JPH06177155A - Formation of semiconductor thin film and fabrication of mos transistor - Google Patents
Formation of semiconductor thin film and fabrication of mos transistorInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体薄膜の形成方法
及びMOS型トランジスタの作製方法に関する。かかる
MOS型トランジスタは、液晶表示装置の画素駆動素子
若しくは周辺素子又は負荷素子型のスタティックランダ
ムアクセスメモリ(SRAM)の負荷素子として用いる
ことができる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a semiconductor thin film and a method for manufacturing a MOS type transistor. Such a MOS transistor can be used as a pixel driving element or a peripheral element of a liquid crystal display device or a load element of a load element type static random access memory (SRAM).
【0002】[0002]
【従来の技術】多結晶シリコンあるいはアモルファス状
シリコンから成る薄膜(以下、単に半導体薄膜ともい
う)を用いた薄膜トランジスタ(以下、TFTと略す)
を負荷素子に用いた積層型SRAMが提案されている。
また、TFTは、液晶表示装置の画素駆動素子あるいは
周辺素子にも使用されている。オン電流特性、サブスレ
ッショールド特性、オン/オフ電流比等に高性能を要求
されるTFTにおいては、通常、多結晶シリコン薄膜が
用いられる。2. Description of the Related Art A thin film transistor (hereinafter abbreviated as TFT) using a thin film made of polycrystalline silicon or amorphous silicon (hereinafter also simply referred to as a semiconductor thin film).
There has been proposed a stacked SRAM using a load element as a load element.
The TFT is also used as a pixel driving element or a peripheral element of a liquid crystal display device. A polycrystalline silicon thin film is usually used in a TFT that requires high performance in on-current characteristics, subthreshold characteristics, on / off current ratio, and the like.
【0003】ところで、半導体薄膜中には、単結晶シリ
コン中よりも、シリコン原子の未結合手が高密度に存在
し、それらがTFTのオフ時におけるリーク電流発生の
原因となり、TFTのオン時における動作速度の低下の
原因ともなっている。従って、TFTの特性を向上させ
るためには、シリコン原子の未結合手密度を低くするこ
とが重要な課題である。By the way, in the semiconductor thin film, dangling bonds of silicon atoms are present at a higher density than in single crystal silicon, which causes generation of leakage current when the TFT is turned off and when the TFT is turned on. It is also a cause of a decrease in operating speed. Therefore, in order to improve the characteristics of the TFT, it is an important issue to reduce the density of dangling bonds of silicon atoms.
【0004】半導体薄膜中のシリコン原子の未結合手を
減少させるために、水素化と呼ばれる処理を通常行う。
この水素化処理は、水素ドーピングによってシリコン原
子の未結合手に水素を結合させる処理である。より具体
的には、水素を含むシリコン系ガス(例えばSiH4、
Si2H6等)をプラズマ中で分解して多結晶シリコンあ
るいはアモルファス状シリコンから成る薄膜を堆積させ
つつ、かかる薄膜中に水素を導入する。In order to reduce dangling bonds of silicon atoms in a semiconductor thin film, a treatment called hydrogenation is usually performed.
This hydrogenation treatment is a treatment for bonding hydrogen to dangling bonds of silicon atoms by hydrogen doping. More specifically, a silicon-based gas containing hydrogen (for example, SiH 4 ,
Si 2 H 6 etc.) is decomposed in plasma to deposit a thin film made of polycrystalline silicon or amorphous silicon, and hydrogen is introduced into the thin film.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】半導体薄膜に導入され
た水素原子は400゜C程度の低温アニールにおいても
容易にシリコン原子から脱離する。そのため、水素化処
理以降の各種熱処理、例えばソース・ドレイン領域の抵
抗を低下させて電流駆動能力を向上させるためのソース
・ドレイン領域の活性化アニールにおいて、シリコン原
子の未結合手と結合している水素原子はシリコン原子か
ら容易に脱離してしまう。その結果、TFTの特性が著
しく低下するという問題がある。The hydrogen atoms introduced into the semiconductor thin film are easily desorbed from the silicon atoms even in the low temperature annealing of about 400 ° C. Therefore, in various heat treatments after the hydrogenation treatment, for example, in the activation annealing of the source / drain regions for lowering the resistance of the source / drain regions and improving the current driving capability, they are bonded to dangling bonds of silicon atoms. Hydrogen atoms are easily desorbed from silicon atoms. As a result, there is a problem that the characteristics of the TFT are significantly deteriorated.
【0006】この問題に対処するためにソース・ドレイ
ン領域の活性化アニール時間を短くして、水素の脱離量
を低減させる方法が考えられるが、シリコン中における
水素の拡散速度が早いため、水素の脱離量を低減させる
ことは困難であり、TFTの特性低下を効果的に抑制す
ることができない。To address this problem, a method of shortening the activation annealing time of the source / drain regions to reduce the amount of desorbed hydrogen can be considered. However, since the diffusion rate of hydrogen in silicon is high, It is difficult to reduce the amount of desorption, and it is not possible to effectively suppress the deterioration of the characteristics of the TFT.
【0007】また、水素の拡散を抑制する窒化シリコン
膜を半導体薄膜表面に形成することによって、水素の脱
離を防止する方法も考えられるが、半導体薄膜表面に窒
化シリコン膜が形成されていない露出した半導体薄膜領
域が存在している場合、かかる領域を通して水素が脱離
するという問題がある。Further, a method of preventing the desorption of hydrogen by forming a silicon nitride film for suppressing the diffusion of hydrogen on the surface of the semiconductor thin film is conceivable. However, the exposed surface where the silicon nitride film is not formed on the surface of the semiconductor thin film. If the semiconductor thin film region exists, there is a problem that hydrogen is desorbed through the region.
【0008】従って、本発明の第1の目的は、ソース・
ドレイン領域の活性化アニール等の熱処理においても水
素が脱離しない半導体薄膜の形成方法を提供することに
ある。Therefore, the first object of the present invention is to
Another object of the present invention is to provide a method for forming a semiconductor thin film in which hydrogen is not desorbed even in heat treatment such as activation annealing of the drain region.
【0009】更に、本発明の第2の目的は、ソース・ド
レイン領域の活性化アニール等の熱処理においても水素
が脱離しない半導体薄膜の形成方法を含むMOS型トラ
ンジスタの作製方法を提供することにある。A second object of the present invention is to provide a method for manufacturing a MOS type transistor including a method for forming a semiconductor thin film in which hydrogen is not desorbed even in a heat treatment such as activation annealing of source / drain regions. is there.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体薄膜の形
成方法は、上記の第1の目的を達成するために、(イ)
トランジスタのチャネル領域及びソース・ドレイン領域
を形成するための半導体薄膜を絶縁基板上に形成する工
程と、(ロ)この半導体薄膜を窒素及び水素を成分とす
るガス中で熱処理する工程、から成る。The method for forming a semiconductor thin film according to the present invention has the following objectives (a):
The method includes the steps of forming a semiconductor thin film for forming a channel region and source / drain regions of a transistor on an insulating substrate, and (b) heat treating the semiconductor thin film in a gas containing nitrogen and hydrogen as components.
【0011】半導体薄膜は、多結晶シリコンあるいは非
結晶シリコンから成る。熱処理は、480〜1050゜
C、5〜10秒の条件で行うことが望ましい。The semiconductor thin film is made of polycrystalline silicon or amorphous silicon. The heat treatment is preferably performed under the conditions of 480 to 1050 ° C. and 5 to 10 seconds.
【0012】本発明の半導体薄膜の形成方法において
は、前記ガスは、NH3あるいはアンモニア水蒸気であ
ることが好ましい。また、前記(イ)の工程の後であっ
て(ロ)の工程の前に、絶縁基板上に形成された半導体
薄膜を所定の形状にパターニングする工程を含ませるこ
とができる。更に、前記(イ)の工程の前に、絶縁基板
上に酸化膜あるいは層間絶縁層を形成し、この酸化膜あ
るいは層間絶縁層を窒素及び水素を成分とするガス中で
予備熱処理する工程を含ませることもできる。In the method of forming a semiconductor thin film of the present invention, the gas is preferably NH 3 or ammonia vapor. Further, a step of patterning the semiconductor thin film formed on the insulating substrate into a predetermined shape can be included after the step (a) and before the step (b). Further, before the step (a), a step of forming an oxide film or an interlayer insulating layer on the insulating substrate and preliminarily heat treating the oxide film or the interlayer insulating layer in a gas containing nitrogen and hydrogen is included. It can also be done.
【0013】本発明のMOS型トランジスタの作製方法
の第1の態様は、上記の第2の目的を達成するために、
(イ)トランジスタのチャネル領域及びソース・ドレイ
ン領域を形成するための半導体薄膜を絶縁基板上に形成
する工程と、(ロ)この半導体薄膜を窒素及び水素を成
分とするガス中で熱処理する工程と、(ハ)この半導体
薄膜にチャネル領域及びソース・ドレイン領域を形成す
る工程、から成る。The first aspect of the method of manufacturing a MOS transistor of the present invention is to achieve the above second object,
(A) a step of forming a semiconductor thin film for forming a channel region and a source / drain region of a transistor on an insulating substrate; and (b) a step of heat-treating this semiconductor thin film in a gas containing nitrogen and hydrogen as components. (C) A step of forming a channel region and source / drain regions in this semiconductor thin film.
【0014】更に、本発明のMOS型トランジスタの作
製方法の第2の態様は、上記の第2の目的を達成するた
めに、(イ)トランジスタのチャネル領域及びソース・
ドレイン領域を形成するための半導体薄膜を絶縁基板上
に形成する工程と、(ロ)この半導体薄膜にチャネル領
域及びソース・ドレイン領域を形成する工程と、(ハ)
この半導体薄膜を窒素及び水素を成分とするガス中で熱
処理する工程、から成る。Further, in order to achieve the above-mentioned second object, the second aspect of the method for manufacturing a MOS transistor of the present invention is (a) the channel region and source / source of the transistor.
A step of forming a semiconductor thin film for forming a drain region on an insulating substrate, (b) a step of forming a channel region and source / drain regions in the semiconductor thin film, and (c)
This semiconductor thin film is heat-treated in a gas containing nitrogen and hydrogen as components.
【0015】本発明のMOS型トランジスタの作製方法
の第1又は第2の態様においては、前記ガスは、NH3
であることが望ましい。また、前記(イ)の工程の後で
あって(ロ)の工程の前に、絶縁基板上に形成された半
導体薄膜を所定の形状にパターニングする工程を含ませ
ることができる。In the first or second aspect of the method for producing a MOS transistor of the present invention, the gas is NH 3
Is desirable. Further, a step of patterning the semiconductor thin film formed on the insulating substrate into a predetermined shape can be included after the step (a) and before the step (b).
【0016】半導体薄膜は、多結晶シリコンあるいは非
結晶シリコンから成る。熱処理は、480〜1050゜
C、5〜10秒の条件で行うことが望ましい。The semiconductor thin film is made of polycrystalline silicon or amorphous silicon. The heat treatment is preferably performed under the conditions of 480 to 1050 ° C. and 5 to 10 seconds.
【0017】MOS型トランジスタとして、液晶表示装
置の画素駆動素子若しくは周辺素子又は負荷素子型のS
RAM、あるいは所謂MOSトランジスタを例示するこ
とができる。As a MOS transistor, a pixel drive element or a peripheral element of a liquid crystal display device or a load element type S transistor.
A RAM or a so-called MOS transistor can be exemplified.
【0018】[0018]
【作用】水素を含んだ半導体薄膜に活性化アニール処理
等を施したとき半導体薄膜から水素が脱離する理由とし
て、シリコン中の水素が低温においても大きな拡散係数
を有していること、活性化アニールにおける雰囲気中の
水素濃度がシリコン中の水素濃度よりも低いことが挙げ
られる。[Function] The reason why hydrogen is desorbed from the semiconductor thin film when the semiconductor thin film containing hydrogen is subjected to activation annealing treatment is that hydrogen in silicon has a large diffusion coefficient even at a low temperature. The hydrogen concentration in the atmosphere during annealing is lower than the hydrogen concentration in silicon.
【0019】一方、窒化シリコン中の水素の拡散係数は
シリコン中の水素の拡散係数よりも小さいことが知られ
ている。On the other hand, it is known that the diffusion coefficient of hydrogen in silicon nitride is smaller than the diffusion coefficient of hydrogen in silicon.
【0020】本発明の半導体薄膜の形成方法あるいはM
OS型トランジスタの作製方法においては、半導体薄膜
を窒素及び水素を成分とするガス中で熱処理する。その
結果、半導体薄膜の表面には窒化膜が形成され、更に
は、熱処理時に用いられるガスから水素が半導体薄膜に
供給され、しかも、シリコン中の水素濃度よりも熱処理
時の雰囲気の水素濃度の方が高い。これによって、半導
体薄膜からの水素の脱離を極めて効果的に抑制すること
ができる。The method of forming a semiconductor thin film of the present invention or M
In the method for manufacturing an OS transistor, the semiconductor thin film is heat-treated in a gas containing nitrogen and hydrogen as components. As a result, a nitride film is formed on the surface of the semiconductor thin film, moreover hydrogen is supplied to the semiconductor thin film from the gas used during the heat treatment, and the hydrogen concentration in the atmosphere during the heat treatment is higher than that in the silicon. Is high. Thereby, desorption of hydrogen from the semiconductor thin film can be suppressed very effectively.
【0021】[0021]
【実施例】以下、図面を参照して、本発明を実施例に基
づき説明する。尚、図面は、半導体薄膜の形成工程及び
MOS型トランジスタの作製方法を説明するための模式
的な一部断面図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described based on embodiments with reference to the drawings. In addition, the drawings are schematic partial cross-sectional views for explaining a process of forming a semiconductor thin film and a method of manufacturing a MOS transistor.
【0022】(実施例−1)実施例−1は、本発明の半
導体薄膜の形成方法、及びMOS型トランジスタの作製
方法の第1の態様を、トップゲート型p型薄膜トランジ
スタの製造に適用した例である。以下、図1を参照して
実施例−1を説明する。(Example 1) Example 1 is an example in which the first aspect of the method for forming a semiconductor thin film and the method for producing a MOS transistor of the present invention is applied to the manufacture of a top-gate p-type thin film transistor. Is. Hereinafter, Example-1 will be described with reference to FIG.
【0023】[工程−100]先ず、石英から成る絶縁
基板10の上に全面に、非晶質シリコンあるいは多結晶
シリコンから成り厚さ約40nmの半導体薄膜12を従
来のCVD法で堆積させる(図1の(A)参照)。尚、
この半導体薄膜12に、後の工程でチャネル領域及びソ
ース・ドレイン領域が形成される。[Step-100] First, a semiconductor thin film 12 made of amorphous silicon or polycrystalline silicon and having a thickness of about 40 nm is deposited on the entire surface of the insulating substrate 10 made of quartz by a conventional CVD method (see FIG. (See (A) of 1). still,
A channel region and source / drain regions are formed in the semiconductor thin film 12 in a later step.
【0024】[工程−110]次に、フォトリソグラフ
ィ技術及び気相エッチング技術によって、半導体薄膜1
2をパターニングして、所定の形状とする(図1の
(B)参照)。[Step-110] Next, the semiconductor thin film 1 is formed by photolithography and vapor phase etching.
2 is patterned into a predetermined shape (see FIG. 1B).
【0025】[工程−120]次いで、半導体薄膜12
を窒素及び水素を成分とするガス(例えばNH3ガス)
中で熱処理する。熱処理の条件を、例えば以下のとおり
とすることができる。 NH3流量 : 1〜3リットル/分 温度 : 480〜1050゜C 時間 : 10秒 これによって、側面を含め半導体薄膜12の表面に窒化
シリコン膜14が形成される(図1の(C)参照)。こ
の工程において、水素が半導体薄膜12中に含まれる。
即ち、所謂水素ドーピングが行われ、これによって、半
導体薄膜中のシリコンの未結合手に水素が結合する。し
かも、窒化シリコン膜14が形成されるので、後の工程
で活性化アニール処理を行ったとき、シリコン原子から
の水素原子の脱離を効果的に抑制し得る。また、半導体
薄膜12の側面にも窒化シリコン膜14が形成されるの
で、後の工程で活性化アニールを行ったとき、半導体薄
膜12の側面から水素が脱離することを効果的に抑制す
ることができる。[Step-120] Next, the semiconductor thin film 12
A gas containing nitrogen and hydrogen as components (for example, NH 3 gas)
Heat treatment in. The conditions of the heat treatment can be set as follows, for example. NH 3 flow rate: 1 to 3 liters / minute Temperature: 480 to 1050 ° C. Time: 10 seconds As a result, the silicon nitride film 14 is formed on the surface of the semiconductor thin film 12 including the side surfaces (see FIG. 1C). . In this step, hydrogen is contained in the semiconductor thin film 12.
That is, so-called hydrogen doping is performed, and thereby hydrogen is bonded to dangling bonds of silicon in the semiconductor thin film. Moreover, since the silicon nitride film 14 is formed, the desorption of hydrogen atoms from silicon atoms can be effectively suppressed when the activation annealing treatment is performed in a later step. Further, since the silicon nitride film 14 is also formed on the side surface of the semiconductor thin film 12, it is possible to effectively suppress the desorption of hydrogen from the side surface of the semiconductor thin film 12 when activation annealing is performed in a later step. You can
【0026】[工程−130]その後、半導体薄膜12
の上に厚さ30nmのSiO2から成るゲート酸化膜1
6を堆積させ、更に、ゲート酸化膜16の上に非晶質シ
リコン層又は多結晶シリコン層を100nm堆積させ、
フォトリソグラフィ法及び気相エッチング法によって、
非晶質シリコン層又は多結晶シリコン層をパターニング
して、ゲート電極18を形成する(図1の(D)参
照)。[Step-130] After that, the semiconductor thin film 12
Gate oxide film 1 made of SiO 2 and having a thickness of 30 nm
6 is further deposited, and further, an amorphous silicon layer or a polycrystalline silicon layer is deposited to 100 nm on the gate oxide film 16,
By photolithography method and vapor phase etching method,
The amorphous silicon layer or the polycrystalline silicon layer is patterned to form the gate electrode 18 (see FIG. 1D).
【0027】[工程−140]そして、レジストマスク
を利用して、イオン注入を行い、半導体薄膜12にソー
ス・ドレイン領域20を形成する。イオン注入の条件
を、例えば以下のとおりとすることができる。 イオン種 : Bイオン 注入エネルギー: 10 keV ドーズ量 : 3×1015/cm2 あるいは、 イオン種 : BF2イオン 注入エネルギー: 35 keV ドーズ量 : 3×1015/cm2 これによって、チャネル領域も形成される。[Step-140] Then, ion implantation is performed using the resist mask to form the source / drain regions 20 in the semiconductor thin film 12. The conditions of ion implantation can be set as follows, for example. Ion species: B ions Implantation energy: 10 keV Dose amount: 3 × 10 15 / cm 2 or Ion species: BF 2 ions Implantation energy: 35 keV Dose amount: 3 × 10 15 / cm 2 This also forms a channel region. To be done.
【0028】[工程−150]次に、例えば、電気炉を
用いてソース・ドレイン領域20の活性化アニールを行
う。活性化アニールの条件を、例えば、 温度:900゜C 時間:20分 とすることができる。あるいは又、RTA(Rapid Ther
mal Annealing)法にて、1100゜C×10秒程度の
活性化アニールとすることもできる。[Step-150] Next, for example, activation annealing of the source / drain regions 20 is performed using an electric furnace. The conditions of activation annealing can be, for example, temperature: 900 ° C. time: 20 minutes. Alternatively, RTA (Rapid Ther
It is also possible to carry out activation annealing at 1100 ° C. for about 10 seconds by the mal annealing method.
【0029】半導体薄膜12の側面を含む表面には窒化
シリコン膜14が形成されているので、活性化アニール
によって、半導体薄膜12中から水素が脱離することを
効果的に抑制することができる。Since the silicon nitride film 14 is formed on the surface including the side surface of the semiconductor thin film 12, it is possible to effectively suppress the desorption of hydrogen from the semiconductor thin film 12 by the activation annealing.
【0030】[工程−160]その後、層間絶縁層22
としてSi3N4層を100nm、PSG層を150〜2
00nm全面に堆積させ、層間絶縁層22に開口部をR
IE法にて形成し、かかる開口部及び層間絶縁層22上
に金属配線材料をスパッタ法で形成し、次いで、金属配
線材料をパターニングして配線層24を形成する(図1
の(E)参照)。こうして、トップゲート型薄膜p型ト
ランジスタから成るMOS型トランジスタを完成させ
る。尚、図1の(E)において、窒化シリコン膜14の
図示を省略した。[Step-160] After that, the interlayer insulating layer 22
As a Si 3 N 4 layer of 100 nm and a PSG layer of 150 to 2
00 nm is deposited on the entire surface, and an opening is formed in the interlayer insulating layer 22 by R
It is formed by the IE method, a metal wiring material is formed on the opening and the interlayer insulating layer 22 by the sputtering method, and then the metal wiring material is patterned to form the wiring layer 24 (FIG. 1).
(E)). In this way, a MOS transistor composed of a top gate thin film p-type transistor is completed. The silicon nitride film 14 is not shown in FIG.
【0031】(実施例−2)実施例−2は、本発明の半
導体薄膜の形成方法、及びMOS型トランジスタの作製
方法の第2の態様を、ボトムゲート型p型薄膜トランジ
スタの製造に適用した例である。以下、図2及び図3を
参照して実施例−2を説明する。(Example-2) Example-2 is an example in which the second aspect of the method for forming a semiconductor thin film and the method for producing a MOS transistor of the present invention is applied to the production of a bottom-gate p-type thin film transistor. Is. Example-2 will be described below with reference to FIGS. 2 and 3.
【0032】[工程−200]絶縁基板10上に、半導
体薄膜を形成する。そのために、先ず、石英から成る絶
縁基板10の上に、従来の方法に基づき、非晶質シリコ
ン層又は多結晶シリコン層を厚さ100nm堆積させ、
フォトリソグラフィ技術及び気相エッチング技術によっ
てゲート電極18を形成する。次に、全面にSiO2か
ら成るゲート酸化膜16を、通常の方法にて、厚さ30
nm堆積させる。こうして、図2の(A)に模式的な一
部断面図で示す構造を得ることができる。[Step-200] A semiconductor thin film is formed on the insulating substrate 10. For that purpose, first, an amorphous silicon layer or a polycrystalline silicon layer is deposited to a thickness of 100 nm on an insulating substrate 10 made of quartz by a conventional method,
The gate electrode 18 is formed by the photolithography technique and the vapor phase etching technique. Next, a gate oxide film 16 made of SiO 2 is formed on the entire surface in a thickness of 30 by a usual method.
nm deposition. Thus, the structure shown in the schematic partial cross-sectional view of FIG. 2A can be obtained.
【0033】[工程−210]次いで、ゲート酸化膜1
6(酸化膜)を窒素及び水素を成分とするガス(例えば
NH3ガス)中で予備熱処理する(図2の(B)参
照)。予備熱処理の条件を、例えば以下のとおりとする
ことができる。 NH3流量 : 1〜3リットル/分 温度 : 480〜1050゜C 時間 : 10秒 これによって、酸化膜の表面に窒化シリコン膜14Aが
形成され、後の工程において、半導体薄膜を熱処理した
とき、酸化膜を介して水素が半導体薄膜から脱離するこ
とを効果的に抑制し得る。[Step-210] Next, the gate oxide film 1
6 (oxide film) is preheated in a gas containing nitrogen and hydrogen (for example, NH 3 gas) (see FIG. 2B). The conditions of the preliminary heat treatment can be set as follows, for example. NH 3 flow rate: 1 to 3 liters / minute Temperature: 480 to 1050 ° C. time: 10 seconds As a result, the silicon nitride film 14A is formed on the surface of the oxide film, and when the semiconductor thin film is heat-treated in a later step, it is oxidized. Desorption of hydrogen from the semiconductor thin film via the film can be effectively suppressed.
【0034】[工程−220]次に、全面に非晶質シリ
コンあるいは多結晶シリコンから成る半導体薄膜12
を、従来のCVD法で堆積させる(図2の(C)参
照)。半導体薄膜12の厚さを、例えば40nmとす
る。尚、この半導体薄膜12に、後の工程でチャネル領
域及びソース・ドレイン領域が形成される。[Step-220] Next, the semiconductor thin film 12 made of amorphous silicon or polycrystalline silicon is formed on the entire surface.
Are deposited by a conventional CVD method (see FIG. 2C). The thickness of the semiconductor thin film 12 is, eg, 40 nm. A channel region and source / drain regions are formed in the semiconductor thin film 12 in a later step.
【0035】[工程−230]次に、フォトリソグラフ
ィ技術及び気相エッチング技術によって、半導体薄膜1
2をパターニングして、所定の形状とする(図2の
(D)参照)。[Step-230] Next, the semiconductor thin film 1 is formed by photolithography and vapor phase etching.
2 is patterned into a predetermined shape (see FIG. 2D).
【0036】[工程−240]そして、レジストマスク
を利用して、イオン注入を行い、半導体薄膜12にソー
ス・ドレイン領域20を形成し、併せて、チャネル領域
も形成する。イオン注入の条件を、実施例−1と同様の
条件とすることができる。[Step-240] Then, using the resist mask, ion implantation is performed to form the source / drain regions 20 in the semiconductor thin film 12, and also form the channel region. The conditions for ion implantation can be the same as in Example-1.
【0037】[工程−250]次いで、半導体薄膜12
を窒素及び水素を成分とするガス(例えばNH3ガス)
中で熱処理する。熱処理の条件を、例えば以下のとおり
とすることができる。尚、この熱処理は、ソース・ドレ
イン領域の活性化アニールを兼ねている。 NH3流量 : 1〜3リットル/分 温度 : 480〜1050゜C 時間 : 10秒 これによって、側面を含めた半導体薄膜12の表面に窒
化シリコン膜14が形成される(図3の(A)参照)。
この工程において、水素が半導体薄膜12中に含まれ
る。即ち、所謂水素ドーピングが行われ、これによっ
て、半導体薄膜中のシリコンの未結合手に水素が結合す
る。しかも、窒化シリコン膜14が形成されるので、ソ
ース・ドレイン領域の活性化アニールを兼ねたこの熱処
理において、シリコン原子からの水素原子の脱離を効果
的に抑制し得る。[Step-250] Next, the semiconductor thin film 12
A gas containing nitrogen and hydrogen as components (for example, NH 3 gas)
Heat treatment in. The conditions of the heat treatment can be set as follows, for example. This heat treatment also serves as activation annealing for the source / drain regions. NH 3 flow rate: 1 to 3 liters / minute Temperature: 480 to 1050 ° C. time: 10 seconds As a result, the silicon nitride film 14 is formed on the surface of the semiconductor thin film 12 including the side surfaces (see FIG. 3A). ).
In this step, hydrogen is contained in the semiconductor thin film 12. That is, so-called hydrogen doping is performed, and thereby hydrogen is bonded to dangling bonds of silicon in the semiconductor thin film. Moreover, since the silicon nitride film 14 is formed, desorption of hydrogen atoms from silicon atoms can be effectively suppressed in this heat treatment which also serves as activation annealing of the source / drain regions.
【0038】また、半導体薄膜12の側面にも窒化シリ
コン膜14が形成されるので、この熱処理によって、半
導体薄膜12の側面から水素が脱離することを効果的に
抑制することができる。Further, since the silicon nitride film 14 is also formed on the side surface of the semiconductor thin film 12, this heat treatment can effectively suppress the desorption of hydrogen from the side surface of the semiconductor thin film 12.
【0039】[工程−260]その後、層間絶縁層22
を形成し、更に、配線層24を形成する(図3の(B)
参照)。こうして、トップゲート型薄膜p型トランジス
タから成るMOS型トランジスタを完成させる。尚、図
3の(B)において、窒化膜14,14Aの図示を省略
した。[Step-260] After that, the interlayer insulating layer 22
And the wiring layer 24 is further formed ((B) of FIG. 3).
reference). In this way, a MOS transistor composed of a top gate thin film p-type transistor is completed. The nitride films 14 and 14A are not shown in FIG. 3B.
【0040】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。実施例で説明した各種の数値、条件、トランジ
スタの構造等は例示であり、適宜変更することができ
る。石英から成る絶縁基板を例にとり実施例を説明した
が、シリコン基板とSiO2から成る酸化膜の組み合わ
せ、あるいはガラス基板、更に、シリコン基板上にトラ
ンジスタやキャパシタ等の素子を形成した後、その上に
Si3N4、SiO2、PSG等の層間絶縁層を形成し、
これを絶縁基材とすることもできる。The present invention has been described above based on the preferred embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments. The various numerical values, conditions, transistor structures, and the like described in the embodiments are examples, and can be changed as appropriate. Although the embodiments have been described by taking an insulating substrate made of quartz as an example, a combination of a silicon substrate and an oxide film made of SiO 2 or a glass substrate, and after forming elements such as transistors and capacitors on the silicon substrate, An interlayer insulating layer such as Si 3 N 4 , SiO 2 or PSG is formed on
This can also be used as an insulating base material.
【0041】例えば、実施例−1において、絶縁基板1
0上に半導体薄膜12を形成したが、場合によっては、
絶縁基板の上にプラズマCVD法等によってSiN膜を
形成し、その上に半導体薄膜12を形成することができ
る。あるいは又、絶縁基板が酸化膜や層間絶縁層から構
成されている場合、実施例−2で説明した予備熱処理を
絶縁基板の酸化膜や層間絶縁層に施すことが望ましい。For example, in Example-1, the insulating substrate 1
Although the semiconductor thin film 12 is formed on 0, in some cases,
A SiN film can be formed on the insulating substrate by a plasma CVD method or the like, and the semiconductor thin film 12 can be formed thereon. Alternatively, when the insulating substrate is composed of an oxide film or an interlayer insulating layer, it is desirable to apply the preliminary heat treatment described in Example-2 to the oxide film or the interlayer insulating layer of the insulating substrate.
【0042】また、例えば、実施例−2において、予備
熱処理を絶縁基板の酸化膜に施したが、その代わりに、
酸化膜等の表面にプラズマCVD法等によってSiN膜
を形成してもよい。Further, for example, in Example-2, the preliminary heat treatment was performed on the oxide film of the insulating substrate.
A SiN film may be formed on the surface of the oxide film by a plasma CVD method or the like.
【0043】更に、実施例−1及び実施例−2では、非
晶質シリコンあるいは多結晶シリコンの堆積によって半
導体薄膜を形成したが、非晶質シリコン層を絶縁基板上
に堆積させた後550〜800゜Cの温度で0.5〜2
0時間の熱処理を行う固相成長法によって結晶粒を成長
させて、多結晶シリコンから成る半導体薄膜を形成する
こともできる。Further, in Example-1 and Example-2, the semiconductor thin film was formed by depositing amorphous silicon or polycrystalline silicon. However, after depositing the amorphous silicon layer on the insulating substrate, 550-550. 0.5-2 at a temperature of 800 ° C
A semiconductor thin film made of polycrystalline silicon can be formed by growing crystal grains by a solid-phase growth method in which heat treatment is performed for 0 hours.
【0044】あるいは又、非晶質シリコン層の形成の代
わりに、全面に多結晶シリコン層をCVD法等で形成
し、次いで、かかる多結晶シリコン層にSiイオンをイ
オン注入して、多結晶シリコン層を非晶質シリコン層と
することにより、全面に非晶質シリコン層を形成する。
そして、前述した固相成長法によって、非晶質シリコン
層から結晶粒を成長させて、多結晶シリコンから成る半
導体薄膜を形成することもできる。この場合、イオン注
入の条件として、以下の条件を例示することができる。 注入エネルギー: 40keV ドーズ量 : 1×1013/cm2 イオン種 : SiAlternatively, instead of forming the amorphous silicon layer, a polycrystalline silicon layer is formed on the entire surface by a CVD method or the like, and then Si ions are ion-implanted into the polycrystalline silicon layer to form the polycrystalline silicon layer. By forming the layer as an amorphous silicon layer, an amorphous silicon layer is formed over the entire surface.
Then, crystal grains can be grown from the amorphous silicon layer by the solid phase growth method described above to form a semiconductor thin film made of polycrystalline silicon. In this case, the following conditions can be exemplified as the conditions for ion implantation. Implantation energy: 40 keV Dose amount: 1 × 10 13 / cm 2 Ion species: Si
【0045】更に、非晶質シリコン層中に結晶粒の成長
の種となる核を形成し、かかる種から結晶粒を固相成長
法により成長させることもできる。例えば、図4の
(A)に示すように、多結晶シリコン層30を形成した
後、シリコンイオンを低ドーズ量にてイオン注入し、そ
の後かかる多結晶シリコン層30上にレジストマスク3
2を形成する。そして、図4の(B)に示すように、レ
ジストマスク32で被覆されていない多結晶シリコン層
を高ドーズ量にてイオン注入する。これによって、レジ
ストマスクで被覆されていない多結晶シリコン層を非晶
質化する(図4の(C)参照)。この領域を図4の
(C)では34で示す。そして、レジストマスクで被覆
されていた多結晶シリコン層30を核として、固相成長
法により多結晶シリコンから成る半導体薄膜を形成す
る。あるいは、図5に示すように、非晶質シリコン層3
0の上にリソグラフィー技術を用いて遮光性マスク32
を形成し、かかる遮光性マスク32を用いて、非晶質シ
リコン層30にエキシマレーザ光を照射して核36を形
成することも可能である。Further, it is also possible to form nuclei as seeds for crystal grain growth in the amorphous silicon layer and grow crystal grains from such seeds by the solid phase growth method. For example, as shown in FIG. 4A, after the polycrystalline silicon layer 30 is formed, silicon ions are ion-implanted at a low dose, and then the resist mask 3 is formed on the polycrystalline silicon layer 30.
Form 2. Then, as shown in FIG. 4B, the polycrystalline silicon layer not covered with the resist mask 32 is ion-implanted at a high dose amount. As a result, the polycrystalline silicon layer not covered with the resist mask is made amorphous (see FIG. 4C). This area is indicated by 34 in FIG. Then, using the polycrystalline silicon layer 30 covered with the resist mask as a nucleus, a semiconductor thin film made of polycrystalline silicon is formed by a solid phase growth method. Alternatively, as shown in FIG. 5, the amorphous silicon layer 3
0 and a light-shielding mask 32 using a lithographic technique
It is also possible to form the nucleus 36 and form the nucleus 36 by irradiating the amorphous silicon layer 30 with excimer laser light using the light shielding mask 32.
【0046】MOS型トランジスタとして、トップゲー
ト型及びボトムゲート型薄膜p型トランジスタ以外に
も、トップゲート型薄膜n型トランジスタ、ボトムゲー
ト型薄膜n型トランジスタ等を例示することができる。
また、例えば、チャネル領域の上下にゲート電極を形成
した所謂XMOS型トランジスタにも本発明の半導体薄
膜の成形方法を適用することができる。そして、これら
のトランジスタを、液晶表示素子の画素駆動素子や周辺
素子として、あるいは負荷素子型SRAMの負荷素子と
して用いることができる。As the MOS type transistors, top gate type thin film n type transistors, bottom gate type thin film n type transistors and the like can be exemplified in addition to the top gate type and bottom gate type thin film p type transistors.
Further, for example, the method of forming a semiconductor thin film of the present invention can be applied to a so-called XMOS type transistor in which gate electrodes are formed above and below a channel region. Then, these transistors can be used as a pixel driving element or a peripheral element of a liquid crystal display element, or as a load element of a load element type SRAM.
【0047】[0047]
【発明の効果】本発明の半導体薄膜の形成方法によれ
ば、半導体薄膜を窒素及び水素を成分とするガス中で熱
処理する。これによって、半導体薄膜中に水素を導入で
きる。併せて、半導体薄膜表面に窒化膜を形成すること
ができ、しかも熱処理の雰囲気は水素リッチであるた
め、半導体薄膜からの水素の脱離を効果的に抑制するこ
とができる。また、本発明のMOS型トランジスタの作
製方法によれば、ソース・ドレイン領域の活性化アニー
ルの温度を高くすることが可能となり、トランジスタの
動作速度、立ち上がり特性、リーク電流特性の向上を図
ることができる。また、本発明の作製方法に基づきSR
AMの負荷素子を作製した場合、低消費電流を達成で
き、しかも耐α線特性が向上し、素子の信頼性を高める
ことができる。According to the method for forming a semiconductor thin film of the present invention, the semiconductor thin film is heat-treated in a gas containing nitrogen and hydrogen as components. As a result, hydrogen can be introduced into the semiconductor thin film. At the same time, a nitride film can be formed on the surface of the semiconductor thin film, and since the atmosphere of the heat treatment is rich in hydrogen, desorption of hydrogen from the semiconductor thin film can be effectively suppressed. Further, according to the method of manufacturing a MOS transistor of the present invention, it is possible to raise the activation annealing temperature of the source / drain regions, and it is possible to improve the operating speed, rise characteristics, and leak current characteristics of the transistor. it can. In addition, based on the manufacturing method of the present invention, SR
When an AM load element is manufactured, low current consumption can be achieved, the α-ray resistance characteristic is improved, and the reliability of the element can be increased.
【図1】実施例−1の工程を説明するためのトランジス
タ素子の模式的な一部断面図である。FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view of a transistor element for explaining the process of Example-1.
【図2】実施例−2の工程を説明するためのトランジス
タ素子の模式的な一部断面図である。FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view of a transistor element for explaining the process of Example-2.
【図3】図2に引き続き、実施例−2の工程を説明する
ためのトランジスタ素子の模式的な一部断面図である。FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view of the transistor element for explaining the process of Example-2 subsequent to FIG. 2;
【図4】半導体薄膜の形成方法の一例を説明するための
図である。FIG. 4 is a diagram for explaining an example of a method for forming a semiconductor thin film.
【図5】図4とは別の半導体薄膜の形成方法の一例を説
明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining an example of a method of forming a semiconductor thin film, which is different from that of FIG.
10 絶縁基板 12 半導体薄膜 14 窒化シリコン膜 16 ゲート酸化膜 18 ゲート電極 20 ソース・ドレイン領域 22 層間絶縁層 24 配線層 10 Insulating Substrate 12 Semiconductor Thin Film 14 Silicon Nitride Film 16 Gate Oxide Film 18 Gate Electrode 20 Source / Drain Region 22 Interlayer Insulating Layer 24 Wiring Layer
Claims (8)
ース・ドレイン領域を形成するための半導体薄膜を絶縁
基板上に形成する工程と、 (ロ)該半導体薄膜を窒素及び水素を成分とするガス中
で熱処理する工程、 から成ることを特徴とする半導体薄膜の形成方法。1. A step of (a) forming a semiconductor thin film for forming a channel region and a source / drain region of a transistor on an insulating substrate, and (b) the semiconductor thin film in a gas containing nitrogen and hydrogen as components. A method of forming a semiconductor thin film, comprising the step of:
る請求項1に記載の半導体薄膜の形成方法。2. The method for forming a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the gas is NH 3 .
程の前に、絶縁基板上に形成された半導体薄膜を所定の
形状にすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記
載の半導体薄膜の形成方法。3. The semiconductor thin film formed on the insulating substrate is formed into a predetermined shape after the step (a) and before the step (b). Item 3. A method of forming a semiconductor thin film according to item 2.
化膜あるいは層間絶縁層を形成し、該酸化膜あるいは層
間絶縁層を窒素及び水素を成分とするガス中で予備熱処
理することを特徴とする請求項3に記載の半導体薄膜の
形成方法。4. Before the step (a), an oxide film or an interlayer insulating layer is formed on an insulating substrate, and the oxide film or the interlayer insulating layer is preheated in a gas containing nitrogen and hydrogen as components. The method for forming a semiconductor thin film according to claim 3, wherein
ース・ドレイン領域を形成するための半導体薄膜を絶縁
基板上に形成する工程と、 (ロ)該半導体薄膜を窒素及び水素を成分とするガス中
で熱処理する工程と、 (ハ)該半導体薄膜にチャネル領域及びソース・ドレイ
ン領域を形成する工程、 から成ることを特徴とするMOS型トランジスタの作製
方法。5. (a) A step of forming a semiconductor thin film for forming a channel region and source / drain regions of a transistor on an insulating substrate, and (b) the semiconductor thin film in a gas containing nitrogen and hydrogen as components. And a step of (c) forming a channel region and source / drain regions in the semiconductor thin film, a method of manufacturing a MOS type transistor.
ース・ドレイン領域を形成するための半導体薄膜を絶縁
基板上に形成する工程と、 (ロ)該半導体薄膜にチャネル領域及びソース・ドレイ
ン領域を形成する工程と、 (ハ)該半導体薄膜を窒素及び水素を成分とするガス中
で熱処理する工程、 から成ることを特徴とするMOS型トランジスタの作製
方法。6. A process of forming a semiconductor thin film for forming a channel region and a source / drain region of a transistor on an insulating substrate, and (b) forming a channel region and a source / drain region in the semiconductor thin film. And a step of (c) heat-treating the semiconductor thin film in a gas containing nitrogen and hydrogen as components, a method of manufacturing a MOS transistor.
る請求項5又は請求項6に記載のMOS型トランジスタ
の作製方法。7. The method for manufacturing a MOS transistor according to claim 5, wherein the gas is NH 3 .
程の前に、絶縁基板上に形成された半導体薄膜を所定の
形状にすることを特徴とする請求項5、請求項6、又は
請求項7に記載のMOS型トランジスタの作製方法。8. The method according to claim 5, wherein the semiconductor thin film formed on the insulating substrate has a predetermined shape after the step (a) and before the step (b). Item 6. A method for manufacturing a MOS transistor according to Item 6 or 7.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35143892A JPH06177155A (en) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | Formation of semiconductor thin film and fabrication of mos transistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP35143892A JPH06177155A (en) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | Formation of semiconductor thin film and fabrication of mos transistor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06177155A true JPH06177155A (en) | 1994-06-24 |
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ID=18417292
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35143892A Pending JPH06177155A (en) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | Formation of semiconductor thin film and fabrication of mos transistor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06177155A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008147692A (en) * | 1995-11-27 | 2008-06-26 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor device |
JP2009267425A (en) * | 2009-06-08 | 2009-11-12 | Lg Display Co Ltd | Method of manufacturing semiconductor device |
WO2011122176A1 (en) * | 2010-03-29 | 2011-10-06 | シャープ株式会社 | Method for manufacturing semiconductor device, display device and method for manufacturing same |
-
1992
- 1992-12-08 JP JP35143892A patent/JPH06177155A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008147692A (en) * | 1995-11-27 | 2008-06-26 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor device |
JP2009267425A (en) * | 2009-06-08 | 2009-11-12 | Lg Display Co Ltd | Method of manufacturing semiconductor device |
WO2011122176A1 (en) * | 2010-03-29 | 2011-10-06 | シャープ株式会社 | Method for manufacturing semiconductor device, display device and method for manufacturing same |
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