JP2000260997A - Manufacture of thin-film transistor - Google Patents

Manufacture of thin-film transistor

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JP2000260997A
JP2000260997A JP6276999A JP6276999A JP2000260997A JP 2000260997 A JP2000260997 A JP 2000260997A JP 6276999 A JP6276999 A JP 6276999A JP 6276999 A JP6276999 A JP 6276999A JP 2000260997 A JP2000260997 A JP 2000260997A
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film
crystalline semiconductor
semiconductor film
polycrystalline silicon
flattening
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Shinji Goto
真志 後藤
Mikihiko Nishitani
幹彦 西谷
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make the boundary surface between a crystalline semiconductor film and a gate insulation film flat and clean, in a thin-film transistor provided with a crystalline semiconductor film made mainly of silicon as an active layer. SOLUTION: A crystalline semiconductor film (polycrystalline silicon film) 2 having a uneven surface is formed on a glass substrate 1 by the annealing method and, is treated by a plasma using a mixed gas containing an SiF4 gas and an H2 gas, and while the lamination of silicon films and etching are performed at the same time, the surface of the crystalline semiconductor film 2 is flattened to make a flattened (polycrystalline silicon) film 3. A gate insulating film 5 is formed thereon. Therefore, a flat and clean boundary surface can be formed and a thin-film transistor that has less variation in characteristics or less scattering of carriers on the boundary surface is manufactured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、チャネル層にシリ
コンを主体とする結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジ
スタの製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor using a crystalline semiconductor film mainly composed of silicon for a channel layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、アクティブマトリクス型の液晶デ
ィスプレイ装置においては大画面化・高精細化への要求
が高くなり、そのスイッチング素子としての薄膜トラン
ジスタの特性向上が求められている。
2. Description of the Related Art In recent years, in an active matrix type liquid crystal display device, a demand for a large screen and a high definition has been increased, and a characteristic improvement of a thin film transistor as a switching element has been demanded.

【0003】従来、薄膜トランジスタの能動層にはアモ
ルファスシリコン膜が用いられてきたが、移動度の小さ
いアモルファスシリコン膜では液晶ディスプレイ装置の
大画面化・高精細化に限界があるため、最近ではアモル
ファスシリコン膜よりも移動度の大きな多結晶シリコン
膜を能動層として用いる試みがなされている。
Conventionally, an amorphous silicon film has been used as an active layer of a thin film transistor. However, an amorphous silicon film having a low mobility has a limitation in increasing the screen size and definition of a liquid crystal display device. Attempts have been made to use a polycrystalline silicon film having higher mobility than the film as an active layer.

【0004】ガラス基板上への多結晶シリコン膜の形成
は、プロセス温度を600℃以下にする必要があるた
め、減圧CVD法やプラズマCVD法によって形成され
たアモルファスシリコン膜をアニール処理によってポリ
シリコンへと改質する間接的な方法が用いられている。
アニール処理の方法としては、600℃程度の温度で2
4時間以上の熱処理を行う固層成長法やレーザ光を照射
することによって溶融結晶化を行うレーザアニール法が
あるが、プロセス温度やスループットの観点からレーザ
アニール法が注目されている。
Since the formation of a polycrystalline silicon film on a glass substrate requires a process temperature of 600 ° C. or lower, an amorphous silicon film formed by low-pressure CVD or plasma CVD is converted into polysilicon by annealing. And an indirect method of reforming.
As a method of the annealing treatment, a temperature of about 600 ° C.
There are a solid layer growth method in which heat treatment is performed for 4 hours or more, and a laser annealing method in which melt crystallization is performed by irradiating a laser beam. The laser annealing method has attracted attention from the viewpoint of process temperature and throughput.

【0005】多結晶シリコン膜を能動層として用いた薄
膜トランジスタの製造方法を図5を用いて説明する。従
来の薄膜トランジスタの製造方法としては、まず図示し
ない下地膜を形成したガラス基板1上にアモルファスシ
リコン膜をモノシランなどを原料としてプラズマCVD
法やLPCVD法により堆積し、続いて450℃程度の
熱処理によってアモルファスシリコン膜中の水素を脱離
させた後、図5(a)のようにエキシマレーザなどを用い
たレーザアニール法によって、多結晶シリコン膜2を形
成する。
A method of manufacturing a thin film transistor using a polycrystalline silicon film as an active layer will be described with reference to FIG. As a conventional method of manufacturing a thin film transistor, first, an amorphous silicon film is formed on a glass substrate 1 on which a base film (not shown) is formed by plasma CVD using monosilane or the like as a raw material.
After the hydrogen in the amorphous silicon film is desorbed by a heat treatment at about 450 ° C., the polycrystal is formed by a laser annealing method using an excimer laser or the like as shown in FIG. A silicon film 2 is formed.

【0006】次に図5(b)に示すように、多結晶シリコ
ン膜2を島状にパターニングした後、ゲート絶縁膜5を
プラズマCVD法や常圧CVD法などにより形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, after the polycrystalline silicon film 2 is patterned into an island shape, a gate insulating film 5 is formed by a plasma CVD method or a normal pressure CVD method.

【0007】続いてアルミニウム(Al)、タンタル(T
a)などの金属を用いてゲート電極6を形成した後、図
5(c)のようにイオンドーピング法によりリン(P)、
ボロン(B)等の不純物を注入し、多結晶シリコン膜2
中にソース・ドレイン領域を形成する。
Subsequently, aluminum (Al), tantalum (T
After the gate electrode 6 is formed using a metal such as a), phosphorus (P),
An impurity such as boron (B) is implanted to form a polycrystalline silicon film 2.
Source / drain regions are formed therein.

【0008】最後に層間絶縁膜7をプラズマCVD法や
常圧CVD法により形成し、ソース・ドレイン領域への
コンタクトホールを開口した後、ソース電極8およびド
レイン電極9をアルミニウムなどの金属によって形成
し、図5(d)のような薄膜トランジスタの完成となる。
Finally, an interlayer insulating film 7 is formed by a plasma CVD method or a normal pressure CVD method, and after opening contact holes to source / drain regions, a source electrode 8 and a drain electrode 9 are formed by a metal such as aluminum. Thus, a thin film transistor as shown in FIG.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】レーザアニール法によ
る多結晶シリコン膜を能動層として用いた薄膜トランジ
スタでは、前駆体であるアモルファスシリコン膜の膜厚
を100nm以下にすることにより結晶性に優れた多結
晶シリコン膜を得ることができる。しかしながらこのよ
うな場合には図5(b)に示すように膜表面に数十nmの
凹凸ができてしまうことが明らかになっている。
In a thin film transistor in which a polycrystalline silicon film formed by a laser annealing method is used as an active layer, a polycrystalline silicon film having excellent crystallinity can be obtained by reducing the thickness of an amorphous silicon film as a precursor to 100 nm or less. A silicon film can be obtained. However, in such a case, it has been clarified that irregularities of several tens nm are formed on the film surface as shown in FIG.

【0010】トップゲート型の薄膜トランジスタにおい
ては、この凹凸が半導体とゲート絶縁膜の界面すなわち
チャネル領域に形成されるため、トランジスタ特性のバ
ラツキや性能を制限する要因となってしまう。そこで半
導体薄膜表面の平坦化が必要となる。しかしながら、平
坦化工程によって半導体膜厚が薄くなるとその結晶性や
厚さのバラツキが薄膜トランジスタのバラツキに大きく
影響するため、平坦化による膜厚減少は最小限に止める
必要がある。
In a top gate type thin film transistor, since this unevenness is formed at the interface between the semiconductor and the gate insulating film, that is, at the channel region, it causes variations in transistor characteristics and limits the performance. Therefore, it is necessary to flatten the surface of the semiconductor thin film. However, when the thickness of the semiconductor is reduced by the planarization process, the variation in crystallinity and thickness greatly affects the variation in the thin film transistor. Therefore, it is necessary to minimize the decrease in film thickness due to the planarization.

【0011】薄膜の表面を平坦化する方法としては、薄
膜表面にレジストなどの塗布膜を形成し、それに対して
エッチングなどを行うことにより平坦化を行うエッチバ
ック法や機械的化学的研磨法(CMP法)などがある
が、薄膜を削りながら平坦化を行うため、半導体の膜厚
が大幅に減少してしまう。このため100nm以下の薄
膜に対し制御性よく平坦化するのは困難である。
As a method of flattening the surface of the thin film, an etch-back method of forming a coating film such as a resist on the surface of the thin film and performing flattening by etching the film or a mechanical chemical polishing method ( Although there is a CMP method or the like, the planarization is performed while shaving the thin film, so that the thickness of the semiconductor is significantly reduced. Therefore, it is difficult to flatten a thin film having a thickness of 100 nm or less with good controllability.

【0012】また、膜形成とエッチングを同時に行うプ
ラズマ処理は薄膜の平坦化に対して有効であるが、この
時の原料ガスとして炭素や窒素などを含むガスを用いる
と、半導体表面にこれら不純物を含む膜が形成されてし
まい、不純物準位などによるしきい値電圧の変化など薄
膜トランジスタの特性に別の影響を与えてしまう。この
ため、これらの不純物を含む膜を除去する工程が、さら
に必要となってしまう。
A plasma treatment for simultaneously performing film formation and etching is effective for flattening a thin film. However, when a gas containing carbon, nitrogen, or the like is used as a raw material gas at this time, these impurities are added to the semiconductor surface. This results in the formation of a film that includes a thin film transistor, which has another effect on the characteristics of the thin film transistor, such as a change in threshold voltage due to impurity levels. Therefore, a step of removing the film containing these impurities is further required.

【0013】本発明の目的は、上記の問題を解決し、レ
ーザアニール法によって形成された薄い結晶性シリコン
膜とゲート絶縁膜の界面が清浄で平坦な薄膜トランジス
タの製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a method of manufacturing a thin film transistor in which the interface between a thin crystalline silicon film formed by a laser annealing method and a gate insulating film is clean and flat.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記の目的を解決するた
めに、本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、シリコ
ンを主体とする結晶性半導体膜を形成する工程と、前記
結晶性半導体膜の表面を平坦にする平坦化工程と、前記
結晶性半導体膜の表面に絶縁膜を形成する工程とを有す
る薄膜トランジスタの製造方法において、前記平坦化工
程はハロゲン化シランと水素原子を供給するガスとが少
なくとも混合されたガスによるプラズマ処理工程であ
り、具体的にはSiF4ガスとH2ガスの混合ガスを用
い、SiHxラジカルによる多結晶シリコン膜堆積とフ
ッ素ラジカルによるエッチングが凹凸を有する多結晶シ
リコン膜表面で同時に起こるプラズマ処理である。
In order to solve the above-mentioned object, a method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention comprises a step of forming a crystalline semiconductor film mainly composed of silicon, and a step of forming a surface of the crystalline semiconductor film. In a method for manufacturing a thin film transistor, comprising: a flattening step for flattening; and a step of forming an insulating film on a surface of the crystalline semiconductor film, the flattening step includes a process in which halogenated silane and a gas for supplying hydrogen atoms are mixed at least. Is a plasma treatment process using the gas, specifically, a mixed gas of SiF 4 gas and H 2 gas, and the polycrystalline silicon film deposition with SiH x radicals and the etching with fluorine radicals have irregularities on the surface of the polycrystalline silicon film. Is a plasma treatment that occurs simultaneously.

【0015】本発明における平坦化工程では、プラズマ
処理によってシリコン膜が多結晶シリコン膜表面の凹部
から順次に堆積され、フッ素ラジカルは曲率半径の小さ
い凸部に集中的に供給されるため、優先的にエッチング
が速く進行する。この結果、凹部では膜形成が、凸部で
はエッチングが冗長され、最終的に多結晶シリコン膜の
表面は平坦になる。
In the flattening step of the present invention, a silicon film is sequentially deposited from a concave portion on the surface of the polycrystalline silicon film by plasma treatment, and fluorine radicals are preferentially supplied to convex portions having a small radius of curvature. Etching proceeds rapidly. As a result, the film formation is made redundant in the concave portions and the etching is made redundant in the convex portions, so that the surface of the polycrystalline silicon film is finally flattened.

【0016】また、本発明では平坦化工程によって多結
晶シリコン膜表面に堆積する膜は同質の多結晶シリコン
膜であり、この膜を除去することなく次工程である絶縁
膜を形成する工程を実施することが可能であり、これを
平坦化工程と同一真空中で行うことにより、より清浄な
半導体とゲート絶縁膜の界面が形成できる。
In the present invention, the film deposited on the surface of the polycrystalline silicon film in the planarization step is a polycrystalline silicon film of the same quality, and the next step of forming an insulating film without removing the film is performed. By performing this in the same vacuum as the planarization step, a cleaner interface between the semiconductor and the gate insulating film can be formed.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】 以下、凹凸を有する多結晶シリコ
ン膜表面の平坦化の過程を説明する。ハロゲン化シラン
と水素原子を供給するガスとが少なくとも混合されたガ
ス、具体的には具体的にはSiF4ガスとH2ガスの混合
ガスを原料としたプラズマ中では、複雑な気相反応の結
果、F、SiHx、SiHxy、SiFyなどといった様
々な粒子が生成される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, polycrystalline silicon having irregularities
The process of flattening the film surface will be described. Halogenated silane
Gas that is at least mixed with
, More specifically, SiFFourGas and HTwoGas mixing
In a gas-based plasma, complex gas-phase reactions can occur.
Fruit, F, SiHx, SiHxFy, SiFyLike
Various particles are produced.

【0018】これらの内、フッ素ラジカルが多結晶シリ
コン膜表面に到達すると、膜表面のシリコンとフッ素ラ
ジカルが反応して、揮発性のSiF4が形成され、多結
晶シリコン膜のエッチングが進行する。この時、フッ素
ラジカルは曲率半径の小さい領域に集中的に供給される
ため、多結晶シリコン膜表面の凸部において最も速くエ
ッチングが進行する。また、SiHxラジカルが多結晶
シリコン膜表面に到達すると、表面を拡散して膜中のシ
リコンと結合し、シリコン膜の堆積が進行する。そし
て、この膜堆積は凹部から順次起こるため、凹部では膜
形成が、凸部ではエッチングが冗長され、最終的に多結
晶シリコン膜の表面は平坦になる。
When the fluorine radicals reach the surface of the polycrystalline silicon film, the silicon on the film surface reacts with the fluorine radicals to form volatile SiF 4 and the etching of the polycrystalline silicon film proceeds. At this time, since the fluorine radicals are intensively supplied to a region having a small radius of curvature, the etching proceeds fastest on the convex portion on the surface of the polycrystalline silicon film. When the SiH x radicals reach the surface of the polycrystalline silicon film, they diffuse on the surface and combine with the silicon in the film, and the deposition of the silicon film proceeds. Since this film deposition occurs sequentially from the concave portions, the film formation is performed in the concave portions and the etching is redundant in the convex portions, and the surface of the polycrystalline silicon film is finally flattened.

【0019】また、多結晶シリコン膜厚の変化量はフッ
素ラジカルおよびSiHxラジカルの膜表面への供給量
によって決まり、フッ素ラジカルの供給量が多ければエ
ッチング量が増加し、膜厚は減少する。逆に、SiHx
ラジカルの供給量が多ければ、膜堆積量が増加し、膜厚
は増加する。図4は全圧に対するSiF4分圧比の変化
に対する膜厚変化量の依存性を示している。これによ
り、SiF4分圧が増加するにつれ、フッ素ラジカルの
生成量が増加し、膜厚が減少することがわかる。また、
この時の表面平坦性は処理前の凹凸が約20nmであっ
たのに対し、SiF4分圧が100%、すなわちH2を混
合しない場合を除いて、表面凹凸は2〜5nmに平坦化
されていた。
The amount of change in the thickness of the polycrystalline silicon film is determined by the supply amount of fluorine radicals and SiH x radicals to the film surface. If the supply amount of fluorine radicals is large, the etching amount increases and the film thickness decreases. Conversely, SiH x
If the supply amount of radicals is large, the film deposition amount increases, and the film thickness increases. FIG. 4 shows the dependency of the film thickness change amount on the change of the SiF 4 partial pressure ratio with respect to the total pressure. Thus, it can be seen that as the SiF 4 partial pressure increases, the amount of generated fluorine radicals increases and the film thickness decreases. Also,
The surface unevenness at this time was about 20 nm before and after the treatment, but the surface unevenness was flattened to 2 to 5 nm except when the SiF 4 partial pressure was 100%, that is, when H 2 was not mixed. I was

【0020】なお、レーザアニール法を用いて多結晶シ
リコン膜の形成する場合には、前駆体となるアモルファ
スシリコン膜の膜厚を100nm以下、望ましくは50
nm程度にすることにより結晶性の優れた多結晶シリコ
ン膜が形成される。この多結晶シリコン膜の表面を平坦
化し、薄膜トランジスタを製造する場合には、平坦化工
程において、膜厚が減少しないことが望まれる。これ
は、多結晶シリコン膜厚が減少すると、電極とのコンタ
クト領域の抵抗が増大したり、膜厚バラツキがトランジ
スタ特性のバラツキに大きく反映してしまうためであ
る。
When a polycrystalline silicon film is formed by using a laser annealing method, the thickness of the amorphous silicon film serving as a precursor is set to 100 nm or less, preferably 50 nm or less.
By setting the thickness to about nm, a polycrystalline silicon film having excellent crystallinity is formed. In the case of manufacturing a thin film transistor by flattening the surface of the polycrystalline silicon film, it is desired that the thickness is not reduced in the flattening step. This is because, when the polycrystalline silicon film thickness decreases, the resistance of the contact region with the electrode increases, and the film thickness variation largely reflects the transistor characteristic variation.

【0021】(実施の形態1)本実施の形態は、平坦化
工程によって多結晶シリコン膜の膜厚が減少しない薄膜
トランジスタの製造方法に関する。以下に本実施の形態
における薄膜トランジスタの製造方法を図1を用いて説
明する。まずガラス基板1上に、下地膜として図示しな
い酸化シリコン膜を200nmの厚さにプラズマCVD
法を用いて形成する。さらにプラズマCVD法により、
アモルファスシリコン膜を50nmの厚さに形成する。
そして、これに対し450℃の熱処理をした後、図1
(a)に示すようにエキシマレーザを照射することにより
多結晶シリコン膜2が形成される。
(Embodiment 1) The present embodiment relates to a method of manufacturing a thin film transistor in which the thickness of a polycrystalline silicon film is not reduced by a planarization step. Hereinafter, a method for manufacturing a thin film transistor in this embodiment will be described with reference to FIGS. First, a silicon oxide film (not shown) is formed on a glass substrate 1 as a base film by plasma CVD to a thickness of 200 nm.
It is formed using a method. Furthermore, by the plasma CVD method,
An amorphous silicon film is formed to a thickness of 50 nm.
After a heat treatment at 450 ° C.
As shown in (a), the polycrystalline silicon film 2 is formed by irradiating an excimer laser.

【0022】しかしながら、このようなレーザアニール
法によって形成される多結晶シリコン膜は、結晶性に優
れているものの、その表面に数十nmの凹凸が形成され
てしまう。本実施の形態においては、約20nmの表面
凹凸が形成された。そこで続いて、SiF4ガスとH2
スを原料としたプラズマ処理により多結晶シリコン膜表
面の平坦化を行う。
However, although the polycrystalline silicon film formed by such a laser annealing method has excellent crystallinity, irregularities of several tens nm are formed on the surface thereof. In the present embodiment, surface irregularities of about 20 nm were formed. Then, subsequently, the surface of the polycrystalline silicon film is planarized by plasma processing using SiF 4 gas and H 2 gas as raw materials.

【0023】本実施の形態においては、SiF4の分圧
比を50%とし、全圧0.2Torr、放電電力100
W、基板温度350℃のプラズマ処理を行う。このプラ
ズマ中で生成されたSiHxラジカルは、多結晶シリコ
ン膜表面を拡散し、表面の凹部に多結晶シリコン膜が形
成される。またフッ素ラジカルよるエッチングは凸部で
最も速く進行するため、最終的に図1(b)のように多
結晶シリコン膜表面の凹凸が平坦化される。本実施の形
態における平坦化の条件では、エッチングよりも膜形成
が優位にあるため、平坦化後の多結晶シリコン膜厚は6
0nmに増加し、この多結晶シリコン膜の表面の凹凸は
2nm程度である。また、本実施の形態において表面に
堆積する膜は多結晶シリコン膜であるので、平坦化後に
表面に堆積した膜を除去する工程は必要ない。
In this embodiment, the partial pressure ratio of SiF 4 is 50%, the total pressure is 0.2 Torr, and the discharge power is 100%.
W, plasma processing at a substrate temperature of 350 ° C. is performed. The SiH x radicals generated in the plasma diffuse on the surface of the polycrystalline silicon film, and a polycrystalline silicon film is formed in a concave portion on the surface. Further, since the etching by the fluorine radical proceeds at the convex portion at the highest speed, the unevenness on the surface of the polycrystalline silicon film is finally flattened as shown in FIG. Under the flattening conditions in this embodiment, the film formation is superior to the etching, so that the polycrystalline silicon film thickness after the flattening is 6 times.
The surface roughness of this polycrystalline silicon film is about 2 nm. In addition, since the film deposited on the surface in this embodiment is a polycrystalline silicon film, there is no need for a step of removing the film deposited on the surface after planarization.

【0024】次に図1(c)に示すように、平坦化された
多結晶シリコン膜3を島状にパターニングして、その上
にゲート絶縁膜5として酸化シリコン膜を100nmの
厚さにプラズマCVD法を用いて形成する。
Next, as shown in FIG. 1C, the planarized polycrystalline silicon film 3 is patterned into an island shape, and a silicon oxide film is formed thereon as a gate insulating film 5 to a thickness of 100 nm by plasma. It is formed using a CVD method.

【0025】さらに、ゲート絶縁膜5表面にスパッタリ
ング法によってタンタルを300nmの厚さに形成した
後、パターニングしてゲート電極6とし、そのゲート電
極をマスクとして、図1(d)に示すように、ソース/
ドレイン領域を形成するために不純物イオンの注入を行
う。本実施の形態では、Nチャンネル型の薄膜トランジ
スタを製造するために、リンイオンの注入を行う。
Further, after forming tantalum to a thickness of 300 nm on the surface of the gate insulating film 5 by sputtering, it is patterned to form a gate electrode 6, and using the gate electrode as a mask, as shown in FIG. Source/
Impurity ions are implanted to form a drain region. In this embodiment mode, phosphorus ions are implanted in order to manufacture an N-channel thin film transistor.

【0026】次に図1(e)に示すように、層間絶縁膜7
として酸化シリコン膜を常圧CVD法で500nmの厚
さに形成し、熱処理によって図1(d)に示す工程で注
入した不純物の活性化を行う。そして、ソース/ドレイ
ン領域へのコンタクトホールを開口し、アルミニウムを
主成分とする材料でソース電極8およびドレイン電極9
を形成する。以上の工程によって薄膜トランジスタが製
造される。
Next, as shown in FIG. 1E, an interlayer insulating film 7 is formed.
Then, a silicon oxide film is formed to a thickness of 500 nm by a normal pressure CVD method, and the impurities implanted in the step shown in FIG. Then, a contact hole to the source / drain region is opened, and the source electrode 8 and the drain electrode 9 are made of a material containing aluminum as a main component.
To form Through the above steps, a thin film transistor is manufactured.

【0027】 本実施の形態によって製造される薄膜トラ
ンジスタは、キャリアが伝導するチャネル領域の表面が
平坦であるため、薄膜トランジスタの特性バラツキを低
減し、かつキャリアが散乱したり、トラップされること
を抑制できるため、特性自体も向上する。
[0027] Thin film tiger manufactured by the present embodiment
The transistor has a channel region where the carriers conduct
Flatness reduces characteristic variations of thin film transistors
Reduced and carrier scattering or trapping
Can be suppressed, so that the characteristics themselves are also improved.

【0028】 本実施の形態においては、平坦化工程にお
けるプラズマ処理の原料ガスとして、フッ化物であるS
iF4および水素を用いたが、これを塩化物(SiH2
2、SiCl4等)および水素としても同様の効果が得
られる。そしてこの場合には、塩素ラジカルによってエ
ッチングが進行する。また本実施の形態においては、平
坦化工程によって膜厚が増加したが、プラズマ条件を変
更することにより膜厚変化を制御することが可能であ
る。
[0028] In the present embodiment, the flattening step
S, which is a fluoride, as a source gas for the plasma treatment
iFFourAnd hydrogen were used, but this was converted to chloride (SiHTwoC
lTwo, SiClFourEtc.) and hydrogen have the same effect.
Can be In this case, chlorine radicals cause
Pitching proceeds. Also, in the present embodiment,
Although the film thickness increased due to the supporting process, the plasma conditions changed.
It is possible to control the film thickness change by changing
You.

【0029】(実施の形態2)本実施の形態は、平坦化
工程とゲート絶縁膜形成工程を同一真空中で行う、薄膜
トランジスタの製造方法に関する。本実施の形態におけ
る薄膜トランジスタの製造方法を図2を用いて説明す
る。図2(a)に示す多結晶シリコン膜2の形成工程ま
では、実施の形態1と同様であり、ガラス基板1上に下
地膜として図示しない酸化シリコン膜を200nmの厚
さにプラズマCVD法を用いて形成した後、プラズマC
VD法により、アモルファスシリコン膜を50nmの厚
さに形成する。そして、これに対し450℃の熱処理を
した後、アモルファスシリコン膜表面にエキシマレーザ
を照射することにより表面におよそ20nmの凹凸を有
する多結晶シリコン膜2が形成される。
(Embodiment 2) This embodiment relates to a method of manufacturing a thin film transistor in which a planarization step and a gate insulating film forming step are performed in the same vacuum. A method for manufacturing a thin film transistor in this embodiment will be described with reference to FIGS. The process up to the step of forming the polycrystalline silicon film 2 shown in FIG. 2A is the same as that of the first embodiment. A silicon oxide film (not shown) is formed as a base film on the glass substrate 1 by plasma CVD to a thickness of 200 nm. After forming using the plasma C
An amorphous silicon film is formed to a thickness of 50 nm by the VD method. Then, after a heat treatment at 450 ° C., the surface of the amorphous silicon film is irradiated with excimer laser to form a polycrystalline silicon film 2 having a surface roughness of about 20 nm.

【0030】 本実施の形態においては、平坦化工程から
ゲート絶縁膜形成工程まで、図3に示すような真空装置
によって行う。この装置の各室には図示しない真空排気
装置が設置され、各室を独立に真空排気することができ
る。図中の矢印は基板の動きを示し、ロード室11にセ
ットされた基板は、ロード室11が真空状態に排気され
た後、搬送室10を経て平坦化室12に搬送される。平
坦化室12で平坦化された基板は、再び真空状態の搬送
室10を経て絶縁膜形成室13に搬送され、表面被覆膜
として絶縁膜を形成した後、アンロード室14に搬送さ
れ取り出される。
[0030] In the present embodiment, from the flattening step
Vacuum apparatus as shown in FIG. 3 until the gate insulating film forming step
Done by Each chamber of this device is evacuated (not shown)
Equipment is installed and each chamber can be evacuated independently.
You. The arrows in the figure indicate the movement of the substrate, and are set in the load chamber 11.
The loaded substrate is evacuated to a vacuum state in the load chamber 11.
Then, the wafer is transferred to the flattening chamber 12 via the transfer chamber 10. flat
The substrate flattened in the carrier chamber 12 is again transported in a vacuum state.
After being transferred to the insulating film forming chamber 13 through the chamber 10, the surface coating film is formed.
After forming an insulating film as
It is taken out.

【0031】図2(b)は多結晶シリコン膜2を平坦化
し、同一真空中で表面被覆膜4を形成した状態を示して
いる。平坦化の方法としては、SiF4分圧比60%、
全圧0.2Torr、放電電力100W、基板温度35
0℃のプラズマ処理を行う。これによって表面凹凸は約
2nmに平坦化され、多結晶シリコン膜厚はほとんど変
化しない。表面が平坦化された基板は、真空中で絶縁膜
形成室13に搬送されプラズマCVD法によって酸化シ
リコン膜を20nmの厚さに堆積した後、アンロード室
14から取り出される。このように多結晶シリコン膜表
面を大気にさらすことなく、表面に絶縁膜を形成し、こ
れをゲート絶縁膜もしくはその一部とすることにより、
より清浄な多結晶シリコン膜とゲート絶縁膜界面を形成
することができる。
FIG. 2B shows a state where the polycrystalline silicon film 2 is flattened and the surface coating film 4 is formed in the same vacuum. As a method of flattening, a SiF 4 partial pressure ratio of 60%,
Total pressure 0.2 Torr, discharge power 100 W, substrate temperature 35
Plasma treatment at 0 ° C. is performed. Thereby, the surface irregularities are flattened to about 2 nm, and the polycrystalline silicon film thickness hardly changes. The substrate whose surface is flattened is transferred to the insulating film forming chamber 13 in a vacuum, and a silicon oxide film is deposited to a thickness of 20 nm by a plasma CVD method, and then taken out of the unloading chamber 14. By forming an insulating film on the surface of the polycrystalline silicon film and exposing it to a gate insulating film or a part thereof without exposing the surface of the polycrystalline silicon film to the atmosphere,
A more clean polycrystalline silicon film and a gate insulating film interface can be formed.

【0032】次に図2(c)に示すように、多結晶シリ
コン膜3および表面被覆膜4を島状にパターニングし
て、その上にゲート絶縁膜5として酸化シリコン膜を8
0nmの厚さにプラズマCVD法を用いて形成する。こ
の時、多結晶シリコン膜表面にはすでに酸化シリコン膜
が20nm形成されているため、チャネル上のゲート絶
縁膜厚は100nmということになる。
Next, as shown in FIG. 2C, the polycrystalline silicon film 3 and the surface coating film 4 are patterned into an island shape, and a silicon oxide film 8 as a gate insulating film 5 is formed thereon.
It is formed to a thickness of 0 nm by using a plasma CVD method. At this time, since the silicon oxide film has already been formed to a thickness of 20 nm on the surface of the polycrystalline silicon film, the gate insulating film thickness on the channel is 100 nm.

【0033】なお本実施の形態においては、平坦化後に
形成する表面被覆膜4と多結晶シリコン膜をパターニン
グした後に形成するゲート絶縁膜5は同質の酸化シリコ
ン膜としたが、これを異質な絶縁膜としてもよい。ま
た、平坦化後に形成する表面被覆膜4はCVD堆積膜で
なく、プラズマ酸化法などを用いて多結晶シリコン膜3
を低温酸化したものでもよい。
In the present embodiment, the surface coating film 4 formed after planarization and the gate insulating film 5 formed after patterning the polycrystalline silicon film are made of the same silicon oxide film. It may be an insulating film. The surface coating film 4 formed after the planarization is not a CVD deposited film, but a polycrystalline silicon film 3 using a plasma oxidation method or the like.
May be oxidized at a low temperature.

【0034】 さらに、ゲート絶縁膜表面にスパッタリン
グ法によってタンタルを300nmの厚さに形成した
後、パターニングしてゲート電極6とし、そのゲート電
極6をマスクとして、図2(d)に示すように、ソース/
ドレイン領域を形成するために不純物イオンの注入を行
う。本実施の形態では、Nチャンネル型の薄膜トランジ
スタを製造するために、リンイオンの注入を行う。
[0034] Sputtering is also applied to the gate insulating film surface.
Tantalum was formed to a thickness of 300 nm by the
Then, patterning is performed to form a gate electrode 6, and the gate electrode 6 is formed.
Using the pole 6 as a mask, as shown in FIG.
Impurity ions are implanted to form the drain region.
U. In this embodiment, an N-channel thin film transistor is used.
In order to manufacture a star, phosphorus ions are implanted.

【0035】次に図2(e)に示すように、層間絶縁膜7
として酸化シリコン膜を常圧CVD法で500nmの厚
さに形成し、熱処理によって図2(d)に示す工程で注入
した不純物の活性化を行う。そして、ソース/ドレイン
領域へのコンタクトホールを開口し、アルミニウムを主
成分とする材料でソース電極8およびドレイン電極9を
形成する。以上の工程によって薄膜トランジスタが製造
される。
Next, as shown in FIG.
A silicon oxide film is formed to a thickness of 500 nm by a normal pressure CVD method, and the impurity implanted in the step shown in FIG. Then, a contact hole to the source / drain region is opened, and a source electrode 8 and a drain electrode 9 are formed using a material containing aluminum as a main component. Through the above steps, a thin film transistor is manufactured.

【0036】本実施の形態によって製造される薄膜トラ
ンジスタは、キャリアが伝導するチャネル領域の表面が
平坦かつ清浄であるため、薄膜トランジスタの特性バラ
ツキを低減し、かつキャリアが散乱したり、トラップさ
れることを抑制できるため、特性自体も向上する。
In the thin film transistor manufactured according to this embodiment, the surface of the channel region through which carriers are conducted is flat and clean, so that variations in the characteristics of the thin film transistor can be reduced, and scattering and trapping of carriers can be prevented. Since it can be suppressed, the characteristics themselves are also improved.

【0037】 本実施の形態においては、平坦化工程にお
けるプラズマ処理の原料ガスとして、フッ化物であるS
iF4および水素を用いたが、これを塩化物(SiH2
2、SiCl4等)および水素としても同様の効果が得
られる。そしてこの場合には、塩素ラジカルによってエ
ッチングが進行する。また本実施の形態においては、平
坦化工程によって多結晶シリコン膜の膜厚が変化しない
条件を用いたが、プラズマ条件を変更することにより膜
厚変化を制御することが可能である。
[0037] In the present embodiment, the flattening step
S, which is a fluoride, as a source gas for the plasma treatment
iFFourAnd hydrogen were used, but this was converted to chloride (SiHTwoC
lTwo, SiClFourEtc.) and hydrogen have the same effect.
Can be In this case, chlorine radicals cause
Pitching proceeds. Also, in the present embodiment,
The thickness of the polycrystalline silicon film does not change due to the supporting process
Conditions were used, but changing the plasma conditions
It is possible to control the thickness change.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上のように本発明の薄膜トランジスタ
の製造方法により、結晶性に優れ、平坦かつ清浄な表面
を有する結晶性半導体膜を得ることができるため、結晶
性半導体とゲート絶縁膜の界面状態を良好にすることが
できる。この結果、特性バラツキが小さく、チャネル領
域でのキャリア散乱の少ない薄膜トランジスタが製造さ
れる。
As described above, according to the method for manufacturing a thin film transistor of the present invention, a crystalline semiconductor film having excellent crystallinity and a flat and clean surface can be obtained, so that the interface between the crystalline semiconductor and the gate insulating film can be obtained. The condition can be improved. As a result, a thin film transistor having small characteristic variations and small carrier scattering in the channel region is manufactured.

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

【図1】本発明の実施の形態1における薄膜トランジス
タ製造工程の説明図
FIG. 1 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a thin film transistor in Embodiment 1 of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態2における薄膜トランジス
タ製造工程の説明図
FIG. 2 is an explanatory diagram of a thin film transistor manufacturing process in Embodiment 2 of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態2で用いる真空装置の概略
FIG. 3 is a schematic diagram of a vacuum device used in Embodiment 2 of the present invention.

【図4】平坦化処理による多結晶シリコン膜厚変化量の
SiF4分圧依存性を示す図
FIG. 4 is a diagram showing the dependency of the amount of change in polycrystalline silicon film thickness due to planarization on the SiF 4 partial pressure.

【図5】従来の薄膜トランジスタ製造工程の説明図FIG. 5 is an explanatory view of a conventional thin film transistor manufacturing process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガラス基板 2 多結晶シリコン膜 3 平坦化された多結晶シリコン膜 4 表面被覆膜 5 ゲート絶縁膜 6 ゲート電極 7 層間絶縁膜 8 ソース電極 9 ドレイン電極 10 搬送室 11 ロード室 12 平坦化室 13 絶縁膜形成室 14 アンロード室 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glass substrate 2 Polycrystalline silicon film 3 Planarized polycrystalline silicon film 4 Surface coating film 5 Gate insulating film 6 Gate electrode 7 Interlayer insulating film 8 Source electrode 9 Drain electrode 10 Transport chamber 11 Load chamber 12 Flattening chamber 13 Insulation film formation room 14 Unload room

フロントページの続き Fターム(参考) 5F004 AA11 CA04 DA00 DA24 DB02 EB02 FA02 5F052 AA02 BB07 CA08 DA02 DB03 EA16 JA01 JA04 5F110 AA18 CC02 DD02 DD13 EE04 EE44 FF02 FF30 GG15 GG45 HJ13 HL03 NN02 NN23 PP03 PP38 Continued on front page F-term (reference)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】シリコンを主体とする結晶性半導体膜を形
成する工程と、前記結晶性半導体膜の表面を平坦にする
平坦化工程と、前記結晶性半導体膜の表面に絶縁膜を形
成する工程とを有する薄膜トランジスタの製造方法であ
って、前記平坦化工程によって結晶性半導体膜の膜厚が
減少しないことを特徴とした薄膜トランジスタの製造方
法。
A step of forming a crystalline semiconductor film mainly composed of silicon; a step of flattening a surface of the crystalline semiconductor film; and a step of forming an insulating film on the surface of the crystalline semiconductor film. A method of manufacturing a thin film transistor, characterized in that the thickness of the crystalline semiconductor film is not reduced by the flattening step.
【請求項2】シリコンを主体とする結晶性半導体膜を形
成する工程と、前記結晶性半導体膜の表面を平坦にする
平坦化工程と、前記結晶性半導体膜の表面に絶縁膜を形
成する工程とを有する薄膜トランジスタの製造方法であ
って、前記結晶性半導体膜の表面に絶縁膜を形成する工
程が、前記平坦化工程と同一真空中で連続的に行われる
ことを特徴とした薄膜トランジスタの製造方法。
2. A step of forming a crystalline semiconductor film mainly composed of silicon, a step of flattening a surface of the crystalline semiconductor film, and a step of forming an insulating film on the surface of the crystalline semiconductor film. Wherein the step of forming an insulating film on the surface of the crystalline semiconductor film is performed continuously in the same vacuum as the flattening step. .
【請求項3】シリコンを主体とする結晶性半導体膜を形
成する工程と、前記結晶性半導体膜の表面を平坦にする
平坦化工程と、前記結晶性半導体膜の表面に絶縁膜を形
成する工程とを有する薄膜トランジスタの製造方法にお
いて、前記平坦化工程は、前記結晶性半導体膜の表面の
凹部に多結晶シリコン膜を形成しながら、前記結晶性半
導体膜の表面の凸部を平坦化することを特徴とした薄膜
トランジスタの製造方法。
3. A step of forming a crystalline semiconductor film mainly composed of silicon, a step of flattening a surface of the crystalline semiconductor film, and a step of forming an insulating film on a surface of the crystalline semiconductor film. In the method of manufacturing a thin film transistor, the flattening step comprises flattening a convex portion on the surface of the crystalline semiconductor film while forming a polycrystalline silicon film in a concave portion on the surface of the crystalline semiconductor film. A method for manufacturing a thin film transistor, which is characterized in that:
【請求項4】前記平坦化工程がハロゲン化シランと水素
原子を供給するガスとが少なくとも混合されたガスによ
るプラズマ処理工程であることを特徴とした請求項1か
ら請求項3のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造
方法。
4. The plasma processing step according to claim 1, wherein the flattening step is a plasma processing step using a gas in which at least a halogenated silane and a gas for supplying hydrogen atoms are mixed. Method for manufacturing thin film transistor.
【請求項5】前記ハロゲン化シランは、SiF4、Si
Cl4、SiH2Cl2のいずれかであることを特徴とす
る請求項4に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the halogenated silane is SiF 4 , Si
5. The method according to claim 4, wherein the method is one of Cl 4 and SiH 2 Cl 2 .
【請求項6】前記シリコンを主体とする結晶性半導体膜
が膜厚10nm以下の多結晶シリコン膜であり、レーザ
光照射により多結晶化されたものであることを特徴とし
た請求項1から請求項3のいずれかに記載の薄膜トラン
ジスタの製造方法。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said crystalline semiconductor film mainly composed of silicon is a polycrystalline silicon film having a thickness of 10 nm or less, and is polycrystallized by irradiating a laser beam. Item 4. A method for manufacturing a thin film transistor according to any one of items 3.
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CN102456546A (en) * 2010-10-29 2012-05-16 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Method for performing plasma discharge pre-treatment on depressions of semiconductor substrate
US8431937B2 (en) 2006-09-29 2013-04-30 Osram Opto Semiconductors Gmbh Semiconductor chip and method for producing a semiconductor chip
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