JPH04297018A - 半導体膜の製造方法 - Google Patents
半導体膜の製造方法Info
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- JPH04297018A JPH04297018A JP6185891A JP6185891A JPH04297018A JP H04297018 A JPH04297018 A JP H04297018A JP 6185891 A JP6185891 A JP 6185891A JP 6185891 A JP6185891 A JP 6185891A JP H04297018 A JPH04297018 A JP H04297018A
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- Japan
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- silicon film
- film
- hydrogen
- amorphous silicon
- semiconductor 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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）等に用いて好適な半導体膜の製造方法に関する。
ＦＴ）等に用いて好適な半導体膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、薄膜トランジスタの活性層材料と
して、アモルファスシリコン，多結晶シリコンが検討さ
れている。
して、アモルファスシリコン，多結晶シリコンが検討さ
れている。
【０００３】しかし、アモルファスシリコンは光に対し
て感受性が高く、光により抵抗が低くなる等電気特性が
変化するため、遮光膜を形成する必要が生じる等、製造
プロセスが複雑になるという問題がある。
て感受性が高く、光により抵抗が低くなる等電気特性が
変化するため、遮光膜を形成する必要が生じる等、製造
プロセスが複雑になるという問題がある。
【０００４】そこで、キャリア移動度，信頼性に優れた
多結晶シリコンが注目されている。ところで、多結晶シ
リコン膜を得る方法として、大別すると次の３つの方法
が知られている。
多結晶シリコンが注目されている。ところで、多結晶シ
リコン膜を得る方法として、大別すると次の３つの方法
が知られている。
【０００５】まず第１の方法として、熱ＣＶＤ法による
ものがある。しかしながら、熱ＣＶＤ法により得られた
多結晶シリコン膜は微結晶シリコンの構成とされている
ものの粒界にダングリングボンドが多く結晶欠陥が多い
ことが知られており、薄膜トランジスタを構成した場合
トランジスタのキャリア移動度を大きくとれないという
問題がある。
ものがある。しかしながら、熱ＣＶＤ法により得られた
多結晶シリコン膜は微結晶シリコンの構成とされている
ものの粒界にダングリングボンドが多く結晶欠陥が多い
ことが知られており、薄膜トランジスタを構成した場合
トランジスタのキャリア移動度を大きくとれないという
問題がある。
【０００６】次に、第２，第３の方法としてアモルファ
スシリコン膜を改質して多結晶シリコン膜を得る方法が
知られている。この第２の方法は、アモルファスシリコ
ン膜にレーザビームを走査させて結晶化させるレーザ再
結晶化方法である。しかしながら、この方法はレーザビ
ームを用いるため、レーザ光源の安定性に対する問題や
生産性を高くすることができないというプロセス上の問
題がある。
スシリコン膜を改質して多結晶シリコン膜を得る方法が
知られている。この第２の方法は、アモルファスシリコ
ン膜にレーザビームを走査させて結晶化させるレーザ再
結晶化方法である。しかしながら、この方法はレーザビ
ームを用いるため、レーザ光源の安定性に対する問題や
生産性を高くすることができないというプロセス上の問
題がある。
【０００７】また、第３の方法は、アモルファスシリコ
ン膜をＮ２ あるいはＡｒといった不活性ガス雰囲気中
で熱処理を行って固相成長させる固相成長方法である。 しかし、この固相成長法によれば、トランジスタの移動
度を上述の熱ＣＶＤ法によるものより大きくすることは
できるものの、その結晶粒は粒径１μｍ以上となり１０
μｍ程度とする薄膜トランジスタのチャネル長に対して
無視できない値となってしまう。すなわち、粒界が該チ
ャネルに対して占める割合によって該トランジスタの特
性（特にしきい値電圧）が変動してしまうという問題が
ある。
ン膜をＮ２ あるいはＡｒといった不活性ガス雰囲気中
で熱処理を行って固相成長させる固相成長方法である。 しかし、この固相成長法によれば、トランジスタの移動
度を上述の熱ＣＶＤ法によるものより大きくすることは
できるものの、その結晶粒は粒径１μｍ以上となり１０
μｍ程度とする薄膜トランジスタのチャネル長に対して
無視できない値となってしまう。すなわち、粒界が該チ
ャネルに対して占める割合によって該トランジスタの特
性（特にしきい値電圧）が変動してしまうという問題が
ある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した種々
の問題に鑑みてなされたものであり、薄膜トランジスタ
を構成した場合にその薄膜トランジスタの移動度を大き
くとり、かつしきい値電圧のばらつきを抑制することが
できる半導体膜の製造方法を提供することをその目的と
するものである。
の問題に鑑みてなされたものであり、薄膜トランジスタ
を構成した場合にその薄膜トランジスタの移動度を大き
くとり、かつしきい値電圧のばらつきを抑制することが
できる半導体膜の製造方法を提供することをその目的と
するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体膜の製造方法は、絶縁性基板上に成
膜したアモルファス半導体膜を水素雰囲気中にて加熱処
理して結晶化させることを特徴としている。
に、本発明の半導体膜の製造方法は、絶縁性基板上に成
膜したアモルファス半導体膜を水素雰囲気中にて加熱処
理して結晶化させることを特徴としている。
【００１０】
【作用】上記製造方法に従ってアモルファス半導体膜の
結晶化を水素雰囲気中で行うことにより、結晶粒の外周
部に存在する未結合手（ダングリングボンド）に水素が
結合し、欠陥密度を低減させる。さらに、この結晶粒外
周部の未結合手（ダングリングホンド）に結合した水素
は結晶成長を抑制する。すなわち、半導体膜の結晶粒に
おける大粒径化は抑制され、例えば結晶粒粒径が数〜１
００ｎｍ以下という微粒径結晶の半導体膜を得ることが
できる。
結晶化を水素雰囲気中で行うことにより、結晶粒の外周
部に存在する未結合手（ダングリングボンド）に水素が
結合し、欠陥密度を低減させる。さらに、この結晶粒外
周部の未結合手（ダングリングホンド）に結合した水素
は結晶成長を抑制する。すなわち、半導体膜の結晶粒に
おける大粒径化は抑制され、例えば結晶粒粒径が数〜１
００ｎｍ以下という微粒径結晶の半導体膜を得ることが
できる。
【００１１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によって形成
した半導体膜はその欠陥密度を低減することができ、ま
たその結晶粒を微粒径とすることができる。そのため、
薄膜トランジスタの活性層材料として素子を構成しても
、その移動度を大きくとることができ、またチャネル長
に対して粒界が占める割合がばらつくことは無視できる
ため、しきい値電圧が素子によってばらつくことも抑制
することができるという優れた効果が奏される。
した半導体膜はその欠陥密度を低減することができ、ま
たその結晶粒を微粒径とすることができる。そのため、
薄膜トランジスタの活性層材料として素子を構成しても
、その移動度を大きくとることができ、またチャネル長
に対して粒界が占める割合がばらつくことは無視できる
ため、しきい値電圧が素子によってばらつくことも抑制
することができるという優れた効果が奏される。
【００１２】
【実施例】以下本発明を図に示す実施例に基づいて説明
する。図１には本発明一実施例を適用した薄膜トランジ
スタの製造工程順の主要断面構造を示す。また、図２は
本実施例に用いる熱処理炉の概略構成図である。以下、
本実施例を図１，図２を用いて製造工程順に説明する。
する。図１には本発明一実施例を適用した薄膜トランジ
スタの製造工程順の主要断面構造を示す。また、図２は
本実施例に用いる熱処理炉の概略構成図である。以下、
本実施例を図１，図２を用いて製造工程順に説明する。
【００１３】まず、シリコン基板１１表面に熱酸化等に
より酸化膜１２を形成して絶縁性基板１０とした後、該
絶縁性基板１０上に、図１（ａ）に示す如く、ＬＰＣＶ
Ｄ（減圧化学気相成長）法により、例えば基板温度５８
０℃以上でモノシランガスあるいはジシランガスを用い
て多結晶シリコン膜１３を約２００ｎｍ堆積する。
より酸化膜１２を形成して絶縁性基板１０とした後、該
絶縁性基板１０上に、図１（ａ）に示す如く、ＬＰＣＶ
Ｄ（減圧化学気相成長）法により、例えば基板温度５８
０℃以上でモノシランガスあるいはジシランガスを用い
て多結晶シリコン膜１３を約２００ｎｍ堆積する。
【００１４】そして、この多結晶シリコン膜１３中にシ
リコンイオンをイオン注入することによりアモルファス
化し、図１（ｂ）に示す如く、アモルファスシリコン膜
１４を得る。
リコンイオンをイオン注入することによりアモルファス
化し、図１（ｂ）に示す如く、アモルファスシリコン膜
１４を得る。
【００１５】その後、図２に示す熱処理炉へ搬送し、こ
のアモルファスシリコン膜１４を水素雰囲気中で固相成
長させ、図１（ｃ）に示すように微結晶シリコン膜１５
とする。
のアモルファスシリコン膜１４を水素雰囲気中で固相成
長させ、図１（ｃ）に示すように微結晶シリコン膜１５
とする。
【００１６】すなわち、図２に示すように、アモルファ
スシリコン膜１４を表面に形成した絶縁性基板１０を試
料ホルダ２に保持せしめ、真空容器１の内室に設置する
。なお、試料ホルダ２は基板加熱ヒータ３によりアモル
ファスシリコンの再結晶化温度である５００〜７００℃
望ましくは５５０〜６５０℃、本実施例では６００℃に
設定されている。この状態で、水素を真空容器１内部へ
マスフローコントローラ４を介して２０ｓｃｃｍ（２０
ｃｃ／ｍｉｎ）で導入し、６００℃雰囲気下とされた基
板１０に吹きつける。なお、真空容器１内部は、真空排
気ポンプ５によって適当に排気が行われ、圧力２０Ｔｏ
ｒｒに制御されている。
スシリコン膜１４を表面に形成した絶縁性基板１０を試
料ホルダ２に保持せしめ、真空容器１の内室に設置する
。なお、試料ホルダ２は基板加熱ヒータ３によりアモル
ファスシリコンの再結晶化温度である５００〜７００℃
望ましくは５５０〜６５０℃、本実施例では６００℃に
設定されている。この状態で、水素を真空容器１内部へ
マスフローコントローラ４を介して２０ｓｃｃｍ（２０
ｃｃ／ｍｉｎ）で導入し、６００℃雰囲気下とされた基
板１０に吹きつける。なお、真空容器１内部は、真空排
気ポンプ５によって適当に排気が行われ、圧力２０Ｔｏ
ｒｒに制御されている。
【００１７】以上の条件で例えば５０時間以上水素雰囲
気中で固相成長を行うことにより、アモルファスシリコ
ン膜１４は粒径１００ｎｍ以下の微結晶シリコン膜１５
となる。
気中で固相成長を行うことにより、アモルファスシリコ
ン膜１４は粒径１００ｎｍ以下の微結晶シリコン膜１５
となる。
【００１８】以上のようにして得られた微結晶シリコン
膜１５に通常の工程に従って素子形成を行い、図１（ｄ
）に示す薄膜トランジスタを構成する。なお、図におい
て素子分離はＬＯＣＯＳ法を用い、チャネル領域，ソー
スドレイン領域には各々ボロン，砒素をイオン注入して
形成している。
膜１５に通常の工程に従って素子形成を行い、図１（ｄ
）に示す薄膜トランジスタを構成する。なお、図におい
て素子分離はＬＯＣＯＳ法を用い、チャネル領域，ソー
スドレイン領域には各々ボロン，砒素をイオン注入して
形成している。
【００１９】次に、実際に上記した条件のもとで固相成
長を行って形成したシリコン膜１５の評価結果について
説明する。実際に本実施例の如く、水素雰囲気中で固相
成長させたシリコン膜の結晶構造を透過型電子顕微鏡に
て観察したところ、そのスケール１μｍ中には多量の微
粒子が存在しており、各々の粒径は極めて小さく数１０
〜１００ｎｍ未満であることが確認された。また、電子
線回析を用いて評価してみたところ、やはり微結晶が多
数集合したものであることを示すリング状の回析パター
ンが確認された。
長を行って形成したシリコン膜１５の評価結果について
説明する。実際に本実施例の如く、水素雰囲気中で固相
成長させたシリコン膜の結晶構造を透過型電子顕微鏡に
て観察したところ、そのスケール１μｍ中には多量の微
粒子が存在しており、各々の粒径は極めて小さく数１０
〜１００ｎｍ未満であることが確認された。また、電子
線回析を用いて評価してみたところ、やはり微結晶が多
数集合したものであることを示すリング状の回析パター
ンが確認された。
【００２０】また、比較のために、従来のＮ２ 雰囲気
下で固相成長させたシリコン膜（基板の熱処理温度は６
００℃とした）の結晶構造を透過型電子顕微鏡を用いて
観察したところ、このＮ２ 雰囲気中の場合は粒径１μ
ｍ以上の結晶粒が確認された。また、電子線回析による
評価においても、単結晶あるいは各々が単結晶として比
較的大きい粒径である結晶粒が多数存在していることを
示すスポット状の回析パターンが確認された。
下で固相成長させたシリコン膜（基板の熱処理温度は６
００℃とした）の結晶構造を透過型電子顕微鏡を用いて
観察したところ、このＮ２ 雰囲気中の場合は粒径１μ
ｍ以上の結晶粒が確認された。また、電子線回析による
評価においても、単結晶あるいは各々が単結晶として比
較的大きい粒径である結晶粒が多数存在していることを
示すスポット状の回析パターンが確認された。
【００２１】また、熱ＣＶＤ法により微結晶シリコン膜
を堆積する場合に比べて、本実施例のように水素雰囲気
下でアモルファスシリコンを固相成長させることにより
、粒界に存在するダングリングボンドは低減し、移動度
向上を図ることができる。これは、結晶粒の外周部に存
在するＳｉの未結合手すなわちダングリングボンドに水
素原子Ｈがターミネートすることにより欠陥密度が低減
されるためと考えられる。
を堆積する場合に比べて、本実施例のように水素雰囲気
下でアモルファスシリコンを固相成長させることにより
、粒界に存在するダングリングボンドは低減し、移動度
向上を図ることができる。これは、結晶粒の外周部に存
在するＳｉの未結合手すなわちダングリングボンドに水
素原子Ｈがターミネートすることにより欠陥密度が低減
されるためと考えられる。
【００２２】なお、実際に成膜した微結晶シリコン膜１
５は、暗電流率１０−８Ｓ／ｃｍ以下と絶縁性に優れ、
光導電率１０−８Ｓ／ｃｍの特性を有し、電子スピン密
度より見積もられるダングリングボンド密度は１０１７
ｃｍ−３と通常のＮ２ 雰囲気下で行う固相成長による
ものと同等の値であった。
５は、暗電流率１０−８Ｓ／ｃｍ以下と絶縁性に優れ、
光導電率１０−８Ｓ／ｃｍの特性を有し、電子スピン密
度より見積もられるダングリングボンド密度は１０１７
ｃｍ−３と通常のＮ２ 雰囲気下で行う固相成長による
ものと同等の値であった。
【００２３】以上のように、本実施例に従って製造した
薄膜トランジスタ（図１（ｄ）参照）は、その移動度を
大きくすることができ、また、その結晶粒の粒径を微結
晶とすることによりチャネル長に対して粒界の占める割
合がばらつくことは無視できることとなり、しきい値電
圧が素子によってばらついてしまうことは防止できる。 上記一実施例では５０時間以上の熱処理を行うもの
であったが、これに限らず３０時間以上の熱処理であっ
てもよい。
薄膜トランジスタ（図１（ｄ）参照）は、その移動度を
大きくすることができ、また、その結晶粒の粒径を微結
晶とすることによりチャネル長に対して粒界の占める割
合がばらつくことは無視できることとなり、しきい値電
圧が素子によってばらついてしまうことは防止できる。 上記一実施例では５０時間以上の熱処理を行うもの
であったが、これに限らず３０時間以上の熱処理であっ
てもよい。
【００２４】また、固相成長条件も上述のものに限定さ
れるものでもない。上記一実施例では水素Ｈ２ を真空
容器内へ導入するようにしていたが、該水素ガスを励起
させた水素ラジカルを導入するようにしてもよい。
れるものでもない。上記一実施例では水素Ｈ２ を真空
容器内へ導入するようにしていたが、該水素ガスを励起
させた水素ラジカルを導入するようにしてもよい。
【００２５】さらに、上記一実施例では多結晶シリコン
膜にシリコンをイオン注入してアモルファスシリコン膜
１４を得るようにしていたが、これに限らず、例えばＬ
ＰＣＶＤ法において基板温度を５５０℃以下としてモノ
シランガス，ジシランガスを用いてアモルファスシリコ
ン膜を得るようにしてもよい。
膜にシリコンをイオン注入してアモルファスシリコン膜
１４を得るようにしていたが、これに限らず、例えばＬ
ＰＣＶＤ法において基板温度を５５０℃以下としてモノ
シランガス，ジシランガスを用いてアモルファスシリコ
ン膜を得るようにしてもよい。
【図１】図（ａ）〜図（ｄ）は本発明一実施例を適用し
た薄膜トランジスタの製造工程を説明するために工程順
に供する断面図である。
た薄膜トランジスタの製造工程を説明するために工程順
に供する断面図である。
【図２】一実施例で用いた水素雰囲気熱処理炉の概略構
成図である。
成図である。
１ 真空容器
２ 試料ホルダ
３ 基板加熱ヒータ
４ マスフローコントローラ
５ 真空排気ポンプ
１０ 絶縁性基板
１４ アモルファスシリコン膜
１５ 微結晶シリコン膜
Claims (3)
- 【請求項１】 絶縁性基板上に成膜したアモルファス
半導体膜を水素雰囲気中にて加熱処理して結晶化させる
ことを特徴とする半導体膜の製造方法。 - 【請求項２】 前記水素雰囲気は、水素ガスあるいは
水素ガスを励起させた水素ラジカルであることを特徴と
する請求項１に記載の半導体膜の製造方法。 - 【請求項３】 前記加熱処理は、５００℃〜７００℃
の間、望ましくは５５０℃〜６５０℃の間であることを
特徴とする請求項１又は２に記載の半導体膜の製造方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6185891A JPH04297018A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 半導体膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6185891A JPH04297018A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 半導体膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04297018A true JPH04297018A (ja) | 1992-10-21 |
Family
ID=13183223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6185891A Withdrawn JPH04297018A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 半導体膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04297018A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05129608A (ja) * | 1991-10-31 | 1993-05-25 | Sharp Corp | 半導体装置 |
-
1991
- 1991-03-26 JP JP6185891A patent/JPH04297018A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05129608A (ja) * | 1991-10-31 | 1993-05-25 | Sharp Corp | 半導体装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980514 |