JPH02260633A - Dry etching of amorhous silicon device - Google Patents

Dry etching of amorhous silicon device

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JPH02260633A
JPH02260633A JP8258689A JP8258689A JPH02260633A JP H02260633 A JPH02260633 A JP H02260633A JP 8258689 A JP8258689 A JP 8258689A JP 8258689 A JP8258689 A JP 8258689A JP H02260633 A JPH02260633 A JP H02260633A
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JP
Japan
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amorphous silicon
dry etching
etching
amorphous
electrical characteristics
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JP8258689A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Kitamura
公一 北村
Shusuke Mimura
秀典 三村
Kazuo Yamamoto
一男 山本
Yasumitsu Ota
泰光 太田
Kazuyoshi Sai
佐井 一義
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To recover the characteristics by a method wherein an amorphous Si device bearing deteriorated electrical characteristics is annealed at 80-300 deg.C for 10-60 minutes. CONSTITUTION:During the manufacturing process of a thin film electronic device comprising amorphous Si as a material, dryetching process is performed for the process taking fine shape. The said device is exposed to etching plasma, etching beams, etc., and dangling bond (free bond of Si) is increased to deteriorate the electrical characteristics thereof. This deteriorated amorphous Si device is low-temperature annealed at 80-300 deg.C in the atmospheric air at least for 10-60 minutes. Through these procedures, the increased dangling bond can be removed without destructing the Si-H coupling so that the electrical characteristics of the defective channel part of the amorphous Si may be enhanced so effectively.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は非晶質(アモルファス)シリコンのドライエツ
チング方法に関するものである。詳しく述べると本発明
は、非晶質シリコンを材料とするダイオードやトランジ
スタ等の薄膜電子デバイスの製造における微細形状加工
を目的としたドライエツチングプロセスにおいて、ドラ
イエツチングプロセスのエツチングプラズマ、エツチン
グビーム等に晒されることにより電気的特性が劣化した
前述のダイオードやトランジスタ等を再び特性回復させ
、デバイス化に不可欠である微細形状加工を施しても電
気的特性が損なわれない非晶質シリコンのドライエツチ
ング方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method for dry etching amorphous silicon. To be more specific, the present invention relates to a dry etching process for the purpose of microfabrication in the production of thin film electronic devices such as diodes and transistors made of amorphous silicon. This invention relates to a dry etching method for amorphous silicon, which restores the characteristics of the aforementioned diodes and transistors whose electrical characteristics have deteriorated due to etching, and which does not impair the electrical characteristics even after microfabrication, which is essential for device fabrication, is performed. It is something.

(従来の技術) 単結晶シリコンに代表される半導体電子材料において、
ダイオードやトランジスタ等の電気的な機能を有する素
子を形成するプロセスをデバイス化プロセスという。
(Prior art) In semiconductor electronic materials represented by single crystal silicon,
The process of forming elements with electrical functions, such as diodes and transistors, is called the device fabrication process.

このデバイス化プロセスの中で、特に単結晶シリコン等
の半導体部分あるいはA、Q、Cr等の配線金属部分等
の形状加工をする過程を、一般に微細形状加工と呼ぶ。
In this device fabrication process, the process of processing the shape of a semiconductor portion such as single crystal silicon or a wiring metal portion such as A, Q, Cr, etc. is generally referred to as micro-shape processing.

この微細形状加工において、パターニングされたフォト
レジストに覆われていない部位の下の材料を取り除く手
段としては、大別して■ウエットエツチング法と■ドラ
イエツチング法がある。
In this micro-shape processing, the means for removing the material under the portion not covered by the patterned photoresist can be roughly divided into two methods: (1) Wet etching method and (2) Dry etching method.

ウェットエツチング法は、酸やアルカリ等の液状のエツ
チング処理剤を用いて、フォトレジスト除去部、すなわ
ちフォトレジストの付いていない部分の下地材料を腐蝕
除去する方法で、従来より広く用いられているが、一般
にこのようなエツチング処理剤による腐蝕は等方向であ
り(あらゆる方向に同じ速度でエツチングが進行する)
、パターンが非常に微細な場合やパターニング部の切り
口を垂直にしたい場合には不適当な方法である。
Wet etching is a method that uses a liquid etching agent such as acid or alkali to corrode and remove the underlying material in the area where the photoresist is removed, that is, the area where the photoresist is not attached, and has been widely used in the past. Generally, corrosion caused by such etching agents is isodirectional (etching progresses at the same speed in all directions).
However, this method is inappropriate when the pattern is very fine or when the cut edge of the patterning section is desired to be vertical.

一方、ドライエツチング法は、上記のごときウェットエ
ツチング法の問題点を解決するための新しいプロセスで
ある。その代表的な方法においては、低圧力下の容器内
にCF4やCCΩ4等の腐蝕性ガスを入れ、通常、平行
平板型の電極を用い、この電圧間で高周波放電を起すこ
とで、プラズマを発生させる。このプラズマ中には、下
地材料と活発に反応するフッ素活性種や塩素活性種など
が多量に含まれるために、フォトレジスト除去部おいて
下地材料はエツチングされる。ここで、電極間のバイア
ス、ガスの種類、ガスの圧力等を適当に選ぶことにより
、異方性エツチングが可能になることが知られており、
特にこの異方性エツチングのことをRIE(リアクティ
ブイオンエツチング)と呼んでいる。なお、異方性のド
ライエツチング法としては、この他に、不活性ガスのイ
オンないしは原子を基板にたたきつけて、物理的または
機械的に基板の原子をたたき出すイオンビームエツチン
グ法や、反応性ガスのイオンないしは原子を基板に照射
する反応性イオンビームエツチング法などの方法も知ら
れている。
On the other hand, the dry etching method is a new process for solving the problems of the wet etching method as described above. In a typical method, a corrosive gas such as CF4 or CCΩ4 is placed in a container under low pressure, and a high-frequency discharge is generated between these voltages, usually using parallel plate electrodes, to generate plasma. let Since this plasma contains a large amount of fluorine active species, chlorine active species, etc. that actively react with the underlying material, the underlying material is etched in the photoresist removed area. It is known that anisotropic etching is possible by appropriately selecting the bias between the electrodes, the type of gas, the gas pressure, etc.
In particular, this anisotropic etching is called RIE (reactive ion etching). Other anisotropic dry etching methods include ion beam etching, in which ions or atoms of an inert gas are physically or mechanically knocked out of the substrate, and reactive gas etching. Methods such as reactive ion beam etching, in which a substrate is irradiated with ions or atoms, are also known.

このRIEなどのドライエツチングによれば、フォトレ
ジスト除去部のみにおいて、下地材料を微細に、しかも
垂直に取り除くことができると共に、ウェットエツチン
グ法でみられるような“アンダーカット”の問題がない
。従って、非常に微細なパターンや複雑なパターンの形
状加工が可能になるわけである。
According to dry etching such as RIE, the underlying material can be removed finely and vertically only in the photoresist removed portion, and there is no problem of "undercut" as seen in wet etching. Therefore, it becomes possible to process extremely fine or complicated patterns.

第3 a −c図に、ウェットエツチング法とドライエ
ッチレグ法による典型的な単結晶シリコンのパターニン
グ形状を示す。第3b図に示すドライエツチング法での
パターニングは、第3a図に示したフォトレジスト1の
直下の単結晶シリコン2が垂直にパターニングされるの
に対し、第3C図に示すウェットエツチングでのパター
ニングは、単結晶シリコン2が等方向にエツチングされ
ると共に、単結晶シリコン2のフォトレジスト1直下の
部分でアンダーカット4が見られることがわかる。
Figures 3a-3c show typical single crystal silicon patterning shapes by wet etching and dry etching leg methods. In the dry etching patterning shown in FIG. 3b, the single crystal silicon 2 directly under the photoresist 1 shown in FIG. 3a is vertically patterned, whereas the wet etching patterning shown in FIG. 3C is patterning. It can be seen that the single crystal silicon 2 is etched in the same direction, and that an undercut 4 is observed in the portion of the single crystal silicon 2 directly below the photoresist 1.

またドライエツチング法は、酸やアルカリ等の液状エツ
チング剤を用いないため、クリーンでコンパクトなプロ
セスであり、メインテナンス性に優れている。加えて、
ウェットエツチング法では難しい材料(例えば5L3N
4)のエツチングもドライエツチング法を用いることに
より可能になる。これゆえ、ドライエツチング法は単結
晶シリコンをはじめとして、今日の半導体プロセスにお
いて広く用いられている。
Furthermore, since the dry etching method does not use a liquid etching agent such as acid or alkali, it is a clean and compact process and is easy to maintain. In addition,
Materials that are difficult to use with wet etching (e.g. 5L3N)
Etching 4) can also be achieved by using a dry etching method. For this reason, dry etching is widely used in today's semiconductor processes, including single crystal silicon.

しかしながら、このドライエツチング法においては、前
述のように非常に活発な活性種を用いるため、エツチン
グ面のダングリングボンド(シリコンの未結合手)が増
加し、この結果ドライエツチング法により作製されるデ
バイスの電気特性が劣化することが大きな問題となって
いる。これは、エツチング面のダングリングボンドが増
加することにより、エツチング面が見掛は上、導電性の
チャンネルのようになるからである。この様子を第4a
図に示す。ここでは基板8上に金属3−p型非晶質シリ
コン7−i型非晶質シリコン6−n型非晶質シリコン5
−金属3の順に形成された非晶質シリコンダイオードを
例にとって説明しているが、ドライエツチング法により
ダイオードのエツチング面に不良(導電性)チャンネル
部9ができていることを図示している。
However, since this dry etching method uses highly active active species as mentioned above, the number of dangling bonds (dangling bonds in silicon) on the etched surface increases, resulting in a decrease in the number of dangling bonds (unbonded bonds in silicon) on the etching surface, resulting in a decrease in the number of dangling bonds (dangling bonds in silicon) on the etching surface. The deterioration of the electrical properties of these materials has become a major problem. This is because the increased number of dangling bonds on the etched surface makes the etched surface appear more like a conductive channel. This situation is shown in Section 4a.
As shown in the figure. Here, metal 3-p-type amorphous silicon 7-i-type amorphous silicon 6-n-type amorphous silicon 5
- An amorphous silicon diode formed in the order of metal 3 is explained as an example, and it is illustrated that a defective (conductive) channel portion 9 is formed on the etched surface of the diode by the dry etching method.

この結果、例えばダイオードやトランジスタ等の電子デ
バイスにおいては、オフ電流が増加し、いわゆる“漏れ
のある”デバイスとなり、デバイス作製上の大きな問題
となっている。
As a result, off-state current increases in electronic devices such as diodes and transistors, resulting in so-called "leaky" devices, which poses a major problem in device fabrication.

このようなドライエツチング法における問題点を解決す
るために、現在のところ、大別して二つの方法が提唱さ
れている。その一つは、劣化したデバイスを500℃以
上のN2雰囲気中あるいは真空雰囲気中でアニールする
方法である。通常、このアニールは、炉の中で数時間か
けて行なわれる。アニールにより前記したような不良チ
ャンネル部のダングリングボンドが減少し、漏れのある
デバイスのオフ電流が減少して、電気特性が改善される
ことが広く知られていて、アニール法は全ての半導体材
料を用いたデバイス製造プロセスにおいて、よく用いら
れている。
In order to solve these problems in the dry etching method, two methods have been proposed at present. One method is to anneal the deteriorated device in a N2 atmosphere or a vacuum atmosphere at a temperature of 500° C. or higher. This annealing typically takes place in a furnace for several hours. It is widely known that annealing reduces the dangling bonds in the defective channel region as described above, reduces the off-current of leaky devices, and improves electrical characteristics. It is often used in device manufacturing processes using

もう一つの方法は、ダングリングボンドが増加し劣化し
たチャンネル部をウェットエツチング法あるいはドライ
エツチング法により除去する方法である。このチャンネ
ル部は、もとよりエツチングプロセスで劣化を受けてい
るわけであり、劣化を受けた後には当然露出した状態に
あるから、通常のエツチングプロセス(すなわち、劣化
をもたらすエツチングプロセス)に引き続いて、チャン
ネル部を除去する等方性エツチングがおこなわれるわけ
である。このようにして、不良チャンネル部9を除去し
た非晶質シリコンダイオードの形状を第4b図に示す。
Another method is to remove the channel portion, which has deteriorated due to an increase in dangling bonds, by wet etching or dry etching. This channel part has naturally been degraded by the etching process, and is naturally exposed after being degraded, so following the normal etching process (that is, the etching process that causes deterioration), Isotropic etching is performed to remove portions. The shape of the amorphous silicon diode with the defective channel portion 9 removed in this way is shown in FIG. 4b.

しかしながら、これらの手法は、材料が非晶質シリコン
である場合、以下のような致命的な問題が生じ、その適
用が難しい。
However, when the material is amorphous silicon, these methods are difficult to apply because of the following fatal problems.

まず、アニール法であるが、周知の通り、非晶質シリコ
ンは低温非平衡成膜されることにより多量の水素を5i
−Hという形で取り込んでいて、この結合が非晶質シリ
コンの電気的特性を著しく向ヒさせている(例えば局在
準位密度の低減)。
First, there is the annealing method, and as is well known, amorphous silicon is formed into a low-temperature non-equilibrium film, which allows a large amount of hydrogen to be deposited at 5i.
-H, and this bond significantly improves the electrical properties of amorphous silicon (for example, reduces the localized level density).

しかし、この5t−H結合は、熱に弱く、300℃以−
ヒでアニールすると、通常結合が破壊され水素が放出さ
れてしまい、電気的特性が著しく劣化してしまう問題が
ある。
However, this 5t-H bond is sensitive to heat and is
When annealing with hydrogen, the bonds are usually destroyed and hydrogen is released, which causes a problem of significant deterioration of the electrical characteristics.

次に、エツチングによる劣化したデバイスのチャンネル
部の除去であるが、この方法もいくつかの難しい問題を
含んでいる。先ず、もとより劣化したチャンネル部はド
ライエツチングプロセスで生成したものであるため、い
くらダメージの少ないエツチング方法を選択したとして
も、ダメージを受けたチャンネル部のみをきれいに取り
除き、後に残る新たなデバイスエツチング面にダメージ
を残さない「理想的な等方性エツチング」は事実上非常
に困難である。また、この等方性エツチングプロセスは
非常に微妙なものとなるため、その制御が難しく、再現
性に乏しいものである。従って、歩留りが低いと共に、
同一基板内においてもエツチング除去部の大きさが不揃
いになると、素子間で特性のバラツキを生じる。加えて
、本来の駆動すべきデバイスの一部が、不良チャンネル
部として除去されるため1、設計時に予定したデバイス
の寸法が減少し、例えばダイオードであればオン電流が
減少するなどの問題が生じる。
Next, the deteriorated channel portion of the device is removed by etching, but this method also involves some difficult problems. First of all, since the deteriorated channel portion was originally generated during the dry etching process, no matter how much etching method is selected that causes less damage, it is necessary to cleanly remove only the damaged channel portion and use the new device etching surface that remains. ``Ideal isotropic etching'' that leaves no damage is actually extremely difficult. Furthermore, since this isotropic etching process is very delicate, it is difficult to control and has poor reproducibility. Therefore, the yield is low and
Even within the same substrate, if the sizes of the etched areas become uneven, variations in characteristics will occur between devices. In addition, because a part of the device that was originally supposed to be driven is removed as a defective channel part, the dimensions of the device planned at the time of design are reduced, causing problems such as a reduction in on-state current in the case of a diode, for example. .

以上の理由により、非晶質シリコンを用いたデバイスに
おいては、ドライエツチングにより形成されてしまう非
晶質シリコンチャンネル部に対する有効な改善法がいま
だ見いだされていないのが現状であり、このためデバイ
ス構造設計および製造プロセスの自由度が著しく制約さ
れている。
For the above reasons, in devices using amorphous silicon, no effective method has yet been found to improve the amorphous silicon channel formed by dry etching. Freedom in design and manufacturing processes is severely restricted.

[1えば、第5a図に示す逆スタガード型非晶質シリコ
ン薄膜トランジスタを例に取ると、基板8上にゲート電
極15を成膜形成してから、順次、絶縁層14−n−非
晶質シリコン13−n+非晶質シリコン12−ソース電
極10およびドレイン電極11を成膜形成し、その後、
上からソース電極10およびドレイン電極11とn+非
晶質シリコン12をエツチングしてパターニングするわ
けであるが、ここでn+非晶質シリコン12をドライエ
ツチングすると、その下のn−非晶質シリコン13の表
面に不良チャンネルができてしまい、その結果トランジ
スタのオフ電流が増加してしまつO また、非晶質シリコントランジスタの動作速度を改善し
、高速化する目的で、最近、第5b図に示すように、基
板8上において、ソース電極10とドレイン電極11と
の間に半導体層(この例においてはn+非晶質シリコン
12−n−非晶質シリコン13−n+非晶質シリコン1
2)を挾んで積層し、この積層体の側面に接するように
絶縁層14を、さらにその外方にゲート電極15を配置
した、チャンネル部を縦型、すなわち膜厚方向に持つ縦
型トランジスタが提案され、試作等も始められているが
、このデバイスにおいてはドライエツチングによる垂直
パターニングが必須であるにもかかわらず、不良チャン
ネルの問題が避けられないため、設計はできても、その
実現は著しく遅れているのが現状である。
[1] Taking the inverted staggered amorphous silicon thin film transistor shown in FIG. 5a as an example, after forming the gate electrode 15 on the substrate 8, the insulating layer 14-n-amorphous silicon 13-n+ amorphous silicon 12-source electrode 10 and drain electrode 11 are formed, and then,
The source electrode 10, the drain electrode 11, and the n+ amorphous silicon 12 are etched and patterned from above, but if the n+ amorphous silicon 12 is dry etched, the n- amorphous silicon 13 below is etched. A defective channel is formed on the surface of the transistor, and as a result, the off-state current of the transistor increases. On the substrate 8, a semiconductor layer (in this example, n+ amorphous silicon 12-n-amorphous silicon 13-n+amorphous silicon 1
2) is sandwiched between the layers, an insulating layer 14 is placed in contact with the side surface of the layered structure, and a gate electrode 15 is placed outside of the insulating layer 14, and the channel portion is vertical, that is, in the film thickness direction. It has been proposed and prototype production has begun, but even though vertical patterning by dry etching is essential for this device, the problem of defective channels cannot be avoided, so even if a design can be made, it is extremely difficult to realize it. The current situation is that it is delayed.

(発明が解決しようとする課題) 従って、本発明は上記したような問題点を解決する新規
なドライエツチング法を提供することを目的とするもの
である。本発明はまた、非晶質シリコンを材料とする薄
膜電子デバイスの製造における微細形状加工を目的とし
たドライエツチングプロセスにおいて、ドライエツチン
グプロセスのエツチングプラズマ、エツチングビーム等
に晒されることにより劣化した電気的特性を再び特性回
復させ、デバイス化に不可欠である微細形状加工を施し
ても電気的特性が損なわれない非晶質シリコンのドライ
エツチング方法を提供することを目的とするものである
。本発明はさらに、非晶質シリコンを材料とするダイオ
ードやトランジスタ等の薄膜電子デバイスをドライエツ
チングプロセスにより製造実る際に発生するダングリン
グボンドを、5i−H結合を破壊することなく、アニー
ル処理で除去することを目的とするものである。
(Problems to be Solved by the Invention) Therefore, an object of the present invention is to provide a novel dry etching method that solves the above-mentioned problems. The present invention also provides a dry etching process for the purpose of microfabrication in the manufacture of thin film electronic devices made of amorphous silicon. It is an object of the present invention to provide a dry etching method for amorphous silicon in which the characteristics are restored again and the electrical characteristics are not impaired even after microfabrication, which is essential for device fabrication, is performed. The present invention further provides annealing treatment to eliminate dangling bonds that occur when thin-film electronic devices such as diodes and transistors made of amorphous silicon are manufactured using a dry etching process, without destroying 5i-H bonds. The purpose is to remove it.

(課題を解決するための手段) 本発明は、非晶質シリコンを材料とする薄膜電子デバイ
スの製造における微細形状加工を目的としたドライエツ
チングプロセスにおいて、フォトレジストをパターニン
グ後、気相中に発生させた活性種によってドライエツチ
ングした前記非晶質シリコンデバイスを、大気中におい
て80〜300℃にて、少なくとも10分〜60分間低
温アニール処理することを特徴とするものである。
(Means for Solving the Problems) The present invention is directed to a dry etching process for the purpose of microfabrication in the production of thin film electronic devices made of amorphous silicon. The amorphous silicon device dry-etched by the activated species is subjected to a low-temperature annealing treatment at 80 to 300° C. for at least 10 to 60 minutes in the atmosphere.

(作用) 本発明のドライエツチング法は、電気的特性の劣化した
非晶質シリコンデバイスを単に80〜300°Cで、1
0分〜60分という非常に低温かつ短時間のアニール処
理により特性回復できることに特徴を持ち、しかも大気
中でのアニール処理でよいことから非常に簡便である。
(Function) The dry etching method of the present invention simply etches amorphous silicon devices with deteriorated electrical characteristics at 80 to 300°C for 1 time.
It is characterized in that the characteristics can be recovered by annealing treatment at a very low temperature and for a short time of 0 to 60 minutes, and it is very simple because it can be annealed in the atmosphere.

ここで温度を上記のごとく80〜300℃の範囲に限定
しているのは、80℃未満の温度ではアニール処理に1
時間以上の長持間をかけても、はとんど特性回復の効果
がみられず、一方300°Cを越える温度では、非晶質
シリコン中の5i−H結合が破壊されてダングリングボ
ンドが増えてしまうためである。また、アニール処理時
間は、殻内にアニール温度が高い程短くてよく、アニー
ル温度は低くなるにつれて長持間を要するものとなるが
、本発明においては、300℃で10分程度、また80
℃でも30分程度で十分特性回復の効果を有する。もち
ろん、ここでいう時間以上アニール処理しても差い支え
ないことは当然である。
The reason why the temperature is limited to the range of 80 to 300°C as mentioned above is that at temperatures below 80°C, the annealing process takes place.
Even if it is maintained for a long period of time, there is hardly any effect of property recovery.On the other hand, at temperatures exceeding 300°C, the 5i-H bonds in amorphous silicon are destroyed and dangling bonds are formed. This is because it will increase. In addition, the annealing time may be shorter as the annealing temperature is higher in the shell, and the lower the annealing temperature is, the longer the annealing time is required.
Even at a temperature of 30 minutes, the properties can be sufficiently recovered. Of course, it is of course possible to carry out annealing treatment for longer than the time mentioned here.

また本発明においては、低温で短時間のアニル処理を行
なうものであるため、従来の等方向ウェットエツチング
処理による不良チャンネル部の除去という方法に比べ、
非常に簡便であり、再現性も良好なものである。加えて
、本発明は、ドライエツチングで形成されたデバイスの
形状に変化を与えない長所を有する。
In addition, in the present invention, since the annealing process is performed at low temperature for a short time, compared to the conventional method of removing defective channel portions by isodirectional wet etching process,
It is very simple and has good reproducibility. In addition, the present invention has the advantage of not changing the shape of devices formed by dry etching.

このように、本発明は、従来試みられなかった大気中で
の低温、短時間のアニール処理を非晶質シリコン不良チ
ャンネル部の電気的特性改善に適用し、十分にその効果
を実証したところに大きな意義がある。
As described above, the present invention applies a low-temperature, short-time annealing treatment in the atmosphere, which has not been attempted before, to improve the electrical characteristics of a defective amorphous silicon channel region, and has fully demonstrated its effectiveness. It has great significance.

(実施例) 以下に、本発明の実施例を述べる。(Example) Examples of the present invention will be described below.

第1図は、ドライエツチングによる非晶質シリコンエツ
チング面のダングリングボンドの増加をESR(電子ス
ピン共鳴)測定結果により示したものである。図中、横
軸3.31 [kOelのところにあられれる正弦波上
の波形ピークの大きさがダングリングボンドの数に対応
している。なお、この実験においては、20mmX20
mmの石英ガラス基板上にi型の非晶質シリコンを80
00八堆積したものを試料として用いている。
FIG. 1 shows the increase in dangling bonds on the etched surface of amorphous silicon due to dry etching, based on ESR (electron spin resonance) measurement results. In the figure, the size of the waveform peak on the sine wave appearing at 3.31 [kOel on the horizontal axis] corresponds to the number of dangling bonds. In addition, in this experiment, 20 mm x 20
I-type amorphous silicon is deposited on a quartz glass substrate of 80 mm.
008 deposited material is used as a sample.

第1図から明らかなように、堆積後の試料に関してダン
グリングボンドを表す信号(図中上段)は、非常に小さ
く、はどんどESRの波形ピークとして検出されない。
As is clear from FIG. 1, the signal representing the dangling bonds for the deposited sample (upper part of the diagram) is very small and is not detected as an ESR waveform peak.

これは、用いたESR装置の検出限界である1 016
 Cm−3より、ダングリングボンドの数が非常に少な
いことを意味している。
This is the detection limit of the ESR device used.
This means that the number of dangling bonds is much smaller than that of Cm-3.

次に、この試料表面をCF4によるドライエツチング(
RI E)で約300OAエツチングした後の試料のE
SR信号を第1図の中段に示す。ここで、ドライエツチ
ングによりダングリングボンドの数が激増したことがわ
かる。さらにこの試料に本発明方法の一実施例における
ところの90℃で、20分間の大気中アニールを施すと
、第1図下段に示すように、再びダングリングボンドの
数が少なくなり、堆積後の試料と同程度にまで不良チャ
ンネル部が改善されていることがわかる。
Next, this sample surface was dry etched with CF4 (
E of the sample after etching about 300OA with RI E)
The SR signal is shown in the middle part of FIG. It can be seen here that the number of dangling bonds increased dramatically due to dry etching. Furthermore, when this sample is annealed in the air at 90°C for 20 minutes as in one embodiment of the method of the present invention, the number of dangling bonds decreases again, as shown in the lower part of Fig. It can be seen that the defective channel portion has been improved to the same extent as the sample.

次に、第4a図に示すような構造を有する実際の非晶質
シリコンダイオードの形成に本発明を実施した例を示す
Next, an example will be shown in which the present invention is applied to the formation of an actual amorphous silicon diode having a structure as shown in FIG. 4a.

まず、ダイオードは第4a図に示すように、ガラス基板
8上に下から金属3(Cr)を2000人、p型非晶質
シリコン7を300人、i型非晶質シリコン6を600
0A、n型非晶質シリコン5を300八、金属3(IT
O)を600人順次堆積してから、100μmX125
μmの大きさにCF4によ4ドライエツチング(RI 
E)でパターニングすることにより形成された。
First, as shown in FIG. 4a, the diode is made by placing 2,000 layers of metal 3 (Cr), 300 layers of p-type amorphous silicon 7, and 600 layers of i-type amorphous silicon 6 on a glass substrate 8 from the bottom.
0A, n-type amorphous silicon 5 3008, metal 3 (IT
100 μm x 125
Dry etching (RI) with CF4 to a size of μm
It was formed by patterning in E).

このダイオードの電圧−電流特性を第2図に示す。第2
図において、黒丸(・)で示すのがダイオードの順方向
特性であり、また四角(ロ)で示すのがドライエツチン
グ後のダイオードの逆方向特性である。この図から明ら
かなように、ドライエツチングにより逆方向特性が“漏
れのある”ものとなっているため、整流比が106と芳
しくない。
The voltage-current characteristics of this diode are shown in FIG. Second
In the figure, the forward characteristics of the diode are shown by black circles (.), and the reverse characteristics of the diode after dry etching are shown by squares (b). As is clear from this figure, the reverse direction characteristics are "leaky" due to dry etching, so the rectification ratio is 106, which is not good.

これに対し、このダイオードに本発明の一実施例におけ
るところの90℃で20分間の大気中低温アニールを施
すと、第2図中に白丸(0)で示すように逆方向特性が
著しく改善された。これにより整流比も108程度にま
で向上したことになる。
On the other hand, when this diode is subjected to low-temperature annealing in the air at 90°C for 20 minutes as in one embodiment of the present invention, the reverse characteristics are significantly improved, as shown by the white circle (0) in Figure 2. Ta. This means that the rectification ratio has also been improved to about 108.

(発明の効果) 以上述べたように、本発明により、従来非晶質シリコン
デバイスにおいて問題であったドライエツチングプロセ
スにおける非晶質シリコンエツチング面の不良チャンネ
ル化の問題が解決されたものである。本発明は、大気中
での低温で短時間のアニール処理という非常に簡便な方
法であるので、あらゆる非晶質シリコンデバイスに適用
することが可能であり、また必要な装置も低温大気アニ
ール炉−つであり低コストである。しかも本発明によれ
ば、不良チャンネル部の形状を全く変化させることなく
、ドライエツチング前の電気的特性を回復させることが
できるので、今後の非晶質シリコンデバイスの構造設計
および製造プロセスの自由度が著しく向上するものであ
る。
(Effects of the Invention) As described above, the present invention solves the problem of formation of defective channels on the etched surface of amorphous silicon in the dry etching process, which has been a problem in conventional amorphous silicon devices. The present invention is a very simple method of short-time annealing treatment at a low temperature in the atmosphere, so it can be applied to any amorphous silicon device, and the necessary equipment is a low-temperature atmospheric annealing furnace. and low cost. Moreover, according to the present invention, the electrical characteristics before dry etching can be restored without changing the shape of the defective channel portion at all, so there is greater freedom in the structural design and manufacturing process of future amorphous silicon devices. The result is a marked improvement.

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

第1図は、非晶質シリコンドライエツチング面のダング
リングボンドの増加と、本発明によるダングリングボン
ド低減の効果をESR測定結果により示す図、第2図は
、非晶質シリコンダイオードのドライエツチングによる
電圧−電流特性の劣化と、本発明の実施による特性回復
の様子を示す図、第3 a −c図は、従来のウェット
エツチング法とドライエツチング法によりできる典型的
な単結晶シリコンのベターニング形状を示す模式断面図
、第4a−b図は従来のドライエツチング法によりでき
る非晶質シリコンダイオードの不良チャンネルと等方性
エツチングによるチャンネル除去の様子を示す模式断面
図であり、また第5 a −b図は、逆スタガード型非
晶質シリコン薄膜トランジスタと非晶質シリコン縦型ト
ランジスタの典型的な構造を示す断面図である。 1・・・フォトレジスト、 2・・・単結晶シリコン、
3・・・金属、 4・・・アンダーカット、5・・・n
型非晶質シリコン、 6・・・i型非晶質シリコン、 7・・・p型非晶質シリコン、 8・・・基板、9・・
・不良(導電性)チャンネル部、10・・・ソース、1
1・・・ドレイン、  12・・・n+非晶質シリコン
、13・・・n−非晶質シリコン、 14・・・絶縁層
、15・・・ゲート。 第2図 ・セル [Vコ 第3図 (b) (Cン 第4図 第5図 (a) (a) (b) (b)
FIG. 1 is a diagram showing the increase in dangling bonds on the amorphous silicon dry etching surface and the effect of reducing dangling bonds by the present invention using ESR measurement results. Figures 3a to 3c show typical single-crystal silicon bettering obtained by conventional wet etching and dry etching. FIG. 4a-b is a schematic cross-sectional view showing the shape of a defective channel in an amorphous silicon diode formed by a conventional dry etching method and how the channel is removed by isotropic etching. FIG. 1B is a cross-sectional view showing typical structures of an inverted staggered amorphous silicon thin film transistor and an amorphous silicon vertical transistor. 1... Photoresist, 2... Single crystal silicon,
3...metal, 4...undercut, 5...n
type amorphous silicon, 6... i-type amorphous silicon, 7... p-type amorphous silicon, 8... substrate, 9...
・Defective (conductive) channel part, 10... Source, 1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Drain, 12... n+ amorphous silicon, 13... n- amorphous silicon, 14... insulating layer, 15... gate. Figure 2 - Cell [V Figure 3 (b) (C Figure 4 Figure 5 (a) (a) (b) (b)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 非晶質シリコンを材料とする薄膜電子デバイスの製造に
おける微細形状加工を目的としたドライエッチングプロ
セスにおいて、フォトレジストをパターニング後、気相
中に発生させた活性種によってドライエッチングした前
記非晶質シリコンデバイスを、大気中において80〜3
00℃にて、少なくとも10分〜60分間低温アニール
処理することを特徴とする非晶質シリコンデバイスのド
ライエッチング方法。
In a dry etching process for the purpose of microfabrication in the production of thin film electronic devices made of amorphous silicon, the amorphous silicon is dry etched using active species generated in a gas phase after patterning a photoresist. The device was placed in the atmosphere for 80-3
1. A dry etching method for an amorphous silicon device, comprising performing a low-temperature annealing treatment at 00° C. for at least 10 minutes to 60 minutes.
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