JPH03120872A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH03120872A JPH03120872A JP25939389A JP25939389A JPH03120872A JP H03120872 A JPH03120872 A JP H03120872A JP 25939389 A JP25939389 A JP 25939389A JP 25939389 A JP25939389 A JP 25939389A JP H03120872 A JPH03120872 A JP H03120872A
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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、半導体装置及びその製造方法に関する。
[従来の技術]
近年、大型で高解像度のアクティブマトリクス液晶表示
パネル、高速で高解像度の密着型イメージセンサ、3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、5i02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なされている。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
たすために、安価な低融点ガラス基板上に薄膜トランジ
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、低融点ガラス上に形成するTPTの活性
層に、例えば Journal of Applied
Physics 1101.65(10) p、395
1(1989)等にみられるように、非晶質5i(a−
3i)を用いたもの、5olid 5tate Ele
ctronics Vol、32 (5) p、391
(1989)、 IEEE Electron
Device Letters Vol、10
(3)1)、123 (1989)、 IEEE
Transactions on Elec−
tron Devices、 Vol、36 (3)
p、 529 (1989)等にみられるように、多結
晶Siを用いたものがある。
パネル、高速で高解像度の密着型イメージセンサ、3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、5i02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なされている。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
たすために、安価な低融点ガラス基板上に薄膜トランジ
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、低融点ガラス上に形成するTPTの活性
層に、例えば Journal of Applied
Physics 1101.65(10) p、395
1(1989)等にみられるように、非晶質5i(a−
3i)を用いたもの、5olid 5tate Ele
ctronics Vol、32 (5) p、391
(1989)、 IEEE Electron
Device Letters Vol、10
(3)1)、123 (1989)、 IEEE
Transactions on Elec−
tron Devices、 Vol、36 (3)
p、 529 (1989)等にみられるように、多結
晶Siを用いたものがある。
またゲート電極には上記公知例に見られるMOや、その
ほかCr、Al、Ti、Pt、等の金属電極を用いたも
の、不純物をドープした多結晶Siを用いたもの等があ
る。
ほかCr、Al、Ti、Pt、等の金属電極を用いたも
の、不純物をドープした多結晶Siを用いたもの等があ
る。
[発明が解決しようとする課M]
しかし、TPTの活性層をa−3iで作製すると、a−
3i中の電界効果移動度が小さく、またoff時の漏洩
電流は大きく、最近開発が盛んになってきた高品位TV
(HDTV)への応用を考えるときわめて不十分な性
能であるという問題点があった。この点を解決するため
、TPTの活性層をa−8iではなく減圧化学気相成長
法(LPCVD)で成膜した多結晶Siや、a−3iを
アニールして固相成長させることにより大粒径化した多
結晶Siで作製しTPTの高性能化をはかる試みがある
。このような高性能TPTを作製するには多くの場合1
000℃以上の高温プロセスを通る。高温プロセスを通
る場合は耐熱性の低い金属電極をゲート電極に用いるこ
とはできず、通常高温度に不純物をドープした多結晶S
iを用いる。
3i中の電界効果移動度が小さく、またoff時の漏洩
電流は大きく、最近開発が盛んになってきた高品位TV
(HDTV)への応用を考えるときわめて不十分な性
能であるという問題点があった。この点を解決するため
、TPTの活性層をa−8iではなく減圧化学気相成長
法(LPCVD)で成膜した多結晶Siや、a−3iを
アニールして固相成長させることにより大粒径化した多
結晶Siで作製しTPTの高性能化をはかる試みがある
。このような高性能TPTを作製するには多くの場合1
000℃以上の高温プロセスを通る。高温プロセスを通
る場合は耐熱性の低い金属電極をゲート電極に用いるこ
とはできず、通常高温度に不純物をドープした多結晶S
iを用いる。
しかし、従来のLPCVD法で作製した多結晶Siでは
結晶粒径が1μm以下と小さく、このためゲート電極の
抵抗率を下げることが難しいという問題点があった。こ
の問題は液晶パネルを大型化する場合に非常に重大な障
害となる。本発明は以上の問題点を解決するもので、そ
の目的は大型液晶パネル等に応用するTPTのゲート配
線抵抗を低減した半導体装置、及びその製造方法を提供
することにある。
結晶粒径が1μm以下と小さく、このためゲート電極の
抵抗率を下げることが難しいという問題点があった。こ
の問題は液晶パネルを大型化する場合に非常に重大な障
害となる。本発明は以上の問題点を解決するもので、そ
の目的は大型液晶パネル等に応用するTPTのゲート配
線抵抗を低減した半導体装置、及びその製造方法を提供
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は、電界効果トランジスタのゲート
電極中に結晶粒径が1μm以上の結晶粒を少なくとも含
むことを特長とする。
電極中に結晶粒径が1μm以上の結晶粒を少なくとも含
むことを特長とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に不純物を含
む非晶質半導体薄膜を形成する工程と、該薄膜をパタニ
ングする工程と、該薄膜をアニルして固相成長させる工
程を少なくとも含むことを特長とする。
む非晶質半導体薄膜を形成する工程と、該薄膜をパタニ
ングする工程と、該薄膜をアニルして固相成長させる工
程を少なくとも含むことを特長とする。
[実施例]
以下、第1図をもとに本発明の半導体装置の製造方法を
通して実施例を説明する。本実施例では非晶質半導体の
例にa−8iを用いて説明するが、非晶質Ge、非晶質
5iGe等でも同様に適用できる。
通して実施例を説明する。本実施例では非晶質半導体の
例にa−8iを用いて説明するが、非晶質Ge、非晶質
5iGe等でも同様に適用できる。
まず、石英基板上100にプラズマ化学気相成長法(P
CVD)またはLPCVD法により、非晶質または多結
晶Si薄膜を約1000〜1500人成膜する。このS
i薄膜をTPTのチャネル領域101のパタンにエツチ
ングした後、必要ならば固相成長、レーザーアニーリン
グ等の手段により大粒径化する(第1図(a))。次に
熱酸化またはスパッタ法等により、Si薄膜上にゲート
絶縁膜(7)SiO2102を約3oo〜5oo人形成
する。このSiO2上にPCVD法、μ波プラズマCV
D法、スパッタ法、多結晶Si薄膜中へのSiイオンイ
ンプランテーション法等の手段によって、a−3i10
3を約30oo〜7ooo人成膜する(第1図(b))
、 本実施例ではPCVD法を例に取って説明する。
CVD)またはLPCVD法により、非晶質または多結
晶Si薄膜を約1000〜1500人成膜する。このS
i薄膜をTPTのチャネル領域101のパタンにエツチ
ングした後、必要ならば固相成長、レーザーアニーリン
グ等の手段により大粒径化する(第1図(a))。次に
熱酸化またはスパッタ法等により、Si薄膜上にゲート
絶縁膜(7)SiO2102を約3oo〜5oo人形成
する。このSiO2上にPCVD法、μ波プラズマCV
D法、スパッタ法、多結晶Si薄膜中へのSiイオンイ
ンプランテーション法等の手段によって、a−3i10
3を約30oo〜7ooo人成膜する(第1図(b))
、 本実施例ではPCVD法を例に取って説明する。
PCVD法の成膜ガスは5iHa、N2ガスを用い、
ドーピングガスにはPH3ガスを用いた。基板温度は1
80〜250 ”C1内圧は0.8Torrで、 1
3.56MHzのrf主電源用いた。PH3、S i
H4の流量比はP温度が1xlO” 〜1xlO2gc
m−’となるように設定した。a−3i成膜後、a−3
iをゲート電極104の形にパタニングするく第1図(
C))。この状態の基板を450°Cで30m1n、N
2でブリアニールしてa−3i中に含まれるN2を脱離
させる。これは、N2がa−3i中に含まれたまま固相
成長アニールを行うと、N2が抜けた部分が空孔となり
、多孔質の膜になってしまうのを防ぐ目的である。PC
VD法を用いる場合、成膜ガスにHeガスを用いて希釈
を行うと、a−3i中に取り込まれる水素量を減らすこ
とができるという利点があるので望ましい。この後、固
相成長アニル工程に移る。アニール条件はN2ガス中、
550〜650 ”Cの温度で4〜72時間である。こ
の固相成長アニールによって、a−3iは多結晶化し、
ゲート電極中のSiグレイン平均粒径は約1〜3μmま
でになり、5μm以上の粒径をしめずグレインも多数環
れる。アニールはN2アニールに限ることはなく、レー
ザービームアニール、ハロゲンランプアニール等でもよ
い。このアニール工程時にはa−3i成膜時に混入させ
たP原子も同時に活性化される。この結果、多結晶ゲー
ト電極105の抵抗率は1〜3X10−’Ω・cmとな
り、通常のLPCVDで成膜した平均粒径3000Å以
下で粒径1μm以上の結晶粒を全く含まない多結晶Si
を用いたドープトゲート電極の抵抗率 2゜5xlO−
’Ω・Cmと比較すると、はるかに低い抵抗率が得られ
る。次に、nチャネルTPTの場合はP゛イオン、pチ
ャネルTPTの場合はB゛イオンゲート電極をマスクと
しでイオンインプランテーションし、ソース領域107
及びドレイン領域106を形成する。この後ソース、
ドレイン領域の活性化を目的として、900°CN 2
アニルを施す。この活性化アニールにより、ゲート電極
105中のP原子の完全な活性化と良好なグレインバウ
ンダリの形成も同時に達成される(第1図(d))。ゲ
ート電極用a−3iの成膜はμ波ブラズ7CVD (E
CRPCVD)で成膜するのも好適である。ECRPC
VDで成膜したa−3iは、膜中の水素含有量を減らす
ことができるので、H2脱離のためのプリアニールが省
略できルトイう利点がある。または、Journal
of Non−Crystalline 5olids
vol、107 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3
70 ’C以上でa−3iを成膜してもよい。
ドーピングガスにはPH3ガスを用いた。基板温度は1
80〜250 ”C1内圧は0.8Torrで、 1
3.56MHzのrf主電源用いた。PH3、S i
H4の流量比はP温度が1xlO” 〜1xlO2gc
m−’となるように設定した。a−3i成膜後、a−3
iをゲート電極104の形にパタニングするく第1図(
C))。この状態の基板を450°Cで30m1n、N
2でブリアニールしてa−3i中に含まれるN2を脱離
させる。これは、N2がa−3i中に含まれたまま固相
成長アニールを行うと、N2が抜けた部分が空孔となり
、多孔質の膜になってしまうのを防ぐ目的である。PC
VD法を用いる場合、成膜ガスにHeガスを用いて希釈
を行うと、a−3i中に取り込まれる水素量を減らすこ
とができるという利点があるので望ましい。この後、固
相成長アニル工程に移る。アニール条件はN2ガス中、
550〜650 ”Cの温度で4〜72時間である。こ
の固相成長アニールによって、a−3iは多結晶化し、
ゲート電極中のSiグレイン平均粒径は約1〜3μmま
でになり、5μm以上の粒径をしめずグレインも多数環
れる。アニールはN2アニールに限ることはなく、レー
ザービームアニール、ハロゲンランプアニール等でもよ
い。このアニール工程時にはa−3i成膜時に混入させ
たP原子も同時に活性化される。この結果、多結晶ゲー
ト電極105の抵抗率は1〜3X10−’Ω・cmとな
り、通常のLPCVDで成膜した平均粒径3000Å以
下で粒径1μm以上の結晶粒を全く含まない多結晶Si
を用いたドープトゲート電極の抵抗率 2゜5xlO−
’Ω・Cmと比較すると、はるかに低い抵抗率が得られ
る。次に、nチャネルTPTの場合はP゛イオン、pチ
ャネルTPTの場合はB゛イオンゲート電極をマスクと
しでイオンインプランテーションし、ソース領域107
及びドレイン領域106を形成する。この後ソース、
ドレイン領域の活性化を目的として、900°CN 2
アニルを施す。この活性化アニールにより、ゲート電極
105中のP原子の完全な活性化と良好なグレインバウ
ンダリの形成も同時に達成される(第1図(d))。ゲ
ート電極用a−3iの成膜はμ波ブラズ7CVD (E
CRPCVD)で成膜するのも好適である。ECRPC
VDで成膜したa−3iは、膜中の水素含有量を減らす
ことができるので、H2脱離のためのプリアニールが省
略できルトイう利点がある。または、Journal
of Non−Crystalline 5olids
vol、107 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3
70 ’C以上でa−3iを成膜してもよい。
この方法によれば、a−3i中に含まれるH2をほぼ完
全にゼロにできるので、固相成長には更に好適である。
全にゼロにできるので、固相成長には更に好適である。
ついでこの上部にLPCVD法により、層間絶縁膜の5
102108を約8000人成膜する(第1図(e))
。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、あるいはプラズマ窒
化膜からの水素の拡散法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
間絶縁膜を積層する前に行ってもよい。
102108を約8000人成膜する(第1図(e))
。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、あるいはプラズマ窒
化膜からの水素の拡散法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
間絶縁膜を積層する前に行ってもよい。
最後にソース、 ドレインのコンタクトホールを空けて
配線材の金属膜(A1等)を約8000人スパッタ法で
成膜し、ソース電極110、 ドレイン電極109を成
膜、パタニングしてTPTの完成となる(第1図(f)
)。
配線材の金属膜(A1等)を約8000人スパッタ法で
成膜し、ソース電極110、 ドレイン電極109を成
膜、パタニングしてTPTの完成となる(第1図(f)
)。
以上説明は石英基板の様な非晶質基板を例に取って行っ
てきたが、基板はサファイア、CaF2等の結晶性基板
でももちろん良い。
てきたが、基板はサファイア、CaF2等の結晶性基板
でももちろん良い。
[発明の効果コ
本発明の半導体装置及びその製造方法によれば、従来の
LPCVD法を用いた多結晶Siでは難しかったゲート
配線抵抗の低減を、きわめて簡単な工程で容易に達成で
きる。このため、アクテイヴTPT大型液晶パネルで従
来問題となっていたゲート配線抵抗を減らすことができ
、液晶パネルのHDTV等への応用も容易となる。
LPCVD法を用いた多結晶Siでは難しかったゲート
配線抵抗の低減を、きわめて簡単な工程で容易に達成で
きる。このため、アクテイヴTPT大型液晶パネルで従
来問題となっていたゲート配線抵抗を減らすことができ
、液晶パネルのHDTV等への応用も容易となる。
また、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。またゲート配線の低減効果により密着型イ
メージセンサの長尺化が可能となりイメージセンサの大
型化に大きな効果がある。同様に、TPT駆動液晶シャ
ッタアレイ、TPT駆動サーマルヘッド等への応用もま
た可能である。また、TPTへの応用ばかりでなく、3
次元Sol素子等への応用も可能である。
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。またゲート配線の低減効果により密着型イ
メージセンサの長尺化が可能となりイメージセンサの大
型化に大きな効果がある。同様に、TPT駆動液晶シャ
ッタアレイ、TPT駆動サーマルヘッド等への応用もま
た可能である。また、TPTへの応用ばかりでなく、3
次元Sol素子等への応用も可能である。
第1図は本発明の半導体装置の製造工程を示す図。
100・・・・・・・・・石英基板
101・・・・・・・・・チャネル領域102・・・・
・・・・・ゲート絶縁膜103・・・・・・・・・n4
非晶質5i104・・・・・・・・・非晶質ゲート電極
105・・・・・・・・・多結晶ゲート電極106・・
・・・・・・・ドレイン領域107・・・・・・・・・
ソース領域 108・・・・・・・・・層間絶縁膜 109・・・・・・・・・ドレイン領域110・・・・
・・・・・ソース領域 以上
・・・・・ゲート絶縁膜103・・・・・・・・・n4
非晶質5i104・・・・・・・・・非晶質ゲート電極
105・・・・・・・・・多結晶ゲート電極106・・
・・・・・・・ドレイン領域107・・・・・・・・・
ソース領域 108・・・・・・・・・層間絶縁膜 109・・・・・・・・・ドレイン領域110・・・・
・・・・・ソース領域 以上
Claims (2)
- (1)電界効果トランジスタのゲート電極中に結晶粒径
が1μm以上の結晶粒を少なくとも含むことを特長とす
る半導体装置。 - (2)基板上に不純物を含む非晶質半導体薄膜を形成す
る工程と、該薄膜をパタニングする工程と、該薄膜をア
ニールして固相成長させる工程を少なくとも含むことを
特長とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (14)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25939389A JPH03120872A (ja) | 1989-10-04 | 1989-10-04 | 半導体装置及びその製造方法 |
EP93118615A EP0608503B1 (en) | 1989-02-14 | 1990-02-12 | A semiconductor device and its manufacturing method |
DE69033736T DE69033736T2 (de) | 1989-02-14 | 1990-02-12 | Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung |
EP90102710A EP0383230B1 (en) | 1989-02-14 | 1990-02-12 | Manufacturing Method of a Semiconductor Device |
DE69030775T DE69030775T2 (de) | 1989-02-14 | 1990-02-12 | Herstelllungsverfahren einer Halbleitervorrichtung |
DE69032773T DE69032773T2 (de) | 1989-02-14 | 1990-02-12 | Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung |
EP93118614A EP0598410B1 (en) | 1989-02-14 | 1990-02-12 | A method of manufacturing a semiconductor device |
EP93118613A EP0598409B1 (en) | 1989-02-14 | 1990-02-12 | A method of manufacturing a semiconductor device |
DE69030822T DE69030822T2 (de) | 1989-02-14 | 1990-02-12 | Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
SG9601960A SG108807A1 (en) | 1989-02-14 | 1990-02-12 | A semiconductor device and its manufacturing method |
US07/790,107 US6235563B1 (en) | 1989-02-14 | 1991-11-07 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
HK98115536A HK1014293A1 (en) | 1989-02-14 | 1998-12-24 | A method of manufacturing a semiconductor device |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP25939389A JPH03120872A (ja) | 1989-10-04 | 1989-10-04 | 半導体装置及びその製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03120872A true JPH03120872A (ja) | 1991-05-23 |
Family
ID=17333512
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP25939389A Pending JPH03120872A (ja) | 1989-02-14 | 1989-10-04 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH03120872A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002540630A (ja) * | 1999-03-27 | 2002-11-26 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 薄膜トランジスタ及びその製造方法 |
JP2018142672A (ja) * | 2017-02-28 | 2018-09-13 | 国立大学法人 筑波大学 | 半導体装置とその製造方法 |
-
1989
- 1989-10-04 JP JP25939389A patent/JPH03120872A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2002540630A (ja) * | 1999-03-27 | 2002-11-26 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 薄膜トランジスタ及びその製造方法 |
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