JPH03185736A - 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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- JPH03185736A JPH03185736A JP32457989A JP32457989A JPH03185736A JP H03185736 A JPH03185736 A JP H03185736A JP 32457989 A JP32457989 A JP 32457989A JP 32457989 A JP32457989 A JP 32457989A JP H03185736 A JPH03185736 A JP H03185736A
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- Japan
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- hydrogen
- film
- thin film
- semiconductor device
- manufacturing
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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】
[a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2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2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。
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[33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34
゜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[33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34
゜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、
チャ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、
チャ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C含まれるNa”な
どのアルカリイオン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
ン等の半導体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C含まれるNa”な
どのアルカリイオン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
ン等の半導体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が行われてきた。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が行われてきた。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。
[nB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amをそれぞれ
形成する工程と、前記結晶性半導体薄膜中に水素を導入
する工程と、光を照射し、前記結晶性半導体薄膜の粒界
近傍または界面近傍の局所部分のみを加熱する工程と、
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amをそれぞれ
形成する工程と、前記結晶性半導体薄膜中に水素を導入
する工程と、光を照射し、前記結晶性半導体薄膜の粒界
近傍または界面近傍の局所部分のみを加熱する工程と、
を含むことを特徴とする。
[作用]
本発明では、結晶性半導体薄膜に水素を導入し、かつ光
照射することにより、結晶性半導体薄膜内の結晶粒界や
欠陥あるいは結晶性半導体薄膜と基体との界面などが、
選択的に加熱し、こうした場所に存在するトラップ準位
が有効に水素で終端し、トラップ準位の数を減らすこと
ができるので、TPT等の半導体装置の電気特性を向上
させることが期待できる。
照射することにより、結晶性半導体薄膜内の結晶粒界や
欠陥あるいは結晶性半導体薄膜と基体との界面などが、
選択的に加熱し、こうした場所に存在するトラップ準位
が有効に水素で終端し、トラップ準位の数を減らすこと
ができるので、TPT等の半導体装置の電気特性を向上
させることが期待できる。
また、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、半導体薄膜と基体との界面などを、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。
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、半導体薄膜と基体との界面などを、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、結晶性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。
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。
また、半導体薄膜上に、水素の拡散にたいしてバリアと
なる絶縁膜を形成しているため、薄膜中に拡散した水素
のout−diffusionを防止し、上述の効果を
さらに安定して得ることが期待できる。
なる絶縁膜を形成しているため、薄膜中に拡散した水素
のout−diffusionを防止し、上述の効果を
さらに安定して得ることが期待できる。
なお、水素の拡散にたいしてバリアとなる絶縁膜として
、窒化シリコン膜を基体と結晶性半導体薄膜との間に形
成する場合には、ガラスなどの基体からのNa”などの
アルカリイオンに対するブロッキングの効果も生じ、信
頼性の向上はさらに期待できる。
、窒化シリコン膜を基体と結晶性半導体薄膜との間に形
成する場合には、ガラスなどの基体からのNa”などの
アルカリイオンに対するブロッキングの効果も生じ、信
頼性の向上はさらに期待できる。
[実施態様例]
以下に図面を参照しながら本発明の好適な実施態様につ
いて説明する。
いて説明する。
(第1実施態様例)
第1図は、本発明方法により製造した半導体装置例の断
面図である。
面図である。
本発明の第1の実施態様としては、まず、ガラス等の絶
縁基板21上に、水素の拡散にたいしてバリアとなる第
1の絶縁膜・とじて、例えば、プラズマCVD法により
、基板温度200t:〜300℃で窒化シリコン1i2
2を形成する0本例ではこの窒化シリコン膜22中には
数%〜数十%の水素を含ませておく。
縁基板21上に、水素の拡散にたいしてバリアとなる第
1の絶縁膜・とじて、例えば、プラズマCVD法により
、基板温度200t:〜300℃で窒化シリコン1i2
2を形成する0本例ではこの窒化シリコン膜22中には
数%〜数十%の水素を含ませておく。
その後、窒化シリコン1II22を形成した時の温度と
同程度かそれ以下の温度で結晶性半導体薄膜として例え
ば結晶性シリコン薄膜23を形成する。結晶性シリコン
薄@23としては、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(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、成膜雰囲気
中へのHCf等のハロゲン化水素ガスの添加効果によっ
てえられた大粒径多結晶シリコンや、本出願人が特願昭
62−73629号公報、特願昭62−73630号公
報で提案しているところの大粒径多結晶シリコンや、本
出願人が特開昭63−107016号公報で提案してい
るところの非晶質基板上に形成した単結晶シリコン等が
用いられる。
同程度かそれ以下の温度で結晶性半導体薄膜として例え
ば結晶性シリコン薄膜23を形成する。結晶性シリコン
薄@23としては、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(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、成膜雰囲気
中へのHCf等のハロゲン化水素ガスの添加効果によっ
てえられた大粒径多結晶シリコンや、本出願人が特願昭
62−73629号公報、特願昭62−73630号公
報で提案しているところの大粒径多結晶シリコンや、本
出願人が特開昭63−107016号公報で提案してい
るところの非晶質基板上に形成した単結晶シリコン等が
用いられる。
次に、水素の拡散にたいしてバリアとなる第2の絶縁膜
24を結晶性シリコン23上に形成する。水素の拡散に
たいしてバリアとなる第2の絶縁1]i24としては、
減圧CVD法で形成した窒化シリコン膜や、第1の絶縁
膜と同様にして、プラズマCVD法で形成した窒化シリ
コン膜や窒化酸化シリコン膜を用いることができる。
24を結晶性シリコン23上に形成する。水素の拡散に
たいしてバリアとなる第2の絶縁1]i24としては、
減圧CVD法で形成した窒化シリコン膜や、第1の絶縁
膜と同様にして、プラズマCVD法で形成した窒化シリ
コン膜や窒化酸化シリコン膜を用いることができる。
次に、照射光として、例えば近赤外光を、結晶性シリコ
ン薄1i23の界面近傍、結晶粒界近傍に照射する。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、シリコン薄膜23中で、電子・正孔対が発生する。
ン薄1i23の界面近傍、結晶粒界近傍に照射する。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、シリコン薄膜23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、シリコン薄膜
の結晶の中を、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、粒界
、欠陥、または界面に達したものは、そこに存在するダ
グリングボンドなどに起因する捕獲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、シリコン薄膜中に含まれる粒界、欠陥、
または界面が、選択的に、電子・正孔再結合(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、粒界
、欠陥、または界面の捕獲準位を、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。
の結晶の中を、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、粒界
、欠陥、または界面に達したものは、そこに存在するダ
グリングボンドなどに起因する捕獲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、シリコン薄膜中に含まれる粒界、欠陥、
または界面が、選択的に、電子・正孔再結合(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、粒界
、欠陥、または界面の捕獲準位を、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。
、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(例えば、可視光
、赤外光など)では、光の持っているエネルギーが高く
、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、基板の加熱、水
素の離脱、ドーピングされた不純物の拡散を弓き起こし
てしまう。
、赤外光など)では、光の持っているエネルギーが高く
、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、基板の加熱、水
素の離脱、ドーピングされた不純物の拡散を弓き起こし
てしまう。
逆に、0.8μmよりも十分に波長の長い光(例えば、
波長1〜数μmの光)では、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
合を起こし発熱してしまう、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。
波長1〜数μmの光)では、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
合を起こし発熱してしまう、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、本発明では最適である。
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、本発明では最適である。
また、このときC発生する熱は、薄膜中の水素の拡散が
起こり始める300℃より高く、また、薄膜中の水素が
再び外へ拡散しない600℃よりも低い温度で行うこと
が好ましく、これは、照射光の光量を調節することで実
現できる。
起こり始める300℃より高く、また、薄膜中の水素が
再び外へ拡散しない600℃よりも低い温度で行うこと
が好ましく、これは、照射光の光量を調節することで実
現できる。
この光照射を行う際の雰囲気ガスとしては、N、、Ar
、H,あるいはそれらの混合ガスなどがあげられる。
、H,あるいはそれらの混合ガスなどがあげられる。
この光照射中に、窒化シリコン膜中に存在する水素が、
結晶性シリコン薄膜中に拡散することにより、選択的に
加熱された下地界面に存在する界面準位や、結晶性シリ
コン薄膜中の欠陥準位や、結晶性シリコンの粒界に存在
する界面準位を終端し、下地界面でのバックチャネルの
発生を抑制し、かつ、粒界のポテンシャルを小さくし、
移動度を大きくする。
結晶性シリコン薄膜中に拡散することにより、選択的に
加熱された下地界面に存在する界面準位や、結晶性シリ
コン薄膜中の欠陥準位や、結晶性シリコンの粒界に存在
する界面準位を終端し、下地界面でのバックチャネルの
発生を抑制し、かつ、粒界のポテンシャルを小さくし、
移動度を大きくする。
また、基板と結晶性シリコン薄膜との間に窒化シリコン
膜を形成することで、ガラス等の基板からの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、信頼性がより一層向上する。
膜を形成することで、ガラス等の基板からの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、信頼性がより一層向上する。
また、結晶性シリコン薄膜両面に、水素の拡散に対して
バリアとなる絶縁膜を形成することにより、熱処理によ
って水素が拡散する際、結晶性シリコン薄膜表面からの
out−diffusionを防止でき、水素によるパ
シベーション効果をさらに高めることができる。
バリアとなる絶縁膜を形成することにより、熱処理によ
って水素が拡散する際、結晶性シリコン薄膜表面からの
out−diffusionを防止でき、水素によるパ
シベーション効果をさらに高めることができる。
(第2実施態様例〉
第1実施態様例では、窒化シリコンwA22中には数%
〜数十%の水素を含ませていたが、本例ではそれに替え
、プラズマCVD装置を用いて、チャンバー内に水素ガ
スを導入した後、放電を起し、水素プラズマにより、結
晶性シリコン薄膜中に水素を導入する。
〜数十%の水素を含ませていたが、本例ではそれに替え
、プラズマCVD装置を用いて、チャンバー内に水素ガ
スを導入した後、放電を起し、水素プラズマにより、結
晶性シリコン薄膜中に水素を導入する。
本例でも、光照射を行うが、この光照射中に、プラズマ
中から導入された水素が、結晶性シリコン薄膜中に拡散
することにより、選択的に加熱された下地界面に存在す
る界面準位や結晶性シリコン薄膜中の欠陥準位や、結晶
性シリコンの粒界に存在する界面準位を終端し、下地界
面での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、移動度を大きくする。また、こ
の光照射中に発生する熱は水素の拡散が起こり始める3
00℃より高く、また、膜中の水素が再び外へ拡散しな
い600℃よりも低い温度で行う必要があり、これは、
照射光の光量を調節することで実現できることは第1実
施態様例と同様である。
中から導入された水素が、結晶性シリコン薄膜中に拡散
することにより、選択的に加熱された下地界面に存在す
る界面準位や結晶性シリコン薄膜中の欠陥準位や、結晶
性シリコンの粒界に存在する界面準位を終端し、下地界
面での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、移動度を大きくする。また、こ
の光照射中に発生する熱は水素の拡散が起こり始める3
00℃より高く、また、膜中の水素が再び外へ拡散しな
い600℃よりも低い温度で行う必要があり、これは、
照射光の光量を調節することで実現できることは第1実
施態様例と同様である。
(第3実施態様例)
本例では、窒化シリコン膜22中には数%〜数十%の水
素を含ませておくことに替え、水素を、通常のイオン注
入方法により、結晶性シリコン薄膜中に導入する。
素を含ませておくことに替え、水素を、通常のイオン注
入方法により、結晶性シリコン薄膜中に導入する。
本例でも、光照射を行うが、この光照射中に、イオン注
入法により注入された水素が、結晶性シリコン薄膜中に
拡散することにより、選択的に加熱された下地界面に存
在する界面単位や、結晶性シリコン薄膜中の欠陥準位や
、結晶性シリコンの粒界に存在する界面準位を終端し、
下地界面での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、移動度を大きくする。
入法により注入された水素が、結晶性シリコン薄膜中に
拡散することにより、選択的に加熱された下地界面に存
在する界面単位や、結晶性シリコン薄膜中の欠陥準位や
、結晶性シリコンの粒界に存在する界面準位を終端し、
下地界面での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、移動度を大きくする。
*fS7e>専昭鼾中り一讐串する軌は、水素の拡散が
起こり始める300℃より高く、また、膜中の水素が再
び外へ拡散しない600℃よりも低い温度で行う必要が
あり、これは、照射光の光量を調節することで実現でき
ることは第1実施態様例と同様である。
起こり始める300℃より高く、また、膜中の水素が再
び外へ拡散しない600℃よりも低い温度で行う必要が
あり、これは、照射光の光量を調節することで実現でき
ることは第1実施態様例と同様である。
[実施例]
本発明の実施例を、図面を用いて詳細に述べる。
第2図は、本発明によるMOSFETの製造工程を示す
模式的断面図である。
模式的断面図である。
(実施例1)
ガラス基板上2′1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、SiH
,/NH3混合ガス系により、窒化シリコン膜22を1
000人堆積した。堆積条件としては、平行平板型プラ
ズマCVD装置を用い、5in4 (10%H2希釈)
流量15scan、NH2流量10105c、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。この条件で堆積した
窒化シリコン膜中には、IR(赤外分光)分析の結果、
約10%の水素が含まれていることが分かった(第2図
(a)〉。
なる第1の絶縁膜として、プラズマCVD法で、SiH
,/NH3混合ガス系により、窒化シリコン膜22を1
000人堆積した。堆積条件としては、平行平板型プラ
ズマCVD装置を用い、5in4 (10%H2希釈)
流量15scan、NH2流量10105c、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。この条件で堆積した
窒化シリコン膜中には、IR(赤外分光)分析の結果、
約10%の水素が含まれていることが分かった(第2図
(a)〉。
次に、FtFブラズvCVD法により、S i H。
Cftz / HCJl / H2混合ガス系にて、窒
化シリコン膜22上に、多結晶シリコン薄膜23を10
00人堆積した。堆積条件としては、5i)(、(u2
:Q、9sccm、HCl2:130secm、H,:
200sccm、圧カニ2、0Torr%RFpowe
r : 60W、基板温度=230℃で行った。この条
件下では、窒化シリコン膜22上には、粒径が約1゜0
μmの多結晶シリコン薄膜が堆積した(第2図(b))
。
化シリコン膜22上に、多結晶シリコン薄膜23を10
00人堆積した。堆積条件としては、5i)(、(u2
:Q、9sccm、HCl2:130secm、H,:
200sccm、圧カニ2、0Torr%RFpowe
r : 60W、基板温度=230℃で行った。この条
件下では、窒化シリコン膜22上には、粒径が約1゜0
μmの多結晶シリコン薄膜が堆積した(第2図(b))
。
次に、スパッタ法により、ゲート絶縁膜として5i02
膜24を500人堆積させた後、スパッタ法によりAn
を堆積し、バターニングを行いゲート電極25を形成し
た(第2図(C))。
膜24を500人堆積させた後、スパッタ法によりAn
を堆積し、バターニングを行いゲート電極25を形成し
た(第2図(C))。
次に、イオン注入法により、P9を注入し、ソース・ド
レイン領域26を形成した(第2図(d))。
レイン領域26を形成した(第2図(d))。
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27を5000人堆積
した。
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27を5000人堆積
した。
次に、光波長0.8μm、パワー1000Wのキセノン
ランプをH,ガス雰囲気のもとで距離約10cmのとこ
ろから照射した。このときキセノンランプの実行パワー
は、40W/cm’程度と考えられる(第2図(e))
。
ランプをH,ガス雰囲気のもとで距離約10cmのとこ
ろから照射した。このときキセノンランプの実行パワー
は、40W/cm’程度と考えられる(第2図(e))
。
次ニ、所望の領域にコンタクトを開孔し、AJ2を堆積
させバターニングしてソース、ドレイン電極28及びゲ
ート電極29を形成した。
させバターニングしてソース、ドレイン電極28及びゲ
ート電極29を形成した。
ガラス基板上に直接多結晶シリコン薄膜を形成した基板
に形成したMOS F ETと、本実施例により作成し
たMOS F ETの電気特性の測定の比較したところ
、本例では、電子移動度は2倍以上となり、しきい値電
圧の変動幅は1/2以下に縮小された。
に形成したMOS F ETと、本実施例により作成し
たMOS F ETの電気特性の測定の比較したところ
、本例では、電子移動度は2倍以上となり、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、窒化シリコン膜22から
、多結晶シリコン薄膜23中に水素が拡散し、下地界面
、及び、多結晶シリコン薄II!23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(電子スピン共鳴)測定をした結果、多結
晶シリコンfil@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。
、多結晶シリコン薄膜23中に水素が拡散し、下地界面
、及び、多結晶シリコン薄II!23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(電子スピン共鳴)測定をした結果、多結
晶シリコンfil@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。
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26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26の不純物の拡散は起
こっていないことも確かめられた。
また、水素の拡散にたいしてバリアとなる窒化シリコン
1i22,27の効果については、例えば、この窒化シ
リコン1i27の有無により、多結晶シリコン薄膜23
中に存在する水素の密度が、I X 10”am−’の
オーダーから1X10”Cm−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−diff
usionに対してバリアとして作用していることが分
かった。
1i22,27の効果については、例えば、この窒化シ
リコン1i27の有無により、多結晶シリコン薄膜23
中に存在する水素の密度が、I X 10”am−’の
オーダーから1X10”Cm−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−diff
usion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無く、信頼性も十分なものであ
った。
、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、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。
(実施例2)
第1の実施例で用いた、ゲート絶縁@24の5i025
00Åのかわりに、第2の実施例として、スパッタ法に
よりS i 02膜を200人、つづいて、水素の拡散
にたいしてバリアとなる絶縁膜として、プラズマCVD
法により、窒化シリコン膜を300人堆積させた後、ゲ
ート電極25を形成した。s i 02 @を先に堆積
させたのは、よく知られたように、窒化シリコン膜だけ
で、ゲート絶+1!膜を構成したときの膜中の分極によ
るMOSFETの電気的特性の劣化を防ぐためである。
00Åのかわりに、第2の実施例として、スパッタ法に
よりS i 02膜を200人、つづいて、水素の拡散
にたいしてバリアとなる絶縁膜として、プラズマCVD
法により、窒化シリコン膜を300人堆積させた後、ゲ
ート電極25を形成した。s i 02 @を先に堆積
させたのは、よく知られたように、窒化シリコン膜だけ
で、ゲート絶+1!膜を構成したときの膜中の分極によ
るMOSFETの電気的特性の劣化を防ぐためである。
他の工程は、第1の実施例と同様である。
本実施例において、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、窒化シリコン膜の膜厚を300人
としても、多結晶シリコン薄膜中の水素の密度は、窒化
シリコン膜厚を5000人とした場合と全く変化無かっ
た。
第2の絶縁膜として、窒化シリコン膜の膜厚を300人
としても、多結晶シリコン薄膜中の水素の密度は、窒化
シリコン膜厚を5000人とした場合と全く変化無かっ
た。
また、保護膜として、Sin、膜5000人を用いた場
合についても、水素の密度に変化はなかったことから、
窒化シリコンll[300λでも十分バリアとして作用
していることが分かった。
合についても、水素の密度に変化はなかったことから、
窒化シリコンll[300λでも十分バリアとして作用
していることが分かった。
また、ゲート絶縁膜として窒化シリコン膜と酸化シリコ
ン膜の2層構造を用いたが、これについても、s i
0211iを用いた場合と比較して、電気特性の劣化は
、殆ど認められなかった。
ン膜の2層構造を用いたが、これについても、s i
0211iを用いた場合と比較して、電気特性の劣化は
、殆ど認められなかった。
また、本実施例では、バリア膜として、プラズマCVD
法による窒化シリコン膜を用いたが、減圧CVD法によ
り堆積した窒化シリコン膜を用いても、同様の効果があ
った。
法による窒化シリコン膜を用いたが、減圧CVD法によ
り堆積した窒化シリコン膜を用いても、同様の効果があ
った。
(実施例3)
第1の実施例で述べた、ゲート絶縁膜24の5i025
00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Cより窒化酸化シリコン膜500λ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、
シリコン膜と窒化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、SiH4/NH3/
N20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が1に対してNは3.0〜2
になるようにした。
00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Cより窒化酸化シリコン膜500λ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、
シリコン膜と窒化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、SiH4/NH3/
N20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が1に対してNは3.0〜2
になるようにした。
他の工程は第1の実施例と同様である。
本実施例において、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、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。
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、5i02膜を用いた場合と比較し
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、5i02膜を用いた場合と比較し
て、電気特性の劣化は、殆ど認められなかった。
(実施例4)
第1の実施例で述べた、ゲート絶縁II!24のSin
、500λを堆積し、ゲート電極25を形成したのちに
、ここでは、水素の導入法として、N4の実施例として
、平行平板型プラズマCVD装置を用い、水素プラズマ
を照射した。
、500λを堆積し、ゲート電極25を形成したのちに
、ここでは、水素の導入法として、N4の実施例として
、平行平板型プラズマCVD装置を用い、水素プラズマ
を照射した。
水素プラズマ条件としては、圧力0.16Torr、放
電出力600W、基板温度300℃、照射時間30分で
行なった。
電出力600W、基板温度300℃、照射時間30分で
行なった。
他の工程は、第1の実施例と同様である。
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が得られた。
たいして、第1の実施例と同様の効果が得られた。
(実施例5)
第1の実施例で述べた、ゲート絶!1WA24の5i0
2500人を堆積し、ゲート電極25を形成したのちに
、ここでは、水素の導入法として、第5の実施例として
、イオン注入法により、水素を、ドーズ量IE16cm
−”、加速電圧2゜keVの条件で、多結晶シリコン薄
膜全面に注入した。
2500人を堆積し、ゲート電極25を形成したのちに
、ここでは、水素の導入法として、第5の実施例として
、イオン注入法により、水素を、ドーズ量IE16cm
−”、加速電圧2゜keVの条件で、多結晶シリコン薄
膜全面に注入した。
他の工程は、第1の実施例と同様である。
本実施例においても、MOSFETの電気特性の改善に
対して、第1の実施例と同様の効果が得られた。
対して、第1の実施例と同様の効果が得られた。
以上、本実施例において、結晶性半導体薄膜としては、
本出願人が提案しているプラズマCVD法にて形成した
大粒多結晶シリコン、および、プラズマCVD法により
形成した非晶質シリコンを熱処理にて結晶化した多結晶
シリコンについてその効果を示したが、他の結晶性半導
体薄膜、例えば、減圧CVD法により形成された多結晶
シリコンや、多結晶シリコンにSi1を注入して非晶質
化した非晶質シリコンをアニールし、再結晶化したもの
や、本出願人が特願昭62−73629号公報、特願昭
62−73630号公報で提案しているところの大粒径
多結晶シリコンや、本出願人が特開昭63−10701
6号公報で提案しているところの非晶質基板上に形成し
た単結晶シリコンなどを用いても、同様の効果があった
ことは言うまでもない。
本出願人が提案しているプラズマCVD法にて形成した
大粒多結晶シリコン、および、プラズマCVD法により
形成した非晶質シリコンを熱処理にて結晶化した多結晶
シリコンについてその効果を示したが、他の結晶性半導
体薄膜、例えば、減圧CVD法により形成された多結晶
シリコンや、多結晶シリコンにSi1を注入して非晶質
化した非晶質シリコンをアニールし、再結晶化したもの
や、本出願人が特願昭62−73629号公報、特願昭
62−73630号公報で提案しているところの大粒径
多結晶シリコンや、本出願人が特開昭63−10701
6号公報で提案しているところの非晶質基板上に形成し
た単結晶シリコンなどを用いても、同様の効果があった
ことは言うまでもない。
[発明の効果]
本発明によれば、半導体薄膜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、
半導体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!/r[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。
し、バックチャネル効果を抑制することができ、かつ、
半導体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!/r[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。
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場合には、基体からの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た。
、窒化シリコン膜を用いる場合には、基体からの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た。
この結果、安価なガラス基板上に、電気特性、及び、信
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。
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。
第1図は、本発明を特徴づける半導体装置の断面図であ
る。第2図は、本発明によるMOSFETの製造工程を
示す模式的断面図である。第3図は従来技術の問題点を
説明するための該略図である。 (記号の説明) 21・・・基板、22・・・水素の拡散にたいしてバリ
アとなる第1の絶縁膜、23.32・・・半導体薄膜、
27・・・水素の拡散にたいしてバリアとなる第2の絶
縁膜。 第 図 l今 シμ 図 (d) (e) (f) 第 図
る。第2図は、本発明によるMOSFETの製造工程を
示す模式的断面図である。第3図は従来技術の問題点を
説明するための該略図である。 (記号の説明) 21・・・基板、22・・・水素の拡散にたいしてバリ
アとなる第1の絶縁膜、23.32・・・半導体薄膜、
27・・・水素の拡散にたいしてバリアとなる第2の絶
縁膜。 第 図 l今 シμ 図 (d) (e) (f) 第 図
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、前記結晶性
半導体薄膜中に水素を導入する工程と、光を照射し、前
記結晶性半導体薄膜の粒界近傍または界面近傍の局所部
分のみを加熱する工程と、を含むことを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - (2)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)前記水素の導入は、水素を含んだ前記絶縁膜から
の水素の拡散によ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)前記水素の導入は、水素を含んだプラズマを用い
て行う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。 - (7)前記水素の導入は、イオン注入により行うことを
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。 - (8)前記照射光が、近赤外光であることを特徴とする
請求項1ないし請求項7記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32457989A JPH03185736A (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 |
|---|---|---|---|
| JP32457989A JPH03185736A (ja) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03185736A true JPH03185736A (ja) | 1991-08-13 |
Family
ID=18167395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32457989A Pending JPH03185736A (ja) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03185736A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6429483B1 (en) | 1994-06-09 | 2002-08-06 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for forming the same |
| US6601308B2 (en) | 2002-01-02 | 2003-08-05 | Bahram Khoshnood | Ambient light collecting bow sight |
| WO2007086163A1 (ja) * | 2006-01-25 | 2007-08-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | 半導体装置の製造方法、及び、半導体装置 |
-
1989
- 1989-12-14 JP JP32457989A patent/JPH03185736A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6429483B1 (en) | 1994-06-09 | 2002-08-06 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for forming the same |
| US7547915B2 (en) | 1994-06-09 | 2009-06-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device having SiOxNy film |
| US8330165B2 (en) | 1994-06-09 | 2012-12-11 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for forming the same |
| US6601308B2 (en) | 2002-01-02 | 2003-08-05 | Bahram Khoshnood | Ambient light collecting bow sight |
| USRE39686E1 (en) * | 2002-01-02 | 2007-06-12 | Bahram Khoshnood | Ambient light collecting bow sight |
| WO2007086163A1 (ja) * | 2006-01-25 | 2007-08-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | 半導体装置の製造方法、及び、半導体装置 |
| US7781775B2 (en) | 2006-01-25 | 2010-08-24 | Sharp Kabushiki Kaisha | Production method of semiconductor device and semiconductor device |
| JP5243046B2 (ja) * | 2006-01-25 | 2013-07-24 | シャープ株式会社 | 半導体装置の製造方法、及び、半導体装置 |
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