JPH03104209A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH03104209A JPH03104209A JP24274289A JP24274289A JPH03104209A JP H03104209 A JPH03104209 A JP H03104209A JP 24274289 A JP24274289 A JP 24274289A JP 24274289 A JP24274289 A JP 24274289A JP H03104209 A JPH03104209 A JP H03104209A
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Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、半導体装置の製造方法に関する.[従来の技
術] 近年、大型で高解像度の液晶表示パネル、高速で高解像
度の密着型イメージセンサ、三次元IC等への実現に向
けて、ガラス、石英等の絶縁性非晶質基板や、Si02
等の絶縁性非晶質層上に、高性能な半導体素子を形成す
る試みが成されている.特に大型の液晶表示パネル等に
於いては、低コストの要求を満たすため、安価な低融点
ガラス上に薄膜トランジスタ(TPT)を形成すること
が必須の要求になりつつある.従来は、低融点ガラス基
板上に形成するTPTの活性層に、例えばJourna
l of Applied Physics vol.
65(10) p.3951 (1989)等にみられ
るように非晶質Si(a−Si)を用いたものがあり、
ゲート絶縁膜には、IEEE Electron De
vice Letters, Vol.10(6) p
.245 (1989) 等に見られるようにプラズ
マ化学気相成長法(PCVD)を用いたもの、 A
ppliedPhysics Letters Vol
.50(17) p.1167 (1987)等にみら
れるように減圧化学気相成長法(LPCVD)を用いた
もの、Electronics Letters Vo
1.24(3)p.172 (198B)、等にみられ
るように光化学気相戒長法を用いたものがあり、いずれ
も低温成膜法で作製したSiO2薄膜を用いてきた. [発明が解決しようとする課題] しかし、TPTの活性層をa−Siで作成すると、a−
Si中の電界効果電子移動度が小さく、かつTPTのゲ
ート酸化膜の形成を低温(<600゜C)で行なうので
、高温酸化法で形成したゲート絶縁膜と比較すると膜買
が劣り、高性能のTPTが実現できないという問題点が
あった.この問題を解決するため例えばHydroge
natedAmorphous Silicon De
vices and Technology,IBM,
9.275 (198B) 等にみられるように、
活性層のa−Siをアニールによる固相成長で大粒径多
結晶Siを形成し、高性能化を図る試みもある.しかし
この場合もゲート絶縁膜の形成を800℃という比較的
低温の湿式酸化法で形或するため、1100℃以上の高
温熱酸化法による酸化膜と比較すると膜貿は劣るという
問題点があった,本発明は以上の問題点を解決するもの
で、その目的は低温プロセスを用いて高性能のTPTを
作成することにある. [課題を解決するための手段] 本発明の半導体装置の製造方法は、 (1)絶縁基板上に非晶質半導体薄膜を堆積させる工程
、該半導体薄膜上に絶縁性非晶質薄膜を連続して同一チ
ェンバー内で積層する工程を有し、前記非晶質半導体薄
膜をアニールして固相成長させる工程を少なくとも有す
ることを特徴とする。
術] 近年、大型で高解像度の液晶表示パネル、高速で高解像
度の密着型イメージセンサ、三次元IC等への実現に向
けて、ガラス、石英等の絶縁性非晶質基板や、Si02
等の絶縁性非晶質層上に、高性能な半導体素子を形成す
る試みが成されている.特に大型の液晶表示パネル等に
於いては、低コストの要求を満たすため、安価な低融点
ガラス上に薄膜トランジスタ(TPT)を形成すること
が必須の要求になりつつある.従来は、低融点ガラス基
板上に形成するTPTの活性層に、例えばJourna
l of Applied Physics vol.
65(10) p.3951 (1989)等にみられ
るように非晶質Si(a−Si)を用いたものがあり、
ゲート絶縁膜には、IEEE Electron De
vice Letters, Vol.10(6) p
.245 (1989) 等に見られるようにプラズ
マ化学気相成長法(PCVD)を用いたもの、 A
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れるように減圧化学気相成長法(LPCVD)を用いた
もの、Electronics Letters Vo
1.24(3)p.172 (198B)、等にみられ
るように光化学気相戒長法を用いたものがあり、いずれ
も低温成膜法で作製したSiO2薄膜を用いてきた. [発明が解決しようとする課題] しかし、TPTの活性層をa−Siで作成すると、a−
Si中の電界効果電子移動度が小さく、かつTPTのゲ
ート酸化膜の形成を低温(<600゜C)で行なうので
、高温酸化法で形成したゲート絶縁膜と比較すると膜買
が劣り、高性能のTPTが実現できないという問題点が
あった.この問題を解決するため例えばHydroge
natedAmorphous Silicon De
vices and Technology,IBM,
9.275 (198B) 等にみられるように、
活性層のa−Siをアニールによる固相成長で大粒径多
結晶Siを形成し、高性能化を図る試みもある.しかし
この場合もゲート絶縁膜の形成を800℃という比較的
低温の湿式酸化法で形或するため、1100℃以上の高
温熱酸化法による酸化膜と比較すると膜貿は劣るという
問題点があった,本発明は以上の問題点を解決するもの
で、その目的は低温プロセスを用いて高性能のTPTを
作成することにある. [課題を解決するための手段] 本発明の半導体装置の製造方法は、 (1)絶縁基板上に非晶質半導体薄膜を堆積させる工程
、該半導体薄膜上に絶縁性非晶質薄膜を連続して同一チ
ェンバー内で積層する工程を有し、前記非晶質半導体薄
膜をアニールして固相成長させる工程を少なくとも有す
ることを特徴とする。
(2)前記半導体薄膜、または前記絶縁性非晶質薄膜の
形成を電子サイクロトロン共鳴プラズマ化学気相戊長法
またはプラズマ化学気相戒長法で行うことを特徴とする
。
形成を電子サイクロトロン共鳴プラズマ化学気相戊長法
またはプラズマ化学気相戒長法で行うことを特徴とする
。
(3)前記絶縁性非晶質薄膜はMOS型電界効果トラン
ジスタのゲート絶縁膜であることを特徴とする。
ジスタのゲート絶縁膜であることを特徴とする。
[実施例]
以下、第1図を基に本発明の半導体装置の製造方法を説
明する.まず石英基板或はガラス基板等の絶縁基板10
0上に非晶質半導体を形成する.本実施例では非晶質半
導体の例にa−Siを用いて説明する.尚、基板にはS
iO2で覆われたSiウェハを用いることもある.石英
基板或はSiOzで覆われたSiウェハを用いる場合は
1 2 0 0 ”Cの高温プロセスにも耐えられるが
、ガラス基板を用いる場合は軟化温度が低いために約6
00℃以下の低温プロセスに制限される.まず始めに絶
縁基板100上にa−SiV#膜101を約1500人
堆積させる(第1図 (a)).a−Si薄膜は、一様
で微小な結晶核は含まれていないことが望ましい,EC
Rプラズマ装置によるa−Siの成膜には、S i H
aガスを用いる.続いて成膜ガスをS i H aと
N20の混合ガスに切り換え、ECRプラズマCVDに
より a−Si表面上に連続してSi02膜102を5
00〜800人成膜する(第1図 (b))。ゲート絶
縁膜に窒化Siを用いる場合には、 成膜ガスにS i
H 4とN2、 またはN H 3の混合ガスを用い
る,ECRプラズマで成膜したSi,SiOa、SiN
x薄膜は、膜中の水素含有量が通常のプラズマCVDで
成膜した膜に比べ、小さいという特徴がある.このため
、固相成長アニール時に膜中から水素が抜けることによ
る膜のボーラス化を防げるという利点がある.S i
/ S i 0 2 2層構造の作成は、通常のpc
VD法でも行うことができる.通常のPCVDを用いる
場合は、成膜ガスは基本的にはECRプラズマの場合と
同様だが、Si,SiOaのいずれを或膜する場合でも
或膜ガスをHeガスで希釈したガスを用いる,He希釈
ガスを用いると、膜中の水素含有量を減らせるので、通
常のPCVDを用いてもECRプラズマCVDを用いた
ときと同様の効果が得られるからである.または、Jo
urnalof Won−Crystalline S
olids vol.10? p.295, (198
9)等にみられるように、遠隔プラズマCVD法を用い
て基板温度370℃以上でSi,SiO2を成膜しても
よい。この方法によれば、a−Si中に含まれる水素を
ほぼ完全にOにできる.以上のようにして作成した半導
体/絶縁体2層m造をアニールして半導体層を固相成長
させる。
明する.まず石英基板或はガラス基板等の絶縁基板10
0上に非晶質半導体を形成する.本実施例では非晶質半
導体の例にa−Siを用いて説明する.尚、基板にはS
iO2で覆われたSiウェハを用いることもある.石英
基板或はSiOzで覆われたSiウェハを用いる場合は
1 2 0 0 ”Cの高温プロセスにも耐えられるが
、ガラス基板を用いる場合は軟化温度が低いために約6
00℃以下の低温プロセスに制限される.まず始めに絶
縁基板100上にa−SiV#膜101を約1500人
堆積させる(第1図 (a)).a−Si薄膜は、一様
で微小な結晶核は含まれていないことが望ましい,EC
Rプラズマ装置によるa−Siの成膜には、S i H
aガスを用いる.続いて成膜ガスをS i H aと
N20の混合ガスに切り換え、ECRプラズマCVDに
より a−Si表面上に連続してSi02膜102を5
00〜800人成膜する(第1図 (b))。ゲート絶
縁膜に窒化Siを用いる場合には、 成膜ガスにS i
H 4とN2、 またはN H 3の混合ガスを用い
る,ECRプラズマで成膜したSi,SiOa、SiN
x薄膜は、膜中の水素含有量が通常のプラズマCVDで
成膜した膜に比べ、小さいという特徴がある.このため
、固相成長アニール時に膜中から水素が抜けることによ
る膜のボーラス化を防げるという利点がある.S i
/ S i 0 2 2層構造の作成は、通常のpc
VD法でも行うことができる.通常のPCVDを用いる
場合は、成膜ガスは基本的にはECRプラズマの場合と
同様だが、Si,SiOaのいずれを或膜する場合でも
或膜ガスをHeガスで希釈したガスを用いる,He希釈
ガスを用いると、膜中の水素含有量を減らせるので、通
常のPCVDを用いてもECRプラズマCVDを用いた
ときと同様の効果が得られるからである.または、Jo
urnalof Won−Crystalline S
olids vol.10? p.295, (198
9)等にみられるように、遠隔プラズマCVD法を用い
て基板温度370℃以上でSi,SiO2を成膜しても
よい。この方法によれば、a−Si中に含まれる水素を
ほぼ完全にOにできる.以上のようにして作成した半導
体/絶縁体2層m造をアニールして半導体層を固相成長
させる。
固相成長方法は石英管による炉アニールがよい。
アニール雰囲気としては、窒素ガス、ヘリウムガス、ア
ルゴンガス等を用いる. または、 1×1 0−
’ 〜1 x 1 0−”T o r r程度の高真空
雰囲気中でアニールを行ってもよい. 固相戊長温度
は500〜700℃とする.低温アニールでは選択的に
、結晶成長の活性化エネルギーが小さい結晶方位を持つ
結晶粒のみがゆっくりと成長し、粒径約1μmの大粒径
多結晶Si薄膜103ができる(第1図 (C)). 以下、TPTの制作工程に移る.固相成長させたSi薄
膜103と、SiO2102とをフォトリソグラフイに
よりバタニングして第1図 (d)に示すように島状に
する.次に第1図 (e)に示すようにゲート電極10
4を形成する.該ゲート電極材料としては多結晶Si,
モリブデンシリサイド、AlやCr等の金属膜、 或は
Sna2、ITO等の透明導電膜などを用いることがで
きる.成膜法としてはCVD法、スパツタ法、真空蒸着
法等の方法があるが、詳細は省略する.続いて第1図
(f)に示すように、ゲート電極104をマスクにして
、セルファラインで不純物をイオン注入し、TPTのソ
ース領域105及びドレイン領域106を形成する.前
記不純物としてはPch}ランジスタを作成するときは
B゛等を用い、Nch}ランジスタを作成するときはP
+、As”等を用いる.不純物添加方法としては、イオ
ン注入法の他に、レーザードーピング法や、プラズマド
ーピング法等がある.高耐熱性基板を使用しているとき
は、不純物の活性化に熱拡散法を用いることができるが
、低融点ガラスを基板に使用しているときは、レーザー
ドーピング法やECRプラズマドーピング法などのよう
な、低温でもイオン活性化が可能な方法を用いる.不純
物漬度は1 x 1 0” 〜1 x 1 02gcm
−’の範囲とする。
ルゴンガス等を用いる. または、 1×1 0−
’ 〜1 x 1 0−”T o r r程度の高真空
雰囲気中でアニールを行ってもよい. 固相戊長温度
は500〜700℃とする.低温アニールでは選択的に
、結晶成長の活性化エネルギーが小さい結晶方位を持つ
結晶粒のみがゆっくりと成長し、粒径約1μmの大粒径
多結晶Si薄膜103ができる(第1図 (C)). 以下、TPTの制作工程に移る.固相成長させたSi薄
膜103と、SiO2102とをフォトリソグラフイに
よりバタニングして第1図 (d)に示すように島状に
する.次に第1図 (e)に示すようにゲート電極10
4を形成する.該ゲート電極材料としては多結晶Si,
モリブデンシリサイド、AlやCr等の金属膜、 或は
Sna2、ITO等の透明導電膜などを用いることがで
きる.成膜法としてはCVD法、スパツタ法、真空蒸着
法等の方法があるが、詳細は省略する.続いて第1図
(f)に示すように、ゲート電極104をマスクにして
、セルファラインで不純物をイオン注入し、TPTのソ
ース領域105及びドレイン領域106を形成する.前
記不純物としてはPch}ランジスタを作成するときは
B゛等を用い、Nch}ランジスタを作成するときはP
+、As”等を用いる.不純物添加方法としては、イオ
ン注入法の他に、レーザードーピング法や、プラズマド
ーピング法等がある.高耐熱性基板を使用しているとき
は、不純物の活性化に熱拡散法を用いることができるが
、低融点ガラスを基板に使用しているときは、レーザー
ドーピング法やECRプラズマドーピング法などのよう
な、低温でもイオン活性化が可能な方法を用いる.不純
物漬度は1 x 1 0” 〜1 x 1 02gcm
−’の範囲とする。
続いて第1図 (g)に示すように、層間絶縁膜107
を積層する。層間絶縁膜にはLPCVD法等によるSi
Oa膜を数千A〜数μm積層するのが最も一般的である
.また層間絶縁膜には 窒化Si膜等でもよい.この段
階で、水素プラズマ法、水素イオン注入法、或はプラズ
マ窒化膜からの水素の拡散等の方法で、水素イオンを活
性層中に導入すると、ゲート酸化膜/ S i界面や、
結晶粒界等に存在するダングリングボンドが終端化され
、欠陥準位密度が減る効果がある.このような水素化工
程は、層間絶縁膜107を積層する前に行ってもよい. 最後に層間絶縁膜107及びゲート絶縁膜にコンタクト
ホールを空け、ソース電極108及びドレイン電極10
9を形成する.ソース及びドレイン電極は、A1などの
金属材料で形成する(第1図 (h)). 以上本発
明は石英基板、あるいはガラス基板の様な非晶質基板を
例に取って説明してきたが、基板はサファイア、CaF
2等の結晶性基板でももちろん良い。
を積層する。層間絶縁膜にはLPCVD法等によるSi
Oa膜を数千A〜数μm積層するのが最も一般的である
.また層間絶縁膜には 窒化Si膜等でもよい.この段
階で、水素プラズマ法、水素イオン注入法、或はプラズ
マ窒化膜からの水素の拡散等の方法で、水素イオンを活
性層中に導入すると、ゲート酸化膜/ S i界面や、
結晶粒界等に存在するダングリングボンドが終端化され
、欠陥準位密度が減る効果がある.このような水素化工
程は、層間絶縁膜107を積層する前に行ってもよい. 最後に層間絶縁膜107及びゲート絶縁膜にコンタクト
ホールを空け、ソース電極108及びドレイン電極10
9を形成する.ソース及びドレイン電極は、A1などの
金属材料で形成する(第1図 (h)). 以上本発
明は石英基板、あるいはガラス基板の様な非晶質基板を
例に取って説明してきたが、基板はサファイア、CaF
2等の結晶性基板でももちろん良い。
[発明の効果]
本発明の半導体装置の製造方法によれば、活性層のSi
と、ゲート絶縁膜を同一チャンバー内で連続的に積層し
ているので、良好なSi/絶縁膜界面が実現できる.更
に、固相成長工程を取り入れることによってTPTのO
N電流は増大し、OFF電流は低くなる.また全工程を
600゜C以下の比較的低温で行うことができるので、
低コストのガラス基板が使用できることによるTPTア
クティブマトリクス基板の低コスト化、大面積化や、T
PTの高性能化による電源電圧、消費電流の低減にも寄
与するところは大きい. 走査回路と光電変換素子とを同一基板上に集積化した密
着型イメージセンサに本発明を応用した場合には、読み
取り速度の高速化、高解像化、高階調化に大きな効果が
ある.高解像化の達成により密着型イメージセンサのフ
ルカラー化も容易になる.また、低温プロセスによって
作成が可能なので、密着型イメージセンサの長尺化が可
能となり、1本のセンサでA4あるいはA3サイズのよ
うな大型ファクシミリ用のセンサを実現できる。
と、ゲート絶縁膜を同一チャンバー内で連続的に積層し
ているので、良好なSi/絶縁膜界面が実現できる.更
に、固相成長工程を取り入れることによってTPTのO
N電流は増大し、OFF電流は低くなる.また全工程を
600゜C以下の比較的低温で行うことができるので、
低コストのガラス基板が使用できることによるTPTア
クティブマトリクス基板の低コスト化、大面積化や、T
PTの高性能化による電源電圧、消費電流の低減にも寄
与するところは大きい. 走査回路と光電変換素子とを同一基板上に集積化した密
着型イメージセンサに本発明を応用した場合には、読み
取り速度の高速化、高解像化、高階調化に大きな効果が
ある.高解像化の達成により密着型イメージセンサのフ
ルカラー化も容易になる.また、低温プロセスによって
作成が可能なので、密着型イメージセンサの長尺化が可
能となり、1本のセンサでA4あるいはA3サイズのよ
うな大型ファクシミリ用のセンサを実現できる。
以上MOS型薄膜トランジスタを例に取って説明したが
、パイボーラトランジスタ、ヘテロ接合パイボーラトラ
ンジスタ等の薄膜を応用した素子や、3次元SOI素子
等に対しても本発明を適用できる.
、パイボーラトランジスタ、ヘテロ接合パイボーラトラ
ンジスタ等の薄膜を応用した素子や、3次元SOI素子
等に対しても本発明を適用できる.
第1図は本発明の半導体装置の製造方法を示す工程図.
100・・・・・・・・・絶縁基板
101・・・・・・・・・a−Si薄膜102・・・・
・・・・・SiO2薄膜103・・・・・・・・・多結
晶Si薄膜104・・・・・・・・・ゲート電極 105・・・・・・・・・ソース領域 106・・・・・・・・・ドレイン領域107・・・・
・・・・・層間絶縁膜 108・・・・・・・・・ソース電極 109・・・・・・・・・ドレイン電極以上
・・・・・SiO2薄膜103・・・・・・・・・多結
晶Si薄膜104・・・・・・・・・ゲート電極 105・・・・・・・・・ソース領域 106・・・・・・・・・ドレイン領域107・・・・
・・・・・層間絶縁膜 108・・・・・・・・・ソース電極 109・・・・・・・・・ドレイン電極以上
Claims (3)
- (1)絶縁基板上に非晶質半導体薄膜を堆積させる工程
、該半導体薄膜上に絶縁性非晶質薄膜を連続して同一チ
ェンバー内で積層する工程を有し、前記非晶質半導体薄
膜をアニールして固相成長させる工程を少なくとも有す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - (2)前記半導体薄膜、または前記絶縁性非晶質薄膜の
形成を電子サイクロトロン共鳴プラズマ化学気相成長法
またはプラズマ化学気相成長法で行うことを特徴とする
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - (3)前記絶縁性非晶質薄膜はMOS型電界効果トラン
ジスタのゲート絶縁膜であることを特徴とする請求項1
記載の半導体装置製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24274289A JPH03104209A (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24274289A JPH03104209A (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03104209A true JPH03104209A (ja) | 1991-05-01 |
Family
ID=17093583
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24274289A Pending JPH03104209A (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03104209A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0486047A2 (en) * | 1990-11-16 | 1992-05-20 | Seiko Epson Corporation | Thin film semiconductor device, process for fabricating the same, and silicon film |
JPH0558615A (ja) * | 1991-08-27 | 1993-03-09 | Sharp Corp | 多結晶シリコン膜の形成方法 |
EP0659910A3 (en) * | 1993-11-19 | 1998-10-21 | Mega Chips Corporation | Semiconductor device and method of fabricating the same |
US6124154A (en) * | 1996-10-22 | 2000-09-26 | Seiko Epson Corporation | Fabrication process for thin film transistors in a display or electronic device |
US6444507B1 (en) | 1996-10-22 | 2002-09-03 | Seiko Epson Corporation | Fabrication process for thin film transistors in a display or electronic device |
US6673126B2 (en) | 1998-05-14 | 2004-01-06 | Seiko Epson Corporation | Multiple chamber fabrication equipment for thin film transistors in a display or electronic device |
-
1989
- 1989-09-19 JP JP24274289A patent/JPH03104209A/ja active Pending
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US5504019A (en) * | 1990-11-16 | 1996-04-02 | Seiko Epson Corporation | Method for fabricating a thin film semiconductor |
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WO2004079826A1 (ja) * | 1996-10-22 | 2004-09-16 | Mitsutoshi Miyasaka | 薄膜トランジスタの製造方法、及び表示装置と電子機器 |
US6673126B2 (en) | 1998-05-14 | 2004-01-06 | Seiko Epson Corporation | Multiple chamber fabrication equipment for thin film transistors in a display or electronic device |
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