JPH04286368A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH04286368A
JPH04286368A JP5125591A JP5125591A JPH04286368A JP H04286368 A JPH04286368 A JP H04286368A JP 5125591 A JP5125591 A JP 5125591A JP 5125591 A JP5125591 A JP 5125591A JP H04286368 A JPH04286368 A JP H04286368A
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JP
Japan
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temperature
film
fluorine
annealing
semiconductor device
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JP5125591A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Oka
岡秀明
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a transistor which is lessened in ON-state current and excellent in characteristics by a method wherein one of two kinds of impurity ions is implanted into nearly all the surface of a substrate, and the other kind of impurity ions is implanted into a required region, and the fluorine content contained in an amorphous semiconductor is set to a prescribed value or below after the transistor is formed. CONSTITUTION:After a gate electrode 105 is formed, ions of P-type impurity such as boron are implanted into all the surface of a source/drain region 106 using the gate electrode 105 as mask. Then, a P-channel TFT part is covered with a resist 111, N-type impurities such as phosphorus are injected to form a source/drain region 107 of an N-channel TFT. In succession, an interlaminar insulating film 108 is formed, and an annealing process is carried out to enable source/drain regions to recover their crystallinity and to activate impurities contained in them. Moreover, activation annealing conditions are optimized corresponding to the quantity of fluorine mixed into a-Si. The quantity of fluorine is set to 1X10<18>/cm<3> or below.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor element on an insulating amorphous material.

【0002】0002

【従来の技術】ガラス、石英等の絶縁性非晶質基板や、
SiO2 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活発化している。
[Prior art] Insulating amorphous substrates such as glass and quartz,
Attempts are being made to form high-performance semiconductor elements on insulating amorphous layers such as SiO2.

【0003】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TFTを負
荷部に用いたSRAM等のニーズが高まるにつれて、絶
縁性非晶質材料上に高性能な半導体素子を形成する技術
の確立が急務となっている。絶縁性非晶質材料上に薄膜
トランジスタ(TFT)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TFT、(2)CVD法等で形成した多結
晶シリコンを素子材としたTFT、(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TFT等
が検討されている。
In recent years, as the needs for large, high-resolution liquid crystal display panels, high-speed, high-resolution contact-type image sensors, and SRAMs using TFTs as load sections have increased, high-performance devices have been developed on insulating amorphous materials. There is an urgent need to establish technology for forming semiconductor devices. For example, when forming a thin film transistor (TFT) on an insulating amorphous material,
(1) TFT whose element material is amorphous silicon formed by plasma CVD method etc., (2) TFT whose element material is polycrystalline silicon formed by CVD method etc., (3) TFT which uses polycrystalline silicon formed by CVD method etc. TFTs and the like using formed single crystal silicon as an element material are being considered.

【0004】ところが、これらのTFTのうち非晶質シ
リコンを素子材としたTFTは、多結晶シリコンや単結
晶シリコンを素子材とした場合に比べてTFTの電界効
果移動度が大幅に低く(非晶質シリコンTFT  < 
 1cm2/V・sec)、高性能なTFTの実現は困
難である。
However, among these TFTs, TFTs using amorphous silicon as an element material have significantly lower field effect mobility (non-conducting TFTs) than those using polycrystalline silicon or single crystal silicon as an element material. Crystalline silicon TFT <
1cm2/V·sec), it is difficult to realize a high-performance TFT.

【0005】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 a laser beam or the like is still not a fully developed technology, and it is difficult to use the technology when it is necessary to form elements over a large area, such as in liquid crystal display panels. The difficulty is especially great.

【0006】そこで、絶縁性非晶質材料上に形成する高
性能な半導体素子として、CVD法等で形成した多結晶
シリコンや固相成長法(Thin SolidFilm
s 100 (1983) p.227 , JJAP
 Vol.25 No.2 (1986) p.L12
1)で形成した大粒径多結晶シリコン等を素子材とした
poly−SiTFTが注目され、実用化に向けての研
究が活発化している。
Therefore, as a high-performance semiconductor element formed on an insulating amorphous material, polycrystalline silicon formed by CVD method or the like, or solid phase growth method (Thin Solid Film) is used.
s 100 (1983) p. 227, JJAP
Vol. 25 No. 2 (1986) p. L12
Poly-Si TFTs using the large-grain polycrystalline silicon formed in step 1) as an element material are attracting attention, and research toward practical use is intensifying.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術で
は、チャンネル領域を成すpoly−Si層をCVD法
やプラズマCVD法等で成膜するため、シリコンウェー
ハーを用いたLSIと異なり、シリコン中に不純物等が
混入し易く、TFTのオフ電流増大等の特性劣化の原因
となっていた。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional technology, the poly-Si layer forming the channel region is formed by a CVD method or plasma CVD method. Impurities and the like are easily mixed in, which causes deterioration of characteristics such as increased off-state current of the TFT.

【0008】そこで、本発明は、少なくともチャンネル
領域の一部が非単結晶半導体で形成された絶縁ゲート型
電界効果トランジスタにおいて、そのオフ電流を低減し
、同時に電界効果移動度も大きい優れた特性を有するト
ランジスタを実現するための構造及びその製造方法を提
供するものである。
Therefore, the present invention aims to reduce the off-state current of an insulated gate field effect transistor in which at least a portion of the channel region is formed of a non-single-crystal semiconductor, and at the same time provide excellent characteristics such as high field effect mobility. The present invention provides a structure for realizing a transistor having the present invention and a method for manufacturing the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
1)絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャンネル領
域の少なくとも一部が非単結晶半導体により形成された
半導体装置において、該非単結晶半導体中の弗素量が1
×1018/cm3以下であることを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] A semiconductor device of the present invention includes:
1) In a semiconductor device in which at least a part of the channel region of an insulated gate field effect transistor is formed of a non-single crystal semiconductor, the amount of fluorine in the non-single crystal semiconductor is 1.
*1018/cm3 or less.

【0010】2)前記非単結晶半導体が多結晶シリコン
であることを特徴とする。
2) The non-single crystal semiconductor is polycrystalline silicon.

【0011】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
3)絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャンネル領
域の少なくとも一部が非単結晶半導体により形成された
CMOS型の半導体装置の製造方法において、(a)絶
縁性非晶質材料上にシリコンを主体とする非単結晶半導
体層を形成する工程、(b)第1の導電型の不純物をイ
オン注入しソースドレイン領域を形成する工程、(c)
第2の導電型の不純物をイオン注入しソースドレイン領
域を形成する工程、(d)イオン注入されたドーパント
を活性化するためのアニール工程を少なくとも有し、前
記第1の不純物のイオン注入若しくは前記第2の不純物
のイオン注入の内の一方が基板のほぼ全面に渡ってイオ
ン注入がなされ、他の一方が所定の領域のみにイオン注
入され、トランジスタ完成後の前記非単結晶半導体中の
弗素量が1×1018/cm3以下であることを特徴と
する。
[0011] Furthermore, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes:
3) A method for manufacturing a CMOS type semiconductor device in which at least a part of the channel region of an insulated gate field effect transistor is formed of a non-single crystal semiconductor, in which (a) silicon is mainly formed on an insulating amorphous material; Step of forming a non-single crystal semiconductor layer, (b) Step of ion-implanting a first conductivity type impurity to form a source/drain region, (c)
(d) an annealing step for activating the ion-implanted dopants; One of the second impurity ion implantations is performed over almost the entire surface of the substrate, and the other is ion implanted only in a predetermined region, and the amount of fluorine in the non-single crystal semiconductor after the transistor is completed. is 1×10 18 /cm 3 or less.

【0012】4)前記活性化のためのアニールが900
℃以下の温度で成されたことを特徴とする。
4) The annealing for activation is 900
It is characterized by being made at a temperature below ℃.

【0013】5)前記非単結晶半導体中の弗素量が5×
1017/cm3以下であることを特徴とする。
5) The amount of fluorine in the non-single crystal semiconductor is 5×
It is characterized by being 1017/cm3 or less.

【0014】6)前記活性化のためのアニールが100
0℃以下の温度で成されたことを特徴とする。
6) The annealing for activation is 100
It is characterized by being made at a temperature of 0°C or lower.

【0015】[0015]

【実施例】図1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、図1では半導体素子と
して薄膜トランジスタ(TFT)を形成する場合を例と
している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is an example of a manufacturing process diagram of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. Note that FIG. 1 takes as an example a case where a thin film transistor (TFT) is formed as a semiconductor element.

【0016】図1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SiO2等の絶縁性非晶
質材料層等の絶縁性非晶質材料101上にシリコン層1
02を形成する工程である。成膜条件の一例としては、
プラズマCVD法で基板温度を室温〜600℃程度に保
持し、モノシラン若しくはモノシランを水素、アルゴン
、ヘリウム等で希釈したガスを反応室内に導入し、高周
波エネルギー等を加えガスを分解して所望の基板上にシ
リコン層を膜厚100Å〜2000Å程度形成する等の
方法がある。尚、プラズマCVD法でa−Siを成膜し
た場合、チェンバー内に残留しているF(弗素)がa−
Si膜中に混入し、固相成長後のpoly−Si膜、及
びイオンインプラ/活性化アニール後のソースドレイン
領域の欠陥を増大させ、TFT特性(特にオフ電流の増
大)に大きな影響を与えることが我々の検討の結果明ら
かとなった。その詳細な結果は後で述べる。尚、本実施
例では、プラズマCVD法で形成したa−Siを固相成
長する場合を例とするが、本発明はこれに限定されるも
のではない。例えば、LPCVD法でpoly−Siを
成膜する方法や、プラズマCVD法以外でa−Siを成
膜し固相成長させる方法や、プラズマCVD法等で形成
したa−Si若しくはpoly−Siをレーザーアニー
ル法で結晶成長させる方法に対しても本発明は有効であ
る。 特に、プラズマCVD法でa−Siを形成し、レーザー
アニール法で結晶成長させる方法は、以下に示す実施例
の膜中不純物の低減方法をそのまま適用できる。
In FIG. 1, (a) shows a silicon layer 1 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 SiO2.
This is the process of forming 02. An example of film forming conditions is:
Using the plasma CVD method, the substrate temperature is maintained at room temperature to about 600°C, monosilane or a gas made by diluting monosilane with hydrogen, argon, helium, etc. is introduced into the reaction chamber, and high frequency energy etc. are applied to decompose the gas and form the desired substrate. There is a method of forming a silicon layer thereon with a thickness of about 100 Å to 2000 Å. Note that when a-Si is formed by plasma CVD, the F (fluorine) remaining in the chamber becomes a-Si.
It can be mixed into the Si film and increase defects in the poly-Si film after solid-phase growth and in the source/drain region after ion implantation/activation annealing, and have a large impact on TFT characteristics (especially increase in off-current). was clarified as a result of our investigation. The detailed results will be described later. In this embodiment, a case is exemplified in which a-Si formed by plasma CVD is grown in a solid phase, but the present invention is not limited to this. For example, a method of forming a poly-Si film using the LPCVD method, a method of forming a-Si film using a method other than the plasma CVD method and growing it in a solid phase, or a method of forming a-Si or poly-Si formed using a plasma CVD method etc. using a laser beam. The present invention is also effective for methods of crystal growth using an annealing method. In particular, in the method of forming a-Si by plasma CVD method and growing crystals by laser annealing method, the method for reducing impurities in the film described in the following embodiment can be applied as is.

【0017】(b)は、該シリコン層102を熱処理等
により結晶成長させ多結晶シリコン層103を形成し、
必要に応じて該多結晶シリコン層を所定の形状にパター
ン形成する工程である。尚、工程(b)の熱処理工程と
工程(c)のゲート酸化工程を連続して行なう場合等必
要な場合は、結晶成長させる前に該シリコン層102を
所定の形状にパターン形成する。熱処理条件は、工程(
a)のシリコン層の成膜方法によってその最適条件が異
なる。 例えば、成膜時の基板温度によって以下に述べるような
違いがある。
In (b), a polycrystalline silicon layer 103 is formed by growing crystals of the silicon layer 102 by heat treatment or the like,
This is a step of patterning the polycrystalline silicon layer into a predetermined shape, if necessary. If necessary, such as when the heat treatment step of step (b) and the gate oxidation step of step (c) are performed consecutively, the silicon layer 102 is patterned into a predetermined shape before crystal growth. The heat treatment conditions are determined by the process (
The optimum conditions differ depending on the method of forming the silicon layer in a). For example, there are differences as described below depending on the substrate temperature during film formation.

【0018】(1)基板温度が室温〜150℃程度の比
較的低温で成膜した膜は、膜中に多量の水素を含む非晶
質シリコンになるが、200〜300℃程度で成膜した
膜と比べてより低温の熱処理で膜中の水素を抜くことが
できる。熱処理条件の一例を以下に述べる。プラズマC
VD反応室内で成膜後の非晶質シリコン膜に第一のアニ
ールを行う。成膜温度が低い非晶質シリコン膜はポーラ
スな膜であるため、成膜後そのまま大気中に取り出すと
膜中に酸素等が取り込まれ易く、膜質劣化の原因となる
が、大気中に取り出す前に適切な熱処理を行うと膜の緻
密化が成され、酸素等の取り込みが防止される。熱処理
温度は300℃以上が望ましく、400〜500℃程度
まで温度を上げると特に効果が大きい。尚、熱処理温度
が300℃未満であっても熱処理による膜の緻密化の効
果はある。但し、真空を破らずに連続してアニールを行
う場合は第一のアニールを省くこともできる。
(1) A film formed at a relatively low substrate temperature of about room temperature to 150°C becomes amorphous silicon containing a large amount of hydrogen, but a film formed at a substrate temperature of about 200 to 300°C becomes amorphous silicon. Hydrogen in the film can be removed by heat treatment at a lower temperature than with the film. An example of heat treatment conditions will be described below. Plasma C
First annealing is performed on the formed amorphous silicon film in a VD reaction chamber. Amorphous silicon films, which are formed at low deposition temperatures, are porous films, so if they are taken out into the atmosphere after being deposited, oxygen, etc. are likely to be incorporated into the film, causing deterioration of the film quality. When an appropriate heat treatment is performed on the film, the film is densified and the incorporation of oxygen and the like is prevented. The heat treatment temperature is desirably 300°C or higher, and the effect is particularly great when the temperature is raised to about 400 to 500°C. Note that even if the heat treatment temperature is less than 300° C., the effect of densification of the film by heat treatment is still present. However, if annealing is performed continuously without breaking the vacuum, the first annealing can be omitted.

【0019】続いて 、第二のアニールを行う。低い成
膜温度で形成された非晶質シリコン膜は550℃〜65
0℃程度の比較的低温の熱処理を数時間〜20時間程度
行なうと、水素の脱離と結晶成長が起こり、結晶粒径1
〜2μm以上の大粒径の多結晶シリコンが形成される。 尚、第一のアニール及び第二のアニールとも所定のアニ
ール温度まで昇温する際に短時間で急激に温度を上昇さ
せるのは好ましくない。その理由は、温度が上昇するに
つれて(特に、300℃を越えると)膜中の水素の脱離
が起こり、昇温速度が急激であると膜中に欠陥を形成し
易くなる。場合によってはピンホールができたり、膜が
剥離することもある。少なくとも300℃以上の温度で
は20℃/分〜50℃/分よりも遅い昇温速度(10℃
/分よりも遅い昇温速度が特に望ましい)で温度を徐々
に上昇すると膜中の欠陥は少なくなる。
[0019] Next, a second annealing is performed. The amorphous silicon film formed at a low deposition temperature is 550°C to 65°C.
When heat treatment is performed at a relatively low temperature of about 0°C for several hours to about 20 hours, hydrogen desorption and crystal growth occur, resulting in a crystal grain size of 1
Polycrystalline silicon having a large grain size of ~2 μm or more is formed. Note that in both the first annealing and the second annealing, when raising the temperature to a predetermined annealing temperature, it is not preferable to raise the temperature rapidly in a short period of time. The reason for this is that as the temperature rises (particularly when it exceeds 300° C.), hydrogen in the film is desorbed, and if the temperature rise rate is rapid, defects are likely to be formed in the film. In some cases, pinholes may form or the film may peel off. At temperatures above 300°C, the heating rate is slower than 20°C/min to 50°C/min (10°C
Gradually increasing the temperature at a heating rate slower than 1/min is particularly desirable) will reduce defects in the film.

【0020】(2)基板温度が150℃〜300℃程度
で成膜した膜は、上述の低温で形成した非晶質シリコン
膜に比べて、膜中の水素量は減少するが水素が脱離する
温度はより高温側にシフトする。ただし、成膜後の膜は
低温で形成した膜に比べて緻密であるため上述の第一の
アニールを省くこともできる。第二のアニール条件は、
550℃〜650℃程度の熱処理を数時間〜20時間程
度行うと、水素の脱離と結晶成長が起こり、結晶粒径1
〜2μm程度の大粒径の多結晶シリコンが形成される。 尚、550℃〜650℃までの昇温方法は、(1)の場
合と同様に少なくとも300℃以上の温度では20℃/
分〜50℃/分(望ましくは、10℃/分)よりも遅い
昇温速度で温度を徐々に上昇すると膜中の欠陥が少なく
なり望ましい。
(2) A film formed at a substrate temperature of about 150°C to 300°C has a reduced amount of hydrogen in the film compared to the amorphous silicon film formed at the above-mentioned low temperature, but hydrogen is desorbed. The temperature will shift to higher temperatures. However, since the film after formation is denser than a film formed at a low temperature, the first annealing described above can be omitted. The second annealing condition is
When heat treatment is performed at 550°C to 650°C for several hours to 20 hours, hydrogen desorption and crystal growth occur, resulting in a crystal grain size of 1
Polycrystalline silicon having a large grain size of about 2 μm is formed. In addition, the method of raising the temperature from 550℃ to 650℃ is 20℃ /
It is desirable to gradually increase the temperature at a rate slower than 50° C./min (preferably 10° C./min) because defects in the film will be reduced.

【0021】(3)基板温度が300℃を越えると膜中
の水素量はさらに減少するが、550℃〜650℃程度
のアニールでは水素の脱離が起こり難くなるため、前記
温度よりもより高い温度での熱処理が重要となる。
(3) When the substrate temperature exceeds 300°C, the amount of hydrogen in the film further decreases, but when annealing at about 550°C to 650°C, desorption of hydrogen becomes difficult, so the temperature is higher than the above. Heat treatment at high temperature is important.

【0022】図1(c)は、該多結晶シリコン層103
を熱酸化法によって酸化し、ゲート絶縁膜104を形成
する工程である。ゲート酸化温度は1000℃〜120
0℃程度である。多結晶シリコン層103は、工程(b
)で固相成長法で結晶成長させたものであるが、その結
晶化率は必ずしも高くない。特に、プラズマCVD法で
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、40%〜85%程度と必ずしも高くない。その
為、該多結晶シリコン層を熱酸化法で酸化する場合に、
1000℃〜1200℃程度の高温まで短時間に急激に
昇温すると、60%〜15%程度残っている未結晶化領
域の結晶性が損なわれることが、我々の検討の結果明ら
かとなった。現在のところ明確な因果関係は明らかでは
ないが、昇温が急激な場合は、(1)未結晶化領域で多
数の結晶核が発生し、微細な結晶粒が多数成長する。
FIG. 1(c) shows the polycrystalline silicon layer 103.
In this step, the gate insulating film 104 is formed by oxidizing the gate insulating film 104 by a thermal oxidation method. Gate oxidation temperature is 1000℃~120℃
The temperature is about 0°C. The polycrystalline silicon layer 103 is formed in step (b).
), but the crystallization rate is not necessarily high. In particular, when a silicon film (amorphous silicon or microcrystalline silicon in which a minute crystalline region exists in an amorphous phase) formed by plasma CVD is grown in solid phase by heat treatment, Its crystallization rate is not necessarily high, about 40% to 85%. Therefore, when oxidizing the polycrystalline silicon layer by thermal oxidation method,
Our studies have revealed that if the temperature is rapidly raised to a high temperature of about 1000° C. to 1200° C. in a short period of time, the crystallinity of the remaining uncrystallized region of about 60% to 15% is impaired. Although a clear causal relationship is not clear at present, when the temperature rises rapidly, (1) many crystal nuclei are generated in the uncrystallized region, and many fine crystal grains grow.

【0023】(2)昇温〜熱酸化過程中に進行する未結
晶領域の結晶化があまり進まない。
(2) Crystallization of the non-crystalline region that progresses during the temperature raising to thermal oxidation process does not progress very much.

【0024】(3)昇温途中で膜中に残留している水素
が急激に脱離し、欠陥が発生する。
(3) During the temperature rise, hydrogen remaining in the film is rapidly desorbed, causing defects.

【0025】等の原因が考えられる。そこで、我々は、
この様な問題を解決する手段として、1000℃〜12
00℃程度の熱酸化温度まで昇温する際の昇温速度及び
昇温方法を制御することで、多結晶シリコン層の結晶性
を大幅に向上させる方法を見いだした。
Possible causes are as follows. Therefore, we
As a means to solve such problems,
We have found a method to significantly improve the crystallinity of a polycrystalline silicon layer by controlling the heating rate and heating method when raising the temperature to a thermal oxidation temperature of approximately 00°C.

【0026】本発明における固相成長後の熱処理条件、
特に、固相成長温度よりも高い所定の温度(例えば、ゲ
ート酸化温度)までの昇温方法について述べる。(1)
所定の温度(T1)で、例えばアルゴン、窒素等不活性
ガス雰囲気中でアニールしてシリコン層102を固相成
長させて多結晶シリコン層103を形成し、続いて、所
定のゲート酸化温度(T2)まで所定の昇温速度で昇温
してゲート酸化を行う場合、T1からT2への昇温速度
は、20℃/分〜50℃/分程度(望ましくは10℃/
分)より遅い方が、ゲート酸化後の結晶化率が高く望ま
しく、昇温速度が50℃/分を越えると、明かなトラン
ジスタ特性の劣化がみられた。また、昇温の途中でアル
ゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気から酸素、水蒸気、塩
化水素等のうちの少なくとも1種以上を含む雰囲気に切
り換え酸化を進行させながら昇温させる方法もある。(
この方法は、以下に述べる昇温方法にも適用できる。)
尚、昇温速度は常に一定である必要はなく、上述の値の
範囲で変動しても無論構わない。また、温度T1で熱処
理し、一旦試料を取り出した後、所定の温度(T3)に
加熱された酸化炉等に再び試料を挿入し、所定の昇温方
法でT2まで昇温する方法(以下、低温挿入法と記す)
もある。尚、T3としては、550℃〜1000℃程度
の間が望ましい。特に、プロセス時間の短縮と結晶性の
向上を両立させる点で、700℃〜950℃程度の間が
特に望ましい。この低温挿入法は、第4図(a)に示し
た実施例に限らず、他の昇温方法においても有効である
。 又、基板を炉の中に挿入する際の搬送速度を遅くして、
基板の昇温速度を実質的に20℃/分〜50℃/分程度
以下にすることで、基板の急激な昇温を避ける方法も有
効である。この場合は、炉の均熱部が1000℃〜12
00℃程度に加熱された炉に基板を直に挿入した場合で
も、トランジスタ特性の劣化はほとんど見られなかった
[0026] Heat treatment conditions after solid phase growth in the present invention,
In particular, a method of raising the temperature to a predetermined temperature (for example, gate oxidation temperature) higher than the solid phase growth temperature will be described. (1)
At a predetermined temperature (T1), the silicon layer 102 is grown in a solid phase by annealing in an inert gas atmosphere such as argon or nitrogen to form a polycrystalline silicon layer 103, and then at a predetermined gate oxidation temperature (T2). ), the rate of temperature rise from T1 to T2 is approximately 20°C/min to 50°C/min (preferably 10°C/min).
It is desirable that the temperature increase rate be slower than 50° C./min because the crystallization rate after gate oxidation is high, and when the temperature increase rate exceeds 50° C./min, a clear deterioration of transistor characteristics was observed. There is also a method in which the atmosphere is switched from an inert gas atmosphere such as argon or nitrogen to an atmosphere containing at least one of oxygen, water vapor, hydrogen chloride, etc. during the temperature increase, and the temperature is increased while oxidation progresses. (
This method can also be applied to the temperature raising method described below. )
Note that the temperature increase rate does not always need to be constant, and may of course vary within the above-mentioned value range. Another method is to perform heat treatment at temperature T1, take out the sample, reinsert the sample into an oxidation furnace, etc. heated to a predetermined temperature (T3), and raise the temperature to T2 using a predetermined heating method (hereinafter referred to as (referred to as low-temperature insertion method)
There is also. Note that T3 is preferably between about 550°C and 1000°C. In particular, a temperature between about 700° C. and 950° C. is particularly desirable in terms of both shortening process time and improving crystallinity. This low-temperature insertion method is effective not only in the embodiment shown in FIG. 4(a) but also in other temperature raising methods. Also, by slowing down the conveyance speed when inserting the substrate into the furnace,
It is also effective to avoid rapid temperature rise of the substrate by substantially reducing the temperature rise rate of the substrate to about 20° C./min to 50° C./min or less. In this case, the temperature of the soaking section of the furnace should be 1000℃ to 12℃.
Even when the substrate was directly inserted into a furnace heated to about 00° C., almost no deterioration in transistor characteristics was observed.

【0027】(2)所定の温度(T1)でアニールして
シリコン層102を固相成長させて多結晶シリコン層1
03を形成し、続いて、所定のゲート酸化温度(T2)
まで高温側で昇温速度を小さくして、昇温する方法も有
効である。特に、温度が900℃〜1000℃程度を越
えた領域では昇温速度を10℃/分〜20℃/分より小
さくした方が望ましい。また、逆に800℃〜900℃
程度以下では昇温速度を20℃/分〜50℃/分より大
きくし、プロセス時間を短縮することもできる。
(2) The polycrystalline silicon layer 1 is grown by annealing at a predetermined temperature (T1) to grow the silicon layer 102 in a solid phase.
03, followed by a predetermined gate oxidation temperature (T2)
It is also effective to increase the temperature by decreasing the rate of temperature increase on the high temperature side. In particular, in a region where the temperature exceeds approximately 900°C to 1000°C, it is desirable that the temperature increase rate be lower than 10°C/min to 20°C/min. Also, on the contrary, 800℃~900℃
If the temperature is lower than that, the temperature increase rate can be set higher than 20° C./min to 50° C./min to shorten the process time.

【0028】この様な昇温方法は、プラズマCVD法で
形成した膜に限らず、蒸着法、CVD法、EB蒸着法、
MBE法、スパッタ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CVD法、CVD法、蒸着
法、EB蒸着法、MBE法、スパッタ法等で形成後、S
i,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−de
poの膜の非晶質相の割合が高く、多結晶核発生密度の
低い(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)膜ほど、本発明はその効果が大きい。
[0028] Such a temperature raising method is not limited to films formed by the plasma CVD method, but also applies to evaporation methods, CVD methods, EB evaporation methods,
When amorphous silicon or microcrystalline silicon is deposited by MBE method, sputtering method, etc., or when microcrystalline silicon or polycrystalline silicon is deposited by plasma CVD method, CVD method, vapor deposition method, EB vapor deposition method, MBE method, sputtering method, etc. After forming with etc., S
Formed by ion implantation of elements such as i, Ar, B, P, He, Ne, Kr, H, etc. to completely or partially amorphize the microcrystalline silicon or polycrystalline silicon, etc. It is also effective in cases where Especially, as-de
The higher the proportion of the amorphous phase in the po film and the lower the polycrystalline nucleation density (that is, the easier it is to form large-grain polycrystalline silicon by solid phase growth), the greater the effect of the present invention. .

【0029】図1(d)は、ゲート電極105を形成後
、ソース・ドレイン領域106をゲート電極105をマ
スクにして、イオン注入法(ドーズ量0.5〜5×10
15cm−2程度、加速電圧20〜100keV程度)
等で形成する工程である。製造プロセスの一例としては
、ゲート電極をLPCVD法等でP型、もしくはN型の
poly−Si等の材料で形成後、イオン注入法(ドー
ズ量0.5〜5×1015cm−2程度、加速電圧20
〜100keV程度)等で、ゲート電極をマスクにして
ソース・ドレイン領域を形成する。尚、本実施例では同
一基板上にPチャンネル(Pch)TFT及びNチャン
ネル(Nch)TFTを形成したCMOS型の半導体素
子を形成する場合を例としており、まず、全面にわたっ
て、B(ボロン)等のP型不純物をイオン注入した後(
Pch領域に加えてNch領域もイオン注入する)、P
ch領域をレジストで覆い、P(リン)等のN型不純物
を注入し、NchTFTを形成する。一旦、第1の導電
型の不純物を全面に渡って注入した後、所定の領域をレ
ジストで覆い、第2の不純物を注入する。従って、フォ
ト工程が1工程で済むため、工程が簡略となり、製造コ
ストを低減できるというメリットがある。
FIG. 1(d) shows that after the gate electrode 105 is formed, the source/drain region 106 is implanted using the ion implantation method (dose 0.5 to 5×10
(about 15 cm-2, acceleration voltage about 20 to 100 keV)
This is the process of forming the film. An example of a manufacturing process is to form a gate electrode using a P-type or N-type material such as poly-Si using an LPCVD method, and then use an ion implantation method (dose of about 0.5 to 5 x 1015 cm-2, accelerating voltage 20
~100 keV), etc., and the source/drain regions are formed using the gate electrode as a mask. In this example, a CMOS type semiconductor element in which a P channel (Pch) TFT and an N channel (Nch) TFT are formed on the same substrate is formed as an example, and first, B (boron) etc. are applied over the entire surface. After ion implantation of P-type impurity (
In addition to the Pch region, the Nch region is also ion-implanted), P
The ch region is covered with a resist, and an N-type impurity such as P (phosphorus) is implanted to form an Nch TFT. Once a first conductivity type impurity is implanted over the entire surface, a predetermined region is covered with a resist, and a second impurity is implanted. Therefore, since only one photo process is required, the process is simplified and manufacturing costs can be reduced.

【0030】図1(e)は、PchTFTの部分をレジ
スト111で覆い、P(リン)等のN型不純物を注入し
、NchTFTのソース・ドレイン領域107を形成す
る工程である。Nchのソース・ドレイン領域にはB等
のP型不純物とP等のN型不純物が混在した状態となっ
ている。従って、P等のN型不純物のドーズ量は、工程
(d)でイオン注入されたB等のP型不純物のドーズ量
の2〜3倍以上必要である。  図1(f)は、層間絶
縁膜108をCVD法、スパッタ法、プラズマCVD法
等で形成し、ソース・ドレイン領域の結晶性の回復及び
不純物を活性化する目的で600℃〜1100℃程度の
アニールを行い、続いて、該層間絶縁膜にコンタクト穴
109を開け、Al等で配線110を形成する工程であ
る。尚、本実施例では、水素ガス雰囲気中でのアニール
を行なっただけで、水素プラズマ処理等の水素化処理は
特に行なっていない。前記活性化アニールの時間はアニ
ール温度によって、その最適値が異なり、例えば、60
0℃では、16時間〜70時間程度のアニール時間を要
し、900℃では1時間〜16時間程度のアニール時間
を要する。又、1000℃では15分〜30分程度のア
ニール時間を要する。尚、前述のa−Si中に混入した
F量に応じて、活性化アニール条件を最適化することが
、TFT特性の向上(特に、オフ電流の低減)に対して
重要であることを見いだした。その詳細については後で
述べる。
FIG. 1E shows a step of covering the PchTFT with a resist 111 and implanting an N-type impurity such as P (phosphorous) to form the source/drain regions 107 of the NchTFT. In the Nch source/drain region, P type impurities such as B and N type impurities such as P are mixed. Therefore, the dose of N-type impurities such as P needs to be at least two to three times the dose of P-type impurities such as B ion-implanted in step (d). In FIG. 1(f), an interlayer insulating film 108 is formed by CVD, sputtering, plasma CVD, etc., and heated to about 600°C to 1100°C for the purpose of restoring the crystallinity of the source/drain regions and activating impurities. This is a step of performing annealing, followed by opening a contact hole 109 in the interlayer insulating film and forming a wiring 110 using Al or the like. In this example, only annealing in a hydrogen gas atmosphere was performed, and no particular hydrogenation treatment such as hydrogen plasma treatment was performed. The optimum value of the activation annealing time varies depending on the annealing temperature, for example, 60
At 0°C, annealing time of about 16 to 70 hours is required, and at 900°C, annealing time of about 1 to 16 hours is required. Further, at 1000°C, an annealing time of about 15 to 30 minutes is required. Furthermore, we found that optimizing the activation annealing conditions according to the amount of F mixed in the a-Si mentioned above is important for improving TFT characteristics (particularly reducing off-state current). . The details will be discussed later.

【0031】本発明に基づく半導体装置の製造方法で作
製した多結晶シリコンTFT(Nチャンネル)の電界効
果移動度は、150〜200cm2/V・secであり
、十分なオン電流を有するpoly−SiTFTを簡便
なプロセスで形成することができた。
The field effect mobility of the polycrystalline silicon TFT (N channel) manufactured by the method of manufacturing a semiconductor device based on the present invention is 150 to 200 cm2/V·sec, and the poly-Si TFT with sufficient on-current can be used. It could be formed using a simple process.

【0032】続いて、a−Siに混入した弗素がTFT
特性(特に、オフ電流特性)に与える影響に関して述べ
る。以下、プラズマCVD法でa−Siを成膜する場合
を例とするが、成膜方法はこれに限定されるものではな
い。プラズマCVD法でa−Siを成膜する際、膜中に
微量のF(弗素)が混入する場合がある。その量は、P
CVD装置反応室内のクリーニング方法、基板ホルダー
等の治具の洗浄・乾燥方法等の条件によって大きく変わ
る。例えば、反応室のクリーニングをCF4+O2ガス
を用いて行ない、残留弗素除去のための対策を施さない
場合は、成膜後のa−Si膜中に多量の弗素が混入し、
TFT完成後のpoly−Si中に2×1018/cm
3程度以上の多量の弗素が含まれる。この様な膜をTF
Tのチャンネル領域及びソース・ドレイン領域に用いた
場合と、poly−Si中の弗素量を5×1017/c
m3程度以下に抑えた場合とで、オフ電流に大きな相違
があることを見いだした。又、オフ電流はソース・ドレ
イン領域のドーパントの活性化アニール条件等にも依存
して大きく変わることを見いだした。以下、実施例に基
づいて、その詳細を説明する。
Next, the fluorine mixed into the a-Si is
The effect on characteristics (especially off-current characteristics) will be described. Hereinafter, a case will be described in which an a-Si film is formed by plasma CVD, but the film forming method is not limited thereto. When forming an a-Si film using the plasma CVD method, a trace amount of F (fluorine) may be mixed into the film. The amount is P
It varies greatly depending on conditions such as the method of cleaning the reaction chamber of the CVD apparatus and the method of cleaning and drying jigs such as substrate holders. For example, if the reaction chamber is cleaned using CF4+O2 gas and no measures are taken to remove residual fluorine, a large amount of fluorine will be mixed into the a-Si film after it has been formed.
2×1018/cm in poly-Si after TFT completion
Contains a large amount of fluorine, about 3 or more. Such a film is TF
When used in the channel region and source/drain region of T, the amount of fluorine in poly-Si is 5×1017/c.
It has been found that there is a large difference in the off-state current when the current is suppressed to about m3 or less. It has also been found that the off-state current varies greatly depending on the activation annealing conditions of the dopants in the source/drain regions. The details will be explained below based on examples.

【0033】[0033]

【表1】[Table 1]

【0034】[0034]

【表2】[Table 2]

【0035】表1及び表2はチャンネル領域及びソース
・ドレイン領域を成すpoly−Si膜中の弗素量とT
FTのオフ電流との関係を示した表である。この内、表
1はNch及びPchのソース・ドレイン領域をそれぞ
れレジストを形成して選択的にイオン注入した場合のN
chTFTのオフ電流特性であり、表2は図1に示した
製造工程で作製したNchTFTのオフ電流特性である
。測定条件は、NチャンネルTFT(ゲート長6μm、
ゲート幅10μm)を用い、ゲート電圧 0V、ドレイ
ン電圧 5Vである。poly−Si膜中のF量は、a
−Si成膜前のPCVD装置反応室の残留弗素除去や基
板ホルダー等の洗浄・乾燥等を最適化することで、表に
示すような5水準のサンプルを作製した。又、ソース・
ドレイン領域のドーパントの活性化アニール条件を6水
準(1000℃ 20分、900℃ 1、5、16時間
、600℃ 16、70時間)振った場合のオフ電流値
の変化も併せて示す。
Tables 1 and 2 show the amount of fluorine and T in the poly-Si film forming the channel region and source/drain regions.
It is a table showing the relationship with the off-state current of FT. Among them, Table 1 shows the results of Nch and Pch source/drain regions when resists are formed and ions are selectively implanted.
Table 2 shows the off-current characteristics of the Nch TFT manufactured by the manufacturing process shown in FIG. 1. The measurement conditions were an N-channel TFT (gate length 6 μm,
The gate voltage was 0V, and the drain voltage was 5V. The amount of F in the poly-Si film is a
By optimizing the removal of residual fluorine in the reaction chamber of the PCVD apparatus before -Si film formation, and the cleaning and drying of the substrate holder, etc., five levels of samples as shown in the table were prepared. Also, sauce
Also shown is the change in the off-state current value when the activation annealing conditions for the dopant in the drain region are changed to six levels (1000° C. for 20 minutes, 900° C. for 1, 5, and 16 hours, and 600° C. for 16 and 70 hours).

【0036】表1と表2を比べると明らかなように、N
chTFTをN型不純物のみを打ち込んで作製した方が
、P型不純物を打ち込んでからN型不純物を打ち込んだ
場合と比べてオフ電流が低くなる傾向がある。しかし、
両者の差は、poly−Si膜中の弗素量が少なくなる
ほど小さくなる傾向がある。オフ電流が1×10−11
A程度以下であれば、LCDパネルの画素スイッチとし
て十分な特性であることを考慮すると、poly−Si
膜中に存在する弗素量を5×1017/cm3以下に抑
えれば、所望のオフ電流を有するCMOS型のpoly
−SiTFTのソース・ドレイン領域を、フォト工程1
工程のみで作製できることがわかる。特に、弗素量を1
×1017/cm3程度以下に抑えると、(1)活性化
アニールの条件にほとんど依存せずに、オフ電流を4×
1017A程度以下に抑えることができる、(2)Nc
h及びPchを別々にイオン注入した場合との特性差も
ほとんど無い等の効果があり、特に望ましい。この場合
、活性化アニール条件としては、例えば900℃1時間
、1000℃20分等の比較的短時間のアニールで低い
オフ電流が得られるメリットがある。又、不純物濃度が
1×1018/cm3程度であっても、900℃16時
間のアニール若しくは600℃70時間のアニール等の
低温アニールを行なうと実用上十分なオフ電流特性が得
られる。
As is clear from comparing Tables 1 and 2, N
When a chTFT is manufactured by implanting only an N-type impurity, the off-state current tends to be lower than when a P-type impurity is implanted and then an N-type impurity is implanted. but,
The difference between the two tends to decrease as the amount of fluorine in the poly-Si film decreases. Off current is 1×10-11
Poly-Si
If the amount of fluorine present in the film is suppressed to 5 x 1017/cm3 or less, CMOS type poly
-The source and drain regions of the SiTFT are
It can be seen that it can be manufactured using only one process. In particular, the amount of fluorine is 1
When suppressed to about ×1017/cm3 or less, (1) the off-current can be reduced to 4 ×
(2) Nc can be suppressed to about 1017A or less
This is particularly desirable since it has the advantage that there is almost no difference in characteristics from the case where h and Pch ions are implanted separately. In this case, as activation annealing conditions, a relatively short annealing time such as 900° C. for 1 hour and 1000° C. for 20 minutes has the advantage that a low off-state current can be obtained. Further, even if the impurity concentration is about 1×10 18 /cm 3 , practically sufficient off-current characteristics can be obtained by performing low-temperature annealing such as 900° C. for 16 hours or 600° C. for 70 hours.

【0037】続いて、プラズマCVD法を例にとり、膜
中の弗素量を低減する方法に関して述べる。前述の通り
、反応室のクリーニングをCF4+O2ガスを用いて行
ない、残留弗素除去のための対策を施さない場合は、成
膜後のa−Si膜中に多量の弗素が混入し、TFT完成
後のpoly−Si中に2×1018/cm3程度以上
の多量の弗素が含まれる。一方、以下に述べる残留弗素
除去対策を実行することで、膜中に混入する弗素量を大
幅に低減することができる。(1)反応室のクリーニン
グをCF4+O2ガスを用いずに、電極板・防着板等を
分解して取り外し、ガラスビーズ処理等の機械的な処理
により、表面に付着したシリコン膜を除去する。(2)
基板ホルダー等の治具も上述の機械的な処理により、シ
リコン膜を除去する。又は、HF(弗酸)等で洗浄した
場合は、250℃〜300℃程度以上の温度で30分か
ら2時間程度ベークし、残留HFを除去する。(3)反
応室のクリーニング終了後、反応室を成膜時の基板温度
若しくはそれより少し高い温度に数時間保持し、同時に
高真空排気し、残留弗素をより完全に除去する。(4)
クリーニング後、基板を取り付けない状態でa−Siを
成膜する。弗素が残留している場合でも、この様な処理
を行なうと、残留弗素がa−Si中に取り込まれ基板ホ
ルダー等に膜として付着するため、残留弗素量低減の効
果がある。成膜時間は10分から1時間程度が望ましく
。30分以上が特に有効である。(5)基板に付着して
いる弗素(HF等)を除去するために、成膜の前処理と
して、250℃〜350℃程度以上の温度で30分〜2
時間程度アニールする。(6)原料ガスの不純物を低減
する。以上述べた対策を1つ若しくは複数実行すること
で、膜中の弗素量を1×1018/cm3、5×101
7/cm3、1×1017/cm3程度以下と段階的に
低減することができる。
Next, a method for reducing the amount of fluorine in the film will be described using plasma CVD as an example. As mentioned above, if the reaction chamber is cleaned using CF4+O2 gas and no measures are taken to remove residual fluorine, a large amount of fluorine will be mixed into the a-Si film after it has been formed, and the Poly-Si contains a large amount of fluorine of approximately 2×10 18 /cm 3 or more. On the other hand, by implementing measures to remove residual fluorine described below, the amount of fluorine mixed into the film can be significantly reduced. (1) Cleaning the reaction chamber without using CF4+O2 gas, disassemble and remove the electrode plate, anti-adhesion plate, etc., and remove the silicon film attached to the surface by mechanical treatment such as glass bead treatment. (2)
The silicon film on jigs such as substrate holders is also removed by the above-mentioned mechanical treatment. Alternatively, in the case of washing with HF (hydrofluoric acid) or the like, residual HF is removed by baking at a temperature of about 250° C. to 300° C. or higher for about 30 minutes to about 2 hours. (3) After cleaning the reaction chamber, the reaction chamber is maintained at the substrate temperature during film formation or a slightly higher temperature for several hours, and at the same time is evacuated to a high vacuum to more completely remove residual fluorine. (4)
After cleaning, an a-Si film is formed without a substrate attached. Even if fluorine remains, if such a treatment is performed, the residual fluorine will be taken into the a-Si and adhered as a film to the substrate holder, etc., thereby having the effect of reducing the amount of residual fluorine. The film forming time is preferably about 10 minutes to 1 hour. A period of 30 minutes or more is particularly effective. (5) In order to remove fluorine (HF, etc.) adhering to the substrate, as a pretreatment for film formation, the temperature is about 250°C to 350°C or higher for 30 minutes to 20 minutes.
Anneal for about an hour. (6) Reduce impurities in raw material gas. By implementing one or more of the measures described above, the amount of fluorine in the film can be reduced to 1 x 1018/cm3, 5 x 101
7/cm3 and 1×1017/cm3 or less.

【0038】以上述べたように、poly−Si中の弗
素量を低減することで、poly−SiTFTのオフ電
流を大幅に低減することができる。又、活性化アニール
を低温化する方法もオフ電流の低減に有効であることも
明かとなった。この様な弗素量とオフ電流、活性化アニ
ール方法とオフ電流の因果関係は現在のところ明確に解
明されてはいないが、以下に述べるようなメカニズムが
推測される。まず、poly−SiTFTのオフ電流は
ドレイン端の欠陥準位を介した生成電流やField−
Enhanced−Emission電流が支配的と考
えられている。従って、ドレイン端の欠陥準位密度の低
減がオフ電流の低減に対して有効であることが容易に推
測される。ドレイン端の欠陥準位を低減するには、ドレ
イン端近傍のpoly−Si膜の結晶性を向上させるこ
とが必須となる。そこで、我々は、膜中の弗素量とイオ
ンインプラ後の活性化アニールがドレイン端近傍のpo
ly−Si膜の結晶性と強い相関があると推察している
。図1(d)、図1(e)に示した工程でイオン注入を
行なった後、図1(f)に示した工程で活性化アニール
を行ない、不純物イオンが注入された領域の結晶性の回
復(ソース・ドレイン領域のpoly−Si膜の少なく
とも一部は、イオン注入により非晶質化され、活性化ア
ニールにより、結晶成長し再びpoly−Si化する。 )及び不純物の活性化を行なう。その際、poly−S
i膜中に弗素が存在すると、活性化アニールによる結晶
性の回復が十分に成されず、ドレイン端近傍のpoly
−Si膜の結晶性が低下し、多数の欠陥準位が存在する
膜になる。その結果、前述の機構によりオフ電流が増加
すると推察される。そこで、poly−Si中の弗素量
が2×1018/cm3、1×1018/cm3、5×
1017/cm3、1×1017/cm3の膜を用いて
活性化アニール後の不純物注入領域の欠陥密度をESR
(電子スピン共鳴)によって評価した。その結果、弗素
量が2×1018/cm3、1×1018/cm3、5
×1017/cm3、1×1017/cm3の膜に対し
て、スピン密度が、それぞれ1.5×1019/cm3
、4.5×1018/cm3、3.9×1017/cm
3、8.7×1016/cm3という値が得られた。尚
、このサンプルの活性化アニール条件は1000℃20
分である。この結果から、弗素量の多い膜は、欠陥密度
の高い膜になっていることが分かる。この結果は、前述
の弗素量とオフ電流の相関に対する推察を裏付けるもの
であり、表2に示したオフ電流の測定結果と合わせてみ
ると、ソース・ドレイン領域のスピン密度は1×101
8/cm3以下であることが望ましく、1×1017/
cm3以下であることが特に望ましい。
As described above, by reducing the amount of fluorine in poly-Si, the off-state current of a poly-Si TFT can be significantly reduced. It has also been found that a method of lowering the activation annealing temperature is also effective in reducing off-state current. Although the causal relationship between the amount of fluorine and the off-state current, the activation annealing method, and the off-state current has not been clearly elucidated at present, the following mechanism is presumed. First, the off-state current of a poly-Si TFT is caused by the current generated via the defect level at the drain end and the field-
Enhanced-Emission current is considered to be dominant. Therefore, it is easily inferred that reducing the density of defect levels at the drain end is effective in reducing the off-state current. In order to reduce the defect levels at the drain end, it is essential to improve the crystallinity of the poly-Si film near the drain end. Therefore, we have determined that the amount of fluorine in the film and the activation annealing after ion implantation are
It is speculated that there is a strong correlation with the crystallinity of the ly-Si film. After ion implantation in the steps shown in FIGS. 1(d) and 1(e), activation annealing is performed in the step shown in FIG. 1(f) to improve the crystallinity of the region into which impurity ions have been implanted. Recovery (at least a portion of the poly-Si film in the source/drain region is made amorphous by ion implantation, and by activation annealing, crystals grow and become poly-Si again) and activation of impurities are performed. At that time, poly-S
If fluorine exists in the i-film, the crystallinity cannot be recovered sufficiently by activation annealing, and the poly
-The crystallinity of the Si film decreases, resulting in a film with many defect levels. As a result, it is presumed that the off-state current increases due to the above-described mechanism. Therefore, the amount of fluorine in poly-Si is 2×1018/cm3, 1×1018/cm3, 5×
1017/cm3, 1×1017/cm3 using ESR for the defect density of the impurity implanted region after activation annealing.
(electron spin resonance). As a result, the amount of fluorine was 2×1018/cm3, 1×1018/cm3, 5
For the films of ×1017/cm3 and 1×1017/cm3, the spin density is 1.5×1019/cm3, respectively.
, 4.5×1018/cm3, 3.9×1017/cm
A value of 3.8.7×10 16 /cm 3 was obtained. The activation annealing conditions for this sample are 1000℃20
It's a minute. This result shows that a film with a large amount of fluorine has a high defect density. This result supports the above-mentioned speculation about the correlation between the amount of fluorine and the off-state current, and when combined with the off-current measurement results shown in Table 2, the spin density in the source/drain region is 1×101
8/cm3 or less, and 1×1017/cm3 or less.
It is particularly desirable that it be below cm3.

【0039】尚、本発明は、図1の実施例に示したTF
T以外にも、絶縁ゲート型半導体素子全般に応用できる
Note that the present invention is based on the TF shown in the embodiment of FIG.
In addition to T, it can be applied to insulated gate type semiconductor devices in general.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によればオフ
電流が低く、移動度の大きいpoly−SiTFTをは
じめとする絶縁ゲート型電界効果トランジスタを簡便な
製造方法で作製することができる。その結果、絶縁性非
晶質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TFTを負荷部に用いた
SRAM等の三次元ICなどを容易に作製できるように
なった。
As described above, according to the present invention, insulated gate field effect transistors such as poly-Si TFTs having low off-state current and high mobility can be manufactured using a simple manufacturing method. As a result, it has become possible to form high-performance semiconductor elements on insulating amorphous materials, and it has become possible to use large, high-resolution liquid crystal display panels, high-speed, high-resolution contact image sensors, and TFTs as load parts. Three-dimensional ICs such as SRAM can now be easily manufactured.

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

【図1】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。
FIG. 1 is a manufacturing process diagram of a semiconductor device in an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ・・・  絶縁性非晶質材料 102 ・・・  シリコン層 103 ・・・  多結晶シリコン層 104 ・・・  ゲート絶縁膜 105 ・・・  ゲート電極 106,107 ・・・  ソース・ドレイン領域10
8 ・・・  層間絶縁膜 109 ・・・  コンタクト穴 110 ・・・  配線
101... Insulating amorphous material 102... Silicon layer 103... Polycrystalline silicon layer 104... Gate insulating film 105... Gate electrodes 106, 107... Source/drain region 10
8... Interlayer insulating film 109... Contact hole 110... Wiring

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  絶縁ゲート型電界効果トランジスタの
チャンネル領域の少なくとも一部が非単結晶半導体によ
り形成された半導体装置において、該非単結晶半導体中
の弗素量が1×1018/cm3以下であることを特徴
とする半導体装置。
1. In a semiconductor device in which at least a part of a channel region of an insulated gate field effect transistor is formed of a non-single crystal semiconductor, the amount of fluorine in the non-single crystal semiconductor is 1×10 18 /cm 3 or less. Characteristic semiconductor devices.
【請求項2】  前記非単結晶半導体が多結晶シリコン
であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the non-single crystal semiconductor is polycrystalline silicon.
【請求項3】  絶縁ゲート型電界効果トランジスタの
チャンネル領域の少なくとも一部が非単結晶半導体によ
り形成されたCMOS型の半導体装置の製造方法におい
て、(a)絶縁性非晶質材料上にシリコンを主体とする
非単結晶半導体層を形成する工程、(b)第1の導電型
の不純物をイオン注入しソースドレイン領域を形成する
工程、(c)第2の導電型の不純物をイオン注入しソー
スドレイン領域を形成する工程、(d)イオン注入され
たドーパントを活性化するためのアニール工程を少なく
とも有し、前記第1の不純物のイオン注入若しくは前記
第2の不純物のイオン注入の内の一方が基板のほぼ全面
に渡ってイオン注入がなされ、他の一方が所定の領域の
みにイオン注入され、トランジスタ完成後の前記非単結
晶半導体中の弗素量が1×1018/cm3以下である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. A method for manufacturing a CMOS type semiconductor device in which at least a part of the channel region of an insulated gate field effect transistor is formed of a non-single crystal semiconductor, comprising: (a) silicon on an insulating amorphous material; (b) Step of ion-implanting impurities of a first conductivity type to form a source/drain region; (c) Step of ion-implanting impurities of a second conductivity type to form a source/drain region. (d) an annealing step for activating the ion-implanted dopant, and one of the first impurity ion implantation or the second impurity ion implantation is performed. Ion implantation is performed over almost the entire surface of the substrate, and ions are implanted only into a predetermined region on the other side, and the amount of fluorine in the non-single crystal semiconductor after the transistor is completed is 1×10 18 /cm 3 or less. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項4】  前記活性化のためのアニールが900
℃以下の温度で成されたことを特徴とする請求項3記載
の半導体装置の製造方法。
4. The annealing for activation is performed at 900°C.
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the manufacturing method is performed at a temperature of .degree. C. or lower.
【請求項5】  前記非単結晶半導体中の弗素量が5×
1017/cm3以下であることを特徴とする請求項3
記載の半導体装置の製造方法。
5. The amount of fluorine in the non-single crystal semiconductor is 5×
Claim 3 characterized in that it is 1017/cm3 or less.
A method of manufacturing the semiconductor device described above.
【請求項6】  前記活性化のためのアニールが100
0℃以下の温度で成されたことを特徴とする請求項5記
載の半導体装置の製造方法。
6. The annealing for activation is 100%
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the manufacturing method is performed at a temperature of 0° C. or lower.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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