JPH04311038A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents
薄膜トランジスタの製造方法Info
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- JPH04311038A JPH04311038A JP7610091A JP7610091A JPH04311038A JP H04311038 A JPH04311038 A JP H04311038A JP 7610091 A JP7610091 A JP 7610091A JP 7610091 A JP7610091 A JP 7610091A JP H04311038 A JPH04311038 A JP H04311038A
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Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】［発明の目的］
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶やファクシミリの
駆動回路またはスイッチング素子等に用いる薄膜トラン
ジスタの製造方法に係り、特に非晶質シリコンをアニー
ルして結晶粒径の大きな多結晶シリコンを得る方法に関
する。
駆動回路またはスイッチング素子等に用いる薄膜トラン
ジスタの製造方法に係り、特に非晶質シリコンをアニー
ルして結晶粒径の大きな多結晶シリコンを得る方法に関
する。
【０００３】
【従来の技術】多結晶シリコンを使用した薄膜トランジ
スタの開発が盛んに行われて、これを応用したイメージ
センサ（特開昭６０−２２８８１号公報）、感熱ヘッド
（特開昭６２−１８１４７３ 号公報）、液晶ディスプ
レイ等、様々な製品が生み出されている。
スタの開発が盛んに行われて、これを応用したイメージ
センサ（特開昭６０−２２８８１号公報）、感熱ヘッド
（特開昭６２−１８１４７３ 号公報）、液晶ディスプ
レイ等、様々な製品が生み出されている。
【０００４】これらは、いずれも絶縁基板上に多結晶シ
リコンを用いて薄膜トランジスタを形成し、駆動回路も
しくはスイッチング素子を構成しているもので、高速駆
動が可能である等の利点を有している。
リコンを用いて薄膜トランジスタを形成し、駆動回路も
しくはスイッチング素子を構成しているもので、高速駆
動が可能である等の利点を有している。
【０００５】薄膜トランジスタの活性層として使用され
る多結晶シリコン薄膜は、例えば次のような方法で石英
もしくはガラス基板上に形成されている。
る多結晶シリコン薄膜は、例えば次のような方法で石英
もしくはガラス基板上に形成されている。
【０００６】■低温で非晶質シリコンを成膜した後、熱
処理を施してシリコンの結晶粒径を成長させ、活性層と
して用いられる多結晶シリコンを得る方法、または■多
結晶シリコンを成膜しシリコンイオン注入でアモルファ
ス化した後、熱処理を施して結晶粒径を成長させる方法
が知られている。
処理を施してシリコンの結晶粒径を成長させ、活性層と
して用いられる多結晶シリコンを得る方法、または■多
結晶シリコンを成膜しシリコンイオン注入でアモルファ
ス化した後、熱処理を施して結晶粒径を成長させる方法
が知られている。
【０００７】また、多結晶シリコンの結晶粒の界面等に
存在すると考えられる未結合手を減少させ、移動度を高
めるために、上記■、■の技術を適用した膜に、さらに
水素プラズマアニール等の手法でシリコンの未結合手と
水素を結合させて電気的に安定させることが知られてい
る。
存在すると考えられる未結合手を減少させ、移動度を高
めるために、上記■、■の技術を適用した膜に、さらに
水素プラズマアニール等の手法でシリコンの未結合手と
水素を結合させて電気的に安定させることが知られてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような非晶質シリコンを長時間の熱処理によって多結
晶化する方法では、最終的に形成される多結晶シリコン
の結晶粒径を均一で十分大きなものにできないという問
題点があった。
たような非晶質シリコンを長時間の熱処理によって多結
晶化する方法では、最終的に形成される多結晶シリコン
の結晶粒径を均一で十分大きなものにできないという問
題点があった。
【０００９】また、水素を導入して非晶質膜を形成後ア
ニールするとよいという報告もある（応用物理学会´９
０秋季年会２８ａ−ＳＺＭ−８ ）が、例えばプラズマ
ＣＶＤ法で水素添加で形成した非晶質膜をレーザーアニ
ールにより固相成長させ多結晶シリコン膜とするとぼそ
ぼその膜になるという問題点がある。
ニールするとよいという報告もある（応用物理学会´９
０秋季年会２８ａ−ＳＺＭ−８ ）が、例えばプラズマ
ＣＶＤ法で水素添加で形成した非晶質膜をレーザーアニ
ールにより固相成長させ多結晶シリコン膜とするとぼそ
ぼその膜になるという問題点がある。
【００１０】本発明はかかる点に対処してなされたもの
で、非晶質シリコンから結晶粒径の大きな多結晶シリコ
ンを形成し、高性能な薄膜トランジスタを製造する方法
を提供することを目的とする。
で、非晶質シリコンから結晶粒径の大きな多結晶シリコ
ンを形成し、高性能な薄膜トランジスタを製造する方法
を提供することを目的とする。
【００１１】［発明の構成］
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜トランジス
タの製造方法は、基板上に形成した非晶質シリコン膜を
アニールすることによって多結晶シリコン膜を形成する
にあたって、非晶質シリコン膜中の水素濃度を ４×１
０１９〜 ４×１０２０ ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ の範囲
に制御することを特徴とする。
タの製造方法は、基板上に形成した非晶質シリコン膜を
アニールすることによって多結晶シリコン膜を形成する
にあたって、非晶質シリコン膜中の水素濃度を ４×１
０１９〜 ４×１０２０ ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ の範囲
に制御することを特徴とする。
【００１３】
【作用】非晶質シリコンの固相成長過程において、膜中
に含まれる水素の役目は重要であり、基本的にはシリコ
ンのダングリングボンド同士の結合とシリコン−水素間
の結合解離に伴うシリコン間の結合により結晶化が進む
ものと考えられる。シリコンのダングリングボンド同士
の結合が優位の場合、各所で核発生が起こり、最終的に
大きな結晶粒径の多結晶シリコン膜が得られなくなって
しまう。逆に、シリコン−水素間の結合が優位の場合に
は均一な結晶粒径のものが得られなくなってしまう。こ
のため、膜中の水素濃度の影響は大きく、非晶質シリコ
ン膜中の水素濃度を所定の範囲とすることにより、均一
かつ結晶粒径の大きな多結晶シリコン膜を得ることがで
きる。特に、膜中の水素濃度が ４×１０１９よりも小
さいと大粒径のものが得られず、逆に ４×１０２０よ
りも大きいとシリコン原子間の平均距離が長くなりすぎ
てしまい、結晶成長速度が低くなるほか、均一な粒径が
得られなくなるといった問題がある。
に含まれる水素の役目は重要であり、基本的にはシリコ
ンのダングリングボンド同士の結合とシリコン−水素間
の結合解離に伴うシリコン間の結合により結晶化が進む
ものと考えられる。シリコンのダングリングボンド同士
の結合が優位の場合、各所で核発生が起こり、最終的に
大きな結晶粒径の多結晶シリコン膜が得られなくなって
しまう。逆に、シリコン−水素間の結合が優位の場合に
は均一な結晶粒径のものが得られなくなってしまう。こ
のため、膜中の水素濃度の影響は大きく、非晶質シリコ
ン膜中の水素濃度を所定の範囲とすることにより、均一
かつ結晶粒径の大きな多結晶シリコン膜を得ることがで
きる。特に、膜中の水素濃度が ４×１０１９よりも小
さいと大粒径のものが得られず、逆に ４×１０２０よ
りも大きいとシリコン原子間の平均距離が長くなりすぎ
てしまい、結晶成長速度が低くなるほか、均一な粒径が
得られなくなるといった問題がある。
【００１４】本発明で規定した水素濃度を有する非晶質
シリコン膜は、種々の方法で成膜することができるが、
特にシランを用いて水素添加のもとに減圧ＣＶＤ法で成
膜する方法か、もしくはジシランを用いて成膜温度４４
０ 〜５１０ ℃で減圧ＣＶＤ法で成膜する方法が有効
である。
シリコン膜は、種々の方法で成膜することができるが、
特にシランを用いて水素添加のもとに減圧ＣＶＤ法で成
膜する方法か、もしくはジシランを用いて成膜温度４４
０ 〜５１０ ℃で減圧ＣＶＤ法で成膜する方法が有効
である。
【００１５】多結晶シリコンはその結晶粒径に比例して
移動度が向上するため、本発明によって結晶粒径の大き
な多結晶シリコンを基板上に形成することにより、高性
能な薄膜トランジスタを得ることができる。
移動度が向上するため、本発明によって結晶粒径の大き
な多結晶シリコンを基板上に形成することにより、高性
能な薄膜トランジスタを得ることができる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は基
板１上に多結晶シリコン膜２を形成してなる薄膜トラン
ジスタの一部断面を示すもので、その製作手順は図２に
示す通りである。まず、図２中（ａ）に示すように、石
英基板１上に非晶質シリコン膜２′を形成する。そして
図中（ｂ）に示すように、この非晶質シリコン膜２′を
アニールして多結晶シリコン膜２とする。次に図中（ｃ
）に示すように、これを島状にパターニングし、この上
に多結晶シリコン膜２の熱酸化膜よりなるゲート絶縁層
３を成膜し、ついでゲート電極部４を形成する。そして
図中（ｄ）に示すように、ソースコンタクト部２ａおよ
びドレインコンタクト部２ｂにイオン注入し、ついで（
ｅ）に示すように層間絶縁膜５を形成し、ソースコンタ
クト部２ａおよびドレインコンタクト部２ｂの上にそれ
ぞれコンタクトホール３ａ、３ｂを形成する。そして図
中（ｆ）に示すように、金属配線６の成膜およびパター
ニングを行って薄膜トランジスタを形成するものである
。
板１上に多結晶シリコン膜２を形成してなる薄膜トラン
ジスタの一部断面を示すもので、その製作手順は図２に
示す通りである。まず、図２中（ａ）に示すように、石
英基板１上に非晶質シリコン膜２′を形成する。そして
図中（ｂ）に示すように、この非晶質シリコン膜２′を
アニールして多結晶シリコン膜２とする。次に図中（ｃ
）に示すように、これを島状にパターニングし、この上
に多結晶シリコン膜２の熱酸化膜よりなるゲート絶縁層
３を成膜し、ついでゲート電極部４を形成する。そして
図中（ｄ）に示すように、ソースコンタクト部２ａおよ
びドレインコンタクト部２ｂにイオン注入し、ついで（
ｅ）に示すように層間絶縁膜５を形成し、ソースコンタ
クト部２ａおよびドレインコンタクト部２ｂの上にそれ
ぞれコンタクトホール３ａ、３ｂを形成する。そして図
中（ｆ）に示すように、金属配線６の成膜およびパター
ニングを行って薄膜トランジスタを形成するものである
。
【００１７】このような薄膜トランジスタにおいて、多
結晶シリコン膜２を形成するにあたって、まず石英基板
１上に以下に示す種々の方法で膜厚２０００オングスト
ロームの非晶質膜を形成した。すなわち、実施例１、２
として、 １００％シランに水素をそれぞれ分圧比１：
１ 、１：４ となるように添加して ５５０℃にて減
圧ＣＶＤ法により非晶質膜を形成し、実施例３、４、５
として、 １００％ジシランを用いて温度条件をそれぞ
れ ５００℃、 ４７０℃、 ４４０℃にして減圧ＣＶ
Ｄ法により非晶質膜を形成した。また、比較例１として
、 １００％シランを用いて水素を添加せず ５５０℃
にて減圧ＣＶＤ法により非晶質膜を形成し、比較例２と
して、シランに水素を添加して ３００℃にてプラズマ
ＣＶＤ法により非晶質膜を形成した。
結晶シリコン膜２を形成するにあたって、まず石英基板
１上に以下に示す種々の方法で膜厚２０００オングスト
ロームの非晶質膜を形成した。すなわち、実施例１、２
として、 １００％シランに水素をそれぞれ分圧比１：
１ 、１：４ となるように添加して ５５０℃にて減
圧ＣＶＤ法により非晶質膜を形成し、実施例３、４、５
として、 １００％ジシランを用いて温度条件をそれぞ
れ ５００℃、 ４７０℃、 ４４０℃にして減圧ＣＶ
Ｄ法により非晶質膜を形成した。また、比較例１として
、 １００％シランを用いて水素を添加せず ５５０℃
にて減圧ＣＶＤ法により非晶質膜を形成し、比較例２と
して、シランに水素を添加して ３００℃にてプラズマ
ＣＶＤ法により非晶質膜を形成した。
【００１８】このようにして形成した非晶質膜の水素濃
度を２次質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定するととも
に、非晶質膜を ６００℃、２４時間の同一条件でアニ
ールして多結晶シリコン膜としたときの最終結晶粒径を
透過電子顕微鏡により調べた。さらに、それぞれの多結
晶シリコン膜を用いて図１に示すような薄膜トランジス
タを製作し、その電子移動度を測定した。これらの結果
を表１に示す。
度を２次質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定するととも
に、非晶質膜を ６００℃、２４時間の同一条件でアニ
ールして多結晶シリコン膜としたときの最終結晶粒径を
透過電子顕微鏡により調べた。さらに、それぞれの多結
晶シリコン膜を用いて図１に示すような薄膜トランジス
タを製作し、その電子移動度を測定した。これらの結果
を表１に示す。
【００１９】
表１から明らかなように、非晶質シリコンをアニー
ルして多結晶化する場合、非晶質膜中の水素濃度が少な
すぎても多すぎてもアニール後の結晶粒径は大きくなら
ず、最適な水素濃度は ４×１０１９〜 ４×１０２０
ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ と考えられる。このような非晶
質膜から形成された多結晶膜は十分結晶粒径が大きく、
この結晶粒径に比例して移動度が向上するため、高性能
な薄膜トランジスタを得ることができる。
ルして多結晶化する場合、非晶質膜中の水素濃度が少な
すぎても多すぎてもアニール後の結晶粒径は大きくなら
ず、最適な水素濃度は ４×１０１９〜 ４×１０２０
ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ と考えられる。このような非晶
質膜から形成された多結晶膜は十分結晶粒径が大きく、
この結晶粒径に比例して移動度が向上するため、高性能
な薄膜トランジスタを得ることができる。
【００２０】また、上述の最適な水素濃度範囲にある非
晶質膜は、シランに水素を添加して成膜したり、ジシラ
ンガスを用いて減圧ＣＶＤ法で成膜することによって得
られるが、この方法による成膜は反応に伴い還元性の水
素原子の量が多く発生するため、基板表面のクリーニン
グ効果があり、シランガスのみで非晶質シリコンを成膜
したものと比べて基板界面での結晶核発生頻度を低く抑
えられるという利点も有する。
晶質膜は、シランに水素を添加して成膜したり、ジシラ
ンガスを用いて減圧ＣＶＤ法で成膜することによって得
られるが、この方法による成膜は反応に伴い還元性の水
素原子の量が多く発生するため、基板表面のクリーニン
グ効果があり、シランガスのみで非晶質シリコンを成膜
したものと比べて基板界面での結晶核発生頻度を低く抑
えられるという利点も有する。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたように、非晶質シリコンをア
ニールして大粒径の多結晶シリコンを形成する場合、非
晶質シリコン膜中の水素濃度を制御することにより大粒
径の多結晶シリコンを形成することが可能となり、した
がって移動度の向上した高性能な薄膜トランジスタを得
ることができる。
ニールして大粒径の多結晶シリコンを形成する場合、非
晶質シリコン膜中の水素濃度を制御することにより大粒
径の多結晶シリコンを形成することが可能となり、した
がって移動度の向上した高性能な薄膜トランジスタを得
ることができる。
【図１】本発明にかかる多結晶シリコンを形成した薄膜
トランジスタの構成を示す断面図である。
トランジスタの構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す薄膜トランジスタの製作過程を説明
する断面図である。
する断面図である。
１………基板
２………多結晶シリコン膜
２′……非晶質シリコン膜
２ａ……ソースコンタクト部
２ｂ……ドレインコンタクト部
３………ゲート絶縁層
３ａ、３ｂ…コンタクトホール
４………ゲート電極部
５………層間絶縁膜
６………金属配線
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上に形成した非晶質シリコン膜を
アニールすることによって多結晶シリコン膜を形成する
薄膜トランジスタの製造方法において、上記非晶質シリ
コン膜の水素濃度を ４×１０１９〜 ４×１０２０
ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ の範囲とすることを特徴とする薄
膜トランジスタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7610091A JPH04311038A (ja) | 1991-04-09 | 1991-04-09 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7610091A JPH04311038A (ja) | 1991-04-09 | 1991-04-09 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04311038A true JPH04311038A (ja) | 1992-11-02 |
Family
ID=13595456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7610091A Pending JPH04311038A (ja) | 1991-04-09 | 1991-04-09 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04311038A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05243576A (ja) * | 1992-02-28 | 1993-09-21 | Casio Comput Co Ltd | 半導体装置 |
| US6750086B2 (en) | 1997-03-28 | 2004-06-15 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor device having a semiconductor thin film containing low concentration of unbound hydrogen atoms and method of manufacturing the same |
-
1991
- 1991-04-09 JP JP7610091A patent/JPH04311038A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05243576A (ja) * | 1992-02-28 | 1993-09-21 | Casio Comput Co Ltd | 半導体装置 |
| US6750086B2 (en) | 1997-03-28 | 2004-06-15 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor device having a semiconductor thin film containing low concentration of unbound hydrogen atoms and method of manufacturing the same |
| US7045818B2 (en) | 1997-03-28 | 2006-05-16 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor device and method of manufacturing the same comprising thin film containing low concentration of hydrogen |
| KR100676330B1 (ko) * | 1997-03-28 | 2007-08-16 | 산요덴키가부시키가이샤 | 반도체장치,반도체장치의제조방법및박막트랜지스터의제조방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20001121 |