JPH03108319A - 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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- JPH03108319A JPH03108319A JP24558189A JP24558189A JPH03108319A JP H03108319 A JPH03108319 A JP H03108319A JP 24558189 A JP24558189 A JP 24558189A JP 24558189 A JP24558189 A JP 24558189A JP H03108319 A JPH03108319 A JP H03108319A
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Landscapes
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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、5iOa
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、
85(10) p、3951 (1989)等にみられ
るように非晶質5i(a−8i)を用いたものがあり、
ゲート絶縁膜には、IEBE 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
ppl fedPhysics Letters Vo
l、50(17) p、1167 (1987)等にみ
られるように減圧化学気相成長法(LPGVD)を用い
たもの、Electronics Letters V
ol、24(3)9.172 (1988)、等にみら
れるように光化学気相成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。
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、5iOa
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、
85(10) p、3951 (1989)等にみられ
るように非晶質5i(a−8i)を用いたものがあり、
ゲート絶縁膜には、IEBE 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
ppl fedPhysics Letters Vo
l、50(17) p、1167 (1987)等にみ
られるように減圧化学気相成長法(LPGVD)を用い
たもの、Electronics Letters V
ol、24(3)9.172 (1988)、等にみら
れるように光化学気相成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−8iで作成すると、a−
3i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質
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。
3i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質
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)Iydrogenat
edAmorphous 5ilicon Devic
es and Technology。
edAmorphous 5ilicon Devic
es and Technology。
IBM、 p、275 (1988) 等にみられる
ように、活性層のa−8i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
。
ように、活性層のa−8i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@00℃という
比較的低温の湿式酸化法で形成するため、1100℃以
上の高温熱酸化法による酸化膜と比較すると膜質は劣る
という問題点があった。
比較的低温の湿式酸化法で形成するため、1100℃以
上の高温熱酸化法による酸化膜と比較すると膜質は劣る
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。
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)絶縁基板上に第1の非晶質半導体薄膜を堆積させ
る工程、該非晶質半導体薄膜上に絶縁性非晶質薄膜を積
層する工程、該絶縁性非晶質薄膜上に第2の非晶質半導
体薄膜を積層する工程を有し、前記第1の非晶質半導体
、前記絶縁性非晶質薄膜、前記第2の非晶質半導体薄膜
を堆積する工程をすべて同一チェンバー内で行うことを
特徴とする。
る工程、該非晶質半導体薄膜上に絶縁性非晶質薄膜を積
層する工程、該絶縁性非晶質薄膜上に第2の非晶質半導
体薄膜を積層する工程を有し、前記第1の非晶質半導体
、前記絶縁性非晶質薄膜、前記第2の非晶質半導体薄膜
を堆積する工程をすべて同一チェンバー内で行うことを
特徴とする。
(2)前記第1の非晶質半導体薄膜と、前記第2の非晶
質半導体薄膜をアニールして固相成長させる工程を有す
ることを特徴とする。
質半導体薄膜をアニールして固相成長させる工程を有す
ることを特徴とする。
(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0本実施例では非晶質半導体の例に非晶質5i(
a−8i)を用いて説明する。まず石英基板或はガラス
基板等の絶縁基板100上に減圧CVD法、またはプラ
ズマCVD法等により、n9型多結晶S1を約3000
〜5000A成膜する。尚、基板には5in2で覆われ
たSiウェハを用いることもある。この時の成膜ガスに
はSiH4、H2の混合ガスを用い、ドーピングガスに
PH3等を用いる。前記不純物としてはPch )ラン
ジスタを作成するときはBo等を用い、Nchトランジ
スタを作成するときは Po、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を用いてもよい
、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E、
CR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通常は用いる。しかし、本実施例
ではa−3i堆積後に固相成長工程を通るので、a−8
i中の不純物は固相成長工程によって活性化さ熟る。こ
のため、レーザードーピングのような不純物活性化工程
の必要はない、ドーピング濃度は1 x 1015〜1
x 10”cm−’程度とする。このn゛多結晶Si
をパタニングし、ソース領域101及びドレイン領域1
02を作製する(第1図(a))。
明する0本実施例では非晶質半導体の例に非晶質5i(
a−8i)を用いて説明する。まず石英基板或はガラス
基板等の絶縁基板100上に減圧CVD法、またはプラ
ズマCVD法等により、n9型多結晶S1を約3000
〜5000A成膜する。尚、基板には5in2で覆われ
たSiウェハを用いることもある。この時の成膜ガスに
はSiH4、H2の混合ガスを用い、ドーピングガスに
PH3等を用いる。前記不純物としてはPch )ラン
ジスタを作成するときはBo等を用い、Nchトランジ
スタを作成するときは Po、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を用いてもよい
、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E、
CR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通常は用いる。しかし、本実施例
ではa−3i堆積後に固相成長工程を通るので、a−8
i中の不純物は固相成長工程によって活性化さ熟る。こ
のため、レーザードーピングのような不純物活性化工程
の必要はない、ドーピング濃度は1 x 1015〜1
x 10”cm−’程度とする。このn゛多結晶Si
をパタニングし、ソース領域101及びドレイン領域1
02を作製する(第1図(a))。
続いてこの上に非晶質半導体/絶縁体/非晶質半導体の
3層積層構造を形成する0石英基板或はSiO2で覆わ
れたSiウェハを用いる場合は1200℃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600℃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上にノンドープミー3
if4膜103を約150OA堆積させる。a−3i薄
膜は、−様で微小な結晶核は含まれていないことが望ま
しい、ECRプラズマ装置によるa−3iの成膜には、
S i Haガスを用いる。続いて成膜ガスを5iHa
とN 20の混合ガスに切り換え、ECRプラズマCV
Dにより a−Si表面上に連続して5i()+膜10
4を500〜800人成膜する。ゲート絶縁膜に窒化S
iを用いる場合には、 成膜ガスにS i HaとN2
、 またはNH3の混合ガスを用いる0次にガスをSi
H4、PH3の混合ガスに切り替え、n′″a−8i1
05を約8000人成膜して前記3層構造を作る(第1
図(b))、ECRプラズマで成膜したSi、5iOp
、SiNx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。
3層積層構造を形成する0石英基板或はSiO2で覆わ
れたSiウェハを用いる場合は1200℃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600℃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上にノンドープミー3
if4膜103を約150OA堆積させる。a−3i薄
膜は、−様で微小な結晶核は含まれていないことが望ま
しい、ECRプラズマ装置によるa−3iの成膜には、
S i Haガスを用いる。続いて成膜ガスを5iHa
とN 20の混合ガスに切り換え、ECRプラズマCV
Dにより a−Si表面上に連続して5i()+膜10
4を500〜800人成膜する。ゲート絶縁膜に窒化S
iを用いる場合には、 成膜ガスにS i HaとN2
、 またはNH3の混合ガスを用いる0次にガスをSi
H4、PH3の混合ガスに切り替え、n′″a−8i1
05を約8000人成膜して前記3層構造を作る(第1
図(b))、ECRプラズマで成膜したSi、5iOp
、SiNx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
ことによる膜のポーラス化を防げるという利点がある。
ことによる膜のポーラス化を防げるという利点がある。
S i / S i O2/ S i 3層構造の作
成は、通常のPCVD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、5iOzのいずれを
成膜する場合でも成膜ガスを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、JOurnal of Non−Crys
talline 5olids vol、10? p、
295、 (1989)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81.5
102を成膜してもよい、この方法によれば、a−3i
中に含まれる水素をほぼ完全に0にできる。
成は、通常のPCVD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、5iOzのいずれを
成膜する場合でも成膜ガスを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、JOurnal of Non−Crys
talline 5olids vol、10? p、
295、 (1989)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81.5
102を成膜してもよい、この方法によれば、a−3i
中に含まれる水素をほぼ完全に0にできる。
続いて該3層構造最上部のa−3iをゲート電極107
のパタンにパタニングする。
のパタンにパタニングする。
このようにして作成した半導体/絶縁体/半導体3層構
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、I X 10−”〜i x 10
−”To rr程度の高真空雰囲気中でアニールを行っ
てもよい、 固相成長温度は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106がで
きる(第1図(c))。
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、I X 10−”〜i x 10
−”To rr程度の高真空雰囲気中でアニールを行っ
てもよい、 固相成長温度は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106がで
きる(第1図(c))。
統いて第1rM(d)に示すように、眉間絶縁膜108
を積層する0層間絶縁膜にはLPCVD法等によるSi
O2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、ゲート絶縁膜/ 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108を積層する前に行ってもよい。
を積層する0層間絶縁膜にはLPCVD法等によるSi
O2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、ゲート絶縁膜/ 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108を積層する前に行ってもよい。
最後に眉間絶縁膜108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109及びドレイン電極11
0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−(e))、 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だが、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。
ホールを空け、ソース電極109及びドレイン電極11
0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−(e))、 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だが、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、及びゲート電極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ON電流は増大し、OFF電流は低くな
る。また全工程を600℃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、TPT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太きい。
と、ゲート絶縁膜、及びゲート電極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ON電流は増大し、OFF電流は低くな
る。また全工程を600℃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、TPT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太きい。
走査回路と充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。
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MO8型薄膜トランジスタを例に取って説明したが
、バイポーラトランジスタ、ヘテロ接合バイポーラトラ
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。
、バイポーラトランジスタ、ヘテロ接合バイポーラトラ
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・・・・・・・・・ソース領域
102・・・・・・・・・ドレイン領域103・・・・
・・・・・ノンドープミー3i薄膜104・・・・・・
・・・ゲート絶縁膜105・・・・・・・・・n″a−
3i薄膜106・・・・・・・・・n9多結晶Si薄膜
07・・・・・・・・・ゲート電極 08・・・・・・・・・層間絶縁膜 09・・・・・・・・・ソース電極 10・・・・・・・・・ドレイン電極 以上
・・・・・ノンドープミー3i薄膜104・・・・・・
・・・ゲート絶縁膜105・・・・・・・・・n″a−
3i薄膜106・・・・・・・・・n9多結晶Si薄膜
07・・・・・・・・・ゲート電極 08・・・・・・・・・層間絶縁膜 09・・・・・・・・・ソース電極 10・・・・・・・・・ドレイン電極 以上
Claims (3)
- (1)絶縁基板上に第1の非晶質半導体薄膜を堆積させ
る工程、該非晶質半導体薄膜上に絶縁性非晶質薄膜を積
層する工程、該絶縁性非晶質薄膜上に第2の非晶質半導
体薄膜を積層する工程を有し、前記非晶質半導体、前記
絶縁性非晶質薄膜、前記第2の非晶質半導体薄膜を堆積
する工程をすべて同一チェンバー内で行うことを特徴と
する半導体装置の製造方法。 - (2)前記第1の非晶質半導体薄膜と、前記第2の非晶
質半導体薄膜をアニールして固相成長させる工程を有す
る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
記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24558189A JPH03108319A (ja) | 1989-09-21 | 1989-09-21 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24558189A JPH03108319A (ja) | 1989-09-21 | 1989-09-21 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03108319A true JPH03108319A (ja) | 1991-05-08 |
Family
ID=17135857
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24558189A Pending JPH03108319A (ja) | 1989-09-21 | 1989-09-21 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03108319A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5561075A (en) * | 1991-05-08 | 1996-10-01 | Seiko Epson Corporation | Method of manufacturing an active matrix panel |
US5998838A (en) * | 1997-03-03 | 1999-12-07 | Nec Corporation | Thin film transistor |
KR19990088504A (ko) * | 1998-05-26 | 1999-12-27 | 모리시타 요이찌 | 박막트랜지스터및그제조방법 |
-
1989
- 1989-09-21 JP JP24558189A patent/JPH03108319A/ja active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5561075A (en) * | 1991-05-08 | 1996-10-01 | Seiko Epson Corporation | Method of manufacturing an active matrix panel |
US5583366A (en) * | 1991-05-08 | 1996-12-10 | Seiko Epson Corporation | Active matrix panel |
US5814539A (en) * | 1991-05-08 | 1998-09-29 | Seiko Epson Corporation | Method of manufacturing an active matrix panel |
US6136625A (en) * | 1991-05-08 | 2000-10-24 | Seiko Epson Corporation | Method of manufacturing an active matrix panel |
US5998838A (en) * | 1997-03-03 | 1999-12-07 | Nec Corporation | Thin film transistor |
US6258638B1 (en) | 1997-03-03 | 2001-07-10 | Nec Corporation | Method of manufacturing thin film transistor |
US6444508B1 (en) | 1997-03-03 | 2002-09-03 | Nec Corporation | Method of manufacturing thin film transistor |
US6703267B2 (en) | 1997-03-03 | 2004-03-09 | Nec Corporation | Method of manufacturing thin film transistor |
KR19990088504A (ko) * | 1998-05-26 | 1999-12-27 | 모리시타 요이찌 | 박막트랜지스터및그제조방법 |
US6331476B1 (en) | 1998-05-26 | 2001-12-18 | Mausushita Electric Industrial Co., Ltd. | Thin film transistor and producing method thereof |
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