JP2723513B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、主に非晶質シリコンを用いた薄膜半導体装
置の室温付近の比較的低温での製造方法に関するもので
ある。
従来の技術
従来、マイクロ波電子サイクロトロン共鳴吸収を利用
したプラズマ分解によって非晶質シリコンを用いた半導
体装置を形成する場合、第４図に示すような構成を持つ
製造装置にて行った。31が真空チャンバーで排気孔32よ
り真空に排気される。導波管33を通してマイクロ波発振
器34からマイクロ波がプラズマ発生室35へ導入される。
電磁石36によってプラズマ発生室35に磁界が印加され
る。37はガス導入口でSiH4等の原料ガスが導入される。
磁界の強さを電子サイクロトロン共鳴条件を満たすよう
に設定することにより、解離度の高いプラズマが得られ
る。発生したプラズマはプラズマ引出し窓38を通過して
基板ホルダー39に達しホルダー39上に非晶質シリコンが
堆積される。
例えば非晶質シリコンを用いてpin接合型フォトダイ
オードを製造する場合、ｐ型層、真性層（ｉ型層）、ｎ
型層をそれぞれｐ層の場合はＢ2Ｈ6とSiH4の混合ガス
を、ｉ層の場合はSiH4のみを、ｎ層の場合はPH3とSiH4
の混合ガスを原料ガスとして順次堆積形成している。
発明が解決しょうとする問題点
しかしながら、この様な従来の製造方法では、室温付
近の低い形成温度では、不純物添加層の抵抗はあまり低
下せず従って順方向直列抵抗が非常に高い性能の悪いダ
イオードしか実現できなかった。またこの問題を避ける
ためには150℃以上の形成温度が必要であり、そうでな
れば低温で形成した後200℃〜300℃の熱処理を必要とし
ていたため、この様な製造方法の実用化を妨げていた。
本発明は、この様な問題点を解決することを目的とし
ている。
問題点を解決するための手段
上記問題点を解決するために、本発明では半導体装置
が形成されるべき基板または基板近傍にプラズマ中に存
在する不純物添加に寄与するイオン粒子に運動エネルギ
ーを与えることが可能な周波数を有する交流電界を印加
することによって上記問題点が解決できることを見いだ
した。本発明は上記手段により高性能な半導体装置を実
現する製造方法を提供するものである。
作用
上記した手段を用いることによって生ずる本発明の作
用は次のようなものである。従来の方法では、印加され
ている磁界の減衰によってのみ引き出されていたプラズ
マがその引き出された時のエネルギーによって基板に到
達しておりその結果比較的寿命の短い不純物イオンが効
果的に添加されなかったものを、本発明では基板付近に
おいて主にイオンにたいして再び運動エネルギーを与
え、生じたイオン種を有効に利用して不純物添加を有効
に行うものである。
実施例
（実施例１）
第一の実施例として、本発明の製造方法を用いて非晶
質シリコンpinダイオードの形成に応用した場合の例に
ついて示す。
以下図面に基づき、本発明の代表的な実施例を示す。
第１図は本発明に使用した装置概略図である。10は真空
チャンバー出、排気孔11より真空に排気される。導波管
12を通してマイクロ波発振器13からマイクロ波がプラズ
マ発生室14へ導入される。電磁石15によりプラズマ発生
室14に磁界が印加される。16はガス導入口でＢ2Ｈ6とSi
H4もしくはPH3とSiH4の混合された原料ガスが導入され
る。17が本発明で付け加えられた交流電界を加えるため
の電源であり、基板ホルダー18に交流電界が印加され
る。プラズマ発生室の磁界の強さを電子サイクロトロン
共鳴条件を満たすように設定することにより、解離度の
高いプラズマ19が発生する。発生したプラズマはプラズ
マ引出し窓20を通過して基板ホルダー18に達しさらに、
基板ホルダー近傍にて再び交流電源17によりプラズマ中
の主にイオンと電子に運動エネルギーを与えられて基板
に非晶質シリコンが形成される。この時基板近傍の磁界
の強さは電磁石の設定によって100〜300ガウスとしてお
くと更に効果的にイオンに運動エネルギーを与えること
ができる。交流の周波数は、主にリンイオンとホウ素イ
オンにエネルギーを与えるために10KHz〜500KHzとして
いる。これらの周波数より低い場合、不純物イオンに効
果的にエネルギーがあたえらえなくなりまた高い周波数
の場合でもイオンが追随できなくなる。このときさらに
は基板近傍の磁束密度は数十〜数百ガウスあるため、印
加した電界によって高周波マグネトロン放電が生じてし
まいマイクロ波電子サイクロトロンによるプラズマと高
周波プラズマとが重畳された状態になってしまい、本来
の高活性のプラズマとは異なってしまうのである。以上
のような方法を用いて、第２図（Ａ）に示すように例え
ばガラス基板21上のCr、ITO等の電極22上にpin非晶質シ
リコン23を形成し、その後Al等の金属電極24を形成しダ
イオードを完成させる。
本実施例では基板に直接交流電界を印加したが、例え
ば基板表面近くに第１図に示すような、メッシュ等25を
設置しそれに印刷してもよい。
（実施例２）
第二の実施例として本発明の製造方法を非晶質シリコ
ン薄膜トランジスターの形成に応用した例について述べ
る。第２図（Ｂ）に示すように、例えばガラス等のよう
な絶縁性基板21上にCr,Al等のゲート電極26を形成し、
その上に第３図のような装置において例えばSiH4とＮ2
の混合ガスを原料ガスとしてゲート絶縁層として窒化シ
リコン層27を形成する。その後、やはり同様の装置によ
ってｉ型層28を形成し、さらに本発明の方法にてｎ型非
晶質シリコン層29を図のごとく形成し、最後にAl等の金
属電極30でソース、ドレーンを形成する。
本発明を用いることにより効果は次のようなものであ
る。
先ず、不純物添加した非晶質シリコンを堆積形成する
に際して不純物の添加効率の向上がある。
その結果として第３図の実線で示すように、本発明の
製造方法によると、従来の方法では得られなかった室温
付近の低温形成で、第２図（ａ）に示すような構成のダ
イオードが良好な特性で得られているのが判る。破線が
従来の方法で作製した場合を示している。
さらに、第２図（ｂ）の非晶質シリコン薄膜トランジ
スターの形成においても同様に、従来の方法では低温下
場合ソース、ドレインに低抵抗な非晶質シリコン層を使
用できなかったので特性の悪かったものが、本発明の製
造方法によって良好な特性の薄膜トランジスターが実現
できた。
また、前記したように基板近傍において新たなエネル
ギーをイオンおよび電子に与えるため、基板の段差にお
ける被覆性に優れている。そのため微細加工を施した電
極パターン上に形成する場合において非常に有利であ
る。
発明の効果
本発明によれば、基板付近にイオン粒子に対し、運動
エネルギーを与えて不純物添加を行うため、低温プロセ
スで良好な半導体装置を容易に形成することが可能とな
る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a thin-film semiconductor device using amorphous silicon at a relatively low temperature around room temperature. 2. Description of the Related Art Conventionally, when a semiconductor device using amorphous silicon is formed by plasma decomposition using microwave electron cyclotron resonance absorption, a manufacturing apparatus having a configuration as shown in FIG. 4 is used. A vacuum chamber 31 is evacuated to a vacuum through an exhaust hole 32. Microwaves are introduced from a microwave oscillator 34 into a plasma generation chamber 35 through a waveguide 33.
A magnetic field is applied to the plasma generation chamber 35 by the electromagnet 36. Reference numeral 37 denotes a gas inlet through which a source gas such as SiH 4 is introduced.
By setting the strength of the magnetic field so as to satisfy the electron cyclotron resonance condition, a plasma having a high degree of dissociation can be obtained. The generated plasma passes through the plasma extraction window 38 and reaches the substrate holder 39, on which amorphous silicon is deposited. For example, when manufacturing a pin junction photodiode using amorphous silicon, a p-type layer, an intrinsic layer (i-type layer),
When the mold layer is a p-layer, a mixed gas of B 2 H 6 and SiH 4 is used. For the i-layer, only SiH 4 is used. For the n-layer, PH 3 and SiH 4 are used.
Are sequentially deposited and formed using the mixed gas of the above as a source gas. However, in such a conventional manufacturing method, at a low forming temperature near room temperature, the resistance of the impurity-added layer does not decrease so much, and therefore, a diode having a very high forward series resistance and poor performance. Could only be realized. Also, in order to avoid this problem, a forming temperature of 150 ° C. or more was necessary, and if this was the case, a heat treatment at 200 ° C. to 300 ° C. was necessary after forming at a low temperature. Hindered. An object of the present invention is to solve such a problem. Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention provides kinetic energy to ionic particles that contribute to the addition of impurities existing in a plasma on or near a substrate on which a semiconductor device is to be formed. It has been found that the above problems can be solved by applying an AC electric field having a frequency that allows the above. The present invention provides a manufacturing method for realizing a high-performance semiconductor device by the above means. Operation The operation of the present invention produced by using the above means is as follows. In the conventional method, the plasma extracted only by the attenuation of the applied magnetic field reaches the substrate by the energy at the time of the extraction, and as a result, impurity ions having a relatively short life are not effectively added. However, in the present invention, the kinetic energy is mainly given again to the ions mainly in the vicinity of the substrate, and the generated ionic species are effectively used to effectively add impurities. Example (Example 1) As a first example, an example in which the manufacturing method of the present invention is applied to the formation of an amorphous silicon pin diode will be described. Hereinafter, typical embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view of the apparatus used in the present invention. 10 exits the vacuum chamber and is evacuated to a vacuum through the exhaust hole 11. Waveguide
Microwaves are introduced from a microwave oscillator 13 into a plasma generation chamber 14 through 12. A magnetic field is applied to the plasma generation chamber 14 by the electromagnet 15. 16 is a gas inlet, B 2 H 6 and Si
A source gas in which H 4 or PH 3 and SiH 4 are mixed is introduced. Reference numeral 17 denotes a power supply for applying the AC electric field added in the present invention, and an AC electric field is applied to the substrate holder 18. By setting the strength of the magnetic field in the plasma generation chamber so as to satisfy the electron cyclotron resonance condition, plasma 19 having a high degree of dissociation is generated. The generated plasma passes through the plasma extraction window 20 and reaches the substrate holder 18, and further,
Kinetic energy is mainly given to ions and electrons in the plasma again by the AC power supply 17 near the substrate holder, and amorphous silicon is formed on the substrate. At this time, if the intensity of the magnetic field near the substrate is set to 100 to 300 gauss by setting the electromagnet, kinetic energy can be more effectively given to the ions. The frequency of the alternating current is set to 10 KHz to 500 KHz to mainly give energy to phosphorus ions and boron ions. If the frequency is lower than these frequencies, the energy cannot be effectively given to the impurity ions, and even if the frequency is high, the ions cannot follow. At this time, since the magnetic flux density in the vicinity of the substrate is several tens to several hundreds of gauss, a high-frequency magnetron discharge is generated by the applied electric field, and the plasma by the microwave electron cyclotron and the high-frequency plasma are superimposed, It is different from the original highly active plasma. Using the above method, as shown in FIG. 2A, for example, a pin amorphous silicon 23 is formed on an electrode 22 such as Cr or ITO on a glass substrate 21 and then a metal electrode such as Al is formed. Form 24 to complete the diode. In this embodiment, an AC electric field is directly applied to the substrate. However, for example, a mesh 25 or the like as shown in FIG. Embodiment 2 As a second embodiment, an example in which the manufacturing method of the present invention is applied to the formation of an amorphous silicon thin film transistor will be described. As shown in FIG. 2 (B), a gate electrode 26 made of Cr, Al or the like is formed on an insulating substrate 21 made of, for example, glass.
In addition, in a device as shown in FIG. 3, for example, SiH 4 and N 2
The silicon nitride layer 27 is formed as a gate insulating layer using the mixed gas of the above as a source gas. Thereafter, an i-type layer 28 is formed by the same apparatus, an n-type amorphous silicon layer 29 is further formed by the method of the present invention as shown in the figure, and finally a source and a drain are formed by a metal electrode 30 such as Al. Form. The effects of the present invention are as follows. First, there is an improvement in the efficiency of impurity addition when depositing and forming amorphous silicon to which impurities are added. As a result, as shown by the solid line in FIG. 3, according to the manufacturing method of the present invention, a diode having a structure as shown in FIG. It can be seen that good characteristics have been obtained. A broken line indicates a case where the semiconductor device is manufactured by a conventional method. Similarly, in the formation of the amorphous silicon thin film transistor shown in FIG. 2B, the characteristics are poor because the conventional method cannot use a low-resistance amorphous silicon layer for the source and drain at low temperatures. However, a thin film transistor having good characteristics was realized by the manufacturing method of the present invention. Further, as described above, new energy is given to ions and electrons in the vicinity of the substrate, so that the substrate is excellent in coverage at steps. Therefore, it is very advantageous when it is formed on a micropatterned electrode pattern. Effects of the Invention According to the present invention, a kinetic energy is given to an ion particle near a substrate to add an impurity, so that a good semiconductor device can be easily formed by a low-temperature process.
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の非晶質シリコンpinダイオード製造に
使用した装置概略図、第２図（ａ）は非晶質シリコンpi
nダイオードの断面図、第２図（ｂ）は非晶質シリコン
薄膜トランジスターの断面図、第３図は本発明の製造法
によって室温付近の低温で作製されたpinダイオードの
特性が改善されたことを示す図、第４図は従来の製造方
法に使用した製造装置の概略図である。
10……真空チャンバー、11……排気孔、12……導波管、
13……マイクロ波発振器、14……プラズマ発生室、15…
…電磁石、16……ガス導入口、17……交流電源、18……
基板ホルダー、19……プラズマ、20……プラズマ引出し
窓、25……メッシュ電極、21……ガラス基板、22……C
r,ITO等の電極、23……pin非晶質シリコン、24……Al電
極、26……ゲート電極、27……窒化シリコン層、28……
ｉ型非晶質シリコン層、29……ｎ型非晶質シリコン層、
30……ソース、ドレーン電極。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of an apparatus used for manufacturing an amorphous silicon pin diode according to the present invention, and FIG. 2 (a) is an amorphous silicon pin diode.
FIG. 2 (b) is a cross-sectional view of an amorphous silicon thin film transistor, and FIG. 3 is an improvement in the characteristics of a pin diode manufactured at a low temperature near room temperature by the manufacturing method of the present invention. FIG. 4 is a schematic view of a manufacturing apparatus used in a conventional manufacturing method. 10… Vacuum chamber, 11… Exhaust hole, 12 …… Waveguide,
13 …… Microwave oscillator, 14 …… Plasma generation chamber, 15…
... Electromagnet, 16 ... Gas inlet, 17 ... AC power supply, 18 ...
Substrate holder, 19: Plasma, 20: Plasma extraction window, 25: Mesh electrode, 21: Glass substrate, 22: C
r, ITO and other electrodes, 23 ... pin amorphous silicon, 24 ... Al electrode, 26 ... gate electrode, 27 ... silicon nitride layer, 28 ...
i-type amorphous silicon layer, 29... n-type amorphous silicon layer,
30 ... Source and drain electrodes.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平尾 孝 門真市大字門真1006番地 松下電器産業 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−177728（ＪＰ，Ａ) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Takashi Hirao 1006 Kadoma Kadoma Matsushita Electric Industrial Inside the corporation (56) References JP-A-61-177728 (JP, A)
Claims (1)
いて、マイクロ波電子サイクロトロン共鳴吸収を利用し
たプラズマ分解による非晶質シリコンの堆積過程を、少
なくとも不純物を添加した非晶質シリコンを形成するに
際して、堆積を行う基板またはその近傍に、プラズマ分
解によって生じた特定のイオン粒子に、運動エネルギー
を与えることが可能な10kHz〜500kHzの周波数の交流電
界を印加すると同時に、基板もしくは基板ホルダーの温
度を室温の範囲に保つことを特徴とする半導体装置の製
造方法。 ２．交流電界を印加する近傍にさらに磁界を重畳するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項の半導体装置の製
造方法。(57) [Claims] In a method of manufacturing a semiconductor device using amorphous silicon, a deposition process of amorphous silicon by plasma decomposition using microwave electron cyclotron resonance absorption is performed when forming amorphous silicon doped with at least impurities. At the same time, an AC electric field having a frequency of 10 kHz to 500 kHz capable of giving kinetic energy to specific ion particles generated by plasma decomposition is applied to or near the substrate on which the deposition is to be performed, and the temperature of the substrate or the substrate holder is set to room temperature. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by maintaining the above range. 2. 2. The method according to claim 1, wherein a magnetic field is further superimposed in the vicinity of the application of the AC electric field.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62050551A JP2723513B2 (en) | 1987-03-05 | 1987-03-05 | Method for manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP62050551A JP2723513B2 (en) | 1987-03-05 | 1987-03-05 | Method for manufacturing semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63216333A JPS63216333A (en) | 1988-09-08 |
| JP2723513B2 true JP2723513B2 (en) | 1998-03-09 |
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ID=12862152
Family Applications (1)
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| JP62050551A Expired - Fee Related JP2723513B2 (en) | 1987-03-05 | 1987-03-05 | Method for manufacturing semiconductor device |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2723513B2 (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0770512B2 (en) * | 1985-02-04 | 1995-07-31 | 日本電信電話株式会社 | Low energy ionized particle irradiation device |
-
1987
- 1987-03-05 JP JP62050551A patent/JP2723513B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63216333A (en) | 1988-09-08 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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