JP5344205B2 - 積層配線、該積層配線を用いた半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
すなわち、上述したような積層配線がポリシリコンTFTのゲート電極に適用された場合、TFTの製造過程では、ポリシリコン薄膜中に予め導入したリンやボロン等の不純物を活性化するためのアニール工程(活性化工程)や、ポリシリコン薄膜中及びポリシリコン薄膜とゲート絶縁膜との界面に存在する未結合手(ダングリングボンド)を水素で終端するための水素化工程が必要になっている。そして、これら活性化工程及び水素化工程ではいずれも、マイクロクリスタルシリコン薄膜及び金属薄膜の成膜温度よりも高い温度での熱処理を伴うので、既に形成されているマイクロクリスタルシリコン薄膜がその熱処理の影響を受けて上述のシリサイド化反応が起きるのを回避できない。
この発明の発明者らは鋭意研究を重ねた結果、活性化工程や水素化工程等の熱処理工程後に膜剥れが生じたマイクロクリスタルシリコン薄膜と、熱処理工程後でも膜剥れが生じなかったマイクロクリスタルシリコン薄膜とでは、この薄膜の結晶組織を構成している結晶粒の大きさが異なることを見い出した。図5は、熱処理工程後でも膜剥れが生じなかったマイクロクリスタルシリコン薄膜の結晶組織の断面写真、図6は熱処理工程後に膜剥れが生じたマイクロクリスタルシリコン薄膜の結晶組織の断面写真である。両図を比較すれば明らかなように、図5の膜剥れが生じなかったマイクロクリスタルシリコン薄膜の結晶組織の結晶粒は比較的小さなものが多く、一方図6の膜剥れが生じたマイクロクリスタルシリコン薄膜の結晶組織の結晶粒は比較的大きなものが多く、しかも膜厚方向に成長したものが多く観察された。このように膜剥れが生じたマイクロクリスタルシリコン薄膜は、熱処理工程中に上層の金属薄膜との間でシリサイド化反応を起こして、膜厚方向に成長した結晶粒が多くなっている。
図1は、この発明の実施例1である積層配線を用いた半導体装置を示す断面図である。以下、図1を参照して同半導体装置の構成を説明する。なお、この例では半導体装置としてはポリシリコンTFTに適用した例で説明する。
したがって、マイクロクリスタルシリコン薄膜8と金属薄膜9との過剰なシリサイド化反応を抑制することができるので、マイクロクリスタルシリコン薄膜8の膜剥れを防止することができる。
まず、図2(a)に示すように、絶縁性基板1の一例のガラス基板として日本電気硝子社製OA−10を用意し、プラズマCVD法によりSiH4ガス及びN2Oガスを原料ガスとして、そのガラス基板上に膜厚が150nmの二酸化シリコン薄膜を堆積して下地絶縁膜2を形成した。次に、プラズマCVD法によりSiH4ガスを原料ガスとして、下地絶縁膜2上に膜厚が50nmのアモルファスシリコン薄膜16を堆積した。次に、アモルファスシリコン薄膜16中の水素を離脱させるために、約500℃で熱処理を行った。
この第2の製造方法では、前述の発明の原理の図10のNo.4の成膜条件に基づいて、マイクロクリスタルシリコン薄膜8の100nmの膜厚のうち、下部の80nmは成膜速度が24nm/minの成膜条件で形成し、上部の20nmは成膜速度が13nm/minの成膜条件で形成した。ここで、下部の80nmについては、SiH4流量が40sccm、PH3流量が65sccm、H2流量が2500sccm、圧力が260Pa、放電電力密度が1.25W/cm2、基板温度が350℃の条件で、201秒間放電して形成した。一方、上部の20nmについては、SiH4流量が20sccm、PH3流量が65sccm、H2流量が2500sccm、圧力が260Pa、放電電力密度が1.25W/cm2、基板温度が350℃の条件で、95秒間放電して形成した。
これ以外は、上述した第1の製造方法と略同様である.それゆえ、説明を省略する。
この第3の製造方法では、前述の発明の原理の図10のNo.5の成膜条件に基づいて、マイクロクリスタルシリコン薄膜8の100nmを、成膜速度が24nm/minの成膜条件で形成した。そして、SiH4流量が40sccm、PH3流量が65sccm、H2流量が2500sccm、圧力が260Pa、放電電力密度が1.25W/cm2、基板温度が350℃の条件で、201秒間放電して形成した。一方、上部の20nmについては、SiH4流量が20sccm、PH3流量が65sccm、H2流量が2500sccm、圧力が260Pa、放電電力密度が1.25W/cm2、基板温度が350℃の条件で、251秒間放電して形成した。
この第4の製造方法では、前述の発明の原理の図10のNo.6の成膜条件に基づいて、マイクロクリスタルシリコン薄膜8の100nmを、成膜速度が24nm/minの成膜条件で形成した。次に、ポリシリコン薄膜3中に導入したリンを活性化するために、450℃で4時間、窒素雰囲気中で熱処理を行った(活性化工程)。次に、ポリシリコン薄膜3及びポリシリコン薄膜3とゲート絶縁膜7との界面のダングリングボンドを終端させるために、400℃で5分間、水素プラズマ中で熱処理を行った(水素化工程)。
この第5の製造方法では、マイクロクリスタルシリコン薄膜8の100nmを、成膜速度が24nm/minの成膜条件で形成した。次に、ポリシリコン薄膜3中に導入したリンを活性化するために、450℃で1時間、窒素雰囲気中で熱処理を行った(活性化工程)。次に、ポリシリコン薄膜3及びポリシリコン薄膜3とゲート絶縁膜7との界面のダングリングボンドを終端させるために、水素プラズマ中で熱処理を行った(水素化工程)。
2 下地絶縁膜
3 ポリシリコン薄膜
4 ソース領域
5 ドレイン領域
6 チャネル領域
7 ゲート絶縁膜
8 マイクロクリスタルシリコン薄膜
9 金属薄膜
10 ゲート電極
11 層間絶縁膜
12,13 コンタクトホール
14 ソース電極
15 ドレイン電極
16 アモルファスシリコン薄膜
17,18 レジストマスク
20 ポリシリコンTFT(半導体装置)
Claims (4)
- マイクロクリスタルシリコン薄膜と該薄膜上に形成された金属薄膜とから成る積層配線であって、
前記マイクロクリスタルシリコン薄膜の結晶組織を構成している結晶粒において、前記マイクロクリスタルシリコン薄膜の膜厚方向の長さが前記マイクロクリスタルシリコン薄膜の膜厚の60%以上である結晶粒が、前記マイクロクリスタルシリコン薄膜の結晶粒の全数の6%以上15%以下であることを特徴とする積層配線。 - マイクロクリスタルシリコン薄膜と該薄膜上に形成された金属薄膜とから成る積層配線であって、
前記マイクロクリスタルシリコン薄膜の結晶組織を構成している結晶粒において、前記マイクロクリスタルシリコン薄膜の膜厚方向の長さが前記マイクロクリスタルシリコン薄膜の膜厚の50%以下である結晶粒が、前記マイクロクリスタルシリコン薄膜の結晶粒の全数の85%以上91%以下であることを特徴とする積層配線。 - 絶縁性基板上に下地絶縁膜を介してその両端領域にソース領域及びドレイン領域が形成されたポリシリコン薄膜を有し、該ポリシリコン薄膜上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成された半導体装置であって、
前記ゲート電極が請求項1または2記載の積層配線から構成されていることを特徴とする半導体装置。 - 絶縁性基板上に下地絶縁膜を介してアモルファスシリコン薄膜を形成する工程と、
前記アモルファスシリコン薄膜にレーザアニール法を施して該アモルファスシリコン薄膜をポリシリコン薄膜に変質させる工程と、
前記ポリシリコン薄膜をアイランド化した後、該ポリシリコン薄膜上にゲート絶縁膜を介してマイクロクリスタルシリコン薄膜及び金属薄膜を順次に堆積して積層膜を形成する工程と、
前記積層膜を所望の形状にパターニングしてゲート電極を形成する工程とを含み、
前記マイクロクリスタルシリコン薄膜として、該マイクロクリスタルシリコン薄膜の膜厚方向の長さが前記マイクロクリスタルシリコン薄膜の膜厚の60%以上である結晶粒が、前記マイクロクリスタルシリコン薄膜の結晶粒の全数の6%以上15%以下含まれている薄膜、あるいは前記マイクロクリスタルシリコン薄膜の膜厚方向の長さが前記マイクロクリスタルシリコン薄膜の膜厚の50%以下である結晶粒が、前記マイクロクリスタルシリコン薄膜の結晶粒の全数の85%以上91%以下含まれている薄膜を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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