JP2002324796A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JP2002324796A JP2002324796A JP2001125942A JP2001125942A JP2002324796A JP 2002324796 A JP2002324796 A JP 2002324796A JP 2001125942 A JP2001125942 A JP 2001125942A JP 2001125942 A JP2001125942 A JP 2001125942A JP 2002324796 A JP2002324796 A JP 2002324796A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】Ｎ−Ｈ結合密度が制御された窒化シリコン層か
らなる絶縁層を、効率よく安定して製造する。 【解決手段】半導体層４と、水素を含む窒化シリコンか
らなる絶縁層３と、電極層６，７とが積層されて形成さ
れた半導体装置の製造方法において、（１）絶縁層３中
のＳｉとＮの比をラザフォード後方散乱分光分析法（Ｒ
ＢＳ）によりモニターし、及び／または、（２）絶縁層
３中のＨの量を反跳水素前方散乱分光分析法（ＨＦＳ）
によりモニターし、これらの分析結果を絶縁層３の製造
条件にフィードバックすることにより、絶縁層３中のＳ
ｉとＮの比、及び／またはＨの量を制御しながら製造す
る。
らなる絶縁層を、効率よく安定して製造する。 【解決手段】半導体層４と、水素を含む窒化シリコンか
らなる絶縁層３と、電極層６，７とが積層されて形成さ
れた半導体装置の製造方法において、（１）絶縁層３中
のＳｉとＮの比をラザフォード後方散乱分光分析法（Ｒ
ＢＳ）によりモニターし、及び／または、（２）絶縁層
３中のＨの量を反跳水素前方散乱分光分析法（ＨＦＳ）
によりモニターし、これらの分析結果を絶縁層３の製造
条件にフィードバックすることにより、絶縁層３中のＳ
ｉとＮの比、及び／またはＨの量を制御しながら製造す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素を含む窒化シ
リコン層からなる絶縁層を有する半導体装置の製造方法
に関する。
リコン層からなる絶縁層を有する半導体装置の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ゲート絶縁型電界効果トランジスタに代
表されるように、半導体層と絶縁層と電極層とが積層さ
れて形成された半導体装置が知られている。このような
半導体装置の一例として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；th
in film transistor）があり、このＴＦＴは、例えば、
複写機、ファクシミリ装置、ワードプロセッサ、ホスト
コンピュータの出力用プリンタ、表示装置、ビデオ出力
プリンタ、デジタルカメラなどの各種の情報処理装置に
用いられている。具体的には、光センサの駆動素子部、
液晶表示装置の駆動素子部、光センサなどとして用いら
れている。
表されるように、半導体層と絶縁層と電極層とが積層さ
れて形成された半導体装置が知られている。このような
半導体装置の一例として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；th
in film transistor）があり、このＴＦＴは、例えば、
複写機、ファクシミリ装置、ワードプロセッサ、ホスト
コンピュータの出力用プリンタ、表示装置、ビデオ出力
プリンタ、デジタルカメラなどの各種の情報処理装置に
用いられている。具体的には、光センサの駆動素子部、
液晶表示装置の駆動素子部、光センサなどとして用いら
れている。
【０００３】図３は、従来のＴＦＴの構造の１例を示す
断面図である。絶縁性の基板３１上に、ゲート電極３２
が形成され、その上にゲート絶縁膜３３を堆積し、さら
にチャネル形成のできる薄膜の半導体層３４として、例
えば、水素化アモルファスシリコンなどを形成する。半
導体層３４上には、ｎ+層３５を介して、いずれも金属
電極であるソース電極３６及びドレイン電極３７が設け
られている。ｎ+層３５を設けることにより、ｎ+層３５
とソース電極３６及びドレイン電極３７との間に、電子
に対してオーミック性、正孔に対してブロッキング性と
なる接合が形成され、これによって、ｎチャンネルトラ
ンジスタとして動作する。
断面図である。絶縁性の基板３１上に、ゲート電極３２
が形成され、その上にゲート絶縁膜３３を堆積し、さら
にチャネル形成のできる薄膜の半導体層３４として、例
えば、水素化アモルファスシリコンなどを形成する。半
導体層３４上には、ｎ+層３５を介して、いずれも金属
電極であるソース電極３６及びドレイン電極３７が設け
られている。ｎ+層３５を設けることにより、ｎ+層３５
とソース電極３６及びドレイン電極３７との間に、電子
に対してオーミック性、正孔に対してブロッキング性と
なる接合が形成され、これによって、ｎチャンネルトラ
ンジスタとして動作する。
【０００４】なお、図３に示すＴＦＴは、ソース電極３
６とドレイン電極３７の間に光を照射して半導体層で発
生するフォトキャリアの分布をゲート電極により制御し
て安定な光電流を得るような、薄膜トランジスタ型の光
センサとしても応用できる。また、これらの薄膜トラン
ジスタおよび薄膜トランジスタ型センサなどの薄膜半導
体装置をソース電極・ドレイン電極やゲート電極を介し
て複数個接続することにより、新たな機能を有する薄膜
半導体装置を構成することもできる。
６とドレイン電極３７の間に光を照射して半導体層で発
生するフォトキャリアの分布をゲート電極により制御し
て安定な光電流を得るような、薄膜トランジスタ型の光
センサとしても応用できる。また、これらの薄膜トラン
ジスタおよび薄膜トランジスタ型センサなどの薄膜半導
体装置をソース電極・ドレイン電極やゲート電極を介し
て複数個接続することにより、新たな機能を有する薄膜
半導体装置を構成することもできる。
【０００５】このような半導体装置の一つに、プラズマ
ＣＶＤ（化学気相成長）法により形成された窒化シリコ
ン膜を絶縁層として用いたいわゆるＭＩＳ型の半導体装
置がある。例えば本出願人は、絶縁層におけるＮ（窒
素）−Ｈ（水素）結合密度を最適化した半導体装置（特
許第２９４１９２２号明細書）などを提案している。特
許第２９４１９２２号に係る発明は、水素を含む窒化シ
リコンによって絶縁層を構成するとともに、この絶縁層
におけるＮ−Ｈ結合密度を３×１０22ｃｍ-3以下とする
ことを特徴とするものである。さらに、Ｓｉ（シリコ
ン）−Ｈ結合密度に対するＮ−Ｈ結合密度の比を１以上
とすることも提案している。
ＣＶＤ（化学気相成長）法により形成された窒化シリコ
ン膜を絶縁層として用いたいわゆるＭＩＳ型の半導体装
置がある。例えば本出願人は、絶縁層におけるＮ（窒
素）−Ｈ（水素）結合密度を最適化した半導体装置（特
許第２９４１９２２号明細書）などを提案している。特
許第２９４１９２２号に係る発明は、水素を含む窒化シ
リコンによって絶縁層を構成するとともに、この絶縁層
におけるＮ−Ｈ結合密度を３×１０22ｃｍ-3以下とする
ことを特徴とするものである。さらに、Ｓｉ（シリコ
ン）−Ｈ結合密度に対するＮ−Ｈ結合密度の比を１以上
とすることも提案している。
【０００６】窒化シリコンなどにおける上述のＮ−Ｈ結
合密度を求める方法としては、フーリエ変換赤外分光法
（以下、ＦＴ−ＩＲと略す）を用いるのが一般的である
(W.A. Lanford and M. J. Rand, J. Appl. Phys., Vol.
49, 2473 (1978)）。この方法は、測定から得られた透
過または反射赤外スペクトルとシミュレーションとか
ら、窒化シリコン膜の誘電関数、さらには吸収係数スペ
クトルを得て、Ｎ−Ｈ結合密度やＳｉ−Ｈ結合密度など
を求めるというものである。
合密度を求める方法としては、フーリエ変換赤外分光法
（以下、ＦＴ−ＩＲと略す）を用いるのが一般的である
(W.A. Lanford and M. J. Rand, J. Appl. Phys., Vol.
49, 2473 (1978)）。この方法は、測定から得られた透
過または反射赤外スペクトルとシミュレーションとか
ら、窒化シリコン膜の誘電関数、さらには吸収係数スペ
クトルを得て、Ｎ−Ｈ結合密度やＳｉ−Ｈ結合密度など
を求めるというものである。
【０００７】一方、膜中の水素の量または密度を求める
方法としては、反跳水素前方散乱分光分析法（以下、Ｈ
ＦＳと略す。ＥＲＤＡと略す場合もある）、二次イオン
質量分析法（以下、ＳＩＭＳと略す）、核反応分析法
（以下、ＮＲＡと略す）などが知られている（例えば、
日本真空協会２月研究例会予稿集「表面における水素分
析」、１９９９年２月５日）。
方法としては、反跳水素前方散乱分光分析法（以下、Ｈ
ＦＳと略す。ＥＲＤＡと略す場合もある）、二次イオン
質量分析法（以下、ＳＩＭＳと略す）、核反応分析法
（以下、ＮＲＡと略す）などが知られている（例えば、
日本真空協会２月研究例会予稿集「表面における水素分
析」、１９９９年２月５日）。
【０００８】ＨＦＳとは、イオンビーム分析法の一種で
あって、反跳現象を利用したものである。具体的には、
真空中で、数１０ｋｅＶから数ＭｅＶに加速したＨｅ
（ヘリウム）などのイオンを分析試料の表面に所定の角
度で照射し、該表面から前方（真空中）にたたき出され
た水素を荷電粒子検出器（ＭＣＰ）などで検出するとい
うものである。ＨＦＳは分析装置として既に市販されお
り、また装置構成に関する提案もいくつか開示されてい
る（例えば、特開平８−１３６４８１号公報など）。
あって、反跳現象を利用したものである。具体的には、
真空中で、数１０ｋｅＶから数ＭｅＶに加速したＨｅ
（ヘリウム）などのイオンを分析試料の表面に所定の角
度で照射し、該表面から前方（真空中）にたたき出され
た水素を荷電粒子検出器（ＭＣＰ）などで検出するとい
うものである。ＨＦＳは分析装置として既に市販されお
り、また装置構成に関する提案もいくつか開示されてい
る（例えば、特開平８−１３６４８１号公報など）。
【０００９】ＨＦＳで水素の密度を求めるためには表面
組成のデータが必要となるが、これには同一のイオン照
射系が利用できるラザフォード後方散乱分光分析法（Ｒ
ＢＳ）が便利であり、この装置も既に市販されている。
ＨＦＳと同様、ＲＢＳ装置の改良に関する提案もいくつ
か開示されている（例えば、特開平５−２０５６９４号
公報、特許第３００４１５９号明細書など）。
組成のデータが必要となるが、これには同一のイオン照
射系が利用できるラザフォード後方散乱分光分析法（Ｒ
ＢＳ）が便利であり、この装置も既に市販されている。
ＨＦＳと同様、ＲＢＳ装置の改良に関する提案もいくつ
か開示されている（例えば、特開平５−２０５６９４号
公報、特許第３００４１５９号明細書など）。
【００１０】ＳＩＭＳは、試料表面に一次イオンを照射
し、スパッタされた二次イオンを質量分析する手法で、
ｐｐｍからｐｐｂレベルの濃度の不純物を高感度で検出
できるなどの特徴を有する。ここで用いる質量分析計
（ＭＳ）には、四重極型、セクター型（二重収束型）、
飛行時間（ＴＯＦ）型などがある。このうちセクター型
の質量分析計を用いるＳＩＭＳでは、通常、分析試料に
高電圧を印加する必要があることから、窒化シリコン膜
などの絶縁膜に対してはチャージアップにより測定が難
しくなるが、本出願人は、既に、このチャージアップを
軽減する方法を提案している（特許第２８７７５９０号
明細書、H. Hashimoto et al., SIMS IX,856 (JOHN WIL
EY & SONS, 1994)）。なおＳＩＭＳは、破壊分析の範疇
に入る。
し、スパッタされた二次イオンを質量分析する手法で、
ｐｐｍからｐｐｂレベルの濃度の不純物を高感度で検出
できるなどの特徴を有する。ここで用いる質量分析計
（ＭＳ）には、四重極型、セクター型（二重収束型）、
飛行時間（ＴＯＦ）型などがある。このうちセクター型
の質量分析計を用いるＳＩＭＳでは、通常、分析試料に
高電圧を印加する必要があることから、窒化シリコン膜
などの絶縁膜に対してはチャージアップにより測定が難
しくなるが、本出願人は、既に、このチャージアップを
軽減する方法を提案している（特許第２８７７５９０号
明細書、H. Hashimoto et al., SIMS IX,856 (JOHN WIL
EY & SONS, 1994)）。なおＳＩＭＳは、破壊分析の範疇
に入る。
【００１１】ＮＲＡは、1Ｈ(15Ｎ，αγ)12Ｃなどの核
反応を利用するものであって、ここで述べた例では、真
空中で15Ｎビームを試料表面に照射し、放出されるγ線
をエネルギー分析する。標準試料なしで水素の絶対定量
ができるという特徴を持つ一方で、装置が極めて大掛か
りになるという欠点を持つ。
反応を利用するものであって、ここで述べた例では、真
空中で15Ｎビームを試料表面に照射し、放出されるγ線
をエネルギー分析する。標準試料なしで水素の絶対定量
ができるという特徴を持つ一方で、装置が極めて大掛か
りになるという欠点を持つ。
【００１２】上述したＦＴ−ＩＲ，ＨＦＳ，ＳＩＭＳ，
ＮＲＡなどの分析では、被分析試料をいったん大気に開
放し、専用の分析装置を使って測定するのが一般的であ
る。また、実際の半導体装置には保護層が設けられてい
ることが多く、絶縁層中の水素をＨＦＳ，ＳＩＭＳ，Ｎ
ＲＡなどで分析・定量するには、この保護層を化学的ま
たは物理的手法により除去することが通常必要となる。
ＮＲＡなどの分析では、被分析試料をいったん大気に開
放し、専用の分析装置を使って測定するのが一般的であ
る。また、実際の半導体装置には保護層が設けられてい
ることが多く、絶縁層中の水素をＨＦＳ，ＳＩＭＳ，Ｎ
ＲＡなどで分析・定量するには、この保護層を化学的ま
たは物理的手法により除去することが通常必要となる。
【００１３】さらに、ＦＴ−ＩＲでは、赤外光を集光す
ることが難しいことから、実際の半導体装置中の絶縁層
だけを分析するのは一般的には難しい。また、透過法で
測定するには、赤外光を吸収しない（透過する）シリコ
ン基板などの上に絶縁層だけを形成したモデル試料が必
要となる。反射法で測定する場合には、下地（金属）の
影響が加わるため、分析誤差が大きくなる。
ることが難しいことから、実際の半導体装置中の絶縁層
だけを分析するのは一般的には難しい。また、透過法で
測定するには、赤外光を吸収しない（透過する）シリコ
ン基板などの上に絶縁層だけを形成したモデル試料が必
要となる。反射法で測定する場合には、下地（金属）の
影響が加わるため、分析誤差が大きくなる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した半導体装置における絶縁層を、特にＮ−Ｈ結合密度
が制御された窒化シリコン層からなる絶縁層を、効率よ
く安定して製造する方法を提供することにある。
した半導体装置における絶縁層を、特にＮ−Ｈ結合密度
が制御された窒化シリコン層からなる絶縁層を、効率よ
く安定して製造する方法を提供することにある。
【００１５】本発明の別の目的は、従来、モデル試料の
分析などで絶縁層の製造条件を最適化したり、得られた
半導体装置中の絶縁層の分析でバラツキを調べたりした
方法を効率化し、これを短時間で行う方法を提供するこ
とにある。
分析などで絶縁層の製造条件を最適化したり、得られた
半導体装置中の絶縁層の分析でバラツキを調べたりした
方法を効率化し、これを短時間で行う方法を提供するこ
とにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明者らの知見によれ
ば、水素を含む窒化シリコン膜におけるＮ（窒素）−Ｈ
（水素）結合密度は、特にプラズマＣＶＤ法によって成
膜する場合には、その窒化シリコン膜におけるＳｉ（シ
リコン）とＮの比に対して相関を示し、また、その窒化
シリコン膜におけるＨの量に対しても相関を示す。その
ため、水素を含む窒化シリコンからなる絶縁層におけ
る、ＳｉとＮの比、及び／またはＨの量を測定し、その
測定結果に応じて製造条件を微調整することによって、
絶縁層中のＮ−Ｈ結合密度を最適値に制御できることに
なる。
ば、水素を含む窒化シリコン膜におけるＮ（窒素）−Ｈ
（水素）結合密度は、特にプラズマＣＶＤ法によって成
膜する場合には、その窒化シリコン膜におけるＳｉ（シ
リコン）とＮの比に対して相関を示し、また、その窒化
シリコン膜におけるＨの量に対しても相関を示す。その
ため、水素を含む窒化シリコンからなる絶縁層におけ
る、ＳｉとＮの比、及び／またはＨの量を測定し、その
測定結果に応じて製造条件を微調整することによって、
絶縁層中のＮ−Ｈ結合密度を最適値に制御できることに
なる。
【００１７】上記をより具体的に説明すると次のように
なる。
なる。
【００１８】特許第２９４１９２２号の第２図には、ア
ンモニア（ＮＨ3）ガスの流量（ＱNH3）とシラン（Ｓｉ
Ｈ4）ガスの流量（ＱSiH4）の比（ＱNH3／ＱSiH4）を大
きくした場合、Ｎ−Ｈ結合密度が大きくなることが示さ
れているが、該ガス流量比（ＱNH3／ＱSiH4）を大きく
した場合にはさらにNとＳｉの（原子数）比（N／Ｓｉ）
も上昇する。したがって、絶縁層における、NとＳｉの
（原子数）比（N／Ｓｉ）をモニターし制御すること
で、間接的ではあるがＮ−Ｈ結合密度を制御できること
になる。
ンモニア（ＮＨ3）ガスの流量（ＱNH3）とシラン（Ｓｉ
Ｈ4）ガスの流量（ＱSiH4）の比（ＱNH3／ＱSiH4）を大
きくした場合、Ｎ−Ｈ結合密度が大きくなることが示さ
れているが、該ガス流量比（ＱNH3／ＱSiH4）を大きく
した場合にはさらにNとＳｉの（原子数）比（N／Ｓｉ）
も上昇する。したがって、絶縁層における、NとＳｉの
（原子数）比（N／Ｓｉ）をモニターし制御すること
で、間接的ではあるがＮ−Ｈ結合密度を制御できること
になる。
【００１９】また、特許第２９４１９２２号の第３図に
は、該ガス流量比（ＱNH3／ＱSiH4）を大きくした場
合、Ｓｉ−Ｈ結合密度（Ｃ（Ｓｉ−Ｈ））に対するＮ−
Ｈ結合密度（Ｃ（N−Ｈ））の比（Ｃ（Ｎ−Ｈ）／Ｃ
（Ｓｉ−Ｈ））が大きくなることが示されている。ここ
で、窒化シリコンからなる絶縁層中のほとんどの水素の
存在状態は上記のＳｉ−Ｈ若しくはＮ−Ｈと考えられる
（即ち、水素分子や水素イオンの状態の水素は無視し得
る）ことから、該絶縁層中の全水素量をモニターし制御
することで、間接的ではあるがＮ−Ｈ結合密度、さらに
は結合密度の比（Ｃ（Ｎ−Ｈ）／Ｃ（Ｓｉ−Ｈ））を制
御できることになる。
は、該ガス流量比（ＱNH3／ＱSiH4）を大きくした場
合、Ｓｉ−Ｈ結合密度（Ｃ（Ｓｉ−Ｈ））に対するＮ−
Ｈ結合密度（Ｃ（N−Ｈ））の比（Ｃ（Ｎ−Ｈ）／Ｃ
（Ｓｉ−Ｈ））が大きくなることが示されている。ここ
で、窒化シリコンからなる絶縁層中のほとんどの水素の
存在状態は上記のＳｉ−Ｈ若しくはＮ−Ｈと考えられる
（即ち、水素分子や水素イオンの状態の水素は無視し得
る）ことから、該絶縁層中の全水素量をモニターし制御
することで、間接的ではあるがＮ−Ｈ結合密度、さらに
は結合密度の比（Ｃ（Ｎ−Ｈ）／Ｃ（Ｓｉ−Ｈ））を制
御できることになる。
【００２０】すなわち、本発明の半導体装置の製造方法
は、半導体層と、水素を含む窒化シリコンからなる絶縁
層と、電極層とが積層されて形成された半導体装置の製
造方法において、（１）絶縁層中のＳｉとＮの比をラザ
フォード後方散乱分光分析法（ＲＢＳ）によりモニター
し、及び／または、（２）絶縁層中のＨの量を反跳水素
前方散乱分光分析法（ＨＦＳ）によりモニターし、これ
らの分析結果を絶縁層の製造条件にフィードバックする
ことにより、絶縁層中のＳｉとＮの比、及び／またはＨ
の量を制御しながら製造することを特徴とする。
は、半導体層と、水素を含む窒化シリコンからなる絶縁
層と、電極層とが積層されて形成された半導体装置の製
造方法において、（１）絶縁層中のＳｉとＮの比をラザ
フォード後方散乱分光分析法（ＲＢＳ）によりモニター
し、及び／または、（２）絶縁層中のＨの量を反跳水素
前方散乱分光分析法（ＨＦＳ）によりモニターし、これ
らの分析結果を絶縁層の製造条件にフィードバックする
ことにより、絶縁層中のＳｉとＮの比、及び／またはＨ
の量を制御しながら製造することを特徴とする。
【００２１】本発明の半導体装置の製造方法において
は、ＲＢＳシステムまたは／及びＨＦＳシステムは、前
記絶縁層を形成する成膜室に直接接続されるか、また
は、ゲートバルブで仕切られた別のチャンバーに接続さ
れる。
は、ＲＢＳシステムまたは／及びＨＦＳシステムは、前
記絶縁層を形成する成膜室に直接接続されるか、また
は、ゲートバルブで仕切られた別のチャンバーに接続さ
れる。
【００２２】本発明の半導体装置の製造方法は、水素を
含む窒化シリコン膜を絶縁層として備える半導体装置一
般に適用できるものであるが、特に、プラズマＣＶＤ法
により形成された窒化シリコン膜を用いたいわゆるＭＩ
Ｓ型の半導体装置に好ましく適用できる。具体的には、
本出願人が見いだした、絶縁層におけるＮ−Ｈ結合密度
を最適化した上述の半導体装置（特許第２９４１９２２
号明細書）の製造に好適なものである。
含む窒化シリコン膜を絶縁層として備える半導体装置一
般に適用できるものであるが、特に、プラズマＣＶＤ法
により形成された窒化シリコン膜を用いたいわゆるＭＩ
Ｓ型の半導体装置に好ましく適用できる。具体的には、
本出願人が見いだした、絶縁層におけるＮ−Ｈ結合密度
を最適化した上述の半導体装置（特許第２９４１９２２
号明細書）の製造に好適なものである。
【００２３】さらに具体的な半導体装置を示せば、ＭＩ
Ｓ（金属／絶縁膜／半導体）型コンデンサ、ＭＩＳ型ト
ランジスタなどがあり、光センサ、光センサ駆動用のス
イッチング素子、液晶表示素子駆動用のスイッチング素
子などに好適に用いられる。
Ｓ（金属／絶縁膜／半導体）型コンデンサ、ＭＩＳ型ト
ランジスタなどがあり、光センサ、光センサ駆動用のス
イッチング素子、液晶表示素子駆動用のスイッチング素
子などに好適に用いられる。
【００２４】ＭＩＳ型トランジスタとしては、下ゲート
スタガード型、上ゲートスタガード型、下ゲートコプラ
ナー型、上ゲートコプラナー型いずれも適用可能であ
る。もちろん光センサとして用いるときも、ここで述べ
たすべてのタイプに適用できる。
スタガード型、上ゲートスタガード型、下ゲートコプラ
ナー型、上ゲートコプラナー型いずれも適用可能であ
る。もちろん光センサとして用いるときも、ここで述べ
たすべてのタイプに適用できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい実施の形
態について、図面を参照にして説明する。
態について、図面を参照にして説明する。
【００２６】図１は、本発明の実施の一形態の製造方法
により得られた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を示す模式
的断面図である。
により得られた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を示す模式
的断面図である。
【００２７】このＴＦＴにおいて、ガラス基板１上に
は、電極層としてゲート電極２が設けられ、その上には
絶縁層３としての窒化シリコン膜が設けられている。さ
らにその上には、薄膜の半導体層４として多結晶シリコ
ンや非晶質シリコン等の非単結晶シリコン層が設けられ
ている。さらにその上には、オーミックコンタクト層５
としてのｎ+型の非単結晶シリコン層を介して、ソース
電極６及びドレイン電極７が設けられ、全体が保護膜１
０で覆われている。
は、電極層としてゲート電極２が設けられ、その上には
絶縁層３としての窒化シリコン膜が設けられている。さ
らにその上には、薄膜の半導体層４として多結晶シリコ
ンや非晶質シリコン等の非単結晶シリコン層が設けられ
ている。さらにその上には、オーミックコンタクト層５
としてのｎ+型の非単結晶シリコン層を介して、ソース
電極６及びドレイン電極７が設けられ、全体が保護膜１
０で覆われている。
【００２８】以下に、上述した半導体装置の製造方法に
ついてその概略を説明する。
ついてその概略を説明する。
【００２９】スパッタリング用の反応室に、成膜すべき
ガラス基板１をいれ、ターゲットとしてＣｒを用いて該
ガラス基板の上にスパッタリング法によりＣｒ膜を形成
する。引き続き、ターゲットとしてＡｌを用いて、Ｃｒ
膜上にＡｌ膜を形成し、これらをパターニングする。こ
れにより、ゲート電極２が形成される。
ガラス基板１をいれ、ターゲットとしてＣｒを用いて該
ガラス基板の上にスパッタリング法によりＣｒ膜を形成
する。引き続き、ターゲットとしてＡｌを用いて、Ｃｒ
膜上にＡｌ膜を形成し、これらをパターニングする。こ
れにより、ゲート電極２が形成される。
【００３０】次に、このようにしてＣｒ／Ａｌ積層ゲー
ト電極が形成されたガラス基板１をプラズマＣＶＤ連続
成膜装置内に配置する。この装置は、ゲートバルブを介
して連続的に接続された３つの成膜室を主とするもので
あって、第１の成膜室にはＲＢＳシステム及び／または
ＨＦＳシステムが設けられている。なお、このＲＢＳシ
ステム及び／またはＨＦＳシステムは、上記のプラズマ
ＣＶＤ連続成膜装置とゲートバルブで仕切られた別のチ
ャンバーに接続されてもよい。
ト電極が形成されたガラス基板１をプラズマＣＶＤ連続
成膜装置内に配置する。この装置は、ゲートバルブを介
して連続的に接続された３つの成膜室を主とするもので
あって、第１の成膜室にはＲＢＳシステム及び／または
ＨＦＳシステムが設けられている。なお、このＲＢＳシ
ステム及び／またはＨＦＳシステムは、上記のプラズマ
ＣＶＤ連続成膜装置とゲートバルブで仕切られた別のチ
ャンバーに接続されてもよい。
【００３１】まず、第１の成膜室内にガラス基板を配置
する。そしてシラン（ＳｉＨ4）ガス、水素（Ｈ2）ガス
及びアンモニア（ＮＨ3）ガスを導入し、水素を含む窒
化シリコン膜（ＳｉＮx：Ｈ）を絶縁層３として形成す
る。このときのプラズマＣＶＤ成膜におけるＲＦ放電パ
ワー密度として、０．０１ないし０．２Ｗ／ｃｍ2、基
板温度は２００℃ないし３５０℃とすることが好ましい
ことは、特許第２９４１９２２号明細書に記載されてい
る。
する。そしてシラン（ＳｉＨ4）ガス、水素（Ｈ2）ガス
及びアンモニア（ＮＨ3）ガスを導入し、水素を含む窒
化シリコン膜（ＳｉＮx：Ｈ）を絶縁層３として形成す
る。このときのプラズマＣＶＤ成膜におけるＲＦ放電パ
ワー密度として、０．０１ないし０．２Ｗ／ｃｍ2、基
板温度は２００℃ないし３５０℃とすることが好ましい
ことは、特許第２９４１９２２号明細書に記載されてい
る。
【００３２】一定時間成膜した後、前記のＲＢＳシステ
ム及び／またＨＦＳシステムにより、成膜された絶縁層
３中のＳｉとＮの比、及び／または、Ｈの量を分析し、
この結果を基に、製造条件を微修正する。あるいは、絶
縁層３の成膜後に分析を行って所望の組成になっている
ことを確認することのみにＲＢＳシステム及び／または
ＨＦＳシステムを利用してもよい。なお、ＲＢＳ分析と
ＨＦＳ分析は、いずれも、厳密には非破壊分析ではない
ので、これらの分析は、ＴＦＴ動作に影響を与えない周
辺部に対して行うことが好ましい。また、ＲＢＳシステ
ム及び／またはＨＦＳシステムとしては、市販されてい
るものを利用でき、適宜改造して上述のプラズマＣＶＤ
連続成膜装置に接続できる。ここでは、ＲＢＳおよびＨ
ＦＳの両方の手法を用いて分析を行なうことが好ましい
が、どちらか一方であってもよい。
ム及び／またＨＦＳシステムにより、成膜された絶縁層
３中のＳｉとＮの比、及び／または、Ｈの量を分析し、
この結果を基に、製造条件を微修正する。あるいは、絶
縁層３の成膜後に分析を行って所望の組成になっている
ことを確認することのみにＲＢＳシステム及び／または
ＨＦＳシステムを利用してもよい。なお、ＲＢＳ分析と
ＨＦＳ分析は、いずれも、厳密には非破壊分析ではない
ので、これらの分析は、ＴＦＴ動作に影響を与えない周
辺部に対して行うことが好ましい。また、ＲＢＳシステ
ム及び／またはＨＦＳシステムとしては、市販されてい
るものを利用でき、適宜改造して上述のプラズマＣＶＤ
連続成膜装置に接続できる。ここでは、ＲＢＳおよびＨ
ＦＳの両方の手法を用いて分析を行なうことが好ましい
が、どちらか一方であってもよい。
【００３３】次に、第１の成膜室と第２の成膜室の間の
ゲートバルブを開き、第１の成膜室より第２の成膜室内
に、窒化シリコン膜の形成されたガラス基板１を移動す
る。第２の成膜室では、シラン（ＳｉＨ4）ガス及び水
素（Ｈ2）ガスを導入し、ノンドープの非晶質シリコン
膜を形成する。
ゲートバルブを開き、第１の成膜室より第２の成膜室内
に、窒化シリコン膜の形成されたガラス基板１を移動す
る。第２の成膜室では、シラン（ＳｉＨ4）ガス及び水
素（Ｈ2）ガスを導入し、ノンドープの非晶質シリコン
膜を形成する。
【００３４】同様に、第２の成膜室と第３の成膜室の間
のゲートバルブを開き、第２の成膜室より第３の成膜室
内に、非晶質シリコン膜の形成されたガラス基板１を移
動する。第３の成膜室では、シラン（ＳｉＨ4）ガス及
び水素（Ｈ2）ガスに加えてフォスフィン（ＰＨ3）ガス
を導入し、リンが高濃度にドープされたｎ+型水素化非
晶質シリコン膜を堆積させる。
のゲートバルブを開き、第２の成膜室より第３の成膜室
内に、非晶質シリコン膜の形成されたガラス基板１を移
動する。第３の成膜室では、シラン（ＳｉＨ4）ガス及
び水素（Ｈ2）ガスに加えてフォスフィン（ＰＨ3）ガス
を導入し、リンが高濃度にドープされたｎ+型水素化非
晶質シリコン膜を堆積させる。
【００３５】このようにして順次各層が成膜された基板
１を次にスパッタリング装置内に配して、スパッタリン
グ法によりＡｌ膜を堆積させる。次に、ウエットエッチ
ング法等により上部のＡｌ膜をパターニングして、一対
の電極（ソース電極６及びドレイン電極７）を形成す
る。そして電極６，７間のｎ+型非晶質シリコン膜を反
応性スパッタリング法等により除去する。さらに、ドラ
イエッチング法によりトランジスタとして不要な部分を
除去することで、図１のようなＴＦＴを得ることができ
る。
１を次にスパッタリング装置内に配して、スパッタリン
グ法によりＡｌ膜を堆積させる。次に、ウエットエッチ
ング法等により上部のＡｌ膜をパターニングして、一対
の電極（ソース電極６及びドレイン電極７）を形成す
る。そして電極６，７間のｎ+型非晶質シリコン膜を反
応性スパッタリング法等により除去する。さらに、ドラ
イエッチング法によりトランジスタとして不要な部分を
除去することで、図１のようなＴＦＴを得ることができ
る。
【００３６】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づきさらに詳しく
説明する。
説明する。
【００３７】（実施例１）図２に、ここでの薄膜半導体
装置の製造工程の概略を示す。以下、図２を用いて、薄
膜半導体装置（ＴＦＴ）を１００ロット作製した例を説
明する。
装置の製造工程の概略を示す。以下、図２を用いて、薄
膜半導体装置（ＴＦＴ）を１００ロット作製した例を説
明する。
【００３８】図２（ａ）において、ガラス基板１上に
は、ゲート電極２となるＣｒ／Ａｌ積層膜が形成されて
いる。ゲート電極２を構成するＣｒ膜及びＡｌ膜は、ス
パッタ法などによりガラス基板１の全面に堆積し、その
後、感光性レジストを用いたフォトリソグラフィ工程に
より、パターニング形成した。
は、ゲート電極２となるＣｒ／Ａｌ積層膜が形成されて
いる。ゲート電極２を構成するＣｒ膜及びＡｌ膜は、ス
パッタ法などによりガラス基板１の全面に堆積し、その
後、感光性レジストを用いたフォトリソグラフィ工程に
より、パターニング形成した。
【００３９】このようにして形成されたＣｒ／Ａｌ積層
ゲート電極２を有するガラス基板１をプラズマＣＶＤ連
続成膜装置内に配置した。この装置は、ゲートバルブを
介して連続的に接続された３つの成膜室を主とするもの
で、第１の成膜室にはＲＢＳシステム及びＨＦＳシステ
ムがゲートバルブを介し接続されている。
ゲート電極２を有するガラス基板１をプラズマＣＶＤ連
続成膜装置内に配置した。この装置は、ゲートバルブを
介して連続的に接続された３つの成膜室を主とするもの
で、第１の成膜室にはＲＢＳシステム及びＨＦＳシステ
ムがゲートバルブを介し接続されている。
【００４０】まず第１の成膜室内に、Ｃｒ／Ａｌ積層ゲ
ート電極２が形成されたガラス基板１を配置した。そし
てシラン（ＳｉＨ4）ガス、水素（Ｈ2）ガス及びアンモ
ニア（ＮＨ3）ガスを第１の成膜室内に導入し、絶縁層
３としての窒化シリコン膜（ＳｉＮx：Ｈ）を厚さ３０
０ｎｍ形成した。このときの成膜条件は、特許第２９４
１９２２号明細書に記載されている条件（具体的には、
ＲＦ放電パワー密度：０．１Ｗ／ｃｍ2，基板温度：２
７０℃、ガス圧：０．５Ｔｏｒｒ、ガス流量比（ＱNH3
／ＱSiH4）：２０）とした。
ート電極２が形成されたガラス基板１を配置した。そし
てシラン（ＳｉＨ4）ガス、水素（Ｈ2）ガス及びアンモ
ニア（ＮＨ3）ガスを第１の成膜室内に導入し、絶縁層
３としての窒化シリコン膜（ＳｉＮx：Ｈ）を厚さ３０
０ｎｍ形成した。このときの成膜条件は、特許第２９４
１９２２号明細書に記載されている条件（具体的には、
ＲＦ放電パワー密度：０．１Ｗ／ｃｍ2，基板温度：２
７０℃、ガス圧：０．５Ｔｏｒｒ、ガス流量比（ＱNH3
／ＱSiH4）：２０）とした。
【００４１】１０ロット成膜した後、ＲＢＳシステム及
びＨＦＳシステムにより、絶縁層３である窒化シリコン
膜中のＳｉとＮの比、およびＨの量を分析し、この結果
を基に製造条件を微修正した。微修正の対象となる製造
条件は、上記ガス流量比（ＱNH3／ＱSiH4）（具体的に
は初期値２０を１９へ変更した。）である。なお、ＲＢ
Ｓ分析およびＨＦＳ分析は、ＴＦＴ動作に影響を与えな
い周辺部に対して行った。
びＨＦＳシステムにより、絶縁層３である窒化シリコン
膜中のＳｉとＮの比、およびＨの量を分析し、この結果
を基に製造条件を微修正した。微修正の対象となる製造
条件は、上記ガス流量比（ＱNH3／ＱSiH4）（具体的に
は初期値２０を１９へ変更した。）である。なお、ＲＢ
Ｓ分析およびＨＦＳ分析は、ＴＦＴ動作に影響を与えな
い周辺部に対して行った。
【００４２】次に、第１の成膜室と第２の成膜室の間の
ゲートバルブを開き、第１の成膜室より第２の成膜室内
に、窒化シリコン膜（絶縁層３）の形成されたガラス基
板１を移動した。第２の成膜室では、シラン（Ｓｉ
Ｈ4）ガス及び水素（Ｈ2）ガスを導入し、ノンドープの
非晶質シリコン膜（半導体層４）を厚さ５００ｎｍ形成
した。
ゲートバルブを開き、第１の成膜室より第２の成膜室内
に、窒化シリコン膜（絶縁層３）の形成されたガラス基
板１を移動した。第２の成膜室では、シラン（Ｓｉ
Ｈ4）ガス及び水素（Ｈ2）ガスを導入し、ノンドープの
非晶質シリコン膜（半導体層４）を厚さ５００ｎｍ形成
した。
【００４３】同様に、第２の成膜室と第３の成膜室の間
のゲートバルブを開き、第２の成膜室より第３の成膜室
内に、非晶質シリコン膜４の形成された基板を移動し
た。第３の成膜室では、シラン（ＳｉＨ4）ガス及び水
素（Ｈ2）ガスに加えてフォスフィン（ＰＨ3）ガスを導
入し、リンが高濃度にドープされたｎ+型水素化非晶質
シリコン層（ｎ+層５）を厚さ１００ｎｍ堆積させた。
のゲートバルブを開き、第２の成膜室より第３の成膜室
内に、非晶質シリコン膜４の形成された基板を移動し
た。第３の成膜室では、シラン（ＳｉＨ4）ガス及び水
素（Ｈ2）ガスに加えてフォスフィン（ＰＨ3）ガスを導
入し、リンが高濃度にドープされたｎ+型水素化非晶質
シリコン層（ｎ+層５）を厚さ１００ｎｍ堆積させた。
【００４４】続いて、上部電極となるアルミニウムをス
パッタ法等で全面に厚さ１０００ｎｍで堆積し、その
後、感光性レジスト８を用いたフォトリソグラフィ工程
によりパターニングし、ソース電極６及びドレイン電極
７を形成した（図２（ｂ））。このとき、電極６，７の
上には感光性レジスト８が残っている。
パッタ法等で全面に厚さ１０００ｎｍで堆積し、その
後、感光性レジスト８を用いたフォトリソグラフィ工程
によりパターニングし、ソース電極６及びドレイン電極
７を形成した（図２（ｂ））。このとき、電極６，７の
上には感光性レジスト８が残っている。
【００４５】次に、この感光性樹脂８をマスクにして、
ｎ+層５を所定の深さにＲＩＥ（反応性イオンエッチン
グ）等の方法によりエッチングした後、感光性レジスト
８を剥離した（図２（ｃ））。
ｎ+層５を所定の深さにＲＩＥ（反応性イオンエッチン
グ）等の方法によりエッチングした後、感光性レジスト
８を剥離した（図２（ｃ））。
【００４６】最後に、フォトリソグラフィ工程により、
ＲＩＥなどのエッチングでＴＦＴを素子間分離し、窒化
シリコン膜からなる保護膜１０を５００ｎｍ全面に堆積
して、図１に示すＴＦＴを作製した。
ＲＩＥなどのエッチングでＴＦＴを素子間分離し、窒化
シリコン膜からなる保護膜１０を５００ｎｍ全面に堆積
して、図１に示すＴＦＴを作製した。
【００４７】上述したように、１０ロット毎に窒化シリ
コン膜中のＳｉとＮの比、およびＨの量を分析し、この
結果を基に製造条件を微修正することで、組成の揃った
窒化シリコン膜を有するＴＦＴを製造することができ
た。
コン膜中のＳｉとＮの比、およびＨの量を分析し、この
結果を基に製造条件を微修正することで、組成の揃った
窒化シリコン膜を有するＴＦＴを製造することができ
た。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、窒化シリ
コンからなる絶縁層の組成を、ラザフォード後方散乱分
光分析法（ＲＢＳ）及び／または反跳水素前方散乱分光
分析法（ＨＦＳ）を用いてその絶縁層の製造工程中で調
べ、製造条件を微修正することで、組成の揃った窒化シ
リコン膜を有する半導体装置を製造することができる、
という効果がある。窒化シリコンからなる絶縁層の組成
は、電圧印加によるこの絶縁層中への電荷注入量、新た
な界面準位の生成のしやすさ、しきい値電圧の変動など
に大きな影響を与えるが、本発明の製造方法を用いれ
ば、絶縁層中のＳｉとＮの比やＨの量を最適値に維持す
ることが可能となり、所望の特性を有する絶縁層を効率
よく安定して製造することが可能となる。
コンからなる絶縁層の組成を、ラザフォード後方散乱分
光分析法（ＲＢＳ）及び／または反跳水素前方散乱分光
分析法（ＨＦＳ）を用いてその絶縁層の製造工程中で調
べ、製造条件を微修正することで、組成の揃った窒化シ
リコン膜を有する半導体装置を製造することができる、
という効果がある。窒化シリコンからなる絶縁層の組成
は、電圧印加によるこの絶縁層中への電荷注入量、新た
な界面準位の生成のしやすさ、しきい値電圧の変動など
に大きな影響を与えるが、本発明の製造方法を用いれ
ば、絶縁層中のＳｉとＮの比やＨの量を最適値に維持す
ることが可能となり、所望の特性を有する絶縁層を効率
よく安定して製造することが可能となる。
【図１】本発明の実施の一形態の製造方法で得た薄膜ト
ランジスタを示す模式的断面図である。
ランジスタを示す模式的断面図である。
【図２】実施例１での薄膜半導体装置（薄膜トランジス
タ）の製造工程を示す概略図である。
タ）の製造工程を示す概略図である。
【図３】従来の薄膜半導体装置の模式的断面図である。
１ ガラス基板 ２，３２ ゲート電極 ３ 絶縁層 ４，３４ 半導体層 ５，３５ ｎ+層（オーミックコンタクト層） ６，３６ ソース電極（上部電極） ７，３７ ドレイン電極（上部電極） ８ 感光性レジスト １０ 保護膜 ３１ 基板 ３３ ゲート絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F058 BA20 BC08 BF07 BF23 BF30 BG10 BJ01 5F110 AA16 AA24 BB01 BB09 CC01 CC03 CC05 CC07 DD02 EE03 EE04 EE14 EE44 FF03 FF30 FF40 GG02 GG13 GG15 GG25 GG45 HK03 HK09 HK14 HK16 HK25 HK33 HK35 NN02 NN04 NN24 QQ09
Claims (12)
- 【請求項１】 半導体層と、水素を含む窒化シリコンか
らなる絶縁層と、電極層とが積層されて形成された半導
体装置の製造方法において、 前記絶縁層中のＳｉとＮの比をラザフォード後方散乱分
光分析法によりモニターし、この分析結果を前記該絶縁
層の製造条件にフィードバックすることにより、前記絶
縁層中のＳｉとＮの比を制御しながら製造することを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 半導体層と、水素を含む窒化シリコンか
らなる絶縁層と、電極層とが積層されて形成された半導
体装置の製造方法において、 前記絶縁層中のＳｉとＮの比をラザフォード後方散乱分
光分析法によりモニターし、かつ、前記絶縁層中のＨの
量を反跳水素前方散乱分光分析法によりモニターし、こ
の分析結果を該絶縁層の製造条件にフィードバックする
ことにより、前記絶縁層中のＳｉとＮの比を制御し、か
つ、前記絶縁層中のHの量を制御しながら製造すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 半導体層と、水素を含む窒化シリコンか
らなる絶縁層と、電極層とが積層されて形成された半導
体装置の製造方法において、 前記絶縁層中のＨの量を反跳水素前方散乱分光分析法に
よりモニターし、この分析結果を前記絶縁層の製造条件
にフィードバックすることにより、前記絶縁層中のＨの
量を制御しながら製造することを特徴とする半導体装置
の製造方法。 - 【請求項４】 ラザフォード後方散乱分光分析を行なう
ための測定システムが接続された成膜室内で前記絶縁層
を形成する、請求項１または２に記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項５】 反跳水素前方散乱分光分析を行なうため
の測定システムが接続された成膜室内で前記絶縁層を形
成する、請求項２または３に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項６】 ラザフォード後方散乱分光分析を行なう
ための測定システムが接続されたチャンバーからはゲー
トバルブで仕切られた成膜室内で前記絶縁層を形成す
る、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】 ラザフォード後方散乱分光分析及び反跳
水素前方散乱分光分析を行なうための測定システムが接
続されたチャンバーからはゲートバルブで仕切られた成
膜室内で前記絶縁層を形成する、請求項２に記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項８】 反跳水素前方散乱分光分析を行なうため
の測定システムが接続されたチャンバーからはゲートバ
ルブで仕切られた成膜室内で前記絶縁層を形成する、請
求項３に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項９】 前記絶縁層をプラズマＣＶＤ法で成膜す
る、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項１０】 光センサの駆動素子部に用いる半導体
装置を製造する請求項１ないし９のいずれか１項に記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１１】 液晶表示装置の駆動素子部に用いる半
導体装置を製造する請求項１ないし９のいずれか１項に
記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１２】 光センサとして用いる半導体装置を製
造する請求項１ないし９のいずれか１項に記載の半導体
装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001125942A JP2002324796A (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001125942A JP2002324796A (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002324796A true JP2002324796A (ja) | 2002-11-08 |
Family
ID=18975067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001125942A Pending JP2002324796A (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002324796A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012029709A1 (ja) * | 2010-08-31 | 2012-03-08 | 株式会社島津製作所 | 非晶質窒化珪素膜およびその製造方法 |
| CN113363343A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-09-07 | Tcl华星光电技术有限公司 | 半导体器件和感光装置 |
-
2001
- 2001-04-24 JP JP2001125942A patent/JP2002324796A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012029709A1 (ja) * | 2010-08-31 | 2012-03-08 | 株式会社島津製作所 | 非晶質窒化珪素膜およびその製造方法 |
| CN113363343A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-09-07 | Tcl华星光电技术有限公司 | 半导体器件和感光装置 |
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