JPH03185735A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH03185735A JPH03185735A JP32457889A JP32457889A JPH03185735A JP H03185735 A JPH03185735 A JP H03185735A JP 32457889 A JP32457889 A JP 32457889A JP 32457889 A JP32457889 A JP 32457889A JP H03185735 A JPH03185735 A JP H03185735A
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- semiconductor thin
- film
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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。
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、半導体装置の製造方法に関する。
[従来の技術]
従来、絶縁基板上の薄膜トランジスタ(以下TPTと称
す)は、第3図に示すように、ガラスなどの絶縁基板3
1上に、半導体薄膜32を形成し、そこに素子を作り込
んで構成されていた。
す)は、第3図に示すように、ガラスなどの絶縁基板3
1上に、半導体薄膜32を形成し、そこに素子を作り込
んで構成されていた。
また、近年、TPTの特性向上のため、半導体薄膜とし
て、結晶性半導体薄膜を用いることがよく見られる。こ
こで言う結晶性半導体とは、通常使用されている単結晶
ウェハーに比べると、欠陥が数多く存在している単結晶
半導体や、内部に1個以上の結晶粒界を持つ多結晶半導
体を言う。
て、結晶性半導体薄膜を用いることがよく見られる。こ
こで言う結晶性半導体とは、通常使用されている単結晶
ウェハーに比べると、欠陥が数多く存在している単結晶
半導体や、内部に1個以上の結晶粒界を持つ多結晶半導
体を言う。
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、上記従来例では、第3図に示すように結
晶性半導体薄膜32と基板31との界面や結晶性半導体
薄膜32とゲート絶縁1i33との界面に、数多くの界
面準位34.35が存在し、結晶性半導体薄膜32に、
例えば、図のようにMOSFETを形成した場合、この
界面準位の影響で、チャネル部でキャリアが界面準位3
4゜35にトラップされ、いわゆるバックチャネルを形
成し、しきい値電圧の変動や、信号のon10ff比の
低下など、素子特性の劣化をもたらしていた。
晶性半導体薄膜32と基板31との界面や結晶性半導体
薄膜32とゲート絶縁1i33との界面に、数多くの界
面準位34.35が存在し、結晶性半導体薄膜32に、
例えば、図のようにMOSFETを形成した場合、この
界面準位の影響で、チャネル部でキャリアが界面準位3
4゜35にトラップされ、いわゆるバックチャネルを形
成し、しきい値電圧の変動や、信号のon10ff比の
低下など、素子特性の劣化をもたらしていた。
また、結晶性半導体薄膜として、多結晶シリコン薄膜を
用いることがよく見られるが、多結晶シリコン薄膜内に
存在する結晶粒界36には、数多くの界面準位37が存
在し、これらが、キャリアをトラップすることにより、
チやネル部でのキャリアの移動度を低下させてしまう。
用いることがよく見られるが、多結晶シリコン薄膜内に
存在する結晶粒界36には、数多くの界面準位37が存
在し、これらが、キャリアをトラップすることにより、
チやネル部でのキャリアの移動度を低下させてしまう。
また、基板にアルカリイオン含有量の多いガラスなどの
安価な材料を用いると、基板材料中に含まれるNa3な
とのアルカリイオン38が、製造プロセス中の熱処理に
よって半導体薄膜の方へ移動し、基板との界面やシリコ
ン薄膜中に可動イオンとして存在し、素子特性の劣化や
、信頼性に問題を生じさせていた。
安価な材料を用いると、基板材料中に含まれるNa3な
とのアルカリイオン38が、製造プロセス中の熱処理に
よって半導体薄膜の方へ移動し、基板との界面やシリコ
ン薄膜中に可動イオンとして存在し、素子特性の劣化や
、信頼性に問題を生じさせていた。
これらの問題を解決する方法として、例えば、素子形成
後、素子の保護膜として、プラズマCVD法により窒化
シリコン膜を形成し、この保護膜による水素パッシベー
ションを用いて、シリコン薄膜内の局在準位を減らし、
移動度を高くすることか行われてきた。また、アルカリ
イオン汚染防止のために、高純度石英や無アルカリガラ
スなどを基板として用いる方法をとっていた。
後、素子の保護膜として、プラズマCVD法により窒化
シリコン膜を形成し、この保護膜による水素パッシベー
ションを用いて、シリコン薄膜内の局在準位を減らし、
移動度を高くすることか行われてきた。また、アルカリ
イオン汚染防止のために、高純度石英や無アルカリガラ
スなどを基板として用いる方法をとっていた。
しかしながら、上記の方法によっても、結晶粒界のパッ
シベーション、ならびに、基板との界面のパッシベーシ
ョンは完全でない。すなわち、上記の方法では、半導体
薄膜の中に水素が導入される過程と、逆に、半導体薄膜
から水素が放出される過程とが共存し、さらに、半導体
薄膜中の粒界、界面以外の結晶性のよい場所にも水素が
拡散しており、有効に、粒界、界面のパッシベーション
を行なう為には更に改善すべき余地が多く残されていた
。
シベーション、ならびに、基板との界面のパッシベーシ
ョンは完全でない。すなわち、上記の方法では、半導体
薄膜の中に水素が導入される過程と、逆に、半導体薄膜
から水素が放出される過程とが共存し、さらに、半導体
薄膜中の粒界、界面以外の結晶性のよい場所にも水素が
拡散しており、有効に、粒界、界面のパッシベーション
を行なう為には更に改善すべき余地が多く残されていた
。
また、高純度石英や無アルカリガラスなどの基板は、高
価であり、大面積の基板に安価な素子を形成すべく採用
されるTPT本来の1つの利点を失う結果となってしま
う。
価であり、大面積の基板に安価な素子を形成すべく採用
されるTPT本来の1つの利点を失う結果となってしま
う。
[課題を解決するための手段]
本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁基体上に、結晶
性半導体薄膜を形成して成る半導体装置の製造方法にお
いて、前記結晶性半導体薄膜の上下両側に、水素の拡散
にたいしてバリアとなる第1、第2の絶縁膜をそれぞれ
形成する工程と、前記半導体薄膜と前記絶縁膜の間の少
なくとも一方に、水素を含んだ非晶質半導体薄膜を形成
する工程と、その後、熱処理または光照射の少なくとも
一方を行う工程と、を含むことを特徴とする。
性半導体薄膜を形成して成る半導体装置の製造方法にお
いて、前記結晶性半導体薄膜の上下両側に、水素の拡散
にたいしてバリアとなる第1、第2の絶縁膜をそれぞれ
形成する工程と、前記半導体薄膜と前記絶縁膜の間の少
なくとも一方に、水素を含んだ非晶質半導体薄膜を形成
する工程と、その後、熱処理または光照射の少なくとも
一方を行う工程と、を含むことを特徴とする。
[作用]
以下に本発明の作用を本発明の詳細の構成とともに説明
する。
する。
(絶縁膜)
本発明では、結晶性半導体薄膜の上下両側に、水素の拡
散にたいしてバリアとなる第1、第2の絶縁膜をそれぞ
れ形成する。
散にたいしてバリアとなる第1、第2の絶縁膜をそれぞ
れ形成する。
結晶性半導体薄膜上に、水素の拡散にたいしてバリアと
なる絶縁膜を形成することにより、後述する、加熱処理
により非晶質半導体薄膜から結晶性半導体薄膜中に拡散
した水素のout−diffusionを防止すること
ができる。
なる絶縁膜を形成することにより、後述する、加熱処理
により非晶質半導体薄膜から結晶性半導体薄膜中に拡散
した水素のout−diffusionを防止すること
ができる。
ここで、前記水素の拡散にたいしてバリアとなる第1の
絶縁膜、第2の絶縁膜としては、例えば減圧CVD法、
あるいは、プラズマCVD法で形成した窒化シリコン膜
あるいは窒化酸化シリコンn莫を用し)ればよい。
絶縁膜、第2の絶縁膜としては、例えば減圧CVD法、
あるいは、プラズマCVD法で形成した窒化シリコン膜
あるいは窒化酸化シリコンn莫を用し)ればよい。
また、基体と結晶性半導体薄膜との間に絶縁膜として窒
化シリコン膜を形成することで、ガラス等の基体からの
Na+等のアルカリイオンに対してブロッキングの効果
を持たせることができ、素゛子特性の信頼性を向上させ
ることができる。
化シリコン膜を形成することで、ガラス等の基体からの
Na+等のアルカリイオンに対してブロッキングの効果
を持たせることができ、素゛子特性の信頼性を向上させ
ることができる。
(結晶性半導体薄膜)
結晶性半導体薄膜としては、例えば、スパッタリング法
、減圧CVD法、プラズマCVD法により形成された多
結晶シリコンや、スパッタリング法やCVD法により形
成された非晶質シリコンをアニールし再結晶化したもの
や、本出願人が別途提案しているプラズマCVD法にお
いて、成llN雰囲気中へのHCf等のハロゲン化水素
ガスの添加効果によって得られた大粒径多結晶シリコン
を用いることができる(特願昭62−73630号公報
)。プロセス温度の低温化および電気特性上の観点から
我々の提案している大粒径多結晶シリコン薄膜が本発明
に最も適当である。
、減圧CVD法、プラズマCVD法により形成された多
結晶シリコンや、スパッタリング法やCVD法により形
成された非晶質シリコンをアニールし再結晶化したもの
や、本出願人が別途提案しているプラズマCVD法にお
いて、成llN雰囲気中へのHCf等のハロゲン化水素
ガスの添加効果によって得られた大粒径多結晶シリコン
を用いることができる(特願昭62−73630号公報
)。プロセス温度の低温化および電気特性上の観点から
我々の提案している大粒径多結晶シリコン薄膜が本発明
に最も適当である。
(非晶貿半導体薄Itり
本発明では、前記半導体薄膜と前記絶縁膜の間の少なく
とも一方に、水素を含んだ非晶質半導体薄膜を形成する
。
とも一方に、水素を含んだ非晶質半導体薄膜を形成する
。
ここで、非晶質半導体薄膜材料としては、例えば、RF
グロー放電法で形成した非晶質シリコンを用いればよい
。非晶質半導体薄膜中における水素含有景としては数原
子%〜数十原子%が好ましい。
グロー放電法で形成した非晶質シリコンを用いればよい
。非晶質半導体薄膜中における水素含有景としては数原
子%〜数十原子%が好ましい。
なお、水素を含んだ非晶質半導体薄膜を、特に基体と結
晶性半導体薄膜との間の方に形成した場合において、こ
の非晶質半導体薄膜中に、TPTのソース・ドレインと
は反対の導電型の比較的濃度の高い不純物を導入してお
けば、TPT動作時のバックチャネルの形成をさらに効
果的に抑制でき、しきい値電圧変動や、信号のon10
ff比の低下などをさらに効果的に防止でき、電気的特
性のより一層優れたTPTを実現できる。
晶性半導体薄膜との間の方に形成した場合において、こ
の非晶質半導体薄膜中に、TPTのソース・ドレインと
は反対の導電型の比較的濃度の高い不純物を導入してお
けば、TPT動作時のバックチャネルの形成をさらに効
果的に抑制でき、しきい値電圧変動や、信号のon10
ff比の低下などをさらに効果的に防止でき、電気的特
性のより一層優れたTPTを実現できる。
(加熱処理〉
本発明では、上記した非晶質半導体薄膜と、結晶性半導
体薄膜を加熱する。
体薄膜を加熱する。
かかる加熱処理により非晶質半導体薄膜中の水素は結晶
性半導体薄膜中に拡散し、拡散した水素は結晶性半導体
薄膜中に存在する界面準位や、結晶性半導体薄膜中の欠
陥準位や、結晶性半導体薄膜中の結晶粒界に存在する準
位を終端し、バックチャネルの発生を抑制し、かつ、粒
界のポテンシャルを小さくし、キャリアの移動度を大き
くすることができる。
性半導体薄膜中に拡散し、拡散した水素は結晶性半導体
薄膜中に存在する界面準位や、結晶性半導体薄膜中の欠
陥準位や、結晶性半導体薄膜中の結晶粒界に存在する準
位を終端し、バックチャネルの発生を抑制し、かつ、粒
界のポテンシャルを小さくし、キャリアの移動度を大き
くすることができる。
加熱温度は、非晶質半導体薄膜あるいは結晶質薄膜の材
料により異なるが、例えば、シリコンの場合は300〜
600℃が好ましい。300℃未満では、水素の拡散が
起こり難く、600℃を越えると結晶質半導体薄膜中の
水素が再び外へ拡散してしまう。
料により異なるが、例えば、シリコンの場合は300〜
600℃が好ましい。300℃未満では、水素の拡散が
起こり難く、600℃を越えると結晶質半導体薄膜中の
水素が再び外へ拡散してしまう。
なお、加熱雰囲気としては、N2 、Ar、N2あるい
はそれらの混合ガス中などの不活性雰囲気が好ましい。
はそれらの混合ガス中などの不活性雰囲気が好ましい。
加熱処理は、結晶性半導体薄膜が形成された基体を加熱
炉内において保持することにより行ってもよいし、照射
光を照射することにより行ってもよいが、照射光により
行うことが以下の諸々の理由により好ましい。
炉内において保持することにより行ってもよいし、照射
光を照射することにより行ってもよいが、照射光により
行うことが以下の諸々の理由により好ましい。
光照射の場合、結晶性半導体薄膜の結晶粒界近傍、欠陥
近傍、または、結晶性半導体薄膜と基体との界面近傍の
みを、選択的に加熱することができ、こうした場所に存
在するトラップ単位が有効に水素で終端することができ
る。
近傍、または、結晶性半導体薄膜と基体との界面近傍の
みを、選択的に加熱することができ、こうした場所に存
在するトラップ単位が有効に水素で終端することができ
る。
また、光照射の場合、TPTのソース・ドレインなどに
導入された不純物の空間的位置をほとんど変えずに、結
晶粒界や欠陥、または、半導体薄膜と他の薄膜との界面
などのみを、選択的に加熱することができるので、微細
トランジスタの製造が容易になる。
導入された不純物の空間的位置をほとんど変えずに、結
晶粒界や欠陥、または、半導体薄膜と他の薄膜との界面
などのみを、選択的に加熱することができるので、微細
トランジスタの製造が容易になる。
さらに、光照射の場合、半導体薄膜のみを加熱すること
ができることから、ガラスなどの基板からのNa”など
のアルカリイオンの侵入を防止でき、信頼性の向上が期
待できる。
ができることから、ガラスなどの基板からのNa”など
のアルカリイオンの侵入を防止でき、信頼性の向上が期
待できる。
照射光を照射することにより加熱を行う場合における照
射光は、近赤外光を用いることが好ましい 近赤外光は、例えば、キセノンランプ(波長0.8μm
)等が適している。0.8μm程度の波長の光を照射す
ると、半導体薄膜中で、電子・正孔対が発生する。光照
射により発生した電子および正孔は、半導体薄膜の結晶
の中は、比較的長い寿命をもって、それぞれ導電帯およ
び価電子帯中を走行する。これらのうち、結晶粒界、欠
陥、または界面に達したものは、そこに存在する、ダグ
ソングボンドなどに起因するトラップ準位を介して再結
合を起こす。再結合によって失った電子・正孔のエネル
ギーは、格子振動、すなわち、熱エネルギーに変換され
る。換言すれば、結晶性半導体薄膜中に含まれる結晶粒
界、欠陥、または界面が、選択的に、電子・正孔再結合
による熱で加熱されることになる。この熱エネルギーに
より、結晶粒界、欠陥、または界面のトラップ準位を、
すでに膜中に存在している水素で終端することができ、
結晶欠陥を回復することができる。
射光は、近赤外光を用いることが好ましい 近赤外光は、例えば、キセノンランプ(波長0.8μm
)等が適している。0.8μm程度の波長の光を照射す
ると、半導体薄膜中で、電子・正孔対が発生する。光照
射により発生した電子および正孔は、半導体薄膜の結晶
の中は、比較的長い寿命をもって、それぞれ導電帯およ
び価電子帯中を走行する。これらのうち、結晶粒界、欠
陥、または界面に達したものは、そこに存在する、ダグ
ソングボンドなどに起因するトラップ準位を介して再結
合を起こす。再結合によって失った電子・正孔のエネル
ギーは、格子振動、すなわち、熱エネルギーに変換され
る。換言すれば、結晶性半導体薄膜中に含まれる結晶粒
界、欠陥、または界面が、選択的に、電子・正孔再結合
による熱で加熱されることになる。この熱エネルギーに
より、結晶粒界、欠陥、または界面のトラップ準位を、
すでに膜中に存在している水素で終端することができ、
結晶欠陥を回復することができる。
ここで、波長0.8μmの光はエネルギーに換算すると
、1.5keVに対応し、吸収係数は、結晶シリコンの
場合、約I X 10’ am−’であり、透過深さは
表面より1 / eの強度の点で約10μmである。0
.8μmよりも十分に波長の短い光では(例えば、可視
光、赤外光など)、持っているエネルギーが高いため、
光照射によって発生した電子が、導電帯の高エネルギ一
方向まで存在するようになり、導電帯中の電子の衝突に
より、薄膜全体が加熱されてしまい、基体の加熱、水素
の離脱、ドーピングされた不純物の拡散を引き起こして
しまう。
、1.5keVに対応し、吸収係数は、結晶シリコンの
場合、約I X 10’ am−’であり、透過深さは
表面より1 / eの強度の点で約10μmである。0
.8μmよりも十分に波長の短い光では(例えば、可視
光、赤外光など)、持っているエネルギーが高いため、
光照射によって発生した電子が、導電帯の高エネルギ一
方向まで存在するようになり、導電帯中の電子の衝突に
より、薄膜全体が加熱されてしまい、基体の加熱、水素
の離脱、ドーピングされた不純物の拡散を引き起こして
しまう。
逆に、0.8μmよりも十分に波長の長い光では(例え
ば、波長1〜数μmの光)、膜が厚い場合、光が表面か
らかなり深くまで浸透し、これにより、表面だけでなく
、かなり深いところでも、電子・正孔対が発生し、再結
合を起こし薄膜全体が加熱されてしまう。したがって、
デバイス動作に必要となる薄膜の表面付近のみを、効率
よく加熱することができなくなるおそれがある。
ば、波長1〜数μmの光)、膜が厚い場合、光が表面か
らかなり深くまで浸透し、これにより、表面だけでなく
、かなり深いところでも、電子・正孔対が発生し、再結
合を起こし薄膜全体が加熱されてしまう。したがって、
デバイス動作に必要となる薄膜の表面付近のみを、効率
よく加熱することができなくなるおそれがある。
以上から、0,7μmより大きく1,0μmより小さい
波長、好適には、0.8μm程度の波長を持った近赤外
光による光照射が、本発明において最も好ましい。
波長、好適には、0.8μm程度の波長を持った近赤外
光による光照射が、本発明において最も好ましい。
なお、加熱温度を300〜600℃とするためには、照
射光の光量を調節すればよい。
射光の光量を調節すればよい。
[実施例]
本発明の実施例を、図面を用いて詳細に述べる。
第1図は、本発明により製造されたMOSFETの模式
的断面図であり、第2図はその製造工程を示す模式的断
面図である。
的断面図であり、第2図はその製造工程を示す模式的断
面図である。
(実施例1)
ガラス基板上21に、水素の拡散にたいしてバリアとな
る第1の絶縁膜として、プラズマCVD法で、SiH4
/NH3混合ガス系により、窒化シリコン@22を10
00人堆積した(第2図(a))。
る第1の絶縁膜として、プラズマCVD法で、SiH4
/NH3混合ガス系により、窒化シリコン@22を10
00人堆積した(第2図(a))。
堆積条件としては、平行平板型プラズマCVD装置を用
い、SiH4(10%H2希釈)流量15SCCms
NH2流量10105e、圧力0.16Torr、放電
パワー3゜5W、基板温度300℃の条件で、35分間
堆積を行った。
い、SiH4(10%H2希釈)流量15SCCms
NH2流量10105e、圧力0.16Torr、放電
パワー3゜5W、基板温度300℃の条件で、35分間
堆積を行った。
次に、RFダグー放電プラズマ法により、St)!4ガ
ス系にて、非晶質シリコン23を200人堆積した(第
2図(b))。
ス系にて、非晶質シリコン23を200人堆積した(第
2図(b))。
堆積条件としては、100%S i H4ガスを流量5
〜10105c、圧力50mTorr、RF周波数4〜
13.5MHz%RFパワー0.01〜0 、 03
W/am’ 、カソード・アノード間距離40mm、基
板温度150℃にて堆積を行った。
〜10105c、圧力50mTorr、RF周波数4〜
13.5MHz%RFパワー0.01〜0 、 03
W/am’ 、カソード・アノード間距離40mm、基
板温度150℃にて堆積を行った。
この条件で堆積した非晶質シリコン中には、IR(赤外
分光)分析の結果、約25%の水素が含まれていること
がわかった。非晶質シリコン中の水素量は、堆積条件の
基板温度にti!L感に依存し、般に低温はど水素量が
増える傾向にある。本堆積条件も、通常使われる堆積温
度250℃程度よりが、本発明の効果はより顕著に現わ
れる。
分光)分析の結果、約25%の水素が含まれていること
がわかった。非晶質シリコン中の水素量は、堆積条件の
基板温度にti!L感に依存し、般に低温はど水素量が
増える傾向にある。本堆積条件も、通常使われる堆積温
度250℃程度よりが、本発明の効果はより顕著に現わ
れる。
次に、RFプラズマCVD法により、
S i H2Cj22 / HC12/ H2混合ガス
系にて、非晶質シリコンjlj23上に、多結晶シリコ
ン薄膜24を1000人堆積した(第2図(C))。
系にて、非晶質シリコンjlj23上に、多結晶シリコ
ン薄膜24を1000人堆積した(第2図(C))。
堆積条件としては、5iHz CJ12 :0.9s
ecm、HCl2 : 130secm、N2 :2
00secm、圧カニ2.0Torr%RFパワー:6
0W、基板温度:230℃で行った。
ecm、HCl2 : 130secm、N2 :2
00secm、圧カニ2.0Torr%RFパワー:6
0W、基板温度:230℃で行った。
次に、スパッタ法により、ゲート絶縁膜として5iOz
tl!j25を500Å堆積させた後、スパッタ法によ
りAl1を堆積しパターニングを行いゲート電FiA2
6を形成した(第2図(d))。
tl!j25を500Å堆積させた後、スパッタ法によ
りAl1を堆積しパターニングを行いゲート電FiA2
6を形成した(第2図(d))。
次に、イオン注入法により、多結晶シリコン薄膜24の
所定の位置にP“を注入し、ソース・ドレイン領域27
を形成した(第2図(e))。
所定の位置にP“を注入し、ソース・ドレイン領域27
を形成した(第2図(e))。
次に、水素の拡散にたいしてバリアとなる第2の絶縁膜
として、第1の絶縁膜22と同様の方法にて、プラズマ
CVD法により、窒化シリコン膜28を5000人堆積
した(第2図(f))。
として、第1の絶縁膜22と同様の方法にて、プラズマ
CVD法により、窒化シリコン膜28を5000人堆積
した(第2図(f))。
次に、N2.Ars N2 、あるいは、それらの混合
ガスの雰囲気下で、水素の拡散にたいしてバリアとなる
第1の絶縁膜として窒素シリコン膜を形成した温度より
高い温度(300t:〜600℃)で熱処理を行った。
ガスの雰囲気下で、水素の拡散にたいしてバリアとなる
第1の絶縁膜として窒素シリコン膜を形成した温度より
高い温度(300t:〜600℃)で熱処理を行った。
次に、所望の領域にコンタクトを開孔し、Al1を堆積
させパターニングしてソース・ドレイン電極29及びゲ
ート電極30を形成した(第2図(・g))。
させパターニングしてソース・ドレイン電極29及びゲ
ート電極30を形成した(第2図(・g))。
本実施例において、ガラス基板上に直接形成した多結晶
シリコン薄膜上に形成したMOSFETと、本実施例に
より作成したMOSFETとの電気特性を測定し比較し
たところ、本実施例にあっては電子移動度は2倍以上、
しきい値電圧の変動幅は1/2以下に縮小された。
シリコン薄膜上に形成したMOSFETと、本実施例に
より作成したMOSFETとの電気特性を測定し比較し
たところ、本実施例にあっては電子移動度は2倍以上、
しきい値電圧の変動幅は1/2以下に縮小された。
このことは、熱処理によって、非晶質シリコン膜23か
ら、多結晶シリコン薄1i24内に水素が拡散し、この
水素が多結晶シリコン薄膜の界面、及び、多結晶シリコ
ン薄@24中の結晶粒界に存在する界面準位を終端し、
準位の数が減少し、下地界面でのバックチャネルの発生
が抑制され、かつ、粒界のポテンシャルバリアが低下し
たためと考えられる。このことは、ESR(ii子スス
ピン共鳴測定をした結果、多結晶シリコン薄膜中のダン
グリングボンドの密度が、熱処理によって、1桁以上低
下していたという事実からも明らかである。
ら、多結晶シリコン薄1i24内に水素が拡散し、この
水素が多結晶シリコン薄膜の界面、及び、多結晶シリコ
ン薄@24中の結晶粒界に存在する界面準位を終端し、
準位の数が減少し、下地界面でのバックチャネルの発生
が抑制され、かつ、粒界のポテンシャルバリアが低下し
たためと考えられる。このことは、ESR(ii子スス
ピン共鳴測定をした結果、多結晶シリコン薄膜中のダン
グリングボンドの密度が、熱処理によって、1桁以上低
下していたという事実からも明らかである。
また、水素の拡散にたいしてバリアなる窒化シリコンl
ff122.28の効果については、例えば、この窒化
シリコン膜28の有無により、多結晶シリコン薄膜24
中に存在する水素の密度が、1×10 ”c m−3の
オーダーから1 x 101gam−3のオーダー以下
に低下していることから、この膜が、水素のout−d
iffusionに対してバリアとして作用しているこ
とが分かった。
ff122.28の効果については、例えば、この窒化
シリコン膜28の有無により、多結晶シリコン薄膜24
中に存在する水素の密度が、1×10 ”c m−3の
オーダーから1 x 101gam−3のオーダー以下
に低下していることから、この膜が、水素のout−d
iffusionに対してバリアとして作用しているこ
とが分かった。
また、この結晶性半導体薄膜上に形成した素子の信頼性
試験においては、高温高温試験によっても、電気特性の
変化は殆ど無く、信頼性も十分なものであった。
試験においては、高温高温試験によっても、電気特性の
変化は殆ど無く、信頼性も十分なものであった。
これは、窒化シリコン膜22が、ガラス基板からのアル
カリイオンの拡散にたいして、ブロッキングしているた
めと考えられる。
カリイオンの拡散にたいして、ブロッキングしているた
めと考えられる。
また、本実施例において、550tの熱処理により、水
素を拡散するのと同時に、ソース・ドレイン領域の活性
化も可能であることが、電気特性の測定から明らかとな
った。
素を拡散するのと同時に、ソース・ドレイン領域の活性
化も可能であることが、電気特性の測定から明らかとな
った。
(実施例2)
本例では、加熱処理工程を、光波長O,aμm1パワー
1000Wのキセノンランプを、N2ガス雰囲気のもと
で、距離約10cmのところから照射することにより行
った。このとき、キセノンランプの実行パワーは、40
W/c+m’程度と考えられる。
1000Wのキセノンランプを、N2ガス雰囲気のもと
で、距離約10cmのところから照射することにより行
った。このとき、キセノンランプの実行パワーは、40
W/c+m’程度と考えられる。
他の工程は実施例1と同様に行った。
本例でも、水素の拡散にたいしてバリアとなる窒化シリ
コン膜22.28の効果については、例えば、この窒化
シリコン膜28の有無により、多結晶シリコン薄膜24
中に存在する水素の密度が、I X 10’°am−’
のオーダーから1×101″cm−’のオーダー以下に
低下していることがら、この膜が、水素のout−di
ffusionに対してバリアとして作用していること
が分かった。
コン膜22.28の効果については、例えば、この窒化
シリコン膜28の有無により、多結晶シリコン薄膜24
中に存在する水素の密度が、I X 10’°am−’
のオーダーから1×101″cm−’のオーダー以下に
低下していることがら、この膜が、水素のout−di
ffusionに対してバリアとして作用していること
が分かった。
また、信頼性試験においては、高温高温試験によっても
、電気特性の変化は殆どなく、信頼性も実施例1と同様
十分なものであった。
、電気特性の変化は殆どなく、信頼性も実施例1と同様
十分なものであった。
これは、窒化シリコン膜22が、ガラス基板からのアル
カリイオンの拡散にたいして、ブロッキングしているた
めと考えられる。
カリイオンの拡散にたいして、ブロッキングしているた
めと考えられる。
また、本実施例において、光照射により、水素を拡散す
るのと同時に、ソース・ドレイン領域の活性化も可能で
あることが、電気特性の測定から明らかとなった。
るのと同時に、ソース・ドレイン領域の活性化も可能で
あることが、電気特性の測定から明らかとなった。
さらに、このとき、選択的に界面準位近傍が加熱された
ために、ソース・ドレイン領域27の不純物の拡散は起
こっていないことも確かめられた。
ために、ソース・ドレイン領域27の不純物の拡散は起
こっていないことも確かめられた。
(実施例3)
本例では、実施例1で述べた、ゲート絶縁膜24の5i
Oz500人のかわりに、第3の実施例として、ゲート
絶縁膜として、水素の拡散に対してバリアとなる絶縁膜
としてプラズマCVD法により窒化酸化シリコン膜を5
00人堆積させた。窒化酸化シリコン膜は、よく知られ
ているように、膜中の窒素と酸素の組成比をうまく選ぶ
ことで、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜の両方の性質
を兼ね備えることが可能である。ここでは、S i H
4/ N H3/ N 20混合ガス系を用いて、堆積
条件を再適化することにより、膜の組成比をSiに対し
てNが3.0〜2になるようにした。
Oz500人のかわりに、第3の実施例として、ゲート
絶縁膜として、水素の拡散に対してバリアとなる絶縁膜
としてプラズマCVD法により窒化酸化シリコン膜を5
00人堆積させた。窒化酸化シリコン膜は、よく知られ
ているように、膜中の窒素と酸素の組成比をうまく選ぶ
ことで、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜の両方の性質
を兼ね備えることが可能である。ここでは、S i H
4/ N H3/ N 20混合ガス系を用いて、堆積
条件を再適化することにより、膜の組成比をSiに対し
てNが3.0〜2になるようにした。
他の工程は実施例1と同様である。
本実施例において、水素の拡散にたいしてノくリアとな
る第2の絶縁膜として、窒化酸化シリコン膜を用いても
、多結晶シリコン薄膜中の水素の密度は、窒化シリコン
膜を用いた場合と全く変化無かった。
る第2の絶縁膜として、窒化酸化シリコン膜を用いても
、多結晶シリコン薄膜中の水素の密度は、窒化シリコン
膜を用いた場合と全く変化無かった。
また、ゲート絶縁膜として窒化酸化シリコン膜を用いた
が、これについても、SiO3膜を用し)た場合と比較
して、電気特性の劣化は、殆ど認められなかった。
が、これについても、SiO3膜を用し)た場合と比較
して、電気特性の劣化は、殆ど認められなかった。
また、熱処理のかわりに、第2の実施例で述べた光照射
を行っても、同様の効果が得られた。
を行っても、同様の効果が得られた。
(実施例4)
実施例1で述べた、非晶質シリコン薄膜23の堆積をす
る際、ここでは、第4の実施例として、S i H,ガ
ス中に82Haガスを11000pp程度混ぜ、非晶質
シリコン薄膜23の堆積を行った。
る際、ここでは、第4の実施例として、S i H,ガ
ス中に82Haガスを11000pp程度混ぜ、非晶質
シリコン薄膜23の堆積を行った。
他の工程は、実施例1と同様である。RFダグロー放電
法形成した非晶質シリコンは、その膜中に水素を多量に
含んでいることは先に述べたが、ダグリングボンド等の
構造欠陥が、この水素で終端されていることから、はう
素などのアクセプタ型不純物を導入することによりP型
制御ができ、また、煩累などのドナー型不純物を導入す
ることによりN型制御ができることが知られてし)る。
法形成した非晶質シリコンは、その膜中に水素を多量に
含んでいることは先に述べたが、ダグリングボンド等の
構造欠陥が、この水素で終端されていることから、はう
素などのアクセプタ型不純物を導入することによりP型
制御ができ、また、煩累などのドナー型不純物を導入す
ることによりN型制御ができることが知られてし)る。
本実施例では、SiH<ガス中にB2H6ガスを混ぜる
ことにより、非晶質シリコン薄膜23は、P型の導電型
を示す。これにより、ソース・ドレイン領域27のPo
とは、反対の導電型のP型の領域が、結晶性半導体薄膜
24と、絶縁膜22との間に形成されることになり、バ
ックチャネルの形成を、さらに抑制する効果゛を生じる
。
ことにより、非晶質シリコン薄膜23は、P型の導電型
を示す。これにより、ソース・ドレイン領域27のPo
とは、反対の導電型のP型の領域が、結晶性半導体薄膜
24と、絶縁膜22との間に形成されることになり、バ
ックチャネルの形成を、さらに抑制する効果゛を生じる
。
このときにも、熱処理により、非晶質シリコン薄膜23
中の水素が、水素の拡散にたいしてバリアとなる絶11
i22,25で囲まれた非晶質シリコン薄膜23、およ
び、結晶性シリコン薄膜24中に有効に拡散し、非晶質
シリコン薄膜中の欠陥準位や、結晶性シリコン薄膜中の
欠陥準位や、粒界に存在する界面準位を終端し、トラッ
プ準位の数を減らすことができる。
中の水素が、水素の拡散にたいしてバリアとなる絶11
i22,25で囲まれた非晶質シリコン薄膜23、およ
び、結晶性シリコン薄膜24中に有効に拡散し、非晶質
シリコン薄膜中の欠陥準位や、結晶性シリコン薄膜中の
欠陥準位や、粒界に存在する界面準位を終端し、トラッ
プ準位の数を減らすことができる。
本実施例においても、MOSFETの電気特性の改善に
たいして、第1の実施例と同様の効果りく得られ、特に
、off特性に関しては、ノくツクチャネルの形成が抑
えられたことにより、さらに優れた改善効果を得た。
たいして、第1の実施例と同様の効果りく得られ、特に
、off特性に関しては、ノくツクチャネルの形成が抑
えられたことにより、さらに優れた改善効果を得た。
また、熱処理のかわりに、実施例2で述べた光照射を行
っても、同様の効果が得られた。
っても、同様の効果が得られた。
なお、本実施例は、ソース・ドレイン領域′27の導電
型とは反対の導電型を示す非晶買シリコン薄膜23の堆
積を行うところに木質がある。したがって、ソース・ド
レイン領域27の導電型がN型の場合には、非晶質シリ
コン薄膜の導電型を、P型にすれば良い。これは、例え
ば、非晶質シリコン薄膜23の堆積する際に、SiH4
ガス中にPH4ガスを11000pp程度混ぜ、非晶質
シリコン薄ll123の堆積を行えば実現できる。
型とは反対の導電型を示す非晶買シリコン薄膜23の堆
積を行うところに木質がある。したがって、ソース・ド
レイン領域27の導電型がN型の場合には、非晶質シリ
コン薄膜の導電型を、P型にすれば良い。これは、例え
ば、非晶質シリコン薄膜23の堆積する際に、SiH4
ガス中にPH4ガスを11000pp程度混ぜ、非晶質
シリコン薄ll123の堆積を行えば実現できる。
[発明の効果]
本発明によれば、半導体fifM!下地界面の界面準位
を減らし、バックチャネル効果を抑制することができ、
かつ、シリコン薄膜内に存在する準位をも低減でき、そ
の結果、しきい値電圧の変動幅の縮小やキャリア移動度
の向上等、TPTの電気的特性を向上させることができ
た。
を減らし、バックチャネル効果を抑制することができ、
かつ、シリコン薄膜内に存在する準位をも低減でき、そ
の結果、しきい値電圧の変動幅の縮小やキャリア移動度
の向上等、TPTの電気的特性を向上させることができ
た。
また、水素の導入源として、本発明では、水素を含んだ
非晶質半導体薄膜を形成しているため、容易に、しかも
、半導体薄膜にダメージを与えることなく水素の導入を
行うことができる。
非晶質半導体薄膜を形成しているため、容易に、しかも
、半導体薄膜にダメージを与えることなく水素の導入を
行うことができる。
この結果、安価なガラス基板上に、電気特性、及び、(
X頼性の優れたTPTを、容易に形成することができる
ようになった。
X頼性の優れたTPTを、容易に形成することができる
ようになった。
なお、水素の拡散にたいしてバリアとなる絶縁膜として
、窒化シリコン膜を用いることにより、基板からのNa
”などのアルカリイオンの侵入をブロッキングすること
ができ、TPTの信頼性が向上させることができる。
、窒化シリコン膜を用いることにより、基板からのNa
”などのアルカリイオンの侵入をブロッキングすること
ができ、TPTの信頼性が向上させることができる。
第1図は、本発明により作成したMOSFETの断面図
であり、第2図は本発明の実施例における工程を示す模
式的断面図であり、第3図は、従来技術の問題点を説明
するための断面図である。 (符号の説明) 21.31・・・基板、22・・・水素の拡散にたり)
シてバリアとなる第tの絶H1i、t 2,24・・・
半導体薄膜、23・・・水素を含んだ非晶質半導体薄膜
、25・・・ゲート絶縁膜、27・・・ソース・ドレイ
ン、2B・・・水素の拡散にたいしてバリアとなる第、
2の絶縁膜、29.30・・・電極。 第 図 第 図 (a) (e) (b)
であり、第2図は本発明の実施例における工程を示す模
式的断面図であり、第3図は、従来技術の問題点を説明
するための断面図である。 (符号の説明) 21.31・・・基板、22・・・水素の拡散にたり)
シてバリアとなる第tの絶H1i、t 2,24・・・
半導体薄膜、23・・・水素を含んだ非晶質半導体薄膜
、25・・・ゲート絶縁膜、27・・・ソース・ドレイ
ン、2B・・・水素の拡散にたいしてバリアとなる第、
2の絶縁膜、29.30・・・電極。 第 図 第 図 (a) (e) (b)
Claims (8)
- (1)絶縁基体上に、結晶性半導体薄膜を形成して成る
半導体装置の製造方法において、前記結晶性半導体薄膜
の上下両側に、水素の拡散にたいしてバリアとなる第1
、第2の絶縁膜をそれぞれ形成する工程と、前記半導体
薄膜と前記絶縁膜の間の少なくとも一方に、水素を含ん
だ非晶質半導体薄膜を形成する工程と、その後、熱処理
または光照射の少なくとも一方を行う工程と、を含むこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。 - (2)前記第1、第2の絶縁膜の形成工程は、減圧CV
D法、あるいは、プラズマCVD法により窒化シリコン
膜を形成する工程であることを特徴とする請求項1記載
の半導体装置の製造方法。 - (3)前記第1、第2の絶縁膜の形成工程は、プラズマ
CVD法により窒化酸化シリコン膜を形成する工程であ
ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方
法。 - (4)前記結晶性半導体薄膜材料が、シリコンであるこ
とを特徴とする請求項1ないし請求項3記載の半導体装
置の製造方法。 - (5)前記非晶質半導体薄膜材料が、RFグロー放電法
で形成した非晶質シリコンであることを特徴とする請求
項1ないし請求項4記載の半導体装置の製造方法。 - (6)前記加熱処理の温度が、300℃〜600℃の範
囲であることを特徴とする請求項1ないし請求項5記載
の半導体装置の製造方法。 - (7)加熱処理は、照射光を照射することにより行うこ
とを特徴とする請求項1ないし請求項6記載の半導体装
置の製造方法。 - (8)照射光は、近赤外光であることを特徴とする請求
項7記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32457889A JPH03185735A (ja) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32457889A JPH03185735A (ja) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03185735A true JPH03185735A (ja) | 1991-08-13 |
Family
ID=18167383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32457889A Pending JPH03185735A (ja) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03185735A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5849611A (en) * | 1992-02-05 | 1998-12-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for forming a taper shaped contact hole by oxidizing a wiring |
| JP2000228525A (ja) * | 1999-02-05 | 2000-08-15 | Nec Corp | 多結晶シリコン薄膜トランジスタとその製造方法 |
| JP2005340775A (ja) * | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Samsung Sdi Co Ltd | 薄膜トランジスタ及びその製造方法と、薄膜トランジスタを含む平板表示装置及びその製造方法 |
| US7855106B2 (en) | 1991-08-26 | 2010-12-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for forming the same |
-
1989
- 1989-12-14 JP JP32457889A patent/JPH03185735A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7855106B2 (en) | 1991-08-26 | 2010-12-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for forming the same |
| US5849611A (en) * | 1992-02-05 | 1998-12-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for forming a taper shaped contact hole by oxidizing a wiring |
| US6147375A (en) * | 1992-02-05 | 2000-11-14 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Active matrix display device |
| US6476447B1 (en) | 1992-02-05 | 2002-11-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Active matrix display device including a transistor |
| JP2000228525A (ja) * | 1999-02-05 | 2000-08-15 | Nec Corp | 多結晶シリコン薄膜トランジスタとその製造方法 |
| JP2005340775A (ja) * | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Samsung Sdi Co Ltd | 薄膜トランジスタ及びその製造方法と、薄膜トランジスタを含む平板表示装置及びその製造方法 |
| US7554118B2 (en) | 2004-05-28 | 2009-06-30 | Samsung Mobile Display Co., Ltd. | Thin film transistor, flat panel display having the same and a method of fabricating each |
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