JP3535465B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

Info

Publication number
JP3535465B2
JP3535465B2 JP2001025569A JP2001025569A JP3535465B2 JP 3535465 B2 JP3535465 B2 JP 3535465B2 JP 2001025569 A JP2001025569 A JP 2001025569A JP 2001025569 A JP2001025569 A JP 2001025569A JP 3535465 B2 JP3535465 B2 JP 3535465B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon
film
region
crystallization
gate electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2001025569A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001250960A (en
Inventor
秀貴 魚地
保彦 竹村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP2001025569A priority Critical patent/JP3535465B2/en
Publication of JP2001250960A publication Critical patent/JP2001250960A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3535465B2 publication Critical patent/JP3535465B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、非単結晶半導体薄膜を
有する薄膜トランジスタ(TFT)およびその作製方法
に関するものである。本発明によって作製される薄膜ト
ランジスタは、ガラス等の絶縁基板上、単結晶シリコン
等の半導体基板上、いずれにも形成される。特に本発明
は、熱アニールによる結晶化、活性化を経て作製される
薄膜トランジスタに関する。 【0002】 【従来の技術】最近、絶縁基板上に、薄膜状の活性層
(活性領域ともいう)を有する絶縁ゲイト型の半導体装
置の研究がなされている。特に、薄膜状の絶縁ゲイトト
ランジスタ、いわゆる薄膜トランジスタ(TFT)が熱
心に研究されている。これらは、利用する半導体の材料
・結晶状態によって、アモルファスシリコンTFTや結
晶性シリコンTFTというように区別されている。結晶
性シリコンとは言っても、単結晶ではない非単結晶のも
のである。 【0003】一般にアモルファス状態の半導体の電界移
動度は小さく、したがって、高速動作が要求されるTF
Tには利用できない。また、アモルファスシリコンで
は、P型の電界移動度は著しく小さいので、Pチャネル
型のTFT(PMOSのTFT)を作製することができ
ず、したがって、Nチャネル型TFT(NMOSのTF
T)と組み合わせて、相補型のMOS回路(CMOS)
を形成することができない。 【0004】一方、結晶半導体は、アモルファス半導体
よりも電界移動度が大きく、したがって、高速動作が可
能である。結晶性シリコンでは、NMOSのTFTだけ
でなく、PMOSのTFTも同様に得られるのでCMO
S回路を形成することが可能である。また、より良い特
性を得るには、単結晶半導体のMOSICでおこなわれ
ているようなLDD(低濃度ドレイン)構造を設けるこ
とが好ましいと指摘されている。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】LDD構造を得るため
には、以下のプロセスが必要である。 島状半導体領域、ゲイト絶縁膜の形成 ゲイト電極の形成 低濃度の不純物の導入(イオン注入法もしくはイオ
ンドーピング法による) LDD領域のマスクの形成(ゲイト電極を覆う絶縁
膜の異方性エッチングもしくはゲイト電極の陽極酸化等
の選択的酸化法による) 高濃度の不純物の導入(イオン注入法もしくはイオ
ンドーピング法による) 不純物の活性化(レーザーアニールもしくは熱アニ
ールによる) 【0006】これらのプロセスの中で最大の問題点は
の工程である。レーザーアニールとは、レーザーもしく
はそれと同等な強光を照射することによってアモルファ
スシリコンを活性化させる方法であるが、レーザーの出
力の不安定性や極めて短時間のプロセスであることに由
来する不安定性のために量産実用化の目処がついていな
い。また、レーザー光はゲイト電極の上から照射される
ので、LDD領域はの工程で形成されたマスクに遮ら
れて十分な活性化が期待できない。 【0007】現在、実用的に採用できると考えられる方
法は、熱によってシリコン中の不純物を活性化させる方
法である。この方法では、LDDの領域も十分に活性化
され、バッチ間のばらつきも少ない。しかし、通常、シ
リコン膜中の不純物を活性化させるには600℃程度の
温度での長時間のアニールか、もしくは1000℃以上
の高温でのアニールが必要であった。後者の方法を採用
すれば選択できる基板が石英に限られ、基板コストが非
常に高くなった。前者の方法では基板選択の余地は拡が
るが、安価な基板を使用すれば、熱アニールの際の基板
の収縮等が問題となり、マスク合わせ失敗等による歩留
り低下が指摘され、より低温での処理が求められてい
る。具体的には、基板として用いられる各種無アルカリ
ガラスの歪み温度以下(好ましくはガラスの歪み温度よ
り50℃以上低い温度)でおこなうことが望まれてい
る。本発明はこのような困難な課題に対して解答を与え
んとするものである。 【0008】 【課題を解決するための手段】本発明者の研究の結果、
実質的にアモルファス状態のシリコン被膜に微量の触媒
元素を添加することによって結晶化を促進させ、結晶化
温度を低下させ、結晶化時間を短縮できることが明らか
になった。触媒元素としては、ニッケル(Ni)、鉄
(Fe)、コバルト(Co)、白金(Pt)が好まし
い。具体的には、これら触媒元素の単体、もしくはそれ
らの珪化物等の化合物被膜をアモルファスシリコンに密
着させ、あるいはイオン注入法等の方法によってアモル
ファスシリコン膜中にこれらの触媒元素を導入し、その
後、これを適当な温度、典型的には580℃以下の温度
で熱アニールすることによって結晶化させることができ
る。 【0009】当然のことであるが、アニール温度が高い
ほど結晶化時間は短いという関係がある。また、ニッケ
ル、鉄、コバルト、白金の濃度が大きいほど結晶化温度
が低く、結晶化時間が短いという関係がある。本発明人
の研究では、結晶化を進行させるには、これらのうちの
少なくとも1つの元素の濃度が1×1015cm-3以上、
好ましくは5×1018cm-3以上存在することが必要で
あることがわかった。 【0010】一方、上記触媒材料はいずれもシリコンに
とっては好ましくない材料であるので、できるだけその
濃度が低いことが望まれる。本発明人の研究では、これ
らの触媒材料の濃度は合計して2×1019cm-3を越え
ないことが望まれる。 【0011】本発明人は、この触媒元素の効果に着目
し、これを利用することによって上記の問題を解決でき
ることを見出した。すなわち、本発明においては、これ
らの触媒元素を不純物導入によってアモルファス状態と
なったシリコン中に導入することによって、結晶化温度
を低下させ、ドーピング不純物の活性化(再結晶化)の
温度を低下させる。特に本発明人の研究によれば、イオ
ン注入法やイオンドーピング法によって最初から均等に
触媒元素が分布している場合には、極めて結晶化が進行
しやすかった。典型的には550℃以下の温度で十分に
結晶化、活性化が可能であり、また、アニール時間も8
時間以内、典型的には4時間以内で十分であることがわ
かった。 【0012】また、従来の熱アニールによる結晶化では
1000Å以下のシリコン膜を結晶化させることは困難
であったが、本発明では極めて容易に、しかも、より低
い温度、より短時間に結晶化させることができた。10
00Å以下、特に500Å以下の薄い活性領域のTFT
は特性が優れるだけでなく、段差が小さいためにゲイト
絶縁膜やゲイト電極の段差部での不良が少なく、歩留り
が高いという利点を有していた。しかしながら、従来は
結晶化が困難であるという理由によって、レーザーアニ
ールによる結晶化以外には作製する方法がなかった。本
発明は、それまでレーザーアニールによって独占されて
いた技術領域を熱アニールによって実施でき、また、上
記理由による歩留りを向上できるという意味でも画期的
なものである。以下に実施例を用いて、より詳細に本発
明を説明する。 【0013】 【実施例】〔実施例1〕 図1に本実施例の作製工程の
断面図を示す。まず、基板(コーニング7059)10
上にスパッタリング法によって厚さ2000Åの酸化珪
素の下地膜11を形成した。さらに、プラズマCVD法
によって、厚さ500〜1500Å、例えば1500Å
の真性(I型)のアモルファスシリコン膜12を、さら
にその上にスパッタリング法によって厚さ200Åの酸
化珪素膜13を堆積した。そして、このシリコン膜にイ
オン注入法によって、ニッケルイオンを注入した。ドー
ズ量は2×1013〜2×1014cm-2、例えば5×10
13cm-2とした。この結果、アモルファスシリコン膜1
2のニッケルの濃度は、5×1018cm -3程度になっ
た。この工程は珪化ニッケル膜を5〜100Å被着させ
ることによっても代用できる。ただし、その際には酸化
珪素膜13は無いほうが望ましい。(図1(A)) 【0014】そして、このアモルファスシリコン膜を窒
素雰囲気中、550℃、4時間アニールして結晶化させ
た。アニール後、シリコン膜をパターニングして、島状
シリコン領域12aを形成し、さらに、スパッタリング
法によって厚さ1000Åの酸化珪素膜14をゲイト絶
縁膜として堆積した。スパッタリングには、ターゲット
として酸化珪素を用い、スパッタリング時の基板温度は
200〜400℃、例えば250℃、スパッタリング雰
囲気は酸素とアルゴンで、アルゴン/酸素=0〜0.
5、例えば0.1以下とした。 【0015】引き続いて、減圧CVD法によって、厚さ
3000〜8000Å、例えば6000Åのシリコン膜
(0.1〜2%の燐を含む)を堆積した。なお、この酸
化珪素とシリコン膜の成膜工程は連続的におこなうこと
が望ましい。そして、シリコン膜をパターニングして、
ゲイト電極15を形成した。(図1(B)) 【0016】次に、プラズマドーピング法によって、シ
リコン領域にゲイト電極をマスクとして不純物(燐)を
注入した。ドーピングガスとして、フォスフィン(PH
3 )を用い、加速電圧を60〜90kV、例えば80k
Vとした。ドーズ量は1×1013〜8×1013cm-2
例えば、2×1013cm-2とした。この結果、N型の低
濃度不純物領域16a、16bが形成された。(図1
(C)) 【0017】続いて、クエン酸溶液(1〜5%)に基板
を浸漬して、ゲイト電極に電流を通じ、ゲイト電極の表
面に陽極酸化物層17を成長させた。陽極酸化物の厚さ
は1000〜5000Å、特に2000〜3000Åが
好ましかった。ここでは2500Åとした。そして、再
び、プラズマドーピング法によって、シリコン領域にゲ
イト電極とその周囲の陽極酸化物をマスクとして不純物
(燐)を注入した。ドーピングガスとして、フォスフィ
ン(PH3 )を用い、加速電圧を60〜90kV、例え
ば80kVとした。ドーズ量は1×1015〜8×1015
cm-2、例えば、2×1015cm-2とした。この結果、
N型の高濃度不純物領域18a、18bが形成された。
また、陽極酸化物がマスクとなって、一部には先に形成
された低濃度不純物領域(LDD)が残存した。(図1
(D)) 【0018】その後、窒素雰囲気中、500℃で4時間
アニールすることによって、不純物を活性化させた。こ
の活性化の温度は先の結晶化の温度よりも低いことが望
ましい。これは基板の収縮を極力少なくするためであ
る。このとき、シリコン膜中にはニッケルが分布してい
るので、低温のアニールにも関わらず再結晶化が容易に
進行した。こうして不純物領域16a、16bおよび1
8a、18bを活性化できた。ここで注目すべきこと
は、この活性化プロセスが熱アニールによるため、レー
ザーアニール法では、十分な活性化が不可能であったL
DDも活性化されたことである。また、不純物領域と活
性領域の結晶性も連続的であった。 【0019】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜19
を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成し、
これにコンタクトホールを形成して、金属材料、例え
ば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってTFT
のソース領域、ドレイン領域の電極・配線20を形成し
た。最後に、1気圧の水素雰囲気で350℃、30分の
アニールをおこなった。以上の工程によって薄膜トラン
ジスタが完成した。(図1(E))2次イオン質量分析
(SIMS)法によってニッケルの濃度を調べたとこ
ろ、TFTの不純物領域、活性領域とも、1×1018
5×1018cm-3の濃度で検出された。 【0020】〔実施例2〕 図2に本実施例の作製工程
の断面図を示す。まず、基板(コーニング7059)2
1上にスパッタリング法によって厚さ2000Åの酸化
珪素の下地膜22を形成した。さらに、プラズマCVD
法によって、厚さ500〜1500Å、例えば500Å
の真性(I型)のアモルファスシリコン膜を堆積した。
そして、このシリコン膜をパターニングして、島状シリ
コン膜23を形成した。 【0021】さらに、テトラ・エトキシ・シラン(Si
(OC2 5 4 、TEOS)と酸素を原料として、プ
ラズマCVD法によって結晶シリコンTFTのゲイト絶
縁膜として、厚さ1000Åの酸化珪素24を形成し
た。原料には、上記ガスに加えて、トリクロロエチレン
(C2 HCl3 )を用いた。成膜前にチャンバーに酸素
を400SCCM流し、基板温度300℃、全圧5P
a、RFパワー150Wでプラズマを発生させ、この状
態を10分保った。その後、チャンバーに酸素300S
CCM、TEOSを15SCCM、トリクロロエチレン
を2SCCMを導入して、酸化珪素膜の成膜をおこなっ
た。基板温度、RFパワー、全圧は、それぞれ300
℃、75W、5Paであった。成膜完了後、チャンバー
に100Torrの水素を導入し、350℃で35分の
水素アニールをおこなった。 【0022】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ3000〜8000Å、例えば6000Åのタンタ
ル膜を堆積した。タンタルの代わりにチタンやタングス
テン、モリブテン、シリコンでもよい。但し、後の活性
化に耐えられるだけの耐熱性が必要である。なお、この
酸化珪素24とタンタル膜の成膜工程は連続的におこな
うことが望ましい。そして、タンタル膜をパターニング
して、TFTのゲイト電極26を形成した。ゲイト電極
の幅(=チャネル長)は5〜20μmとした。(図2
(A)) 【0023】次に、イオン注入法によって、アモルファ
スシリコン領域にゲイト電極をマスクとして不純物
(燐)を注入した。加速電圧は80kVとした。ドーズ
量は2×1013cm-2とした。この結果、N型の低濃度
不純物領域26a、26bが形成された。(図2
(B))引き続いて、イオン注入法によって、ゲイト電
極をマスクとしてニッケルを注入した。ドーズ量は2×
1013〜2×1014cm-2、例えば1×1014cm-2
した。この結果、アモルファスシリコン領域23のニッ
ケルの濃度は、1×10 19cm-3程度になった。(図2
(C)) 【0024】次に、このタンタル配線の表面を陽極酸化
して、表面に酸化物層27を形成した。陽極酸化は、酒
石酸の1〜5%エチレングリコール溶液中でおこなっ
た。得られた酸化物層の厚さは2000Åであった。そ
して、再びイオン注入法によって、ゲイト電極をマスク
として不純物(燐)を注入した。加速電圧を80kVと
し、ドーズ量は2×1015cm-2とした。この結果、N
型の高濃度不純物領域28a、28bが形成された。
(図2(D)) 【0025】その後、窒素雰囲気中、500℃で4時間
アニールすることによって、アモルファスシリコン膜の
結晶化および不純物の活性化をおこなった。このとき、
N型不純物領域28a、28bおよび26aおよび26
bにはニッケルが注入されているので、このアニールに
よって活性化が容易に進行した。一方、ゲイト電極の下
の活性領域にはニッケルは注入されなかったが、不純物
領域26からニッケルが拡散することによって、結晶化
が進行した。10μm以下のチャネル長では完全に結晶
化することができた。しかし、それ以上のチャネル長で
は完全に結晶化することは困難であった。しかし、アニ
ール温度を550℃としたところ、20μmのチャネル
長のものでも活性領域の結晶化が認められた。このよう
な横方向の結晶化を促進するには、アニール温度を上げ
るか、アニール時間を長くすると良いことが明らかにな
った。 【0026】続いて、層間絶縁物として厚さ2000Å
の酸化珪素膜29をTEOSを原料とするプラズマCV
D法によって形成し、これにコンタクトホールを形成し
て、金属材料、例えば、窒化チタンとアルミニウムの多
層膜によってソース、ドレイン電極・配線30を形成し
た。以上の工程によって半導体回路が完成した。(図2
(E)) 【0027】作製された薄膜トランジスタの電界効果移
動度は、ゲイト電圧10Vで70〜100cm2 /V
s、しきい値は2.5〜4.0V、ゲイトに−20Vの
電圧を印加したときのリーク電流は10-13 A以下であ
った。 【0028】 【発明の効果】本発明は、例えば、500〜550℃と
いうような低温、かつ、4時間という短時間でアモルフ
ァスシリコン膜の結晶化およびシリコン中のドーピング
不純物の活性化をおこなうことによって、スループット
を向上させることができる。加えて、従来、600℃以
上のプロセスを採用した場合にはガラス基板の縮みが歩
留り低下の原因として問題となっていたが、本発明を利
用することによってそのような問題点は一気に解消でき
た。 【0029】このことは、大面積の基板を一度に処理で
きることを意味するものである。すなわち、大面積基板
を処理することによって、1枚の基板から多くの半導体
回路(マトリクス回路等)を切りだすことによって単価
を大幅に低下させることができる。これを液晶ディスプ
レーに応用した場合には、量産性の向上と特性の改善が
図られる。 【0030】本明細書においては、実施例を2つ示した
が、特に実施例2のプロセスにおいては、アモルファス
シリコン膜の結晶化と不純物の活性化が同時に行われる
ことが注目される。従来は、実施例1に示したように結
晶化後に、不純物を導入して活性化をおこなうことが普
通であった。しかし、このような方法ではプロセスが重
複するうえ、最初の結晶化によって形成される活性領域
と、不純物導入後に再結晶化されるソース、ドレインに
おいて結晶成長の不連続性が生じ、信頼性に悪影響をも
たらした。実施例2のように、結晶化と活性化が同時に
おこなわれることは、プロセスの簡略化(とそれに伴う
スループットの上昇)および結晶性の連続性による信頼
性向上という効果をもたらした。このように本発明は工
業上有益な発明である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a non-single-crystal semiconductor thin film.
Having thin film transistor (TFT) and manufacturing method thereof
It is about. The thin film formed by the present invention
The transistor is made of single-crystal silicon on an insulating substrate such as glass.
Etc. are formed on any semiconductor substrate. In particular, the invention
Is produced through crystallization and activation by thermal annealing
It relates to a thin film transistor. [0002] 2. Description of the Related Art Recently, a thin active layer is formed on an insulating substrate.
Insulating gate type semiconductor device having an active region
Has been studied. In particular, a thin insulating gate
The transistor, the so-called thin film transistor (TFT), is heated
Researched in mind. These are the semiconductor materials used
-Depending on the crystal state, amorphous silicon TFTs and
It is distinguished as a crystalline silicon TFT. crystal
Silicon is not a single crystal, but a non-single crystal
It is. In general, the electric field transfer of a semiconductor in an amorphous state
Mobility is small, and therefore TF for which high-speed operation is required
Not available for T. Also, with amorphous silicon
Indicates that the P-type electric field mobility is extremely small,
Type TFT (PMOS TFT)
Therefore, an N-channel TFT (NMOS TF)
T) and complementary MOS circuit (CMOS)
Cannot be formed. On the other hand, crystalline semiconductors are amorphous semiconductors.
Electric field mobility and therefore high-speed operation
Noh. In crystalline silicon, only NMOS TFT
Instead, a PMOS TFT can be obtained in the same
It is possible to form an S circuit. Also, better features
In order to obtain the property, it is done with MOSIC of single crystal semiconductor
It is necessary to provide an LDD (low concentration drain) structure
Are preferred. [0005] SUMMARY OF THE INVENTION To obtain an LDD structure
Requires the following process:   Formation of island-shaped semiconductor region and gate insulating film   Formation of gate electrode   Introduction of low concentration impurities (ion implantation or ion implantation
Doping method)   LDD region mask formation (insulation covering gate electrode)
Anisotropic etching of film or anodic oxidation of gate electrode
By selective oxidation of   Introduction of high concentration impurities (ion implantation or ion implantation
Doping method)   Activation of impurities (laser annealing or thermal annealing)
According to the rules) The biggest problem with these processes is that
It is a process of. What is laser annealing?
Irradiates an equivalent strong light
This is a method of activating silicon,
Due to force instability or very short process times
There is no prospect of mass production due to the coming instability
No. In addition, laser light is irradiated from above the gate electrode
Therefore, the LDD region is blocked by the mask formed in the step
Therefore, sufficient activation cannot be expected. At present, those who can be practically employed
The method is to activate impurities in silicon by heat.
Is the law. In this method, the LDD region is sufficiently activated.
And there is little variation between batches. However, usually
In order to activate the impurities in the recon film,
Prolonged annealing at temperature or above 1000 ° C
High temperature annealing was required. Adopt the latter method
In this case, the substrate that can be selected is limited to quartz, and
Always higher. With the former method, there is more room for substrate selection.
However, if an inexpensive substrate is used, the substrate during thermal annealing can be used.
Shrinkage etc. become a problem, and the yield due to mask alignment failure etc.
And treatment at lower temperatures is required.
You. Specifically, various alkali-free substrates used as substrates
Below the glass distortion temperature (preferably from the glass distortion temperature
Temperature lower than 50 ° C).
You. The present invention provides an answer to such a difficult task.
It is something to do. [0008] As a result of the research by the present inventors,
Trace amount of catalyst on silicon film in amorphous state
Addition of elements promotes crystallization,
Clearly lower temperature and shorter crystallization time
Became. Nickel (Ni), iron
(Fe), cobalt (Co), platinum (Pt) are preferred
No. Specifically, these catalyst elements alone or
Compound film such as silicide on amorphous silicon
Or by an ion implantation method or the like.
These catalytic elements are introduced into the fac silicon film,
Later, this is brought to a suitable temperature, typically a temperature of 580 ° C. or less.
Can be crystallized by thermal annealing
You. As a matter of course, the annealing temperature is high.
The shorter the crystallization time, the shorter the crystallization time. Also, Nicke
The higher the concentration of iron, cobalt, platinum, the higher the crystallization temperature
And the crystallization time is short. The inventor
Research has shown that to promote crystallization,
The concentration of at least one element is 1 × 1015cm-3that's all,
Preferably 5 × 1018cm-3Must exist
I found it. On the other hand, all of the above catalyst materials are converted to silicon.
It is an undesirable material, so
It is desired that the concentration be low. In our study, this
The total concentration of these catalyst materials was 2 × 1019cm-3Beyond
It is hoped that there is no. The present inventor pays attention to the effect of this catalytic element.
And use it to solve the above problem.
I found that. That is, in the present invention,
These catalyst elements become amorphous by introducing impurities.
Crystallization temperature by introducing into the silicon
Of the doping impurities (recrystallization)
Decrease temperature. In particular, according to the research by the present inventors,
Uniform from the beginning by ion implantation or ion doping
Extremely high crystallization when catalyst elements are distributed
It was easy. Typically, temperatures below 550 ° C are sufficient
Crystallization and activation are possible, and annealing time is 8
It has been found that an hour, typically four hours, is sufficient.
won. In the conventional crystallization by thermal annealing,
Difficult to crystallize silicon films below 1000Å
However, in the present invention, it is very easy
Crystallization could be performed at a lower temperature and in a shorter time. 10
TFT with thin active area of less than 00Å, especially less than 500Å
Is not only excellent in characteristics, but also gate
Less defects at steps of insulating film and gate electrode, yield
Had the advantage of being high. However, conventionally
Because of the difficulty of crystallization, laser
There was no production method other than crystallization with a tool. Book
The invention was monopolized by laser annealing until then
Technology areas can be implemented by thermal annealing.
Breakthrough in the sense that the yield can be improved for the reasons mentioned
It is something. The present invention will be described in more detail using the following examples.
Explain the light. [0013] [Embodiment 1] FIG. 1 shows the manufacturing process of this embodiment.
FIG. First, the substrate (Corning 7059) 10
2000 mm thick silicon oxide by sputtering
An elementary base film 11 was formed. Furthermore, a plasma CVD method
Depending on the thickness, for example, 500-1500 °, for example, 1500 °
Intrinsic (I-type) amorphous silicon film 12
And a 200 Å thick acid by sputtering.
A silicon oxide film 13 was deposited. And this silicon film
Nickel ions were implanted by an ON implantation method. Do
Size is 2 × 1013~ 2 × 1014cm-2, For example, 5 × 10
13cm-2And As a result, the amorphous silicon film 1
The nickel concentration of 2 was 5 × 1018cm -3About
Was. This step involves depositing a nickel silicide film between 5 and 100 degrees.
Can also be substituted. However, in that case, oxidation
It is desirable not to have the silicon film 13. (Fig. 1 (A)) Then, this amorphous silicon film is nitrided.
Crystallize by annealing at 550 ° C for 4 hours in elementary atmosphere
Was. After annealing, pattern the silicon film to form an island
Form silicon region 12a, and then sputter
Gate of silicon oxide film 14 with a thickness of 1000 mm
Deposited as an edge film. Sputtering target
The substrate temperature during sputtering is
200 to 400 ° C, for example 250 ° C, sputtering atmosphere
The atmosphere is oxygen and argon, and argon / oxygen = 0 to 0.1.
5, for example, 0.1 or less. Subsequently, the thickness is reduced by a low pressure CVD method.
3000-8000Å, for example, 6000Å silicon film
(Containing 0.1-2% phosphorous). This acid
The silicon oxide and silicon film deposition process must be performed continuously.
Is desirable. And pattern the silicon film,
The gate electrode 15 was formed. (FIG. 1 (B)) Next, the plasma doping method is used to
Impurity (phosphorus) is implanted in the recon region using the gate electrode as a mask.
Injected. Phosphine (PH) as doping gas
Three), And the acceleration voltage is 60 to 90 kV, for example, 80 kV.
V. Dose amount is 1 × 1013~ 8 × 1013cm-2,
For example, 2 × 1013cm-2And As a result, the N-type low
Concentration impurity regions 16a and 16b were formed. (Figure 1
(C)) Subsequently, the substrate was placed in a citric acid solution (1 to 5%).
Immersed in the electrode and pass a current through the gate electrode.
An anodic oxide layer 17 was grown on the surface. Anodic oxide thickness
Is 1000-50005, especially 2000-3000Å
I liked it. Here, it was 2500 °. And re
The silicon region by plasma doping.
Impurities using the anode electrode and the surrounding anodic oxide as a mask
(Phosphorus) was injected. Phosphine as doping gas
(PHThree), The acceleration voltage is 60 to 90 kV, for example.
For example, it was set to 80 kV. Dose amount is 1 × 1015~ 8 × 1015
cm-2, For example, 2 × 1015cm-2And As a result,
N-type high-concentration impurity regions 18a and 18b were formed.
Also, the anodic oxide is used as a mask and partially formed first
The low-concentration impurity region (LDD) thus left remains. (Figure 1
(D)) Thereafter, in a nitrogen atmosphere at 500 ° C. for 4 hours.
The impurities were activated by annealing. This
The activation temperature is expected to be lower than the previous crystallization temperature.
Good. This is to minimize the shrinkage of the substrate.
You. At this time, nickel is distributed in the silicon film.
Easy recrystallization despite low temperature annealing
Advanced. Thus, impurity regions 16a, 16b and 1
8a and 18b could be activated. Things to note here
This activation process is due to thermal annealing,
In the laser annealing method, sufficient activation was impossible.
DD is also activated. In addition, impurity regions and active
The crystallinity of the active region was also continuous. Subsequently, a silicon oxide film 19 having a thickness of 6000.degree.
Is formed as an interlayer insulator by a plasma CVD method,
A contact hole is formed in this, and a metal material, such as
For example, a TFT with a multilayer film of titanium nitride and aluminum
To form electrodes / wirings 20 of the source region and the drain region
Was. Finally, in a hydrogen atmosphere of 1 atm.
Annealing was performed. Through the above steps, the thin film transformer
The Vista is completed. (FIG. 1E) Secondary ion mass spectrometry
(SIMS) method to determine the concentration of nickel
Of course, both the impurity region and the active region of the TFT are 1 × 1018~
5 × 1018cm-3At a concentration of. [Embodiment 2] FIG. 2 shows a manufacturing process of this embodiment.
FIG. First, the substrate (Corning 7059) 2
Oxidation of 2000mm thick by sputtering method on 1
A silicon base film 22 was formed. Furthermore, plasma CVD
Depending on the method, the thickness is 500-1500 °, for example 500 °
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film was deposited.
This silicon film is patterned to form an island-shaped silicon
A con film 23 was formed. Further, tetraethoxysilane (Si)
(OCTwoHFive)Four, TEOS) and oxygen as raw materials
Gate isolation of crystalline silicon TFT by plasma CVD
A silicon oxide 24 having a thickness of 1000 ° is formed as an edge film.
Was. In addition to the above gases, trichloroethylene
(CTwoHClThree) Was used. Oxygen in chamber before film formation
Flow at 400 SCCM, substrate temperature 300 ° C, total pressure 5P
a, A plasma is generated at an RF power of 150 W
I kept it for 10 minutes. Then, oxygen 300S in the chamber
15CMCM for CCM and TEOS, Trichlorethylene
Was introduced into 2SCCM to form a silicon oxide film.
Was. The substrate temperature, RF power and total pressure are 300
° C, 75W, and 5Pa. After film formation is completed, the chamber
100 Torr of hydrogen is introduced into the reactor at 350 ° C. for 35 minutes.
Hydrogen annealing was performed. Subsequently, by a sputtering method,
Tanta with a thickness of 3000-8000Å, for example, 6000Å
Film was deposited. Titanium or tangs instead of tantalum
Tens, molybdenum and silicon may be used. However, later activity
It is necessary to have heat resistance enough to withstand the change. Note that this
The process of forming the silicon oxide 24 and the tantalum film is performed continuously.
Is desirable. And pattern the tantalum film
Thus, a gate electrode 26 of the TFT was formed. Gate electrode
(= Channel length) was 5 to 20 μm. (FIG. 2
(A)) Next, the amorphous silicon is formed by ion implantation.
Impurities in the silicon region using the gate electrode as a mask
(Phosphorus) was injected. The acceleration voltage was 80 kV. Dose
The quantity is 2 × 1013cm-2And As a result, the low concentration of N-type
Impurity regions 26a and 26b were formed. (FIG. 2
(B)) Subsequently, a gate electrode is formed by ion implantation.
Nickel was injected using the pole as a mask. The dose is 2 ×
1013~ 2 × 1014cm-2, For example, 1 × 1014cm-2When
did. As a result, the nip of the amorphous silicon region 23 is reduced.
The concentration of Kel is 1 × 10 19cm-3It was about. (FIG. 2
(C)) Next, the surface of the tantalum wiring is anodized.
Thus, an oxide layer 27 was formed on the surface. Anodizing is sake
Performed in 1-5% ethylene glycol solution of folic acid
Was. The thickness of the obtained oxide layer was 2000 °. So
And again mask the gate electrode by ion implantation.
As an impurity (phosphorus). The acceleration voltage is 80 kV
And the dose is 2 × 1015cm-2And As a result, N
Mold high-concentration impurity regions 28a and 28b were formed.
(FIG. 2 (D)) Then, at 500 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere.
By annealing, the amorphous silicon film
Crystallization and impurity activation were performed. At this time,
N-type impurity regions 28a, 28b and 26a and 26
Since nickel is implanted in b,
Thus, activation proceeded easily. On the other hand, below the gate electrode
Nickel was not implanted in the active region of
Crystallization due to diffusion of nickel from region 26
Has progressed. Completely crystalline with a channel length of 10 μm or less
Could be transformed. But with longer channel lengths
Was difficult to completely crystallize. But ani
When the rule temperature is 550 ° C, the channel of 20 μm
Crystallization of the active region was observed even with a long one. like this
Raise the annealing temperature to promote efficient lateral crystallization.
Or increase the annealing time.
Was. Subsequently, as an interlayer insulator, a thickness of 2000
Plasma silicon oxide film 29 made of TEOS as a raw material
The contact hole is formed in this by the D method.
Metal materials, such as titanium nitride and aluminum.
The source / drain electrode / wiring 30 is formed by the layer film.
Was. The semiconductor circuit was completed by the above steps. (FIG. 2
(E)) Field effect transfer of the fabricated thin film transistor
Mobility is 70-100cm at a gate voltage of 10VTwo/ V
s, the threshold is 2.5-4.0V, and the gate is -20V.
Leakage current when voltage is applied is 10-13A or less
Was. [0028] According to the present invention, for example, a temperature of 500 to 550 ° C.
Amorph in such a low temperature and as short as 4 hours
Crystallization of base silicon film and doping in silicon
By activating impurities, throughput is improved.
Can be improved. In addition, conventionally,
When the above process is adopted, the shrinkage of the glass substrate
Although this was a problem as a cause of reduced retention, the present invention
Can be used to solve such problems at once.
Was. This means that a large area substrate can be processed at once.
It means that you can. That is, large area substrate
By processing many semiconductors from one substrate
Unit price by starting circuit (matrix circuit etc.)
Can be greatly reduced. This is the liquid crystal display
When applied to ray, the improvement of mass productivity and improvement of characteristics
It is planned. In this specification, two examples are shown.
However, especially in the process of Example 2, the amorphous
Simultaneous crystallization of silicon film and activation of impurities
It is noted that. Conventionally, as shown in the first embodiment,
After crystallization, it is common to activate by introducing impurities.
It was through. However, in such a method, the process is heavy.
Active area formed by initial crystallization
And the source and drain that are recrystallized after impurity introduction
Discontinuity in crystal growth, which may adversely affect reliability.
I did it. As in Example 2, crystallization and activation occur simultaneously
What is done is to simplify the process (and
Increased throughput) and continuity of crystallinity
This has the effect of improving the performance. Thus, the present invention
This is an industrially useful invention.

【図面の簡単な説明】 【図1】 実施例1の作製工程断面図を示す。 【図2】 実施例2の作製工程断面図を示す。 【符号の説明】 10・・・基板 11・・・下地絶縁膜(酸化珪素) 12・・・アモルファスシリコン膜 13・・・酸化珪素膜 12a・・島状シリコン領域 14・・・ゲイト絶縁膜(酸化珪素) 15・・・ゲイト電極(燐ドープされたシリコン) 16・・・低濃度不純物領域(LDD) 17・・・陽極酸化物(酸化珪素) 18・・・ソース、ドレイン 19・・・層間絶縁物(酸化珪素) 20・・・金属配線・電極(窒化チタン/アルミニウ
ム)
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing step in Example 1. FIG. 2 shows a cross-sectional view of a manufacturing process in Example 2. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... substrate 11 ... base insulating film (silicon oxide) 12 ... amorphous silicon film 13 ... silicon oxide film 12a ... island-shaped silicon region 14 ... gate insulating film ( 15 ... Gate electrode (phosphorus-doped silicon) 16 ... Low-concentration impurity region (LDD) 17 ... Anodic oxide (silicon oxide) 18 ... Source, drain 19 ... Interlayer Insulator (silicon oxide) 20 ... Metal wiring / electrode (titanium nitride / aluminum)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/265 P (56)参考文献 特開 平6−333951(JP,A) 特開 平5−55581(JP,A) 特開 平4−11226(JP,A) 特開 平4−340725(JP,A) 特開 平5−67635(JP,A) 特開 平3−218073(JP,A) 特開 平4−360580(JP,A) 特開 平2−84775(JP,A) C.Hayzelden. J.L. Batstone, R.C.Camm arata,In situ tran smission electron microscopy studies of silicide−media ted crystallizatio n of amorphous s,A ppl. Phys. Lett., 1992年 1月13日,Vol.60 No. 2,p.225−227 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/736 H01L 21/20 H01L 21/336 ────────────────────────────────────────────────── ─── front page continued (51) Int.Cl. 7 identifications FI H01L 21/265 P (56) references Patent Rights 6-333951 (JP, a) Patent Rights 5-55581 (JP, a) JP-A-4-11226 (JP, A) JP-A-4-340725 (JP, A) JP-A-5-67635 (JP, A) JP-A-3-218073 (JP, A) JP-A-4-360580 (JP, A) JP-A-2-84775 (JP, A) C.I. Hayzelden. J. L. Batstone, R.A. C. Camm arata, In situ tran emission election microscopy studies of silicide-media ted crystallizatio n of amorphous s, Appl. Phys. Lett. , January 13, 1992, Vol. 60 No. 2, p. 225-227 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/736 H01L 21/20 H01L 21/336

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 絶縁基板上にアモルファスシリコン膜を
形成し、 前記アモルファスシリコン膜を複数の島状シリコン領域
にパターニングし、 前記島状シリコン領域上にゲート絶縁膜を形成し、 前記ゲート絶縁膜上に、幅が5〜20μmであるゲート
電極を形成し、 前記ゲート電極をマスクに用いて、前記島状シリコン領
域中に、第1のドーズ量で不純物を導入し、 前記ゲート電極をマスクに用いて、前記島状シリコン領
域中に、イオン化された、シリコンの結晶化を促進させ
る元素とを導入し、 前記ゲート電極を覆って絶縁膜を形成した後、異方性エ
ッチングすることによりLDD領域のマスクを形成し、 前記ゲート電極及び前記LDD領域のマスクを用いて、
前記第1のドーズ量より大きな第2のドーズ量で、前記
不純物と同じ導電型不純物を導入し、前記島状シリコ
ン領域を熱アニールすることにより、活性化及び結晶化
を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
(57) [Claims 1 to form an amorphous silicon film on an insulating substrate, and patterning the amorphous silicon film into a plurality of island-like silicon region, a gate insulating film on the island silicon region on Forming a gate having a width of 5 to 20 μm on the gate insulating film
An electrode is formed , an impurity is introduced into the island-shaped silicon region at a first dose using the gate electrode as a mask , and the island-shaped silicon region is implanted using the gate electrode as a mask.
Promotes the crystallization of ionized silicon in the region
After forming an insulating film covering the gate electrode by introducing
Forming a mask of the LDD region by etching, and using the gate electrode and the mask of the LDD region,
In larger second dose than the first dose, to introduce the same conductivity type impurity and the <br/> impurities, by a pre Kishimajo silicon region is thermally annealed, activation and crystallization
A method for manufacturing a semiconductor device.
JP2001025569A 1993-03-22 2001-02-01 Method for manufacturing semiconductor device Expired - Lifetime JP3535465B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001025569A JP3535465B2 (en) 1993-03-22 2001-02-01 Method for manufacturing semiconductor device

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5-86748 1993-03-22
JP8674893 1993-03-22
JP2001025569A JP3535465B2 (en) 1993-03-22 2001-02-01 Method for manufacturing semiconductor device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001014643A Division JP3535463B2 (en) 1993-03-22 2001-01-23 Method for manufacturing semiconductor circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001250960A JP2001250960A (en) 2001-09-14
JP3535465B2 true JP3535465B2 (en) 2004-06-07

Family

ID=26427834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001025569A Expired - Lifetime JP3535465B2 (en) 1993-03-22 2001-02-01 Method for manufacturing semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3535465B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100815894B1 (en) * 2001-09-21 2008-03-21 엘지.필립스 엘시디 주식회사 Method of fabricating CMOS Poly Silicon TFT having LDD structure
US20060049428A1 (en) * 2002-07-05 2006-03-09 Van Der Zaag Pieter J Tft electronic devices and their manufacture
KR20040044726A (en) * 2002-11-21 2004-05-31 삼성전자주식회사 Thin film transistor and method for manufacturing thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C.Hayzelden. J.L.Batstone, R.C.Cammarata,In situ transmission electron microscopy studies of silicide−mediated crystallization of amorphous s,Appl. Phys. Lett.,1992年 1月13日,Vol.60 No.2,p.225−227

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001250960A (en) 2001-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3535205B2 (en) Method for manufacturing thin film transistor
US5646424A (en) Transistor device employing crystallization catalyst
KR100197780B1 (en) Tr and semicoductor circuit fabrication method
JP3637069B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2000174289A (en) Semiconductor device and its manufacture
JP3402380B2 (en) Semiconductor circuit and manufacturing method thereof
JP3869189B2 (en) Method for manufacturing thin film transistor
JP3369244B2 (en) Thin film transistor
JP3137797B2 (en) Thin film transistor and manufacturing method thereof
JP3514891B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3359691B2 (en) Method for manufacturing thin film transistor
JP3535465B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2916524B2 (en) Thin film semiconductor device
JP3535463B2 (en) Method for manufacturing semiconductor circuit
JP3333489B2 (en) Method for manufacturing thin film transistor
JP2987987B2 (en) Method of forming crystalline semiconductor thin film and method of manufacturing thin film transistor
JP3181901B2 (en) Thin film transistor
JP3316201B2 (en) Semiconductor circuit
JP3181817B2 (en) Thin film transistor
JP3362023B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3369530B2 (en) Method for manufacturing thin film transistor
JP2000269502A (en) Semiconductor device
JPH11330488A (en) Semiconductor device and its manufacture

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040309

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040311

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080319

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090319

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100319

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100319

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100319

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110319

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110319

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120319

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120319

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130319

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130319

Year of fee payment: 9