JP3068277B2 - 半導体膜の形成方法 - Google Patents

半導体膜の形成方法

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JP3068277B2 JP3255328A JP25532891A JP3068277B2 JP 3068277 B2 JP3068277 B2 JP 3068277B2 JP 3255328 A JP3255328 A JP 3255328A JP 25532891 A JP25532891 A JP 25532891A JP 3068277 B2 JP3068277 B2 JP 3068277B2
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勝則 石原
裕一 見方
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェハーに対す
る半導体膜の形成方法に係り、特に多結晶シリコン膜を
主成分とする半導体膜の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の製造工程において、半導体
ウェハー上に形成された絶縁膜上にアモルファスシリコ
ン膜を形成する従来の方法を述べる。即ち、半導体ウェ
ハーを減圧CVD(化学気相成長)装置の反応管内に挿
入し、外部ヒーターにより反応管を500〜560℃に
加熱し、真空ポンプにより反応管内を0.1〜1.0 T
orr に減圧し、シランガスを反応管内に流して熱分解さ
せることにより、ウェハー上にアモルファスシリコン膜
を形成させる。
【0003】図4は、従来の方法により形成されたアモ
ルファスシリコン膜を使用した素子の一例として、薄膜
トランジスタ(Thin Film Transistor;TFT)の構造
の一部を拡大して示す断面図である。
【0004】ここで、10はP型のウェハー基板、11
は素子分離領域(SiO2 膜)、12は基板表面に形成
されたゲート絶縁膜、13は基板中に形成されたN+ 拡
散層(TFTのゲート電極となる)、14は基板上に形
成された多結晶シリコン膜であり、アモルファスシリコ
ン膜が熱処理を経て再結晶化されたものである。この多
結晶シリコン膜14は、一部がP+ 拡散層(TFTのド
レイン領域およびソース領域)15となり、残りの部分
がTFTのチャネル領域16となる。41はチャネル領
域16のグレインバンダリー(粒界)である。このチャ
ネル領域16のグレインバンダリー41は、アモルファ
スシリコン膜を熱処理して再結晶化した時に、アモルフ
ァスシリコン膜のグレイン(粒径)が成長することによ
り発生する。
【0005】従来の方法により形成されたアモルファス
シリコン膜は、熱処理に際して、ウェハー表面に吸着し
ている不純物(特に炭素)がグレイン成長するための結
晶核となり易く、多数の箇所から一斉にグレイン成長が
起り、大きなグレインを得ることが困難になる。換言す
れば、従来の方法により形成されたアモルファスシリコ
ン膜は、熱処理工程を経て再結晶化する時にチャネル領
域のグレインバンダリー41が増える。
【0006】従って、このようなグレインバンダリー4
1が多いチャネル領域16を有するTFTは、ゲートを
オンさせた時にホール42がグレインバンダリー41に
トラップされる確率が高くなり、オン電流が低下する。
また、上記したようなグレインバンダリー41が多いチ
ャネル領域16を有するTFTは、グレインバンダリー
41がリーク電流の原因となるので、オフ電流が増加す
る。
【0007】図3中の点線は、図1中の多結晶シリコン
膜14となるアモルファスシリコン膜を従来の方法によ
り形成した場合のTFTの電流スイッチ特性を示してお
り、オン電流/オフ電流の比率が小さいという問題があ
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の半導体膜の形
成方法は、半導体ウェハー上に形成された絶縁膜上にア
モルファスシリコン膜を形成し、熱処理して再結晶化す
る半導体膜の形成方法であって、半導体ウェハーを減圧
型または常圧型の化学気相成長装置の反応管内に挿入
し、この反応管内を減圧または常圧の状態に保ち、酸化
性ガスを流してウェハー表面を酸素パージすることによ
り、上記絶縁膜上に吸着している炭素不純物を除去する
工程と、これに連続して上記反応管内でウェハー表面に
アモルファスシリコン膜を堆積形成する工程と、上記ア
モルファスシリコン膜を熱処理して再結晶化する工程
を具備することを特徴とする。
【0009】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、アモルファスシリコン膜が熱処理工程を経て
再結晶化する時のグレインサイズを大きく、かつ、均一
化することが可能になり、アモルファスシリコン膜を使
用した素子の特性を向上させ得る半導体膜の形成方法を
提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体膜の形成
方法は、半導体ウェハー上に形成された絶縁膜上にアモ
ルファスシリコン膜を形成する際、半導体ウェハーを減
圧型または常圧型のCVD装置の反応管内に挿入し、こ
の反応管内を減圧または常圧の状態に保ち、酸化性ガス
を流してウェハー表面を酸素パージする工程と、これに
連続して上記反応管内でウェハー表面にアモルファスシ
リコン膜を堆積形成する工程とを具備することを特徴と
する。
【0011】
【作用】アモルファスシリコン膜を堆積形成する前の酸
素パージにより、下地絶縁膜上に吸着している炭素不純
物が低減する。これにより、アモルファスシリコン膜が
熱処理工程を経て再結晶化する時のアモルファスシリコ
ン膜中のグレイン成長に必要な結晶核数が減少し、グレ
インサイズが大きくなり、その結果、アモルファスシリ
コン膜を使用した素子の特性(例えばTFTの電流スイ
ッチ特性)が向上する。
【0012】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図1は、半導体ウェハー上に形成されたア
モルファスシリコン膜を使用した素子の一例として、T
FTの構造の一例を示す断面図である。
【0013】ここで、10はP型のウェハー基板、11
は素子分離領域(SiO2 膜)、12は基板表面に形成
されたゲート絶縁膜、13は基板中に形成されたN+ 拡
散層(TFTのゲート電極となる)、14は基板上に形
成された多結晶シリコン膜であり、アモルファスシリコ
ン膜が熱処理を経て再結晶化されたものである。この多
結晶シリコン膜14は、一部がP+ 拡散層(TFTのド
レイン領域およびソース領域)15となり、残りの部分
(前記ゲート絶縁膜12上の部分)がTFTのチャネル
領域16となる。17は基板上に形成されたCVD絶縁
膜、18および19はこのCVD絶縁膜17に開孔され
たコンタクトホールを通して前記P+ 拡散層15にコン
タクトするドレイン電極およびソース電極である。
【0014】次に、図1のTFTを形成する方法の一実
施例を説明する。まず、P型ウェハー基板10上に素子
形成領域を残すように形選択酸化法により素子分離領域
11を形成する。次に、900℃でのドライ酸化により
素子形成領域上に薄い(例えば6nm)のゲート絶縁膜
(酸化膜)を形成し、このゲート酸化膜膜を通してウェ
ハー基板10にAsのイオン注入を行い、N+ 拡散層1
3を形成する。次に、上記N+ 拡散層13上のイオン注
入によりダメージを受けたゲート酸化膜を薬液処理によ
り除去する。再度、900℃のドライ酸化によりゲート
絶縁膜(酸化膜)12を形成する。
【0015】次に、アモルファスシリコン膜を形成する
ために、上記ウェハー基板を減圧型または常圧型のCV
D装置の反応管内に挿入し、外部ヒーターにより反応管
をほぼ530℃に加熱し、真空ポンプにより反応管内を
0.5 Torr に減圧し、または常圧に保つ。そして、酸
化性ガス(例えば酸素)を10cc/分の流量で流して
ウェハー表面の酸化膜12を酸素パージする。これによ
り、下地酸化膜12上に吸着している炭素不純物が酸素
と反応し、CO、CO2 の形で除去される。
【0016】次に、上記工程に連続して上記反応管内に
シランガス(SiH4 )を200cc/分の流量で流し
て熱分解させることにより、ウェハー表面にアモルファ
スシリコン膜を30nm堆積する。次に、上記アモルフ
ァスシリコン膜を600℃、N2 雰囲気中での熱処理に
より再結晶化(多結晶化)し、さらに、チャネル領域1
6以外の部分にP型不純物をイオン注入してP+ 拡散層
(TFTのドレイン領域およびソース領域)15を形成
する。
【0017】次に、常圧型のCVD装置を用いて、前記
ウェハー基板上に層間絶縁膜としてCVD酸化膜17を
200nm堆積した後、このCVD酸化膜17を選択的
にエッチングしてコンタクトホールを開孔する。さら
に、このCVD酸化膜上の全面にアルミニウム・シリコ
ン膜を形成した後にパターニングし、前記P+ 拡散層1
5にコンタクトするドレイン電極18およびソース電極
19を形成する。
【0018】図2は、上記実施例の方法により形成され
たTFTの構造の一部を拡大して示す断面図である。2
1はチャネル領域16のグレインバンダリー(粒界)で
ある。このチャネル領域16のグレインバンダリー21
は、アモルファスシリコン膜を熱処理して再結晶化した
時に、アモルファスシリコン膜のグレイン(粒径)が大
きければ大きいほど減るものである。
【0019】上記実施例の方法によれば、アモルファス
シリコン膜を堆積形成する前の酸素パージにより、下地
絶縁膜上に吸着している炭素不純物が低減するので、後
工程の熱処理による再結晶化時のアモルファスシリコン
膜中のグレイン成長に必要な結晶核数が減少し、グレイ
ンサイズが大きく、かつ、均一になる。これにより、従
来例の方法により形成されたTFT(図4に示した構
造)と比べて、チャネル領域16の単位面積当りのグレ
インバンダリー21の面積が減っていることが分る。従
って、TFTのゲートをオンさせた時にホール22がグ
レインバンダリー21にトラップされる確率が低下し、
オン電流の低下が抑制される。また、上記したようなグ
レインバンダリー21が少ないチャネル領域16を有す
るTFTは、オフ電流が抑制される。
【0020】図3中の実線は、図2のTFTの電流スイ
ッチ特性の一例を示す特性図である。ここで、本実施例
の方法により形成されたTFTのオン電流/オフ電流の
比率は、従来の方法により形成されたTFTのオン電流
/オフ電流の比率よりも十分に大きくなっており、本実
施例の方法によれば良好な特性が得られることが分る。
【0021】なお、上記実施例では、酸素パージ工程で
流す酸化性ガスとして酸素を用いたが、オゾンを流して
も、上記実施例と同様に、下地絶縁膜上に吸着している
炭素不純物を除去する効果が得られる。また、前記酸素
をプラズマ状にして流すと、下地絶縁膜上に吸着してい
る炭素不純物を除去する効果が一層高まることが確認さ
れている。
【0022】
【発明の効果】上述したように本発明の半導体膜の形成
方法によれば、アモルファスシリコン膜が熱処理工程を
経て再結晶化する時のグレインサイズを大きくすること
が可能になり、アモルファスシリコン膜を使用した素子
の特性(例えばTFTの電流スイッチ特性)を向上させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】TFTの構造の一例を示す断面図。
【図2】図1中のアモルファスシリコン膜を本発明の半
導体膜の形成方法の一実施例により形成した場合のTF
Tの構造を拡大して示す断面図。
【図3】図1のTFTの電流スイッチ特性の一例を示す
特性図。
【図4】図1中のアモルファスシリコン膜を従来の半導
体膜の形成方法により形成した場合のTFTの構造を拡
大して示す断面図。
【符号の説明】
10…P型ウェハー基板、11…素子分離領域、12…
ゲート絶縁膜、13…N+ 拡散層(TFTのゲート電
極)、14…多結晶シリコン膜(アモルファスシリコン
膜が熱処理を経て再結晶化されたもの)、15…P+ 拡
散層(TFTのドレイン領域およびソース領域)、16
…TFTのチャネル領域、17…CVD絶縁膜、18…
ドレイン電極、19…ソース電極、21…グレインバン
ダリー、22…ホール。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮崎 伸治 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−290712(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 H01L 21/20

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ウェハー上に形成された絶縁膜上
    にアモルファスシリコン膜を形成し、熱処理して再結晶
    化する半導体膜の形成方法であって、 半導体ウェハーを減圧型または常圧型の化学気相成長装
    置の反応管内に挿入し、この反応管内を減圧または常圧
    の状態に保ち、酸化性ガスを流してウェハー表面を酸素
    パージすることにより、上記絶縁膜上に吸着している炭
    素不純物を除去する工程と、 これに連続して上記反応管内でウェハー表面にアモルフ
    ァスシリコン膜を堆積形成する工程と、 上記アモルファスシリコン膜を熱処理して再結晶化する
    工程 とを具備することを特徴とする半導体膜の形成方
    法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体膜の形成方法にお
    いて、前記酸化性ガスは酸素であることを特徴とする半
    導体膜の形成方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の半導体膜の形成方法にお
    いて、前記酸素をプラズマ状にして流すことを特徴とす
    る半導体膜の形成方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の半導体膜の形成方法にお
    いて、前記酸化性ガスはオゾンであることを特徴とする
    半導体膜の形成方法。
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