JPH04144139A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH04144139A
JPH04144139A JP26695790A JP26695790A JPH04144139A JP H04144139 A JPH04144139 A JP H04144139A JP 26695790 A JP26695790 A JP 26695790A JP 26695790 A JP26695790 A JP 26695790A JP H04144139 A JPH04144139 A JP H04144139A
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JP
Japan
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temperature
forming
polycrystalline silicon
polycrystalline
silicon
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Application number
JP26695790A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Oka
秀明 岡
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Publication of JPH04144139A publication Critical patent/JPH04144139A/en
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Abstract

PURPOSE:To form larger particle size, high crystallization polycrystalline silicon with excellent responsibility by forming a polycrystalline semiconductor layer containing silicon as a chief ingredient on an insulating amorphous material and raising the temperature of at least the polycrystalline semiconductor layer to a predetermined temperature higher than the highest temperature in the process. CONSTITUTION:A polycrystalline silicon layer 102 is formed on an insulating amorphous material 101 composed of an insulating amorphous substrate such as glass amorphous material layer such as SiO2. The polycrystalline silicon layer 102 is heat-treated at a predetermined temperature higher than that in the above process. The optimum heat-treatment temperature ranges in a region 700 deg.C-1200 deg.C. Then, after the polycrystalline silicon layer 102 is patterned into a predetermined shape, a gate insulating film 103 is formed. Further, there are formed a gate electrode 105, an interlayer insulating film film 106, a contact hole 107, and a wiring 104.

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係わり、特に、絶縁
性非晶質材料上に半導体素子を形成する製造方法に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and particularly to a method of manufacturing a semiconductor element on an insulating amorphous material.

[従来の技術] 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
が成されている。
[Prior Art] Attempts have been made to form high-performance semiconductor elements on insulating amorphous substrates such as glass and quartz, and insulating amorphous layers such as 5i02.

近年、大型で高解像度の液晶表示パネルや、高速で高解
像度の密着型イメージセンサや三次元IC等へのニーズ
が高まるにつれて、上述のような絶縁性非晶質材料上の
高性能な半導体素子の実現が待望されている。
In recent years, as the need for large, high-resolution liquid crystal display panels, high-speed, high-resolution contact-type image sensors, and three-dimensional ICs has increased, high-performance semiconductor devices on insulating amorphous materials such as those mentioned above are becoming increasingly popular. The realization of this is eagerly awaited.

絶縁性非晶質材料上に薄膜トランジスタ(TPT)を形
成する場合を例にとると、 (1)プラズマCVD法等
で形成した非晶質シリコンを素子材としたTPT、 (
2)CVD法等で形成した多結晶シリコンを素子材とし
たTPT、 (3)溶融再結晶化法等で形成した単結晶
シリコンを素子材としたTPT等が検討されている。
Taking the case of forming a thin film transistor (TPT) on an insulating amorphous material as an example, (1) TPT whose element material is amorphous silicon formed by plasma CVD method, etc.
2) TPT whose element material is polycrystalline silicon formed by a CVD method, etc., (3) TPT whose element material is made of single crystal silicon formed by a melt recrystallization method, etc. are being considered.

と゛ころが、これらのTPTのうち非晶質シリコンもし
くは多結晶シリコンを素子材としたTPTは、単結晶シ
リコンを素子材とした場合に比べてTPTの電界効果移
動度が大幅に但<(非晶質シリコンTFT  <  1
cm2/V−sec  、  多結晶シリコンTFT 
〜10cm2/v−5ec)、高性能なTPTの実現は
困難であった。
However, among these TPTs, TPTs made of amorphous silicon or polycrystalline silicon have a significantly higher field effect mobility than those made of single crystal silicon. Quality silicon TFT < 1
cm2/V-sec, polycrystalline silicon TFT
~10cm2/v-5ec), it was difficult to realize a high-performance TPT.

一方、レーザビーム等による溶融再結晶化法は、未だに
十分に完成した技術とは言えず、また、液晶表示パネル
の様に、大面積に素子を形成する必要がある場合には技
術的困難が特に大きい。
On the other hand, the melting and recrystallization method using laser beams, etc. is still not a fully developed technology, and it also poses technical difficulties when it is necessary to form elements over a large area, such as in liquid crystal display panels. Especially big.

そこで、絶縁性非晶質材料上に高性能な半導体素子を形
成する簡便かつ実用的な方法として、大粒径の多結晶シ
リコンを低温で固相成長させる方法が注目され、研究が
進められている。  (ThinSolid Film
s 100 (1983) P、227 、 JJAP
 Vol、25 N。
Therefore, as a simple and practical method for forming high-performance semiconductor elements on insulating amorphous materials, a method of solid-phase growth of large-grain polycrystalline silicon at low temperatures has attracted attention, and research is progressing. There is. (ThinSolid Film
s 100 (1983) P, 227, JJAP
Vol, 25N.

、2 (1986) p、L121) [発明が解決しようとする課題] しかし、従来の固相成長法では、650℃程度以下の低
温プロセスで、大粒径で結晶化率の高いpoly−si
膜を形成することができず、TPTの電界効果移動度が
100cm2/V・Sを上回る高性能なTPTを形成す
ることは困難であった。
, 2 (1986) p. L121) [Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional solid phase growth method, poly-Si with large grain size and high crystallinity can be grown in a low temperature process of about 650°C or less.
It has been difficult to form a high-performance TPT whose field effect mobility exceeds 100 cm 2 /V·S.

そこで、本発明はより簡便かつ実用的な方法で、大粒径
で結晶化率が高い多結晶シリコンを再現性良く形成し、
高性能な半導体素子を製造する方法を提供するものであ
る。
Therefore, the present invention uses a simpler and more practical method to form polycrystalline silicon with large grain size and high crystallinity with good reproducibility.
The present invention provides a method for manufacturing high-performance semiconductor devices.

[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、 (a)絶縁性非晶質材料上にシリコンを主体とする多結
晶半導体層を形成する工程、 (b)工程(a)のプロセス最高温度より高い所定の温
度まで少なくとも該多結晶半導体層を昇温する工程を少
なくとも有することを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] A method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes: (a) forming a polycrystalline semiconductor layer mainly composed of silicon on an insulating amorphous material; (b) step (a) ) is characterized in that it includes at least the step of raising the temperature of at least the polycrystalline semiconductor layer to a predetermined temperature higher than the maximum process temperature of ().

2)前記工程(b)の所定の温度が700℃〜1200
℃であることを特徴とする。
2) The predetermined temperature in step (b) is 700°C to 1200°C.
It is characterized by being ℃.

3)工程(b)の熱処理をエキシマレーザで行ったこと
を特徴とする。
3) It is characterized in that the heat treatment in step (b) was performed using an excimer laser.

(a)絶縁性非晶質材料上にシリコンを主体とする多結
晶半導体層を形成する工程、 (b)該多結晶半導体層中もしくは該多結晶半導体層に
接して、不純物をドープした半導体領域を形成する工程 (c)工程(a)のプロセス最高温度より高い所定の温
度まで少なくとも該多結晶半導体層及び不純物をドープ
した半導体領域を昇温する工程を少なくとも有すること
を特徴とする。
(a) Step of forming a polycrystalline semiconductor layer mainly composed of silicon on an insulating amorphous material; (b) A semiconductor region doped with impurities in or in contact with the polycrystalline semiconductor layer. (c) is characterized by at least the step of heating at least the polycrystalline semiconductor layer and the impurity-doped semiconductor region to a predetermined temperature higher than the maximum process temperature of step (a).

[実施例] 第1図は、本発明の実施例における半導体装置の製造工
程図の一例である。尚、第1図では半導体素子として薄
膜トランジスタ(TPT)を形成する場合を例としてい
る。
[Example] FIG. 1 is an example of a manufacturing process diagram of a semiconductor device in an example of the present invention. Note that FIG. 1 takes as an example a case where a thin film transistor (TPT) is formed as a semiconductor element.

第1図において、 (a)は、ガラス、石英等の絶縁性
非晶質基板、もしくは5i02等の絶縁性非晶質材料層
等の絶縁性非晶質材料101上に多結晶シリコン暦10
2を形成する工程である。多結晶シリコン層の形成条件
の一例としては、 (1)LPCVD法で560℃〜6
30’C程度で多結晶シリコン層(結晶化率は必ずしも
100%ではない)を膜厚100人〜2000人程程度
成する方法、 (2)LPCVD法で500℃〜560
℃程度で非晶質シリコン(微結晶シリコンの場合もある
)を膜厚100人〜2000人程程度膜した後、550
”C〜650℃程度で2〜20時間程度熱処理し、固相
成長させ多結晶化する方法、 (3)PCVD法でlO
O℃〜350℃程度(特に、150’C〜250℃程度
が固相成長後の結晶粒径が大きく、その結果、移動度が
大きくなる等の理由で望ましい)で非晶質シリコン(微
結晶シリコンの場合もある)を腋厚100人〜2000
程度度成膜した後、550℃〜650℃程度で2〜20
時間程度熱処理し、固相成長させ多結晶化する方法等が
ある。ただし、多結晶シリコンの形成方法はこれに限定
されるものではない。
In FIG. 1, (a) shows a polycrystalline silicon layer 10 on an insulating amorphous material 101 such as an insulating amorphous substrate such as glass or quartz, or an insulating amorphous material layer such as 5i02.
This is the process of forming 2. An example of the conditions for forming the polycrystalline silicon layer is (1) 560°C to 6°C by LPCVD method.
A method of forming a polycrystalline silicon layer (the crystallization rate is not necessarily 100%) with a thickness of about 100 to 2000 at about 30'C. (2) LPCVD method at 500 to 560 C.
After forming a film of amorphous silicon (or microcrystalline silicon in some cases) at a temperature of about 100 to 2,000 degrees,
``A method of heat treatment at about C to 650℃ for about 2 to 20 hours and solid phase growth to polycrystallize, (3) PCVD method to obtain lO
Amorphous silicon (microcrystalline (sometimes made of silicone) for armpit thickness 100 to 2000
After forming a film to a certain degree, it is heated at about 550℃ to 650℃ for 2 to 20 minutes.
There is a method in which the material is heat-treated for about a period of time to cause solid phase growth and become polycrystalline. However, the method for forming polycrystalline silicon is not limited to this.

(b)は、工程(a)より高い所定の熱処理温度で該多
結晶シリコン層102を熱処理する工程である。
(b) is a step of heat treating the polycrystalline silicon layer 102 at a predetermined heat treatment temperature higher than that of step (a).

熱処理温度としては、700”C〜12oo℃程度の間
に最適値が存在する。但し、基板としてガラスを用いた
場合は、上述のような高温にさらすことはできないため
、エキシマレーザ等の短波長光を照射することで半導体
の表面層近傍のみを上述の温度まで昇温させ、半導体層
と基板界面近傍は600℃程度以下になるように、照射
強度及び照射時間を最適化することが重要である。−例
としては、XeC1エキシマレーザ(波長 308nm
)を用い、照射強度0.1〜1.  OJ/cm2程度
で1〜10パルス(1パルス数士ns)照射する等の条
件が上述の条件を満たす。
The optimum heat treatment temperature exists between 700"C and 1200C. However, if glass is used as the substrate, it cannot be exposed to the high temperatures mentioned above, so short wavelengths such as excimer lasers etc. It is important to optimize the irradiation intensity and irradiation time so that only the vicinity of the surface layer of the semiconductor is heated to the above temperature by irradiation of light, and the temperature near the interface between the semiconductor layer and the substrate is approximately 600°C or less. - For example, XeC1 excimer laser (wavelength: 308 nm)
) with an irradiation intensity of 0.1 to 1. Conditions such as irradiation of 1 to 10 pulses (1 pulse several ns) at approximately OJ/cm2 satisfy the above-mentioned conditions.

(c)は、多結晶シリコン層102を所定の形状にパタ
ーン形成後、ゲート絶縁膜103を形成する工程である
。ゲート絶縁膜の形成方法としては、熱酸化法で800
℃〜1200℃程度の高温で形成する方法(高温プロセ
ス)と、CVD法、プラズマCVD法、ECR−CVD
法、光CVD法、スパッタ法等で650℃程度以下の低
温で形成する方法(低温プロセス)がある、当然のこと
ながら、基板としてガラスを用いた場合は、低温プロセ
スを採用しなければならない。
(c) is a step of forming a gate insulating film 103 after patterning the polycrystalline silicon layer 102 into a predetermined shape. The gate insulating film is formed using thermal oxidation method.
A method of forming at a high temperature of about ℃ to 1200℃ (high temperature process), CVD method, plasma CVD method, ECR-CVD
There are methods (low-temperature process) in which the substrate is formed at a low temperature of about 650° C. or lower using a method such as a method, a photo-CVD method, or a sputtering method.Of course, when glass is used as the substrate, a low-temperature process must be adopted.

(d)は、半導体素子を形成する工程である0図におい
て、 103はゲート′/IP、縁膜、 104はゲー
ト絶縁膜、105はソース・ドレイン領域、106は層
間絶縁膜、107はコンタクト穴、108は配線を示す
、TPT形成形成−例としては、ゲート電極を形成後、
ソース・ドレイン領域をイオン注入法、熱拡散法、プラ
ズマドーピング法、イオンシャワードーピング法等で形
成し、層間絶縁膜をCVD法、スパッタ法、プラズマC
VD法等で形成する。続いて、結晶粒界に存在する欠陥
密度が低減する目的で、水素ガスもしくはアンモニアガ
ス等を少なくとも含む気体のプラズマ雰囲気にさらし、
該層間絶縁膜にコンタクト穴を開け、配線を形成するこ
とでTPTが形成される。基板としてガラスを用いた場
合のソース・ドレイン領域の形成方法は、イオン注入法
やイオンシャワードーピング法等でポロン、リン等の不
純物を打ち込んだ後、600℃程度の低温で数時間〜数
十時間熱処理することで不純物の活性化を行う方法や、
レーザアニール法で不純物を活性化する方法や、ドーピ
ングガスをレーザーで分解し熱拡散させるレーザドーピ
ング法が有効である。又、工程(b)の熱処理を行う前
に、ゲート絶縁膜、ゲート電極を形成し、イオンインプ
ラ法等で不純物を打ち込みを行い、引き続いて、工程(
b)のレーザーアニール、ランプアニール、類アニール
等の高温熱処理を行い、不純物の活性化と多結晶シリコ
ンの結晶化率の向上、t w i n等の欠陥の低減等
の結晶性の向上を同一工程で行う方法もあり、より簡便
なプロセスで高性能なTPTを形成することができる。
(d) is a step of forming a semiconductor element, in which 103 is a gate'/IP, an edge film, 104 is a gate insulating film, 105 is a source/drain region, 106 is an interlayer insulating film, and 107 is a contact hole. , 108 indicates wiring, TPT formation - For example, after forming a gate electrode,
The source/drain regions are formed by ion implantation method, thermal diffusion method, plasma doping method, ion shower doping method, etc., and the interlayer insulating film is formed by CVD method, sputtering method, plasma carbon
It is formed by a VD method or the like. Subsequently, in order to reduce the density of defects existing in the grain boundaries, it is exposed to a plasma atmosphere of a gas containing at least hydrogen gas or ammonia gas, etc.
A TPT is formed by making a contact hole in the interlayer insulating film and forming a wiring. When using glass as the substrate, the source/drain regions are formed by implanting impurities such as poron or phosphorus by ion implantation or ion shower doping, and then at a low temperature of about 600°C for several hours to several tens of hours. Methods of activating impurities through heat treatment,
A method of activating impurities using a laser annealing method and a laser doping method that uses a laser to decompose and thermally diffuse doping gas are effective. Also, before performing the heat treatment in step (b), a gate insulating film and a gate electrode are formed, impurities are implanted by ion implantation method, etc., and then step (b) is performed.
High-temperature heat treatment such as laser annealing, lamp annealing, and similar annealing in b) is performed to activate impurities, improve the crystallization rate of polycrystalline silicon, and improve crystallinity such as reducing defects such as twin. There is also a method of performing it in a process, and high performance TPT can be formed with a simpler process.

従来のレーザーアニールのみで多結晶シリコンを形成す
る方法では、非晶質シリコンにA、 rレーザー、エキ
シマレーザ−等を照射し、該非晶質シリコン層を溶融し
、再結晶化することで、多結晶シリコンを形成していた
。そのため、従来の方法をこのプロセスに用いた場合は
、多結晶シリコン102を溶融させる際、同時にソース
・ドレイン領域105も同時に溶融されるために、不純
物が液相中を拡散し、チャンネル領域まで容易に拡散し
てしまうため、正常な特性のTPTを再現性良く製造す
ることが困難であった。
In the conventional method of forming polycrystalline silicon using only laser annealing, amorphous silicon is irradiated with A, R laser, excimer laser, etc. to melt and recrystallize the amorphous silicon layer. It formed crystalline silicon. Therefore, when the conventional method is used for this process, when the polycrystalline silicon 102 is melted, the source/drain regions 105 are also melted at the same time, so impurities diffuse into the liquid phase and easily reach the channel region. Therefore, it has been difficult to manufacture TPT with normal characteristics with good reproducibility.

一方、本発明では、レーザーアニール等の高温処理は、
溶融再結晶化するのが目的ではなく、高温処理で結晶性
の向上を図るのが目的であるため、多結晶シリコンを溶
融させる必要は必ずしも無く、固相反応で結晶性の向上
を図ることもできる。従って、従来の方法で問題となっ
た不純物の液相中の異常拡散も無く、高性能なTPTを
再現良く形成することができる。
On the other hand, in the present invention, high-temperature treatment such as laser annealing
The purpose is not to melt and recrystallize, but to improve crystallinity through high-temperature treatment, so it is not necessarily necessary to melt polycrystalline silicon, and it is also possible to improve crystallinity through solid-phase reaction. can. Therefore, there is no abnormal diffusion of impurities in the liquid phase, which is a problem in conventional methods, and high-performance TPT can be formed with good reproducibility.

第2図は、本発明の実施例における半導体装置の製造工
程図の別の一例である。尚、第2図では半導体素子とし
て薄腹トランジスタ(TPT)を形成する場合を例とし
ている。
FIG. 2 is another example of a manufacturing process diagram of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. In addition, FIG. 2 takes as an example a case where a thin belly transistor (TPT) is formed as a semiconductor element.

第2図において、 (a)は、ガラス、石英等の絶縁性
非晶質基板、もしくは5i02等の絶縁性非晶質材料層
等の絶縁性非晶質材料201上にソースドレイン領域を
成す不純物をドープした多結晶シリコン層202を形成
し、所定の形状にパターン形成する工程である。多結晶
シリコンの形成条件の一例としては、 (1)LPCV
D法で560℃〜630℃程度でボロン、リン等の不純
物を含んだ多結晶シリコン層を膜厚100A〜250O
A程度形成する方法、 (2)LPCVD法で500℃
〜560℃程度でボロン、リン等の不純物を含んだ非晶
質シリコン(微結晶シリコンの場合もある)を膜厚10
0人〜2500人程程度腹した後、550℃〜650℃
程度で2〜20時間程度熱処理し、固相成長させ多結晶
化する方法、 (3)PCVD法で100℃〜350℃
程度(特に、150℃〜250℃程度が固相成長後の結
晶粒径が大きく、その結果、抵抗率が小さくなる等の理
由で望ましい)でボロン、リン等の不純物を含んだ非晶
質シリコン(微結晶シリコンの場合もある)を膜JI1
00A 〜2500A程度成膜した後、550℃〜65
0℃程度で2〜20時間程度熱処理し、固相成長させ多
結晶化する方法等がある。ただし、多結晶シリコンの形
成方法はこれに限定されるものではない。
In FIG. 2, (a) shows an impurity forming a source/drain region on an insulating amorphous material 201 such as an insulating amorphous substrate such as glass or quartz, or an insulating amorphous material layer such as 5i02. In this step, a polycrystalline silicon layer 202 doped with is formed and patterned into a predetermined shape. An example of the conditions for forming polycrystalline silicon is (1) LPCV
A polycrystalline silicon layer containing impurities such as boron and phosphorus is formed to a thickness of 100A to 250A using the D method at about 560℃ to 630℃.
Method of forming about A degree, (2) LPCVD method at 500℃
Amorphous silicon (sometimes microcrystalline silicon) containing impurities such as boron and phosphorus is deposited at a temperature of ~560°C to a thickness of 10°C.
After 0 to 2,500 people have eaten, the temperature is 550℃ to 650℃.
(3) PCVD method at 100°C to 350°C.
Amorphous silicon containing impurities such as boron and phosphorus at a temperature of about 150°C to 250°C (particularly desirable because the crystal grain size after solid phase growth is large, resulting in low resistivity) (may be microcrystalline silicon) film JI1
After forming a film of about 00A to 2500A, 550℃ to 65℃
There is a method in which heat treatment is performed at about 0° C. for about 2 to 20 hours to cause solid phase growth and polycrystalization. However, the method for forming polycrystalline silicon is not limited to this.

(b)は、チャンネル領域を成す多結晶シリコン層20
3を形成する工程である。多結晶シリコン層の形成条件
の一例としては、 (1)LPCVD法で560℃〜6
30℃程度で多結晶シリコン層(結晶化率は必ずしも1
00%ではない)を膜厚1゜OA〜200OA程度形成
する方法、 (2)LPCVD法で500℃〜560’
C程度で非晶質シリコン(微結晶シリコンの場合もある
)を膜厚100A〜2000A程度成膜した後、550
℃〜650℃程度で2〜20時間程度熱処理し、固相成
長させ多結晶化する方法、 (3)PCVD法で100
℃〜350℃程度(特に、150℃〜250℃程度が固
相成長後の結晶粒径が大きく、その結果、移動度が大き
くなる等の理由で望ましい)で非晶質シリコン(微結晶
シリコンの場合もある)を膜厚100人〜200OA程
度成膜した後、550℃〜650℃程度で2〜20時間
程度熱処理し、固相成長させ多結晶化する方法等がある
。ただし、多結晶シリコンの形成方法はこれに限定され
るものではない、また、工程(a)で非晶質シリコンを
成膜後、固相成長をさせずに、引続きチャンネル領域を
成すシリコン層を成膜し、両方を同時に固相成長させ、
多結晶化することもできる。
(b) shows a polycrystalline silicon layer 20 forming a channel region.
This is the process of forming 3. An example of the conditions for forming the polycrystalline silicon layer is (1) 560°C to 6°C by LPCVD method.
Polycrystalline silicon layer (crystallinity rate is not necessarily 1) at about 30℃
(2) LPCVD method of 500°C to 560'
After forming amorphous silicon (sometimes microcrystalline silicon) at a thickness of about 100A to 2000A at about C,
100% by PCVD method by heat treatment at ℃ to 650℃ for about 2 to 20 hours and solid phase growth to polycrystallize.
℃ ~ 350 ℃ (particularly, 150 ℃ ~ 250 ℃ is desirable because the crystal grain size after solid phase growth becomes large, resulting in high mobility) and amorphous silicon (microcrystalline silicon) After forming a film with a thickness of about 100 to 200 OA (in some cases), heat treatment is performed at about 550° C. to 650° C. for about 2 to 20 hours to cause solid phase growth and polycrystallization. However, the method for forming polycrystalline silicon is not limited to this. Also, after forming the amorphous silicon in step (a), the silicon layer forming the channel region is formed without solid phase growth. Form a film and grow both in solid phase at the same time.
It can also be polycrystalline.

(c)は、工程(b)より高い所定の熱処理温度で該多
結晶シリコン層203を熱処理する工程である。
(c) is a step of heat treating the polycrystalline silicon layer 203 at a predetermined heat treatment temperature higher than that of step (b).

熱処理温度としては、700℃〜1200℃程度の間に
最適値が存在する。但し、基板としてガラスを用いた場
合は、上述のような高温にさらすことはできないため、
エキシマレーザ等の短波長光を照射することで半導体の
表面層近傍のみを上述の温度まで昇温させ、半導体層と
基板界面近傍は600℃程度以下になるように、照射強
度及び照射時間を最適化することが重要である。−例と
しては、XeC1!キシマレーザ(波長 308nm)
を用い、照射強度0. 1〜1.  OJ/am2程度
で1〜10パルス(1パルス数+ns)照射する等の条
件が上述の条件を満たす、従来のレーザーアニールのみ
で多結晶シリコンを形成する方法では、非晶質シリコン
にArレーザー、エキシマレーザ−等を照射し、該非晶
質シリコン層を溶融し、再結晶化することで、多結晶シ
リコンを形成していた。そのため、多結晶シリコン20
3を溶融させる際、同時にソース・ドレイン領域を成す
不純物をドープした多結晶シリコン層201も同時に溶
融されるために、不純物が液相中を拡散し、チャンネル
領域まで容易に拡散してしまうため、正常な特性のTP
Tを再現性良く製造することが困難であった。一方、本
発明では、レーザーアニール等の高温処理では、溶融再
結晶化するのが目的ではなく、高温処理で結晶性の向上
を図るのが目的であるため、多結晶シリコンを溶融させ
る必要は必ずしも無く、固相反応で結晶性の向上を図る
こともできる。従って、従来の方法で問題となった不純
物の液相中の異常拡散も無く、高性能なTFTを再現良
く形成することができる。
The optimum heat treatment temperature exists between about 700°C and 1200°C. However, if glass is used as the substrate, it cannot be exposed to the high temperatures mentioned above.
By irradiating short wavelength light such as an excimer laser, only the temperature near the surface layer of the semiconductor is raised to the above temperature, and the irradiation intensity and time are optimized so that the temperature near the semiconductor layer and substrate interface is approximately 600 degrees Celsius or less. It is important to - For example, XeC1! Ximer laser (wavelength 308nm)
using an irradiation intensity of 0. 1-1. In the conventional method of forming polycrystalline silicon only by laser annealing, which satisfies the above-mentioned conditions such as irradiation with 1 to 10 pulses (1 pulse number + ns) at about OJ/am2, Ar laser, Polycrystalline silicon was formed by irradiating the amorphous silicon layer with an excimer laser or the like to melt and recrystallize it. Therefore, polycrystalline silicon 20
3, the polycrystalline silicon layer 201 doped with impurities forming the source/drain regions is also melted at the same time, so the impurities diffuse into the liquid phase and easily diffuse into the channel region. TP with normal characteristics
It was difficult to manufacture T with good reproducibility. On the other hand, in the present invention, the purpose of high-temperature treatment such as laser annealing is not to melt and recrystallize, but to improve crystallinity by high-temperature treatment, so it is not necessarily necessary to melt polycrystalline silicon. Instead, it is also possible to improve crystallinity by solid phase reaction. Therefore, there is no abnormal diffusion of impurities in the liquid phase, which is a problem in conventional methods, and high-performance TFTs can be formed with good reproducibility.

(d)は、ゲート絶縁膜204を形成する工程である。(d) is a step of forming a gate insulating film 204.

ゲート絶縁膜の形成方法としては、熱酸化法で900℃
〜1200℃程度の高温で形成する方法(高温プロセス
)と、CVD法、プラズマCVD法、ECR−CVD法
、光CVD法、スハッタ法等テロ50℃程度以下の低温
で形成する方法(低温プロセス)がある。当然のことな
がら、基板としてガラスを用いた場合は、低温プロセス
を採用しなければならない。
The method for forming the gate insulating film is thermal oxidation at 900°C.
A method of forming at a high temperature of ~1200℃ (high temperature process), and a method of forming at a low temperature of about 50℃ or less (low temperature process) such as CVD method, plasma CVD method, ECR-CVD method, photo CVD method, Schatta method etc. There is. Naturally, when glass is used as the substrate, a low temperature process must be employed.

(e)は、半導体素子を形成する工程である。202は
ソース・ドレイン領域、203はチャンネル領域を成す
多結晶シリコン層、204はゲート絶縁膜、205はゲ
ート電極、206は層間絶縁膜、207はコンタクト穴
、208は配線を示す。TPT形成形成−例としては、
ゲート電極をLPCVD法等で多結晶シリコンを素子材
として形成後、層間絶縁膜をCVD法、スパッタ法、プ
ラズマCVD法等で形成し、続いて水素化を行う、ざら
に、該層間絶縁膜にコンタクト穴を開け、配線を形成す
ることでTPTが形成される。
(e) is a step of forming a semiconductor element. 202 is a source/drain region, 203 is a polycrystalline silicon layer forming a channel region, 204 is a gate insulating film, 205 is a gate electrode, 206 is an interlayer insulating film, 207 is a contact hole, and 208 is a wiring. TPT formation formation - for example,
After forming a gate electrode using polycrystalline silicon as an element material by LPCVD method, etc., an interlayer insulating film is formed by CVD method, sputtering method, plasma CVD method, etc., and then hydrogenation is performed. A TPT is formed by opening a contact hole and forming wiring.

第3図は、本発明の実施例における半導体装置の製造工
程図の別の一例である。尚、第3図では3次元トランジ
スタ(スタックド”CMO3)への簡単な応用例を示す
FIG. 3 is another example of a manufacturing process diagram of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. Incidentally, FIG. 3 shows a simple example of application to a three-dimensional transistor (stacked "CMO3").

第3図において、 (a)は、シリコン基板301にp
−well領域302を形成し、LOCO3酸化法で素
子分離領域303を形成する工程である。
In FIG. 3, (a) shows p
- This is a step of forming a well region 302 and forming an element isolation region 303 using the LOCO3 oxidation method.

(b)は、ゲート絶縁膜304を形成後、ゲート電極3
05をpoly−3i等を素子材とし形成後、所定の形
状にパターン形成し、ソース・ドレイン領域を成すn°
拡散層306を形成する工程である。
(b) shows the gate electrode 3 after forming the gate insulating film 304.
After forming 05 using poly-3i etc. as an element material, it is patterned into a predetermined shape to form a source/drain region.
This is a step of forming a diffusion layer 306.

(c)は、ゲート絶縁膜を成す絶縁層307を形成し、
コンタクトホールを開け、多結晶シリコン層308を形
成する工程である。成膜条件の一例としては、(1)L
PCVD法で560℃〜630℃程度で多結晶シリコン
層(結晶化率は必ずしも100%ではない)を膜厚10
0A〜200OA程度形成する方法、 (2)LPCV
D法で500℃〜560℃程度で非晶質シリコン(微結
晶シリコンの場合もある)を膜厚100A〜200OA
程度成膜した接、550℃〜650℃程度で2〜20時
間程度熱処理し、固相成長させ多結晶化する方法、(3
)PCVD法で】00℃〜350℃程度(特に、150
℃〜250℃程度が固相成長後の結晶粒径が大きく、そ
の結果、移動度が大きくなる等の理由で望ましい)で非
晶質シリコン(微結晶シリコンの場合もある)を110
0A〜2000A程度成獲した後、550℃〜650℃
程度で2〜20時間程度熱処理し、固相成長させ多結晶
化する方法等がある。ただし、多結晶シリコンの形成方
法はこれに限定されるものではない。
(c) forms an insulating layer 307 forming a gate insulating film,
This is a step of opening a contact hole and forming a polycrystalline silicon layer 308. An example of film forming conditions is (1) L
A polycrystalline silicon layer (crystallinity is not necessarily 100%) is formed to a thickness of 10% using the PCVD method at approximately 560°C to 630°C.
Method of forming about 0A to 200OA, (2) LPCV
Amorphous silicon (sometimes microcrystalline silicon) is coated with a film thickness of 100A to 200OA using the D method at about 500℃ to 560℃.
A method of heat-treating a film that has been formed to a certain extent at about 550°C to 650°C for about 2 to 20 hours to cause solid phase growth and polycrystalline formation, (3
) By PCVD method] About 00℃~350℃ (especially 150℃
℃ ~ 250℃ is desirable because the crystal grain size after solid phase growth is large, resulting in high mobility), and amorphous silicon (in some cases microcrystalline silicon) is grown at 110℃.
After catching about 0A~2000A, 550℃~650℃
There is a method in which heat treatment is performed for about 2 to 20 hours to cause solid phase growth and polycrystalization. However, the method for forming polycrystalline silicon is not limited to this.

(d)は多結晶シリコン層308を工程(c)より高い
所定の温度で熱処理する工程である。熱処理温度として
は、700℃〜1200℃程度の間に最適値が存在する
。但し、下層部の半導体素子の不純物の再分布等を防ぐ
ためには、RTAやエキシマレーザ等の短波長光を照射
することで半導体の表面層近傍のみを上述の温度まで昇
温させるように、照射強度及び照射時間を最適化する方
法が有効である。−例としては、XeC1エキシマレー
ザ(波長 308 nm)を用い、照射強度0.1〜1
.OJ/cm2程度で1〜10パルス(1パルス数士n
s)照射する等の条件が上述の条件を満たす。
(d) is a step in which the polycrystalline silicon layer 308 is heat-treated at a predetermined temperature higher than that in step (c). The optimum heat treatment temperature exists between about 700°C and 1200°C. However, in order to prevent the redistribution of impurities in the semiconductor element in the lower layer, the irradiation should be carried out so that only the vicinity of the surface layer of the semiconductor is heated to the above temperature by irradiation with short wavelength light such as RTA or excimer laser. A method of optimizing intensity and irradiation time is effective. - As an example, use a XeC1 excimer laser (wavelength: 308 nm) with an irradiation intensity of 0.1 to 1.
.. 1 to 10 pulses at about OJ/cm2 (1 pulse number n
s) Conditions such as irradiation satisfy the above conditions.

(e)は、poly−3i層にソース・ドレイン領域を
成すp゛拡散層310を形成する工程である。
(e) is a step of forming p' diffusion layers 310 forming source/drain regions in the poly-3i layer.

p゛拡散層310の形成方法としては、イオンインプラ
法等で不純物を打ちこんだ後、700℃〜900°C程
度のアニールを30分〜数時間行う方法の他、工程(d
)の熱処理を行う前に、イオンインプラ法等で不純物を
打ち込み、引き続いて、レーザーアニール、ランプアニ
ール、炉アニール等で高温の熱処理を行い、不純物の活
性化と多結晶シリコンの結晶化率の向上、twin等の
欠陥の低減等の結晶性の向上を同一工程で行う方法もあ
り、より簡便なプロセスで高性能な3次元ICを形成す
ることができる。従来のレーザーアニールのみで多結晶
シリコンを形成する方法では、非晶質シリコンにArレ
ーザー エキシマレーザ−等を照射し、該非晶質シリコ
ン層を溶融し、再結晶イヒすることで、多結晶シリコン
を形成してしまた。そのため、多結晶シリコン308を
溶融させる際、同時をこソース・ドレイン領域310も
同時に溶融されるために、不純物が液相中を拡散し、チ
ャンネル領域まで容易に拡散してしまうため、正常な特
性のTPTを再現性良く製造することが困難であった。
The p diffusion layer 310 can be formed by implanting impurities by ion implantation or the like and then annealing at about 700°C to 900°C for 30 minutes to several hours.
), impurities are implanted using an ion implantation method, etc., and then high-temperature heat treatment is performed using laser annealing, lamp annealing, furnace annealing, etc. to activate the impurities and improve the crystallization rate of polycrystalline silicon. There is also a method of improving crystallinity, such as reducing defects such as , twin, etc., in the same process, and it is possible to form a high-performance three-dimensional IC with a simpler process. In the conventional method of forming polycrystalline silicon using only laser annealing, polycrystalline silicon is formed by irradiating amorphous silicon with Ar laser, excimer laser, etc., melting the amorphous silicon layer, and recrystallizing it. I formed it again. Therefore, when polycrystalline silicon 308 is melted, the source/drain regions 310 are also melted at the same time, and impurities diffuse into the liquid phase and easily diffuse into the channel region, resulting in normal characteristics. It has been difficult to manufacture TPT with good reproducibility.

−方、本発明では、レーザーアニール等の高温処理は、
溶融再結晶化するのが目的ではなく、高温処理で°結晶
性の向上を図るのが目的であるため、多結晶シリコンを
溶融させる必要は必ずしも無く、固相反応で結晶性の向
上を図ることもできる。従って、従来の方法で問題とな
った不純物の液相中の異常拡散も無く、高性能なTFT
を簡便なプロセスで再現良く形成することができる。尚
、本実施例は、三次元ICへの最も簡単な応用例として
、スタックド型CMO3の例を示したが、本発明をよこ
れに限定されるものでないことは言うまでもな第1図〜
第3図にその実施例の一部を示した本発明は、550℃
〜650℃程度以下の低温で同相成長もしくは成膜した
後で、それよりも高い温度で熱処理する点が重要である
。その理由を以下に述べる。
- On the other hand, in the present invention, high-temperature treatment such as laser annealing
The purpose is not to melt and recrystallize, but to improve the crystallinity through high-temperature treatment, so it is not necessarily necessary to melt the polycrystalline silicon, but rather to improve the crystallinity through solid phase reaction. You can also do it. Therefore, there is no abnormal diffusion of impurities in the liquid phase, which was a problem with conventional methods, and high-performance TFTs can be achieved.
can be formed with good reproducibility using a simple process. Although this embodiment shows an example of a stacked CMO3 as the simplest example of application to a three-dimensional IC, it goes without saying that the present invention is not limited to this.
The present invention, a part of which is shown in FIG.
It is important that after in-phase growth or film formation is performed at a low temperature of ~650° C. or lower, heat treatment is performed at a higher temperature. The reason for this is explained below.

固相成長法で結晶成長させた多結晶シリコンやLPCV
D法等で成膜したas−depoの多結晶シリコンの結
晶化率は必ずしも高くない0例えば、LPCVD法で5
00℃〜560℃程度ノ比較的低温で形成したシリコン
膜(非晶質シリコン、若しくは非晶質相中に微少な結晶
領域が存在する微結晶シリコンになっている。)を熱処
理で固相成長させた場合は、その結晶化率は、50%〜
85%程度と低い、そこで、工程(c)で工程(b)よ
り高い温度で熱処理することで、該多結晶シリコン層の
未結晶化領域を結晶化させる工程を設けることが重要と
なる。その結果、結晶化率を99%以上に高めることが
できる。特に、ゲート絶縁膜を前述の低温プロセスで形
成する場合には、熱酸化のような高温の熱処理が後工程
で加わらないため、本発明に基づく熱処理を行い結晶化
率を高めることか、重要である。
Polycrystalline silicon and LPCV grown using solid phase growth method
The crystallization rate of as-depo polycrystalline silicon formed by the D method etc. is not necessarily high.
A silicon film (amorphous silicon or microcrystalline silicon in which a minute crystalline region exists in an amorphous phase) formed at a relatively low temperature of about 00°C to 560°C is grown in a solid phase by heat treatment. In this case, the crystallization rate is 50%~
Therefore, it is important to provide a step of crystallizing the uncrystallized region of the polycrystalline silicon layer by performing heat treatment in step (c) at a higher temperature than in step (b). As a result, the crystallization rate can be increased to 99% or more. In particular, when the gate insulating film is formed using the low-temperature process mentioned above, high-temperature heat treatment such as thermal oxidation is not added in the subsequent process, so it is important to increase the crystallization rate by performing the heat treatment based on the present invention. be.

熱処理方法としては、アニール炉で窒素若しくはAr等
の不活性ガス雰囲気中で、例えば850℃ならば1〜2
時間程度、 1000℃ならば10〜20分程度熱処理
する方法の他に、ハロゲンランプ・アークランプ・赤外
線ランプ・キセノンランプ・水銀ランプ等を用いたラン
プアニール、エキシマレーザ・Arレーザ・He−Ne
レーザ等を用いたレーザアニール等の方法もある。中で
も、エキシマレーザを用いたレーザアニールは、半導体
層の表面付近のみを加熱できるため、基板として安価な
ガラス基板を用いた場合でも用いることができ、3次元
ICでは下層部の素子に悪影響を与えずに上層部の素子
の結晶性を改善することができる。その結果、ゲート絶
縁膜を前述の低温プロセスで形成し、ソース・ドレイン
領域も600℃程度以下の低温プロセス(例えば、イオ
ン注入法でB、P等の不純物を打ち込んだ後、600℃
程度の熱処理を数時間〜数十時間行い活性化する等の方
法)で形成すれば、ガラス基板上に高性能な半導体素子
を形成することができ、その効果は極めて大きい、尚、
550℃〜650℃程度で固相成長させた後でレーザア
ニールした場合と、固相成長をさせずにas−depO
の膜をレーザアニールした場合とでは、固相成長させた
膜の方が結晶粒径が大きく(固相成長+レーザーアニー
ル:1μm以上、レーザーアニールのみ:  <200
0人)、結晶化率も高い(レーザアニールのみでは基板
近傍の半導体層の結晶化率が悪く、下部絶縁膜中の不純
物(酸素等)が多結晶シリコン中に取り込まれる等の問
題もある。特に第3図に示したボトムゲート型TFTで
は特性の大きな劣化につながる)という大きな効果があ
る。
As a heat treatment method, for example, at 850°C, 1 to 2
In addition to heat treatment for about 10 to 20 minutes at 1000℃, lamp annealing using a halogen lamp, arc lamp, infrared lamp, xenon lamp, mercury lamp, etc., excimer laser, Ar laser, He-Ne
There are also methods such as laser annealing using a laser or the like. Among these, laser annealing using an excimer laser can heat only the vicinity of the surface of the semiconductor layer, so it can be used even when an inexpensive glass substrate is used as a substrate, and in 3D ICs, it may adversely affect the underlying elements. The crystallinity of the element in the upper layer can be improved without causing any damage. As a result, the gate insulating film was formed using the aforementioned low-temperature process, and the source/drain regions were also formed using a low-temperature process below about 600°C (for example, after implanting impurities such as B and P using ion implantation,
A high-performance semiconductor element can be formed on a glass substrate by a method such as activating it by subjecting it to a certain amount of heat treatment for several hours to several tens of hours, and the effect is extremely large.
When laser annealing is performed after solid phase growth at about 550°C to 650°C, and when as-depO is grown without solid phase growth.
Compared to the case where the film is laser annealed, the crystal grain size of the solid phase grown film is larger (solid phase growth + laser annealing: 1 μm or more, laser annealing only: <200
(0 people), and the crystallization rate is high (with only laser annealing, the crystallization rate of the semiconductor layer near the substrate is poor, and there are also problems such as impurities (oxygen, etc.) in the lower insulating film being incorporated into the polycrystalline silicon. Particularly in the case of the bottom gate type TFT shown in FIG. 3, this has a significant effect (leading to significant deterioration of characteristics).

さらに、LP CVD法で形成した腹を固相成長させた
場合の成膜温度と工程(c)の熱処理の有無にも重要な
相関があることを見いだした。即ち、LPCVD法で高
温(例えば、580℃〜610℃程度)で形成したシリ
コン層と、低温(例えば、500℃〜550℃程度)で
形成したシリコン層を比べると、工程(c)の熱処理が
無い場合は、低温で形成したシリコン層の方が結晶粒径
は大きいものの、結晶化率が低く、TPTの電界効果移
動度も小さかった。しかし、工程(c)の熱処理を行っ
た場合は、逆に低温で形成したシリコン層の方が結晶粒
径が大きく、結晶化率も大きく、TPTの電界効果移動
度も大きがった。尚、この値は、LPCVD法で580
℃〜610℃程度の高温で形成した膜では得られない値
であった。
Furthermore, it has been found that there is an important correlation between the film formation temperature when the antinode formed by the LP CVD method is grown in a solid phase and the presence or absence of heat treatment in step (c). That is, when comparing a silicon layer formed at a high temperature (for example, about 580°C to 610°C) by the LPCVD method and a silicon layer formed at a low temperature (for example, about 500°C to 550°C), it is found that the heat treatment in step (c) In the absence of such a silicon layer, although the crystal grain size was larger in the silicon layer formed at a lower temperature, the crystallization rate was lower and the field effect mobility of TPT was also lower. However, when the heat treatment in step (c) was performed, on the contrary, the silicon layer formed at a low temperature had a larger crystal grain size, a higher crystallization rate, and a higher field effect mobility of TPT. In addition, this value is 580 by the LPCVD method.
This was a value that could not be obtained with a film formed at a high temperature of about 610°C to 610°C.

これは現在のところ以下に述べる理由によると考えられ
る。 (1)低温で形成した膜の方は、非晶質シリコン
もしくは非晶質相中に微少な結晶領域が存在する微結晶
シリコンになっている。従って、高温で形成した腹と比
べて、固相成長時の多結晶核発生速度が小さく、大粒径
の多結晶シリコンを固相成長によって形成できる。 (
2)ただし、低温で形成した膜は、固相成長後の非晶質
相の割合が多く、結晶化率を高める為に高温の熱処理が
必要である。と考えられる。従って、本発明はCVD法
で形成した膜に限らず、蒸着法、プラズマCVD法、E
B蒸着法、MBE法、スパッタ法、CVD法等で非晶質
シリコンもしくは微結晶シリコンを成膜した場合や、微
結晶シリコンもしくは多結晶シリコン等をプラズマCV
D法、CVD法、蒸着法、EB蒸着法、MBE法、スパ
ッタ法等で形成後、Si、  Ar、  B、  P、
  He、  Ne、  Kr。
This is currently considered to be due to the reasons described below. (1) Films formed at low temperatures are amorphous silicon or microcrystalline silicon in which minute crystal regions exist in an amorphous phase. Therefore, compared to an antinode formed at a high temperature, the rate of polycrystalline nucleation during solid phase growth is lower, and polycrystalline silicon with a large grain size can be formed by solid phase growth. (
2) However, films formed at low temperatures have a high proportion of amorphous phase after solid-phase growth, and require high-temperature heat treatment to increase the crystallization rate. it is conceivable that. Therefore, the present invention is not limited to films formed by the CVD method, but also includes evaporation methods, plasma CVD methods, E
When amorphous silicon or microcrystalline silicon is formed by B evaporation method, MBE method, sputtering method, CVD method, etc., or when microcrystalline silicon or polycrystalline silicon is formed by plasma CVD.
After forming by D method, CVD method, vapor deposition method, EB vapor deposition method, MBE method, sputtering method, etc., Si, Ar, B, P,
He, Ne, Kr.

H等の元素をイオン打ち込みして、該微結晶シリコンも
しくは多結晶シリコン等を完全もしくは一部を非晶質化
する等の方法で形成した場合にも有効である。中でも特
に、as−depoの膜の非晶質相の割合が高く、多結
晶核発生速度が小さい(即ち、固相成長法で大粒径の多
結晶シリコンを形成し易い)膜はど、本発明はその効果
が大きい。
It is also effective when the microcrystalline silicon or polycrystalline silicon is completely or partially amorphized by ion implantation of an element such as H. Among these, as-depo films have a high ratio of amorphous phase and a low polycrystalline nucleation rate (that is, it is easy to form large-grain polycrystalline silicon by solid phase growth). Inventions have great effects.

本発明に基づく半導体装置の製造方法を用い、低温プロ
セスで形成した多結晶シリコンTPT (Nチャンネル
)の電界効果移動度は、150〜200cm2/V−s
ec程度であり熱酸化法で形成したTFTとほぼ同等の
特性が得られた。
The field effect mobility of polycrystalline silicon TPT (N-channel) formed by a low-temperature process using the semiconductor device manufacturing method based on the present invention is 150 to 200 cm2/V-s.
ec, and almost the same characteristics as TFTs formed by the thermal oxidation method were obtained.

又、本発明は前述の通り低温プロセスに用いた場合、そ
の効果が最も大きいが、高温プロセスに用いた場合も有
効である。即ち、未結晶化領域の多い多結晶シリコンを
熱酸化すると、結晶領域に比べて酸化速度が大きい未結
晶化領域が先に酸化される。その結果、結晶粒界に沿っ
て酸化膜が形成され、移動度が低下するという現象を生
ずることがあった。しかし、本発明のアニール方法を用
いると、熱酸化前の結晶化率を十分高め、前述の結晶粒
界部に沿った酸化を抑えることができるため、その効果
は極めて大きい。
Furthermore, as described above, the present invention is most effective when used in low-temperature processes, but is also effective when used in high-temperature processes. That is, when polycrystalline silicon having many uncrystallized regions is thermally oxidized, the uncrystallized regions, which have a higher oxidation rate than crystalline regions, are oxidized first. As a result, an oxide film is formed along grain boundaries, resulting in a phenomenon in which mobility decreases. However, when the annealing method of the present invention is used, the crystallization rate before thermal oxidation can be sufficiently increased and the oxidation along the grain boundaries described above can be suppressed, so the effect is extremely large.

また、チャンネル領域に不純物をドーピングして、Vt
h lきい値電圧)を制御する手段も極めて有効である
。固相成長法で形成した多結晶シリコンTPTでは、N
チャンネルトランジスタがデプレッション方向にvth
がシフトし、Pチャンネルトランジスタがエンハンスメ
ント方向にシフトする傾向がある。又、上記TPTを水
素化した場合、その傾向がより顕著になる。そこで、チ
ャンネル領域に1015〜10”/cm’程度の不純物
をドープすると、vthのシフトを抑えることができる
6例えば、第1図において、ゲート電極を形成する前に
、イオン注入法等でB(ボロン)等の不純物を1011
〜10”/am2程度のドーズ量で打ち込む等の方法が
ある。特に、ドーズ量が前述の値程度であれば、Pチャ
ンネルトランジスタ、Nチャンネルトランジスタ共オフ
電流が最小になるように、vthを制御することができ
る。
Also, by doping impurities into the channel region, Vt
Means for controlling the h l threshold voltage) are also very effective. In polycrystalline silicon TPT formed by solid phase growth, N
The channel transistor has vth in the depletion direction.
shifts, and the P-channel transistor tends to shift in the enhancement direction. Moreover, when the above-mentioned TPT is hydrogenated, this tendency becomes more pronounced. Therefore, if the channel region is doped with an impurity of about 1015 to 10"/cm', the shift in vth can be suppressed.6 For example, in FIG. 1, before forming the gate electrode, B( 1011 impurities such as boron)
There are methods such as implanting with a dose of about 10"/am2. In particular, if the dose is about the above value, vth is controlled so that the off-state current of both the P-channel transistor and the N-channel transistor is minimized. can do.

従って、CMO3型のTPT素子を形成する場合におい
てもPch、Nchを選択的にチャンネルドープせずに
、全面を同一の工程でチャンネルドープすることもでき
る。
Therefore, even when forming a CMO3 type TPT element, the entire surface can be channel-doped in the same process without selectively channel-doping Pch and Nch.

尚、本発明は、第1図の実施例に示したTPT以外にも
、絶縁ゲート型半導体素子全般に応用できるほか、バイ
ポーラトランジスタ、静電誘導型トランジスタ、太陽電
池・光センサをはじめとする充電変換素子等の半導体素
子を多結晶半導体を素子材として形成する場合にきわめ
て有効な製造方法となる。
In addition to the TPT shown in the embodiment of FIG. 1, the present invention can be applied to insulated gate type semiconductor devices in general, as well as charging devices such as bipolar transistors, static induction transistors, solar cells, and optical sensors. This is an extremely effective manufacturing method when forming a semiconductor element such as a conversion element using a polycrystalline semiconductor as the element material.

[発明の効果] 以上述べたように、本発明によればより簡便な製造プロ
セスで大粒径で結晶化率の高い多結晶シリコン膜を形成
することが出来る。その結果、絶縁性非晶貿材料上に高
性能な半導体素子を形成することが可能となり、大型で
高解像度の液晶表示パネルや高速で高解像度の密着型イ
メージセンサや三次元IC等を容易に形成できるように
なった。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a polycrystalline silicon film with large grain size and high crystallinity can be formed with a simpler manufacturing process. As a result, it has become possible to form high-performance semiconductor elements on insulating amorphous materials, making it easy to manufacture large, high-resolution liquid crystal display panels, high-speed, high-resolution contact image sensors, 3D ICs, etc. can now be formed.

また、本発明は、第1図の実施例に示したTPT以外に
も、絶縁ゲート型半導体素子全般に応用できるほか、バ
イポーラトランジスタ、静電誘導型トランジスタ、太陽
電池・光センサをはじめとする充電変換素子等の半導体
素子を多結晶半導体を素子材として形成する場合にきわ
めて有効な製造方法となる。
In addition to the TPT shown in the embodiment of FIG. 1, the present invention can also be applied to insulated gate semiconductor devices in general, as well as bipolar transistors, static induction transistors, charging devices such as solar cells and optical sensors. This is an extremely effective manufacturing method when forming a semiconductor element such as a conversion element using a polycrystalline semiconductor as the element material.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)〜(d)は本発明の実施例における半導体
装置の製造工程図である。 第2図(a)〜(e)は本発明の実施例における半導体
装置の製造工程図である。 第3図(a)〜(e)は本発明の実施例における半導体
装置の製造工程図である。 101.201   ・・・ 絶縁性非晶質材料102
.203,308  ・・・ 103.204,304.307 104.205,305  ・・・ 105.202 106.206 107.207 108.208 多結晶シリコン層 ・・・ ゲート絶縁膜 ゲート電極 ソース・ドレイン領域 層間絶縁膜 コンタクト穴 配線 シリコン基板 素子分離領域 以  上 出願人セイコーエプソン株式会社 代理人弁理土鈴木喜三部(化1名) 第1図(a) 第1図(b) 菓1図(c) 第1図(d) 藁2図(b) 第2図(c) 第2図(d) 軍2図(8)
FIGS. 1(a) to 1(d) are process diagrams for manufacturing a semiconductor device in an embodiment of the present invention. FIGS. 2(a) to 2(e) are process diagrams for manufacturing a semiconductor device in an embodiment of the present invention. FIGS. 3(a) to 3(e) are process diagrams for manufacturing a semiconductor device in an embodiment of the present invention. 101.201 ... Insulating amorphous material 102
.. 203,308 ... 103.204,304.307 104.205,305 ... 105.202 106.206 107.207 108.208 Polycrystalline silicon layer... Gate insulating film Gate electrode source/drain region interlayer Insulating film contact hole wiring silicon substrate element isolation area and above Applicant Seiko Epson Co., Ltd. Attorney Kizobu Tsuchi Suzuki (1 person) Figure 1 (a) Figure 1 (b) Figure 1 (c) Figure 1 (d) Figure 2 (b) Figure 2 (c) Figure 2 (d) Army Figure 2 (8)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1) (a)絶縁性非晶質材料上にシリコンを主体とする多結
晶半導体層を形成する工程、 (b)工程(a)のプロセス最高温度より高い所定の温
度まで少なくとも該多結晶半導体層を昇温する工程を少
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)前記工程(b)の所定の温度が700℃〜1200
℃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。 3)工程(b)の熱処理をエキシマレーザで行ったこと
を特徴とする請求項1〜請求項2記載の半導体装置の製
造方法。 4) (a)絶縁性非晶質材料上にシリコンを主体とする多結
晶半導体層を形成する工程、 (b)該多結晶半導体層中もしくは該多結晶半導体層に
接して、不純物をドープした半導体領域を形成する工程 (c)工程(a)のプロセス最高1度より高い所定の温
度まで少なくとも該多結晶半導体層及び不純物をドープ
した半導体領域を昇温す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。
[Claims] 1) (a) Step of forming a polycrystalline semiconductor layer mainly composed of silicon on an insulating amorphous material, (b) Up to a predetermined temperature higher than the maximum process temperature of step (a) A method for manufacturing a semiconductor device, comprising at least a step of increasing the temperature of the polycrystalline semiconductor layer. 2) The predetermined temperature in step (b) is 700°C to 1200°C.
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the temperature is .degree. 3) The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the heat treatment in step (b) is performed using an excimer laser. 4) (a) Step of forming a polycrystalline semiconductor layer mainly composed of silicon on an insulating amorphous material; (b) Doping an impurity into or in contact with the polycrystalline semiconductor layer. Step (c) of forming a semiconductor region is characterized by having at least the step of raising the temperature of at least the polycrystalline semiconductor layer and the semiconductor region doped with impurities to a predetermined temperature higher than the maximum temperature of 1 degree in the process of step (a). A method for manufacturing a semiconductor device.
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