JP2000315803A - Fabrication of semiconductor device - Google Patents

Fabrication of semiconductor device

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JP2000315803A
JP2000315803A JP2000114347A JP2000114347A JP2000315803A JP 2000315803 A JP2000315803 A JP 2000315803A JP 2000114347 A JP2000114347 A JP 2000114347A JP 2000114347 A JP2000114347 A JP 2000114347A JP 2000315803 A JP2000315803 A JP 2000315803A
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JP
Japan
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film
insulating film
gate insulating
silicon
semiconductor device
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Application number
JP2000114347A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Teramoto
聡 寺本
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent drift of heavy metal ion and electrostatic breakdown of a gate electrode by composing a gate insulation film of a specified material using a material gas of nitrogen monoxide, or the like. SOLUTION: A silicon oxide film added with chlorine is formed as an underlying film 102 on a glass substrate 101 in order to suppress the effect movable ions of Na or heavy metal. An amorphous silicon film 103 is then deposited by PCVD. The silicon film 103 serves as an active layer forming a source, a channel region and a drain. A gate insulation film is then formed on the silicon film 103 and a protective layer 104 for preventing contamination of the silicon oxide film, and the like, during crystallization is provided. Using chlorsilane or dichlorsilane as a material gas, an SiOxNy film 107 serving as a gate insulation film is formed on the silicon film 103 serving as an active layer. This film satisfied the conditions of energy gap band 5.31-7.0 eV, dielectric constant 4-6, and 0<x<2.0, 0<y<4/3 and the conditions can be altered depending on the fabrication conditions.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、絶縁基板上に形成され
る薄膜半導体を用いた絶縁ゲイト型電界効果半導体装置
(一般に薄膜トランジスタまたはTFTと呼ばれる)の
構成、及びその作製方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of an insulated gate type field effect semiconductor device (generally called a thin film transistor or TFT) using a thin film semiconductor formed on an insulating substrate, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、絶縁基板(特にガラス基板)
上に形成された薄膜半導体を用いた絶縁ゲイト型電界効
果半導体装置(以下TFTという)が知られている。こ
れら絶縁基板上に形成されたTFTは、液晶ディスプレ
ーやイメージセンサーといった装置に利用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, insulating substrates (especially glass substrates)
2. Description of the Related Art An insulated gate field effect semiconductor device (hereinafter, referred to as TFT) using a thin film semiconductor formed thereon is known. TFTs formed on these insulating substrates are used in devices such as liquid crystal displays and image sensors.

【0003】そして、上記のようなTFTにおいては、
ゲイト絶縁膜として酸化珪素(SiO2) が用いられるのが
普通である。
[0003] In the above TFT,
Usually, silicon oxide (SiO 2 ) is used as the gate insulating film.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のT
FTをガラス基板上に形成した場合、装置全体が静電気
を帯びやすいので、ゲイト絶縁膜がその静電気によって
絶縁破壊してしまう問題がある。即ち静電気の帯電によ
って、ゲイト絶縁膜を境にして高電圧が印加された状態
になり、その電圧にゲイト絶縁膜が耐えられなくなって
しまうという問題があった。
SUMMARY OF THE INVENTION The above conventional T
If the FT is formed on a glass substrate, the entire device is likely to be charged with static electricity, so that there is a problem that the gate insulating film is broken down by the static electricity. That is, there is a problem that a high voltage is applied across the gate insulating film due to electrostatic charging, and the gate insulating film cannot withstand the voltage.

【0005】上記問題は、酸化珪素(SiO2) 膜のエネル
ギーバンドギャップ(Eg)が約8eVと大きく、その比誘電
率が約3.8 と比較的小さいことに起因すると考えられ
る。
The above problem is considered to be caused by the fact that the energy band gap (Eg) of the silicon oxide (SiO 2 ) film is as large as about 8 eV and its relative dielectric constant is as relatively small as about 3.8.

【0006】また酸化珪素膜の代わりに、Egが約5eVで
あり、比誘電率が約7である窒化珪素(Si3N4) 膜をゲイ
ト絶縁膜として用いることも考えられるが、窒化珪素膜
をゲイト絶縁膜として用いた場合には、Siクラスタが電
荷捕獲中心となるので、C−V特性にヒステリシスが出
てしまう。また、B−T処理において、ΔVthが約10V
程度動いてしまうという不都合がある。即ち、窒化珪素
をゲイト絶縁膜として用いた場合には、その絶縁膜中に
電荷捕獲中心が存在することになるので、絶縁膜として
は好ましいものではない。
In place of the silicon oxide film, a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film having an Eg of about 5 eV and a relative permittivity of about 7 may be used as a gate insulating film. When is used as a gate insulating film, since the Si cluster becomes a charge trapping center, hysteresis appears in the CV characteristics. In the BT process, ΔV th is about 10 V
There is an inconvenience of moving to the extent. That is, when silicon nitride is used as the gate insulating film, the charge trapping center is present in the insulating film, which is not preferable as the insulating film.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁ゲイト型
電界効果半導体装置であって、ゲイト絶縁膜が、SiO
x y で示される材料で構成されていることを特徴とす
る半導体装置、を要旨とするものである。特に絶縁基板
上に上記構成を有すTFTを形成することは、静電気に
よる静電破壊を防ぐ上で有用である。
According to the present invention, there is provided an insulated gate type field effect semiconductor device, wherein the gate insulating film is made of SiO.
wherein a being composed of a material represented by x N y, it is an gist. In particular, forming a TFT having the above structure over an insulating substrate is useful for preventing electrostatic breakdown due to static electricity.

【0008】さらに、上記SiOx y で示される材料
で構成されるゲイト絶縁膜中には塩素(Cl)が添加されて
いることを特徴とするものである。
Further, the present invention is characterized in that chlorine (Cl) is added to the gate insulating film made of the material represented by SiO x N y .

【0009】またさらに、上記塩素が添加されたSiO
x y で示される材料を形成する際に、塩素を膜中に添
加するために、原料ガスとしてクロールシラン、または
ジクロールシランを用いた気相法を用いることを特徴と
するものである。
Further, the chlorine-added SiO
In forming the material represented by x N y, in order to add chlorine to the film, is characterized in using a vapor phase method using a chlorosilane or dichlorosilane, as a material gas.

【0010】そして、上記SiOx y で示される材料
は、そのエネルギーバンドギャップが5.3 〜7.0 eVであ
り、比誘電率が4〜6であり、x及びyが、0<x<
2、0<y<4/3 を満たすことを特徴とするものであ
る。上記x及びyは、作製条件によって変更が可能であ
り、実施態様に合わせて設定すいればよい。
The material represented by SiO x N y has an energy band gap of 5.3 to 7.0 eV, a relative permittivity of 4 to 6, and x and y satisfy 0 <x <.
2, 0 <y <4/3. The above x and y can be changed depending on manufacturing conditions, and may be set according to the embodiment.

【0011】SiOx y で示される材料を形成する方
法として、PCVD法(13.56MHz)、LPCVD法、光C
VD法、パルス波形を印加するPCVD法等の気相法を
用いることができる。
As a method of forming a material represented by SiO x N y , PCVD (13.56 MHz), LPCVD, light C
A gas phase method such as a VD method or a PCVD method that applies a pulse waveform can be used.

【0012】また、本発明のSiOx y で示される絶
縁膜中には必要に応じて、他のハロゲン元素や不純物を
人為的にドーピングすることも可能である。
Further, the insulating film represented by SiO x N y of the present invention can be artificially doped with another halogen element or an impurity, if necessary.

【0013】[0013]

【作用】SiOx y は、Egが5.3 〜7.0Egであり、比
誘電率4〜6であるので、フロアノートハイム電流(絶
縁膜を介したトンネル電流)を酸化珪素膜より約1桁多
く流すことができ、静電破壊に到ることを抑制すること
ができる。
[Action] SiO x N y is, Eg is 5.3 ~7.0Eg, specific since a dielectric constant 4-6, floor notes Nordheim current (tunnel current through an insulating film), a silicon oxide film than about one order of magnitude A large amount of flow can be caused, and it is possible to suppress the occurrence of electrostatic breakdown.

【0014】また、ゲイト絶縁膜であるSiOx y
には、酸素が含まれており、この酸素がヒステリシスを
無くすように作用し、さらにN(SiN結合)がNa
や、重金属(FeやNiやCo)イオンのドリフトを防
ぐように作用する。
The SiO x N y film serving as a gate insulating film contains oxygen, which acts to eliminate hysteresis, and furthermore, N (SiN bond) is converted to Na.
And acts to prevent drift of heavy metal (Fe, Ni, or Co) ions.

【0015】さらに、塩素(Cl)が添加されているの
で、NaイオンやFeイオンをNaClやFeClとし
て中和(固定化)させることができ、さらにゲイト絶縁
膜中における不純物イオンの悪影響を抑えることができ
る。
Further, since chlorine (Cl) is added, Na ions or Fe ions can be neutralized (fixed) as NaCl or FeCl, and furthermore, the adverse effect of impurity ions in the gate insulating film can be suppressed. Can be.

【0016】[0016]

【実施例】〔実施例1〕本発明を利用して、TFTを作
製する例を図1に示す。まず、ガラス基板(コーニング
7059、300mm×300mmもしくは100mm
×100mm)101上に下地酸化膜102として厚さ
100〜300nmの酸化珪素膜を形成した。この酸化
珪素膜には、塩素が添加されており、Naや重金属の可
動イオンの影響を抑えるようにする。
[Embodiment 1] FIG. 1 shows an example of manufacturing a TFT using the present invention. First, a glass substrate (Corning 7059, 300 mm x 300 mm or 100 mm
A silicon oxide film having a thickness of 100 to 300 nm was formed as a base oxide film 102 on (× 100 mm) 101. Chlorine is added to this silicon oxide film so as to suppress the influence of mobile ions of Na and heavy metals.

【0017】この酸化膜の形成方法としては、酸素雰囲
気中でのスパッタ法やTEOSをプラズマCVD法で分
解・堆積した膜を450〜650℃でアニールする方法
を採用すればよい。塩素の添加は、雰囲気中に添加して
もよいし、スパッタ法を用いる場合には、ターゲットに
添加してもよい。
The oxide film may be formed by a sputtering method in an oxygen atmosphere or a method of annealing a film obtained by decomposing and depositing TEOS by plasma CVD at 450 to 650 ° C. Chlorine may be added to the atmosphere or, if a sputtering method is used, to the target.

【0018】その後、プラズマCVD法(PCVD法)
やLPCVD法によってアモルファス状のシリコン膜1
03を30〜150nm、好ましくは50〜100nm
堆積する。このシリコン膜103は、ソース領域、チャ
ネル形成領域、ドレイン領域を構成する活性層となる。
Thereafter, a plasma CVD method (PCVD method)
Silicon film 1 by LPCVD or LPCVD
03 is 30 to 150 nm, preferably 50 to 100 nm.
accumulate. This silicon film 103 becomes an active layer constituting a source region, a channel formation region, and a drain region.

【0019】ここで、アモルファスシリコンを用いたT
FTを作製するのであれば、このシリコン膜103の上
にゲイト絶縁膜を形成すればよい。また、結晶生のシリ
コンを用いるのであれば、ここで熱アニール(600度
以下で行うのが好ましい)やレーザー光の照射による結
晶化を行えばよい。なお結晶化の際には、酸化珪素膜等
で保護膜104をシリコン膜の汚染防止のために設ける
のが効果的である。
Here, T using amorphous silicon
If an FT is manufactured, a gate insulating film may be formed on the silicon film 103. If crystalline silicon is used, thermal annealing (preferably at 600 ° C. or lower) or crystallization by laser light irradiation may be performed here. During crystallization, it is effective to provide the protective film 104 with a silicon oxide film or the like to prevent contamination of the silicon film.

【0020】つぎに、活性層となるシリコン膜103上
にゲイト絶縁膜となるSiOx y膜(以下SiONと
略記する)107を200〜1500Åの厚さに形成す
る。SiON膜は、比誘電率が4〜6であり、酸化珪素
膜の比誘電率3.8 に比較して、約50%大きいので、電気
的に同じ条件を得るのに、その膜厚を酸化珪素膜の場合
と比較して50%厚くすることができる。電気的に同じ条
件でゲイト絶縁膜の膜厚を厚くできることは、絶縁耐圧
の問題(同じ電圧が印加された場合、膜厚が厚い法が電
界が弱くなる)、さらにはピンホールを経由してのリー
クの問題に対して有利である。
Next, an SiO x N y film (hereinafter abbreviated as SiON) 107 serving as a gate insulating film is formed on the silicon film 103 serving as an active layer to a thickness of 200 to 1500 °. Since the SiON film has a relative dielectric constant of 4 to 6 and is about 50% larger than the relative dielectric constant of the silicon oxide film of 3.8, the thickness of the silicon oxide film must be increased to obtain the same electrical conditions. 50% thicker than in the case of The fact that the thickness of the gate insulating film can be made thicker under the same electrical conditions is due to the problem of withstand voltage (when the same voltage is applied, the thicker method weakens the electric field), and furthermore, through the pinhole. This is advantageous for the problem of leak.

【0021】形成方法は、クロールシランやジクロール
シランを原料ガスとして用いたPCVD法を用いる。形
成条件は、基板温度を300 度 〜600 度として、印加す
る高周波エネルギーとして、13.56MHzの高周波を用い
る。コーニング7059に代表されるガラス基板は、一般に
ガラス転移温度が600 〜900 度であり、プロセス温度と
しては、600 度以下の温度であることが好ましい。
As a forming method, a PCVD method using chlorosilane or dichlorosilane as a source gas is used. The formation conditions are such that the substrate temperature is 300 to 600 degrees and a high frequency of 13.56 MHz is used as the applied high frequency energy. A glass substrate represented by Corning 7059 generally has a glass transition temperature of 600 to 900 ° C., and preferably has a process temperature of 600 ° C. or less.

【0022】例えば、原料ガスとして、ジクロールシラ
ン(SiH2Cl2) を用いた場合、反応ガスとしてこのジクロ
ールシラン以外に、アンモニア(NH3) と一酸化窒素(N
2O) とを用いれば、気相反応の結果、SiOx y とH
ClとH2 Oとが生成され、Cl(塩素)が添加された
SiOx y 膜が得られる。また原料ガスとして、クロ
ールシランを用いた場合にも同様に膜中にClを添加す
ることができる。
For example, when dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) is used as a raw material gas, ammonia (NH 3 ) and nitric oxide (N
2 O), SiO x N y and H
Cl and H 2 O are generated, and an SiO x N y film to which Cl (chlorine) is added is obtained. Also, when chlorsilane is used as a source gas, Cl can be similarly added to the film.

【0023】このSiOx y 膜107の形成方法とし
ては、印加電圧をパルス化したPCVD法、さらにはL
PCVD法、さらには光CVD法を利用することができ
る。
The SiO x N y film 107 is formed by a PCVD method in which an applied voltage is pulsed,
A PCVD method and a photo CVD method can be used.

【0024】この後、必要に応じて、シリコン層103
とゲイト絶縁膜107との界面特性を改善するため、水
素雰囲気中で350℃,2時間のアニールを行う。
Thereafter, if necessary, the silicon layer 103 is formed.
Annealing at 350 ° C. for 2 hours in a hydrogen atmosphere to improve the interface characteristics between the gate insulating film 107 and the gate insulating film 107.

【0025】次にシリコン層103を島状にパターニン
グして、NTFT領域105とPTFT領域106を形
成する。NTFTとはNチャネル型TFTの略であり、
PTFTとはPチャネル型TFTの略である。
Next, the silicon layer 103 is patterned into an island shape to form an NTFT region 105 and a PTFT region 106. NTFT is an abbreviation for N-channel TFT,
PTFT is an abbreviation for P-channel TFT.

【0026】その後、厚さ200nm〜5μmのアルミ
ニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成して、これを
パターニングし、図1(C)に示すようにゲイト電極1
08、109を形成した。
Thereafter, an aluminum film having a thickness of 200 nm to 5 μm is formed by an electron beam evaporation method, and this is patterned, and as shown in FIG.
08 and 109 were formed.

【0027】その後、イオンドーピング法によって、各
TFTの島状シリコン膜中に、ゲイト電極部をマスクと
して自己整合的に一導電型を付与する不純物を注入し
た。この際には、最初に全面にフォスフィン(PH3
をドーピングガスとして燐を注入し、その後、図の島状
領域105だけをフォトレジストで覆って、ジボラン
(B2 6 )をドーピングガスとして、島状領域106
だけに硼素を注入した。ドーズ量は、燐は2〜8×10
15cm-2、硼素は4〜10×1015cm-2とし、硼素の
ドーズ量が燐を上回るように設定した。
Thereafter, an impurity imparting one conductivity type was implanted in a self-aligned manner into the island-shaped silicon film of each TFT by ion doping using the gate electrode portion as a mask. In this case, first phosphine (PH 3 )
Is doped as a doping gas, then only the island-like region 105 in the figure is covered with a photoresist, and diborane (B 2 H 6 ) is used as a doping gas to form the island-like region 106.
Only boron was injected. The dose is 2 to 8 × 10
15 cm -2 , boron was set to 4 to 10 × 10 15 cm -2, and the dose of boron was set to exceed that of phosphorus.

【0028】さらに、図1(D)に示すようにKrFエ
キシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20ns
ec)を照射して、上記不純物領域の導入によって、結
晶性の劣化した部分の結晶性を改善させた。レーザーの
エネルギー密度は200〜400mJ/cm2 、好まし
くは250〜300mJ/cm2 とした。
Further, as shown in FIG. 1D, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 ns)
ec) was applied to improve the crystallinity of the portion where the crystallinity was deteriorated by introducing the impurity region. The energy density of the laser was 200 to 400 mJ / cm 2 , preferably 250 to 300 mJ / cm 2 .

【0029】こうして、N型不純物(燐)を領域11
0、111に、P型不純物(硼素)を領域112、11
3に形成した。これらの領域のシート抵抗は200〜8
00Ω/□であった。
Thus, the N-type impurity (phosphorus) is
P-type impurities (boron) are added to regions 112 and 11 at 0 and 111, respectively.
3 was formed. The sheet resistance in these regions is 200-8
It was 00Ω / □.

【0030】その後、全面に層間絶縁物114として、
TEOSを原料として、これと酸素とのプラズマCVD
法、もしくはオゾンとの減圧CVD法あるいは常圧CV
D法によって酸化珪素膜を厚さ300nm形成した。基
板温度は150〜400℃、好ましくは200℃〜30
0℃とした。
After that, an interlayer insulator 114 is formed on the entire surface.
Plasma CVD of TEOS as raw material and oxygen
Method, reduced pressure CVD method with ozone, or normal pressure CV
A 300-nm-thick silicon oxide film was formed by Method D. The substrate temperature is 150 to 400 ° C., preferably 200 to 30 ° C.
0 ° C.

【0031】そして、TFTのソース/ドレインにコン
タクトホールを形成し、アルミニウム配線115〜11
7を形成した。図1(E)には、左側のNTFTと右側
のPTFTでインバータ回路が形成されていることが示
されている。
Then, contact holes are formed in the source / drain of the TFT, and aluminum wirings 115 to 11 are formed.
7 was formed. FIG. 1E shows that the left NTFT and the right PTFT form an inverter circuit.

【0032】シリコン膜103を熱アニールにより結晶
化させた場合、TFTの移動度はNTFTで50〜10
0cm2 /Vs、PTFTで30〜100cm2 /Vs
が得られた。本実施例では最高プロセス温度は600℃
以下であるので、コーニング7059等の無アルカリガ
ラスであれば、基板の縮みやソリ等は皆無である。この
ため、基板が本実施例の如く大きなものであってもパタ
ーンのずれが発生することはほとんどなく、したがっ
て、大面積ディスプレーもしくはその駆動回路に応用す
る上で都合がよい。
When the silicon film 103 is crystallized by thermal annealing, the mobility of the TFT is 50 to 10 for NTFT.
0cm 2 / Vs, 30~100cm 2 / Vs in the PTFT
was gotten. In this embodiment, the maximum process temperature is 600 ° C.
Since it is as follows, if it is non-alkali glass such as Corning 7059, there is no shrinkage or warpage of the substrate. For this reason, even if the substrate is large as in this embodiment, the pattern is hardly displaced, which is convenient when applied to a large-area display or its driving circuit.

【0033】〔実施例2〕本実施例の作製工程の概略を
図2に示す。本実施例は、アクティブマトリクス型の液
晶表示装置の画素駆動に用いるTFTの作製例である。
[Embodiment 2] FIG. 2 shows an outline of a manufacturing process of this embodiment. This embodiment is an example of manufacturing a TFT used for driving pixels of an active matrix liquid crystal display device.

【0034】基板201としてはコーニング7059ガ
ラス基板(厚さ1.1mm、300×400mm)を使
用した。このガラス基板には、ガラス基板中からのナト
リウム等の不純物がTFT中に拡散しないように、プラ
ズマCVD法で全面に厚さ5〜50nm、好ましくは5
〜20nmの窒化珪素膜202が形成してある。
As the substrate 201, a Corning 7059 glass substrate (thickness: 1.1 mm, 300 × 400 mm) was used. In order to prevent impurities such as sodium from the glass substrate from diffusing into the TFT, the glass substrate has a thickness of 5 to 50 nm, preferably 5 nm, over the entire surface by plasma CVD.
A silicon nitride film 202 having a thickness of about 20 nm is formed.

【0035】まず、上記のガラス基板上に下地酸化膜2
03(酸化珪素)を形成する。その後、LPCVD法も
しくはプラズマCVD法でアモルファスシリコン膜20
4(厚さ30〜150nm、好ましくは30〜50n
m)を形成し、400℃で1時間脱水素化を行った後、
これをパターニングして島状の半導体領域(TFTの活
性層)を形成した。
First, a base oxide film 2 is formed on the above glass substrate.
03 (silicon oxide) is formed. Then, the amorphous silicon film 20 is formed by LPCVD or plasma CVD.
4 (thickness 30 to 150 nm, preferably 30 to 50 n
m), and after dehydrogenation at 400 ° C. for 1 hour,
This was patterned to form an island-shaped semiconductor region (TFT active layer).

【0036】さらに実施例1と同様な方法により、Si
ON膜をゲイト絶縁膜205として形成した。勿論、ゲ
イト絶縁膜を形成する前に、アモルファスシリコン膜2
04をレーザー光の照射、または熱アニール(600度
以下で行うのが好ましい)によってその結晶化を助長さ
せ、結晶性シリコン(微結晶、多結晶、、ポリシリコ
ン、セミアモルファス等の結晶性を有するシリコン膜の
総称)としてもよい。
Further, in the same manner as in Example 1, Si
The ON film was formed as the gate insulating film 205. Of course, before forming the gate insulating film, the amorphous silicon film 2
04 is irradiated with laser light or thermally annealed (preferably at a temperature of 600 ° C. or less) to promote its crystallization, and has crystalline silicon (crystallite, polycrystal, polysilicon, semi-amorphous, etc.) (General term for silicon film).

【0037】次に、実施例1と同じ要領でアルミニウム
のゲイト電極206を形成し、基板ごと電解溶液に浸漬
して、これを陽極として通電し、ゲイト電極等のアルミ
ニウム配線表面に陽極酸化物の被膜209を形成した。
このような陽極酸化の技術は本発明人等の出願である特
願平4−30220、同4−38637、および同4−
54322に記述されている。この工程の完了した様子
を図2(B)に示す。また、陽極酸化工程が終了した後
に、逆に負の電圧、例えば−100〜−200Vの電圧
を0.1〜5時間印加してもよい。このときには、基板
温度は100〜250℃、代表的には150℃とするこ
とが好ましい。
Next, an aluminum gate electrode 206 was formed in the same manner as in Example 1, and the substrate was immersed in an electrolytic solution, and this was used as an anode to conduct electricity. A coating 209 was formed.
Such anodizing technology is disclosed in Japanese Patent Application Nos. 4-30220, 4-38637 and 4-38637 filed by the present inventors.
54322. FIG. 2B shows a state in which this step is completed. After the anodization step is completed, a negative voltage, for example, a voltage of -100 to -200 V may be applied for 0.1 to 5 hours. At this time, the substrate temperature is preferably set to 100 to 250C, typically 150C.

【0038】この工程によって、酸化珪素中あるいは酸
化珪素とシリコン界面にあった可動イオンがゲイト電極
(Al)に引き寄せられる。このように、陽極酸化後、
もしくは陽極酸化中にゲイト電極に負の電圧を印加する
技術は、本発明人等の出願の特願平4−115503
(平成4年4月7日出願)に記述されている。
In this step, mobile ions in the silicon oxide or at the silicon oxide-silicon interface are attracted to the gate electrode (Al). Thus, after anodizing,
Alternatively, a technique of applying a negative voltage to the gate electrode during anodic oxidation is disclosed in Japanese Patent Application No. 4-115503 filed by the present inventors.
(Filed on April 7, 1992).

【0039】またこのゲイト電極206の側面の酸化物
の被膜209は、後のイオン注入の際にマスクとなり、
オフセットゲイト構造を形成することができる。
The oxide film 209 on the side surface of the gate electrode 206 serves as a mask during the subsequent ion implantation.
An offset gate structure can be formed.

【0040】その後、P型の不純物として、硼素をイオ
ンドーピング法でシリコン層に自己整合的に注入し、T
FTのソース/ドレイン208、209を形成し、さら
に、図2(C)に示すように、これにKrFエキシマレ
ーザー光を照射して、このイオンドーピングのために結
晶性の劣化したシリコン膜の結晶性を改善せしめた。こ
のときにはレーザー光のエネルギー密度は250〜30
0mJ/cm2 と設定した。このレーザー照射によっ
て、このTFTのソース/ドレインのシート抵抗は30
0〜800Ω/□となった。
Thereafter, boron as a P-type impurity is implanted into the silicon layer by ion doping in a self-aligned manner.
FT source / drain 208 and 209 are formed, and further, as shown in FIG. 2 (C), this is irradiated with a KrF excimer laser beam to crystallize the silicon film whose crystallinity has been deteriorated due to the ion doping. Improve the sex. At this time, the energy density of the laser beam is 250-30.
It was set to 0 mJ / cm 2 . By this laser irradiation, the source / drain sheet resistance of this TFT becomes 30
0 to 800Ω / □.

【0041】またこの時、酸化物の被膜209の作用
で、自己整合的にオフセットゲイト構造が実現される。
At this time, an offset gate structure is realized in a self-aligned manner by the action of the oxide film 209.

【0042】その後、ポリイミドによって層間絶縁物2
10を形成し、さらに、画素電極211をITOによっ
て形成した。そして、コンタクトホールを形成して、T
FTのソース/ドレイン領域にクロム/アルミニウム多
層膜で電極212、213を形成し、このうち一方の電
極213はITOにも接続するようにした。クロム/ア
ルミニウム多層膜は、下層にクロム膜20〜200n
m、典型的には100nm、上層にアルミニウム膜10
0〜2000nm、典型的には500nmが堆積されて
できている。これらは連続的にスパッタ法にて形成する
ことが望まれる。
Thereafter, the interlayer insulator 2 is made of polyimide.
10 was formed, and the pixel electrode 211 was formed by ITO. Then, a contact hole is formed, and T
Electrodes 212 and 213 were formed of a chrome / aluminum multilayer film in the source / drain regions of the FT, and one of the electrodes 213 was also connected to ITO. The chromium / aluminum multilayer film has a chromium film of 20 to 200 n underneath.
m, typically 100 nm, with an aluminum film 10
It is made of deposited 0-2000 nm, typically 500 nm. It is desired that these are continuously formed by a sputtering method.

【0043】最後に、水素中で200〜300℃の温度
で2時間アニールして、シリコンの水素化を完了した。
このようにして、TFTが完成した。
Finally, the silicon was annealed at a temperature of 200 to 300 ° C. for 2 hours in hydrogen to complete the hydrogenation of silicon.
Thus, the TFT was completed.

【0044】ここで示したのは、一つの画素に一つの駆
動用のTFT(Pチャネル型TFT)が形成された例で
あるが、上記の工程を同時に行うことで、多数のTFT
をマトリクス状に配列せしめ、アクティブマトリクス型
液晶表示装置を作製することができる。
The example shown here is an example in which one driving TFT (P-channel type TFT) is formed in one pixel, but by performing the above steps simultaneously, a large number of TFTs are formed.
Are arranged in a matrix, and an active matrix liquid crystal display device can be manufactured.

【0045】本発明の他の応用例としては、金属配線が
形成された後の半導体集積回路において、TFTを形成
する、いわゆる3次元ICが上げられる。その他にも様
々な応用が可能である。
Another application example of the present invention is a so-called three-dimensional IC for forming a TFT in a semiconductor integrated circuit after a metal wiring is formed. Various other applications are also possible.

【0046】[0046]

【効果】絶縁基板、特にガラス基板上に設けられたTF
Tのゲイト絶縁膜をSiOx y とすることによって、 ・ゲイト電極の静電破壊の防止を図ることがでる。 ・SiN結合によってNaや重金属イオンのドリフトを
防ぐことができる。 ・膜中に固定電荷が存在することがないので、C─V特
性にヒステリシスが出ず、安定した動作を期待すること
ができる。
[Effect] TF provided on an insulating substrate, particularly a glass substrate
T gate insulating film is SiOxN yBy this, it is possible to prevent electrostatic breakdown of the gate electrode.・ Drift of Na and heavy metal ions by SiN bond
Can be prevented.・ Since there is no fixed charge in the film, C─V characteristic
Expects stable operation without hysteresis
Can be.

【0047】また上記SiOx y 膜の作製方法に際し
て、原料ガスとしてクロールシラン、またはジクロール
シランを用いることで、膜中にCl(塩素)を添加する
ことができ、このClの働きで不純物イオンを固定化す
ることができるので、上記効果に加えてさらに安定した
効果を得ることができる。
In the method of producing the SiO x N y film, Cl (chlorine) can be added to the film by using chlorosilane or dichlorosilane as a raw material gas. Since the ions can be immobilized, more stable effects can be obtained in addition to the above effects.

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

【図1】 実施例1の作製工程を示す。FIG. 1 shows a manufacturing process of Example 1.

【図2】 実施例2の作製工程を示す。FIG. 2 shows a manufacturing process of Example 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ガラス基板 102 下地酸化膜 103 シリコン膜 104 保護膜 105 島状半導体領域(NTFT用) 106 島状半導体領域(PTFT用) 107 ゲイト絶縁膜 108 ゲイト電極(NTFT用) 109 ゲイト電極(PTFT用) 110 N型不純物領域 111 N型不純物領域 112 P型不純物領域 113 P型不純物領域 114 層間絶縁物 115〜117 金属配線 201 ガラス基板 202 窒化珪素膜 203 下地酸化膜 204 シリコン膜 205 ゲイト絶縁膜 206 ゲイト電極 208/209 ソース/ドレイン 210 層間絶縁物 211 画素電極 212,213 電極 Reference Signs List 101 glass substrate 102 base oxide film 103 silicon film 104 protective film 105 island-shaped semiconductor region (for NTFT) 106 island-shaped semiconductor region (for PTFT) 107 gate insulating film 108 gate electrode (for NTFT) 109 gate electrode (for PTFT) 110 N-type impurity region 111 N-type impurity region 112 P-type impurity region 113 P-type impurity region 114 Interlayer insulator 115 to 117 Metal wiring 201 Glass substrate 202 Silicon nitride film 203 Base oxide film 204 Silicon film 205 Gate insulating film 206 Gate electrode 208 / 209 Source / drain 210 Interlayer insulator 211 Pixel electrode 212,213 Electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/78 627E 627F ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 29/78 627E 627F

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】絶縁ゲイト型電界効果半導体装置の作製方
法であって、 原料ガスとしてクロールシラン、アンモニア及び一酸化
窒素を用いることにより、塩素が添加されたSiOxy
で示される材料からなるゲイト絶縁膜を形成することを
特徴とする半導体装置の作製方法。
1. A method for manufacturing an insulated gate type field effect semiconductor device, comprising: using chlorsilane, ammonia, and nitric oxide as a source gas to form a SiO x N y to which chlorine is added.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a gate insulating film made of a material represented by the following formula:
【請求項2】絶縁ゲイト型電界効果半導体装置の作製方
法であって、 原料ガスとしてジクロールシラン、アンモニア及び一酸
化窒素を用いることにより、塩素が添加されたSiOx
yで示される材料からなるゲイト絶縁膜を形成するこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. A method for manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device, dichlorosilane as a raw material gas by using ammonia and nitric oxide, SiO x doped with chlorine
The method for manufacturing a semiconductor device, which comprises forming a gate insulating film made of a material represented by N y.
【請求項3】絶縁ゲイト型電界効果半導体装置の作製方
法であって、 シリコン膜を形成し、 原料ガスとしてクロールシラン、アンモニア及び一酸化
窒素を用いることにより、塩素が添加されたSiOxy
で示される材料からなるゲイト絶縁膜を形成し、 前記シリコン膜と前記ゲイト絶縁膜とを水素雰囲気でア
ニールすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. A method of manufacturing insulated gate field effect semiconductor device, a silicon film, chlorosilane as a raw material gas by using ammonia and nitric oxide, SiO x N y doped with chlorine
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a gate insulating film made of a material represented by the following formula: and annealing the silicon film and the gate insulating film in a hydrogen atmosphere.
【請求項4】絶縁ゲイト型電界効果半導体装置の作製方
法であって、 シリコン膜を形成し、 原料ガスとしてジクロールシラン、アンモニア及び一酸
化窒素を用いることにより、塩素が添加されたSiOx
yで示される材料からなるゲイト絶縁膜を形成し、 前記シリコン膜と前記ゲイト絶縁膜とを水素雰囲気でア
ニールすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. A method for manufacturing an insulated gate type field effect semiconductor device, comprising: forming a silicon film, using dichlorsilane, ammonia, and nitrogen monoxide as a source gas, thereby adding SiO x to which chlorine is added.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a gate insulating film made of a material represented by N y , and annealing the silicon film and the gate insulating film in a hydrogen atmosphere.
【請求項5】請求項1乃至4のいずれか一項において、 前記ゲイト絶縁膜のエネルギーバンドギャップは、5.
3〜7.0eVであり、 比誘電率は、4〜6であり、 x及びyは、0<x<2、0<y<4/3を満たすこと
を特徴とする半導体装置の作製方法。
5. The gate insulating film according to claim 1, wherein an energy band gap of the gate insulating film is 5.
3 to 7.0 eV; a relative dielectric constant of 4 to 6; and x and y satisfy 0 <x <2 and 0 <y <4/3.
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