JPH04286370A - Thin film semiconductor device - Google Patents

Thin film semiconductor device

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JPH04286370A
JPH04286370A JP5126091A JP5126091A JPH04286370A JP H04286370 A JPH04286370 A JP H04286370A JP 5126091 A JP5126091 A JP 5126091A JP 5126091 A JP5126091 A JP 5126091A JP H04286370 A JPH04286370 A JP H04286370A
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thin film
film
amorphous
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film transistor
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Satoshi Takenaka
竹中敏
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Abstract

PURPOSE:To form a silicon thin film excellent in crystallinity making the most of the merits of a solid growth method so as to obtain a thin film transistor small in OFF-state current by a method wherein a semiconductor thin film whose fluorine content is smaller than a specific value is provided so as to serve as an active region. CONSTITUTION:An amorphous Si film 1-2 is deposited on a quartz substrate 1-1 through a plasma CVD device. A chamber is cleaned with Freon before the amorphous Si film 1-2 is deposited, and the amorphous Si film 1-2 is thermally treated to discharge hydrogen from it. Then, the amorphous Si film 1-2 is made to grow in solid phase. At this point, an amorphous Si film whose fluorine content is smaller than 5X10<17>cm<-3> is annealed at a temperature of 600 deg.C for 16 hours into a silicon thin film 1-3 whose grain diameter is over 2mum. In result, an excellent thin film transistor very small in OFF-state current can be realized.

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、石英基板あるいはガラ
ス基板のような絶縁性非晶質材料上に結晶性の優れた半
導体薄膜を形成し、該半導体薄膜を能動領域に利用した
優れた特性を有する薄膜半導体装置の製造方法に関する
[Industrial Application Field] The present invention forms a semiconductor thin film with excellent crystallinity on an insulating amorphous material such as a quartz substrate or a glass substrate, and uses the semiconductor thin film as an active region to achieve excellent properties. The present invention relates to a method for manufacturing a thin film semiconductor device having the following.

【0002】0002

【従来の技術】非晶質絶縁基板あるいは非晶質絶縁膜上
に,結晶方位の揃った結晶粒径の大きな多結晶シリコン
薄膜、あるいは単結晶シリコン薄膜を形成する方法は、
SOI(Silicon  On  Insulato
r)技術として知られている。{SOI構造形成技術,
産業図書}。  大きく分類すると、再結晶化法、エピ
タキシャル法、絶縁層埋め込み法、貼り合わせ法という
方法がある。再結晶化法には、レ−ザ−アニ−ルあるい
は電子ビ−ムアニ−ルによりシリコンを溶融再結晶化さ
せる方法と、溶融する温度までは昇温させずに固相成長
させる固相成長法の2つに分類される。比較的低温で再
結晶化できるという点で固相成長法が優れている。55
0℃の低温熱処理にもかかわらずシリコン薄膜の結晶粒
が成長したという結果も報告されている。{IEEE 
 Electron  Device  Letter
s,vol.EDL−8,No.8,p361,Aug
ust  1987}。
[Prior Art] A method for forming a thin polycrystalline silicon film or a single crystal silicon thin film with large crystal grains with uniform crystal orientation on an amorphous insulating substrate or an amorphous insulating film is as follows.
SOI (Silicon On Insulator)
r) known as technology. {SOI structure formation technology,
Industrial books}. Broadly classified, there are recrystallization methods, epitaxial methods, insulating layer embedding methods, and bonding methods. Recrystallization methods include a method in which silicon is melted and recrystallized by laser annealing or electron beam annealing, and a solid phase growth method in which silicon is grown in a solid phase without raising the temperature to a melting temperature. It is classified into two types. The solid phase growth method is superior in that it can be recrystallized at a relatively low temperature. 55
It has also been reported that crystal grains in silicon thin films grew despite low-temperature heat treatment at 0°C. {IEEE
Electron Device Letter
s, vol. EDL-8, No. 8, p361, Aug
ust 1987}.

【0003】プラズマCVDによって堆積させられた非
晶質シリコン薄膜(a−Si)を固相成長させ、大粒径
化したシリコン薄膜を用いて作成された薄膜トランジス
タはオン電流がきわめて大きい。{Japanese 
 Journal  of  Applied  Ph
ysics  Vol.29,No.12,p.L23
80,1990}
[0003] A thin film transistor manufactured using a silicon thin film whose grain size is increased by solid-phase growth of an amorphous silicon thin film (a-Si) deposited by plasma CVD has an extremely large on-state current. {Japanese
Journal of Applied Ph.
ics Vol. 29, No. 12, p. L23
80, 1990}

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】しかしながらプラズマ
CVD法で成膜されたa−Si膜は、不純物として弗素
(F)を多く含むことがある。これはプラズマCVDの
チェンバ−をフレオン(CF4)ガスプラズマによって
クリ−ニングしてからa−Si膜をデポすると、チェン
バ−内に残留している弗素がa−Si膜中に取り込まれ
るからである。弗素はシリコンとの結合エネルギ−が大
きいため500〜700℃程度のアニ−ルではSi膜中
に弗素が残る。従って弗素を多く含むSi膜には欠陥準
位が多量に存在する。このようなSi膜を用いて作成さ
れた薄膜トランジスタはオン電流が低くオフ電流が高く
なる。発明者が実験を行って調べたところ、弗素を2×
1018cm−3含むa−Si膜を固相成長させて作成
したNch薄膜トランジスタのオフ電流は、200〜4
00pAであった。これは非常に大きな値であり、例え
ば液晶パネルを作成した場合には表示ムラの原因となっ
たり、消費電流の増大の原因となる。なお、弗素量はS
IMS分析により調べた。この時のバックグラウンドレ
ベルは3×1017cm−3であった。
However, an a-Si film formed by plasma CVD may contain a large amount of fluorine (F) as an impurity. This is because if the a-Si film is deposited after cleaning the plasma CVD chamber with Freon (CF4) gas plasma, the fluorine remaining in the chamber will be incorporated into the a-Si film. . Since fluorine has a large bonding energy with silicon, fluorine remains in the Si film during annealing at about 500 to 700°C. Therefore, a Si film containing a large amount of fluorine has a large number of defect levels. A thin film transistor made using such a Si film has a low on-state current and a high off-state current. The inventor conducted an experiment and found that 2x fluorine
The off-state current of an Nch thin film transistor made by solid-phase growth of an a-Si film containing 1018 cm-3 is 200 to 4
It was 00pA. This is a very large value, and may cause display unevenness or an increase in current consumption when a liquid crystal panel is manufactured, for example. In addition, the amount of fluorine is S
It was investigated by IMS analysis. The background level at this time was 3 x 1017 cm-3.

【0005】本発明は、以上述べたようなプラズマCV
Da−Si膜を固相成長する場合に問題となる不純物、
特に弗素による汚染を防ぎ、固相成長法の利点を最大限
に発揮する薄膜半導体装置、及びその製造方法を提供す
ることを目的としている。
[0005] The present invention is directed to plasma CV as described above.
Impurities that are a problem when solid-phase growing a Da-Si film,
In particular, it is an object of the present invention to provide a thin film semiconductor device that prevents fluorine contamination and maximizes the advantages of solid phase growth, and a method for manufacturing the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、弗素の含有量
が5×1017cm−3以下の半導体薄膜を能動領域と
して具備することを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] The present invention is characterized in that a semiconductor thin film having a fluorine content of 5×10 17 cm −3 or less is provided as an active region.

【0007】[0007]

【実施例】(実施例1)本発明による弗素の少ないシリ
コン薄膜を用いて薄膜トランジスタを作成する工程に沿
って実施例1を説明する。
EXAMPLES (Example 1) Example 1 will be explained along the steps of manufacturing a thin film transistor using a fluorine-poor silicon thin film according to the present invention.

【0008】絶縁性非晶質材料上に、非単結晶半導体薄
膜を成膜する。前記絶縁性非晶質材料としては、石英基
板、ガラス基板、窒化膜あるいはSiO2膜等が用いら
れる。石英基板を用いる場合はプロセス温度は1200
℃程度まで許容されるが、ガラス基板を用いる場合は、
600℃以下の低温プロセスに制限される。本発明は、
石英基板を用い、前記非単結晶半導体薄膜としてSi薄
膜を用いた場合を実施例として説明する。プラズマCV
D装置を用い、図1(a)に示すように石英基板1−1
上に、SiH4とH2の混合ガスを、13.56MHz
の高周波グロ−放電により分解させて非晶質Si膜1−
2を堆積させる。前記混合ガスのSiH4分圧は10〜
20%、デポ中の内圧は0.5〜1.5torr程度で
ある。基板温度は250℃以下、180℃程度が適して
いる。赤外吸収測定より結合水素量を求めたところ約8
atomic%であった。前記非晶質Si膜1−2の堆
積前のチェンバ−をフレオン洗浄し、続いて堆積させら
れた非晶質Si膜は2×1018cm−3の弗素を含ん
でいる。従って、本発明においては、前記フレオン洗浄
後、ダミーの堆積を行ってから、実際の堆積を行う。あ
るいは、フレオン洗浄を廃止し、ビ−ズ処理等の別の方
法でチェンバ−の洗浄を行う。
A non-single crystal semiconductor thin film is formed on an insulating amorphous material. As the insulating amorphous material, a quartz substrate, a glass substrate, a nitride film, a SiO2 film, or the like is used. When using a quartz substrate, the process temperature is 1200℃.
It is permissible up to about ℃, but when using a glass substrate,
Limited to low temperature processes below 600°C. The present invention
An example will be described in which a quartz substrate is used and a Si thin film is used as the non-single crystal semiconductor thin film. plasma CV
A quartz substrate 1-1 is prepared using D apparatus as shown in FIG. 1(a).
On top, a mixed gas of SiH4 and H2 is applied at 13.56MHz.
The amorphous Si film 1- is decomposed by high-frequency glow discharge.
Deposit 2. The SiH4 partial pressure of the mixed gas is 10~
20%, and the internal pressure in the depot is about 0.5 to 1.5 torr. The substrate temperature is suitably 250°C or less, about 180°C. The amount of bound hydrogen determined from infrared absorption measurement was approximately 8.
atomic%. The chamber before the deposition of the amorphous Si film 1-2 was cleaned with Freon, and the amorphous Si film subsequently deposited contained 2.times.10@18 cm@-3 of fluorine. Therefore, in the present invention, after the Freon cleaning, dummy deposition is performed, and then actual deposition is performed. Alternatively, Freon cleaning may be abolished and the chamber may be cleaned using another method such as bead treatment.

【0009】続いて、該非晶質Si膜を、400℃〜5
00℃で熱処理して水素を放出させる。この工程は、水
素の爆発的な脱離を防ぐことを目的としている。
[0009] Subsequently, the amorphous Si film was heated at 400°C to 5°C.
Heat treatment is performed at 00°C to release hydrogen. This step aims to prevent explosive desorption of hydrogen.

【0010】次に、前記非晶質薄膜1−2を固相成長さ
せる。固相成長方法は、石英管による炉アニ−ルが便利
である。アニ−ル雰囲気としては、窒素ガス、水素ガス
、アルゴンガス、ヘリウムガスなどを用いる。1×10
−6から1×10−10Torrの高真空雰囲気でアニ
−ルを行ってもよい。固相成長アニ−ル温度は500℃
〜700℃とする。この様な低温アニ−ルでは選択的に
、結晶成長の活性化エネルギ−の小さな結晶方位を持つ
結晶粒のみが成長し、しかもゆっくりと大きく成長する
。 発明者の実験において、弗素の含有量が5×1017c
m−3以下の非晶質シリコン膜を、アニ−ル温度600
℃、アニ−ル時間16時間で固相成長させることにより
2μm以上の大粒径シリコン薄膜が得られている。図1
(b)において、1−3は固相成長シリコン薄膜を示し
ている。
Next, the amorphous thin film 1-2 is grown in a solid phase. As a solid phase growth method, furnace annealing using a quartz tube is convenient. As the annealing atmosphere, nitrogen gas, hydrogen gas, argon gas, helium gas, etc. are used. 1×10
Annealing may be performed in a high vacuum atmosphere of −6 to 1×10 −10 Torr. Solid phase growth annealing temperature is 500℃
~700°C. In such low-temperature annealing, only crystal grains having crystal orientations with low activation energy for crystal growth grow selectively, and moreover, they grow slowly and to a large size. In the inventor's experiments, the fluorine content was 5 x 1017c.
An amorphous silicon film of less than m-3 is annealed at a temperature of 600
A silicon thin film with a large grain size of 2 μm or more has been obtained by solid phase growth at 16 hours at a temperature of 16 hours. Figure 1
In (b), 1-3 indicates a solid-phase grown silicon thin film.

【0011】次に、前記固相成長シリコン薄膜をフォト
リソグラフィ法によって図1(c)に示されているよう
に島状にパタ−ニングする。
Next, the solid-phase grown silicon thin film is patterned into an island shape as shown in FIG. 1(c) by photolithography.

【0012】次に図1(d)に示されているように、ゲ
−ト酸化膜1−4を形成する。該ゲ−ト酸化膜の形成方
法としてはLPCVD法、あるいは光励起CVD法、あ
るいはプラズマCVD法、ECRプラズマCVD法、あ
るいは高真空蒸着法、あるいはプラズマ酸化法、あるい
は高圧酸化法などのような500℃以下の低温方法があ
る。該低温方法で成膜されたゲ−ト酸化膜は、熱処理す
ることによってより緻密で界面準位の少ない優れた膜と
なる。非晶質絶縁基板1−1として石英基板を用いる場
合は、熱酸化法によることができる。該熱酸化法にはd
ry酸化法とwet酸化法とがあるが、酸化温度は10
00℃以上と高いが膜質が優れていることからdry酸
化法の方が適している。
Next, as shown in FIG. 1(d), a gate oxide film 1-4 is formed. The gate oxide film can be formed by LPCVD, photo-excited CVD, plasma CVD, ECR plasma CVD, high vacuum evaporation, plasma oxidation, or high pressure oxidation at 500°C. There are the following low temperature methods. The gate oxide film formed by the low-temperature method becomes an excellent film that is denser and has fewer interface states by heat treatment. When using a quartz substrate as the amorphous insulating substrate 1-1, a thermal oxidation method can be used. The thermal oxidation method includes d
There are ry oxidation method and wet oxidation method, but the oxidation temperature is 10
The dry oxidation method is more suitable because the film quality is excellent, although the temperature is higher than 00°C.

【0013】酸化膜形成後、ボロンをチャネルイオン注
入してもよい。これは、Nch薄膜トランジスタのスレ
ッシュホルド電圧がマイナス側にシフトすることを防ぐ
ことを目的としている。前記非晶質シリコン膜のデポ膜
厚が500〜1500Å程度の場合は、ボロンのド−ズ
量は1×1012〜5×1012cm−2程度が適して
いる。
After forming the oxide film, boron ions may be implanted into the channel. This is intended to prevent the threshold voltage of the Nch thin film transistor from shifting to the negative side. When the deposited thickness of the amorphous silicon film is about 500 to 1500 Å, the boron dose is suitably about 1×10 12 to 5×10 12 cm −2 .

【0014】前記非晶質シリコン膜の膜厚が500Å以
下の薄い場合にはボロンド−ズ量を少なくし、目安とし
ては1×1012cm−2以下にする。また、前記膜厚
が1500Å以上の厚い場合にはボロンド−ズ量を多く
し、目安としては5×1012cm−2以上にする。
When the thickness of the amorphous silicon film is as thin as 500 Å or less, the amount of boron is reduced, and as a guideline, it is 1×10 12 cm −2 or less. Further, when the film thickness is 1500 Å or more, the boron dose amount is increased, and as a guideline, it is 5×10 12 cm −2 or more.

【0015】次に図1(e)に示されるように、ゲ−ト
電極1−5を形成する。該ゲ−ト電極材料としては多結
晶シリコン薄膜、あるいはモリブデンシリサイド、ある
いはアルミニュウムやクロムなどのような金属膜、ある
いはITOやSnO2 などのような透明性導電膜など
を用いることができる。成膜方法としては、CVD法、
スパッタ法、真空蒸着法、プラズマCVD法等の方法が
あるが、ここでの詳しい説明は省略する。
Next, as shown in FIG. 1(e), a gate electrode 1-5 is formed. As the gate electrode material, a polycrystalline silicon thin film, molybdenum silicide, a metal film such as aluminum or chromium, or a transparent conductive film such as ITO or SnO2 can be used. Film forming methods include CVD method,
Although there are methods such as a sputtering method, a vacuum evaporation method, and a plasma CVD method, a detailed explanation thereof will be omitted here.

【0016】続いて図2(a)に示すように、前記ゲ−
ト電極1−5をマスクとして不純物をイオン注入し、自
己整合的にソ−ス領域1−6およびドレイン領域1−7
を形成する。前記不純物としては、Nchトランジスタ
を作製する場合はP+ あるいはAs+ を用い、Pc
hトランジスタを作製する場合はB+ 等を用いる。不
純物添加方法としては、イオン注入法の他に、レ−ザ−
ド−ピング法あるいはプラズマド−ピング法などの方法
がある。1−8で示される矢印は不純物のイオンビ−ム
を表している。前記絶縁性非晶質材料1−1として石英
基板を用いた場合には熱拡散法を使うことができる。不
純物濃度は、1×1015から1×1020cm−3程
度とする。
Next, as shown in FIG. 2(a), the game
Impurity ions are implanted using the gate electrode 1-5 as a mask to form the source region 1-6 and drain region 1-7 in a self-aligned manner.
form. When manufacturing an Nch transistor, P+ or As+ is used as the impurity, and Pc
When manufacturing an h transistor, B+ or the like is used. In addition to ion implantation, laser
There are methods such as doping method and plasma doping method. The arrows 1-8 represent impurity ion beams. When a quartz substrate is used as the insulating amorphous material 1-1, a thermal diffusion method can be used. The impurity concentration is approximately 1×10 15 to 1×10 20 cm −3 .

【0017】続いて図2(b)に示されるように、層間
絶縁膜1−9を積層する。該層間絶縁膜材料としては、
酸化膜あるいは窒化膜などを用いる。絶縁性が良好なら
ば膜厚はいくらでもよいが、数千Åから数μm程度が普
通である。窒化膜の形成方法としては、LPCVD法あ
るいはプラズマCVD法などが簡単である。反応には、
アンモニアガス(NH3)とシランガスと窒素ガスとの
混合ガス、あるいはシランガスと窒素ガスとの混合ガス
などを用いる。
Subsequently, as shown in FIG. 2(b), interlayer insulating films 1-9 are laminated. The interlayer insulating film material includes:
An oxide film or nitride film is used. The film thickness may be any thickness as long as the insulation is good, but it is usually from several thousand Å to several μm. A simple method for forming the nitride film is the LPCVD method or the plasma CVD method. The reaction includes
A mixed gas of ammonia gas (NH3), silane gas, and nitrogen gas, or a mixed gas of silane gas and nitrogen gas, etc. is used.

【0018】続いて、前記層間絶縁膜の緻密化と前記ソ
−ス領域及びドレイン領域の活性化と結晶性の回復を目
的として活性化アニ−ルを行う。活性化アニ−ルの条件
としては、N2ガス雰囲気中で1000℃30分程度で
よい。結晶性をさらに改善して薄膜トランジスタのオフ
電流を低減したい場合は、前記活性化アニ−ルを900
℃程度に低温化し、アニ−ル時間を1〜10時間程度に
長くすることが効果的である。または、はじめに500
〜700℃で1〜20時間程度のアニ−ルにより結晶性
を充分に回復させた後、900〜1000℃の高温で活
性化させるという2段階活性化アニ−ル法も効果がある
。また、赤外線ランプやハロゲンランプを用いたRTA
(Rapid  Thermal  Annealin
g)法も効果がある。さらには、レ−ザ−ビ−ム等を用
いたレ−ザ−活性化法を利用することができる。
Subsequently, activation annealing is performed for the purpose of densifying the interlayer insulating film, activating the source region and drain region, and restoring crystallinity. The activation annealing may be performed at 1000° C. for about 30 minutes in a N2 gas atmosphere. If you want to further improve the crystallinity and reduce the off-state current of the thin film transistor, the activation annealing should be performed at 900°C.
It is effective to lower the temperature to about .degree. C. and increase the annealing time to about 1 to 10 hours. Or 500 to get started
A two-step activation annealing method in which the crystallinity is sufficiently recovered by annealing at ~700°C for about 1 to 20 hours and then activated at a high temperature of 900 to 1000°C is also effective. In addition, RTA using infrared lamps and halogen lamps
(Rapid Thermal Annealin
g) Laws are also effective. Furthermore, a laser activation method using a laser beam or the like can be used.

【0019】次に、水素プラズマ法、あるいは水素イオ
ン注入法、あるいはプラズマ窒化膜からの水素の拡散法
などの方法で水素イオンを導入すると,ゲ−ト酸化膜界
面などに存在するダングリングボンドなどの欠陥が不活
性化される。この様な水素化工程は、層間絶縁膜1−9
を積層する前におこなってもよい。または、後に述べる
、ソ−ス電極とドレイン電極を形成してから前記水素化
工程を行ってもよい。次に図2(c)に示すように、前
記層間絶縁膜1−9及びゲ−ト絶縁膜1−4にコンタク
トホ−ルを形成し、コンタクト電極を形成しソ−ス電極
1−10およびドレイン電極1−11とする。該ソ−ス
電極及びドレイン電極は、アルミニュウムあるいはクロ
ムなどの金属材料で形成する。この様にして薄膜トラン
ジスタが形成される。
Next, when hydrogen ions are introduced by a method such as a hydrogen plasma method, a hydrogen ion implantation method, or a hydrogen diffusion method from a plasma nitride film, dangling bonds existing at the gate oxide film interface, etc. defects are inactivated. Such a hydrogenation process is applied to the interlayer insulating film 1-9.
This may be done before laminating the layers. Alternatively, the hydrogenation step may be performed after forming a source electrode and a drain electrode, which will be described later. Next, as shown in FIG. 2(c), contact holes are formed in the interlayer insulating film 1-9 and the gate insulating film 1-4, contact electrodes are formed, and source electrodes 1-10 and This is referred to as a drain electrode 1-11. The source electrode and drain electrode are formed of a metal material such as aluminum or chromium. In this way, a thin film transistor is formed.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上説明したように、プラズマCVDに
よって成膜された非晶質Si膜は多い場合は数10%の
水素を含んでいる。そして、薄膜トランジスタ特性の解
析やSIMS分析等の結果より、非晶質Si膜中に含ま
れる不純物特に弗素混入が、固相成長を阻害しているこ
とが分かった。
As explained above, an amorphous Si film formed by plasma CVD contains several tens of percent hydrogen in most cases. From the results of thin film transistor characteristic analysis, SIMS analysis, etc., it has been found that impurities contained in the amorphous Si film, particularly fluorine, inhibit solid phase growth.

【0021】本発明においては、含有弗素の量が5×1
017cm−3以下の非晶質シリコン薄膜を固相成長さ
せるので欠陥準位の少ないシリコン薄膜を得ることがで
きる。その結果オフ電流の非常に少ない優れた薄膜トラ
ンジスタを実現することができた。従来のように弗素の
制御を行わず、1×1018cm−3程度も含んでいる
非晶質シリコン薄膜を固相成長させて作成した薄膜トラ
ンジスタのオフ電流は非常に大きい。図3に、発明者が
実験した結果を示して本発明の効果を説明する。図3は
、Nch薄膜トランジスタの特性図である。横軸はゲ−
ト電圧、縦軸はドレイン電流を示している。破線は弗素
を2×1018cm−3含んでいる非晶質シリコン薄膜
を固相成長させて作成された従来の薄膜トランジスタの
特性を示し、実線は弗素含有量が5×1017cm−3
以下の非晶質シリコン薄膜を固相成長させて作成された
本発明による薄膜トランジスタの特性を示している。な
お、測定条件は同一とした。本発明によりオフ電流が1
桁以上も低減することが明かである。
In the present invention, the amount of fluorine contained is 5×1
Since an amorphous silicon thin film with a thickness of 0.017 cm -3 or less is grown in a solid phase, a silicon thin film with few defect levels can be obtained. As a result, we were able to realize an excellent thin film transistor with extremely low off-state current. The off-state current of a thin film transistor produced by solid-phase growth of an amorphous silicon thin film containing about 1×10 18 cm −3 without controlling fluorine as in the conventional method is extremely large. FIG. 3 shows the results of experiments conducted by the inventor to explain the effects of the present invention. FIG. 3 is a characteristic diagram of an Nch thin film transistor. The horizontal axis is the game
The vertical axis shows the drain current. The broken line shows the characteristics of a conventional thin film transistor made by solid-phase growth of an amorphous silicon thin film containing 2 x 1018 cm-3 of fluorine, and the solid line shows the characteristics of a conventional thin film transistor made by solid-phase growth of an amorphous silicon thin film containing 2 x 1018 cm-3 of fluorine.
It shows the characteristics of a thin film transistor according to the present invention produced by solid-phase growth of the following amorphous silicon thin film. Note that the measurement conditions were the same. According to the present invention, the off-state current is 1
It is clear that the reduction is more than an order of magnitude.

【0022】含有不純物のきわめて少ない非晶質シリコ
ン薄膜を固相成長させるので、固相成長のアニ−ル温度
が600℃程度の低温でも結晶核発生に長時間アニ−ル
を必要とせず、潜伏時間を非常に短くすることが可能と
なる。アニ−ル温度が低ければ核発生密度が小さくなり
、最終的に非常に大きな結晶粒径のSi膜が得られる。 従って、本発明は、固相成長に要する時間を大幅に短縮
させるばかりでなく、大粒径のSi膜を形成することに
対して極めて大きな効果がある。
[0022] Since the amorphous silicon thin film containing very few impurities is grown in solid phase, even if the annealing temperature for solid phase growth is as low as 600°C, long annealing is not required for crystal nucleation, and latent growth is possible. It is possible to significantly shorten the time. If the annealing temperature is low, the nucleation density will be low, and a Si film with a very large crystal grain size will finally be obtained. Therefore, the present invention not only significantly shortens the time required for solid phase growth, but also has an extremely large effect on forming a Si film with a large grain size.

【0023】1〜2時間という非常に短時間で大粒径の
Si膜が得られるので、薄膜トランジスタを作成する場
合の工程時間の短縮化、及びスル−プットの向上、ひい
てはコストダウンに対して本発明は極めて大きな効果が
ある。
[0023] Since a large-grain Si film can be obtained in a very short time of 1 to 2 hours, it is very effective in shortening process time and improving throughput when manufacturing thin film transistors, and in turn reducing costs. Inventions have extremely large effects.

【0024】非晶質絶縁基板上に結晶性の優れたシリコ
ン薄膜を作製することが可能になったのでSOI技術の
発展に大きく寄与するものである。フォト工程数はまっ
たく増えない。600℃以下の低温のプロセスでも作製
が可能なので、価格が安くて耐熱温度が低いガラス基板
をもちいることができる。優れたシリコン薄膜が得られ
るのにかかわらずコストアップとはならない。
Since it has become possible to produce a silicon thin film with excellent crystallinity on an amorphous insulating substrate, this will greatly contribute to the development of SOI technology. The number of photo processes does not increase at all. Since it can be manufactured using a low-temperature process of 600° C. or lower, it is possible to use a glass substrate that is inexpensive and has a low heat-resistant temperature. Even though an excellent silicon thin film can be obtained, the cost does not increase.

【0025】本発明によって得られた大粒径多結晶シリ
コン薄膜を用いて薄膜トランジスタを作成すると、優れ
た特性が得られる。従来に比べて、薄膜トランジスタの
ON電流は増大しOFF電流は小さくなる。またスレッ
シュホルド電圧も小さくなりトランジスタ特性が大きく
改善される。NチャネルとPチャネルとの特性の不釣合
いさも改善される。
When a thin film transistor is fabricated using the large-grain polycrystalline silicon thin film obtained by the present invention, excellent characteristics can be obtained. Compared to the conventional art, the ON current of the thin film transistor increases and the OFF current decreases. In addition, the threshold voltage is also reduced, and transistor characteristics are greatly improved. The imbalance in characteristics between the N channel and the P channel is also improved.

【0026】非晶質絶縁基板上に優れた特性の薄膜トラ
ンジスタを作製することが可能となるので、ドライバ−
回路を同一基板上に集積したアクティブマトリクス基板
に応用した場合にも十分な高速動作が実現される。さら
に、電源電圧の低減、消費電流の低減、信頼性の向上に
対して大きな効果がある。また、600℃以下の低温プ
ロセスによる作製も可能なので、アクティブマトリクス
基板の低価格化及び大面積化に対してもその効果は大き
い。
Since it is possible to fabricate a thin film transistor with excellent characteristics on an amorphous insulating substrate, the driver
Sufficient high-speed operation can also be achieved when applied to an active matrix substrate in which circuits are integrated on the same substrate. Furthermore, it has great effects on reducing power supply voltage, reducing current consumption, and improving reliability. In addition, since it is possible to manufacture by a low-temperature process at 600° C. or lower, this is highly effective in reducing the cost and increasing the area of active matrix substrates.

【0027】本発明を、光電変換素子とその走査回路を
同一チップ内に集積した密着型イメ−ジセンサ−に応用
した場合には、読み取り速度の高速化、高解像度化、さ
らに階調をとる場合に非常に大きな効果をうみだす。高
解像度化が達成されるとカラ−読み取り用密着型イメ−
ジセンサ−への応用も容易となる。もちろん電源電圧の
低減、消費電流の低減、信頼性の向上に対してもその効
果は大きい。また低温プロセスによって作製することが
できるので、密着型イメ−ジセンサ−チップの長尺化が
可能となり、一本のチップでA4サイズあるいはA3サ
イズの様な大型ファクシミリ用の読み取り装置を実現で
きる。従って、センサ−チップの二本継ぎのような手数
がかかり信頼性の悪い技術を回避することができ、実装
歩留りも向上される。
When the present invention is applied to a contact image sensor in which a photoelectric conversion element and its scanning circuit are integrated on the same chip, it is possible to increase the reading speed, increase the resolution, and further increase the gradation. produces a very large effect. Once high resolution is achieved, close-contact images for color reading will become available.
Application to digital sensors is also facilitated. Of course, this has great effects in reducing power supply voltage, reducing current consumption, and improving reliability. Furthermore, since it can be manufactured by a low-temperature process, it is possible to make the contact type image sensor chip long, and a reading device for a large facsimile such as A4 size or A3 size can be realized with a single chip. Therefore, the complicated and unreliable technique of splicing two sensor chips can be avoided, and the mounting yield can also be improved.

【0028】石英基板やガラス基板だけではなく、サフ
ァイア基板(Al2O3)あるいはMgO・Al2O3
,BP,CaF2等の結晶性絶縁基板も用いることがで
きる。
[0028] Not only quartz substrates and glass substrates, but also sapphire substrates (Al2O3) or MgO/Al2O3
, BP, CaF2, or the like can also be used.

【0029】以上薄膜トランジスタを例として説明した
が、バイポ−ラトランジスタあるいはヘテロ接合バイポ
−ラトランジスタなど薄膜を利用した素子に対しても、
本発明を応用することができる。また、三次元デバイス
のようなSOI技術を利用した素子に対しても、本発明
を応用することができる。
Although the explanation has been given above using a thin film transistor as an example, devices using thin films such as bipolar transistors or heterojunction bipolar transistors can also be explained.
The present invention can be applied. Further, the present invention can also be applied to elements using SOI technology, such as three-dimensional devices.

【0030】固相成長法を例にとって本発明について説
明したが、本発明は固相成長法ばかりではなく、LPC
VD法やその他の方法で成膜したpoly−Si薄膜を
利用して薄膜半導体装置を作成する場合にも応用するこ
とができる。
Although the present invention has been explained by taking the solid phase growth method as an example, the present invention is applicable not only to the solid phase growth method but also to LPC.
It can also be applied to the case where a thin film semiconductor device is created using a poly-Si thin film formed by the VD method or other methods.

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

【図1】(a)から(e)は、本発明の実施例を示す薄
膜トランジスタの工程断面図である。
FIGS. 1A to 1E are process cross-sectional views of a thin film transistor showing an embodiment of the present invention.

【図2】(a)から(c)は、本発明の実施例を示す薄
膜トランジスタの工程断面図である。
FIGS. 2(a) to 2(c) are process cross-sectional views of a thin film transistor showing an example of the present invention.

【図3】本発明の効果を示す薄膜トランジスタの特性図
である。
FIG. 3 is a characteristic diagram of a thin film transistor showing the effects of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1−2    含有弗素量が5×1017cm−3以下
の非晶質シリコン薄膜
1-2 Amorphous silicon thin film containing fluorine content of 5 x 1017 cm-3 or less

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  弗素の含有量が5×1017cm−3
以下の半導体薄膜を能動領域として具備することを特徴
とする薄膜半導体装置。
[Claim 1] Fluorine content is 5 x 1017 cm-3
A thin film semiconductor device comprising the following semiconductor thin film as an active region.
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