from the one end of the active region so that any grain boundary is prevented from being formed within the active region by setting the size of the active region to be smaller than a maximum growth distance of the crystal.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造方
法に関し、特に多結晶薄膜トランジスタの製造方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a polycrystalline thin film transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体装置の製造方法としては、
下記のごときものがある。まず、第1の従来例は「JAPA
NESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, Vol.25, No.2, pp.
L121-L123, 1986」に記載されたものである。図6は、
上記従来例の製造工程を示す断面図である。図6におい
て、まず(a)に示すように、絶縁膜2を有するシリコ
ン基板1上に非晶質シリコン(アモルファスシリコン)
層3を形成する。この非晶質シリコン層3の形成法とし
ては、SiH4またはSi26によるLPCVD法等が用
いられる。次に、非晶質シリコン層3上にゲート酸化膜
5を形成する。次に、ゲート酸化膜5上にゲート電極4
を形成し、その表面に絶縁膜9を形成する。次に、
(b)に示すように、非晶質シリコン層3を熱処理(6
00℃前後の低温アニール)することにより、固相成長
させて多結晶シリコン層6を形成する。次に、(c)に
示すように、ゲート電極4をマスクとしてN型(または
P型)不純物をイオン注入法を用いて導入する。ここで
イオン注入された領域はソース23およびドレイン25
となる。次に、層間絶縁膜7を形成する。次に、(d)
に示すごとく、ソース23上とドレイン25上の層間絶
縁膜7とゲート酸化膜5のエッチングを行なった後、ソ
ースコンタクト電極21およびドレインコンタクト電極
22を形成する。次に、保護膜8を全面に形成する。上
記のようなプロセスを経て作られた多結晶シリコントラ
ンジスタは、絶縁膜上に形成可能なため、3次元デバイ
ス等への応用が期待されている。しかし、多結晶シリコ
ントランジスタは、単結晶上のトランジスタと異なり、
素子形成部に結晶粒界が存在している。この結晶粒界で
はキャリアの捕獲が起きるので、この捕獲によって粒界
が正または負に帯電し、キャリアの伝導を妨げる障壁ポ
テンシャルを形成する。このため多結晶トランジスタ内
のキャリア移動度は単結晶に比べて低くなり、しかもそ
れが多結晶中の結晶粒径に依存している。したがって図
6に示すごときMOS構造を持つデバイスの場合には、
チャネル領域24内の結晶粒界の数がトランジスタの特
性に影響を与えることになる。また、第2の従来例とし
ては、「固体素子材料コンファレンス・アブストラクト
集 pp.1160, 1990」に記載されたものがある。これ
は、予め絶縁膜上の決められた位置に結晶核発生速度の
速い材料(例えばシリコン窒化膜)を形成しておき、そ
の後、非晶質シリコン層を全面に形成し、熱処理によっ
て多結晶化させ、素子領域のみを粒径の大きな多結晶に
固相成長させるというものである。このような製造方法
では、結晶核発生速度の速い材料の上に形成した多結晶
シリコン層は粒径が大きく他の領域は小さくなる。この
方法を用いれば粒径を制御できる可能性がある。
2. Description of the Related Art As a conventional method of manufacturing a semiconductor device,
There are the following things. First, the first conventional example is "JAPA
NESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, Vol.25, No.2, pp.
L121-L123, 1986 ”. Figure 6
It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the said prior art example. In FIG. 6, first, as shown in (a), amorphous silicon is formed on a silicon substrate 1 having an insulating film 2.
Form layer 3. As a method of forming the amorphous silicon layer 3, an LPCVD method using SiH 4 or Si 2 H 6 is used. Next, the gate oxide film 5 is formed on the amorphous silicon layer 3. Next, the gate electrode 4 is formed on the gate oxide film 5.
And an insulating film 9 is formed on the surface. next,
As shown in (b), the amorphous silicon layer 3 is heat treated (6
By performing low temperature annealing at about 00 ° C.), solid phase growth is performed to form the polycrystalline silicon layer 6. Next, as shown in (c), N-type (or P-type) impurities are introduced by an ion implantation method using the gate electrode 4 as a mask. The ion-implanted region is the source 23 and the drain 25.
Becomes Next, the interlayer insulating film 7 is formed. Next, (d)
As shown in FIG. 3, after the interlayer insulating film 7 on the source 23 and the drain 25 and the gate oxide film 5 are etched, the source contact electrode 21 and the drain contact electrode 22 are formed. Next, the protective film 8 is formed on the entire surface. A polycrystalline silicon transistor manufactured through the above process can be formed on an insulating film and is expected to be applied to a three-dimensional device or the like. However, unlike a single crystal transistor, a polycrystalline silicon transistor is
Crystal grain boundaries exist in the element formation portion. Since carriers are captured at the crystal grain boundaries, the capture causes the grain boundaries to be positively or negatively charged to form a barrier potential that hinders carrier conduction. Therefore, the carrier mobility in the polycrystalline transistor is lower than that in the single crystal, and it depends on the crystal grain size in the polycrystalline. Therefore, in the case of a device having a MOS structure as shown in FIG.
The number of crystal grain boundaries in the channel region 24 affects the characteristics of the transistor. Further, as a second conventional example, there is one described in "Solid-state element material conference abstract pp.1160, 1990". This is because a material with a high crystal nucleus generation rate (eg, silicon nitride film) is formed in advance at a predetermined position on the insulating film, and then an amorphous silicon layer is formed on the entire surface and polycrystallized by heat treatment. Then, only the element region is solid-phase grown into a polycrystal having a large grain size. In such a manufacturing method, the polycrystalline silicon layer formed on the material having a high crystal nucleus generation rate has a large grain size and the other regions are small. There is a possibility that the particle size can be controlled by using this method.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の多結晶薄膜トランジスタにおいては、次のごとき
問題があった。まず、第1の従来例においては、非晶質
層を多結晶化させる熱処理において、結晶核の発生が不
規則に発生するため、多結晶層内の粒径の制御が出来
ず、結晶粒界の個数にばらつきが生じる。その結果、素
子特性が大きくばらつくため、所望の特性を有する素子
設計が出来ないので、最適な回路設計ができないために
回路特性マージンを大きくとる必要があり、高機能な回
路が組めないという問題があり、また、素子の特性がば
らつくので、歩留まりが低下して製造コストが高くな
る、という問題があった。また、第2の従来例において
は、結晶核の速い材料を形成して粒径を制御する場合、
その形成時に位置合わせが必要であるが、通常の固相成
長法でよく知られているような1μm以下程度の結晶成
長距離の場合、マスク合わせ精度の誤差のために素子領
域と結晶粒界とを厳密制御することが困難である、とい
う問題があった。
However, the conventional polycrystalline thin film transistor as described above has the following problems. First, in the first conventional example, in the heat treatment for polycrystallizing the amorphous layer, the generation of crystal nuclei occurs irregularly, so that the grain size in the polycrystal layer cannot be controlled and the crystal grain boundaries are not controlled. Variations in the number of As a result, the element characteristics greatly vary, so it is not possible to design an element having the desired characteristics.Therefore, it is necessary to secure a large circuit characteristic margin because an optimal circuit design cannot be made, and there is a problem that a highly functional circuit cannot be assembled. In addition, there is a problem that the yield decreases and the manufacturing cost increases because the characteristics of the element vary. Further, in the second conventional example, when a material having a fast crystal nucleus is formed to control the grain size,
Although alignment is required at the time of formation, in the case of a crystal growth distance of about 1 μm or less, which is well known in the ordinary solid-phase growth method, the element region and the crystal grain boundary may be separated due to an error in mask alignment accuracy. There is a problem that it is difficult to strictly control

【0004】本発明は、上記のごとき従来技術の問題を
解決するためになされたものであり、素子特性の劣化と
ばらつきの原因となる結晶粒界を素子の活性領域内に形
成しないようにした半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and prevents the formation of crystal grain boundaries that cause deterioration and dispersion of device characteristics in the active region of the device. It is an object to provide a method for manufacturing a semiconductor device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。まず、請求項1に記載に発明は、MO
S型トランジスタの製造方法であり、多結晶半導体薄膜
の素子活性領域となる部分の一部を非晶質化して第1の
非晶質化領域を形成する工程と、上記第1の非晶質化領
域と多結晶領域との境界部分を覆うようにゲート電極を
形成する工程と、上記ゲート電極直下のみを非晶質化し
て第2の非晶質化領域を形成する工程と、上記第1およ
び第2の非晶質化領域を結晶化する工程と、を含むよう
に構成している。また、請求項2に記載の発明は、バイ
ポーラトランジスタの製造方法であり、上記請求項1に
記載の方法において、ゲート電極の代わりにマスクを用
い、そのマスクの下の部分に活性領域を形成するように
構成したものである。
In order to achieve the above object, the present invention is constructed as described in the claims. First, the invention according to claim 1 is MO
A method of manufacturing an S-type transistor, comprising a step of amorphizing a portion of a portion of the polycrystalline semiconductor thin film to be an element active region to form a first amorphized region, and the first amorphous state. Forming a gate electrode so as to cover a boundary portion between the polycrystallized region and the polycrystallized region; forming a second amorphized region by amorphizing only just under the gate electrode; And a step of crystallizing the second amorphized region. The invention according to claim 2 is a method for manufacturing a bipolar transistor, wherein in the method according to claim 1, a mask is used instead of the gate electrode, and an active region is formed in a portion below the mask. It is configured as follows.

【0006】[0006]

【作用】上記のように、本発明においては、最初に多結
晶層を形成し、素子の活性領域となる部分と、その片側
一方をイオン注入によって非晶質層とし、その非晶質を
結晶化する際に、結晶成長の起点を活性領域の一端に限
定するように構成している。したがって、結晶化する際
には、上記の活性化領域の一端から結晶成長が起こるの
で、活性領域の寸法を結晶の最大成長可能距離よりも小
さく設定しておくことにより、活性領域内には結晶粒界
が形成されないようにすることが出来る。そのため、従
来の製造方法に比べてキャリア移動度の高い高性能なト
ランジスタの製造が可能になると共に、ばらつきの少な
い一定の特性に安定して製造することが出来る。また、
マスク合わせの必要がなく、セルフアラインで行なうた
め正確な制御が可能である。
As described above, in the present invention, the polycrystalline layer is first formed, and the portion to be the active region of the element and one side thereof are ion-implanted to form the amorphous layer. When crystallized, the starting point of crystal growth is limited to one end of the active region. Therefore, when crystallizing, crystal growth occurs from one end of the above-mentioned active region. Therefore, by setting the size of the active region smaller than the maximum crystal growth possible distance, the crystal grows in the active region. It is possible to prevent the formation of grain boundaries. Therefore, it is possible to manufacture a high-performance transistor having a higher carrier mobility as compared with the conventional manufacturing method, and it is possible to stably manufacture a constant characteristic with little variation. Also,
Accurate control is possible because there is no need for mask alignment and self alignment is performed.

【0007】[0007]

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図1〜図3は、本発明の製造方法の第1の実施例を示す
断面図であり、MOS型トランジスタの製造方法を示
す。なお、図1〜図3は一連の製造行程を示しており、
図1の(c)から図2の(d)へ続き、図2の(f)か
ら図3の(g)へ続く。まず、図1の(a)に示すごと
く、シリコン基板1上に形成した絶縁膜2の上に、多結
晶シリコン層6を形成する。次に、その多結晶シリコン
層6上にゲート酸化膜5を形成する。次に、例えばLP
CVDによるポリシリコンを用いてゲート電極4を形成
し、その表面にマスク材12を形成する。次に、(b)
に示すごとく、Siイオン27のイオン注入(第1回目
の非晶質化)を行なう。上部にマスク材12のある領域
は、マスク材12中にイオンが注入されるが、上部にマ
スク材12のない領域は、多結晶シリコン層6中にイオ
ンが注入される。26はイオンの注入された領域を示し
ている。ここで注入エネルギーは、投影飛程距離がマス
ク材12のない領域において多結晶シリコン層6中にく
るように設定する。次に、(c)に示すごとく、多結晶
シリコン層6中のSiイオンが注入された部分は、非晶
質シリコン領域3になる。次に、図2の(d)に示すご
とく、マスク材12を除去し、ゲート電極4のエッチン
グを行なう。この際、非晶質シリコン領域3のエッジ
(多結晶シリコン層6内のイオンの注入されていない部
分と非晶質シリコン領域3との境界部分)がゲート電極
4の下部にくるようにエッチングする。次に、再びSi
イオン27のイオン注入(第2回目の非晶質化)を行な
う。この際の注入エネルギーは、投影飛程距離がゲート
電極4のある領域で多結晶シリコン層6中にくるように
設定する。なお、26はイオンの注入された領域を示し
ている。次に、(e)に示すごとく、上記のイオン注入
の結果、上部にゲート電極4のある領域の多結晶シリコ
ンは非晶質シリコンとなり、結果的に非晶質シリコン領
域3が多結晶シリコン層6側へ拡張し、ゲート電極4の
一方の端部の直下が非晶質と多結晶との境界となる。次
に、(f)に示すごとく、非晶質シリコン領域3を熱処
理(600℃前後の低温アニール)によって固相成長さ
せる。この場合には、非晶質シリコン領域3と多結晶シ
リコン層6との境界面から結晶成長が起こる。したがっ
てゲート電極4下部の活性領域の寸法を結晶の最大成長
可能距離よりも小さく設定しておくことにより、ゲート
電極4下部の活性領域内には結晶粒界29が形成されな
いようにすることが出来る。なお、16は結晶粒が連続
して形成された部分を示す。次に、(g)に示すごと
く、ゲート電極4の表面に絶縁膜9を形成する。次に、
ゲート電極4をマスクとしてN型(またはP型)不純物
をイオン注入法を用いて導入する。イオン注入された領
域はソース23およびドレイン25となる。このソース
23とドレイン25との間がチャネル領域24となる。
その後、層間絶縁膜7を全面に形成する。次に、(h)
に示すごとく、ソース23およびドレイン25上の層間
絶縁膜7と酸化膜5のエッチングを行なった後、ソース
コンタクト電極21、ドレインコンタクト電極22を形
成する。最後に全面に保護膜8を形成する。上記のごと
き方法で形成された素子においては、多結晶シリコン層
6の結晶粒界29が活性領域の外、すなわちゲート電極
4下のチャネル領域の外に形成される。したがって、こ
のようなMOS型トランジスタにおいては、電流が流れ
るチャネル領域24内に結晶粒界がないため、オン電流
の低い良好なトランジスタ特性が得られる。また、ばら
つきの少ない一定の特性に安定して製造することが出来
る。なお、本実施例では、LPCVD法による多結晶シ
リコンをゲート電極として用いたため、第1回目の非晶
質化(図1bのイオン注入)はゲート電極を形成してか
ら行なったが、ゲート絶縁膜およびゲート電極として、
光CVD法等のような低温形成による膜を用いる場合に
は、成膜時の温度によって非晶質シリコンが多結晶化す
ることが無いので、ゲート電極形成と第1回目の非晶質
化の順序を入れかえることが出来る。その結果、ゲート
絶縁膜越しに非晶質化のためのイオン注入を行なう必要
が無いため、素子特性(ゲート耐圧)を向上させること
が出来る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.
1 to 3 are cross-sectional views showing a first embodiment of the manufacturing method of the present invention, showing a method of manufacturing a MOS transistor. 1 to 3 show a series of manufacturing processes,
1C to FIG. 2D, and FIG. 2F to FIG. 3G. First, as shown in FIG. 1A, a polycrystalline silicon layer 6 is formed on the insulating film 2 formed on the silicon substrate 1. Next, the gate oxide film 5 is formed on the polycrystalline silicon layer 6. Then, for example, LP
The gate electrode 4 is formed by using polysilicon by CVD, and the mask material 12 is formed on the surface thereof. Next, (b)
As shown in, the ion implantation of Si ions 27 (first amorphization) is performed. Ions are implanted into the mask material 12 in the region where the mask material 12 is present at the upper portion, while ions are implanted into the polycrystalline silicon layer 6 in the region where the mask material 12 is not present at the upper portion. Reference numeral 26 indicates a region where ions are implanted. Here, the implantation energy is set so that the projected range is in the polycrystalline silicon layer 6 in the region where the mask material 12 is not present. Next, as shown in (c), the portion of the polycrystalline silicon layer 6 into which the Si ions are implanted becomes the amorphous silicon region 3. Next, as shown in FIG. 2D, the mask material 12 is removed and the gate electrode 4 is etched. At this time, etching is performed so that the edge of the amorphous silicon region 3 (the boundary between the non-ion-implanted portion of the polycrystalline silicon layer 6 and the amorphous silicon region 3) is located below the gate electrode 4. . Then again Si
Ion implantation of ions 27 (second amorphization) is performed. The implantation energy at this time is set so that the projected range is in the polycrystalline silicon layer 6 in the region where the gate electrode 4 is present. In addition, 26 has shown the area | region where the ion was injected. Next, as shown in (e), as a result of the above ion implantation, the polycrystalline silicon in the region where the gate electrode 4 is located above becomes amorphous silicon, and as a result, the amorphous silicon region 3 becomes a polycrystalline silicon layer. 6 and extends immediately below one end of the gate electrode 4 to serve as a boundary between amorphous and polycrystalline. Next, as shown in (f), the amorphous silicon region 3 is subjected to heat treatment (low temperature annealing at about 600 ° C.) to cause solid phase growth. In this case, crystal growth occurs from the boundary surface between the amorphous silicon region 3 and the polycrystalline silicon layer 6. Therefore, by setting the dimension of the active region under the gate electrode 4 to be smaller than the maximum crystal growth possible distance, it is possible to prevent the crystal grain boundary 29 from being formed in the active region under the gate electrode 4. . In addition, 16 indicates a portion in which crystal grains are continuously formed. Next, as shown in (g), the insulating film 9 is formed on the surface of the gate electrode 4. next,
N-type (or P-type) impurities are introduced by ion implantation using the gate electrode 4 as a mask. The ion-implanted region becomes the source 23 and the drain 25. A channel region 24 is formed between the source 23 and the drain 25.
After that, the interlayer insulating film 7 is formed on the entire surface. Then (h)
As shown in FIG. 5, after the interlayer insulating film 7 and the oxide film 5 on the source 23 and the drain 25 are etched, the source contact electrode 21 and the drain contact electrode 22 are formed. Finally, the protective film 8 is formed on the entire surface. In the element formed by the above method, the crystal grain boundary 29 of the polycrystalline silicon layer 6 is formed outside the active region, that is, outside the channel region below the gate electrode 4. Therefore, in such a MOS type transistor, since there is no crystal grain boundary in the channel region 24 through which a current flows, good transistor characteristics with a low on-current can be obtained. In addition, it is possible to stably manufacture with constant characteristics with little variation. In this example, since the polycrystalline silicon by the LPCVD method was used as the gate electrode, the first amorphization (ion implantation in FIG. 1b) was performed after the gate electrode was formed. And as the gate electrode,
When a film formed at low temperature such as a photo-CVD method is used, amorphous silicon is not polycrystallized due to the temperature at the time of film formation. You can change the order. As a result, it is not necessary to perform ion implantation for amorphization through the gate insulating film, so that the device characteristics (gate breakdown voltage) can be improved.

【0008】次に、図4〜図5は、本発明の第2の実施
例の製造方法を示す断面図であり、バイポーラトランジ
スタの製造方法を示す。なお、図4および図5は一連の
製造工程を示し、図4の(d)から図5の(e)へ続
く。まず、図4において、(a)に示すごとく、シリコ
ン基板1上に形成した絶縁膜2の上に多結晶シリコン層
6を形成する。この際、多結晶シリコン層6をN型にド
ーピングしておく。次に、表面に酸化膜5を形成する。
次に、第1のマスク材12を形成する。次に、Siイオ
ン27の注入(第1回目の非晶質化)を行なう。この
際、上部に第1のマスク材12の存在する領域は第1の
マスク材12中にイオンが注入され、第1のマスク材1
2のない領域は、多結晶シリコン層6中にイオンが注入
される。多結晶シリコン層6中のイオンが注入された部
分は非晶質シリコン領域3となる。なお、上記のイオン
注入においては、注入エネルギーを投影飛程距離が第1
のマスク材12のない領域で多結晶シリコン層6中にく
るように設定する。次に、(b)に示すごとく、第1の
マスク材12を除去する。次に、第2のマスク材13を
形成したのち、非晶質シリコン領域3のエッジ(多結晶
シリコン層6内のイオンの注入されていない部分と非晶
質シリコン領域3との境界部分)が、第2のマスク材1
3の下部にくるように第2のマスク材13をフォトエッ
チングする。次に、再びSiイオン27の注入(第2回
目の非晶質化)を行なう。この際、注入エネルギーの投
影飛程距離を第2のマスク材13のある領域で多結晶シ
リコン層6中にくるように設定する。なお、26はイオ
ンの注入された領域を示している。次に、(c)に示す
ごとく、上記のイオン注入の結果、上部に第2のマスク
材13のある領域の多結晶シリコンは非晶質シリコンと
なり、結果的に非晶質シリコン領域3が多結晶シリコン
層6側へ拡大し、第2のマスク材13の一方の端部の直
下が非晶質と多結晶との境界となる。次に、(d)に示
すごとく、非晶質シリコン領域3を熱処理(600℃前
後の低温アニール)によって固相成長させる。この場合
には、非晶質シリコン領域3と多結晶シリコン層6との
境界面から結晶成長が起こる。したがって第2のマスク
材13の寸法を結晶の最大成長可能距離よりも小さく設
定しておくことにより、第2のマスク材13下部の領域
内には結晶粒界29が形成されないようにすることが出
来る。なお、16は結晶粒が連続して形成された部分を
示す。次に、図5(e)に示すごとく、第2のマスク材
13を中心に素子の片半面のみに第3のマスク38を形
成する。次に、多結晶シリコン層6にP型の不純物を導
入し、ベース34を形成する。この際の不純物の導入法
としては、例えばBSG(またはPSG)デポジット後
に表面のガラスを除去し、熱処理によって拡散する方法
がある。この方法を用いた場合には、不純物は横方向に
も拡散し、第2のマスク材13の直下にもベース34が
形成される。その後、マスク38を除去する。次に、
(f)に示すごとく、N型不純物をイオン注入法を用い
て導入する。イオン注入された領域はエミッタ33およ
びコレクタ36となる。そしてエミッタ33とコレクタ
36との間には、ベース34とコレクタ空乏領域35が
形成される。その後、層間絶縁膜7を全面に形成する。
次に、(g)に示すごとく、エミッタ33およびコレク
タ36上の層間絶縁膜7および酸化膜5のエッチングを
行なった後、エミッタコンタクト電極31とコレクタコ
ンタクト電極32を形成する。最後に、全面に保護膜8
を形成する。上記のごとき製造方法によって形成された
素子においては、多結晶シリコン層6の結晶粒界29
は、コレクタ領域36内に存在し、ベース領域34およ
びコレクタ空乏領域35内には結晶粒界29が存在しな
い。したがって、このように作成されたNPNバイポー
ラトランジスタは、電流が流れるベース領域34に結晶
粒界がないため、リーク電流が小さく、電流増幅率の大
きい良好なトランジスタ特性が得られる。また、ばらつ
きの少ない一定の特性に安定して製造することが出来
る。なお、本実施例においては、NPNバイポーラトラ
ンジスタについて説明したが、極性を反対にしてPNP
バイポーラトランジスタを形成することも勿論可能であ
る。また、これまでの説明において、非晶質化のための
イオン注入には、Siのイオンを用いた場合を説明した
が、Si、Ar、B、Ge、P、Asのいずれか一つ、或い
はそれらの組合せを用いても良い。
Next, FIGS. 4 to 5 are sectional views showing a manufacturing method of a second embodiment of the present invention, showing a manufacturing method of a bipolar transistor. 4 and 5 show a series of manufacturing steps, which continue from (d) in FIG. 4 to (e) in FIG. First, as shown in FIG. 4A, the polycrystalline silicon layer 6 is formed on the insulating film 2 formed on the silicon substrate 1. At this time, the polycrystalline silicon layer 6 is N-type doped. Next, the oxide film 5 is formed on the surface.
Next, the first mask material 12 is formed. Next, implantation of Si ions 27 (first amorphization) is performed. At this time, in the region where the first mask material 12 is present in the upper portion, ions are implanted into the first mask material 12, and
Ions are implanted into the polycrystalline silicon layer 6 in the region where 2 is absent. The ion-implanted portion of the polycrystalline silicon layer 6 becomes the amorphous silicon region 3. In the above-mentioned ion implantation, the projection energy of the implantation energy is the first
It is set so as to be in the polycrystalline silicon layer 6 in the region where the mask material 12 is absent. Next, as shown in (b), the first mask material 12 is removed. Next, after the second mask material 13 is formed, the edge of the amorphous silicon region 3 (the boundary between the non-implanted portion of the polycrystalline silicon layer 6 and the amorphous silicon region 3) is removed. , The second mask material 1
The second mask material 13 is photo-etched so as to come to the lower part of 3. Next, the Si ions 27 are implanted again (second amorphization). At this time, the projected range of the implantation energy is set so as to be in the polycrystalline silicon layer 6 in the region where the second mask material 13 is present. In addition, 26 has shown the area | region where the ion was injected. Next, as shown in (c), as a result of the above-mentioned ion implantation, the polycrystalline silicon in the region where the second mask material 13 is located above becomes amorphous silicon, and as a result, the amorphous silicon region 3 becomes large. It expands to the side of the crystalline silicon layer 6 and the region immediately below one end of the second mask material 13 becomes the boundary between the amorphous and the polycrystalline. Next, as shown in (d), the amorphous silicon region 3 is solid-phase grown by heat treatment (low temperature annealing at about 600 ° C.). In this case, crystal growth occurs from the boundary surface between the amorphous silicon region 3 and the polycrystalline silicon layer 6. Therefore, by setting the dimension of the second mask material 13 to be smaller than the maximum crystal growth possible distance, it is possible to prevent the crystal grain boundaries 29 from being formed in the region below the second mask material 13. I can. In addition, 16 indicates a portion in which crystal grains are continuously formed. Next, as shown in FIG. 5E, the third mask 38 is formed only on one half surface of the element with the second mask material 13 as the center. Next, P-type impurities are introduced into the polycrystalline silicon layer 6 to form the base 34. As a method of introducing impurities in this case, there is a method of removing the glass on the surface after depositing BSG (or PSG) and diffusing it by heat treatment. When this method is used, the impurities also diffuse in the lateral direction, and the base 34 is formed just below the second mask material 13. After that, the mask 38 is removed. next,
As shown in (f), N-type impurities are introduced by the ion implantation method. The ion-implanted region becomes the emitter 33 and the collector 36. A base 34 and a collector depletion region 35 are formed between the emitter 33 and the collector 36. After that, the interlayer insulating film 7 is formed on the entire surface.
Next, as shown in (g), after etching the interlayer insulating film 7 and the oxide film 5 on the emitter 33 and the collector 36, the emitter contact electrode 31 and the collector contact electrode 32 are formed. Finally, the protective film 8 on the entire surface
To form. In the element formed by the manufacturing method as described above, the crystal grain boundaries 29 of the polycrystalline silicon layer 6 are
Exists in the collector region 36, and the crystal grain boundary 29 does not exist in the base region 34 and the collector depletion region 35. Therefore, in the NPN bipolar transistor thus manufactured, since there is no crystal grain boundary in the base region 34 through which the current flows, the leak current is small, and good transistor characteristics with a large current amplification factor can be obtained. In addition, it is possible to stably manufacture with constant characteristics with little variation. Although the NPN bipolar transistor has been described in the present embodiment, the PNP is reversed in polarity.
It is of course possible to form a bipolar transistor. Further, in the above description, the case of using Si ions for ion implantation for amorphization has been described, but any one of Si, Ar, B, Ge, P and As, or You may use the combination of them.

【0009】[0009]

【発明の効果】以上説明したように、この発明において
は、最初に多結晶層を形成し、素子の活性領域となる部
分と、その片側一方をイオン注入によって非晶質層と
し、その非晶質を結晶化する際に、結晶成長の起点を活
性領域の一端に限定するように構成したことにより、素
子の活性領域に結晶粒界のない多結晶シリコン層が得ら
れる。そのため、従来の製造方法に比べてキャリア移動
度の高い高性能なトランジスタの製造が可能になると共
に、ばらつきの少ない一定の特性に安定して製造するこ
とが出来る。また、マスク合わせの必要がなく、セルフ
アラインで行なうため正確な制御が可能である等の効果
が得られる。
As described above, according to the present invention, the polycrystalline layer is first formed, and the portion which becomes the active region of the element and one side thereof are made into the amorphous layer by ion implantation, and the amorphous layer is formed. Since the starting point of crystal growth is limited to one end of the active region when crystallizing the material, a polycrystalline silicon layer having no crystal grain boundary in the active region of the device can be obtained. Therefore, it is possible to manufacture a high-performance transistor having a higher carrier mobility as compared with the conventional manufacturing method, and it is possible to stably manufacture a constant characteristic with little variation. Further, it is possible to obtain an effect that accurate control is possible because the mask alignment is not necessary and the self-alignment is performed.

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

【図1】本発明の第1の実施例の製造行程の一部を示す
断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a part of a manufacturing process of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例の製造行程の他の一部を
示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing another part of the manufacturing process of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例の製造行程の他の一部を
示す断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another part of the manufacturing process of the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施例の製造行程の一部を示す
断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施例の製造行程の他の一部を
示す断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing another part of the manufacturing process of the second embodiment of the present invention.

【図6】従来の製造方法の一例の断面図。FIG. 6 is a sectional view of an example of a conventional manufacturing method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板 23…ソース 2…絶縁膜 24…チャネル
領域 3…非晶質シリコン領域 25…ドレイン 4…ゲート電極 26…イオンの
注入された領域 5…ゲート酸化膜 27…Siイオ
ン 6…多結晶シリコン層 29…結晶粒界 7…層間絶縁膜 31…エミッタ
コンタクト電極 8…保護膜 32…コレクタ
コンタクト電極 9…絶縁膜 33…エミッタ 12、13…マスク材 34…ベース 16…結晶粒が連続して形成された部分 35…コレク
タ空乏領域 21…ソースコンタクト電極 36…コレク
タ 22…ドレインコンタクト電極 38…マスク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate 23 ... Source 2 ... Insulating film 24 ... Channel region 3 ... Amorphous silicon region 25 ... Drain 4 ... Gate electrode 26 ... Ion-implanted region 5 ... Gate oxide film 27 ... Si ion 6 ... Polycrystal Silicon layer 29 ... Crystal grain boundary 7 ... Interlayer insulating film 31 ... Emitter contact electrode 8 ... Protective film 32 ... Collector contact electrode 9 ... Insulating film 33 ... Emitter 12, 13 ... Mask material 34 ... Base 16 ... Crystal grains are continuous Formed portion 35 ... Collector depletion region 21 ... Source contact electrode 36 ... Collector 22 ... Drain contact electrode 38 ... Mask

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】多結晶半導体薄膜を素子領域とする半導体
装置において、 多結晶半導体薄膜を形成する工程と、 上記多結晶半導体薄膜のうちの素子活性領域となる部分
の一部を非晶質化して、第1の非晶質化領域を形成する
工程と、 上記第1の非晶質化領域と多結晶領域との境界部分を覆
うようにゲート電極を形成する工程と、 上記ゲート電極直下のみを非晶質化して、第2の非晶質
化領域を形成する工程と、 上記第1および第2の非晶質化領域を結晶化する工程
と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. In a semiconductor device having a polycrystalline semiconductor thin film as an element region, a step of forming the polycrystalline semiconductor thin film, and a part of a portion of the polycrystalline semiconductor thin film to be an element active region is made amorphous. A step of forming a first amorphized region, a step of forming a gate electrode so as to cover a boundary portion between the first amorphized region and the polycrystalline region, and only under the gate electrode. And a step of crystallizing the first and second amorphized regions to form a second amorphized region. Production method.
【請求項2】多結晶半導体薄膜を素子領域とする半導体
装置において、 多結晶半導体薄膜を形成する工程と、 上記多結晶半導体薄膜のうちの素子活性領域となる部分
の一部を非晶質化して、第1の非晶質化領域を形成する
工程と、 上記第1の非晶質化領域と多結晶領域との境界部分およ
び上記半導体装置の素子活性領域を覆うようにマスク材
を形成する工程と、 上記マスク材直下のみを非晶質化し、第2の非晶質化領
域を形成する工程と、 上記第1および第2の非晶質化領域を結晶化する工程
と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. In a semiconductor device having a polycrystalline semiconductor thin film as an element region, a step of forming the polycrystalline semiconductor thin film, and a part of the polycrystalline semiconductor thin film which becomes an element active region is made amorphous. And forming a first amorphized region, and forming a mask material so as to cover a boundary portion between the first amorphized region and the polycrystalline region and an element active region of the semiconductor device. A step of amorphizing only just under the mask material to form a second amorphized region, and a step of crystallizing the first and second amorphized regions. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項3】上記の非晶質化する工程は、イオン注入に
よって非晶質化する方法であり、上記イオンとしてS
i、Ar、B、Ge、P、Asのいずれか一つ、或いはそれ
らの組合せを用いることを特徴とする請求項1または請
求項2に記載の半導体装置の製造方法。
3. The step of amorphizing is a method of amorphizing by ion implantation, wherein S is used as the ions.
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein any one of i, Ar, B, Ge, P and As, or a combination thereof is used.
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