JP4515302B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
半導体薄膜でなる活性層を有する半導体装置を作製するにあたって、
絶縁表面を有する基体上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、
前記非晶質珪素膜上に選択的にマスク絶縁膜を形成する工程と、
前記非晶質珪素膜に対して結晶化を助長する金属元素を選択的に保持させる工程と、
第1の加熱処理により前記非晶質珪素膜の少なくとも一部を結晶性珪素膜に変成させる工程と、
前記マスク絶縁膜を除去する工程と、
後の活性層として、パターニングにより前記結晶性珪素膜のみで構成される島状半導体層を形成する工程と、
ハロゲン元素を含む雰囲気中において第2の加熱処理を行うことにより前記島状半導体層中の前記金属元素をゲッタリング除去すると共に、熱酸化膜でなるゲイト絶縁膜を形成する工程と、
を少なくとも有し、
前記活性層は前記基体と概略平行な針状または柱状結晶が複数集合して形成されることを特徴とする。
半導体薄膜でなる活性層を有する半導体装置を作製するにあたって、
絶縁表面を有する基体上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、
前記非晶質珪素膜上に選択的にマスク絶縁膜を形成する工程と、
前記非晶質珪素膜に対して結晶化を助長する金属元素を選択的に保持させる工程と、
第1の加熱処理により前記非晶質珪素膜の少なくとも一部を結晶性珪素膜に変成させる工程と、
前記マスク絶縁膜を除去する工程と、
後の活性層として、パターニングにより前記結晶性珪素膜のみで構成される島状半導体層を形成する工程と、
ハロゲン元素を含む雰囲気中において第2の加熱処理を行うことにより前記島状半導体層中の前記金属元素をゲッタリング除去する工程と、
前記第2の加熱処理によって形成された熱酸化膜を除去する工程と、
第3の加熱処理を行うことにより前記島状半導体層表面にゲイト絶縁膜として機能する熱酸化膜を形成する工程と、
を少なくとも有し、
前記活性層は前記基体と概略平行な針状または柱状結晶が複数集合して形成されることを特徴とする。
(1)S値のσ値が10mV/dec以内、好ましくは5mV/dec 以内に収まる。
(2)S値が80±30mV/dec以内、好ましくは80±15mV/dec以内に収まる。
(3)μFEのσ値が40cm2/Vs以内、好ましくは35cm2/Vs以内に収まる。
(1)S値のσ値が15mV/dec以内、好ましくは10mV/dec以内に収まる。
(2)S値が 80±45mV/dec以内、好ましくは80±30mV/dec以内に収まる。
(3)μFEのσ値が15cm2/Vs以内、好ましくは10cm2/Vs以内に収まる。
本発明によって得られる結晶性珪素膜が図10(A)に示される様な針状または柱状結晶の集合体でなる結晶構造体であることは既に述べた。ここでは、本発明による結晶構造体と他の方法で形成された結晶構造体との比較を行なう。
実施例1および実施例2で示した様に、本発明に従って作製したTFTは極めて高い性能(高速動作特性、高耐圧特性)を実現している。特に、S値が60〜100mV/dec 、電界効果移動度(μFE) が 150〜300cm2/Vs の範囲に収まる(後述するが実際の電界効果移動度はもっと高いと考えられる)など従来のTFTでは到底成しえなかった事である。
(1)キャリアが移動する(キャリアにとって)実質的に真性な領域(針状または柱状結晶の内部)が存在する。
(2)キャリアの移動を抑制する又はチャネル方向(ソース−ドレイン間を結ぶ方向)にかかる電界を緩和する不純物領域(酸化物領域)が存在する。
Wpi/W=0.1 〜0.9
Wpa/W=0.1 〜0.9
Wpi/Wpa=1/9 〜9
ここでCoxはゲイト酸化膜容量、ΔId、ΔVgはそれぞれドレイン電流Idとゲイト電圧Vgの変化量、Vdはドレイン電圧、L、Wはそれぞれチャネル長およびチャネル幅である。
102 下地膜
103 非晶質珪素膜
104 酸化珪素膜(マスク絶縁膜)
105 非晶質珪素膜が露呈した領域
106 ニッケルを含有した水膜
107 結晶性珪素膜
108 結晶化の方向を示す矢印
109 ニッケル添加領域
110 島状半導体層
111 熱酸化膜
112 アルミニウム膜のパターン
113 多孔質状の陽極酸化膜
114 緻密な陽極酸化膜
115 ゲイト電極
116、117 不純物領域
118、119 低濃度不純物領域
120 チャネル形成領域
121 層間絶縁膜
122 ソース電極
123 ドレイン電極
301 石英基板
302 ニッケル添加領域
303 巨視的な結晶粒界
304 島状半導体層
801 ソース領域
802 ドレイン領域
803 チャネル形成領域
804 不純物領域
805 キャリアが移動する領域
1001 針状または柱状結晶の結晶粒界
Claims (8)
- 絶縁表面を有する基体上に前記基体に対して平行に結晶化された針状または柱状結晶が複数集合することによって形成された結晶性珪素膜を有するNチャネル型の半導体装置であって、
前記結晶性珪素膜は、ソース領域と、ドレイン領域と、前記ソース領域及び前記ドレイン領域に隣接するチャネル形成領域とを有し、
前記チャネル形成領域は、ボロンを含む局部的に形成された複数の不純物領域と、キャリア移動領域とを有し、
前記複数の不純物領域は、前記ソース領域と前記ドレイン領域を結ぶ方向にそれぞれ平行に形成され、
前記ソース領域と前記ドレイン領域に接しない前記チャネル形成領域の端部以外の領域に、前記複数の不純物領域のうちの少なくとも一つが形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 絶縁表面を有する基体上に前記基体に対して平行に結晶化された針状または柱状結晶が複数集合することによって形成された結晶性珪素膜を有するNチャネル型の半導体装置であって、
前記結晶性珪素膜は、ソース領域、ドレイン領域、及びチャネル形成領域を有し、
前記チャネル形成領域は、ボロンを含む局部的に形成された複数の不純物領域と、キャリア移動領域とを有し、
前記複数の不純物領域は、前記ソース領域と前記ドレイン領域を結ぶ方向にそれぞれ平行に形成され、
前記ソース領域と前記ドレイン領域に接しない前記チャネル形成領域の端部以外の領域に、前記複数の不純物領域のうちの少なくとも一つが形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 絶縁表面を有する基体上に前記基体に対して平行に結晶化された針状または柱状結晶が複数集合することによって形成された結晶性珪素膜を有するPチャネル型の半導体装置であって、
前記結晶性珪素膜は、ソース領域と、ドレイン領域と、前記ソース領域及び前記ドレイン領域に隣接するチャネル形成領域とを有し、
前記チャネル形成領域は、リンを含む局部的に形成された複数の不純物領域と、キャリア移動領域とを有し、
前記複数の不純物領域は、前記ソース領域と前記ドレイン領域を結ぶ方向にそれぞれ平行に形成され、
前記ソース領域と前記ドレイン領域に接しない前記チャネル形成領域の端部以外の領域に、前記複数の不純物領域のうちの少なくとも一つが形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 絶縁表面を有する基体上に前記基体に対して平行に結晶化された針状または柱状結晶が複数集合することによって形成された結晶性珪素膜を有するPチャネル型の半導体装置であって、
前記結晶性珪素膜は、ソース領域、ドレイン領域、及びチャネル形成領域を有し、
前記チャネル形成領域は、リンを含む局部的に形成された複数の不純物領域と、キャリア移動領域とを有し、
前記複数の不純物領域は、前記ソース領域と前記ドレイン領域を結ぶ方向にそれぞれ平行に形成され、
前記ソース領域と前記ドレイン領域に接しない前記チャネル形成領域の端部以外の領域に、前記複数の不純物領域のうちの少なくとも一つが形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、チャネル長は、0.01〜2μmであることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
チャネル長は、0.01〜2μmであり、
前記チャネル形成領域の幅をW、前記不純物領域が占有している幅をWpi、前記キャリア移動領域が占有している幅をWpaとするとき、
Wpi/W=0.1〜0.9、
Wpa/W=0.1〜0.9、
Wpi/Wpa=1/9〜9の関係が成り立つことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一項において、前記結晶性珪素膜中にはニッケルが1×1018atoms/cm3以下の平均濃度で存在していることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1乃至請求項7のいずれか一項において、前記複数の不純物領域は、前記基体まで到達していることを特徴とする半導体装置。
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