JP2000269502A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2000269502A
JP2000269502A JP2000068684A JP2000068684A JP2000269502A JP 2000269502 A JP2000269502 A JP 2000269502A JP 2000068684 A JP2000068684 A JP 2000068684A JP 2000068684 A JP2000068684 A JP 2000068684A JP 2000269502 A JP2000269502 A JP 2000269502A
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JP
Japan
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silicon
film
crystallization
gate electrode
impurities
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Pending
Application number
JP2000068684A
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Japanese (ja)
Inventor
Koyu Cho
宏勇 張
Toru Takayama
徹 高山
Yasuhiko Takemura
保彦 竹村
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accelerate crystallization, lower crystallization temperatures, and shorten a crystallization time by a method wherein a fine amount of catalytic material is added to a silicon film in a substantially amorphous state so as not to exceed a predetermined concentration. SOLUTION: After an amorphous silicon film is formed to crystallize, a gate electrode 14 is formed. Thereafter, impurities are doped to a silicon region with using the gate electrode 14 as a mask, to form N-type impurity regions 15a, 15b by a plasma doping method. The sum total of concentrations of this catalytic material does not exceed 1022 cm-3 in total. Thereafter, it is annealed in the nitrogen atmosphere, for example, at 500 deg.C, for example, for 4 hours, to activate impurities. With this configuration, it is possible to activate doping impurities in silicon at lower temperatures, for example, at 500 deg.C, and in a short time, for example, for 4 hours, and to enhance a throughput.

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、薄膜トランジスタ
(TFT)およびその作製方法に関するものである。本
発明によって作製される薄膜トランジスタは、ガラス等
の絶縁基板上、単結晶シリコン等の半導体基板上、いず
れにも形成される。特に本発明は、熱アニールによる結
晶化、活性化を経て作製される薄膜トランジスタに関す
る。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a thin film transistor (TFT) and a method for manufacturing the same. The thin film transistor manufactured by the present invention is formed on an insulating substrate such as glass and a semiconductor substrate such as single crystal silicon. In particular, the present invention relates to a thin film transistor manufactured through crystallization and activation by thermal annealing.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、絶縁基板上に、薄膜状の活性層
(活性領域ともいう)を有する絶縁ゲイト型の半導体装
置の研究がなされている。特に、薄膜状の絶縁ゲイトト
ランジスタ、いわゆる薄膜トランジスタ(TFT)が熱
心に研究されている。これらは、透明な絶縁基板上に形
成され、マトリクス構造を有する液晶等の表示装置にお
いて、各画素の制御用に利用することや駆動回路に利用
することが目的であり、利用する半導体の材料・結晶状
態によって、アモルファスシリコンTFTや結晶性シリ
コンTFTというように区別されている。
2. Description of the Related Art In recent years, studies have been made on an insulating gate type semiconductor device having a thin-film active layer (also called an active region) on an insulating substrate. In particular, a thin film insulated gate transistor, a so-called thin film transistor (TFT), has been enthusiastically studied. These are formed on a transparent insulating substrate and are used for controlling each pixel or for a driving circuit in a display device such as a liquid crystal having a matrix structure. The amorphous silicon TFT and the crystalline silicon TFT are distinguished according to the crystalline state.

【0003】一般にアモルファス状態の半導体の電界移
動度は小さく、したがって、高速動作が要求されるTF
Tには利用できない。また、アモルファスシリコンで
は、P型の電界移動度は著しく小さいので、Pチャネル
型のTFT(PMOSのTFT)を作製することができ
ず、したがって、Nチャネル型TFT(NMOSのTF
T)と組み合わせて、相補型のMOS回路(CMOS)
を形成することができない。
Generally, the electric field mobility of a semiconductor in an amorphous state is small, and therefore, a TF which requires high-speed operation is required.
Not available for T. Further, in the case of amorphous silicon, the P-type electric field mobility is extremely small, so that a P-channel TFT (PMOS TFT) cannot be manufactured.
T) and complementary MOS circuit (CMOS)
Cannot be formed.

【0004】一方、結晶半導体は、アモルファス半導体
よりも電界移動度が大きく、したがって、高速動作が可
能である。結晶性シリコンでは、NMOSのTFTだけ
でなく、PMOSのTFTも同様に得られるのでCMO
S回路を形成することが可能で、例えば、アクティブマ
トリクス方式の液晶表示装置においては、アクティブマ
トリクス部分のみならず、周辺回路(ドライバー等)を
もCMOSの結晶性TFTで構成する、いわゆるモノリ
シック構造を有するものが知られている。このような理
由から、最近は結晶性シリコンを使用したTFTの研究
開発が盛んである。
On the other hand, a crystalline semiconductor has a higher electric field mobility than an amorphous semiconductor, and therefore can operate at high speed. In crystalline silicon, not only NMOS TFTs but also PMOS TFTs can be obtained in the same manner.
An S circuit can be formed. For example, in an active matrix type liquid crystal display device, a so-called monolithic structure in which not only the active matrix portion but also peripheral circuits (drivers and the like) are formed of CMOS crystalline TFTs is used. Are known. For these reasons, research and development of TFTs using crystalline silicon have recently been active.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】結晶性シリコンを得る
方法の1つとして、レーザーもしくはそれと同等な強光
を照射することによってアモルファスシリコンを結晶化
させる方法が挙げられるが、レーザーの出力の不安定性
や極めて短時間のプロセスであることに由来する不安定
性のために量産実用化の目処がついていない。
One method of obtaining crystalline silicon is to crystallize amorphous silicon by irradiating a laser or an equivalent intense light. And there is no prospect of mass production due to the instability caused by the extremely short process.

【0006】現在、実用的に採用できる考えられる方法
は、熱によってアモルファスシリコンを結晶化させる方
法である。この方法では、バッチ間のばらつきが少ない
結晶シリコンを得ることができる。しかし、問題がない
わけではない。
At present, a possible method that can be practically employed is a method of crystallizing amorphous silicon by heat. According to this method, crystalline silicon with less variation between batches can be obtained. However, it is not without problems.

【0007】通常、結晶性シリコンを得るには600℃
程度の温度での長時間のアニールか、もしくは1000
℃以上の高温でのアニールが必要であった。後者の方法
を採用すれば選択できる基板が石英に限られ、基板コス
トが非常に高くなった。前者の方法では基板選択の余地
は拡がるが、別な問題がある。
Normally, to obtain crystalline silicon, a temperature of 600 ° C.
Long annealing at a temperature of about
Annealing at a high temperature of not less than ° C was necessary. If the latter method is adopted, the selectable substrate is limited to quartz, and the substrate cost becomes very high. Although the former method provides more room for substrate selection, it has another problem.

【0008】安価な無アルカリガラス基板(コーニング
社7059番等)を採用した場合の従来のTFTの作製
プロセスは、概ね以下のような流れである。 アモルファスシリコン膜の成膜 アモルファスシリコン膜の結晶化(600℃以上、
24時間以上) ゲイト絶縁膜の成膜 ゲイト電極の形成 ドーピング不純物の導入(イオン注入もしくはイオ
ンドーピング法による) ドーピング不純物の活性化(600℃以上、24時
間以上) 層間絶縁物の形成 ソース、ドレイン電極の形成
[0008] The conventional TFT fabrication process when an inexpensive alkali-free glass substrate (Corning No. 7059 or the like) is employed generally follows the flow described below. Amorphous silicon film formation Amorphous silicon film crystallization (600 ° C or higher,
24 hours or more) Formation of gate insulating film Formation of gate electrode Introduction of doping impurities (by ion implantation or ion doping method) Activation of doping impurities (600 ° C. or more, 24 hours or more) Formation of interlayer insulator Source and drain electrodes Formation

【0009】ここで、特に問題となるのはのプロセス
である。この段階では、多くの無アルカリガラスの歪み
温度が600℃近辺(コーニング7059の場合は59
3℃)であるので、基板のちぢみが問題となる。最初の
アニールプロセスであるの段階では、まだ、パターニ
ングがされていないから基板の収縮は問題とはならなか
った。しかし、の段階では、回路のパターニングがさ
れているため、基板が収縮すると、以後のマスクあわせ
ができなくなり、歩留りの低下の大きな原因となる。そ
こで、のプロセスをより低温(好ましくはガラスの歪
み温度より50℃以上低い温度)でおこなうことが望ま
れた。
Here, the process is particularly problematic. At this stage, the distortion temperature of many alkali-free glasses is around 600 ° C. (59 for Corning 7059).
3 ° C.), which causes a problem of substrate shrinkage. At the stage of the first annealing process, the shrinkage of the substrate was not a problem because it had not been patterned yet. However, at this stage, since the circuit is patterned, if the substrate shrinks, subsequent mask alignment cannot be performed, which causes a large decrease in yield. Therefore, it has been desired to carry out this process at a lower temperature (preferably at a temperature lower by at least 50 ° C. than the distortion temperature of the glass).

【0010】そのためには、例えば、前述のようなレー
ザー等を用いる方法も考えられるが、レーザーの不安定
性に加えて、レーザーの照射される部分(ソース、ドレ
イン領域)とレーザーの照射されない部分(活性領域=
ゲイト電極の下の領域)との間で温度上昇の違いから応
力が発生し、信頼性が低下することが観測された。
For this purpose, for example, a method using a laser or the like as described above can be considered. However, in addition to the instability of the laser, a portion irradiated with the laser (source and drain regions) and a portion not irradiated with the laser ( Active area =
It was observed that stress was generated due to the difference in temperature rise between the region (below the gate electrode) and the reliability was reduced.

【0011】このため、レーザー等を採用することは量
産的に困難であった。一方、その他の方法としても有効
な方法は見出せないのが現状であった。本発明はこのよ
うな困難な課題に対して解答を与えんとするものであ
る。本発明は、量産性を維持しつつ、上記の問題点を解
決することを課題とする。
Therefore, it has been difficult to employ a laser or the like in terms of mass production. On the other hand, at present, no effective method can be found as another method. The present invention seeks to provide an answer to such a difficult task. An object of the present invention is to solve the above problems while maintaining mass productivity.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明者の研究の結果、
実質的にアモルファス状態のシリコン被膜に微量の触媒
材料を添加することによって結晶化を促進させ、結晶化
温度を低下させ、結晶化時間を短縮できることが明らか
になった。触媒材料としては、ニッケル(Ni)、鉄
(Fe)、コバルト(Co)、白金(Pt)の単体、も
しくはそれらの珪化物等の化合物が適している。具体的
には、これらの触媒元素を有する膜、粒子、クラスター
等をアモルファスシリコン膜の下、もしくは上に密着し
て形成し、あるいはイオン注入法等の方法によってアモ
ルファスシリコン膜中にこれらの触媒元素を導入し、そ
の後、これを適当な温度、典型的には580℃以下の温
度で熱アニールすることによって結晶化させることがで
きる。
As a result of the research by the present inventors,
It has been found that the crystallization can be promoted by adding a small amount of a catalyst material to the silicon film in a substantially amorphous state, the crystallization temperature can be reduced, and the crystallization time can be shortened. As the catalyst material, a simple substance of nickel (Ni), iron (Fe), cobalt (Co), platinum (Pt), or a compound such as a silicide thereof is suitable. Specifically, films, particles, clusters, and the like having these catalyst elements are formed in close contact with or below the amorphous silicon film, or these catalyst elements are formed in the amorphous silicon film by a method such as ion implantation. And then crystallized by thermal annealing at a suitable temperature, typically at or below 580 ° C.

【0013】当然のことであるが、アニール温度が高い
ほど結晶化時間は短いという関係がある。また、ニッケ
ル、鉄、コバルト、白金の濃度が大きいほど結晶化温度
が低く、結晶化時間が短いという関係がある。本発明人
の研究では、結晶化を進行させるには、これらのうちの
少なくとも1つの元素の濃度が1×1017cm-3を越え
ること、好ましくは5×1018cm-3以上存在すること
が必要であることがわかった。
As a matter of course, the higher the annealing temperature, the shorter the crystallization time. In addition, the higher the concentration of nickel, iron, cobalt and platinum, the lower the crystallization temperature and the shorter the crystallization time. According to the study of the present inventor, in order for crystallization to proceed, the concentration of at least one of these elements should be more than 1 × 10 17 cm −3 , preferably be 5 × 10 18 cm −3 or more. Turned out to be necessary.

【0014】一方、上記触媒材料はいずれもシリコンに
とっては好ましくない材料であるので、できるだけその
濃度が低いことが望まれる。本発明人の研究では、これ
らの触媒材料の濃度は合計して1020cm-3を越えない
ことが望まれる。特に活性層として利用する場合には、
十分な信頼性および特性を得るために1×1017cm -3
未満、好ましくは1×1016cm-3未満の濃度であるこ
とが必要とされる。
On the other hand, all of the above catalyst materials are converted to silicon.
It is an unfavorable material.
It is desired that the concentration be low. In our study, this
The total concentration of these catalyst materials is 1020cm-3Does not exceed
It is desired. Especially when used as an active layer,
1 × 10 to obtain sufficient reliability and characteristics17cm -3
Less than 1 × 1016cm-3Less than
Is required.

【0015】本発明人は、この触媒元素の効果に着目
し、これを利用することによって上記の問題を解決でき
ることを見出した。本発明におけるTFTの作製プロセ
スは、概ね以下のようなものである。 アモルファスシリコン膜の成膜 アモルファスシリコン膜の結晶化(600℃以上、
24時間以上) ゲイト絶縁膜の成膜 ゲイト電極の形成 ドーピング不純物の導入(イオン注入もしくはイオ
ンドーピング法による) ’触媒元素を有する物質のシリコン膜への成膜 ドーピング不純物の活性化(600℃以下、8時間
以内) 層間絶縁物の形成 ソース、ドレイン電極の形成
The present inventors have paid attention to the effect of this catalytic element, and have found that the above problem can be solved by using the catalytic element. The manufacturing process of the TFT according to the present invention is generally as follows. Amorphous silicon film formation Amorphous silicon film crystallization (600 ° C or higher,
24 hours or more) Deposition of gate insulating film Formation of gate electrode Introduction of doping impurities (by ion implantation or ion doping method) 'Deposition of a substance containing a catalytic element on silicon film Activation of doping impurities (600 ° C or lower, Within 8 hours) Formation of interlayer insulator Formation of source and drain electrodes

【0016】あるいは、 アモルファスシリコン膜の成膜 アモルファスシリコン膜の結晶化(600℃以上、
24時間以上) ゲイト絶縁膜の成膜 ゲイト電極の形成 ドーピング不純物の導入(イオン注入もしくはイオ
ンドーピング法による) ’触媒元素の導入(イオン注入もしくはイオンドーピ
ング法による) ドーピング不純物の活性化(600℃以下、8時間
以内) 層間絶縁物の形成 ソース、ドレイン電極の形成
Alternatively, crystallization of an amorphous silicon film (at 600 ° C. or higher,
24 hours or more) Gate insulating film formation Gate electrode formation Doping impurity introduction (by ion implantation or ion doping method) 'Catalyst element introduction (by ion implantation or ion doping method) Activation of doping impurity (600 ° C or less) , Within 8 hours) Formation of interlayer insulator Formation of source and drain electrodes

【0017】これらの工程において、および’はそ
の順序を逆転させることも可能である。本発明におい
て、上記工程’によって主としてソース、ドレイン領
域に導入された触媒元素は、その領域の結晶化を著しく
促進する。そのため、活性化のためには、600℃以
下、典型的には550℃以下の温度で十分であり、ま
た、アニール時間も8時間以内、典型的には4時間以内
で十分である。特に、後者のようにイオン注入法やイオ
ンドーピング法によって最初から均等に触媒元素が分布
している場合には、極めて結晶化が進行しやすかった。
In these steps, and 'can also reverse the order. In the present invention, the catalyst element mainly introduced into the source / drain regions by the above-mentioned process ′ remarkably promotes crystallization of the regions. Therefore, for activation, a temperature of 600 ° C. or less, typically 550 ° C. or less is sufficient, and an annealing time of 8 hours or less, typically 4 hours or less is sufficient. In particular, when the catalyst element is uniformly distributed from the beginning by the ion implantation method or the ion doping method as in the latter case, crystallization is extremely easy to proceed.

【0018】本発明の優れた点は、シリコンに有害な触
媒元素をTFTに添加するものの、その濃度は活性領域
では著しく低い(1×1018cm-3以下)ことである。
すなわち、いずれのプロセスを採用しても、活性領域の
上にゲイト電極が存在するので、活性領域にじかに触媒
元素が密着したり、注入されたりすることはない。その
結果、TFTの信頼性、特性は何ら損なわれることはな
い。熱平衡状態を利用するアニールであるので、レーザ
ーを利用する場合の温度差も生じない。以下に実施例を
用いて、より詳細に本発明を説明する。
An excellent point of the present invention is that, although a catalytic element harmful to silicon is added to the TFT, its concentration is extremely low in the active region (1 × 10 18 cm −3 or less).
That is, no matter which process is employed, the catalytic element is not directly adhered to or injected into the active region because the gate electrode exists on the active region. As a result, the reliability and characteristics of the TFT are not impaired at all. Since the annealing uses a thermal equilibrium state, there is no temperature difference when using a laser. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

【0019】[0019]

【実施例】〔実施例1〕 図1に本実施例の作製工程の
断面図を示す。まず、基板(コーニング7059)10
上にスパッタリング法によって厚さ2000Åの酸化珪
素の下地膜11を形成した。さらに、プラズマCVD法
によって、厚さ500〜1500Å、例えば1500Å
の真性(I型)のアモルファスシリコン膜を堆積した。
そして、このアモルファスシリコン膜を窒素雰囲気中、
600℃、48時間アニールして結晶化させた。アニー
ル後、シリコン膜をパターニングして、島状シリコン領
域12を形成し、さらに、スパッタリング法によって厚
さ1000Åの酸化珪素膜13をゲイト絶縁膜として堆
積した。スパッタリングには、ターゲットとして酸化珪
素を用い、スパッタリング時の基板温度は200〜40
0℃、例えば350℃、スパッタリング雰囲気は酸素と
アルゴンで、アルゴン/酸素=0〜0.5、例えば0.
1以下とした。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a sectional view showing a manufacturing process of this embodiment. First, the substrate (Corning 7059) 10
A 2000 .ANG.-thick silicon oxide base film 11 was formed thereon by sputtering. Further, the thickness is 500 to 1500 °, for example, 1500 ° by a plasma CVD method.
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film was deposited.
Then, this amorphous silicon film is placed in a nitrogen atmosphere,
Annealing was performed at 600 ° C. for 48 hours for crystallization. After annealing, the silicon film was patterned to form island-shaped silicon regions 12, and a silicon oxide film 13 having a thickness of 1000 ° was deposited as a gate insulating film by a sputtering method. For sputtering, silicon oxide was used as a target, and the substrate temperature during sputtering was 200 to 40.
At 0 ° C., for example, 350 ° C., the sputtering atmosphere is oxygen and argon, and argon / oxygen = 0 to 0.5, for example, 0.
1 or less.

【0020】引き続いて、減圧CVD法によって、厚さ
6000〜8000Å、例えば6000Åのシリコン膜
(0.1〜2%の燐を含む)を堆積した。なお、この酸
化珪素とシリコン膜の成膜工程は連続的におこなうこと
が望ましい。そして、シリコン膜をパターニングして、
ゲイト電極14を形成した。(図1(A))
Subsequently, a silicon film (containing 0.1 to 2% of phosphorus) having a thickness of 6000 to 8000 °, for example, 6000 ° was deposited by a low pressure CVD method. It is desirable that the step of forming the silicon oxide and the silicon film be performed continuously. And pattern the silicon film,
The gate electrode 14 was formed. (Fig. 1 (A))

【0021】次に、プラズマドーピング法によって、シ
リコン領域にゲイト電極をマスクとして不純物(燐)を
注入した。ドーピングガスとして、フォスフィン(PH
3 )を用い、加速電圧を60〜90kV、例えば80k
Vとした。ドーズ量は1×1015〜8×1015cm-2
例えば、2×1015cm-2とした。この結果、N型の不
純物領域15a、15bが形成された。(図1(B))
Next, impurities (phosphorus) were implanted into the silicon region by using a gate electrode as a mask by a plasma doping method. Phosphine (PH) as doping gas
3 ) using an acceleration voltage of 60 to 90 kV, for example, 80 kV.
V. The dose amount is 1 × 10 15 to 8 × 10 15 cm −2 ,
For example, it was set to 2 × 10 15 cm −2 . As a result, N-type impurity regions 15a and 15b were formed. (FIG. 1 (B))

【0022】次に、不純物領域上の酸化珪素膜13をエ
ッチングして、不純物領域15を露出させ、スパッタリ
ング法によって、平均的に厚さ5〜200Å、例えば2
0Åの珪化ニッケル膜(化学式NiSix 、0.4≦x
≦2.5、例えば、x=2.0)16を図に示すように
全面に形成した。20Å程度の厚さでは膜は連続的なも
のではなく、どちらかというと粒子の集合体の様相を呈
していたが、本実施例では問題はない。(図1(C))
Next, the silicon oxide film 13 on the impurity region is etched to expose the impurity region 15, and the average thickness is 5 to 200 Å, for example, 2
Nickel silicide film of 0 Å (formula NiSi x, 0.4 ≦ x
≦ 2.5, for example, x = 2.0) 16 was formed on the entire surface as shown in the figure. At a thickness of about 20 °, the film was not continuous and rather appeared as an aggregate of particles, but there is no problem in this embodiment. (Fig. 1 (C))

【0023】その後、窒素雰囲気中、500℃で4時間
アニールすることによって、不純物を活性化させた。こ
のとき、先にN型不純物領域15aおよび15bにはそ
の上に被着した珪化ニッケル膜からニッケルが拡散する
ので、このアニールによって再結晶化が容易に進行し
た。こうして不純物領域15a、15bを活性化した。
(図1(D))
Thereafter, annealing was performed at 500 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere to activate the impurities. At this time, since nickel diffuses from the nickel silicide film deposited on the N-type impurity regions 15a and 15b first, recrystallization easily progressed by this annealing. Thus, the impurity regions 15a and 15b were activated.
(Fig. 1 (D))

【0024】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜17
を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成し、
これにコンタクトホールを形成して、金属材料、例え
ば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってTFT
のソース領域、ドレイン領域の電極・配線18a、18
bを形成した。最後に、1気圧の水素雰囲気で350
℃、30分のアニールをおこなった。以上の工程によっ
て薄膜トランジスタが完成した。(図1(E)) 得られた薄膜トランジスタのソース、ドレイン領域およ
び活性領域のニッケルの濃度を2次イオン質量分析(S
IMS)法によって測定したところ、前者は1×1018
〜5×1018cm-3程度、後者は測定限界(1×1016
cm-3)以下であった。
Subsequently, a silicon oxide film 17 having a thickness of 6000.degree.
Is formed by a plasma CVD method as an interlayer insulator,
A contact hole is formed in this, and a TFT is formed by a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum.
Source / drain region electrodes / wirings 18a, 18
b was formed. Finally, in a hydrogen atmosphere of 1 atm.
Annealing was performed at 30 ° C. for 30 minutes. Through the above steps, a thin film transistor was completed. (FIG. 1E) The nickel concentration in the source, drain and active regions of the obtained thin film transistor was measured by secondary ion mass spectrometry (S
IMS) method, the former was 1 × 10 18
~ 5 × 10 18 cm -3 , the latter being the measurement limit (1 × 10 16 cm -3)
cm -3 ) or less.

【0025】〔実施例2〕 図2に本実施例の作製工程
の断面図を示す。まず、基板(コーニング7059)2
0上にスパッタリング法によって厚さ2000Åの酸化
珪素の下地膜21を形成した。さらに、プラズマCVD
法によって、厚さ500〜1500Å、例えば1500
Åの真性(I型)のアモルファスシリコン膜を堆積し
た。そして、このアモルファスシリコン膜を窒素雰囲気
中、600℃、48時間アニールして結晶化させた。そ
の後、このシリコン膜をパターニングして、島状シリコ
ン領域22を形成した。
[Embodiment 2] FIG. 2 is a sectional view showing a manufacturing process of this embodiment. First, the substrate (Corning 7059) 2
A base film 21 made of silicon oxide and having a thickness of 2000 ° was formed on the substrate 0 by sputtering. Furthermore, plasma CVD
Depending on the method, the thickness may be 500-1500 °, for example 1500
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film of Å was deposited. Then, the amorphous silicon film was crystallized by annealing at 600 ° C. for 48 hours in a nitrogen atmosphere. After that, the silicon film was patterned to form an island-shaped silicon region 22.

【0026】さらに、テトラ・エトキシ・シラン(Si
(OC2 5 4 、TEOS)と酸素を原料として、プ
ラズマCVD法によって結晶シリコンTFTのゲイト絶
縁膜として、厚さ1000Åの酸化珪素23を形成し
た。原料には、上記ガスに加えて、トリクロロエチレン
(C2 HCl3 )を用いた。成膜前にチャンバーに酸素
を400SCCM流し、基板温度300℃、全圧5P
a、RFパワー150Wでプラズマを発生させ、この状
態を10分保った。その後、チャンバーに酸素300S
CCM、TEOSを15SCCM、トリクロロエチレン
を2SCCMを導入して、酸化珪素膜の成膜をおこなっ
た。基板温度、RFパワー、全圧は、それぞれ300
℃、75W、5Paであった。成膜完了後、チャンバー
に100Torrの水素を導入し、350℃で35分の
水素アニールをおこなった。
Further, tetraethoxysilane (Si
Using (OC 2 H 5 ) 4 , TEOS) and oxygen as raw materials, a silicon oxide 23 having a thickness of 1000 ° was formed as a gate insulating film of a crystalline silicon TFT by a plasma CVD method. As a raw material, trichloroethylene (C 2 HCl 3 ) was used in addition to the above gas. Before film formation, oxygen is flowed into the chamber at 400 SCCM, substrate temperature is 300 ° C, total pressure is 5P
a, Plasma was generated at an RF power of 150 W, and this state was maintained for 10 minutes. After that, 300S oxygen
A silicon oxide film was formed by introducing 15 SCCM of CCM and TEOS and 2 SCCM of trichloroethylene. The substrate temperature, RF power and total pressure are 300
° C, 75W, and 5Pa. After the film formation was completed, 100 Torr of hydrogen was introduced into the chamber, and hydrogen annealing was performed at 350 ° C. for 35 minutes.

【0027】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ3000〜8000Å、例えば6000Åのタンタ
ル膜を堆積した。タンタルの代わりにチタンやタングス
テン、モリブテン、シリコンでもよい。但し、後の活性
化に耐えられるだけの耐熱性が必要である。なお、この
酸化珪素23とタンタル膜の成膜工程は連続的におこな
うことが望ましい。そして、タンタル膜をパターニング
して、TFTのゲイト電極24を形成した。さらに、こ
のタンタル配線の表面を陽極酸化して、表面に酸化物層
25を形成した。陽極酸化は、酒石酸の1〜5%エチレ
ングリコール溶液中でおこなった。得られた酸化物層の
厚さは2000Åであった。(図2(A))
Subsequently, by a sputtering method,
A tantalum film having a thickness of 3000 to 8000, for example, 6000, was deposited. Instead of tantalum, titanium, tungsten, molybdenum, or silicon may be used. However, heat resistance enough to withstand subsequent activation is required. It is desirable that the step of forming the silicon oxide 23 and the tantalum film be performed continuously. Then, the tantalum film was patterned to form a gate electrode 24 of the TFT. Further, the surface of the tantalum wiring was anodized to form an oxide layer 25 on the surface. Anodization was performed in a 1-5% solution of tartaric acid in ethylene glycol. The thickness of the obtained oxide layer was 2000 °. (Fig. 2 (A))

【0028】次に、プラズマドーピング法によって、シ
リコン領域にゲイト電極をマスクとして不純物(燐)を
注入した。ドーピングガスとして、フォスフィン(PH
3 )を用い、加速電圧を80kVとした。ドーズ量は2
×1015cm-2とした。この結果、N型の不純物領域2
6a、26bが形成された。このとき、陽極酸化物のた
めに、ゲイト電極24と不純物領域26とはオフセット
状態となっている。(図2(B))
Next, impurities (phosphorus) were implanted into the silicon region by a plasma doping method using the gate electrode as a mask. Phosphine (PH) as doping gas
The acceleration voltage was set to 80 kV using 3 ). The dose is 2
× 10 15 cm -2 . As a result, the N-type impurity region 2
6a and 26b were formed. At this time, the gate electrode 24 and the impurity region 26 are in an offset state due to the anodic oxide. (FIG. 2 (B))

【0029】さらに、今度はイオン注入によって、シリ
コン領域にゲイト電極をマスクとしてニッケルイオンを
注入した。ドーズ量は2×1013〜2×1014cm-2
例えば5×1013cm-2とした。この結果、N型の不純
物領域26a、26bのニッケルの濃度は、5×1018
cm-3程度になった。(図2(C))
Further, nickel ions were implanted into the silicon region by ion implantation using the gate electrode as a mask. The dose amount is 2 × 10 13 to 2 × 10 14 cm −2 ,
For example, it was set to 5 × 10 13 cm −2 . As a result, the concentration of nickel in the N-type impurity regions 26a and 26b is 5 × 10 18
cm -3 . (Fig. 2 (C))

【0030】その後、窒素雰囲気中、500℃で4時間
アニールすることによって、不純物を活性化させた。こ
のとき、N型不純物領域26aおよび26bにはニッケ
ルイオンが注入されているので、このアニールによって
再結晶化が容易に進行した。こうして不純物領域26
a、26bを活性化した。(図2(D))
After that, the impurities were activated by annealing in a nitrogen atmosphere at 500 ° C. for 4 hours. At this time, since the N-type impurity regions 26a and 26b have been implanted with nickel ions, the recrystallization easily proceeded by this annealing. Thus, impurity region 26
a, 26b were activated. (FIG. 2 (D))

【0031】続いて、層間絶縁物として厚さ2000Å
の酸化珪素膜27をTEOSを原料とするプラズマCV
D法によって形成し、これにコンタクトホールを形成し
て、金属材料、例えば、窒化チタンとアルミニウムの多
層膜によってソース、ドレイン電極・配線28a、28
bを形成した。以上の工程によって半導体回路が完成し
た。(図2(E))
Subsequently, as an interlayer insulating material, a thickness of 2000
CV using TEOS as a raw material for silicon oxide film 27
The source and drain electrodes / wirings 28a and 28 are formed by a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum.
b was formed. The semiconductor circuit was completed by the above steps. (FIG. 2 (E))

【0032】作製された薄膜トランジスタの電界効果移
動度は、ゲイト電圧10Vで70〜100cm2 /V
s、しきい値は2.5〜4.0V、ゲイトに−20Vの
電圧を印加したときのリーク電流は10-13 A以下であ
った。
The field effect mobility of the manufactured thin film transistor is 70 to 100 cm 2 / V at a gate voltage of 10 V.
s, the threshold value was 2.5 to 4.0 V, and the leak current when applying a voltage of −20 V to the gate was 10 −13 A or less.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明は、例えば、500℃というよう
な低温、かつ、4時間という短時間でシリコン中のドー
ピング不純物の活性化をおこなうことによって、スルー
プットを向上させることができる。加えて、従来、60
0℃以上のプロセスを採用した場合にはガラス基板の縮
みが歩留り低下の原因として問題となっていたが、本発
明を利用することによってそのような問題点は一気に解
消できた。
According to the present invention, the throughput can be improved by activating doping impurities in silicon at a low temperature of, for example, 500 ° C. and in a short time of 4 hours. In addition, 60
When a process at 0 ° C. or higher was employed, shrinkage of the glass substrate was a problem as a cause of a decrease in yield, but such a problem could be solved at a stretch by using the present invention.

【0034】このことは、大面積の基板を一度に処理で
きることを意味するものである。すなわち、大面積基板
を処理することによって、1枚の基板から多くの半導体
回路(マトリクス回路等)を切りだすことによって単価
を大幅に低下させることができる。これを液晶ディスプ
レーに応用した場合には、量産性の向上と特性の改善が
図られる。このように本発明は工業上有益な発明であ
る。
This means that a large area substrate can be processed at one time. That is, by processing a large-area substrate, a large number of semiconductor circuits (such as a matrix circuit) can be cut out from one substrate, whereby the unit cost can be significantly reduced. When this is applied to a liquid crystal display, improvement of mass productivity and improvement of characteristics can be achieved. Thus, the present invention is an industrially useful invention.

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

【図1】 実施例1の作製工程断面図を示す。FIG. 1 shows a cross-sectional view of a manufacturing process in Example 1.

【図2】 実施例2の作製工程断面図を示す。FIG. 2 shows a cross-sectional view of a manufacturing process in Example 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10・・・基板 11・・・下地絶縁膜(酸化珪素) 12・・・島状シリコン領域 13・・・ゲイト絶縁膜(酸化珪素) 14・・・ゲイト電極(燐ドープされたシリコン) 15・・・ソース、ドレイン領域 16・・・触媒元素を含んだ被膜(珪化ニッケル) 17・・・層間絶縁物(酸化珪素) 18・・・金属配線・電極(窒化チタン/アルミニウ
ム)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate 11 ... Base insulating film (silicon oxide) 12 ... Island-like silicon region 13 ... Gate insulating film (silicon oxide) 14 ... Gate electrode (phosphorus-doped silicon) 15. ..Source and drain regions 16 ... Coating containing catalyst element (nickel silicide) 17 ... Interlayer insulator (silicon oxide) 18 ... Metal wiring / electrode (titanium nitride / aluminum)

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年4月12日(2000.4.1
2)
[Submission date] April 12, 2000 (2004.1.
2)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁表面上に結晶性を有する半導体膜が
形成された半導体装置において、前記半導体膜はP型又
はN型の導電型を有する一対の不純物領域を有し、前記
一対の不純物領域には結晶化を促進する元素が含有さ
れ、前記半導体膜中の前記結晶化を促進する元素の濃度
は、1×1020cm-3を越えない濃度であり、前記一対
の不純物領域のうち少なくとも一方の不純物領域は、ゲ
ート電極に自己整合的に形成されていることを特徴とす
る半導体装置。
In a semiconductor device in which a semiconductor film having crystallinity is formed on an insulating surface, the semiconductor film has a pair of impurity regions having P-type or N-type conductivity, and the pair of impurity regions. Contains an element that promotes crystallization, the concentration of the element that promotes crystallization in the semiconductor film is a concentration that does not exceed 1 × 10 20 cm −3 , and at least one of the pair of impurity regions A semiconductor device, wherein one impurity region is formed in a self-aligned manner with a gate electrode.
【請求項2】 前記結晶化を促進する元素は、ニッケ
ル、鉄、コバルト又は白金であることを特徴とする半導
体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the element that promotes crystallization is nickel, iron, cobalt, or platinum.
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