JP3445573B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3445573B2
JP3445573B2 JP2000356940A JP2000356940A JP3445573B2 JP 3445573 B2 JP3445573 B2 JP 3445573B2 JP 2000356940 A JP2000356940 A JP 2000356940A JP 2000356940 A JP2000356940 A JP 2000356940A JP 3445573 B2 JP3445573 B2 JP 3445573B2
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友彦 佐藤
聡 寺本
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス等の絶縁基
板、あるいは各種基板上に形成された絶縁性被膜上に設
けられた非単結晶珪素膜を用いた絶縁ゲイト構造を有す
る半導体装置、例えば、薄膜トランジスタ(TFT)や
薄膜ダイオード(TFD)、またはそれらを応用した薄
膜集積回路、特にアクティブ型液晶表示装置(液晶ディ
スプレー)用薄膜集積回路、およびその作製方法に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having an insulating gate structure using a non-single-crystal silicon film provided on an insulating substrate such as glass or an insulating coating formed on various substrates, for example, The present invention relates to a thin film transistor (TFT), a thin film diode (TFD), or a thin film integrated circuit to which they are applied, particularly a thin film integrated circuit for an active liquid crystal display device (liquid crystal display), and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ガラス等の絶縁基板上にTFTを
有する半導体装置、例えば、TFTを画素の駆動に用い
るアクティブ型液晶表示装置やイメージセンサー等が開
発されている。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices having TFTs on an insulating substrate such as glass, for example, active type liquid crystal display devices using TFTs for driving pixels and image sensors have been developed.

【0003】これらの装置に用いられるTFTには、薄
膜状の非単結晶珪素半導体を用いるのが一般的である。
薄膜状の珪素半導体としては、非晶質珪素半導体(a−
Si)からなるものと結晶性を有する多結晶もしくは実
質的に多結晶の珪素半導体からなるものの2つに大別さ
れる。非晶質珪素半導体は作製温度が低く、気相法で比
較的容易に作製することが可能で量産性に富むため、最
も一般的に用いられているが、電界効果移動度、導電率
等の物性が結晶性を有する珪素半導体に比べて劣るた
め、今後、より高速特性を得るためには、多結晶性を有
する珪素半導体からなるTFTの作製方法の確立が強く
求められている。
A thin film non-single crystal silicon semiconductor is generally used for a TFT used in these devices.
As a thin film silicon semiconductor, an amorphous silicon semiconductor (a-
It is roughly classified into two, that is, one made of Si) and one made of polycrystalline or substantially polycrystalline silicon semiconductor having crystallinity. Amorphous silicon semiconductors are the most commonly used because they have a low manufacturing temperature, can be relatively easily manufactured by a vapor phase method, and have high mass productivity. Since the physical properties are inferior to those of crystalline silicon semiconductors, in order to obtain higher speed characteristics in the future, there is a strong demand for establishment of a method for manufacturing a TFT made of a polycrystalline silicon semiconductor.

【0004】移動度の小さな非晶質珪素を用いたTFT
の場合には、ゲイト絶縁膜の特性はあまり問題とならな
かった。例えば、非晶質珪素を用いたTFTでは、ゲイ
ト絶縁膜として酸化珪素よりも電気的特性に劣る窒化珪
素膜が用いられる。しかし、移動度の高い結晶性の珪素
膜を用いたTFTでは、珪素膜自体の特性と同じくらい
ゲイト絶縁膜の特性が大きな問題であった。ゲイト絶縁
膜として好ましいものとしては熱酸化膜が知られてい
る。例えば、石英基板のように高温に耐える基板上であ
れば、熱酸化法を用いてゲイト絶縁膜を得ることができ
た。(例えば、特公平3−71793)
TFT using amorphous silicon having low mobility
In this case, the characteristics of the gate insulating film did not pose a problem. For example, in a TFT using amorphous silicon, a silicon nitride film having electric characteristics inferior to that of silicon oxide is used as a gate insulating film. However, in a TFT using a crystalline silicon film having high mobility, the characteristics of the gate insulating film are as great a problem as the characteristics of the silicon film itself. A thermal oxide film is known as a preferable gate insulating film. For example, a gate insulating film could be obtained by using a thermal oxidation method on a substrate such as a quartz substrate that can withstand high temperatures. (For example, Japanese Patent Publication No. 3-71793)

【0005】熱酸化法によって、ゲイト絶縁膜として使
用するに足る酸化珪素膜を得るには、950℃以上の高
温が必要であった。しかしながら、このような高温処理
に耐えうる基板材料は石英の他にはなく、石英基板は高
価であり、かつ、融点が高いために大面積化が困難であ
るという問題があった。また、いわゆる3次元集積回
路、立体集積回路のように、TFT等の半導体装置を多
層に有する装置においては、上層の熱酸化工程の際に9
00℃以上の高温になると、下層に存在するN型もしく
はP型不純物が意図されている以上に拡散するという問
題もあった。さらに、950℃以上もの高温を得るため
には装置において困難な点があり、特に量産性を満足さ
せることは難しかった。
In order to obtain a silicon oxide film that can be used as a gate insulating film by the thermal oxidation method, a high temperature of 950 ° C. or higher is required. However, there is a substrate material other than quartz that can withstand such a high-temperature treatment, and the quartz substrate is expensive and has a problem that it is difficult to increase the area because it has a high melting point. Further, in a device having a multi-layered semiconductor device such as a TFT such as a so-called three-dimensional integrated circuit or a three-dimensional integrated circuit, it is necessary to use a 9
At a high temperature of 00 ° C. or higher, there is also a problem that N-type or P-type impurities existing in the lower layer diffuse more than intended. Further, there is a difficulty in the apparatus in order to obtain a temperature as high as 950 ° C. or more, and it is particularly difficult to satisfy mass productivity.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このような問題から、
最高プロセス温度を850℃以下とすることが求められ
ていた。しかしなから、850℃以下の温度では熱酸化
は実質的に進行せず、そのため、ゲイト絶縁膜はスパッ
タ法等の物理的気相成長(PVD)法、あるいはプラズ
マCVD法、熱CVD法等の化学的気相成長(CVD)
法を用いて作製せざるを得なかった。
[Problems to be Solved by the Invention]
It has been required to set the maximum process temperature to 850 ° C or lower. However, thermal oxidation does not substantially proceed at a temperature of 850 ° C. or lower, and therefore the gate insulating film is formed by physical vapor deposition (PVD) such as sputtering, plasma CVD, thermal CVD, or the like. Chemical vapor deposition (CVD)
It had to be produced using the method.

【0007】しかしながら、PVD法、CVD法によっ
て作製した絶縁膜は不対結合手や水素の濃度が高く、ま
た、界面特性も良くなかった。そのため、ホットキャリ
ヤ等の注入に対しても弱く、不対結合手や水素が原因と
なり、電荷捕獲中心が形成されやすかった。このため、
TFTのゲイト絶縁膜として用いた場合に電界移動度や
サブスレシュホールド特性値(S値)が、良くないとい
う問題点、あるいはゲイト電極のリーク電流が多く、オ
ン電流の低下(劣化・経時変化)がひどいという問題点
があった。
However, the insulating film produced by the PVD method or the CVD method has a high concentration of dangling bonds and hydrogen, and the interface characteristics are not good. Therefore, it is weak against injection of hot carriers and the like, and is likely to form charge trap centers due to dangling bonds and hydrogen. For this reason,
When used as a gate insulating film of a TFT, the electric field mobility and the subthreshold characteristic value (S value) are not good, or the leak current of the gate electrode is large and the on-current decreases (deterioration / aging). There was a problem that it was terrible.

【0008】例えば、PVD法であるスパッタ法を用い
る場合には、高純度の酸素と珪素からなる合成石英をタ
ーゲットとすれば、原理的には酸素と珪素の化合物の被
膜のみが形成される。しかし、得られる被膜の酸素と珪
素の比率が化学量論比に近く、かつ、不対結合手の少な
い酸化珪素膜を得ることは極めて難しかった。例えば、
スパッタガスとして酸素が好ましかった。しかし、酸素
は原子量が小さく、このため、スパッタ速度(堆積速
度)が小さく、量産を考慮した場合には、不適切であっ
た。
[0008] For example, in the case of using the sputtering method which is the PVD method, if synthetic quartz composed of high-purity oxygen and silicon is used as a target, in principle only a film of a compound of oxygen and silicon is formed. However, it was extremely difficult to obtain a silicon oxide film in which the ratio of oxygen to silicon in the obtained coating is close to the stoichiometric ratio and the number of dangling bonds is small. For example,
Oxygen was the preferred sputter gas. However, oxygen has a small atomic weight and therefore has a low sputtering rate (deposition rate), which is inappropriate when mass production is taken into consideration.

【0009】さらに、アルゴン等の雰囲気においては、
十分な成膜速度が得られたものの、酸素と珪素の比率が
化学量論比と異なり、ゲイト絶縁膜としては極めて不適
当なものであった。また、スパッタ雰囲気をどのように
しても珪素の不対結合手を低減することは難しく、成膜
後に水素アニールをおこなうことによって、珪素の不対
結合手Si・もしくはSiO・をSi−H、Si−OH
として、安定化させることが必要であった。しかしなが
ら、Si−H、Si−OH結合は不安定で、加速した電
子によって、容易に切断され、もとの珪素の不対結合手
に変化してしまった。このような弱い結合Si−H、S
i−OHの存在が上述のホットキャリヤ注入による劣化
の要因となったものである。
Further, in an atmosphere such as argon,
Although a sufficient film formation rate was obtained, the ratio of oxygen and silicon was different from the stoichiometric ratio, and it was extremely unsuitable as a gate insulating film. Further, it is difficult to reduce the dangling bonds of silicon regardless of the sputtering atmosphere, and by performing hydrogen annealing after film formation, the dangling bonds of silicon Si. -OH
As a result, it was necessary to stabilize. However, the Si-H and Si-OH bonds are unstable, and are easily broken by the accelerated electrons and converted into the original dangling bonds of silicon. Such weak bond Si-H, S
The presence of i-OH is a factor that causes the deterioration due to the above hot carrier injection.

【0010】同様にプラズマCVD法を用いて作製され
た酸化珪素膜にもSi−H、Si−OHの形で多くの水
素が含有されており、上記の問題の源泉となっていた。
加えて、比較的扱いやすい珪素源として、テトラ・エト
キシ・シラン(TEOS)を用いた場合には、炭素が酸
化珪素膜中に含まれるという問題もあった。本発明は、
上記の問題を解決する手段を提供するものである。
Similarly, a silicon oxide film produced by the plasma CVD method also contains a large amount of hydrogen in the form of Si--H and Si--OH, which has been a source of the above problems.
In addition, when tetra-ethoxy-silane (TEOS) is used as a silicon source that is relatively easy to handle, there is a problem that carbon is contained in the silicon oxide film. The present invention is
The present invention provides means for solving the above problems.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明では、最初にPV
D法もしくはCVD法によって、島状の結晶性珪素を覆
って、酸化珪素膜を形成した後、窒化水素(例えば、ア
ンモニア(NH3 )、ヒドラジン(N2 4 )等)を含
む雰囲気において、600〜850℃、好ましくは65
0〜800℃でアニールすることによって、酸化珪素膜
の特性、特に珪素との界面の特性を改質する。
In the present invention, firstly, PV is used.
After forming the silicon oxide film by covering the island-shaped crystalline silicon by the D method or the CVD method, in an atmosphere containing hydrogen nitride (for example, ammonia (NH 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ), etc.), 600-850 ° C, preferably 65
By annealing at 0 to 800 ° C., the characteristics of the silicon oxide film, especially the characteristics of the interface with silicon are modified.

【0012】本発明においては、例えば、PVD法とし
てはスパッタ法、CVD法としては、プラズマCVD
法、減圧CVD法、大気圧CVD法を用いればよい。そ
の他の成膜方法を用いることも可能である。プラズマC
VD法、減圧CVD法としては、TEOSを原料とする
方法を用いてもよい。プラズマCVD法によってTEO
Sと酸素を原料として酸化珪素膜を堆積する場合には、
基板温度を200〜500℃とするとよい。減圧CVD
法においてTEOSとオゾンを用いた反応は比較的低温
(例えば、375℃±20℃)で進行し、プラズマによ
るダメージが無い酸化珪素膜を得ることができる。同様
に、減圧CVD法によってモノシラン(SiH4 )と酸
素(O2 )を主たる原料として反応させてもプラズマに
よるダメージが無い酸化珪素膜を得られる。。また、プ
ラズマCVD法のうち、ECR(電子サイクロトロン共
鳴)条件の放電を用いるECR−CVD法は、プラズマ
によるダメージが小さいので、より良好なゲイト絶縁膜
を形成することができる。
In the present invention, for example, the PVD method is a sputtering method, and the CVD method is a plasma CVD method.
Method, low pressure CVD method, or atmospheric pressure CVD method may be used. Other film forming methods can also be used. Plasma C
As the VD method and the low pressure CVD method, a method using TEOS as a raw material may be used. TEO by plasma CVD method
When a silicon oxide film is deposited using S and oxygen as raw materials,
The substrate temperature is preferably 200 to 500 ° C. Low pressure CVD
In the method, the reaction using TEOS and ozone proceeds at a relatively low temperature (for example, 375 ° C. ± 20 ° C.), and a silicon oxide film free from plasma damage can be obtained. Similarly, a silicon oxide film which is not damaged by plasma can be obtained even when monosilane (SiH 4 ) and oxygen (O 2 ) are reacted as main raw materials by the low pressure CVD method. . Further, among the plasma CVD methods, the ECR-CVD method using discharge under ECR (electron cyclotron resonance) conditions is less damaged by plasma, so that a better gate insulating film can be formed.

【0013】本発明において活性層となる結晶性珪素を
形成するには、プラズマCVD法等によって得られる非
晶質珪素膜を出発材料として用いるが、結晶か方法とし
ては大きく分けて2通りの方法がある。第1は、非晶質
珪素膜を形成した後、500〜650℃の温度で適切な
時間の熱アニールを実施することにより、結晶化せしめ
る方法である。結晶化の際に、ニッケル、鉄、白金、パ
ラジウム、コバルト等の非晶質珪素の結晶化を促進する
元素を添加してもよい。これらの元素を添加すると、結
晶化温度を低下させ、また、結晶化時間を短縮すること
ができる。
In the present invention, an amorphous silicon film obtained by a plasma CVD method or the like is used as a starting material for forming crystalline silicon to be an active layer. The crystal forming method is roughly divided into two methods. There is. The first is a method of crystallizing the amorphous silicon film by performing thermal annealing at a temperature of 500 to 650 ° C. for an appropriate time after forming the amorphous silicon film. At the time of crystallization, an element that promotes crystallization of amorphous silicon such as nickel, iron, platinum, palladium, or cobalt may be added. When these elements are added, the crystallization temperature can be lowered and the crystallization time can be shortened.

【0014】これらの元素は高濃度に含有されていると
珪素の半導体特性を損なうので、結晶化に十分で、か
つ、半導体特性にほとんど影響のない、1×1017〜1
×10 19原子/cm3 の濃度で含有されることが好まし
い。第2の方法としては、非晶質珪素膜にレーザー等の
強光を照射することによって結晶化させる、いわゆるレ
ーザーアニール法がある。上記、第1、第2の方法のう
ち、いずれの方法を選択するかは本発明を実施するもの
が必要とするTFTの特性、利用できる装置、設備投資
額等を勘案して決定すればよい。
If these elements are contained in high concentration
Since it impairs the semiconductor characteristics of silicon, it is sufficient for crystallization.
1 x 10 which has almost no effect on semiconductor characteristics17~ 1
× 10 19Atom / cm3Is preferred to be contained at a concentration of
Yes. The second method is to use a laser or the like on the amorphous silicon film.
The so-called laser is used to crystallize by irradiating strong light.
There is a laser annealing method. The above first and second methods
Which method is selected depends on the implementation of the present invention.
Required TFT characteristics, available equipment, capital investment
It may be decided in consideration of the amount.

【0015】また、第1の方法と第2の方法を組み合わ
せてもよい。例えば、熱アニールによって結晶化させた
後、レーザーアニール法によってさらに結晶性を高める
方法を用いてもよい。特に、ニッケル等の結晶化促進元
素を添加して熱アニールをおこなった場合には、結晶粒
界等に非晶質部分が残されることが観察されたが、この
ような非晶質部分を結晶化させるにはレーザーアニール
法が有効である。逆に、レーザーアニール法によって結
晶化させた珪素膜を熱アニールすることにより、レーザ
ーアニールによって生じた膜の応力歪みを緩和させるこ
とができる。
Further, the first method and the second method may be combined. For example, after crystallizing by thermal annealing, a method of further enhancing crystallinity by laser annealing may be used. In particular, when thermal anneal was performed by adding a crystallization-promoting element such as nickel, it was observed that an amorphous portion was left in the crystal grain boundaries. The laser annealing method is effective for converting the material. On the contrary, by thermally annealing the silicon film crystallized by the laser annealing method, the stress strain of the film generated by the laser annealing can be relaxed.

【0016】[0016]

【作用】CVD法もしくはPVD法によって成膜した酸
化珪素膜を600〜850℃のアンモニア(NH3 )、
ヒドラジン(N2 4 )等の窒化水素雰囲気で処理する
と、窒素によって不対結合手が埋められたり、酸化珪素
中のSi−H結合は窒化され、Si≡N、あるいはSi
2 =N−O結合に変化する。Si−OH結合も同様に変
化する。特にこの反応は酸化珪素と珪素の界面で進行し
やすく、結果として窒素は酸化珪素−珪素界面に集中す
る。このような手段で界面付近に集中して添加される窒
素の量は、酸化珪素膜の平均的な濃度の10倍以上にな
る。酸化珪素中に0.1〜10原子%、代表的には、1
〜5原子%の窒素が含有せしめるとゲイト絶縁膜として
好ましい。
[Function] A silicon oxide film formed by the CVD method or the PVD method is applied to ammonia (NH 3 ) at 600 to 850 ° C.,
When treated in an atmosphere of hydrogen nitride such as hydrazine (N 2 H 4 ), nitrogen burys dangling bonds, and Si—H bonds in silicon oxide are nitrided, resulting in Si≡N or Si
2 = Change to N-O bond. The Si-OH bond changes as well. In particular, this reaction easily proceeds at the interface between silicon oxide and silicon, and as a result, nitrogen is concentrated at the silicon oxide-silicon interface. The amount of nitrogen concentratedly added near the interface by such means is 10 times or more the average concentration of the silicon oxide film. 0.1 to 10 atomic% in silicon oxide, typically 1
It is preferable for the gate insulating film to contain nitrogen of about 5 atomic%.

【0017】なお、同様な現象は熱酸化によって得られ
た酸化珪素膜においては期待できない。すなわち、熱酸
化膜は極めて緻密であるため、窒化水素による窒化作用
が進行するためには950℃以上の高温としなければな
らないからである。CVD法もしくはPVD法によって
成膜した酸化珪素膜は熱酸化膜に比較して不完全である
ため、上記のような850℃以下の温度で反応が進行す
るのである。そして、この反応の結果、CVD法もしく
はPVD法によって成膜したものであっても熱酸化膜に
劣らない緻密な酸化珪素膜となり、また、酸化珪素と珪
素の界面に多く生じていた界面準位(その多くは不対結
合手やSi−H結合等に由来する)を減少せしめること
ができるのである。
A similar phenomenon cannot be expected in a silicon oxide film obtained by thermal oxidation. That is, since the thermal oxide film is extremely dense, it must be at a high temperature of 950 ° C. or higher for the nitriding action of hydrogen nitride to proceed. Since the silicon oxide film formed by the CVD method or the PVD method is incomplete as compared with the thermal oxide film, the reaction proceeds at the temperature of 850 ° C. or lower as described above. As a result of this reaction, even if it is formed by the CVD method or the PVD method, it becomes a dense silicon oxide film which is not inferior to the thermal oxide film, and the interface states often generated at the interface between silicon oxide and silicon. (Most of them originate from dangling bonds and Si—H bonds) can be reduced.

【0018】本発明をスパッタ法によって成膜した酸化
珪素膜(特に、スパッタ雰囲気をアルゴン等とすること
により、酸素濃度が化学量論比より少ない酸化珪素膜)
に適用した場合には特に効果が顕著である。すなわち、
このような膜をNH3 、N24 等の窒化水素の雰囲気
において、600〜850℃、好ましくは、650〜8
00℃で加熱処理することにより、不対結合手を窒化
し、化学量論比に対して不足している酸素の代わりに窒
素を結合させて、不対結合手を低減させ、結合の原子間
の結合の強い酸化窒化膜とすることができる。
A silicon oxide film formed by a sputtering method according to the present invention (in particular, a silicon oxide film having an oxygen concentration lower than a stoichiometric ratio by using argon or the like as a sputtering atmosphere).
The effect is particularly remarkable when applied to. That is,
Such a film is 600 to 850 ° C., preferably 650 to 8 in an atmosphere of hydrogen nitride such as NH 3 and N 2 H 4.
By heat treatment at 00 ° C., the dangling bonds are nitrided, nitrogen is bonded instead of oxygen, which is insufficient for the stoichiometric ratio, and the dangling bonds are reduced, and the interatomic bond is reduced. It is possible to form an oxynitride film having a strong bond.

【0019】上記のことはスパッタ法による酸化珪素膜
の成膜が不利でないことを示すものである。すなわち、
従来、スパッタ法によって酸化珪素膜を形成するには、
組成を化学量論比に近づけるため、限られた条件の雰囲
気でしかおこなえなかった。例えば、雰囲気として、酸
素とアルゴンの混合雰囲気の系を考えると、酸素/アル
ゴン>1という条件を満たすことが必要で、好ましく
は、純粋な酸素雰囲気でおこなうことが望まれた。その
ため、成膜速度が低く、量産に適さなかった。また、酸
素は反応性のガスであり、真空装置、チャンバー等が酸
化されることも問題であった。
The above shows that the formation of the silicon oxide film by the sputtering method is not disadvantageous. That is,
Conventionally, to form a silicon oxide film by a sputtering method,
In order to bring the composition close to the stoichiometric ratio, it was possible to perform it only in an atmosphere of limited conditions. For example, considering a system of a mixed atmosphere of oxygen and argon as the atmosphere, it is necessary to satisfy the condition of oxygen / argon> 1, and it is preferable to carry out in a pure oxygen atmosphere. Therefore, the film forming rate was low and it was not suitable for mass production. Further, oxygen is a reactive gas, and there is a problem that the vacuum device, the chamber and the like are oxidized.

【0020】しかしながら、本発明によって、化学量論
組成より離れた組成の酸化珪素膜であっても、ゲイト絶
縁膜として用いるに適する酸化窒化珪素膜に変換できる
ので、酸素とアルゴンの混合雰囲気の系においても、酸
素/アルゴン≦1というように、成膜速度に関してより
有利な条件で実施することができる。例えば、純粋なア
ルゴン雰囲気のように極めて成膜速度が高く、安定した
条件で成膜することも可能となった。
However, according to the present invention, even a silicon oxide film having a composition deviating from the stoichiometric composition can be converted into a silicon oxynitride film suitable for use as a gate insulating film. Also in the above, it can be carried out under more advantageous conditions with respect to the film forming rate, such as oxygen / argon ≦ 1. For example, it is possible to form a film under stable conditions with a very high film forming rate as in a pure argon atmosphere.

【0021】本発明を、ニッケル、コバルト、鉄、白
金、パラジウム等の非晶質珪素膜の結晶化を促進する元
素を添加して結晶化させた結晶性珪素膜からなる活性層
に適用した場合には格別の効果を有する。このような結
晶化促進元素を添加して結晶化させた珪素膜の結晶性は
ことのほか良好であり、電界効果移動度も非常に高いも
のが得られたが、それだけにゲイト絶縁膜としても特性
のよいものが望まれていた。本発明によるゲイト絶縁膜
はそれにふさわしいものである。また、本発明によっ
て、窒化水素の雰囲気でアニールすることにより、結晶
粒界等に残存する非晶質領域も結晶化でき、さらに結晶
性を改善できる。
When the present invention is applied to an active layer made of a crystalline silicon film which is crystallized by adding an element such as nickel, cobalt, iron, platinum or palladium which promotes crystallization of the amorphous silicon film. Has a special effect on. The crystallinity of the silicon film crystallized by adding such a crystallization-promoting element was extremely good, and the field effect mobility was very high. Good things were desired. The gate insulating film according to the present invention is suitable for this. Further, according to the present invention, by annealing in an atmosphere of hydrogen nitride, it is possible to crystallize the amorphous regions remaining in the crystal grain boundaries and further improve the crystallinity.

【0022】本発明をレーザーアニールを施した珪素膜
からなる活性層に対して適用した場合には、本発明の窒
化水素雰囲気でのアニールの際に、該アニールによって
ゲイト絶縁膜の特性が改善される効果に加えて、レーザ
ーアニールによって発生した珪素膜に対する歪みを該ア
ニール工程において同時に緩和できるという効果も有す
る。
When the present invention is applied to the active layer formed of a laser-annealed silicon film, the characteristics of the gate insulating film are improved by the annealing in the hydrogen nitride atmosphere of the present invention. In addition to the above effect, there is also an effect that the strain on the silicon film generated by the laser annealing can be simultaneously relaxed in the annealing step.

【0023】[0023]

【実施例】〔実施例1〕本実施例を図1に示す。本実施
例は、ゲイト絶縁膜としてスパッタ法によって形成され
た酸化珪素膜を使用し、本発明による熱アニールを施し
てNチャネル型TFTを形成した例である。まず、基板
101(コーニング1733、100mm×100m
m)上に下地の酸化膜102として、スパッタ法で酸化
珪素膜を1000〜3000Å、例えば2000Å成膜
した。この下地の酸化珪素膜102は基板からの汚染を
防ぐためのものである。
EXAMPLE 1 Example 1 is shown in FIG. This embodiment is an example in which a silicon oxide film formed by a sputtering method is used as a gate insulating film and the thermal annealing according to the present invention is performed to form an N-channel TFT. First, the substrate 101 (Corning 1733, 100 mm × 100 m)
As the underlying oxide film 102, a silicon oxide film having a thickness of 1000 to 3000 Å, for example 2000 Å, was formed on the m) by a sputtering method. This underlying silicon oxide film 102 is for preventing contamination from the substrate.

【0024】次に、プラズマCVD法によって非晶質珪
素膜を100〜1500Å、例えば500Å成膜した。
その後、ニッケル、鉄、白金、パラジウム、コバルト等
の結晶化を促進させる元素を非晶質珪素膜に微量添加し
て熱アニールし、結晶性珪素膜103を得た。本実施例
においては、酢酸ニッケル溶液を非晶質珪素膜上に滴下
して、スピンドライをおこなって、非晶質珪素膜上に酢
酸ニッケルの膜を形成した。その後、窒素雰囲気中にお
いて、550℃、4時間の熱アニールを施すことによっ
てニッケルを非晶質珪素膜に導入し、結晶化せしめた。
以上の工程の後、さらに、得られた結晶性珪素膜の結晶
性を向上させるためにレーザーアニールを施してもかま
わない。(図1(A))
Next, an amorphous silicon film having a thickness of 100 to 1500 Å, for example, 500 Å, was formed by the plasma CVD method.
Then, a small amount of an element such as nickel, iron, platinum, palladium, or cobalt that promotes crystallization is added to the amorphous silicon film and thermal annealing is performed to obtain a crystalline silicon film 103. In this example, a nickel acetate solution was dropped on the amorphous silicon film and spin-dried to form a nickel acetate film on the amorphous silicon film. After that, nickel was introduced into the amorphous silicon film and crystallized by performing thermal annealing at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere.
After the above steps, laser annealing may be further performed to improve the crystallinity of the obtained crystalline silicon film. (Fig. 1 (A))

【0025】次に、結晶性珪素膜103のエッチングを
おこなって島状珪素膜104を形成した。この島状珪素
膜104は、後に、TFTの活性層を形成するものであ
る。そして、この島状珪素膜104を覆うように、ゲイ
ト絶縁膜105として厚さ200〜1500Å、例えば
1000Åの酸化珪素膜を形成した。本実施例において
は、酸素雰囲気中において合成石英のターゲットを用い
たスパッタ法によって酸化珪素膜を形成した。本実施例
においてはガス圧を1Pa、投入電力を350W、基板
温度を200℃の条件で成膜をおこなった。スパッタガ
スとしてはアルゴンを用いてもよい。
Next, the crystalline silicon film 103 was etched to form an island-shaped silicon film 104. The island-shaped silicon film 104 will later form an active layer of the TFT. Then, a silicon oxide film having a thickness of 200 to 1500 Å, for example, 1000 Å, was formed as the gate insulating film 105 so as to cover the island-shaped silicon film 104. In this example, a silicon oxide film was formed by a sputtering method using a synthetic quartz target in an oxygen atmosphere. In this example, film formation was performed under the conditions of gas pressure of 1 Pa, input power of 350 W, and substrate temperature of 200 ° C. Argon may be used as the sputtering gas.

【0026】ゲイト絶縁膜105を形成したのち、本発
明のアニール処理をおこなってゲイト絶縁膜、特に、ゲ
イト絶縁膜と活性層の界面の特性を向上させた。本実施
例においては、アンモニア(NH3 )雰囲気中におい
て、600〜850℃、0.5〜6時間、例えば630
℃、3時間の熱アニールをおこなった。この結果、酸化
珪素膜中および珪素膜との界面において窒素の濃度が増
加した。これは、酸化珪素膜中および珪素膜との界面に
おける不対結合手や珪素−水素結合が窒化されたためで
ある。(図1(B))
After forming the gate insulating film 105, the annealing treatment of the present invention was performed to improve the characteristics of the gate insulating film, particularly the interface between the gate insulating film and the active layer. In this example, in an ammonia (NH 3 ) atmosphere, 600 to 850 ° C., 0.5 to 6 hours, for example, 630.
Thermal annealing was performed at 3 ° C. for 3 hours. As a result, the concentration of nitrogen increased in the silicon oxide film and at the interface with the silicon film. This is because the dangling bonds and silicon-hydrogen bonds in the silicon oxide film and the interface with the silicon film were nitrided. (Fig. 1 (B))

【0027】その後、厚さ3000Å〜2μm、例えば
5000Åのアルミニウム(1wt%のSi、もしくは
0.1〜0.3wt%のScを含む)膜をスパッタ法に
よって形成して、これをパターニングしてゲイト電極1
06を形成した。次に、pH≒7、1〜3%の酒石酸の
エチレングリコール溶液に基板を浸し、白金を陰極、こ
のアルミニウムのゲイト電極106を陽極として、陽極
酸化をおこなった。陽極酸化は、最初一定電流で150
Vまで電圧を上げ、その状態で1時間保持して終了させ
た。このようにして、厚さ1500〜3500Å、例え
ば2000Åの陽極酸化物を形成した。(図1(C))
Then, an aluminum (containing 1 wt% Si or 0.1 to 0.3 wt% Sc) film having a thickness of 3000 Å to 2 μm, for example 5000 Å, is formed by the sputtering method, and is patterned to form a gate. Electrode 1
06 was formed. Next, the substrate was immersed in an ethylene glycol solution of tartaric acid having a pH of about 7 to 1 to 3%, and anodization was performed using platinum as a cathode and this aluminum gate electrode 106 as an anode. The anodic oxidation is initially 150 at a constant current.
The voltage was increased to V, and the state was maintained for 1 hour to finish. Thus, an anodic oxide having a thickness of 1500 to 3500Å, for example 2000Å, was formed. (Fig. 1 (C))

【0028】その後、イオンドーピング法によって、島
状珪素膜104にゲイト電極106をマスクとして自己
整合的に不純物として燐を注入した。このときドーズ量
は1×1014〜8×1015原子/cm2 、加速電圧は5
0〜90kV、例えばドーズ量を1×1015原子/cm
2 、加速電圧は80kVとした。この結果、N型の不純
物領域(ソース/ドレイン領域)107が形成された。
(図1(D))
After that, phosphorus was implanted into the island-shaped silicon film 104 in a self-aligning manner by ion doping using the gate electrode 106 as a mask. At this time, the dose amount is 1 × 10 14 to 8 × 10 15 atoms / cm 2 , and the acceleration voltage is 5
0 to 90 kV, for example, a dose of 1 × 10 15 atoms / cm
2. The acceleration voltage was 80 kV. As a result, N-type impurity regions (source / drain regions) 107 were formed.
(Fig. 1 (D))

【0029】さらに、レーザー光の照射によってドーピ
ングされた不純物領域の活性化をおこなった。レーザー
光としては、KrFエキシマレーザー(波長248n
m、パルス幅20nsec)を使用し、エネルギー密度
は200〜400mJ/cm2、例えば250mJ/c
2 とした。
Further, the doped impurity regions were activated by irradiation with laser light. The laser light is a KrF excimer laser (wavelength 248n
m, pulse width 20 nsec) and energy density is 200 to 400 mJ / cm 2 , for example 250 mJ / c.
It was set to m 2 .

【0030】その後、全面に層間絶縁膜108として酸
化珪素膜をプラズマCVD法によって3000Å形成
し、この層間絶縁膜108とゲイト絶縁膜105をエッ
チングしてソース/ドレイン領域107にコンタクトホ
ールを形成した。さらに、アルミニウム膜をスパッタ法
によって5000Å成膜して、エッチングをおこない、
ソース/ドレイン電極109を形成して、Nチャネル型
のTFTを作製した。(図1(D))
After that, a silicon oxide film as an interlayer insulating film 108 was formed on the entire surface by plasma CVD to a thickness of 3000 .ANG., And the interlayer insulating film 108 and the gate insulating film 105 were etched to form contact holes in the source / drain regions 107. Further, an aluminum film is formed by a sputtering method at a thickness of 5000Å and etching is performed.
The source / drain electrodes 109 were formed, and an N-channel TFT was manufactured. (Fig. 1 (D))

【0031】このようにして形成されたTFTは、ゲイ
ト絶縁膜の耐性が優れているため、劣化に強く、特性の
優れたTFTが得られた。例えば、ドレイン電圧を+1
4Vに固定し、ゲイト電圧を−17〜+17Vまで、変
動させ、TFTの特性の劣化を評価した。最初に測定し
て得られた電界効果移動度μ0 と、上記の電圧印加の後
に測定して得られた電界効果移動度μ10において、1−
(μ10/μ0 )を劣化率と定義すると、本実施例で得ら
れたTFTの劣化率は1.5%であった。比較のため
に、本発明のゲイト絶縁膜の熱アニール工程をアンモニ
ア雰囲気ではなく、窒素雰囲気で、800℃/1時間の
アニール処理をおこなったものでは、他の作製条件が全
く同じでも、劣化率は52.3%もあった。
The TFT thus formed has excellent resistance to the gate insulating film, and is thus resistant to deterioration and excellent in characteristics. For example, drain voltage +1
The gate voltage was fixed at 4 V, and the gate voltage was changed from −17 to +17 V to evaluate the deterioration of the TFT characteristics. In the field-effect mobility μ 0 initially obtained and the field-effect mobility μ 10 obtained after the above voltage application,
Defining (μ 10 / μ 0 ) as the deterioration rate, the deterioration rate of the TFT obtained in this example was 1.5%. For comparison, in the case where the thermal annealing process of the gate insulating film of the present invention is performed in the nitrogen atmosphere instead of the ammonia atmosphere at 800 ° C. for 1 hour, the deterioration rate is the same even if the other manufacturing conditions are exactly the same. Was 52.3%.

【0032】〔実施例2〕本実施例を図2に示す。本実
施例は、ゲイト絶縁膜としてTEOSを原料ガスとした
プラズマCVD法によって形成された酸化珪素膜を使用
し、本発明による熱アニールを施してCMOS型のTF
Tを形成した例である。まず、基板201(石英、10
0mm×100mm)上に下地の酸化膜202として、
スパッタ法で酸化珪素膜を2000Å成膜した。
[Embodiment 2] This embodiment is shown in FIG. In this embodiment, a silicon oxide film formed by a plasma CVD method using TEOS as a raw material gas is used as a gate insulating film, and thermal annealing according to the present invention is applied to the CMOS TF.
It is an example of forming T. First, the substrate 201 (quartz, 10
0 mm × 100 mm) as an underlying oxide film 202,
A 2000 Å silicon oxide film was formed by sputtering.

【0033】次に、プラズマCVD法によって非晶質珪
素膜を500Å成膜した。その後、実施例1と同様に、
酢酸ニッケル溶液をスピンドライをおこなうことによっ
て、非晶質珪素膜上に酢酸ニッケルの膜を形成し、その
後、窒素雰囲気中において、550℃、4時間の熱アニ
ールを施すことによって非晶質珪素膜にニッケルを導入
し、結晶化せしめた。その後、さらに結晶性を向上させ
るためにKrFエキシマーレーザー(波長248nm)
を用いて、レーザーアニールを施した。レーザーのエネ
ルギー密度は250〜350mJ/cm2 が適当であっ
た。本実施例では300mJ/cm2 とした。(図2
(A))
Next, an amorphous silicon film having a thickness of 500 Å was formed by the plasma CVD method. Then, as in Example 1,
A nickel acetate solution is spin-dried to form a nickel acetate film on the amorphous silicon film, and then thermal annealing is performed in a nitrogen atmosphere at 550 ° C. for 4 hours to form the amorphous silicon film. Nickel was introduced into and crystallized. After that, in order to further improve the crystallinity, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm)
Was used for laser annealing. The appropriate energy density of the laser is 250 to 350 mJ / cm 2 . In this embodiment, it is set to 300 mJ / cm 2 . (Fig. 2
(A))

【0034】次に、結晶性珪素膜203のエッチングを
おこなって島状珪素膜204、205を形成した。この
島状珪素膜204、205はTFTの活性層となるもの
である。そして、この島状珪素膜204、205を覆う
ように、ゲイト絶縁膜206として厚さ200〜150
0Å、例えば1000Åの酸化珪素膜を形成した。本実
施例においては、TEOSおよび酸素を原料ガスとし
て、プラズマCVD法によって酸化珪素膜を形成した。
このとき、成膜条件としては、ガス圧を4Pa、投入電
力を150W、基板温度を350℃とした。
Next, the crystalline silicon film 203 was etched to form island-shaped silicon films 204 and 205. The island-shaped silicon films 204 and 205 serve as active layers of the TFT. Then, a gate insulating film 206 having a thickness of 200 to 150 is formed so as to cover the island-shaped silicon films 204 and 205.
A silicon oxide film of 0Å, for example 1000Å, was formed. In this example, a silicon oxide film was formed by a plasma CVD method using TEOS and oxygen as source gases.
At this time, as film forming conditions, the gas pressure was 4 Pa, the input power was 150 W, and the substrate temperature was 350 ° C.

【0035】ゲイト絶縁膜を形成したのち、本発明のア
ニール処理をおこなってゲイト絶縁膜、特に、ゲイト絶
縁膜と活性層の界面特性を向上させた。本実施例におい
ては、ヒドラジン(N2 4 )雰囲気中において、80
0℃、1時間の熱アニールをおこなった。この結果、酸
化珪素膜中および珪素膜との界面における不対結合手お
よび水素が窒化されて窒素の濃度が増加した。この結
果、ゲイト絶縁膜として、好ましい酸化珪素膜を作製す
ることが出来た。(図2(B))
After forming the gate insulating film, the annealing treatment of the present invention was performed to improve the interface characteristics between the gate insulating film, particularly the gate insulating film and the active layer. In this example, in a hydrazine (N 2 H 4 ) atmosphere,
Thermal annealing was performed at 0 ° C. for 1 hour. As a result, the dangling bonds and hydrogen in the silicon oxide film and the interface with the silicon film were nitrided, and the concentration of nitrogen was increased. As a result, a preferable silicon oxide film could be formed as the gate insulating film. (Fig. 2 (B))

【0036】その後、厚さ6000Åのアルミニウム膜
をスパッタ法によって形成して、これをパターニングし
てゲイト電極207、208を形成した。次に、pH≒
7、1〜3%の酒石酸のエチレングリコール溶液に基板
を浸し、白金を陰極、このアルミニウムのゲイト電極2
07、208を陽極として、陽極酸化をおこなった。陽
極酸化は、最初一定電流で150Vまで電圧を上げ、そ
の状態で1時間保持して終了させた。このようにして、
厚さ2000Åの陽極酸化物を形成した。(図2
(C))
After that, an aluminum film having a thickness of 6000 Å was formed by a sputtering method and patterned to form gate electrodes 207 and 208. Next, pH ≒
The substrate is immersed in an ethylene glycol solution of 7 to 1-3% tartaric acid, and platinum is used as a cathode and the aluminum gate electrode 2
Anodization was performed using 07 and 208 as anodes. The anodization was completed by first increasing the voltage to 150 V with a constant current and maintaining the state for 1 hour. In this way
A 2000 Å thick anodic oxide was formed. (Fig. 2
(C))

【0037】その後、イオンドーピング法によって、島
状珪素膜204、205にゲイト電極207、208を
マスクとして自己整合的に不純物を注入した。まず、P
チャネル型のTFTを形成する領域をフォトレジストの
マスク209で覆って燐を注入し、N型不純物領域21
0(ソース/ドレイン領域)を形成した。このときドー
ズ量は1×1014〜8×1015原子/cm2 、加速電圧
は50〜90kV、例えばドーズ量を5×1014原子/
cm2 、加速電圧は80kVとした。(図2(D))
After that, impurities were implanted into the island-shaped silicon films 204 and 205 by ion doping in a self-aligned manner using the gate electrodes 207 and 208 as masks. First, P
A region where a channel type TFT is to be formed is covered with a photoresist mask 209 and phosphorus is implanted to form an N type impurity region 21.
0 (source / drain region) was formed. At this time, the dose amount is 1 × 10 14 to 8 × 10 15 atoms / cm 2 , the acceleration voltage is 50 to 90 kV, for example, the dose amount is 5 × 10 14 atoms / cm 2 .
cm 2 , and the acceleration voltage was 80 kV. (Fig. 2 (D))

【0038】その後、Nチャネル型のTFTを形成する
領域をフォトレジストのマスク211で覆って硼素を注
入し、P型不純物領域212(ソース/ドレイン領域)
を形成した。このときドーズ量は1×1014〜8×10
15原子/cm2 、加速電圧は40〜80kV、例えばド
ーズ量を1×1015原子/cm2 、加速電圧は65kV
とした。(図2(E)) さらに、レーザー光の照射によってドーピングされた不
純物領域210、212の活性化をおこなった。レーザ
ー光としては、KrFエキシマレーザー(波長248n
m、パルス幅20nsec)を使用し、エネルギー密度
は200〜400mJ/cm2 、例えば250mJ/c
2 とした。
After that, a region for forming an N-channel type TFT is covered with a photoresist mask 211 and boron is implanted to p-type impurity regions 212 (source / drain regions).
Was formed. At this time, the dose amount is 1 × 10 14 to 8 × 10
15 atoms / cm 2 , acceleration voltage is 40 to 80 kV, for example, dose amount is 1 × 10 15 atoms / cm 2 , acceleration voltage is 65 kV.
And (FIG. 2E) Further, the doped impurity regions 210 and 212 were activated by irradiation with laser light. The laser light is a KrF excimer laser (wavelength 248n
m, pulse width 20 nsec) and energy density is 200 to 400 mJ / cm 2 , for example 250 mJ / c.
It was set to m 2 .

【0039】その後、全面に層間絶縁膜213として酸
化珪素膜をプラズマCVD法によって3000Å形成
し、この層間絶縁膜213とゲイト絶縁膜206をエッ
チングしてソース/ドレイン領域210、212にコン
タクトホールを形成した。さらに、アルミニウム膜をス
パッタ法によって5000Å成膜して、エッチングをお
こない、ソース/ドレイン電極214を形成して、CM
OS型のTFTを作製した。(図2(F))
Thereafter, a silicon oxide film is formed as an interlayer insulating film 213 on the entire surface by plasma CVD to form 3000 Å, and the interlayer insulating film 213 and the gate insulating film 206 are etched to form contact holes in the source / drain regions 210 and 212. did. Further, an aluminum film is formed by a sputtering method at a thickness of 5000Å, and etching is performed to form a source / drain electrode 214, and a CM is formed.
An OS type TFT was manufactured. (Fig. 2 (F))

【0040】〔実施例3〕本実施例を図3に示す。本実
施例は、ECR−CVD法によって形成された酸化珪素
膜を使用し、本発明による熱アニールを施してPチャネ
ル型の画素TFTを形成した例である。まず、石英基板
301(100mm×100mm)上に下地の酸化膜3
02として、スパッタ法で酸化珪素膜を3000Å成膜
した。
[Embodiment 3] This embodiment is shown in FIG. This embodiment is an example in which a silicon oxide film formed by the ECR-CVD method is used and the thermal annealing according to the present invention is performed to form a P-channel type pixel TFT. First, the underlying oxide film 3 is formed on the quartz substrate 301 (100 mm × 100 mm).
As No. 02, a silicon oxide film of 3000 Å was formed by the sputtering method.

【0041】次に、プラズマCVD法によって非晶質珪
素膜を500Å成膜した。その後、実施例1と同様に、
酢酸ニッケル溶液をスピンドライをおこなうことによっ
て、非晶質珪素膜上に酢酸ニッケルの膜を形成し、その
後、窒素雰囲気中において、550℃、4時間の熱アニ
ールを施すことによってニッケルを導入し、結晶化せし
めた。その後、結晶性を向上させるためにレーザーアニ
ールを施してもかまわない。(図3(A))
Next, an amorphous silicon film having a thickness of 500 Å was formed by the plasma CVD method. Then, as in Example 1,
A nickel acetate solution is spin-dried to form a nickel acetate film on the amorphous silicon film, and thereafter, thermal annealing is performed at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere to introduce nickel, Crystallized. After that, laser annealing may be performed to improve the crystallinity. (Fig. 3 (A))

【0042】次に、結晶性珪素膜303のパターニング
をおこなって島状珪素膜304を形成した。この島状珪
素膜304は後にTFTの活性層を形成するものであ
る。そして、この島状珪素膜を覆うように、ゲイト絶縁
膜として厚さ1000Åの酸化珪素膜を形成した。本実
施例においては、SiH4 を原料ガスとし、N2 Oを酸
化剤として用いた、ECR−CVD法によって酸化珪素
膜を形成した。このとき、酸化剤として一酸化二窒素以
外に、酸素(O2 )、一酸化窒素(NO)、二酸化窒素
(NO2 )等を使用してもかまわない。また、このとき
の成膜条件としては、基板加熱をおこなわず、マイクロ
波(周波数2.45MHz)の投入電力を400Wでお
こなった。
Next, the crystalline silicon film 303 was patterned to form an island-shaped silicon film 304. This island-shaped silicon film 304 will later form an active layer of the TFT. Then, a silicon oxide film having a thickness of 1000 Å was formed as a gate insulating film so as to cover the island-shaped silicon film. In this example, a silicon oxide film was formed by the ECR-CVD method using SiH 4 as a source gas and N 2 O as an oxidizing agent. At this time, oxygen (O 2 ), nitric oxide (NO), nitrogen dioxide (NO 2 ) or the like may be used as the oxidant other than nitrous oxide. In addition, as film forming conditions at this time, the substrate was not heated, and the input power of microwave (frequency: 2.45 MHz) was 400 W.

【0043】ゲイト絶縁膜を形成したのち、本発明のア
ニール処理をおこなってゲイト絶縁膜、特に、ゲイト絶
縁膜と活性層の界面特性を向上させた。本実施例におい
ては、アンモニア雰囲気中において800℃、1時間の
熱アニールをおこなった。この結果、酸化珪素膜中およ
び珪素膜との界面における不対結合手および水素が窒化
されて、酸化珪素膜中および珪素膜との界面において窒
素の濃度が増加した。このようにして、ゲイト絶縁膜と
して、より特性の優れた酸化珪素膜を作製することが出
来た。(図3(B))
After forming the gate insulating film, the annealing treatment of the present invention was performed to improve the interface characteristics between the gate insulating film, particularly the gate insulating film and the active layer. In this example, thermal annealing was performed at 800 ° C. for 1 hour in an ammonia atmosphere. As a result, dangling bonds and hydrogen were nitrided in the silicon oxide film and at the interface with the silicon film, and the concentration of nitrogen increased in the silicon oxide film and at the interface with the silicon film. In this way, a silicon oxide film having more excellent characteristics could be produced as the gate insulating film. (Fig. 3 (B))

【0044】その後、厚さ6000Åの多結晶シリコン
膜を減圧CVD法によって形成して、これをパターニン
グしてゲイト電極306を形成した。多結晶シリコン膜
には導電性を向上せしめるために微量の燐を添加した。
(図3(C)) その後、イオンドーピング法によって、島状珪素膜30
4にゲイト電極306をマスクとして自己整合的に不純
物として硼素を注入した。このときドーズ量は1〜8×
1015原子/cm2 、加速電圧は40〜80kV、例え
ばドーズ量を5×1015原子/cm2 、加速電圧は65
kVとした。この結果、P型不純物領域307(ソース
/ドレイン領域)が形成された。(図3(D))
Thereafter, a polycrystalline silicon film having a thickness of 6000Å was formed by the low pressure CVD method, and this was patterned to form a gate electrode 306. A small amount of phosphorus was added to the polycrystalline silicon film in order to improve the conductivity.
(FIG. 3C) After that, the island-shaped silicon film 30 is formed by an ion doping method.
4 was implanted with boron as an impurity in a self-aligned manner using the gate electrode 306 as a mask. At this time, the dose amount is 1 to 8 ×
10 15 atoms / cm 2 , acceleration voltage is 40 to 80 kV, for example, dose amount is 5 × 10 15 atoms / cm 2 , acceleration voltage is 65.
It was set to kV. As a result, P-type impurity regions 307 (source / drain regions) were formed. (Fig. 3 (D))

【0045】さらに、レーザー光の照射によってドーピ
ングされた不純物領域307の活性化をおこなった。レ
ーザー光としては、KrFエキシマレーザー(波長24
8nm、パルス幅20nsec)を使用し、エネルギー
密度は200〜400mJ/cm2 、例えば250mJ
/cm2 とした。その後、全面に層間絶縁膜308とし
て酸化珪素膜をプラズマCVD法によって3000Å形
成し、この層間絶縁膜308とゲイト絶縁膜305をエ
ッチングしてソース領域にコンタクトホールを形成し
た。さらに、アルミニウム膜をスパッタ法によって50
00Å成膜して、エッチングをおこない、ソース電極3
09を形成した。(図3(E))
Further, the doped impurity region 307 was activated by irradiation with laser light. The laser light is a KrF excimer laser (wavelength 24
8 nm, pulse width 20 nsec), and energy density is 200 to 400 mJ / cm 2 , for example 250 mJ.
/ Cm 2 . After that, a silicon oxide film as an interlayer insulating film 308 was formed on the entire surface by a plasma CVD method to a thickness of 3000 .ANG., And the interlayer insulating film 308 and the gate insulating film 305 were etched to form a contact hole in the source region. Further, an aluminum film is formed by sputtering to 50
00Å Film formation and etching, source electrode 3
09 was formed. (Fig. 3 (E))

【0046】その後、パッシベーション膜310として
窒化珪素膜をプラズマCVD法によって2000Å形成
し、これと層間絶縁膜308とゲイト絶縁膜305をエ
ッチングしてコンタクトホールを形成した。さらに、I
TO膜をスパッタ法によって形成し、エッチングをおこ
なって画素電極311を形成して画素TFTを作製し
た。(図3(F))
After that, a silicon nitride film was formed as a passivation film 310 by a plasma CVD method to a thickness of 2000 .ANG., The interlayer insulating film 308 and the gate insulating film 305 were etched to form a contact hole. Furthermore, I
A TO film was formed by a sputtering method and etching was performed to form a pixel electrode 311 to produce a pixel TFT. (Fig. 3 (F))

【0047】〔実施例4〕本実施例を図3に示す。本実
施例は、減圧CVD法によって形成された酸化珪素膜を
使用し、本発明による熱アニールを施してPチャネル型
の画素TFTを形成した例である。まず、石英基板30
1(100mm×100mm)上に下地の酸化膜302
として、スパッタ法で酸化珪素膜を3000Å成膜し
た。
[Embodiment 4] This embodiment is shown in FIG. The present embodiment is an example in which a silicon oxide film formed by the low pressure CVD method is used and the thermal annealing according to the present invention is performed to form a P-channel type pixel TFT. First, the quartz substrate 30
1 (100 mm x 100 mm) on the underlying oxide film 302
As a film, a 3000 Å silicon oxide film was formed by sputtering.

【0048】次に、プラズマCVD法によって非晶質珪
素膜を500Å成膜した。その後、窒素雰囲気中におい
て、600℃、12時間の熱アニールを施すことによっ
て結晶化せしめた。その後、さらに、結晶性を向上させ
るためにレーザーアニールを施した。レーザーのエネル
ギー密度は250〜350mJ/cm2 が適当であっ
た。本実施例では300mJ/cm2 とした。(図3
(A))
Next, an amorphous silicon film having a thickness of 500 Å was formed by the plasma CVD method. Then, it was crystallized by performing thermal annealing at 600 ° C. for 12 hours in a nitrogen atmosphere. After that, laser annealing was further performed to improve the crystallinity. The appropriate energy density of the laser is 250 to 350 mJ / cm 2 . In this embodiment, it is set to 300 mJ / cm 2 . (Fig. 3
(A))

【0049】次に、結晶性珪素膜303のパターニング
をおこなって島状珪素膜304を形成した。この島状珪
素膜304は後にTFTの活性層を形成するものであ
る。そして、この島状珪素膜を覆うように、ゲイト絶縁
膜として厚さ1000Åの酸化珪素膜を形成した。本実
施例においては、モノシラン(SiH4 )を原料ガスと
し、酸素ガスを酸化剤として用いた、減圧CVD法によ
って酸化珪素膜を形成した。このとき、酸化剤として酸
素ガス以外に、一酸化二窒素(N2 O)、一酸化窒素
(NO)、二酸化窒素(NO2 )等を使用してもかまわ
ない。本実施例においては、圧力0.1〜10tor
r、温度300〜500℃、例えば、圧力1.5tor
r、温度400℃で成膜をおこなった。
Next, the crystalline silicon film 303 was patterned to form an island-shaped silicon film 304. This island-shaped silicon film 304 will later form an active layer of the TFT. Then, a silicon oxide film having a thickness of 1000 Å was formed as a gate insulating film so as to cover the island-shaped silicon film. In this example, a silicon oxide film was formed by a low pressure CVD method using monosilane (SiH 4 ) as a source gas and oxygen gas as an oxidizing agent. At this time, other than oxygen gas, nitrous oxide (N 2 O), nitric oxide (NO), nitrogen dioxide (NO 2 ) or the like may be used as the oxidizing agent. In this embodiment, the pressure is 0.1 to 10 torr.
r, temperature 300 to 500 ° C., for example, pressure 1.5 torr
The film was formed at r and a temperature of 400 ° C.

【0050】ゲイト絶縁膜を形成したのち、本発明のア
ニール処理をおこなってゲイト絶縁膜、特に、ゲイト絶
縁膜と活性層の界面の特性を向上させた。本実施例にお
いては、アンモニア雰囲気において800℃、2時間の
熱アニールを施した。この結果、酸化珪素膜中に存在す
る不対結合手やSi−H結合、Si−OH結合等を窒化
することができた。このようにして、ゲイト絶縁膜とし
て、より特性の優れた酸化珪素膜を作製することが出来
た。(図3(B))
After forming the gate insulating film, the annealing treatment of the present invention was performed to improve the characteristics of the gate insulating film, particularly the interface between the gate insulating film and the active layer. In this example, thermal annealing was performed at 800 ° C. for 2 hours in an ammonia atmosphere. As a result, the dangling bonds, Si—H bonds, Si—OH bonds, etc. existing in the silicon oxide film could be nitrided. In this way, a silicon oxide film having more excellent characteristics could be produced as the gate insulating film. (Fig. 3 (B))

【0051】その後、厚さ6000Åの多結晶シリコン
膜を減圧CVD法によって形成して、これをパターニン
グしてゲイト電極306を形成した。多結晶シリコン膜
には導電性を向上せしめるために微量の燐を添加した。
(図3(C)) その後、イオンドーピング法によって、島状珪素膜30
4にゲイト電極306をマスクとして自己整合的に不純
物として硼素を注入した。このときドーズ量は1〜8×
1015原子/cm2 、加速電圧は40〜80kV、例え
ばドーズ量を5×1015原子/cm2 、加速電圧は65
kVとした。この結果、P型不純物領域307(ソース
/ドレイン領域)が形成された。(図3(D))
After that, a polycrystalline silicon film having a thickness of 6000Å was formed by a low pressure CVD method, and this was patterned to form a gate electrode 306. A small amount of phosphorus was added to the polycrystalline silicon film in order to improve the conductivity.
(FIG. 3C) After that, the island-shaped silicon film 30 is formed by an ion doping method.
4 was implanted with boron as an impurity in a self-aligned manner using the gate electrode 306 as a mask. At this time, the dose amount is 1 to 8 ×
10 15 atoms / cm 2 , acceleration voltage is 40 to 80 kV, for example, dose amount is 5 × 10 15 atoms / cm 2 , acceleration voltage is 65.
It was set to kV. As a result, P-type impurity regions 307 (source / drain regions) were formed. (Fig. 3 (D))

【0052】さらに、500〜650℃、3〜24時
間、例えば、600℃、12時間の熱アニールをおこな
い、不純物イオンの活性化をおこなった。その後、全面
に層間絶縁膜308として酸化珪素膜をプラズマCVD
法によって3000Å形成し、この層間絶縁膜308と
ゲイト絶縁膜305をエッチングしてソース領域にコン
タクトホールを形成した。さらに、アルミニウム膜をス
パッタ法によって5000Å成膜して、エッチングをお
こない、ソース電極309を形成した。(図3(E))
Further, thermal annealing was carried out at 500 to 650 ° C. for 3 to 24 hours, for example, 600 ° C. for 12 hours to activate the impurity ions. After that, a silicon oxide film is formed as an interlayer insulating film 308 on the entire surface by plasma CVD.
Then, the interlayer insulating film 308 and the gate insulating film 305 were etched to form a contact hole in the source region. Further, an aluminum film was formed into a film with a thickness of 5000 by a sputtering method, and etching was performed to form a source electrode 309. (Fig. 3 (E))

【0053】その後、パッシベーション膜310として
窒化珪素膜をプラズマCVD法によって2000Å形成
し、これと層間絶縁膜308とゲイト絶縁膜305をエ
ッチングしてコンタクトホールを形成した。さらに、I
TO膜をスパッタ法によって形成し、エッチングをおこ
なって画素電極311を形成して画素TFTを作製し
た。(図3(F))
After that, a silicon nitride film was formed as the passivation film 310 by a plasma CVD method to a thickness of 2000 .ANG., And the interlayer insulating film 308 and the gate insulating film 305 were etched to form a contact hole. Furthermore, I
A TO film was formed by a sputtering method and etching was performed to form a pixel electrode 311 to produce a pixel TFT. (Fig. 3 (F))

【0054】[0054]

【発明の効果】上述のように、本発明によって、TFT
の特性が大幅に改善された。特に、ホットキャリヤ注入
に対してゲイト絶縁膜が耐性を示し、劣化が低減し、信
頼性が向上した。実施例では、ガラス基板上のTFTを
中心に説明したが、多層集積回路等(すなち、立体集積
回路、3次元集積回路)にも本発明を適用しても優れた
効果が得られることは明らかである。このように本発明
は工業上有益な発明である。
As described above, according to the present invention, the TFT
The characteristics of were greatly improved. In particular, the gate insulating film showed resistance to hot carrier injection, deterioration was reduced, and reliability was improved. In the embodiments, the explanation has been given mainly on the TFT on the glass substrate, but the excellent effect can be obtained even when the present invention is applied to a multilayer integrated circuit or the like (that is, a three-dimensional integrated circuit, a three-dimensional integrated circuit). Is clear. Thus, the present invention is an industrially useful invention.

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

【図1】 実施例1の工程を示す。1 shows the steps of Example 1. FIG.

【図2】 実施例2の工程を示す。2 shows the steps of Example 2. FIG.

【図3】 実施例3、4の工程を示す。FIG. 3 shows steps of Examples 3 and 4.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101・・・・基板 102・・・・下地酸化膜 103・・・・結晶性珪素膜 104・・・・島状珪素膜 105・・・・ゲイト絶縁膜 106・・・・ゲイト電極 107・・・・不純物領域(ソース/ドレイン領域) 108・・・・層間絶縁膜 109・・・・ソース/ドレイン電極 101 ... Substrate 102 ... Underlying oxide film 103 ... Crystalline silicon film 104 ... Island-shaped silicon film 105 ... Gate insulating film 106 ... Gate electrode 107 .. Impurity region (source / drain region) 108 .. Interlayer insulating film 109 ... Source / drain electrodes

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹村 保彦 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 平4−28228(JP,A) 特開 平6−163588(JP,A) 特開 平5−74763(JP,A) 特開 平3−35768(JP,A) 特開 昭60−241269(JP,A) 欧州特許出願公開609867(EP,A 1) C.Hayzelden,J.L.B atstone,Silicide f ormation and silic ide−mediated cryst allization of nick el−implanted amorp hous silicon thin, Journal Applied ph ysics,米国,American Institute of Physi cs,1993年 6月15日,73(12), 8279−8289 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/336 H01L 21/20 H01L 21/316 H01L 27/08 331 H01L 29/786 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yasuhiko Takemura 398 Hase, Atsugi City, Kanagawa Prefecture Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (56) References JP-A-4-28228 (JP, A) JP-A-6-163588 ( JP, A) JP 5-74763 (JP, A) JP 3-35768 (JP, A) JP 60-241269 (JP, A) European Patent Application Publication 609867 (EP, A 1) C.I. Hayzelden, J. et al. L. B atstone, Silicone formation and silicide-digested crystallization of nickel el-implanted amorphous siliconthin, 8th, 1993, April Applied physic, in the United States. 8289 (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/336 H01L 21/20 H01L 21/316 H01L 27/08 331 H01L 29/786

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】結晶性珪素膜と、 前記結晶性珪素膜上にPVD法によって形成され酸化
珪素膜を、窒化水素を含む雰囲気において600〜85
0℃で熱アニールすることにより形成される珪素―窒素
結合を有するゲイト絶縁膜とを有し、 前記ゲイト絶縁膜は、0.1〜10原子%の窒素を含有
していることを特徴とする半導体装置。
And 1. A crystalline silicon film, the crystalline silicon film a silicon oxide film formed by a PVD method on, Te atmosphere odor containing hydrogen nitride 6 00-85
A gate insulating film having a silicon-nitrogen bond formed by thermal annealing at 0 ° C. , wherein the gate insulating film contains 0.1 to 10 atom% of nitrogen. Semiconductor device.
【請求項2】結晶性珪素膜と、 前記結晶性珪素膜上にCVD法によって形成され酸化
珪素膜を、窒化水素を含む雰囲気において600〜85
0℃で熱アニールすることにより形成される珪素―窒素
結合を有するゲイト絶縁膜とを有し、 前記ゲイト絶縁膜は、0.1〜10原子%の窒素を含有
していることを特徴とする半導体装置。
2. A crystalline silicon film, the crystalline silicon film a silicon oxide film formed by CVD on, Te atmosphere odor containing hydrogen nitride 6 00-85
A gate insulating film having a silicon-nitrogen bond formed by thermal annealing at 0 ° C. , wherein the gate insulating film contains 0.1 to 10 atom% of nitrogen. Semiconductor device.
【請求項3】請求項1において、前記PVD法は、スパ
ッタ法であることを特徴とする半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the PVD method is a sputtering method.
【請求項4】請求項1または請求項2において、前記窒
化水素は、アンモニアまたはヒドラジンであることを特
徴とする半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the hydrogen nitride is ammonia or hydrazine.
【請求項5】請求項1または請求項2において、前記結
晶性珪素膜は、結晶化を促進する元素を含有しているこ
とを特徴とする半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the crystalline silicon film contains an element that promotes crystallization.
【請求項6】請求項5において、前記結晶化を促進する
元素の濃度は、1×1017〜1×1019原子/cm3
あることを特徴とする半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the concentration of the element promoting crystallization is 1 × 10 17 to 1 × 10 19 atoms / cm 3 .
【請求項7】請求項1または請求項2において、前記結
晶性珪素膜はレーザーアニールされていることを特徴と
する半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the crystalline silicon film is laser-annealed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C.Hayzelden,J.L.Batstone,Silicide formation and silicide−mediated crystallization of nickel−implanted amorphous silicon thin,Journal Applied physics,米国,American Institute of Physics,1993年 6月15日,73(12),8279−8289

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