JP2623276B2 - Method of manufacturing a thin film semiconductor device - Google Patents

Method of manufacturing a thin film semiconductor device

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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、薄膜半導体装置の製造方法に係り、特に、 BACKGROUND OF THE INVENTION (FIELD OF THE INVENTION) The present invention relates to a method for manufacturing a thin film semiconductor device, in particular,
アクティブマトリクス方式のディスプレイに好適な薄膜半導体装置の製造方法に関する。 The method of manufacturing an active matrix display with a preferred thin film semiconductor device.

(従来の技術) 従来の、アクティブマトリクス方式のディスプレイに用いる多結晶シリコン(略してPoly−Si)薄膜トランジスタ(略してTFT)の製造方法では、「日経エレクトロニクス」1984年9月10日号第211頁以降に記載されているように、イオン打込み法により不純物原子を半導体層中に導入し、その後、約600℃の熱活性化を行って、ソース、ドレイン領域を形成していた。 (Of Related Art) conventional, in the method for producing polycrystalline silicon for use in the display of the active matrix method (for short Poly-Si) thin film transistors (abbreviated TFT), "Nikkei Electronics" September 10 No. 211, pp 1984 as described later, by introducing impurity atoms into the semiconductor layer by an ion implantation method, then thermally activated from about 600 ° C., it had formed the source and drain regions.

上記したイオン打込み法により形成されたTFTを用いたディスプレイにおいて、ディスプレイの画質を向上させるためには、Poly−Siの膜厚を薄くしてTFTの逆方向リーク電流を低減させる必要がある。 In a display using a TFT formed by the ion implantation described above, in order to improve the image quality of the display, it is necessary to reduce the film thickness of the Poly-Si reduces the reverse leakage current of the TFT.

Poly−Siの膜厚を薄くするためには、ソース領域およびドレイン領域に浅い接合を形成しなければならない。 To reduce the film thickness of the Poly-Si must form a shallow junction source and drain regions.
しかしながら、Poly−Si膜厚が約600Å以下になると、 However, the Poly-Si film thickness of less than about 600 Å,
イオン打込み法では、不純物原子が半導体層を突き貫けてしまい、良好な接合が形成できない。 In the ion implantation method, impurity atoms will be Tsuranuke mintues semiconductor layer can not be favorable bond formation.

イオン打込み法にかわる新たな不純物導入法としては、アイ・イー・イー・イー エレクトロン デバイス レター,イー・デー・エル−6,(1985)第291頁(IEE The new impurity introduction method to replace the ion implantation method, eye E. E. E. Electron Device Letters, E. Day el -6, (1985) pp. 291 (IEE
E Electron Dev.Lett.,EDL−6,(1985)P291)に記載されているレーザドープ法、あるいは、特開昭61−14762 E Electron Dev.Lett., EDL-6, (1985) Rezadopu method described in P291), or JP 61-14762
号公報に記載されているプラズマドープ法が検討されるようになってきた。 Plasma doping method described in JP have come to be considered.

(発明が解決しようとする課題) レーザドープ法は、ドープしようとする不純物を含んだガス中に半導体基板を置き、上からレーザ光を照射して半導体層を溶かし、半導体表面に吸着していた不純物原子を半導体中にドープするものである。 (Trying invention solves that problem) Rezadopu method is to place the semiconductor substrate inclusive gas impurities to be doped, dissolved semiconductor layer is irradiated with a laser beam from above, it was adsorbed on the semiconductor surface impurity it is intended to dope the atoms in the semiconductor.

このレーザドープ法においては、浅い接合はできるが、必ずしも十分な不純物原子が半導体基板表面に導入されず、低い値のシート抵抗が得られない。 In this Rezadopu method, shallow junction may, necessarily sufficient impurity atoms are not introduced into the semiconductor substrate surface, not the sheet resistance of the low value is obtained.

一方、プラズマドープ法は、ドープする不純物を含んだガスを高周波あるいは直流バイアスによりプラズマ化し、不純物原子を半導体中にドープするものである。 On the other hand, the plasma doping method, a gas containing impurities to be doped into plasma by RF or DC bias, is to dope impurity atoms into the semiconductor.

このプラズマドープ法では、レーザドープ法に比べてより多くの不純物原子が半導体中に導入される。 In the plasma doping method, more impurity atoms than the Rezadopu method is introduced into the semiconductor. しかしながら、該プラズマドープ法では、約600℃以下の熱処理では不純物原子が十分に活性化されず、不純物原子の活性化を熱処理だけで行おうとすると、約800℃以上の温度が必要となるうえ、拡散によるドーピングが発生し、不純物の再配置が起るという問題がある。 However, in the plasma doping method is not sufficiently activated impurity atoms in the heat treatment below about 600 ° C., when attempting simply heat treatment activation of impurity atoms, after which the temperature of at least about 800 ° C. are required, doping by diffusion occurs, there is a problem that relocation of impurities occurs.

熱処理以外の活性化法としては、特開昭56−24954号公報に記載されているように、イオン打込み法によって不純物原子を半導体基板内に導入し、その後、レーザ光を照射することによって不純物原子を活性化する方法がある。 The activation methods other than heat treatment, as described in JP-A-56-24954, by introducing impurity atoms into the semiconductor substrate by ion implantation method, then impurity atoms by irradiating a laser beam there is a method to activate.

しかしながら、この方法をプラズマドープ法に用いると、Poly−Si表面に凹凸が生じてしまい、その後、TFT However, the use of this method to the plasma doping method, would occur unevenness in the Poly-Si surface, then, TFT
を作製しても良好な特性が得られない。 No satisfactory characteristics were obtained even when manufactured.

本発明の目的は、ガラス基板等の絶縁性基板の表面に形成される薄いPoly−Si中に十分な量の活性化した不純物原子を導入し、浅い、良好な接合を形成することが可能な、薄膜半導体装置の製造方法を提供することである。 An object of the present invention, capable of introducing a thin Poly-Si sufficient amount of activated impurity atoms in which is formed on the surface of an insulating substrate such as a glass substrate, a shallow, to form a favorable bond is to provide a method of manufacturing a thin film semiconductor device.

(課題を解決するための手段) 上記目的は、第3図に示すように不純物原子をプラズマ状態にして半導体層中に導入する工程と、不純物原子と同時に半導体層中に導入された水素原子を約600℃の熱処理工程で取除く工程と、紫外光領域であり、パルス状のレーザ光を照射することにより、半導体層中の不純物原子の活性化を行う工程とを採用することにより達成される。 It said object (Means for Solving the Problems) includes the steps of introducing an impurity atom as shown in FIG. 3 in the semiconductor layer to a plasma state, the introduced hydrogen atom at the same time in the semiconductor layer and the impurity atoms a step of removing at about 600 ° C. heat treatment process, a ultraviolet light region, by irradiating a pulsed laser beam, is achieved by employing a step for activating the impurity atoms in the semiconductor layer .

(作用) 不純物原子をプラズマ状態にしてPoly−Si中に導入すると、十分な量(10 21 cm -3 )の不純物がPoly−Si表面領域に導入される。 (Function) When the impurity atoms in the plasma state is introduced into the Poly-Si, a sufficient impurity amount (10 21 cm -3) is introduced into the Poly-Si surface areas. しかし、一般に不純物原子は、たとえばPH 3 ,B 2 H 6等の水素化物として反応室に導入されるため、水素原子もプラズマ状態になり、これが不純物原子の濃度以上にPoly−Si中に導入される。 However, in general impurity atoms, for example, to be introduced into the reaction chamber as a hydride such as PH 3, B 2 H 6, becomes a plasma state hydrogen atom, which is introduced into the Poly-Si or the concentration of impurity atoms that.

従って、プラズマドープ後直ちにレーザ照射により不純物原子の活性化を試みると、水素原子が急激にPoly− Therefore, attempts to activate the impurity atoms by immediately laser irradiation after plasma doping, a hydrogen atom rapidly Poly-
Si基板から抜け出してPoly−Si表面に凹凸を作る。 Come out of the Si substrate create an uneven Poly-Si surface.

一方、あらかじめ基板をゆるやかに加熱して約600℃ On the other hand, about 600 ° C. with gentle heating in advance substrate
に保って熱処理を施こすと、水素がPoly−Si基板から徐々に抜け出し、Poly−Si表面はなめらかな状態に保たれる。 Maintaining and facilities to heat treatment costs, hydrogen gradually exit the Poly-Si substrate, Poly-Si surface is kept smooth state. その反面、上記した約600℃の熱処理だけでは不純物の活性化が十分に起らない。 On the other hand, only heat treatment at about 600 ° C. as described above is not occur sufficiently activate the impurity. これは、Poly−Si中の残留水素、あるいは、水素の抜けあとのためと考えられる。 This residual hydrogen in the Poly-Si, or, presumably because after omission of hydrogen.

次に、Si(シリコン)に対して吸収係数の大きい紫外光領域であり、パルス状のレーザであるエキシマレーザを照射すると、Poly−Si表面から薄い領域だけが短時間(0.1μs)溶融し、再結晶化する際、不純物原子はS Then, a large ultraviolet light region of the absorption coefficient with respect to Si (silicon) is irradiated with excimer laser is a pulsed laser, only a thin region from Poly-Si surface is short (0.1 .mu.s) melt, when recrystallization, impurity atoms S
iの格子位置に入り100%近い活性化が起る。 Close to 100% activated enters the grid position of the i occurs.

第2図は、プラズマドープ後、熱処理を施こした試料にレーザを照射した際のレーザ光強度とシート抵抗との関係の一例を示した図である。 FIG. 2, after the plasma doping is a diagram showing an example of a relationship between laser beam intensity and the sheet resistance when irradiated with a laser to sample strained facilities to heat treatment.

同図より明らかなように、レーザ光強度を大きくしていくとシート抵抗は小さくなり、レーザ光強度が約150m As apparent from the figure, when gradually increasing the laser beam intensity sheet resistance is reduced, the laser light intensity is about 150m
J/cm 2の時点でシート抵抗は飽和し、約2×10 3 Ω/□の値になる。 The sheet resistance at the time of J / cm 2 is saturated, it is about 2 × 10 3 Ω / □ the value of.

(実施例) 以下、本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明する。 (Example) Hereinafter, will be described in detail with reference to an embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings.

第1図は本発明の実施例の製造方法を示すTFTの断面構造である。 FIG. 1 is a cross-sectional structure of a TFT showing a manufacturing method of an embodiment of the present invention.

1は歪温度約640℃のガラス基板である。 1 is a glass substrate of the strain temperature of about 640 ° C.. 基板1を550 The substrate 1 550
℃に保ち、ヘリウムで20%に希釈したモノシランガスを原料として、減圧CVD(Low Pressure CVD、略してLPCV ℃ to maintain, monosilane gas diluted to 20% with helium as a starting material, reduced pressure CVD (Low Pressure CVD, short LPCV
D)法により圧力1Torrの条件でLPCVD膜2を基板1の表面に堆積させる。 D) Method of the LPCVD film 2 at a pressure 1Torr conditions is deposited on the surface of the substrate 1 by. 堆積時間は25分間で膜厚は500Åである。 Deposition time and the film thickness at 25 minutes is 500 Å.

この膜をアイランドホトエッチング工程を通して島状のパターンとした後、常圧CVD法によりゲート絶縁膜用のSiO 2膜5をLPCVD膜2の全面に1000Å堆積させる[同図(a)]。 After the film through island photoetching process and island-like pattern, is 1000Å depositing an SiO 2 film 5 for the gate insulating film on the entire surface of the LPCVD film 2 by atmospheric pressure CVD [Fig. (A)].

次に、ゲート電極6用のPoly−Si膜をLPCVD法により5 Then, the Poly-Si film for the gate electrode 6 by LPCVD 5
50℃、1Torrの条件で2000Å堆積させる。 50 ° C., is 2000Å deposited at 1Torr conditions. その後、ゲート電極6とゲート絶縁膜5をホトエッチングで形成する。 Thereafter, a gate electrode 6 and the gate insulating film 5 by photoetching.

続いて、1%PH 3を原料として、13.56MHzの高周波によりリンをプラズマ化して、300℃に保ったPoly−Si基板中にドープし、ソース領域3、ドレイン領域4を形成する。 Subsequently, a 1% PH 3 as starting materials, and plasma phosphorus by 13.56MHz high frequency, and Poly-Si doped into the substrate maintained at 300 ° C., to form the source region 3, the drain region 4. このとき、前記ゲート電極6にもリンがドープされる。 At this time, phosphorus is doped in the gate electrode 6. 圧力は1Torr、ドープ時間は30分間である。 Pressure 1 Torr, dope time is 30 minutes.

次に、N 2中において基板を600℃までゆるやかに加熱し、4時間の熱処理を行って基板中に導入された水素原子を取除く。 Next, the substrate was slowly heated to 600 ° C. in a N 2, remove hydrogen atoms introduced into the substrate by heat treatment for 4 hours.

続いて、波長が308nmであって、パルス状のレーザであるXeClエキシマレーザを照射して不純物原子の活性化を行う。 Subsequently, the wavelength is a 308 nm, to activate the impurity atoms by irradiating XeCl excimer laser with a pulsed laser. レーザ光強度は300mJ/cm 2である[同図(b)]。 The laser beam intensity is 300 mJ / cm 2 [FIG. (B)].

次に、リンガラス(略してPSG)を480℃で5000Å堆積させて、パッシベーション膜7を形成する[同図(c)]。 Then, phosphorus glass by 5000Å deposited at 480 ° C. (PSG for short), a passivation film 7 [FIG. (C)].

次に、コンタクト用のホトエッチング工程の後、Al電極8をスパッタ法により6000Å付ける[同図(d)]。 Then, after the photoetching process for the contact, giving 6000Å of Al electrode 8 by sputtering [Fig. (D)].

以上でTFTが完成する。 TFT is completed or more. 本実施例のTFTのチャネル幅、 The channel width of the TFT of this embodiment,
チャネル長は、それぞれ50μm、10μmであり、ドレイン電流I D −ゲート電圧V Gカーブからもとめた逆方向リーク電流(V G =−5V,リース・ドレイン電圧V SD =10V)は5×10 -12 Aであり、接合特性は良好であることがわかる。 Channel length, 50 [mu] m respectively, and 10 [mu] m, the drain current I D - reverse leakage current was determined from the gate voltage V G curve (V G = -5V, Reese drain voltage V SD = 10V) is 5 × 10 -12 is a, the bonding characteristic is found to be satisfactory.

(発明の効果) 本発明によれば、ガラス基板上の薄いPoly−Si中に十分な量の活性化した不純物原子を導入することができ、 According to the present invention (Effect of the Invention), can be introduced a sufficient amount of activated impurity atoms in the thin Poly-Si on a glass substrate,
浅い、良好な接合を形成することができる。 Shallow, it is possible to form a favorable bond.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

第1図は本発明の一実施例の製造工程を示す断面図である。 FIG. 1 is a sectional view showing a manufacturing process of an embodiment of the present invention. 第2図はレーザエネルギ密度とシート抵抗との関係を示す図である。 Figure 2 is a diagram showing the relationship between laser energy density and sheet resistance. 第3図は本発明の概略を示すブロック図である。 Figure 3 is a block diagram showing an outline of the present invention. 1……ガラス基板、2…LPCVD膜、3……ソース領域、 1 ...... glass substrate, 2 ... LPCVD film, 3 ...... source region,
4……ドレイン領域、5……ゲート絶縁膜、6……ゲート電極、7……パッシベーション膜、8……Al電極 4 ...... drain region, 5 ...... gate insulating film, 6 ...... gate electrode, 7 ...... passivation film, 8 ...... Al electrode

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】絶縁性基板と、該絶縁性基板上に形成された半導体層とを有する薄膜半導体装置の製造方法において、 不純物原子をプラズマ状態にして半導体層の中に導入する工程と、 該不純物原子と同時に導入される水素原子を熱処理により取除く工程と、 レーザ光を前記半導体層の表面に照射することにより、 And 1. A insulating substrate, in the method of manufacturing a thin film semiconductor device having a semiconductor layer formed on the insulative substrate, a step of introducing to the impurity atoms in the plasma state in the semiconductor layer, the a step of removing by heat treatment the hydrogen atoms introduced at the same time as the impurity atoms, by irradiating a laser beam on a surface of the semiconductor layer,
    該半導体層の中に導入された不純物を活性化させる工程とよりなることを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。 Method of manufacturing a thin film semiconductor device characterized by comprising more the step of activating the introduced impurities into the semiconductor layer.
  2. 【請求項2】前記レーザ光の波長は、紫外線領域であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の薄膜半導体装置の製造方法。 Wavelength of claim 2, wherein the laser beam is the method of manufacturing a thin film semiconductor device of Claims paragraph 1, wherein the an ultraviolet region.
  3. 【請求項3】前記レーザ光は、パルス状のレーザ光であることを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記載の薄膜半導体装置の製造方法。 Wherein the laser beam is the method of manufacturing a thin film semiconductor device of Claims first term or second term, wherein it is a pulsed laser beam.
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