JPS63307776A - 薄膜半導体装置とその製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は薄膜半導体装置とその製造方法に係り、特にア
クティブマトリクス方式のディスプレイに好適な薄膜半
導体装置とその製造方法に関する。

〔従来の技術〕゛ 近年、アクティブマトリクス用の薄膜半導体装置である
薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ　ＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓ
ｔｏｒ、略してＴＰＴ）材料としては、高画質化の点で
すぐれている多結晶シリコンが用いられている。従来、
この多結晶シリコン （Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　５ｉｌｉｃｏｎ略
してＰｏ１ｙ　−Ｓ　ｉ　）は減圧ＣＶＤ　（略してＬ
ＰＧＶＤ）法により作成されている絶縁基板としては石
英ガラス又は通常ガラス板を用いる。通常のガラス板を
用いる際には最高プロセス温度か約６４．０℃という大
きな制約がある。このような低温プロセスで結晶性のよ
いＰｏ１ｙ　−Ｓ　ｉ膜を得るために種々の方法が試み
られている。たとえば、第一には、可能な最高プロセス
温度に近い温度（６３０℃）まで堆積温度を上げ、堆積
圧力を０　、３　ＴｏｒｒとしてＬＰＧＶＤ膜の堆積速
度を減らし、堆積膜の結晶性（単位体積中に含まれる結
晶成分の総体積）を上げるものである（Ｊａｐａｎ　Ｄ
ｉｓｐｌａｙ″８６　Ｔｅｃｈ、　Ｄｉｇｅｓｔ　３．
５参照）。第二にはＬＰ）ＣＶＤ膜を６００℃で堆積さ
せ、続く約６００℃の熱処理で結晶性を向上させる（日
本学術振興会第１４７委貝会第７回研究資料（６０，３
，１９）ｐ２４参照）。第三にはＬＰＧＶＤ膜を６１０
℃で堆積させ、イオン打込みにより膜をアモルファス化
し、続く６００℃の熱処理で結晶性を向上させる（第３
３回応物学会予稿集（１９８６年春”）ｐ５４４参照）
などがある。その結果、これらのＰｏ１ｙ　−Ｓ　ｉ　
ｌｆａは（１１０）配向を持った膜となる。これらはい
ずれも結晶性向上にある程度効果はあるが、ＴＰＴを作
成したときのキャリア移動度は、まだ十分ではない。

本発明の目的は、薄膜半導体装置の特性を向上させるた
めの薄膜半導体装置の構造、とりわけ、ＴＰＴの能動層
に使用されるＰｏ１ｙ　−Ｓ　ｉ膜の配向性に関する構
造を提供することである。さらに、本発明の他の目的は
、約６４０℃以下のプロセス温度で上記薄膜を形成する
ことができる薄膜半導体装置の製造方法を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、ガラス基板等の絶縁性基板上に形成された
半導体装置であるＴＰＴを構成するＰｏ１ｙ−３ｉｉの
主配向を（１１１）配向とすることにより達成される。

このＰｏ１ｙ　−Ｓ　ｉ層は減圧ＣＶＤ法により５７０
’Ｃ以下の温度で堆積させ、続いて６４０℃以下の熱処
理を行うことによって得られる。

〔作用〕

第１図は絶縁基板１上に形成したＰｏ１ｙ　−Ｓ　ｉ層
を模式的にあられしたものである。第１図（ａ）は（１
１１）配向のＰｏ１ｙ−８ｉを表わし、第１図（ｂ）は
（１１０）あるいは（１００）配向のＰｏ１ｙ　−Ｓ　
ｉを表わす、シリコン単結晶の各結晶面とＳ　ｉ　Ｏｚ
との界面電荷密度は＜１００＞。

＜１１０＞、　＜１１１＞の順で増加することが知られ
ている。Ｐｏ１ｙ　−Ｓ　ｉの結晶粒界の界面にも同様
の関係が成立し、（１１１）配向のＰｏ１ｙ　−Ｓ　ｉ
膜（第１図（ａ））では（１００）あるいは（１００）
配向のＰｏ１ｙ−Ｓ　ｉ　１ＩＩ（第１図（ｂ））に比
べ、膜と垂直方向のトラップ密度が大となる。

反対に膜と平行方向では、第１図（ａ）に示す（１１１
）配向のＰｏ１ｙ　−Ｓ　ｉ膜（ａ）が（１１０）ある
いは（１００）配向のＰｏ１ｙ　−Ｓ　ｉ膜（ｂ）に比
べ相対的に低いトラップ密度を示すことになる。

トラップ密度が低いと粒界に生じる空乏層幅はせまくな
り、ここでのポテンシャル障壁は低くなる。

Ｐｏ１ｙ　−Ｓ　ｉのキャリアの移動度は主として粒界
におけるポテンシャル障害の高さで決る。ＴＰＴのキャ
リアはＰｏ１ｙ　−Ｓ　ｉ膜と平行方向に流れるため、
（１１１）配向のＰｏ１ｙ　−Ｓ　ｉでは（１１０）や
（１００）配向のＰｏ１ｙ　−Ｓ　ｉに比べ相対的にキ
ャリアの移動度が大きくなる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を説明する。

第３図は本発明を用いたＴＰＴ全体の断面構造を示す。

基板１は歪温度約６４０℃のガラス板である。基板１を
５５０℃に保ち、ヘリウムで２０％に希釈したモノシラ
ンガスを原料として、圧力Ｉ　Ｔｏｒｒの条件でＬＰＧ
ＶＤ膜２を堆積させる。堆積時間は８５分間で１５００
人の膜を堆積させる。

次にＮｚ中、６００℃の条件で２４時間の熱処理を行う
。こうして得られたＰｏ１ｙ　−Ｓ　ｉ膜の主たる配向
は（１１１）配向であり、平均粒径は約２００人である
。この膜をアイランドホト、エツチングの工程を通した
後、常圧ＣＶＤ法によりゲート絶縁膜用の５ｉＯｚ膜を
１０００人堆積させる。次にゲート電極用のＰｏ１ｙ　
−Ｓ　ｉ膜９を５５０℃、ＩＴｏｒｒの条件で３５００
人堆積させる。ゲート膜９をホト、エッチした後、ソー
ス、ドレイン領域６゜７のインプラを行う。条件はリン
（Ｐ）を用い、５　Ｘ　１０　”ａｍ−２のドース量、
３０ＫｅＶの電圧である。リンガラス（Ｐｈｏｓｐｈｏ
　５ｉｌｉｃａｔｅ　ｇｉａｓｓ、略してＰＳＧ）から
なるパシベーション膜１１を４８０℃で５０００人堆積
させる。さらに、Ｎｚ中、６００℃の条件で２０時間熱
処理を行い、インプラ領域を活性化させる。コンタクト
用のホト。

エッチ行程の後、ＡＱ電極１０を６０００人スパッタす
る。本実施例のＴＰＴのチャネル幅、チャネル長はそれ
ぞれ３０μｍ、１０μｍである。

第２図はＰｏ１ｙ　−Ｓ　ｉを減圧ＣＶＤ　（ＬＰＣＶ
Ｄ）法で堆積する際の堆積温度と、堆積した膜を６００
℃で熱処理した後の（１１１）面からのＸ線回折強度Ｉ
　１１１を示す。Ｐｏ１ｙ　−Ｓ　ｉ膜を５７０℃以下
の温度で堆積すれば、熱処理後には主配向が（１１１）
配向となり結晶性もよくなることがわかる。これは５７
０℃以下で堆積したＰｏ１ｙ　−Ｓ　ｉ膜中にはわずか
に（１１１）面の結晶成分が含まれているのみで、大部
分はアモルファス成分である。続く熱処理中に、（１１
１）方位の結晶成分を核として固相成長が起り、アモル
ファス成分は（１１１）面の結晶成分に変換する。また
、５７０℃以下で堆積し、その後６００℃で熱処理した
場合、配向成分としては、（１１０）および（３１１）
より（１１１）が優勢となり、すなわち主たる配向（主
配向）となる。

第２図かられかるように、電界効果移動度は、（１１１
）が主配向となる堆積温度５５０℃では、はぼ３０ａＪ
／ＶＳであり、従来の（１１０）が主配向となる堆積温
度６００℃の場合に比して著しく大である。

（１１１）配向面、（１１］配向面、（３１１）配向面
の示すＸ線′回折強度の割合は、ＬＰＧＶＤによる堆積
温度がほぼ５７０℃で約４．５対４．５対１であり、こ
れより堆積温度が低下するにつれて、（１１１）配向面
の示すＸ線回折強度が増加し、堆積温度がほぼ５４０℃
では、約７対２対１となり、（１１１）配向面が主たる
配向となる。

本実施例で述べた（ＩＩＬ＞を主配向とするＰｏ１ｙ　
−Ｓ　ｉ膜は、移動度が大きく、これをＴＰＴの能動領
域に用いることですぐれた電気特性を得ることができる
。

〔発明の効果〕 本発明によれば、比較的低いプロセス温度で、キャリア
の移動度が大きい薄膜半導体装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は絶縁基板上の多結晶シリコンの
模式図、第２図は熱処理後の多結晶シリコン膜、結晶性
の堆積温度依存性を示す図、第３図は本発明のＴＰＴの
断面構造の模式図を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも絶縁性基板と、該基板上に形成された半
   導体層とを有する薄膜半導体装置において、前記半導体
   層は、｛１１１｝面を主体とした配向を持つ多結晶シリ
   コン膜であることを特徴とする薄膜半導体装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の薄膜半導体装置におい
   て、前記半導体層はトランジスタの能動層であることを
   特徴とする薄膜半導体装置。 ３、特許請求の範囲第１項乃至第２項記載の薄膜半導体
   装置において、前記半導体層は、トランジスタのドレイ
   ンおよびソース領域であることを特徴とする薄膜半導体
   装置。 ４、下記工程を含むことを特徴とする薄膜半導体装置の
   製造方法。 （１）絶縁性基板上に、５７０℃以下の温度で、減圧Ｃ
   ＶＤ法により多結晶シリコン膜を形成する工程。 （２）上記多結晶シリコン膜が形成された絶縁性基板を
   ６４０℃以下の温度でアニールする工程。