JPH0395938A - 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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- JPH0395938A JPH0395938A JP23394189A JP23394189A JPH0395938A JP H0395938 A JPH0395938 A JP H0395938A JP 23394189 A JP23394189 A JP 23394189A JP 23394189 A JP23394189 A JP 23394189A JP H0395938 A JPH0395938 A JP H0395938A
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Landscapes
- Thin Film Transistor (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、絶縁基体上に形成した薄膜トランジスタの製
造方法に関する。
造方法に関する。
[従来の技術]
従来、絶縁基板上の薄膜トランジスタ(以下、TPTと
称す)は、第3図に示すように、ガラスなどの絶縁基板
31上に、半導体Fit膜32を形成し、そこに素子を
作り込んで構成されていた。
称す)は、第3図に示すように、ガラスなどの絶縁基板
31上に、半導体Fit膜32を形成し、そこに素子を
作り込んで構成されていた。
また、近年、TPTの特性向上のため、半導体薄膜とし
て、結晶性半導体FiI膜を用いることがよくみられる
。ここでいう結晶性半導体とは、通常使用されている単
結晶ウエハに比べると、欠陥が多く存在している単結晶
半導体や、内部に1個以上の結晶粒界をもつ多結晶半導
体をいう。
て、結晶性半導体FiI膜を用いることがよくみられる
。ここでいう結晶性半導体とは、通常使用されている単
結晶ウエハに比べると、欠陥が多く存在している単結晶
半導体や、内部に1個以上の結晶粒界をもつ多結晶半導
体をいう。
[発明が解決しようとする課題]
しかし、上記の従来例では、結晶性半導体薄膜と基板と
の界面に、数多くの界面準位33が存在し、この界面準
位の影響で、たとえば、MOSFETを作成した場合、
チャネル部でキャリアが準位にトラップされ、いわゆる
バックチャネルを形成し、閾値電圧の変動や、on/o
ff比の低下など、素子特性の劣化をもたらしていた。
の界面に、数多くの界面準位33が存在し、この界面準
位の影響で、たとえば、MOSFETを作成した場合、
チャネル部でキャリアが準位にトラップされ、いわゆる
バックチャネルを形成し、閾値電圧の変動や、on/o
ff比の低下など、素子特性の劣化をもたらしていた。
また、基板にガラスなどの安価な材料を用いると、基板
材料中に含まれるNa”などのアルカリイオンが、プロ
セス中の熱処理によって移動し、基板との界面やシリコ
ン′gt膜中に可動イオンとして存在し、素子特性の劣
化や、信頼性に問題を生じさせていた。
材料中に含まれるNa”などのアルカリイオンが、プロ
セス中の熱処理によって移動し、基板との界面やシリコ
ン′gt膜中に可動イオンとして存在し、素子特性の劣
化や、信頼性に問題を生じさせていた。
これらの問題に対して、たとえば、素子形成後、素子の
保護膜として、プラズマCVD法による窒化シリコン膜
による水素バツシベーションを用いて、シリコン薄膜内
の準位を減らし、移動度を高くすることが行われてきた
。また、アルカリイオン汚染防止のために、高純度石英
や無アルカリガラスなどを基板として用いる場合もある
。
保護膜として、プラズマCVD法による窒化シリコン膜
による水素バツシベーションを用いて、シリコン薄膜内
の準位を減らし、移動度を高くすることが行われてきた
。また、アルカリイオン汚染防止のために、高純度石英
や無アルカリガラスなどを基板として用いる場合もある
。
しかし、上記の方法によっても基板との界面の問題は解
決されていない。また、高純度石英や無アルカリガラス
などの基板は、高価であり、大面積の基板に安価でTP
Tを形成するには問題があった。
決されていない。また、高純度石英や無アルカリガラス
などの基板は、高価であり、大面積の基板に安価でTP
Tを形成するには問題があった。
[課題を解決するための手段]
本発明の要旨は、ガラスなどの絶縁基体上に、結晶性半
導体薄膜を形成してなる半導体装置の製造方法において
、前記の結晶性半導体薄膜上に水素を含む絶縁膜を形威
した温度と同程度か、それ以下の温度で前記の半導体薄
膜を形成し、その後、前記水素を含む絶縁膜を形成した
温度よりも高い温度で熱処理を行うことを特徴とする半
導体装置の製造方法に存在する。
導体薄膜を形成してなる半導体装置の製造方法において
、前記の結晶性半導体薄膜上に水素を含む絶縁膜を形威
した温度と同程度か、それ以下の温度で前記の半導体薄
膜を形成し、その後、前記水素を含む絶縁膜を形成した
温度よりも高い温度で熱処理を行うことを特徴とする半
導体装置の製造方法に存在する。
〔作 用コ
水素を絶縁膜を熱処理することにより、水素が薄膜中を
拡散し、結晶性半導体薄膜と基板との界面に存在する界
面準位が水素によってトラップされ、界面準位の数を減
らし、TPTなどの半導体装置の電気特性を向上させる
。
拡散し、結晶性半導体薄膜と基板との界面に存在する界
面準位が水素によってトラップされ、界面準位の数を減
らし、TPTなどの半導体装置の電気特性を向上させる
。
また、薄膜中に拡散した水素は、i膜中の欠陥準位や、
結晶粒界の界面準位にトラップざれることにより、バリ
アバイトを低下させ、TPTなどの半導体装置の電気特
性を向上させる.さらに、水素を含んだ絶縁膜として、
窒化シリコン膜を用いることにより、基板からのNa“
などのアルカリイオンに対するブロッキングの効果が生
じ、信頼性の向上が期待される。
結晶粒界の界面準位にトラップざれることにより、バリ
アバイトを低下させ、TPTなどの半導体装置の電気特
性を向上させる.さらに、水素を含んだ絶縁膜として、
窒化シリコン膜を用いることにより、基板からのNa“
などのアルカリイオンに対するブロッキングの効果が生
じ、信頼性の向上が期待される。
そのうえ、半導体層全面あるいは水素の拡散に対してバ
リアとなる絶縁膜を形成することにより、薄膜中に拡散
した水素のout−diffusionを防止し、上述
の効果をさらに安定して得ることが期待できる。
リアとなる絶縁膜を形成することにより、薄膜中に拡散
した水素のout−diffusionを防止し、上述
の効果をさらに安定して得ることが期待できる。
なお、水素の導入量としては数%〜数十%が好ましい。
(実施態様)
第1図は、本発明を特徴づける半導体装置の断面図であ
る。
る。
本発明の第1の実施態様としては、まず、ガラスなどの
絶縁基板11上に、水素を含む絶縁膜として、たとえば
、プラズマCVD法で、基板温度200℃〜300℃で
窒化シリコン膜12を形成する。この窒化シリコン膜1
2中には、数%〜数十atm%の水素が含まれている。
絶縁基板11上に、水素を含む絶縁膜として、たとえば
、プラズマCVD法で、基板温度200℃〜300℃で
窒化シリコン膜12を形成する。この窒化シリコン膜1
2中には、数%〜数十atm%の水素が含まれている。
その後、窒化シリコン膜12を形戒した温度と同程度か
それ以下の温度で多結晶シリコン薄膜13を形成する。
それ以下の温度で多結晶シリコン薄膜13を形成する。
多結晶シリコン薄膜としては、減圧CVD法、プラズマ
CVD法により形成された多結晶シリコンや、我々の提
案しているプラズマCVD法において、成膜雰囲気中へ
のHCILなどのハロゲン化水素ガスの添加効果によっ
て得られた大粒径多結晶シリコンを用いることができる
。
CVD法により形成された多結晶シリコンや、我々の提
案しているプラズマCVD法において、成膜雰囲気中へ
のHCILなどのハロゲン化水素ガスの添加効果によっ
て得られた大粒径多結晶シリコンを用いることができる
。
プロセス温度の低温化および電気特性上の観点から我々
の提案している大粒径多結晶シリコン薄膜が本実施例に
最も適当である。
の提案している大粒径多結晶シリコン薄膜が本実施例に
最も適当である。
次(、l’J2 , A r.H2 、あるいは、それ
らの混合ガス雰囲気下で、水素を含む絶縁膜、たとえば
、窒化シリコン膜、を形成した温度より高い温度(30
0℃〜SOO℃)で熱処理を行う。
らの混合ガス雰囲気下で、水素を含む絶縁膜、たとえば
、窒化シリコン膜、を形成した温度より高い温度(30
0℃〜SOO℃)で熱処理を行う。
この熱処理中に、窒化シリコン膜中に存在する水素が、
多結晶シリコン薄膜中に拡散することじより、下地界面
に存在する界面準位や、多結晶シリコン薄膜中の欠陥準
位や、多結晶シリコンの粒界に存在する界面準位にトラ
ップされ、下地界面でのバックチャネルの発生を抑制し
、閾値電圧の変動を制御し、かつ、粒界のポテンシャル
を小さくし、移動度を大きくする。
多結晶シリコン薄膜中に拡散することじより、下地界面
に存在する界面準位や、多結晶シリコン薄膜中の欠陥準
位や、多結晶シリコンの粒界に存在する界面準位にトラ
ップされ、下地界面でのバックチャネルの発生を抑制し
、閾値電圧の変動を制御し、かつ、粒界のポテンシャル
を小さくし、移動度を大きくする。
また、熱処理の温度は、水素の拡散が起こり始める30
0℃より高く、多結晶シリコンに拡散した水素が再び外
へ拡散しない600℃よりも低い温度で行う。
0℃より高く、多結晶シリコンに拡散した水素が再び外
へ拡散しない600℃よりも低い温度で行う。
また、基板と多結晶シリコン薄膜との間に窒化シリコン
膜を形成することで、基板からのNa”などのアルカリ
イオンに対してプロツキングの効果を持たせ、信頼性が
向上する。
膜を形成することで、基板からのNa”などのアルカリ
イオンに対してプロツキングの効果を持たせ、信頼性が
向上する。
本発明の第2の実施態様としては、まず、ガラスなどの
絶縁基板11上に、水素を含む絶縁膜として、たとえば
、プラズマCVD法で、基板温度200℃〜300℃で
窒化シリコン膜12を形成する。この窒化シリコン膜1
2中には、数%〜数十atm%の水素が含まれている。
絶縁基板11上に、水素を含む絶縁膜として、たとえば
、プラズマCVD法で、基板温度200℃〜300℃で
窒化シリコン膜12を形成する。この窒化シリコン膜1
2中には、数%〜数十atm%の水素が含まれている。
その後、窒化シリコン膜12を形成した温度と同程度か
それ以下の温度で非晶質シリコン薄膜13を形成する。
それ以下の温度で非晶質シリコン薄膜13を形成する。
非晶買シリコン薄膜としては、減圧CVD法、プラズマ
CVD法により形成された非晶質シリコンや、多結晶シ
リコンSt”をイオン注入して非晶質化したものなどが
用いられる。
CVD法により形成された非晶質シリコンや、多結晶シ
リコンSt”をイオン注入して非晶質化したものなどが
用いられる。
次に、Nx 、A r .H2 bあるいは、それらの
混合ガス雰囲気下で、水素を含む絶縁膜12、たとえば
、窒化シリコン膜、を形成した温度より高い温度(30
0℃〜600℃)で熱処理を行う。
混合ガス雰囲気下で、水素を含む絶縁膜12、たとえば
、窒化シリコン膜、を形成した温度より高い温度(30
0℃〜600℃)で熱処理を行う。
この熱処理の温度については、形成した非品質シリコン
が、固相結晶成長し、多結晶化する温度に設定すること
が、より高性能なTPTを作るうえで望ましい。したが
って、上記の熱処理の温度は、より望ましくは、500
℃〜600’Cに設定することがより高性能なTPTを
作るうえで望ましい。
が、固相結晶成長し、多結晶化する温度に設定すること
が、より高性能なTPTを作るうえで望ましい。したが
って、上記の熱処理の温度は、より望ましくは、500
℃〜600’Cに設定することがより高性能なTPTを
作るうえで望ましい。
この熱処理中に、窒化シリコン腹中に存在する水素が、
熱処理により非品質シリコンが多結晶化した多結晶シリ
コン中に拡散することにより、下地界面に存在する界面
準位や、非晶買シリコン、あるいは、多結晶シリコンF
iI腹中の欠陥単位や、′!y結晶シリコンの粒界に存
在する界面準位にトラップされ、下地界面でのパックチ
ャネルの発生を抑制し、閾値電圧の変動を制御し、かつ
、粒界のポテンシャルを小さくし、移動度を大きくする
。
熱処理により非品質シリコンが多結晶化した多結晶シリ
コン中に拡散することにより、下地界面に存在する界面
準位や、非晶買シリコン、あるいは、多結晶シリコンF
iI腹中の欠陥単位や、′!y結晶シリコンの粒界に存
在する界面準位にトラップされ、下地界面でのパックチ
ャネルの発生を抑制し、閾値電圧の変動を制御し、かつ
、粒界のポテンシャルを小さくし、移動度を大きくする
。
また、熱処理の温度は、水素の拡散が起こり始める30
0℃より高く、多結晶シリコンに拡散した水素が再び外
へ拡散しない600℃よりも低い温度で行う。
0℃より高く、多結晶シリコンに拡散した水素が再び外
へ拡散しない600℃よりも低い温度で行う。
また、基板と多結晶シリコン薄膜との間に窒化シリコン
膜を形成することで、基板からのNa”などのアルカリ
イオンに対してブロッキングの効果を持たせ、信頼性が
向上する。
膜を形成することで、基板からのNa”などのアルカリ
イオンに対してブロッキングの効果を持たせ、信頼性が
向上する。
[実施例]
以下、本発明の実施例を図面によって詳細に説明する。
第2図は、本発明を用いて作成したMOSFETの断面
図である。
図である。
C第1の実施例〕
ガラス基板上21に,プラズマCVD法で、SiH4/
NH3混合ガス系により、窒化シリコン膜22をIOO
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型プラズマ
CVD装置を用い、SiH4 (10%H2希釈)流量
15secm,NH,流量10sccm,圧力0.
1 6Torr,放電パワー3.5W、基板温度300
t:の条件で、j5分間堆積を行った。この条件で堆積
した窒化シリコン腹中には、IR(赤外分光)分析の結
iL約10atm%の水素が含まれていることが分かっ
た. 次に、RFプラズマCvD法により、SiH.C fl
2 / H C 12 / H 2混合ガス系にて、
.窒化シリコン膜22上に、多結晶シリコン薄膜23を
1000A堆積した。堆積条件としては、SiH2CI
Lz 0.9sccm,HCj!130sccm,H.
200secm,圧力2. OTorr,RF po
wer 60W,基板温度230℃で行った。この条
件では、窒化シリコン膜22上には、粒径が約1.0μ
mの多結晶シリコン薄膜が堆積した。
NH3混合ガス系により、窒化シリコン膜22をIOO
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型プラズマ
CVD装置を用い、SiH4 (10%H2希釈)流量
15secm,NH,流量10sccm,圧力0.
1 6Torr,放電パワー3.5W、基板温度300
t:の条件で、j5分間堆積を行った。この条件で堆積
した窒化シリコン腹中には、IR(赤外分光)分析の結
iL約10atm%の水素が含まれていることが分かっ
た. 次に、RFプラズマCvD法により、SiH.C fl
2 / H C 12 / H 2混合ガス系にて、
.窒化シリコン膜22上に、多結晶シリコン薄膜23を
1000A堆積した。堆積条件としては、SiH2CI
Lz 0.9sccm,HCj!130sccm,H.
200secm,圧力2. OTorr,RF po
wer 60W,基板温度230℃で行った。この条
件では、窒化シリコン膜22上には、粒径が約1.0μ
mの多結晶シリコン薄膜が堆積した。
次に、スパッタ法により、ゲート絶縁膜としてSi02
膜24を500A堆積させた後、ゲート電極25を形成
した。
膜24を500A堆積させた後、ゲート電極25を形成
した。
次に、イオン注入法により、P+を注入し、ソース・ド
レイン領域26を形成した。
レイン領域26を形成した。
次に、保護膜として、プラズマCVD法により、窒化シ
リコン膜27を5000A堆積した。
リコン膜27を5000A堆積した。
次に、N2雰囲気、550℃で、熱処理を行った。
次に、所望の領域にコンタクトを開孔し,AfL電極2
8を形戒した。
8を形戒した。
本実施例において、ガラス基板上に直接多結晶シリコン
薄膜を形成した基板に形成したMOSFETと、本実施
例により作成したMOSFETの電気特性の測定の比較
により、電子移動度は1.5倍、閾値電圧の変動幅は1
/2以下に縮小された。
薄膜を形成した基板に形成したMOSFETと、本実施
例により作成したMOSFETの電気特性の測定の比較
により、電子移動度は1.5倍、閾値電圧の変動幅は1
/2以下に縮小された。
また、本実施例においては、熱処理温度として550℃
を用いたが、300℃としても、ほぼ同様の効果があっ
た。
を用いたが、300℃としても、ほぼ同様の効果があっ
た。
また、本実施例において、全く熱処理を加えな(かった
場合については、電子移動度、閾値電圧の変動ともに、
ほとんど効果は認られなかった。
場合については、電子移動度、閾値電圧の変動ともに、
ほとんど効果は認られなかった。
このことは、熱処理によって、窒化シリコン膜22から
多結晶シリコン薄膜23内に水素が拡散し、下地界面お
よび多結晶シリコン薄膜23中の結晶粒界に存在する界
面準位にトラップされ、準位の数が減少し、下地界面で
のバックチャネルの発生が抑制され、かつ、粒界のポテ
ンシャルバリアが低下したためと考えられる。このこと
は、ESR(電子スピン共Ds)測定の結果から、多結
晶シリコン薄膜中のダングリングボンドの密度が、熱処
理によって、l桁以上低下していたことからも明らかで
ある。
多結晶シリコン薄膜23内に水素が拡散し、下地界面お
よび多結晶シリコン薄膜23中の結晶粒界に存在する界
面準位にトラップされ、準位の数が減少し、下地界面で
のバックチャネルの発生が抑制され、かつ、粒界のポテ
ンシャルバリアが低下したためと考えられる。このこと
は、ESR(電子スピン共Ds)測定の結果から、多結
晶シリコン薄膜中のダングリングボンドの密度が、熱処
理によって、l桁以上低下していたことからも明らかで
ある。
また、信頼性試験においては、高温高温試験によっても
、電気特性の変化はほとんどなく、信頼性も十分なもの
であった。これは、窒化シリコン膜22が、ガラス基板
からのアルカリイオンの拡散に対して、ブロッキングし
ているためと考えられる。
、電気特性の変化はほとんどなく、信頼性も十分なもの
であった。これは、窒化シリコン膜22が、ガラス基板
からのアルカリイオンの拡散に対して、ブロッキングし
ているためと考えられる。
また、550℃の熱処理によって、水素が多結晶シリコ
ン中に拡散するのと同時に、ソース・ドレイン領域の活
性化も行うことができ、工程がより簡略化できた。
ン中に拡散するのと同時に、ソース・ドレイン領域の活
性化も行うことができ、工程がより簡略化できた。
[第2の実施例]
ガラス基板上21に、プラズマCVD法で、S f H
4 / N H 3混合ガス系により、窒化シリコン
膜22をIOOOA堆積した。堆積条件としては、平行
平板型プラズマCVD装置を用い、SiH4 (10%
H2希釈)流量15sccm,NH3流量10sccm
,圧力0 . 1 6Torr,放電パワー3.5W
,基板温度300℃の条件で、35分間堆積を行った。
4 / N H 3混合ガス系により、窒化シリコン
膜22をIOOOA堆積した。堆積条件としては、平行
平板型プラズマCVD装置を用い、SiH4 (10%
H2希釈)流量15sccm,NH3流量10sccm
,圧力0 . 1 6Torr,放電パワー3.5W
,基板温度300℃の条件で、35分間堆積を行った。
この条件で堆積した窒化シリコン腹中には、IR(赤外
分光)分析の結果、約10atm%の水素が含まれてい
ることが分かった。
分光)分析の結果、約10atm%の水素が含まれてい
ることが分かった。
次に、プラズマCVD法により、siH4/H2混合ガ
ス系にて、窒化シリコン膜22上に、非品質シリコン薄
膜23をIOOOA堆積した。
ス系にて、窒化シリコン膜22上に、非品質シリコン薄
膜23をIOOOA堆積した。
堆積条伴としては、SiH4流量2sccm、H.18
sccm,圧力0.12Torr、放電バワー5W,3
0分間堆積させた。
sccm,圧力0.12Torr、放電バワー5W,3
0分間堆積させた。
次に、スバッタ法により、ゲート絶縁膜としてSt02
膜24を500A堆積させた後、ゲート電$i25を形
成した。
膜24を500A堆積させた後、ゲート電$i25を形
成した。
次に、イオン注入法により、P0を注入し、ソース・ド
レイン領域26を形戒した。
レイン領域26を形戒した。
次に、保護膜として、プラズマCVD法定より、窒化シ
リコン膜27を5000A堆積した。
リコン膜27を5000A堆積した。
次に、N2雰囲気、600℃で、熱処理を行った。
次に、所望の領域にコンタクトを開孔し、A℃電8i2
8を形成した. 本実施例において、600℃の熱処理により、非品質シ
リコン薄膜23は、固相結晶成長し、多結晶化している
ことが、断面TEM (透過電子顕微!)により確かめ
られた。
8を形成した. 本実施例において、600℃の熱処理により、非品質シ
リコン薄膜23は、固相結晶成長し、多結晶化している
ことが、断面TEM (透過電子顕微!)により確かめ
られた。
本実施例において、ガラス基板上に直接多結晶シリコン
薄膜を形成した基板に形成したMOSFETと、本実施
例により作成したMOSFETの電気特性の測定の比較
により、電子移動度は1.2倍、閾値電圧の変動幅は2
/3以下に縮小された。
薄膜を形成した基板に形成したMOSFETと、本実施
例により作成したMOSFETの電気特性の測定の比較
により、電子移動度は1.2倍、閾値電圧の変動幅は2
/3以下に縮小された。
このことは、熱処理によって、窒化シリコン膜22から
多結晶シリコン薄膜23内に水素が拡散し、下地界面お
よび多結晶シリコン薄膜23中の結晶粒界に存在する界
面準位にトラップされ、準位の数が減少し、下地界面で
のバックチャネルの発生が抑制され、かつ、粒界のポテ
ンシャルバ′リアが低下したためと考えられる。このこ
とは、ESR(電子スピン共0!%)測定の結果から、
多結晶シリコン薄膜中のダングリングボンドの密度が、
熱処理によって、1桁以上低下していたことからも明ら
かである。
多結晶シリコン薄膜23内に水素が拡散し、下地界面お
よび多結晶シリコン薄膜23中の結晶粒界に存在する界
面準位にトラップされ、準位の数が減少し、下地界面で
のバックチャネルの発生が抑制され、かつ、粒界のポテ
ンシャルバ′リアが低下したためと考えられる。このこ
とは、ESR(電子スピン共0!%)測定の結果から、
多結晶シリコン薄膜中のダングリングボンドの密度が、
熱処理によって、1桁以上低下していたことからも明ら
かである。
また、信頼性試験においては、高温高温試験によっても
、電気特性の変化はほとんどなく、信頼性も十分なもの
であった。
、電気特性の変化はほとんどなく、信頼性も十分なもの
であった。
これは、窒化シリコン膜22が、ガラス基板からのアル
カリイオンの拡散に対して、ブロッキングしているため
と考えられる。
カリイオンの拡散に対して、ブロッキングしているため
と考えられる。
また、600℃の熱処理によって、水素が多結晶シリコ
ン中に拡散するのと同時に、ソース・ドレイン領域の活
性化も行うことができ、工程がより簡略化できた. [第3の実施例] ガラス基板上21に、プラズマCVD法で、S i H
4 / N H 3混合ガス系により、窒化シリコン
膜22をIOOOA堆積した。堆積条件としては、平行
平板型プラズマCVD装置を用い、SIH4 (10
%H2希釈)流量15sccm,NH3流i10scc
m,圧力0 . 1 6 Torr1放電パワー3.
5W,基板温度300t:の条件で、35分間堆積を行
った。この条件で堆積した窒化シリコン膜中には、IR
(赤外分光)分析の結果、約10atm%の水素が含ま
れていることが分かった。
ン中に拡散するのと同時に、ソース・ドレイン領域の活
性化も行うことができ、工程がより簡略化できた. [第3の実施例] ガラス基板上21に、プラズマCVD法で、S i H
4 / N H 3混合ガス系により、窒化シリコン
膜22をIOOOA堆積した。堆積条件としては、平行
平板型プラズマCVD装置を用い、SIH4 (10
%H2希釈)流量15sccm,NH3流i10scc
m,圧力0 . 1 6 Torr1放電パワー3.
5W,基板温度300t:の条件で、35分間堆積を行
った。この条件で堆積した窒化シリコン膜中には、IR
(赤外分光)分析の結果、約10atm%の水素が含ま
れていることが分かった。
次に、RFプラズマCVD法ニよリ、SiH2C Il
z / H C It / H 2混合ガス系にて、
窒化シリコン膜22上に、多結晶シリコン薄膜23を1
000A堆積した。堆積条件としては、SiH2cx2
o.9sccm%HCJZ130secm% H2 2
00sccm,圧力2. OTorr,RF po
wer 60W,基板温度230℃で行った。この条
件では、窒化シリコン膜22上には、粒径が約1.0μ
mの多結晶シリコン薄膜が堆積した。
z / H C It / H 2混合ガス系にて、
窒化シリコン膜22上に、多結晶シリコン薄膜23を1
000A堆積した。堆積条件としては、SiH2cx2
o.9sccm%HCJZ130secm% H2 2
00sccm,圧力2. OTorr,RF po
wer 60W,基板温度230℃で行った。この条
件では、窒化シリコン膜22上には、粒径が約1.0μ
mの多結晶シリコン薄膜が堆積した。
次に、スパッタ法により、ゲート絶縁膜としてSi02
膜24を500A堆積させた後、ゲート電極25を形成
した。
膜24を500A堆積させた後、ゲート電極25を形成
した。
次に、イオン注入法により、P0を注入し、ソース・ド
レイン領域26を形成した。
レイン領域26を形成した。
次に、水素の拡散に対してバリアとなる絶縁膜として、
プラズマCVD法により、窒化シリコン膜27を500
OA堆積した。
プラズマCVD法により、窒化シリコン膜27を500
OA堆積した。
次に、N,雰囲気、550℃で、熱処理を行った.
次に、所望の領域にコンタクトを開孔し、Au電ai2
Bを形成した. 本実施例において、水素の拡散に対してパリアとなる窒
化シリコンli27の効果については、この窒化シリコ
ン膜27の有無により、多結晶シリコン膜23中に存在
する水素の密度が、I E20Cm−’のオーダーから
IE19cm−3のオーダー以下に低下していることか
ら、この膜が、水素のout−di ffusionに
対してパリアとして作用していることが分かった。
Bを形成した. 本実施例において、水素の拡散に対してパリアとなる窒
化シリコンli27の効果については、この窒化シリコ
ン膜27の有無により、多結晶シリコン膜23中に存在
する水素の密度が、I E20Cm−’のオーダーから
IE19cm−3のオーダー以下に低下していることか
ら、この膜が、水素のout−di ffusionに
対してパリアとして作用していることが分かった。
また、ガラス基板上に直接多結晶シリコン薄膜を形成し
た基板に形成したMOSFETと、本実施例により作成
したMOSFETの電気特性の測定の比較により、電子
移動度は2倍以上、閾値電圧の変動幅は1/2以下に縮
小された。
た基板に形成したMOSFETと、本実施例により作成
したMOSFETの電気特性の測定の比較により、電子
移動度は2倍以上、閾値電圧の変動幅は1/2以下に縮
小された。
また、信頼性試験においては、高温高温試験によっても
、電気特性の変化はほとんどなく、信頼性も十分なもの
であった。
、電気特性の変化はほとんどなく、信頼性も十分なもの
であった。
これは、窒化シリコン膜22が、ガラス基板からのアル
カリイオンの拡散に対して、プロツキングしているため
と考えられる。
カリイオンの拡散に対して、プロツキングしているため
と考えられる。
また、550℃の熱処理によって、水素が多結晶シリコ
ン中に拡散するのと同時に、ソース・ドレイン領域の活
性化も行うことができ、工程がより簡略化できた。
ン中に拡散するのと同時に、ソース・ドレイン領域の活
性化も行うことができ、工程がより簡略化できた。
[第4の実施例]
ガラス基板上21に、プラズマCVD法で、SiH4/
NH3混合ガス系により、窒化シリコン膜22をIOO
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型プラズマ
CVD装置を用い、SiH4 (iQ%H2希釈)流量
15sccm,N H s流量10sccm,圧力0.
1 6Torr,放電パワー3.5W、基板温度3
00℃の条件で、35分間堆積を行った。この条件で堆
積した窒化シリコン膜中には、IR(赤外分光)分析の
結果、約10%の水素が含まれていることが分かった。
NH3混合ガス系により、窒化シリコン膜22をIOO
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型プラズマ
CVD装置を用い、SiH4 (iQ%H2希釈)流量
15sccm,N H s流量10sccm,圧力0.
1 6Torr,放電パワー3.5W、基板温度3
00℃の条件で、35分間堆積を行った。この条件で堆
積した窒化シリコン膜中には、IR(赤外分光)分析の
結果、約10%の水素が含まれていることが分かった。
次に、プラズマCVD法により、S i H4 /H2
混合ガス系にて、窒化シリコン膜22上に、非品質シリ
コン薄膜23をIOOOA堆積した。
混合ガス系にて、窒化シリコン膜22上に、非品質シリ
コン薄膜23をIOOOA堆積した。
堆積条件としては、SiH4流量2sccm,H 2
1 8 S C C m s圧力0.12Torr,放
電パワー5W、30分間堆積させた。
1 8 S C C m s圧力0.12Torr,放
電パワー5W、30分間堆積させた。
次に、スバッタ法により、ゲート絶縁膜としてSi○2
膜24を500A堆積させた後、ゲート電8ii25を
形成した。
膜24を500A堆積させた後、ゲート電8ii25を
形成した。
次に、イオン注入法により、Pゝを注入し、ソース・ド
レイン領域26を形威した。
レイン領域26を形威した。
次に、水素の拡散に対してバリアとなる絶縁膜として、
プラズマCVD法により、窒化シリコン膜27を500
0A堆積した。
プラズマCVD法により、窒化シリコン膜27を500
0A堆積した。
次に、N2雰囲気、600℃で、熱処理を行った.
次に、所望の領域Cコンタクトを開孔し、AJ2電極2
8を形成した。
8を形成した。
本実施例において、600℃の熱処理により、非品質シ
リコン薄膜23は、固相結晶戒長し、多結晶化している
ことが、断面TEM (透過電子顕微鏡)により確かめ
られた。
リコン薄膜23は、固相結晶戒長し、多結晶化している
ことが、断面TEM (透過電子顕微鏡)により確かめ
られた。
本実施例において、水素の拡散に対してRリアとなる窒
化シリコン膜27の効果については、この窒化シリコン
膜27の有無により、多結晶シリコン膜23中に存在す
る水素の密度が、I E20am−’のオーダーからI
E19cm−”のオーダー以下に低下していることから
、この膜が、水素のout−diffusionに対し
て)<リアとして作用していることが分かった。
化シリコン膜27の効果については、この窒化シリコン
膜27の有無により、多結晶シリコン膜23中に存在す
る水素の密度が、I E20am−’のオーダーからI
E19cm−”のオーダー以下に低下していることから
、この膜が、水素のout−diffusionに対し
て)<リアとして作用していることが分かった。
また、ガラス基板上に直接多結晶シリコン薄膜を形戒し
た基板に形威したMO S F ETと、本実施例によ
り作威したMO S F ETの電気特性の測定の比較
により、電子移動度は1.5倍、閾値電圧の変動幅は1
72以下に縮小された。
た基板に形威したMO S F ETと、本実施例によ
り作威したMO S F ETの電気特性の測定の比較
により、電子移動度は1.5倍、閾値電圧の変動幅は1
72以下に縮小された。
また、信頼性試験においては、高温高温試験によっても
、電気特性の変化はほとんどなく、信頼性も十分なもの
であった。
、電気特性の変化はほとんどなく、信頼性も十分なもの
であった。
これは、窒化シリコン膜22が、ガラス基板からのアル
カリイオンの拡散に対して、ブロッキングしているため
と考えられる。
カリイオンの拡散に対して、ブロッキングしているため
と考えられる。
また、550℃の熱処理によって、水素が多結晶シリコ
ン中に拡散するのと同時に、ソース・ドレイン領域の活
性化も行うことができ、工程がより簡略化できた。
ン中に拡散するのと同時に、ソース・ドレイン領域の活
性化も行うことができ、工程がより簡略化できた。
[第5の実施例]
ガラス基板上21に、プラズマCVD法で、S i }
{ 4 / N H ,混合ガス系により、窒化シリコ
ン膜22をIOOOA堆積した。堆積条件としては、平
行平板型プラズマCVD装置を用い、SiH4 (10
%H2希釈)流量1 5sccm、NH,流量10sc
cm,圧力0. 1 6Torr、放電パワー3.5
W、基板温度300℃の条件で、35分間堆積を行った
。この条件で堆積した窒化シリコン膜中には、IR(赤
外分光)分析の結果、約10atm%の水素が含まれて
いることが分かった。
{ 4 / N H ,混合ガス系により、窒化シリコ
ン膜22をIOOOA堆積した。堆積条件としては、平
行平板型プラズマCVD装置を用い、SiH4 (10
%H2希釈)流量1 5sccm、NH,流量10sc
cm,圧力0. 1 6Torr、放電パワー3.5
W、基板温度300℃の条件で、35分間堆積を行った
。この条件で堆積した窒化シリコン膜中には、IR(赤
外分光)分析の結果、約10atm%の水素が含まれて
いることが分かった。
次に、RFプラズマCVD法により、
S i H 2 C It 2 / H C j2 /
H 2混合ガス系にて、窒化シリコン膜22上に、多
結晶シリコン薄膜23をIOOOA堆積した。堆積条件
としては、SiHz CIL20.9sccm,HCf
l30secm,H2 200secm,圧力2.
OTorr,RF power 60W,基板温度
230℃で行った。この条件では、窒化シリコン膜22
上には、粒径が約1.0μmの多結晶シリコン薄膜が堆
積した. 次に、ゲート絶縁膜24として、まず、スパツタ法によ
りSi02膜24を20OA,つづいて、水素の拡散に
対してバリアとなる絶縁膜としてプラズマCVD法によ
り窒化シリコン膜300Aを堆積させた後、ゲート電g
125を形成した。
H 2混合ガス系にて、窒化シリコン膜22上に、多
結晶シリコン薄膜23をIOOOA堆積した。堆積条件
としては、SiHz CIL20.9sccm,HCf
l30secm,H2 200secm,圧力2.
OTorr,RF power 60W,基板温度
230℃で行った。この条件では、窒化シリコン膜22
上には、粒径が約1.0μmの多結晶シリコン薄膜が堆
積した. 次に、ゲート絶縁膜24として、まず、スパツタ法によ
りSi02膜24を20OA,つづいて、水素の拡散に
対してバリアとなる絶縁膜としてプラズマCVD法によ
り窒化シリコン膜300Aを堆積させた後、ゲート電g
125を形成した。
Si02膜を先に堆積させたのは、よく知られたように
、窒化シリコン膜だけでゲート絶a膜を構成すると、腹
中の分極により、MOSFETの電気特性が劣化するの
で、そうした劣化を防ぐためである。
、窒化シリコン膜だけでゲート絶a膜を構成すると、腹
中の分極により、MOSFETの電気特性が劣化するの
で、そうした劣化を防ぐためである。
次に、イオン注入法により、P0を注入し、ソース・ド
レイン領域26を形成した。
レイン領域26を形成した。
次心、N2雰囲気、550℃で、熱処理を行った。
次に、保謹膜として、プラズマCVD法により、窒化シ
リコン膜5000A堆積した。
リコン膜5000A堆積した。
次に、所望の領域にコンタクトを開孔し、Aj!電極2
8を形成した。
8を形成した。
本実施例において、水素の拡散に対してバリアとなる絶
縁膜として、窒化シリコン膜の膜厚を30OAとしても
、多結晶シリコン薄膜中の水素の密度は、窒化シリコン
膜厚を5000Aとした場合と全く変化なかった。
縁膜として、窒化シリコン膜の膜厚を30OAとしても
、多結晶シリコン薄膜中の水素の密度は、窒化シリコン
膜厚を5000Aとした場合と全く変化なかった。
また、保護膜として、SiO2膜5000Aを用いた場
合についても、水素の密度に変化はなかったことから、
窒化シリコン膜300Aでも十分バリアとして作用して
いることが分かった。
合についても、水素の密度に変化はなかったことから、
窒化シリコン膜300Aでも十分バリアとして作用して
いることが分かった。
また、ゲート絶縁膜として窒化シリコン膜と酸化シリコ
ン膜の2層構造を用いたが、これCついても、SiOz
膜を用いた場合と比較して、電気特性の変化は、ほとん
ど認られなかった。
ン膜の2層構造を用いたが、これCついても、SiOz
膜を用いた場合と比較して、電気特性の変化は、ほとん
ど認られなかった。
また、本実施例では、バリア膜として、プラズマCVD
法による窒化シリコン膜を用いたが、ソース・ドレイン
領域の活性化も行うことができた。
法による窒化シリコン膜を用いたが、ソース・ドレイン
領域の活性化も行うことができた。
[第6の実施例コ
ガラス基板上21に、プラズマCVD法で、SiH4/
NH3混合ガス系により、窒化シリコン膜22をIOO
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型プラズマ
CVD装置を用い、SiH4 (10%H,希釈)流量
15sccm,N H 3流量10sccm,圧力0.
1 6Torr,放電パワー3.5W,基板温度3
00℃の条件で、35分間堆積を行った。この条件で堆
積した窒化シリコン腹中には、IR(赤外分光)分析の
結果、約10atm%の水素が含まれていることが分か
った。
NH3混合ガス系により、窒化シリコン膜22をIOO
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型プラズマ
CVD装置を用い、SiH4 (10%H,希釈)流量
15sccm,N H 3流量10sccm,圧力0.
1 6Torr,放電パワー3.5W,基板温度3
00℃の条件で、35分間堆積を行った。この条件で堆
積した窒化シリコン腹中には、IR(赤外分光)分析の
結果、約10atm%の水素が含まれていることが分か
った。
次に、RFプラズマCVD法により、
S i H2 Cllz /HCIL/Hz混合ガス系
にて、窒化シリコン膜22上に、多結晶シリコン薄膜2
3をIOOOA堆積した。堆積条件としては、StHz
Ciz 0.9secm,HCj2130sccm%
H.200secm,圧力2.OTorr,RF p
ower 60W,基板温度230℃で行った。この
条件では、窒化シリコン膜22上には、粒径が約1.0
μmの多結晶シリコン薄膜が堆積した。
にて、窒化シリコン膜22上に、多結晶シリコン薄膜2
3をIOOOA堆積した。堆積条件としては、StHz
Ciz 0.9secm,HCj2130sccm%
H.200secm,圧力2.OTorr,RF p
ower 60W,基板温度230℃で行った。この
条件では、窒化シリコン膜22上には、粒径が約1.0
μmの多結晶シリコン薄膜が堆積した。
次に、ゲート絶縁膜24として、さらに、水素の拡散に
対してバリアとなる絶縁膜としてプラズマCVD法によ
り窒化酸化シリコン膜500Aを堆積させた後、ゲート
電極25を形成した。窒化酸化シリコン膜は、よく知ら
れているように、膜中の窒素と酸素との組成比をうまく
選ぶことで、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との両方
の性質を兼ね備えることが可能である。ここでは、S
i OH4 /NH3 /Nz O混合ガス系を用いて
、堆積条件を最適化することにより、膜の組成比をSt
に対してN〜3.0〜2となるようにした. 次に、イオン注入法により、P0を注入し、?ース・ド
レイン領域26を形戒した。
対してバリアとなる絶縁膜としてプラズマCVD法によ
り窒化酸化シリコン膜500Aを堆積させた後、ゲート
電極25を形成した。窒化酸化シリコン膜は、よく知ら
れているように、膜中の窒素と酸素との組成比をうまく
選ぶことで、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との両方
の性質を兼ね備えることが可能である。ここでは、S
i OH4 /NH3 /Nz O混合ガス系を用いて
、堆積条件を最適化することにより、膜の組成比をSt
に対してN〜3.0〜2となるようにした. 次に、イオン注入法により、P0を注入し、?ース・ド
レイン領域26を形戒した。
次に、N2雰囲気、550℃で、熱処理を行った。
次に、保謹膜として、プラズマCVD法により、窒化シ
リコン膜5000A堆積した.次に、所望の領域にコン
タクトを開孔し、A℃電極28を形成した。
リコン膜5000A堆積した.次に、所望の領域にコン
タクトを開孔し、A℃電極28を形成した。
本実施例において、水素の拡散に対してバリアとなる絶
縁膜として、窒化酸化シリコン膜の膜厚を用いても、多
結晶シリコン薄膜中の水素の密度は、窒化シリコン膜を
用いた場合と全く変化なかった。
縁膜として、窒化酸化シリコン膜の膜厚を用いても、多
結晶シリコン薄膜中の水素の密度は、窒化シリコン膜を
用いた場合と全く変化なかった。
また、ゲート絶縁膜として窒化酸化シリコン膜を用いた
が、これについても、SiO■膜を用いた場合と比較し
て、電気特性の変化は、ほとんど認られなかった。
が、これについても、SiO■膜を用いた場合と比較し
て、電気特性の変化は、ほとんど認られなかった。
また、550℃の熱処理によって、水素が多結晶シリコ
ン中に拡散すると同時に、ソース・ドレイン領域の活性
化も行うことができ、工程がより簡略化できた. 以上、本実施例において、結晶性半導体薄膜としては、
本出願人が提案しているプラズマCVD法にて形戒した
大粒径多結晶シリコンおよびプラズマCVD法により形
成した非晶賀シリコンを熱処理にて結晶化した多結晶シ
リコンについてその効果を示したが、他の結晶性半導体
薄膜、たとえば、減圧CVD法により形威された多結晶
シリコンや、多結晶シリコンにSt+を注入して非品質
化した非晶買シリコンをアニールし、再結晶化したもの
や、本出願人が特願昭62−73829号、特願昭82
−73630号で提案しているところの大粒径多結晶シ
リコンや、本出願人が特開昭63−107016号で提
案しているところの非晶買基板上に形成した単結晶シリ
コンなどを用いても、同様の効果があったことはいうま
でもない。
ン中に拡散すると同時に、ソース・ドレイン領域の活性
化も行うことができ、工程がより簡略化できた. 以上、本実施例において、結晶性半導体薄膜としては、
本出願人が提案しているプラズマCVD法にて形戒した
大粒径多結晶シリコンおよびプラズマCVD法により形
成した非晶賀シリコンを熱処理にて結晶化した多結晶シ
リコンについてその効果を示したが、他の結晶性半導体
薄膜、たとえば、減圧CVD法により形威された多結晶
シリコンや、多結晶シリコンにSt+を注入して非品質
化した非晶買シリコンをアニールし、再結晶化したもの
や、本出願人が特願昭62−73829号、特願昭82
−73630号で提案しているところの大粒径多結晶シ
リコンや、本出願人が特開昭63−107016号で提
案しているところの非晶買基板上に形成した単結晶シリ
コンなどを用いても、同様の効果があったことはいうま
でもない。
[発明の効果]
水素を含む絶縁膜をシリコン薄膜と基板との間に形戒し
、さらに、熱処理することにより、水素を薄膜中に拡散
させることにより、シリコン薄膜下地界面の界面準位を
減らす効果があった.その結果、バックチャネル効果を
抑制することができ、閾値電圧の変動幅を抑えることが
できた.また、熱処理による水素の拡散によって、シリ
コン薄膜内に存在する準位をも低減でき、キャリア易勤
度を増大させることができた。
、さらに、熱処理することにより、水素を薄膜中に拡散
させることにより、シリコン薄膜下地界面の界面準位を
減らす効果があった.その結果、バックチャネル効果を
抑制することができ、閾値電圧の変動幅を抑えることが
できた.また、熱処理による水素の拡散によって、シリ
コン薄膜内に存在する準位をも低減でき、キャリア易勤
度を増大させることができた。
また、水素を含む絶縁膜として、窒化シリコン膜を用い
ることによって、基板からのNaゝなとのアルカリイオ
ンの侵入をブロソキングすることができた。
ることによって、基板からのNaゝなとのアルカリイオ
ンの侵入をブロソキングすることができた。
さらに、この効果は、シリコン薄膜上に水素の拡散に対
してバリアとなる絶縁膜を形成することにより、さらに
高めることができた. この結果、安価なガラス基板上に、電気特性および信頼
性に優れたTPTを形成することができた。
してバリアとなる絶縁膜を形成することにより、さらに
高めることができた. この結果、安価なガラス基板上に、電気特性および信頼
性に優れたTPTを形成することができた。
第1図は、本発明の特徴を説明するための断面図。
N2図は、本発明を用いて形成したMOSFETの断面
図。 第3図は、従来の問題点を説明するための断面図。 11、21、31・・・基板
図。 第3図は、従来の問題点を説明するための断面図。 11、21、31・・・基板
Claims (5)
- (1)ガラスなどの絶縁基体上に、結晶性半導体薄膜を
形成してなる半導体装置の製造方法において、前記の結
晶性半導体薄膜上に水素を含む絶縁膜を形成した温度と
同程度か、それ以下の温度で前記の半導体薄膜を形成し
、その後、前記水素を含む絶縁膜を形成した温度よりも
高い温度で熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の
製造方法。 - (2)水素を含む絶縁膜として、プラズマCVD法で形
成した窒化シリコン膜を用いることを特徴とする特許請
求の範囲第1項に記載の半導体装置の製造方法。 - (3)熱処理の温度が300℃〜600℃であることを
特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の半導体装置の
製造方法。 - (4)前記の結晶性半導体薄膜材料が、シリコンである
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の半導体
装置の製造方法。 - (5)前記の熱処理の温度は、非晶質シリコンが多結晶
化する温度であることを特徴とする特許請求の範囲第1
項、第3項または第4項に記載の半導体装置の製造方法
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23394189A JPH0395938A (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23394189A JPH0395938A (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0395938A true JPH0395938A (ja) | 1991-04-22 |
Family
ID=16963017
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23394189A Pending JPH0395938A (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0395938A (ja) |
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-
1989
- 1989-09-07 JP JP23394189A patent/JPH0395938A/ja active Pending
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