JP2001168348A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device

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JP2001168348A
JP2001168348A JP2000321796A JP2000321796A JP2001168348A JP 2001168348 A JP2001168348 A JP 2001168348A JP 2000321796 A JP2000321796 A JP 2000321796A JP 2000321796 A JP2000321796 A JP 2000321796A JP 2001168348 A JP2001168348 A JP 2001168348A
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insulating film
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silicon
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舜平 山崎
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保彦 竹村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor material, especially a semiconductor material on a film, which is excellent in electrical characteristics. SOLUTION: A semiconductor device which is excellent in electrical characteristics is manufactured by a process for forming an insulating film 102 on a substrate 101, a process for forming a semiconductor film 103 on the insulating film 102, a process for crystallizing the semiconductor film 103 by means of first heating, a process for carrying out second heating treatment at a temperature higher than crystallization, and a process for carrying out third heating treatment in oxygen atmosphere.

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、スイッチンング素
子、集積回路、液晶表示素子等に用いられる薄膜トラン
ジスタ、薄膜ダイオード等の薄膜半導体装置に関するも
のである。
The present invention relates to a thin film semiconductor device such as a thin film transistor and a thin film diode used for a switching element, an integrated circuit, a liquid crystal display element and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜半導体装置、例えば薄膜トランジス
タや薄膜ダイオードは、液晶表示装置の駆動回路やイメ
ージセンサの増幅回路の様に、絶縁性の基板上に形成で
きる素子として注目されてきたが、半導体基板上に素子
を形成するモノリシック技術においても、素子の集積度
を上げる目的で薄膜トランジスタを使用し、回路の立体
化を図ることが試みられている。このときに使用される
薄膜半導体としては、ポリシリコン等の多結晶材料、ア
モルファスシリコンのような非晶質材料、あるいは両者
の中間に位置し、多結晶としての特性と非晶質としての
特性とを兼ね備えたセミアモルファスシリコンのような
セミアモルファス半導体が使用されている。
2. Description of the Related Art Thin film semiconductor devices, for example, thin film transistors and thin film diodes, have attracted attention as elements that can be formed on an insulating substrate, such as a driving circuit of a liquid crystal display device and an amplifier circuit of an image sensor. Also in the monolithic technology for forming an element thereon, attempts have been made to use a thin film transistor to increase the degree of integration of the element and to achieve a three-dimensional circuit. The thin film semiconductor used at this time may be a polycrystalline material such as polysilicon, an amorphous material such as amorphous silicon, or a material intermediate between the two, and may have characteristics as polycrystal and characteristics as amorphous. A semi-amorphous semiconductor such as semi-amorphous silicon having the above characteristics is used.

【0003】しかしながら、これらの薄膜半導体のキャ
リヤの移動度が単結晶のものに比べて数分の1から数1
0分の1と著しく小さいため、これらの材料を使用した
薄膜半導体装置の動作速度は著しく小さいものであっ
た。例えば、アモルファスシリコンでは、電子移動度が
1cm2 /Vs以下であり、一般的なポリシリコンでは
電子移動度が10〜30cm2 /Vsであった。また、
レーザーアニールのごとき、特殊な作製方法によるもの
であっても、200cm2 /Vsが限度であり、これ
は、単結晶珪素の電子移動度1350cm2 /Vsに比
べると著しく小さい。したがって、薄膜半導体装置は比
較的周波数の低い用途や単結晶半導体の補助的な用途、
例えばスタティックRAMにおける負荷抵抗素子、とし
て使用されるのみであった。
[0003] However, the carrier mobility of these thin film semiconductors is several to several times smaller than that of a single crystal semiconductor.
The operating speed of the thin-film semiconductor device using these materials is extremely low because it is extremely small, ie, 1/0. For example, the electron mobility of amorphous silicon was 1 cm 2 / Vs or less, and the electron mobility of general polysilicon was 10 to 30 cm 2 / Vs. Also,
Even when a special manufacturing method such as laser annealing is used, the limit is 200 cm 2 / Vs, which is significantly smaller than the electron mobility of single crystal silicon of 1350 cm 2 / Vs. Therefore, thin-film semiconductor devices can be used for relatively low-frequency applications and for single crystal semiconductor
For example, it has only been used as a load resistance element in a static RAM.

【0004】薄膜半導体のキャリヤ移動度が低い原因と
しては、例えば、非晶質材料においては結晶の周期性が
短いためキャリヤの散乱が起こりやすく、よってキャリ
ヤの平均自由工程が短いためと考えられる。また、多結
晶材料においては、結晶粒界で異元素の濃度が高くな
り、結晶粒界に障壁が生じ、よって結晶粒界においてキ
ャリヤが無秩序に散乱されるためと考えられる。したが
って、1つ1つの結晶の大きさを大きくすることによっ
て単位長さあたりの粒界の数を減らし、移動度を大きく
することが試みられている。セミアモルファス材料は全
体としては多結晶材料のように周期性の長い部分が大部
分であり、そして、明確な結晶粒界が存在しないため、
粒界におけるキャリヤの散乱は抑えられ、比較的大きな
キャリヤ移動度を示す。しかし、大きな粒径の結晶(長
距離秩序の保たれた領域)を有するセミアモルファス材
料は得ることが難しい。また、大きな粒径のポリシリコ
ンを得ることは簡単であるが、素子の大きさと粒径が同
じ程度であると、素子の特性のばらつきが大きくなり、
実用的ではない。
It is considered that the reason why the carrier mobility of a thin film semiconductor is low is that, for example, in an amorphous material, carrier scattering is likely to occur due to short crystal periodicity, and thus the mean free path of the carrier is short. Further, in the polycrystalline material, it is considered that the concentration of the foreign element is increased at the crystal grain boundary, a barrier is generated at the crystal grain boundary, and carriers are randomly scattered at the crystal grain boundary. Therefore, it has been attempted to increase the mobility by increasing the size of each crystal to reduce the number of grain boundaries per unit length. Semi-amorphous materials generally have long periodic parts like polycrystalline materials, and there are no clear crystal grain boundaries.
Scattering of carriers at grain boundaries is suppressed, indicating relatively large carrier mobilities. However, it is difficult to obtain a semi-amorphous material having a crystal having a large grain size (a region where long-range order is maintained). Also, it is easy to obtain polysilicon having a large particle size, but if the size of the device and the particle size are about the same, the variation in the characteristics of the device becomes large,
Not practical.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する問題点は、薄膜半導体のキャリヤ移動度を向上せし
めるとともに、薄膜半導体素子に使用するのに適した半
導体材料を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The problem to be solved by the present invention is to improve the carrier mobility of a thin film semiconductor and to provide a semiconductor material suitable for use in a thin film semiconductor device.

【0006】[0006]

【課題を解決しようとする手段】本発明人らは、レーザ
ーアニールによって大きな移動度の材料が得られる原因
について考察を進めていた。すなわち、結晶の大きさが
いづれも同じ、数〜10μm程度であるにも関わらず、
通常の電気炉での熱アニールによる場合では、得られる
電子移動度は30cm2 /Vsであるのに対し、レーザ
ーアニールをおこなったものは200cm2 /Vsであ
った。この原因の1つとしては熱アニールでは、十分長
時間かけてアニールをおこなうため、結晶粒界に異元素
が多く析出するのに対し、レーザーアニール、特にパル
スレーザーを利用するレーザーアニールでは異元素が粒
界へ移動するだけの時間がなく、粒界での障壁の形成が
不完全であることが考えられた。
Means for Solving the Problems The present inventors have been studying the cause of obtaining a material having a large mobility by laser annealing. That is, despite the fact that the size of each crystal is the same, which is about several to 10 μm,
In the case of thermal annealing in a normal electric furnace, the obtained electron mobility was 30 cm 2 / Vs, while that obtained by laser annealing was 200 cm 2 / Vs. One of the causes is that in thermal annealing, annealing takes place for a sufficiently long time, so that many foreign elements precipitate at the crystal grain boundaries, whereas in laser annealing, especially laser annealing using a pulsed laser, foreign elements do not. It was considered that there was no time to move to the grain boundary, and the formation of the barrier at the grain boundary was incomplete.

【0007】それに加えて、レーザーアニールではレー
ザー照射時に生じたストレスがそのまま保存され、粒界
に何らかの影響を与えていることが考えられた。すなわ
ち、レーザーアニールによって、粒界の接合が密接なも
のとなり、粒界の障壁の幅が小さくなるものと考えた。
[0007] In addition, it has been considered that in laser annealing, the stress generated at the time of laser irradiation is preserved as it is and has some influence on grain boundaries. In other words, it was considered that the bonding of the grain boundaries was made closer by laser annealing, and the width of the barriers at the grain boundaries was reduced.

【0008】そして、その仮説を立証するために、図1
に示されるような実験をおこなった。すなわち、半導体
基板101上に熱によって収縮する絶縁性の材料の被
膜、例えば、リンガラス、ボロンガラス、リン・ボロン
ガラス、ANガラス、石英ガラスの材料となる被膜を、
プラズマCVD法やスパッタ法によって形成し、その上
にさらに、薄膜半導体材料の被膜、例えば、ポリシリコ
ンやアモルファスシリコン、セミアモルファスシリコン
の被膜をプラズマCVD法やスパッタ法によって形成し
た。ここで、熱収縮ということは熱膨張ということとは
別であるということに注意するべきである。後者は、熱
サイクルにおいて可逆性を有するのに対し、前者は熱サ
イクルにおける可逆性を有しない。すなわち、非可逆的
な現象である。したがって、上記の積層工程において
は、熱収縮性被膜が収縮しない十分低い温度に維持する
ことが重要である。
[0008] To prove the hypothesis, FIG.
An experiment as shown in FIG. That is, a film of an insulating material that contracts due to heat, for example, a film of phosphorus glass, boron glass, phosphorus-boron glass, AN glass, quartz glass,
A film of a thin film semiconductor material, for example, a film of polysilicon, amorphous silicon, or semi-amorphous silicon was formed thereon by a plasma CVD method or a sputtering method. Here, it should be noted that thermal contraction is different from thermal expansion. The latter has reversibility in thermal cycling, whereas the former has no reversibility in thermal cycling. That is, it is an irreversible phenomenon. Therefore, in the above laminating step, it is important to maintain the temperature at a sufficiently low temperature at which the heat-shrinkable film does not shrink.

【0009】そして、半導体被膜と絶縁性被膜とをパタ
ーニングして図1(B)の状態を得た。その後、これら
を適切な温度で加熱することによって絶縁性被膜を収縮
せしめ、よって、その上の半導体被膜をも収縮せしめ
た。この温度は、下地の絶縁材料によって決定される
が、石英の場合には600度Cぐらいが最適であり、ま
た、この温度においてアモルファスシリコン膜は結晶化
する。この状態で、例えば24時間維持した。
Then, the semiconductor film and the insulating film were patterned to obtain the state shown in FIG. Thereafter, by heating them at an appropriate temperature, the insulating film was shrunk, and thus the semiconductor film thereon was also shrunk. This temperature is determined by the insulating material of the base. In the case of quartz, the optimum temperature is about 600 ° C. At this temperature, the amorphous silicon film is crystallized. In this state, for example, it was maintained for 24 hours.

【0010】その後、アニールによる結晶の乱れを中和
する目的で、200〜400度Cで水素気流中で熱アニ
ールをおこない、アニールによってできたポリシリコン
に水素添加をおこなった。そして、この半導体を用いて
MOS構造の素子を作製し、電子移動度を測定したとこ
ろ、40〜60cm2 /Vsの移動度が得られた。この
値は下地が特に熱収縮をおこさない材料上に形成された
場合に比べて、30〜100%も大きな値であった。
Thereafter, in order to neutralize the disorder of the crystal due to the annealing, thermal annealing was performed in a hydrogen stream at 200 to 400 ° C., and hydrogen was added to the polysilicon formed by the annealing. Then, a device having a MOS structure was manufactured using this semiconductor, and the electron mobility was measured. As a result, a mobility of 40 to 60 cm 2 / Vs was obtained. This value was 30 to 100% larger than that in the case where the base was formed on a material that did not cause thermal shrinkage.

【0011】この実験自体がレーザーアニールによって
高い移動度が得られることの直接の証明とはならない
が、下地に特殊な材料を用いることによって上部の半導
体被膜にストレスを加え、移動度を向上せしめることが
可能であることが偶然にも見出されたのである。この実
験をもとに本発明人らは研究を続け、以下の発明に到っ
たのである。
Although this experiment itself does not directly prove that high mobility can be obtained by laser annealing, it is necessary to improve the mobility by applying stress to the upper semiconductor film by using a special material for the base. It was discovered by chance that this was possible. Based on this experiment, the present inventors continued their research, and reached the following invention.

【0012】基板として用いる材料は半導体でもガラス
材料のような絶縁体でも良い。また、一見矛盾するよう
であるが、後の工程で形成される熱収縮性の絶縁膜が十
分厚い場合には基板の影響は全く無視されうる。したが
って、このような場合には、特に基板はなんであっても
構わない。そして、これらの基板の上に熱収縮性の絶縁
材料、例えば、リンガラス、ボロンガラス、リン・ボロ
ンガラス、ANガラス、石英ガラスの材料となるもの
を、光CVD法や、プラズマCVD法、スパッタ法によ
って堆積する。その際には最初に酸化珪素被膜を形成し
たのち、イオン注入法等の方法によって、リンやボロン
を1014〜1018cm-2、好ましくは10 16〜5×10
17cm-2の密度で注入したものを用いてもよい。これら
のガラス材料に水素が10〜30原子%含まれている場
合には、比較的熱収縮が大きいことがわかった。また、
これらの絶縁層の厚さとしては、50〜1000nmが
適していた。この厚さは上に堆積される半導体被膜の厚
さや、素子の大きさによって決定される。しかしなが
ら、極めて薄い場合には熱収縮の際に基板から剥がれて
しまったり、あるいは基板の影響が大きすぎて収縮しな
かったりする。少なくとも50nmの厚さは必要であ
る。
The material used for the substrate is semiconductor or glass.
An insulator such as a material may be used. Also seemingly contradictory
However, a heat-shrinkable insulating film formed in a later step is not sufficient.
When thick, the effect of the substrate can be neglected. But
Therefore, in this case, no matter what the substrate
I do not care. And heat-shrinkable insulation on these substrates
Materials such as phosphorus glass, boron glass, phosphorus boro
Of glass, AN glass, quartz glass
By a photo CVD method, a plasma CVD method, or a sputtering method.
Deposits. In that case, first form a silicon oxide film
After that, phosphorus or boron is ion-implanted.
1014-1018cm-2, Preferably 10 16~ 5 × 10
17cm-2May be used. these
If the glass material contains 10-30 atomic% of hydrogen,
In this case, it was found that the heat shrinkage was relatively large. Also,
The thickness of these insulating layers is 50 to 1000 nm.
Was suitable. This thickness is the thickness of the overlying semiconductor film.
It is determined by the size of the element. However
If it is extremely thin, it will peel off from the substrate during heat shrinkage.
Do not shrink due to the influence of the substrate.
Or A thickness of at least 50 nm is required
You.

【0013】その後、その上に半導体材料、例えば、ア
モルファスシリコンやポリシリコン、あるいはセミアモ
ルファスシリコンの被膜を10〜500nm形成する。
これらの半導体被膜は水素を含んでいてもいなくても構
わない。また、例えば、アモルファスシリコン被膜を低
温にて形成した後、レーザーアニールによって被膜をポ
リシリコン化してもよい。なぜならば、レーザーアニー
ールでは半導体被膜の表面近傍のみが加熱され、大部分
の絶縁性被膜には熱的な影響がないからであり、特にレ
ーザー光として可視光を使用した場合には、シリコン等
の半導体層ではレーザー光が吸収されるのに対し、絶縁
性層は可視光に対し透明であるので熱的な作用は極めて
小さい。いづれにせよ半導体被膜の形成にあたっては、
下地の絶縁性層の被膜が熱収縮しない温度でおこなう必
要がある。
Thereafter, a film of a semiconductor material, for example, amorphous silicon, polysilicon, or semi-amorphous silicon is formed to a thickness of 10 to 500 nm.
These semiconductor films may or may not contain hydrogen. Further, for example, after forming an amorphous silicon film at a low temperature, the film may be converted into polysilicon by laser annealing. This is because laser annealing heats only the vicinity of the surface of the semiconductor film and has no thermal effect on most of the insulating film, especially when visible light is used as the laser light. While a semiconductor layer such as that described above absorbs laser light, the insulating layer is transparent to visible light and therefore has a very small thermal effect. In any case, when forming a semiconductor film,
It is necessary to perform the treatment at a temperature at which the film of the underlying insulating layer does not thermally shrink.

【0014】ついで、この半導体被膜と絶縁性被膜とを
パターニングする。パターニングは図2(A)のように
絶縁性被膜を全部除去してしまっても、あるいは同図
(B)のように、ある深さまで除去してもよいが、いづ
れの場合にも、パターニングによって分離する領域の幅
Lと半導体被膜と絶縁性被膜との界面から形成された溝
の底までの深さTの選択が重要であることがわかった。
本発明人らは、L/T<1000、好ましくはL/T<
100であることが必要であることを見出した。このこ
とは、Lが熱収縮する絶縁層の厚さに比べて著しく大き
な場合には熱収縮は、横方向ではなく、縦方向に進行す
るためである。その場合には上に形成された半導体被膜
にはほとんど影響が及ばない。
Next, the semiconductor film and the insulating film are patterned. The patterning may be performed by completely removing the insulating film as shown in FIG. 2 (A) or may be removed to a certain depth as shown in FIG. 2 (B). It was found that the selection of the width L of the region to be separated and the depth T from the interface between the semiconductor film and the insulating film to the bottom of the groove formed was important.
We have L / T <1000, preferably L / T <
It was found that it was necessary to be 100. This is because when L is significantly larger than the thickness of the insulating layer that thermally shrinks, the thermal shrinkage proceeds not in the horizontal direction but in the vertical direction. In that case, the semiconductor film formed thereon is hardly affected.

【0015】その後、加熱工程によって該絶縁性被膜を
収縮せしめる。このときの温度としては、酸化珪素の場
合には600〜1000度Cが適しているが、この工程
で同時に半導体被膜も結晶化が起こる。特に高温でアニ
ールすると結晶核が多く発生して結晶の大きさが小さく
なる。そのことを避けるために、最初に500〜700
度C、好ましくは550〜600度Cで12〜70時
間、例えば580度Cで36時間アニールして、アモル
ファスシリコン等のシリコン系材料の結晶化をおこな
い、ついで700〜1000度C、好ましくは750〜
800度Cで12〜70時間、例えば780度Cで24
時間アニールして、絶縁層の収縮をおこなってもよい。
また、これらの熱アニールの雰囲気はアルゴン等の非酸
化性雰囲気や水素等の還元性雰囲気が適していたが、1
-2torr以下の真空中でアニールをおこなうと、特
に絶縁性被膜に水素を多く含んだ材料を用いた場合に顕
著に収縮がおこった。これは、絶縁性被膜中の水素が水
となって外部へ出ていったためと考えられる。このアニ
ールの温度を上げれば熱収縮はより顕著に起こるが、温
度が高すぎると絶縁性材料が溶融する、あるいはガラス
状になって流動性を示すため適切でない。特にリンガラ
ス、ボロンガラアス、リンボロンガラスを用いる場合に
は、ガラス化温度が低いので注意が必要である。
Thereafter, the insulating film is shrunk by a heating step. As the temperature at this time, in the case of silicon oxide, 600 to 1000 ° C. is suitable, but in this step, the semiconductor film is also crystallized at the same time. In particular, when annealing is performed at a high temperature, many crystal nuclei are generated and the size of the crystal is reduced. To avoid that, first 500-700
C, preferably at 550-600 ° C. for 12-70 hours, for example, 580 ° C. for 36 hours to crystallize a silicon-based material such as amorphous silicon, and then at 700-1000 ° C., preferably 750 ° C. ~
12 to 70 hours at 800 ° C, for example 24 at 780 ° C
The insulating layer may be contracted by annealing for a time.
In addition, a non-oxidizing atmosphere such as argon or a reducing atmosphere such as hydrogen was suitable for the atmosphere for the thermal annealing.
When annealing was performed in a vacuum of 0 -2 torr or less, remarkable shrinkage occurred particularly when a material containing a large amount of hydrogen was used for the insulating film. This is presumably because hydrogen in the insulating film went to the outside as water. If the annealing temperature is increased, the thermal shrinkage will occur more remarkably. However, if the temperature is too high, the insulating material melts or becomes glassy and exhibits fluidity, which is not appropriate. In particular, when using phosphorus glass, boron glass, or phosphorus boron glass, care must be taken because the vitrification temperature is low.

【0016】図3には本発明を達成するための別の方法
を示した。まず最初に絶縁体もしくは半導体基板上に熱
収縮性絶縁被膜を形成し、それをパターニングして、図
3(A)を得る。さらにその上に半導体被膜を形成して
図3(B)を得る。そして、熱アニールによって絶縁性
被膜を熱収縮させる。この場合には、図1および図2に
示される場合と異なり、半導体被膜が切断されることが
なく、また基板に半導体被膜が直接接触するので、半導
体被膜の一部を配線として使用する場合、あるいは半導
体基板等の基板と半導体被膜がコンタクトを取る必要が
ある場合には効果的である。
FIG. 3 shows another method for achieving the present invention. First, a heat-shrinkable insulating film is formed on an insulator or a semiconductor substrate, and is patterned to obtain FIG. 3A. Further, a semiconductor film is formed thereon to obtain FIG. 3 (B). Then, the insulating coating is thermally contracted by thermal annealing. In this case, unlike the case shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor film is not cut, and the semiconductor film directly contacts the substrate. Therefore, when a part of the semiconductor film is used as a wiring, Alternatively, it is effective when a substrate such as a semiconductor substrate needs to make contact with a semiconductor film.

【0017】図4には、図2および図3で示される本発
明を得るための工程を両方とも含んだ製造方法を示す。
まず、基板401上に熱収縮性を有する絶縁材料402
AおよびBを選択的に形成し、その上に半導体被膜40
3を形成する。そして、公知のドライエッチング等のパ
ターニング技術を用いて被膜403および402A、B
をエッチングし、図4(B)を得る。その後、熱アニー
ルによって絶縁性被膜402a〜dを収縮せしめるとと
もに、その上の半導体被膜403a〜dにストレスを及
ぼし、よって高い移動度を示させる。
FIG. 4 shows a manufacturing method including both steps for obtaining the present invention shown in FIG. 2 and FIG.
First, a heat-shrinkable insulating material 402 is formed on a substrate 401.
A and B are selectively formed, and a semiconductor film 40 is formed thereon.
Form 3 Then, the coatings 403 and 402A, B are formed by using a known patterning technique such as dry etching.
Is etched to obtain FIG. Thereafter, the insulating films 402a to 402d are contracted by thermal annealing, and stress is applied to the semiconductor films 403a to 403d thereon, thereby exhibiting high mobility.

【0018】図4(C)には、この方法によって作製さ
れた素子の例を示す。これは相補型MOS(CMOS)
といわれる素子を薄膜トランジスタを用いて形成したも
のであり、単結晶半導体基板411上にp型の不純物領
域412a〜cが形成され、半導体ゲイト電極413
a、bが設けられている。半導体ゲイトはリンを含むn
型半導体を用いるのが一般的である。そして、その上に
熱収縮した絶縁被膜414a、bがあり、さらにその上
にn型の半導体領域を有する半導体被膜を形成する。n
型半導体領域のうち、415b、cは基板上に設けられ
たn型の半導体領域に接している。このように412b
と415b、あるいは412cと413cの界面はPN
接合となるが、どちらも十分にドーピングされ、縮退半
導体となっている場合には整流作用はほとんどない。こ
の半導体領域の上には半導体ゲイト416a、bが設け
られている。さらに、層間絶縁膜417a〜eが形成さ
れ、穴開け工程の後に金属電極が、例えばアルミニウ
ム、アルミニウムーシリコン合金、タングステン、モリ
ブテン、あるいはそれらの珪素との合金等の材料によっ
て形成されている。
FIG. 4C shows an example of an element manufactured by this method. This is a complementary MOS (CMOS)
The element is formed using a thin film transistor, and p-type impurity regions 412 a to 412 c are formed on a single crystal semiconductor substrate 411, and a semiconductor gate electrode 413 is formed.
a and b are provided. The semiconductor gate contains phosphorus
Generally, a type semiconductor is used. Then, the heat-shrinkable insulating films 414a and 414b are provided thereon, and a semiconductor film having an n-type semiconductor region is further formed thereon. n
Among the type semiconductor regions, 415b and 415c are in contact with an n-type semiconductor region provided on the substrate. Thus 412b
415b or 412c and 413c are PN
A junction is formed, but when both are sufficiently doped and degenerate semiconductors, there is almost no rectifying action. Semiconductor gates 416a and 416b are provided on the semiconductor region. Further, interlayer insulating films 417a to 417e are formed, and after the hole forming step, the metal electrode is formed of a material such as aluminum, an aluminum-silicon alloy, tungsten, molybdenum, or an alloy thereof with silicon.

【0019】このように、薄膜半導体領域を半導体基板
に接触させることは電極形成を容易にする。図4(d)
は図4(c)の素子の左側の素子の回路図を示す。この
ような多層構造を有する場合には、電極形成のためには
深い穴を形成しなければならないし、その深い穴を通し
て確実なコンタクトをとるためには穴の面積は図4
(C)の418aおよびfのように面積を十分大きくす
る必要がある。なぜならば穴が深い場合には、電極用の
被膜を形成する際に穴の側面に電極材料が付着し、穴の
奥まで被膜が形成されることなく穴がふさがってしまう
ことがよくあるからである。この場合にはコンタクトが
確実にとれない。しかしながら、例えば418bの電極
は比較的穴が浅いため、電極形成部の面積を小さくでき
る。
Thus, contacting the thin film semiconductor region with the semiconductor substrate facilitates electrode formation. FIG. 4 (d)
Shows a circuit diagram of an element on the left side of the element shown in FIG. In the case of such a multilayer structure, a deep hole must be formed in order to form an electrode, and the area of the hole must be as shown in FIG.
It is necessary to make the area sufficiently large like 418a and f in (C). This is because when the hole is deep, the electrode material adheres to the side surface of the hole when forming the coating for the electrode, and the hole is often closed without forming the coating to the depth of the hole. is there. In this case, contact cannot be reliably established. However, since the hole of the electrode 418b is relatively shallow, the area of the electrode forming portion can be reduced.

【0020】多層構造半導体素子においては半導体基板
までコンタクト穴を形成して、最上層もしくはそれに近
い層の配線とコンタクトをとることは望ましくない。し
たがって、図4C)の場合にも、実際には、電極418
a、fを設けるかわりに、不純物領域412a、dが、
そのまま配線も兼ねるように設計することにより、該不
純物領域へのコンタクトは不要となり、素子の面積を図
4(C)に示すものより十分小さくできる。
In a multi-layered semiconductor device, it is not desirable to form a contact hole up to the semiconductor substrate and make contact with the wiring in or near the uppermost layer. Therefore, in the case of FIG.
Instead of providing a and f, impurity regions 412a and 412d
By designing so as to also serve as a wiring as it is, contact with the impurity region becomes unnecessary, and the area of the element can be made sufficiently smaller than that shown in FIG.

【0021】[0021]

【実施例】〔実施例1〕抵抗率103 Ωcmのp型の単
結晶珪素基板501上に従来の集積回路製造技術を利用
して図5(A)に示すようなnチャネル型MOSFET
を作製した。すなわち、502a〜cは、いわゆるLO
COS技術、あるいはその他の同様な技術によって形成
された厚い酸化膜からなる素子分離領域(フィールド絶
縁物ともいう)であり、503aおよびbは、厚さ10
nmのゲイト絶縁膜504aおよびb上に形成された、
厚さ200nmのゲイト電極であり、リンを1021cm
-3程度ドープされたn型の珪素である。これらのゲイト
電極は図5(B’)に示すようにL字型をしている。さ
らに、505a〜dは、フィールド絶縁物およびゲイト
電極をマスクとして、自己整合的に(セルフアライン的
に)形成された不純物領域であり、不純物としてリンお
よび砒素をそれぞれ、3×10 20cm-3、1×1020
-3含んでいる。さらに、図5(B’)に示すように、
不純物領域505aおよびdは半導体基板上に形成され
た他の素子、および電源と電気的につながっている。ゲ
イト電極の幅は1μmであった。また、ソース・ドレイ
ン方向の不純物領域の長さは約5μmであり、チャネル
幅は3μmであった。
[Example 1] Resistivity 10ThreeΩcm p-type
Utilizes conventional integrated circuit manufacturing technology on crystalline silicon substrate 501
And an n-channel MOSFET as shown in FIG.
Was prepared. That is, 502a to 502c are so-called LO
Formed by COS technology or other similar technology
Isolation region consisting of thick oxide film (field isolation
503a and 503b have a thickness of 10
nm formed on the gate insulating films 504a and 504b.
A 200 nm thick gate electrode with 10twenty onecm
-3Heavily doped n-type silicon. These gates
The electrodes are L-shaped as shown in FIG. Sa
Further, 505a-d are field insulators and gates.
Using the electrode as a mask, self-aligned (self-aligned
The impurity region formed, and phosphorus and
And arsenic in 3 × 10 20cm-3, 1 × 1020c
m-3Contains. Further, as shown in FIG.
Impurity regions 505a and 505d are formed on a semiconductor substrate.
In addition, it is electrically connected to other elements and a power supply. Get
The width of the electrode was 1 μm. Also, source dray
The length of the impurity region in the channel direction is about 5 μm,
The width was 3 μm.

【0022】ついで、グロー放電プラズマCVD法によ
って、酸化珪素被膜を厚さ500nm堆積した。このと
きの作製方法を簡単に説明する。原料ガスとして、モノ
シランガス(SiH4 )と水素ガスを用い、高周波(1
3.56MHz)放電によって、モノシランを分解し
た。反応時のチャンバー内の圧力は0.1torrであ
った。また、基板温度は室温、あるいは液体窒素で冷却
した。このようにして得られた酸化珪素膜に含有されて
いる水素の量は様々な測定から約30原子%であること
が明らかになった。そして、酸化珪素膜を公知のドライ
エッチング技術によってエッチングし、酸化珪素領域5
06aおよびbを形成した。原料ガスとしてはモノシラ
ン以外にもジシランガス(Si26 )も使用できる。
Next, a silicon oxide film having a thickness of 500 nm was deposited by glow discharge plasma CVD. The manufacturing method at this time will be described briefly. Monosilane gas (SiH 4 ) and hydrogen gas are used as raw material gas, and high frequency (1
The monosilane was decomposed by the electric discharge (3.56 MHz). The pressure in the chamber during the reaction was 0.1 torr. The substrate temperature was room temperature or cooled with liquid nitrogen. Various measurements have revealed that the amount of hydrogen contained in the silicon oxide film thus obtained is about 30 atomic%. Then, the silicon oxide film is etched by a known dry etching technique to form a silicon oxide region 5.
06a and b were formed. As a raw material gas, disilane gas (Si 2 H 6 ) can be used in addition to monosilane.

【0023】ついで、スパッタ法によって、厚さ200
nmのアモルファス珪素膜507をその上に形成した。
基板温度は室温、スパッタターゲットは、純度99.9
9999%以上のシリコンターゲットであった。スパッ
タ時の雰囲気はアルゴン100%で、0.2torrで
あった。スパッタに使用した電力は13.56MHzの
高周波200Wであった。こうして図5(B)および
(B’)を得た。
Next, a thickness of 200
A nm-thick amorphous silicon film 507 was formed thereon.
The substrate temperature is room temperature, and the sputtering target has a purity of 99.9.
The silicon target was 9999% or more. The atmosphere during the sputtering was 100 tons of argon and 0.2 torr. The power used for the sputtering was a high frequency of 200 W at 13.56 MHz. Thus, FIGS. 5B and 5B were obtained.

【0024】そして、公知のエッチング技術によって珪
素被膜507と酸化珪素被膜506aおよびbを選択的
に除去した。このエッチングによって得られた素子を上
から見たものが図6(A’)である。珪素被膜が下の基
板もしくはゲイト電極と接してコンタクトを形成してい
る部分は図中の斜線部である。このとき、酸化珪素膜は
200nmはそのまま残した。その後、基板を、10-5
torrの真空中で600度Cに加熱し、その状態を7
0時間保持した。さらに、その状態で温度を2時間かけ
て800度Cまで上昇させ、その状態を3時間保持し
た。この工程によって、アモルファス珪素の結晶化と絶
縁膜の熱収縮を引き起こす。
Then, the silicon film 507 and the silicon oxide films 506a and 506b were selectively removed by a known etching technique. FIG. 6A is a top view of the device obtained by this etching. Portions where the silicon coating is in contact with the underlying substrate or gate electrode to form a contact are shaded portions in the figure. At this time, 200 nm of the silicon oxide film was left as it was. Thereafter, the substrate, 10-5
Heat to 600 ° C in a torr vacuum and change the state to 7 ° C.
Hold for 0 hours. Further, in this state, the temperature was raised to 800 ° C. over 2 hours, and the state was maintained for 3 hours. This process causes crystallization of amorphous silicon and thermal contraction of the insulating film.

【0025】その後、珪素被膜507の表面を乾燥した
高温の酸素雰囲気にさらして、厚さ約10nmの熱酸化
膜を形成した。この酸化膜は後にゲイト絶縁膜として使
用される。この酸化膜のうち、図6(A’)の507b
およびdの上に形成されたものは除去して下地の珪素被
膜を露出せしめる。さらに、シランの熱分解法によっ
て、その上に多結晶珪素被膜を形成した。多結晶珪素に
はリンを1020〜1021cm-3程度添加して良導電性と
した。そして、これを選択的に除去して、ゲイト電極5
08aおよびbを形成した。このゲイト電極は507b
およびdにおいて、珪素被膜507bおよびdと接し、
よって下に存在するゲイト電極503aおよびbと接す
ることとなる。
Thereafter, the surface of the silicon film 507 was exposed to a dry and high-temperature oxygen atmosphere to form a thermal oxide film having a thickness of about 10 nm. This oxide film is used later as a gate insulating film. Of this oxide film, 507b in FIG.
Those formed on and d are removed to expose the underlying silicon film. Further, a polycrystalline silicon film was formed thereon by a thermal decomposition method of silane. Phosphorus was added to the polycrystalline silicon in an amount of about 10 20 to 10 21 cm −3 to obtain good conductivity. Then, this is selectively removed, and the gate electrode 5 is removed.
08a and b were formed. This gate electrode is 507b
And d, in contact with the silicon coatings 507b and d,
Therefore, it comes into contact with the underlying gate electrodes 503a and 503b.

【0026】さらに、イオン注入法によって、ホウソイ
オンを1014〜1015cm-2注入した。そして、真空中
で1000度で30分アニールして、イオン注入によっ
て生じたアモルファス領域を再結晶化せしめて、p型の
不純物領域509a〜dを得た。さらに、リン・ボロン
ガラスを表面に形成し、リフロー技術を用いて表面の平
坦化をおこない、層間絶縁膜510とした。そして、電
極形成用穴を設けてアルミニウム電極511a〜dを形
成した。以上の工程を経て、図6(B)に示すように多
層構造の薄膜トランジスタを用いたCMOSが作製され
た。このようにして得られた薄膜トランジスタ(Pチャ
ネル型)のホール移動度は50〜100cm2 /Vsで
あり、従来のものに比べて約2倍の特性の向上が見られ
た。
Further, boron ions were implanted at 10 14 to 10 15 cm -2 by ion implantation. Then, the substrate was annealed in vacuum at 1000 degrees for 30 minutes to recrystallize the amorphous region generated by the ion implantation, thereby obtaining p-type impurity regions 509a to 509d. Further, phosphorus-boron glass was formed on the surface, and the surface was flattened using a reflow technique to form an interlayer insulating film 510. Then, aluminum electrodes 511a to 511d were formed by providing electrode forming holes. Through the above steps, a CMOS using a multilayer thin film transistor was manufactured as shown in FIG. The hole mobility of the thin film transistor (P-channel type) obtained in this manner is 50 to 100 cm 2 / Vs, and the characteristics are improved about twice as compared with the conventional one.

【0027】〔実施例2〕抵抗率10Ωcmのp型の単
結晶珪素基板501上に従来の集積回路製造技術を利用
して図5(A)に示すようなnチャネル型MOSFET
を作製した。素子の細部の大きさは実施例1の場合と同
じであった。ついで、グロー放電プラズマCVD法によ
って、酸化珪素被膜を厚さ500nm堆積した。このと
きの作製方法は実施例1の場合とほぼ同じであったが原
料ガス中に1000ppm〜20%のフォスフィン(P
3 )を混入した。したがって、得られた膜にはリンが
含まれていた。また、酸化珪素膜に含有されている水素
の量は実施例1と同じく30原子%であった。このリン
を含む酸化珪素膜を公知のドライエッチング技術によっ
てエッチングし、酸化珪素領域506aおよびbを形成
した。ついで、スパッタ法によって、厚さ200nmの
アモルファス珪素膜507をその上に形成した。成膜条
件は実施例1とおなじであった。こうして図5(B)お
よび(B’)を得た。
[Embodiment 2] An n-channel MOSFET as shown in FIG. 5A is formed on a p-type single crystal silicon substrate 501 having a resistivity of 10 Ωcm by using a conventional integrated circuit manufacturing technique.
Was prepared. The size of the details of the element was the same as in Example 1. Next, a silicon oxide film having a thickness of 500 nm was deposited by glow discharge plasma CVD. The fabrication method at this time was almost the same as that of Example 1, but 1000 ppm to 20% of phosphine (P
H 3 ). Therefore, the obtained film contained phosphorus. Further, the amount of hydrogen contained in the silicon oxide film was 30 atomic% as in Example 1. The silicon oxide film containing phosphorus was etched by a known dry etching technique to form silicon oxide regions 506a and 506b. Next, an amorphous silicon film 507 having a thickness of 200 nm was formed thereon by a sputtering method. The film forming conditions were the same as in Example 1. Thus, FIGS. 5B and 5B were obtained.

【0028】そして、公知のエッチング技術によって珪
素被膜507と酸化珪素被膜506aおよびbを選択的
に除去した。このエッチングによって得られた素子を上
から見たものが図6(A’)である。珪素被膜が下の基
板もしくはゲイト電極と接している部分は図中の斜線部
である。このとき、酸化珪素膜は20nmはそのまま残
した。その後、基板を、10-6torrの真空中にお
き、エキシマーレーザー光(KrFレーザー、波長24
8nm、パルス幅30nsec:200mJ/パルス、
50ショット)を照射した。この工程によって、アモル
ファス珪素被膜は結晶化した。その後、やはり真空中で
700度Cで12時間保持した。この工程によって、絶
縁膜が熱収縮を引き起こす。更に、水素雰囲気中で基板
を200〜600度Cに3時間保持して水素パッシベー
ションをおこない、珪素の電気特性を向上させた。
Then, the silicon film 507 and the silicon oxide films 506a and 506b were selectively removed by a known etching technique. FIG. 6A is a top view of the device obtained by this etching. The portion where the silicon coating is in contact with the lower substrate or the gate electrode is the hatched portion in the figure. At this time, 20 nm of the silicon oxide film was left as it was. Thereafter, the substrate is placed in a vacuum of 10 -6 torr, and excimer laser light (KrF laser, wavelength 24
8 nm, pulse width 30 nsec: 200 mJ / pulse,
50 shots). By this step, the amorphous silicon film was crystallized. Thereafter, it was kept at 700 ° C. for 12 hours in a vacuum. By this step, the insulating film causes heat shrinkage. Further, hydrogen passivation was performed by holding the substrate at 200 to 600 ° C. for 3 hours in a hydrogen atmosphere to improve the electrical characteristics of silicon.

【0029】その後、珪素被膜507の表面を乾燥した
高温の酸素雰囲気にさらして、厚さ約10nmの熱酸化
膜を形成した。この酸化膜は後にゲイト絶縁膜として使
用される。この酸化膜のうち、図6(A’)の507b
およびdの上に形成されたものは除去して下地の珪素被
膜を露出せしめる。さらに、シランの熱分解法によっ
て、その上に厚さ300nmの多結晶珪素被膜を形成し
た。多結晶珪素にはリンを1020〜1021cm-3程度添
加して良導電性とした。そして、これを選択的に除去し
て、ゲイト電極508aおよびbを形成した。このゲイ
ト電極は507bおよびdにおいて、珪素被膜507b
およびdと接し、よって下に存在するゲイト電極503
aおよびbと接することとなる。
Thereafter, the surface of the silicon film 507 was exposed to a dry and high-temperature oxygen atmosphere to form a thermal oxide film having a thickness of about 10 nm. This oxide film is used later as a gate insulating film. Of this oxide film, 507b in FIG.
Those formed on and d are removed to expose the underlying silicon film. Further, a polycrystalline silicon film having a thickness of 300 nm was formed thereon by a thermal decomposition method of silane. Phosphorus was added to the polycrystalline silicon in an amount of about 10 20 to 10 21 cm −3 to obtain good conductivity. Then, this was selectively removed to form gate electrodes 508a and 508b. This gate electrode is formed of a silicon film 507b at 507b and d.
And the gate electrode 503 which is in contact with
It comes into contact with a and b.

【0030】さらに、イオン注入法によって、ホウソイ
オンを1014〜1015cm-2注入した。そして、真空中
で1000度で30分アニールして、イオン注入によっ
て生じたアモルファス領域を再結晶化せしめて、p型の
不純物領域509a〜dを得た。さらに、リン・ボロン
ガラスを表面に形成し、リフロー技術を用いて表面の平
坦化をおこない、層間絶縁膜510とした。そして、電
極形成用穴を設けてアルミニウム電極511a〜dを形
成した。以上の工程を経て、図6(B)に示されるよう
な多層構造の薄膜トランジスタを用いたCMOSが作製
された。このようにして得られた薄膜トランジスタ(P
チャネル型)のホール移動度は150〜200cm2
Vsであり、従来のものに比べて2倍以上の特性の向上
が見られた。
Further, boron ions were implanted at 10 14 to 10 15 cm -2 by ion implantation. Then, the substrate was annealed in vacuum at 1000 degrees for 30 minutes to recrystallize the amorphous region generated by the ion implantation, thereby obtaining p-type impurity regions 509a to 509d. Further, phosphorus-boron glass was formed on the surface, and the surface was flattened using a reflow technique to form an interlayer insulating film 510. Then, aluminum electrodes 511a to 511d were formed by providing electrode forming holes. Through the above steps, a CMOS using a multilayered thin film transistor as shown in FIG. 6B was manufactured. The thin film transistor (P
Channel mobility) is 150 to 200 cm 2 /
Vs, which is more than twice that of the conventional one.

【0031】〔実施例3〕抵抗率10Ωcmのp型の単
結晶珪素基板501上に従来の集積回路製造技術を利用
して図5(A)に示すようなnチャネル型MOSFET
を作製した。素子の細部の大きさは実施例1の場合と同
じであった。ついで、グロー放電プラズマCVD法によ
って、酸化珪素被膜を厚さ500nm堆積した。このと
きの作製方法は実施例1の場合とほぼ同じであったが原
料ガス中に1000ppm〜20%のフォスフィンを混
入した。したがって、得られた膜にはリンが含まれてい
た。また、酸化珪素膜に含有されている水素の量は実施
例1と同じく30原子%であった。このリンを含む酸化
珪素膜を公知のドライエッチング技術によってエッチン
グし、酸化珪素領域506aおよびbを形成した。つい
で、スパッタ法によって、厚さ200nmのアモルファ
ス珪素膜507をその上に形成した。成膜条件は実施例
1とおなじであった。こうして図5(B)および
(B’)を得た。
Embodiment 3 An n-channel MOSFET as shown in FIG. 5A is formed on a p-type single crystal silicon substrate 501 having a resistivity of 10 Ωcm by using a conventional integrated circuit manufacturing technique.
Was prepared. The size of the details of the element was the same as in Example 1. Next, a silicon oxide film having a thickness of 500 nm was deposited by glow discharge plasma CVD. The manufacturing method at this time was almost the same as that of Example 1, but 1000 ppm to 20% of phosphine was mixed in the raw material gas. Therefore, the obtained film contained phosphorus. Further, the amount of hydrogen contained in the silicon oxide film was 30 atomic% as in Example 1. The silicon oxide film containing phosphorus was etched by a known dry etching technique to form silicon oxide regions 506a and 506b. Next, an amorphous silicon film 507 having a thickness of 200 nm was formed thereon by a sputtering method. The film forming conditions were the same as in Example 1. Thus, FIGS. 5B and 5B were obtained.

【0032】そして、公知のエッチング技術によって珪
素被膜507と酸化珪素被膜506aおよびbを選択的
に除去した。このエッチングによって得られた素子を上
から見たものが図6(A’)である。珪素被膜が下の基
板もしくはゲイト電極と接している部分は図中の斜線部
である。このとき、酸化珪素膜は20nmはそのまま残
した。その後、基板を、10-6torrの真空中にお
き、エキシマーレーザー光(KrFレーザー、波長24
8nm、パルス幅30nsec、100mJ/パルス、
50ショット)を照射した。この工程によって、アモル
ファス珪素被膜はセミアモルファス化した。セミアモル
ファス状態であることはラマン分光法によって判別され
た。その後、やはり真空中で600度Cで72時間保持
した。この工程によって、絶縁膜が熱収縮を引き起こし
た。さらに、基板を200〜400度C、例えば300
度Cで30分、水素雰囲気、例えば、水素20%、アル
ゴン80%の混合気体(1気圧)中に保持して、水素パ
ッシベーションをおこない、セミアモルファスシリコン
の電気特性を向上させた。
Then, the silicon film 507 and the silicon oxide films 506a and 506b were selectively removed by a known etching technique. FIG. 6A is a top view of the device obtained by this etching. The portion where the silicon coating is in contact with the lower substrate or the gate electrode is the hatched portion in the figure. At this time, 20 nm of the silicon oxide film was left as it was. Thereafter, the substrate is placed in a vacuum of 10 -6 torr, and excimer laser light (KrF laser, wavelength 24
8 nm, pulse width 30 nsec, 100 mJ / pulse,
50 shots). By this step, the amorphous silicon film was made semi-amorphous. The semi-amorphous state was determined by Raman spectroscopy. Thereafter, it was kept at 600 ° C. for 72 hours in a vacuum. By this step, the insulating film caused heat shrinkage. Further, the substrate is set at 200 to 400 ° C., for example, 300 ° C.
The gas was maintained in a hydrogen atmosphere, for example, a mixed gas (1 atm) of 20% of hydrogen and 80% of argon at 30 ° C. for 30 minutes to passivate hydrogen, thereby improving the electrical characteristics of semi-amorphous silicon.

【0033】その後、珪素被膜507上にグロー放電法
によって厚さ約100nmの酸化珪素膜を形成した。こ
の酸化膜は後にゲイト絶縁膜として使用される。この酸
化膜のうち、図6(A’)の507bおよびdの上に形
成されたものは除去して下地の珪素被膜を露出せしめ
る。さらに、シランの熱分解法によって、その上に厚さ
300nmの多結晶珪素被膜を形成した。多結晶珪素に
はリンを1020〜1021cm-3程度添加して良導電性と
した。そして、これを選択的に除去して、ゲイト電極5
08aおよびbを形成した。このゲイト電極は507b
およびdにおいて、珪素被膜507bおよびdと接し、
よって下に存在するゲイト電極503aおよびbと接す
ることとなる。
Thereafter, a silicon oxide film having a thickness of about 100 nm was formed on the silicon film 507 by a glow discharge method. This oxide film is used later as a gate insulating film. Of this oxide film, those formed on 507b and 507d in FIG. 6A 'are removed to expose the underlying silicon film. Further, a polycrystalline silicon film having a thickness of 300 nm was formed thereon by a thermal decomposition method of silane. Phosphorus was added to the polycrystalline silicon in an amount of about 10 20 to 10 21 cm −3 to obtain good conductivity. Then, this is selectively removed, and the gate electrode 5 is removed.
08a and b were formed. This gate electrode is 507b
And d, in contact with the silicon coatings 507b and d,
Therefore, it comes into contact with the underlying gate electrodes 503a and 503b.

【0034】さらに、イオン注入法によって、ホウソイ
オンを1014〜1015cm-2注入した。そして、真空中
で600度で30時間分アニールして、イオン注入によ
って生じたアモルファス領域を再結晶化せしめて、p型
の不純物領域509a〜dを得た。さらに、リン・ボロ
ンガラスを表面に形成し、リフロー技術を用いて表面の
平坦化をおこない、層間絶縁膜510とした。そして、
電極形成用穴を設けてアルミニウム電極511a〜dを
形成した。以上の工程を経て、図6(B)に示すような
薄膜トランジスタを用いたCMOSが作製された。この
ようにして得られた薄膜トランジスタ(Pチャネル型)
のホール移動度は130〜150cm2/Vsであり、
従来のものに比べて2倍以上の特性の向上が見られた。
また、各素子による移動度のばらつきも小さかった。
Further, boron ions were implanted at 10 14 to 10 15 cm -2 by ion implantation. Then, the substrate was annealed in vacuum at 600 degrees for 30 hours to recrystallize the amorphous region generated by the ion implantation, thereby obtaining p-type impurity regions 509a to 509d. Further, phosphorus-boron glass was formed on the surface, and the surface was flattened using a reflow technique to form an interlayer insulating film 510. And
Aluminum electrodes 511a to 511d were formed by providing electrode forming holes. Through the above steps, a CMOS using a thin film transistor as shown in FIG. 6B was manufactured. Thin-film transistor thus obtained (P-channel type)
Has a hole mobility of 130 to 150 cm 2 / Vs,
The characteristics were more than doubled as compared with the conventional one.
In addition, the variation in mobility among the elements was small.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明によって薄膜半導体のキャリヤ移
動度を向上せしめることが可能となった。その向上の度
合いは、大体、20〜100%であったが、場合によっ
ては3倍以上の向上も見られた。本実施例では電子移動
度については特に述べなかったが、全く同様な工程を経
て作製することによって、移動度の向上が見られた。本
実施例では主として、半導体材料として珪素を用いて説
明したが、ゲルマニウムであっても、また、珪素ゲルマ
ニウム合金のごとき化合物半導体であっても同じ現象が
確認された。
According to the present invention, the carrier mobility of a thin film semiconductor can be improved. The degree of the improvement was approximately 20 to 100%, but in some cases, a three-fold or more improvement was also observed. In this example, the electron mobility was not particularly described, but the mobility was improved by manufacturing through exactly the same process. In the present embodiment, silicon was mainly used as the semiconductor material, but the same phenomenon was confirmed even with germanium or a compound semiconductor such as a silicon-germanium alloy.

【0036】本実施例では、基板として半導体基板を用
いたもののみを示したが、絶縁性基板を用いてもよいこ
とは本文中に示した通りである。また、本実施例では半
導体基板上に第1層のトランジスタ、その上に第2層の
薄膜トランジスタという2層構造の素子のみを示した
が、例えば、半導体基板上に第1層のトランジスタ、そ
の上に本発明によって第1の薄膜トランジスタを形成
し、これを第2層のトランジスタとし、、この薄膜トラ
ンジスタ等を基板としてその上に熱収縮性の材料を形成
し、その上に第2の薄膜トランジスタを形成して、これ
を第3層のトランジスタという3層構造をとることも可
能であり、さらに、絶縁基板上に第1の薄膜トランジス
タとその上に第2の薄膜トランジスタを形成して、絶縁
基板上の2層構造素子を構成することも可能である。前
者は半導体集積回路における集積密度を上げる目的で、
また、後者は、例えば、液晶表示素子において、半導体
素子領域を減らして透光性領域を増やす目的で採用され
うる。
In this embodiment, only a substrate using a semiconductor substrate is shown, but an insulating substrate may be used as described in the text. Further, in this embodiment, only a two-layer element such as a first-layer transistor on a semiconductor substrate and a second-layer thin film transistor thereon is shown. For example, a first-layer transistor on a semiconductor substrate, Forming a first thin film transistor according to the present invention, using the thin film transistor as a second layer transistor, using the thin film transistor or the like as a substrate, forming a heat-shrinkable material thereon, and forming a second thin film transistor thereon. It is also possible to take a three-layer structure of a third-layer transistor, and further form a first thin-film transistor on an insulating substrate and a second thin-film transistor thereon to form a two-layer structure on the insulating substrate. It is also possible to construct structural elements. The former aims to increase the integration density in semiconductor integrated circuits.
The latter can be employed, for example, in a liquid crystal display element for the purpose of reducing the semiconductor element region and increasing the light-transmitting region.

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

【図1】本発明の薄膜半導体材料の作製方法の例を示
す。
FIG. 1 shows an example of a method for manufacturing a thin film semiconductor material of the present invention.

【図2】本発明の薄膜半導体材料の作製方法の例を示
す。
FIG. 2 shows an example of a method for manufacturing a thin film semiconductor material of the present invention.

【図3】本発明の薄膜半導体材料の作製方法の例を示
す。
FIG. 3 shows an example of a method for manufacturing a thin film semiconductor material of the present invention.

【図4】本発明の薄膜半導体材料の作製方法の例と本発
明の半導体材料を利用した素子の例を示す。
FIG. 4 shows an example of a method for manufacturing a thin film semiconductor material of the present invention and an example of an element using the semiconductor material of the present invention.

【図5】本発明の薄膜半導体材料の作製方法の例を示
す。
FIG. 5 shows an example of a method for manufacturing a thin film semiconductor material of the present invention.

【図6】本発明の薄膜半導体材料の作製方法の例を示
す。
FIG. 6 shows an example of a method for manufacturing a thin film semiconductor material of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101・・・基板 102・・・熱収縮性を有する絶縁性被膜 103・・・半導体被膜 101: Substrate 102: Heat-shrinkable insulating film 103: Semiconductor film

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

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年11月15日(2000.11.
15)
[Submission date] November 15, 2000 (200.11.
15)

【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 (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に絶縁性被膜を形成し、前記絶縁
性被膜上に半導体膜を形成し、第1の加熱処理を行い、
前記第1の加熱処理を行った後、前記第1の加熱処理の
温度よりも高い温度で第2の加熱処理を行い、前記第2
の加熱処理を行った後、酸素雰囲気で第3の加熱処理を
行い、前記第3の加熱処理の後に、ゲート電極を形成す
ることを特徴とする半導体装置の作製方法。
An insulating film is formed on a substrate, a semiconductor film is formed on the insulating film, and a first heat treatment is performed.
After performing the first heat treatment, a second heat treatment is performed at a temperature higher than the temperature of the first heat treatment, and the second heat treatment is performed.
A third heat treatment is performed in an oxygen atmosphere after the heat treatment, and a gate electrode is formed after the third heat treatment.
【請求項2】 基板上に絶縁性被膜を形成し、前記絶縁
性被膜上に半導体膜を形成し、500℃〜700℃に加
熱して半導体膜を結晶化し、前記結晶化した後、前記絶
縁性被膜と前記半導体膜を700℃〜1000℃に加熱
し、前記700℃〜1000℃に加熱した後、酸素雰囲
気で加熱し、前記酸素雰囲気で加熱した後に、ゲート電
極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. An insulating film is formed on a substrate, a semiconductor film is formed on the insulating film, and the semiconductor film is heated to 500 ° C. to 700 ° C. to crystallize the semiconductor film. Heating the conductive film and the semiconductor film to 700 ° C. to 1000 ° C., heating to 700 ° C. to 1000 ° C., heating in an oxygen atmosphere, and heating in the oxygen atmosphere to form a gate electrode. Of manufacturing a semiconductor device.
【請求項3】 基板上に絶縁性被膜を形成し、前記絶縁
性被膜上に半導体膜を形成し、第1の加熱処理を行って
半導体膜を結晶化し、第1の加熱処理を行った後、前記
第1の加熱処理の温度よりも高い温度で第2の加熱処理
を行い、前記第2の加熱処理を行った後、第3の加熱処
理を行ってゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜を
形成した後に、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成
することを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. After forming an insulating film on the substrate, forming a semiconductor film on the insulating film, performing a first heat treatment to crystallize the semiconductor film, and performing a first heat treatment. Performing a second heat treatment at a temperature higher than the temperature of the first heat treatment, performing the second heat treatment, and then performing a third heat treatment to form a gate insulating film; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a gate electrode over the gate insulating film after forming the insulating film.
【請求項4】 基板上に絶縁性被膜を形成し、前記絶縁
性被膜上に半導体膜を形成し、500℃〜700℃に加
熱して半導体膜を結晶化し、前記結晶化した後、前記絶
縁性被膜と前記半導体膜を700℃〜1000℃に加熱
し、前記700℃〜1000℃に加熱した後、さらに加
熱処理を行ってゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁
膜を形成した後に、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を
形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. An insulating film is formed on a substrate, a semiconductor film is formed on the insulating film, and the semiconductor film is heated to 500 ° C. to 700 ° C. to crystallize the semiconductor film. After heating the conductive film and the semiconductor film to 700 ° C. to 1000 ° C., and then heating to 700 ° C. to 1000 ° C., a heat treatment is further performed to form a gate insulating film, and after forming the gate insulating film, A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a gate electrode over a gate insulating film.
【請求項5】 ゲート電極を形成した後に、リン・ボロ
ンガラスで層間絶縁膜を形成することを特徴とする請求
項1乃至4のいずれか一に記載の半導体装置の作製方
法。
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein after forming the gate electrode, an interlayer insulating film is formed using phosphorus-boron glass.
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