JP3421862B2 - Transistor manufacturing method - Google Patents

Transistor manufacturing method

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JP3421862B2
JP3421862B2 JP35164792A JP35164792A JP3421862B2 JP 3421862 B2 JP3421862 B2 JP 3421862B2 JP 35164792 A JP35164792 A JP 35164792A JP 35164792 A JP35164792 A JP 35164792A JP 3421862 B2 JP3421862 B2 JP 3421862B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はトランジスタ製造方法に
関する。より詳しくは、絶縁基板上に形成される薄膜ト
ランジスタのアニール方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a transistor. More specifically, the present invention relates to a method for annealing a thin film transistor formed on an insulating substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】バルクのシリコンウェハに形成されるト
ランジスタとは別に、近年絶縁基板上に形成される薄膜
トランジスタが盛んに開発されている。薄膜トランジス
タが集積的に形成された基板は、例えばアクティブマト
リクス型液晶表示装置やCCDアレイ等に利用でき用途
が拡大している。薄膜トランジスタは一般に絶縁ゲート
電界効果型であり、活性領域を構成するシリコン薄膜と
ゲート絶縁膜とゲート電極とを積層した構造を有してい
る。
2. Description of the Related Art Apart from transistors formed on bulk silicon wafers, thin film transistors formed on insulating substrates have recently been actively developed. Substrates on which thin film transistors are formed in an integrated manner can be used for, for example, active matrix type liquid crystal display devices and CCD arrays, and their applications are expanding. The thin film transistor is generally an insulated gate field effect type, and has a structure in which a silicon thin film, a gate insulating film, and a gate electrode forming an active region are stacked.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】薄膜トランジスタはシ
リコンウェハに形成される通常のトランジスタと略同様
なプロセスにより製造される。しかしながら、基板の耐
熱性等の関係から、必ずしも十分な高温プロセスを適用
できず、単純に製造しただけでは必ずしも所望の特性を
得る事が難しい。そこで、シリコン薄膜やゲート絶縁膜
の改質を目的として、従来からアニールが行なわれてい
た。従来のアニール法では、例えば水素ガス雰囲気中に
基板を放置していた。しかしながらこのアニール法はシ
リコン薄膜の改質には有効であったが、ゲート絶縁膜等
他の部分の改質には不十分であった。その為、シリコン
薄膜とゲート絶縁膜界面、もしくはゲート絶縁膜自体の
欠陥に起因して所謂ディプレッション等のトランジスタ
特性不良が生じた場合、従来のアニール方法では大きな
改善効果を得る事ができないという課題がある。
A thin film transistor is manufactured by a process substantially similar to a normal transistor formed on a silicon wafer. However, due to the heat resistance of the substrate and the like, it is not always possible to apply a sufficient high-temperature process, and it is difficult to obtain desired characteristics by simply manufacturing. Therefore, annealing has conventionally been performed for the purpose of modifying a silicon thin film or a gate insulating film. In the conventional annealing method, for example, the substrate is left in a hydrogen gas atmosphere. However, this annealing method was effective for modifying a silicon thin film, but was insufficient for modifying other parts such as a gate insulating film. Therefore, when a transistor characteristic failure such as so-called depression occurs due to a defect of the interface between the silicon thin film and the gate insulating film or the defect of the gate insulating film itself, there is a problem that a large improvement effect cannot be obtained by the conventional annealing method. is there.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明はトランジスタ特性の改善に効果的な
アニール方法を提供する事を目的とする。かかる目的を
達成する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明にかか
るトランジスタ製造方法は、シリコン薄膜、ゲート絶縁
膜、ゲート電極の順、又はゲート電極、ゲート絶縁膜、
シリコン薄膜の順で、これらを基板上に形成する工程
と、該シリコン薄膜にソース領域及びドレイン領域を形
成する工程と、コンタクトホールを介して該ソース領域
にソース電極を接続する工程と、コンタクトホールを介
して該ドレイン領域にドレイン電極を接続する工程とを
行なって薄膜トランジスタを完成し、酸素を含む気体の
プラズマ放電によって生成した酸素イオン及び酸素活性
種を含む雰囲気中に該完成した薄膜トランジスタを曝し
てアニールを行ない、該薄膜トランジスタを構成するい
ずれかの部分の酸素原子不足を補って該薄膜トランジス
タの特性を改善する事を特徴とする。該アニールが十分
かどうかを確認しながら繰り返し該アニールを行うと良
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is to provide an annealing method effective for improving transistor characteristics. The following measures were taken to achieve this purpose. That is, the transistor manufacturing method according to the present invention, the silicon thin film, the gate insulating film, the gate electrode in order, or the gate electrode, the gate insulating film
Forming a silicon thin film on the substrate, forming a source region and a drain region in the silicon thin film, connecting a source electrode to the source region through a contact hole, And a step of connecting a drain electrode to the drain region through to complete a thin film transistor, and exposing the completed thin film transistor to an atmosphere containing oxygen ions and oxygen active species generated by plasma discharge of a gas containing oxygen. Annealing to form the thin film transistor.
It is characterized in that the shortage of oxygen atoms in any of the portions is compensated to improve the characteristics of the thin film transistor. The annealing is sufficient
It is good to repeat the annealing while checking whether
There.

【0005】[0005]

【作用】本発明によれば、酸素イオン及び酸素活性種を
含む雰囲気中でアニールする事により、ゲート絶縁膜の
組成欠陥等を修復でき、トランジスタの特性向上並びに
特性均一化を図る事ができる。特に、従来問題となって
いたディプレッションを大きく改善する事が可能にな
る。
According to the present invention, by annealing in an atmosphere containing oxygen ions and oxygen active species, it is possible to repair a composition defect or the like of the gate insulating film, and to improve the characteristics and uniform the characteristics of the transistor. In particular, it is possible to greatly improve the depression, which has been a problem in the past.

【0006】[0006]

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図1は本発明にかかるトランジスタ製
造方法に適用されるアニール処理を実施する為の真空チ
ャンバ装置を示す模式図である。本装置は真空チャンバ
1を備えている。この真空チャンバ1は真空ポンプ2に
より真空排気可能である。又、ガス導入口3を介して所
望のガスを真空チャンバ1内に導入する事ができる。真
空チャンバ1内には互いに対向配置された一対の電極板
4,5が収納されている。上側の電極板4にはRF電源
6が接続されており、下側の電極板5は接地されてい
る。電極板5の下側にはヒータ7が取り付けられてい
る。ガス導入口3から酸素を導入し、RF電源6により
一対の電極板4,5の間にプラズマ8を発生させる。所
望によりヒータ7を加熱させ、下側電極板5の上に載置
された基板9のアニール処理を行なう。この基板9には
トランジスタが形成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing a vacuum chamber device for performing an annealing process applied to a transistor manufacturing method according to the present invention. This apparatus has a vacuum chamber 1. The vacuum chamber 1 can be evacuated by a vacuum pump 2. Further, a desired gas can be introduced into the vacuum chamber 1 through the gas inlet 3. In the vacuum chamber 1, a pair of electrode plates 4 and 5 arranged opposite to each other are housed. An RF power source 6 is connected to the upper electrode plate 4, and the lower electrode plate 5 is grounded. A heater 7 is mounted below the electrode plate 5. Oxygen is introduced from the gas inlet 3 and a plasma 8 is generated between the pair of electrode plates 4 and 5 by the RF power supply 6. If necessary, the heater 7 is heated, and the substrate 9 placed on the lower electrode plate 5 is annealed. The transistor is formed on the substrate 9.

【0007】引き続き図1を参照してアニール方法を詳
細に説明する。先ず、真空チャンバ1内に絶縁ゲート電
界効果型のトランジスタが形成された基板9を投入す
る。この基板9に形成されたトランジスタは少なくとも
ゲート絶縁膜の成膜が終った状態にある。次に真空チャ
ンバ1をポンプ2により排気し、例えば4×10 -5 Torr
程度の圧力まで真空に引く。又、ヒータ7を通電し、チ
ャンバ1内部及び基板9を、例えば300℃程度の温度
まで加熱する。次に、ガス導入口3を介して酸素ガスを
チャンバ1内に導入し内部圧力を500mTorr 程度にす
る。この状態で一対の電極板4,5の間にRF電源6に
より20W程度のパワーで13.5MHz の高周波を印加
し、チャンバ1内に酸素を含む気体の放電プラズマ8を
発生させる。プラズマ8に含まれる酸素イオン及び当該
プラズマによって活性化された酸素原子によって、基板
9に形成されたトランジスタがアニールされる。通常数
十分程度アニールすれば十分である。トランジスタ特性
を測定し、特性改善が不十分であれば繰り返しアニール
を行なう。これら一連の作業によりアニールは完了す
る。
Next, the annealing method will be described in detail with reference to FIG. First, the substrate 9 on which the insulated gate field effect transistor is formed is put into the vacuum chamber 1. The transistor formed on the substrate 9 is in a state where at least the formation of the gate insulating film has been completed. Next, the vacuum chamber 1 is evacuated by the pump 2 to, for example, 4 × 10 −5 Torr.
Vacuum to about pressure. Further, the heater 7 is energized to heat the inside of the chamber 1 and the substrate 9 to a temperature of, for example, about 300 ° C. Next, oxygen gas is introduced into the chamber 1 through the gas inlet 3 to set the internal pressure to about 500 mTorr. In this state, a high frequency of 13.5 MHz is applied between the pair of electrode plates 4 and 5 by the RF power source 6 at a power of about 20 W to generate a discharge plasma 8 of a gas containing oxygen in the chamber 1. The transistor formed on the substrate 9 is annealed by oxygen ions contained in the plasma 8 and oxygen atoms activated by the plasma. Normally, annealing for about several tens of minutes is sufficient. The transistor characteristics are measured, and if the characteristics are not sufficiently improved, annealing is repeatedly performed. Annealing is completed by a series of these operations.

【0008】上述したアニールの諸条件は単に例示した
ものであり、実際の条件の具体的数値設定やRF電源の
周波数設定等はアニールの対象となるトランジスタの個
々の特性に応じて最適に調整すれば良い。一般に、酸素
を含む気体の酸素濃度は1〜100%の間で設定され
る。又、プラズマ放電の出力は放電電極の面積に対して
0.5mW/cm2 〜5W/cm2 の範囲で設定される。さら
に酸素イオン及び/又は酸素活性種を含む雰囲気のガス
圧力は0.01Torrから760Torrの範囲に設定され
る。これらアニール処理における酸素濃度、プラズマ放
電出力、ガス圧力等の諸条件は、主としてプラズマを安
定して放電維持する事を目的として決定される。これら
の条件はプラズマを発生させるチャンバの形状等によっ
て変動し、上述した範囲から外れると一般に安定したプ
ラズマ放電が得られない。次に、アニール温度について
は室温から600℃の温度範囲で設定される。温度が高
くなる程酸素が活性化してアニールの効果が高くなる。
しかしながら基板に耐熱性があり所定の限界がある。
又、薄膜トランジスタの活性領域を構成する半導体とし
て多結晶シリコンや非晶質シリコンを使用した場合、6
00℃以上の高温にすると水素が離脱して特性劣化に繋
がるという制約がある。以上の観点からアニール温度は
室温から600℃の範囲が好ましい。特に、基板として
ガラス板等を用いた場合にはその耐熱性に鑑み、例えば
300℃程度のアニール温度が設定される。アニール時
間については1分から1000分の範囲で適宜選択可能
である。本発明にかかるアニールにおいてはトランジス
タの特性を測定しながらアニール処理を行なう。従っ
て、第1回目のアニール処理で特性改善が見られない場
合には再度アニール処理を行なう。所望の特性改善が得
られた段階でアニールを終了する。この様に、繰り返し
アニールを行なう事が可能であるのが本発明の特徴の1
つでもある。
The above annealing conditions are merely examples, and specific numerical settings of actual conditions, frequency settings of an RF power supply, and the like are optimally adjusted according to individual characteristics of a transistor to be annealed. Good. Generally, the oxygen concentration of a gas containing oxygen is set between 1 and 100%. The output of the plasma discharge is set in the range of 0.5 mW / cm 2 to 5 W / cm 2 with respect to the area of the discharge electrode. Further, the gas pressure of the atmosphere containing oxygen ions and / or oxygen active species is set in the range of 0.01 Torr to 760 Torr. Various conditions such as oxygen concentration, plasma discharge output, and gas pressure in these annealing processes are determined mainly for the purpose of maintaining stable discharge of plasma. These conditions vary depending on the shape of the chamber for generating the plasma and the like. If the conditions are out of the above-mentioned range, generally stable plasma discharge cannot be obtained. Next, the annealing temperature is set in a temperature range from room temperature to 600 ° C. The higher the temperature, the more oxygen is activated and the higher the effect of annealing.
However, the substrate has heat resistance and has certain limitations.
Further, when polycrystalline silicon or amorphous silicon is used as the semiconductor constituting the active region of the thin film transistor,
When the temperature is increased to a temperature higher than 00 ° C., there is a restriction that hydrogen is released, leading to deterioration of characteristics. From the above viewpoint, the annealing temperature is preferably in a range from room temperature to 600 ° C. In particular, when a glass plate or the like is used as the substrate, an annealing temperature of, for example, about 300 ° C. is set in consideration of the heat resistance. The annealing time can be appropriately selected in the range of 1 minute to 1000 minutes. In the annealing according to the present invention, the annealing is performed while measuring the characteristics of the transistor. Therefore, if no characteristic improvement is observed in the first annealing, the annealing is performed again. The annealing is completed when the desired characteristic improvement is obtained. As described above, one of the features of the present invention is that repeated annealing can be performed.
There is also one.

【0009】図2はアニールの対象となるトランジスタ
の一例を示す模式的な断面図である。図示の例では絶縁
ゲート電界効果型の薄膜トランジスタが前述した基板9
の上に形成されている。トランジスタの活性領域はシリ
コン薄膜10からなる。シリコン薄膜10は所定の形状
にパタニングされている。その両端部は高濃度に不純物
がドーピングされており、ソース領域11及びドレイン
領域12を構成する。シリコン薄膜10の上には二酸化
シリコン等からなるゲート絶縁膜13が成膜されてい
る。ゲート絶縁膜13の上にゲート電極14がパタニン
グ形成されている。コンタクトホールを介してソース領
域11には金属アルミニウム等からなるソース電極15
が接続している。同様にコンタクトホールを介してドレ
イン領域12には金属アルミニウム等からなるドレイン
電極16が接続している。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of a transistor to be annealed. In the example shown in the figure, the insulated gate field effect type thin-film transistor is
Is formed on. The active region of the transistor comprises a silicon thin film 10. The silicon thin film 10 is patterned into a predetermined shape. Both ends are heavily doped with impurities to form a source region 11 and a drain region 12. On the silicon thin film 10, a gate insulating film 13 made of silicon dioxide or the like is formed. A gate electrode 14 is formed on the gate insulating film 13 by patterning. A source electrode 15 made of metal aluminum or the like is provided on the source region 11 through the contact hole.
Is connected. Similarly, a drain electrode 16 made of metal aluminum or the like is connected to the drain region 12 via a contact hole.

【0010】図3は図2に示したトランジスタのアニー
ル処理前におけるVg−Ids特性を示したグラフであ
る。縦軸にドレイン電流Idsをとってあり、横軸にゲ
ート電圧Vgをとってある。グラフから明らかな様にV
g−Ids特性は大きくディプレッション側に偏ってお
り、このままでは実用に供する事ができない。又、ゲー
ト電圧Vgの上昇に応じて立ち上がっていくドレイン電
流Idsの度合(スイング)もなだらかであり必ずしも
十分な特性が得られていない。これに対して図4のグラ
フは、図2に示したトランジスタを図1に説明した装置
を用いて30分間アニールした場合のVg−Ids特性
を測定したグラフである。図3と比較すれば明らかな様
に、本発明にかかるアニール処理によりトランジスタの
ディプレッションが大幅に改善され、且つスイングが顕
著に向上している。
FIG. 3 is a graph showing Vg-Ids characteristics of the transistor shown in FIG. 2 before annealing. The vertical axis represents the drain current Ids, and the horizontal axis represents the gate voltage Vg. As is clear from the graph,
The g-Ids characteristic is largely biased toward the depletion side, and cannot be put to practical use as it is. Also, the degree (swing) of the drain current Ids rising with the rise of the gate voltage Vg is gentle, and sufficient characteristics are not necessarily obtained. On the other hand, the graph of FIG. 4 is a graph obtained by measuring the Vg-Ids characteristics when the transistor shown in FIG. 2 is annealed for 30 minutes using the apparatus described in FIG. As is clear from the comparison with FIG. 3, the depletion of the transistor is greatly improved and the swing is significantly improved by the annealing treatment according to the present invention.

【0011】図5は図1に示したアニール用真空チャン
バ装置の改良例を示す模式図である。基本的には図1の
装置と同一であり、対応する部分には対応する参照番号
を付して理解を容易にしている。異なる点は、電極板5
の代わりに、中空配置された電極グリッド25を用いた
事である。この電極グリッド25は接地されておりRF
電源6に接続された上側の電極板4との間でプラズマ8
を発生させる。一方、基板9は電極グリッド25から離
間配置されたヒータ7の上に直接載置されている。この
例は、トランジスタの形成された基板9から離間した場
所に位置する電極グリッド25及び電極板4の間にプラ
ズマ8を発生させるリモートプラズマ法により、酸素を
励起するものである。このリモートプラズマ法により放
電プラズマから電極グリッド25を介して導出された酸
素活性種17の雰囲気中でトランジスタをアニールす
る。このリモートプラズマ法によれば、基板9を直接プ
ラズマ8の中に曝さなくても良いので、プラズマによる
トランジスタその他に対するダメージを減少させる事が
できる。
FIG. 5 is a schematic view showing an improved example of the vacuum chamber apparatus for annealing shown in FIG. Basically, it is the same as the apparatus of FIG. 1, and corresponding parts are denoted by corresponding reference numerals to facilitate understanding. The difference is that the electrode plate 5
Instead of using the electrode grid 25 arranged in a hollow. This electrode grid 25 is grounded and RF
Plasma 8 between the upper electrode plate 4 connected to the power source 6
Generate. On the other hand, the substrate 9 is directly mounted on the heater 7 spaced from the electrode grid 25. In this example, oxygen is excited by a remote plasma method in which a plasma 8 is generated between an electrode grid 25 and an electrode plate 4 located at a position separated from a substrate 9 on which transistors are formed. The transistor is annealed in the atmosphere of the oxygen activated species 17 derived from the discharge plasma via the electrode grid 25 by the remote plasma method. According to this remote plasma method, the substrate 9 does not need to be directly exposed to the plasma 8, so that damage to transistors and the like due to the plasma can be reduced.

【0012】図6は、図5に示したチャンバ構造の変形
例を示す模式図である。基本的には同一の構造を有して
おり対応する部分には対応する参照番号を付して理解を
容易にしている。異なる点は、互いに分離したプラズマ
チャンバ1Aとアニールチャンバ1Bが連通部1Cを介
して互いに接続された構造となっている事である。プラ
ズマチャンバ1Aには一対の電極板4,5が収納されて
いる。一方の電極板4はRF電源6に接続されており、
他方の電極板5は接地されている。ガス導入口3から酸
素を導入し、両電極板4,5の間に所定の高周波を印加
する事により放電プラズマ8が得られる。このプラズマ
により得られた酸素の活性種17は連通部1Cを介して
アニールチャンバ1Bに導かれる。このアニールチャン
バ1Bにはヒータ7が組み込まれており、その上にアニ
ール処理の対象となるトランジスタの形成された基板9
が載置される。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a modification of the chamber structure shown in FIG. Basically, they have the same structure, and corresponding parts are denoted by corresponding reference numerals to facilitate understanding. The difference is that the plasma chamber 1A and the annealing chamber 1B which are separated from each other are connected to each other via a communication portion 1C. A pair of electrode plates 4 and 5 are housed in the plasma chamber 1A. One electrode plate 4 is connected to an RF power source 6,
The other electrode plate 5 is grounded. Discharge plasma 8 is obtained by introducing oxygen from gas inlet 3 and applying a predetermined high frequency between both electrode plates 4 and 5. The active species 17 of oxygen obtained by this plasma are led to the annealing chamber 1B via the communication part 1C. A heater 7 is incorporated in the annealing chamber 1B, and a substrate 9 on which a transistor to be subjected to an annealing process is formed.
Is placed.

【0013】本発明にかかるアニール処理は、基本的に
トランジスタのゲート絶縁膜形成以降の工程であればい
つ行なっても良い。例えば、図2に示した例では、基板
9の上にトランジスタのゲート電極14、ソース電極1
5、ドレイン電極16を形成した後の段階でアニールを
行なっている。しかしながら、本発明はこれに限られる
ものではない。例えば、図7に示した様に、基板9の表
面にゲート絶縁膜13を成膜した直後アニール処理を施
しても良い。この場合には、ゲート絶縁膜13の下に、
既にソース領域11及びドレイン領域12を含むシリコ
ン薄膜10がパタニング形成されている。あるいは、図
8に示す様にゲート電極14、ソース電極15、ドレイ
ン電極16を被覆する様にパッシベーション膜18を成
膜した後の工程で、本発明にかかるアニール処理を施し
ても有効である。あるいは、図6ないし図8に示した様
にゲート電極がゲート絶縁膜の上に位置するトップゲー
トタイプのみではなく、図9に示す様にボトムゲートタ
イプのトランジスタに対しても本発明にかかるアニール
方法は有効である。図9に示すボトムゲートタイプで
は、基板9の表面にゲート電極14がパタニング形成さ
れており、ゲート絶縁膜13を介してトランジスタの活
性領域となるシリコン薄膜10がパタニング形成されて
いる。シリコン薄膜10の両端には不純物が高濃度にド
ーピングされたソース領域11及びドレイン領域12が
形成される。かかる構成を有するボトムゲートトランジ
スタはパッシベーション膜18により被覆される。パッ
シベーション膜18に設けられたコンタクトホールを介
してソース領域11にはソース電極15が接続し、ドレ
イン領域12にはドレイン電極16が接続する。なお、
上述したトランジスタには半導体材料としてシリコンが
用いられているが、本発明にかかるアニール方法は他の
種類の半導体材料を用いるトランジスタに対しても有効
である。又、半導体材料が単結晶、多結晶、非晶質の何
れであっても所定の改質効果が得られる。又、ゲート絶
縁膜については酸化物あるいは窒化物の何れであっても
所望の効果を得る事ができる。
The annealing process according to the present invention may be basically performed at any time after the formation of the gate insulating film of the transistor. For example, in the example shown in FIG. 2, the gate electrode 14 and the source electrode 1
5. Annealing is performed after the drain electrode 16 is formed. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 7, an annealing process may be performed immediately after the gate insulating film 13 is formed on the surface of the substrate 9. In this case, below the gate insulating film 13,
The silicon thin film 10 including the source region 11 and the drain region 12 has already been patterned. Alternatively, it is effective to perform the annealing treatment according to the present invention in the step after forming the passivation film 18 so as to cover the gate electrode 14, the source electrode 15, and the drain electrode 16 as shown in FIG. Alternatively, the annealing according to the present invention can be applied not only to the top gate type where the gate electrode is located on the gate insulating film as shown in FIGS. 6 to 8, but also to the bottom gate type as shown in FIG. The method is effective. In the bottom gate type shown in FIG. 9, a gate electrode 14 is formed on the surface of a substrate 9 by patterning, and a silicon thin film 10 serving as an active region of a transistor is formed by patterning via a gate insulating film 13. At both ends of the silicon thin film 10, a source region 11 and a drain region 12, which are heavily doped with impurities, are formed. The bottom gate transistor having such a configuration is covered with the passivation film 18. A source electrode 15 is connected to the source region 11 through a contact hole provided in the passivation film 18, and a drain electrode 16 is connected to the drain region 12. In addition,
Although silicon is used as the semiconductor material in the above-described transistor, the annealing method according to the present invention is also effective for transistors using other types of semiconductor materials. Further, a predetermined modifying effect can be obtained regardless of whether the semiconductor material is single crystal, polycrystal, or amorphous. In addition, a desired effect can be obtained by using either an oxide or a nitride for the gate insulating film.

【0014】上述した様に、本発明は酸素を含む気体の
プラズマ放電によって生成した酸素イオン及び/又は酸
素活性種を含む雰囲気中でアニールする事に特徴があ
る。酸素を含む気体をチャンバ中に作り出す為、前述の
実施例では酸素ガスを導入していたが、これに限られる
ものではない。一般に、酸素原子を含むプラズマ励起ガ
スを用いる事が可能である。純粋な酸素ガスのみではな
く例えば笑気ガス(亜酸化窒素)等もこのプラズマアニ
ールの励起ガスとして使用可能である。笑気ガスを用い
た場合のアニール効果を図10及び図11に示す。図1
0はアニール前におけるトランジスタのゲート電圧/ド
レイン電流特性を測定したグラフである。図示する様
に、特性カーブは大きくディプレッション側に偏ってお
り、且つ立ち上がりも比較的なだらかである。一方、図
11は笑気ガスプラズマを用いたアニール処理後におけ
る、トランジスタのゲート電圧/ドレイン電流特性を測
定したグラフである。図示する様に、特性カーブのディ
プレッションは大きく改善され、且つスイングも大幅に
改善している。この様に励起ガスとしてはプラズマ雰囲
気中に酸素が含まれていれば良く、組成中に酸素原子が
存在している限りその種類を問うものではない。
As described above, the present invention is characterized in that annealing is performed in an atmosphere containing oxygen ions and / or oxygen active species generated by plasma discharge of a gas containing oxygen. Although an oxygen gas is introduced in the above-described embodiment to generate a gas containing oxygen in the chamber, the present invention is not limited to this. Generally, a plasma excitation gas containing oxygen atoms can be used. Not only pure oxygen gas but also laughing gas ( nitrous oxide ), for example, can be used as the excitation gas for this plasma annealing. FIGS. 10 and 11 show the annealing effect when laughing gas is used. FIG.
0 is a graph showing measured gate voltage / drain current characteristics of the transistor before annealing. As shown, the characteristic curve is largely biased toward the depletion side, and the rise is relatively gentle. On the other hand, FIG. 11 is a graph in which the gate voltage / drain current characteristics of the transistor after the annealing process using the laughing gas plasma are measured. As shown in the figure, the depression of the characteristic curve is greatly improved, and the swing is also greatly improved. As described above, it is sufficient that oxygen is contained in the plasma atmosphere as the excitation gas, and the type of the excitation gas does not matter as long as oxygen atoms are present in the composition.

【0015】最後に、酸素イオン及び/又は酸素活性種
を含む雰囲気中でアニールする事によりトランジスタの
ディプレッションを改善できる点につき、若干の理論的
な考察を加えておく。アニールによる酸素導入でディプ
レッションが直せるという事は、トランジスタを構成す
る何れかの部分で酸素原子が不足しているという事を意
味している。例えば、ゲート絶縁膜を構成するSiO2
膜に酸素ベーカンシーが存在している可能性がある。酸
素ベーカンシーが生じるとSiOの状態が生じ正電荷
が勝る様になる。この結果、トランジスタ特性のディプ
レッションが生じる可能性がある。酸素ベーカンシーの
生じる原因としては、SiO2 膜そのものに最初から酸
素ベーカンシーが生じている可能性がある。あるいは、
成膜された状態では生じていないが、金属アルミニウム
をゲート電極として堆積すると、アルミニウムが酸素を
吸着しこれによって酸素ベーカンシーが生じる可能性も
考えられる。他の原因としてはOH基が考えられる。S
iO2 膜の中にOH基が含まれると、大気中の水素と結
合してOH基がSi原子から分離し、その為正電荷が勝
る様になる事も考えられる。いかなる原因にしても、多
分にゲート絶縁膜のプロセスや組成にデプレッションの
原因があると思われる。従って、本発明にかかるアニー
ルは薄膜トランジスタ性能の安定化及び改善を図る上で
極めて効果的である。
Finally, some theoretical considerations will be given on the point that the depletion of the transistor can be improved by annealing in an atmosphere containing oxygen ions and / or oxygen active species. The fact that the depletion can be corrected by introducing oxygen by annealing means that oxygen atoms are deficient in any part of the transistor. For example, SiO 2 constituting a gate insulating film
Oxygen vacancies may be present in the membrane. When oxygen vacancy occurs, a state of SiO + is generated and the positive charge becomes superior. As a result, depletion of transistor characteristics may occur. As a cause of the oxygen vacancy, there is a possibility that the oxygen vacancy is generated from the beginning in the SiO 2 film itself. Or,
Although it does not occur in the film-formed state, when metal aluminum is deposited as a gate electrode, it is conceivable that aluminum adsorbs oxygen and thereby causes oxygen vacancy. Another cause may be an OH group. S
When the OH group is contained in the iO 2 film, it is considered that the OH group is separated from the Si atom by bonding with hydrogen in the atmosphere, and therefore, the positive charge may prevail. Regardless of the cause, it is considered that there is probably a cause of depletion in the process and composition of the gate insulating film. Therefore, the annealing according to the present invention is extremely effective in stabilizing and improving the performance of the thin film transistor.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、酸
素を含む気体のプラズマ放電によって生成した酸素イオ
ン及び/又は酸素活性種を含む雰囲気中でアニールする
事により、トランジスタのディプレッションを大幅に改
善する事ができるという効果がある。又、ゲート電圧の
上昇に応じて立ち上がっていくドレイン電流の度合を示
すスイングも向上させる事ができる。さらに、このアニ
ールによって同一基板上に集積形成される個々のトラン
ジスタの特性が均一化するという効果がある。又、本発
明のアニールは、トランジスタの製造工程中だけでなく
トランジスタが完成した後の段階でも特性向上の効果が
ある為、アニールが十分かどうかを確認しながら繰り返
し行なう事ができ歩留まりを上げる事が可能になる。さ
らには、本発明にかかるアニールは特に高温条件を要し
ないのでトランジスタ製造プロセスの低温化が図れると
いう効果がある。
As described above, according to the present invention, the depletion of a transistor can be greatly reduced by annealing in an atmosphere containing oxygen ions and / or oxygen active species generated by plasma discharge of a gas containing oxygen. There is an effect that can be improved. Further, the swing indicating the degree of the drain current rising in response to the rise of the gate voltage can be improved. Further, the annealing has the effect of making the characteristics of the individual transistors integrated on the same substrate uniform. In addition, the annealing of the present invention has the effect of improving characteristics not only during the transistor manufacturing process but also at the stage after the transistor is completed. Therefore, the annealing can be repeatedly performed while checking whether the annealing is sufficient, and the yield can be increased. Becomes possible. Furthermore, the annealing according to the present invention does not require a particularly high temperature condition, and thus has an effect that the temperature of the transistor manufacturing process can be reduced.

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

【図1】本発明にかかるトランジスタ製造方法に適用さ
れるアニール方法の実施に用いる真空チャンバ装置を示
す模式図である。
FIG. 1 is a schematic view showing a vacuum chamber apparatus used for performing an annealing method applied to a transistor manufacturing method according to the present invention.

【図2】本発明の対象となるトランジスタを示す模式的
な断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a transistor to which the present invention is applied.

【図3】アニール前の状態におけるトランジスタのゲー
ト電圧/ドレイン電流特性を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing gate voltage / drain current characteristics of a transistor before annealing.

【図4】同じくアニール処理後におけるトランジスタの
ゲート電圧/ドレイン電流特性を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing gate voltage / drain current characteristics of the transistor after the annealing process.

【図5】図1に示した真空チャンバ装置の変形例を示す
模式図である。
FIG. 5 is a schematic view showing a modified example of the vacuum chamber device shown in FIG.

【図6】同じく真空チャンバ装置の他の変形例を示す模
式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing another modified example of the vacuum chamber device.

【図7】本発明のアニールの対象となるトランジスタの
構造を示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a structure of a transistor to be annealed according to the present invention.

【図8】同じくトランジスタの他の構造を示す模式図で
ある。
FIG. 8 is a schematic diagram showing another structure of the transistor.

【図9】同じくトランジスタの別の構造例を示す模式図
である。
FIG. 9 is a schematic view showing another example of the structure of the transistor.

【図10】亜酸化窒素を用いたプラズマアニール前にお
けるトランジスタのゲート電圧/ドレイン電流特性を示
すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing gate voltage / drain current characteristics of a transistor before plasma annealing using nitrous oxide .

【図11】亜酸化窒素を用いたプラズマアニール後にお
けるトランジスタのゲート電圧/ドレイン電流特性を示
すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing gate voltage / drain current characteristics of a transistor after plasma annealing using nitrous oxide .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空チャンバ 2 真空ポンプ 3 ガス導入口 4 電極板 5 電極板 6 RF電源 7 ヒータ 8 プラズマ 9 基板 1 vacuum chamber 2 vacuum pump 3 Gas inlet 4 Electrode plate 5 Electrode plate 6 RF power supply 7 heater 8 Plasma 9 Substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐野 直樹 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 香野 淳 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 鮫島 俊之 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 矢野 三千久 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−95575(JP,A) 特開 平1−120070(JP,A) 特開 平2−91937(JP,A) 特開 平3−41731(JP,A) 特開 平4−144129(JP,A) 特開 平4−282841(JP,A) 特開 平4−299566(JP,A) 特開 平6−196702(JP,A) 特開 昭59−46748(JP,A) 特開 昭60−136259(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/324 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Naoki Sano, Inventor Naoki 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (72) Inventor Jun Atsushi 6-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation (72) Inventor Toshiyuki Samejima 6-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation (72) Inventor Michihisa Yano 6-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo (56) References JP-A-1-95575 (JP, A) JP-A-1-120070 (JP, A) JP-A-2-91937 (JP, A) JP-A-3-41731 ( JP, A) JP-A-4-144129 (JP, A) JP-A-4-282841 (JP, A) JP-A-4-299566 (JP, A) JP-A-6-196702 (JP, A) JP-A-59-46748 (JP, A) JP-A-60-136259 (JP, A) (58) ) Surveyed field (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/324

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 シリコン薄膜、ゲート絶縁膜、ゲート電
極の順、又はゲート電極、ゲート絶縁膜、シリコン薄膜
の順で、これらを基板上に形成する工程と、該シリコン
薄膜にソース領域及びドレイン領域を形成する工程と、
コンタクトホールを介して該ソース領域にソース電極を
接続する工程と、コンタクトホールを介して該ドレイン
領域にドレイン電極を接続する工程とを行なって薄膜ト
ランジスタを完成し、 酸素を含む気体のプラズマ放電によって生成した酸素イ
オン及び酸素活性種を含む雰囲気中に該完成した薄膜ト
ランジスタを曝してアニールを行ない、該薄膜トランジスタを構成するいずれかの部分の酸素原
子不足を補って 該薄膜トランジスタの特性を改善する事
を特徴とするトランジスタ製造方法。
A step of forming these on a substrate in the order of a silicon thin film, a gate insulating film, and a gate electrode, or a gate electrode, a gate insulating film, and a silicon thin film; and forming a source region and a drain region on the silicon thin film. Forming a;
A step of connecting a source electrode to the source region through a contact hole and a step of connecting a drain electrode to the drain region through a contact hole are performed to complete a thin film transistor, which is generated by plasma discharge of a gas containing oxygen. The completed thin film transistor is exposed to an atmosphere containing the oxygen ions and oxygen active species thus annealed to anneal the thin film transistor.
A method for manufacturing a transistor, characterized in that the characteristics of the thin film transistor are improved by compensating for the shortage of elements.
【請求項2】 該アニールが十分かどうかを確認しなが
ら繰り返し該アニールを行うことを特徴とする請求項1
記載のトランジスタ製造方法
2. Checking whether said annealing is sufficient.
Wherein the annealing is repeated.
The transistor manufacturing method according to the above .
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