JPH06283423A - Method of forming polycrystalline silicon film - Google Patents
Method of forming polycrystalline silicon filmInfo
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- JPH06283423A JPH06283423A JP13367193A JP13367193A JPH06283423A JP H06283423 A JPH06283423 A JP H06283423A JP 13367193 A JP13367193 A JP 13367193A JP 13367193 A JP13367193 A JP 13367193A JP H06283423 A JPH06283423 A JP H06283423A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置、特に薄
膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)のチャネル
用に供される多結晶シリコン膜の形成方法に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a polycrystalline silicon film used for a channel of a thin film transistor (TFT).
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、シリコンウェーハ上に薄膜トラン
ジスタを作り込むために多結晶シリコン膜を形成する場
合、下地としてシリコンウェーハ上に形成されたシリコ
ン酸化膜上に、連続的に(他の処理工程を介在させるこ
となく)アモルファスシリコン膜を堆積させた後、熱処
理してこのアモルファスシリコン膜を結晶化させること
により、当該薄膜トランジスタのチャネルに供される多
結晶シリコン膜を形成していた。2. Description of the Related Art Conventionally, when a polycrystalline silicon film is formed in order to form a thin film transistor on a silicon wafer, the silicon oxide film formed on the silicon wafer as a base is continuously formed (other processing steps are performed). After depositing an amorphous silicon film (without intervening), the amorphous silicon film is crystallized by heat treatment to form a polycrystalline silicon film to be used for the channel of the thin film transistor.
【0003】図4は、上記のようにシリコン酸化膜上に
多結晶シリコン膜を形成する工程を示した各工程図であ
り、まず図4(a)に示すように、シリコンウェーハ1
の上に厚さ約600nmのシリコン酸化膜(SiO2 )
2を下地として形成し、図4(b)に示すように、直ち
にこのシリコン酸化膜2の上に約50nmの厚さのアモ
ルファスシリコン膜(a−Si)3を堆積させる。FIG. 4 is a process chart showing the steps of forming a polycrystalline silicon film on a silicon oxide film as described above. First, as shown in FIG.
Approximately 600 nm thick silicon oxide film (SiO 2 ) on top of
2 as a base, and as shown in FIG. 4B, an amorphous silicon film (a-Si) 3 having a thickness of about 50 nm is immediately deposited on the silicon oxide film 2.
【0004】そして、熱処理炉(図示せず)に装入し
て、例えば600℃の温度で3h程度の熱処理(アニー
ル)を行うことで、上記アモルファスシリコン膜3を結
晶化させ、図4(c)に示すように、シリコン酸化膜2
の上に多結晶シリコン膜4を形成する。Then, the amorphous silicon film 3 is crystallized by placing it in a heat treatment furnace (not shown) and performing heat treatment (annealing) at a temperature of, for example, 600 ° C. for about 3 hours. ), As shown in FIG.
A polycrystalline silicon film 4 is formed on the above.
【0005】なお、上記シリコン酸化膜2上にアモルフ
ァスシリコン膜3を堆積させる方法としては、例えば減
圧CVD法、真空蒸着法等の公知の方法が用いられるの
が一般的であるが、当該薄膜トランジスタの実用化に向
けての重要な課題の1つは、安定してオフ電流を0.2
5pA/ゲート以下、すなわち待機時消費電流を1μm
以下となるものをシリコンウェーハ上に作り込まなけれ
ばならないということである。As a method of depositing the amorphous silicon film 3 on the silicon oxide film 2, a known method such as a low pressure CVD method or a vacuum evaporation method is generally used. One of the important issues for practical application is stable off current of 0.2.
5 pA / gate or less, that is, standby current consumption is 1 μm
The following must be built on a silicon wafer.
【0006】そこで、係る課題を解決すべく多結晶シリ
コン膜の形成方法として、例えば”NIKKEI MI
CRODEVICES”(1990年3月号pp.64
−71)に以下の2つの方法が紹介されている。Therefore, as a method of forming a polycrystalline silicon film in order to solve such a problem, for example, "NIKKEI MI" is used.
CRODEVICES "(March 1990 issue pp. 64
-71) introduces the following two methods.
【0007】すなわち、第1の方法は、チャネルに供さ
れる多結晶シリコン膜の結晶粒径を大きくすることによ
り、オフ電流の流れる結晶粒界を少なくする技術で、上
記アモルファスシリコン膜を比較的低温(480℃〜5
50℃)で堆積させることにより、核の発生速度を下げ
る方法である。また、第2の方法は、チャネルに供され
る多結晶シリコン膜の結晶粒径を適度にそろえ、薄膜化
することでオフ電流を少なくする方法である。That is, the first method is a technique for increasing the crystal grain size of the polycrystalline silicon film provided for the channel to reduce the crystal grain boundaries through which the off current flows. Low temperature (480 ℃ -5
It is a method of decreasing the generation rate of nuclei by depositing at 50 ° C. The second method is a method of reducing the off-current by making the crystal grain sizes of the polycrystalline silicon film provided for the channel appropriate and thinning them.
【0008】さらに、上記引例には第1の方法、すなわ
ち薄膜トランジスタ形成用のシラン(SiH4 )ガスに
代えて、活性化エネルギーの低いジシラン(Si
2 H6 )ガスを用い、アモルファスシリコン膜の堆積温
度を480℃程度にすることにより、結晶粒径が3μm
程度の多結晶シリコン膜が得られることが報告されてい
る。Further, in the above-mentioned reference, instead of the silane (SiH 4 ) gas for forming the thin film transistor in the first method, disilane (Si) having a low activation energy is used.
2 H 6 ) gas is used and the deposition temperature of the amorphous silicon film is set to about 480 ° C.
It has been reported that a polycrystalline silicon film having a certain degree can be obtained.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】従来の多結晶シリコン
膜の形成方法は以上のように、単にシリコン酸化膜を形
成した直後に、このシリコン酸化膜上にアモルファスシ
リコン膜を堆積させ、熱処理して結晶化させたのでは、
熱処理時にこれらシリコン酸化膜とアモルファスシリコ
ン膜との界面で核が発生しやすい状態が形成されるた
め、熱処理の過程で核が多数生成し、結晶化後の結晶粒
径はせいぜい1μm程度の大きさに抑制されるという課
題があった。As described above, the conventional method for forming a polycrystalline silicon film is as follows. Immediately after forming a silicon oxide film, an amorphous silicon film is deposited on this silicon oxide film and heat-treated. It was crystallized,
Since a state where nuclei are likely to be generated at the interface between the silicon oxide film and the amorphous silicon film during heat treatment, many nuclei are generated during the heat treatment and the crystal grain size after crystallization is about 1 μm at most. There was a problem that it was suppressed by.
【0010】さらに、前述した引例でも示したように、
従来の多結晶シリコン膜の形成方法によっても大粒径の
多結晶シリコン膜を得ることは可能であるが(前述した
第1の方法)、発明者らは比較実験により、アモルファ
スシリコン膜を減圧型CVD装置を用い、Si2 H6 ガ
スで480℃、成膜速度1nm/分の条件で膜厚50n
m堆積させた後、600℃で3h(通常行われている熱
処理時間)だけ熱処理して多結晶シリコン膜を形成した
結果、この多結晶シリコン膜における結晶粒径は1μm
程度であり、結晶粒径を3μm程度まで成長させるため
には、成膜速度を5nm/分以上として成膜する必要が
あることを確認している。Further, as shown in the above-mentioned reference,
Although it is possible to obtain a polycrystalline silicon film having a large grain size by the conventional method of forming a polycrystalline silicon film (the above-mentioned first method), the inventors have conducted a comparative experiment to reduce the amorphous silicon film to a reduced pressure type. Using a CVD apparatus, Si 2 H 6 gas at 480 ° C. and a film forming rate of 1 nm / min.
After depositing m, the polycrystalline silicon film was formed by heat treatment at 600 ° C. for 3 hours (normally performed heat treatment time). As a result, the crystal grain size in this polycrystalline silicon film was 1 μm.
It has been confirmed that it is necessary to form a film at a film forming rate of 5 nm / min or more in order to grow the crystal grain size to about 3 μm.
【0011】したがって、上記引例に示された多結晶シ
リコン膜の形成方法では、大粒径の多結晶シリコン膜を
形成することができても成膜速度が大きいために、成膜
速度1nm/分では膜厚均一性が±3%であったもの
が、成膜速度を5nm/分以上とすると±10%以上に
なるという課題があった。Therefore, in the method for forming a polycrystalline silicon film shown in the above-mentioned reference, the film forming rate is 1 nm / min because the film forming rate is high even if a polycrystalline silicon film having a large grain size can be formed. However, there was a problem that the film thickness uniformity was ± 3%, but became ± 10% or more when the film formation rate was 5 nm / min or more.
【0012】この発明は以上のような課題を解決するた
めになされたもので、特に薄膜トランジスタの実用化技
術として、下地となるシリコン酸化膜とアモルファスシ
リコン膜の界面で生成される核の数を低減し、熱処理後
に、より大きな結晶粒径を有する膜均一性の優れた多結
晶シリコン膜を得る形成方法を提供することを目的とす
る。The present invention has been made to solve the above problems, and in particular, as a technology for practical use of thin film transistors, the number of nuclei generated at the interface between the underlying silicon oxide film and the amorphous silicon film is reduced. Then, it is an object of the present invention to provide a method for forming a polycrystalline silicon film having a larger crystal grain size and excellent film uniformity after heat treatment.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】この発明に係る多結晶シ
リコン膜の形成方法は、半導体装置、特に薄膜トランジ
スタのチャネルに供する多結晶シリコン膜の形成を志向
した技術であり、下地となるシリコン酸化膜表面を、予
めエッチング作用を有する液状体、例えばフッ酸、アン
モニア過水等で洗浄し(以下、この処理を前処理工程と
いう)、この前処理工程に続いてアモルファスシリコン
膜を堆積させた後、熱処理して結晶化させることにより
多結晶シリコン膜を形成することを特徴としている。A method of forming a polycrystalline silicon film according to the present invention is a technique aimed at forming a polycrystalline silicon film to be used for a channel of a semiconductor device, particularly a thin film transistor, and a silicon oxide film as a base. The surface is previously washed with a liquid material having an etching action, for example, hydrofluoric acid, ammonia-hydrogen peroxide mixture (hereinafter, this treatment is referred to as a pretreatment step), and after the pretreatment step, an amorphous silicon film is deposited, It is characterized in that a polycrystalline silicon film is formed by heat treatment and crystallization.
【0014】また、上記前処理工程ではシリコン酸化膜
表面を上記エッチング作用を有する液状体で洗浄するほ
か、このシリコン酸化膜表面をエッチング作用を有する
気体、水蒸気、あるいは水素を含むプラズマ雰囲気中に
曝してもよく、水により洗浄してもよい。In the pretreatment step, the surface of the silicon oxide film is washed with the liquid having the etching action, and the surface of the silicon oxide film is exposed to a plasma atmosphere containing an etching gas, water vapor, or hydrogen. Alternatively, it may be washed with water.
【0015】なお、上記アモリファスシリコン膜は、少
なくともシラン(SiH4 )、ジシラン(Si
2 H6 )、あるいはトリシラン(Si3 H8 )のうち、
いずれかを用いてCVD法により形成することを特徴と
し、この形成過程で不純物がドープされる。The above amorphous silicon film is composed of at least silane (SiH 4 ) and disilane (Si).
2 H 6 ) or trisilane (Si 3 H 8 )
One of them is formed by the CVD method, and impurities are doped in the formation process.
【0016】さらに、上記下地となるシリコン酸化膜
は、シリコンウェーハ表面を酸化することで得るか、あ
るいはCVD法により所定の膜厚だけ堆積させる。Further, the silicon oxide film as the base is obtained by oxidizing the surface of the silicon wafer or is deposited by CVD to a predetermined thickness.
【0017】[0017]
【作用】この発明における多結晶シリコン膜の形成方法
は、従来、下地となるシリコン酸化膜の形成後に直ちに
行われていたアモルファスシリコン膜の形成工程に先立
ち、この下地となるシリコン酸化膜表面を、フッ酸、ア
ンモニア過水等のエッチング作用を有する液状体、フッ
酸ガス等のエッチング作用を有する気体、水、水蒸気、
あるいは水素を含むプラズマ雰囲気で、予め前処理工程
を行うことを特徴としている。In the method of forming a polycrystalline silicon film according to the present invention, prior to the step of forming an amorphous silicon film, which has been performed immediately after the formation of the underlying silicon oxide film, the surface of the underlying silicon oxide film is Liquid material having an etching action such as hydrofluoric acid and ammonia-hydrogen peroxide, gas having an etching action such as hydrofluoric acid gas, water, water vapor,
Alternatively, it is characterized in that the pretreatment step is performed in advance in a plasma atmosphere containing hydrogen.
【0018】以上のように、アモルファスシリコン膜を
シリコン酸化膜上に堆積させる工程に先立ち、上述の前
処理工程を行う理由は、このシリコン酸化膜表面の状態
と、この上に堆積させたアモルファスシリコン膜を結晶
化して得られる多結晶シリコンの結晶粒径との関係を研
究した結果、シリコン酸化膜表面のシリコン原子と結合
したOH基の量を増加させることによりがアモルファス
シリコン膜からの結晶核の形成を抑制できることを、発
明者らが新たに発見したことによる。As described above, the reason why the above-described pretreatment process is performed prior to the step of depositing the amorphous silicon film on the silicon oxide film is that the surface state of the silicon oxide film and the amorphous silicon film deposited on the surface of the silicon oxide film. As a result of studying the relationship with the crystal grain size of polycrystalline silicon obtained by crystallizing the film, increasing the amount of OH groups bonded to silicon atoms on the surface of the silicon oxide film results in formation of crystal nuclei from the amorphous silicon film. This is because the inventors newly discovered that the formation can be suppressed.
【0019】すなわち、通常シリコンウェーハ表面を酸
素雰囲気に曝すことで形成されるシリコン酸化膜の最表
面は、Si−Hや歪んだSi−Oで覆われている。That is, the outermost surface of the silicon oxide film which is usually formed by exposing the surface of a silicon wafer to an oxygen atmosphere is covered with Si--H or distorted Si--O.
【0020】これに、アモルファスシリコン膜を堆積さ
せ、600℃程度で熱処理すると、即座にアモルファス
シリコン膜中のシリコン原子が酸化膜表面の歪んだSi
−O結合を破壊し、このシリコン酸化膜と整合した数個
のシリコン原子の配列(これが結晶核である)を作る。When an amorphous silicon film is deposited on this and heat-treated at about 600 ° C., silicon atoms in the amorphous silicon film are immediately distorted on the oxide film surface of Si.
The -O bond is broken, and an array of several silicon atoms (this is a crystal nucleus) matching the silicon oxide film is created.
【0021】発明者らは、酸化直後(シリコンウェーハ
にシリコン酸化膜を形成した後、直ちに)にアモルファ
スシリコン膜を堆積させ、600℃以上で熱処理して多
結晶シリコン膜を形成した場合、この多結晶シリコン膜
における結晶核の数は100個/μm2 にも及ぶことを
確認した。When the inventors deposit an amorphous silicon film immediately after oxidation (immediately after forming a silicon oxide film on a silicon wafer) and heat-treat it at 600 ° C. or more to form a polycrystalline silicon film, this polycrystalline silicon film is used. It was confirmed that the number of crystal nuclei in the crystalline silicon film reaches 100 / μm 2 .
【0022】また、以上のように多結晶シリコン膜の結
晶粒径を大きくすると、この多結晶シリコン膜中にドー
プされた不純物(例えばリン等)であって、下地となる
シリコン酸化膜に拡散していく不純物が高濃度に存在す
る結晶粒界を低減させることを可能にする。Further, when the crystal grain size of the polycrystalline silicon film is increased as described above, the impurities (such as phosphorus) doped in the polycrystalline silicon film diffuse into the underlying silicon oxide film. It is possible to reduce the crystal grain boundaries in which a high concentration of impurities is present.
【0023】そこで、この発明ではアモルファスシリコ
ン膜を堆積させる前に、予めシリコン酸化膜表面のシリ
コン原子をOH基で終端させるべく上述した前処理工程
を行い、生成される結晶核の数を低減させることで、結
晶化後の結晶粒密度を小さくし、大粒径の多結晶シリコ
ン膜の形成を可能にする。Therefore, in the present invention, before the amorphous silicon film is deposited, the above-described pretreatment step is performed in advance so as to terminate the silicon atoms on the surface of the silicon oxide film with OH groups, thereby reducing the number of crystal nuclei generated. As a result, the crystal grain density after crystallization is reduced, and a large-grain polycrystalline silicon film can be formed.
【0024】[0024]
【実施例】以下、この発明に係る多結晶シリコン膜の形
成方法による一実施例を図1乃至図3を用いて説明す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the method for forming a polycrystalline silicon film according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
【0025】図1は、この発明に係る多結晶シリコン膜
の形成方法による一実施例を説明するための工程図であ
り、特に薄膜トランジスタ(TFT)のチャネルに供す
る多結晶シリコン膜の形成工程を示しているが、まず、
この発明の第1の実施例として、アモルファスシリコン
膜を堆積させる前に下地となるシリコン酸化膜表面を、
エッチング作用を有する液状体として希フッ酸を用いて
洗浄する場合について説明する。FIG. 1 is a process diagram for explaining one embodiment of the method for forming a polycrystalline silicon film according to the present invention, and particularly shows a process for forming a polycrystalline silicon film used for a channel of a thin film transistor (TFT). But first,
As a first embodiment of the present invention, before depositing an amorphous silicon film, the surface of the underlying silicon oxide film is
The case of cleaning with dilute hydrofluoric acid as a liquid substance having an etching action will be described.
【0026】図1(a)に示すように、シリコンウェー
ハ1の表面を、950℃の水蒸気で酸化して膜厚600
nm程度のシリコン酸化膜2を形成する。次に、このシ
リコン酸化膜2の表面を前処理工程として希フッ酸で洗
浄する(この場合、シリコン酸化膜2の表面は約0.1
〜0.2nm程度エッチングされる)。As shown in FIG. 1 (a), the surface of the silicon wafer 1 is oxidized with water vapor at 950 ° C. to form a film thickness 600.
A silicon oxide film 2 having a thickness of about nm is formed. Next, the surface of the silicon oxide film 2 is washed with dilute hydrofluoric acid as a pretreatment step (in this case, the surface of the silicon oxide film 2 is about 0.1).
.About.0.2 nm is etched).
【0027】その後、同図(b)に示すように、上記C
VD法により形成されたシリコン酸化膜2上に膜厚約5
0nmのアモルファスシリコン膜3をSi2 H6 ガスを
用い480℃で堆積させた後、このアモルファスシリコ
ン膜3を島状に加工し、600℃の温度で3h程度の熱
処理を施すことにより、同図(c)に示すように、多結
晶シリコン膜4を得る。ただし、この多結晶シリコン膜
4は600℃の温度で3h程度の熱処理を施した後、島
状に加工するようにしてもよい。After that, as shown in FIG.
A film thickness of about 5 is formed on the silicon oxide film 2 formed by the VD method.
After depositing a 0 nm amorphous silicon film 3 using Si 2 H 6 gas at 480 ° C., the amorphous silicon film 3 is processed into an island shape and subjected to heat treatment at a temperature of 600 ° C. for about 3 hours. As shown in (c), a polycrystalline silicon film 4 is obtained. However, the polycrystalline silicon film 4 may be heat-treated at a temperature of 600 ° C. for about 3 hours and then processed into an island shape.
【0028】以上の工程を経て得られた多結晶シリコン
膜4における結晶粒密度は、図2の(c)に示すよう
に、従来の形成方法(図4に示す)により形成された多
結晶シリコン膜4における結晶粒密度(図2の(a))
と比較して、約1/100程度まで低減させることがで
き、また、その結晶粒径も図3に示すように、従来の形
成方法により形成された多結晶シリコン膜4の結晶粒径
が0.8μmであるのに対し(図3に示す(a))、約
3μmと大きくなることを確認することができた(図3
に示す(b))。As shown in FIG. 2C, the crystal grain density in the polycrystalline silicon film 4 obtained through the above steps is the polycrystalline silicon formed by the conventional forming method (shown in FIG. 4). Crystal grain density in film 4 ((a) of FIG. 2)
In comparison with the above, the crystal grain size can be reduced to about 1/100, and the crystal grain size of the polycrystalline silicon film 4 formed by the conventional forming method is 0 as shown in FIG. Although it was 0.8 μm ((a) in FIG. 3), it could be confirmed that it was increased to about 3 μm (FIG. 3).
(B)).
【0029】その後、同図(d)に示すように、ゲート
酸化膜5をCVD法により成膜し、続けてゲート電極6
を形成する(同図(e))。なお、このゲート電極6と
しては多結晶シリコン膜、あるいはシリサイド膜で形成
する。Thereafter, as shown in FIG. 3D, a gate oxide film 5 is formed by a CVD method, and then a gate electrode 6 is formed.
Are formed ((e) in the figure). The gate electrode 6 is formed of a polycrystalline silicon film or a silicide film.
【0030】そして、同図(f)に示すように、最後に
このゲート電極6をマスクとして自己整合的にソース領
域7及びドレイン領域8を形成した後、配線工程を経て
TFTを形成する。Then, as shown in FIG. 3F, finally, the source region 7 and the drain region 8 are formed in a self-aligned manner using the gate electrode 6 as a mask, and then a TFT is formed through a wiring process.
【0031】次に、この発明の第2の実施例として、前
処理工程においてエッチング作用を有する気体をフッ酸
ガスとした場合について、上述した第1の実施例と同様
に図1を用いて説明する。Next, as a second embodiment of the present invention, a case where a gas having an etching action in the pretreatment step is hydrofluoric acid gas will be described with reference to FIG. 1 similarly to the first embodiment described above. To do.
【0032】図1(a)に示すように、シリコンウェー
ハ1の表面を、950℃の水蒸気で酸化して膜厚600
nm程度のシリコン酸化膜2を形成した後、このシリコ
ン酸化膜2の表面を前処理工程として、室温で分圧0.
01のフッ酸ガスに10sだけ曝す(この場合、シリコ
ン酸化膜2の表面は約0.1〜0.2nm程度エッチン
グされる)。As shown in FIG. 1A, the surface of the silicon wafer 1 is oxidized with water vapor at 950 ° C. to form a film thickness 600.
After the silicon oxide film 2 having a thickness of about 10 nm is formed, the surface of the silicon oxide film 2 is used as a pretreatment process at room temperature at a partial pressure of 0.
It is exposed to the hydrofluoric acid gas of 01 for 10 s (in this case, the surface of the silicon oxide film 2 is etched by about 0.1 to 0.2 nm).
【0033】その後、同図(b)に示すように、480
℃でジシランガスを用い、上記CVD法により形成され
たシリコン酸化膜2上に膜厚約50nmのアモルファス
シリコン膜3を堆積させた後、600℃の温度で3h程
度の熱処理を施すことにより、同図(c)に示すよう
に、多結晶シリコン膜4を得る(なお、以下の工程は前
述した第1の実施例の場合と同様である)。After that, as shown in FIG.
After depositing an amorphous silicon film 3 with a film thickness of about 50 nm on the silicon oxide film 2 formed by the above CVD method using disilane gas at a temperature of 600 ° C., a heat treatment is performed at a temperature of 600 ° C. for about 3 hours. As shown in (c), a polycrystalline silicon film 4 is obtained (the following steps are the same as in the case of the first embodiment described above).
【0034】以上の工程を経て多結晶シリコン膜4を得
た結果、その結晶粒径が約3.1μm(従来の形成方法
により形成された多結晶シリコン膜での結晶粒径は約
0.8μm)まで大きくなっていることを確認した。As a result of obtaining the polycrystalline silicon film 4 through the above steps, the crystal grain size thereof is about 3.1 μm (the crystal grain size of the polycrystalline silicon film formed by the conventional forming method is about 0.8 μm). ) Has been confirmed.
【0035】次に、この発明の第3の実施例として、前
処理工程においてアンモニア過酸化水素水で洗浄する場
合について上述した第1及び第2の実施例と同様に図1
を用いて説明する。Next, as a third embodiment of the present invention, in the case of cleaning with ammonia hydrogen peroxide solution in the pretreatment step, as in the first and second embodiments described above, FIG.
Will be explained.
【0036】図1(a)に示すように、シリコンウェー
ハ1の表面を900℃の酸素雰囲気中で酸化し、膜厚2
0nmのシリコン酸化膜2を形成する。そして、このシ
リコン酸化膜2の表面を前処理工程として、70℃のア
ンモニア過酸化水素水(NM4 OH:H2 O2 :H2 O
=1:1:5の体積比)で1分間洗浄し、さらに水洗し
て乾燥させる。As shown in FIG. 1A, the surface of the silicon wafer 1 is oxidized in an oxygen atmosphere at 900 ° C.
A 0 nm silicon oxide film 2 is formed. Then, the surface of the silicon oxide film 2 is used as a pretreatment step in the ammonia hydrogen peroxide solution (NM 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O) at 70 ° C.
= 1: 1: 5 (volume ratio) for 1 minute, further washed with water and dried.
【0037】その後、同図(b)に示すように、480
℃でSi2 H6 ガスを用い、上記CVD法により形成さ
れたシリコン酸化膜2上に膜厚50nmのアモルファス
シリコン膜3を堆積させた後、600℃で3h程度の熱
処理を施すことにより、同図(c)に示すように多結晶
シリコン膜4を得る(なお、以下の工程は前述した第1
の実施例の場合と同様である)。After that, as shown in FIG.
After depositing an amorphous silicon film 3 having a film thickness of 50 nm on the silicon oxide film 2 formed by the above CVD method using Si 2 H 6 gas at a temperature of 600 ° C., a heat treatment is performed at 600 ° C. for about 3 hours. A polycrystalline silicon film 4 is obtained as shown in FIG.
The same as in the case of the above embodiment).
【0038】以上の工程を経て多結晶シリコン膜4を得
た結果、その結晶粒径がアンモニア過酸化水素水で洗浄
した場合、約3.5μm(従来の形成方法により形成さ
れた多結晶シリコン膜での結晶粒径は約0.8μm)ま
で大きくなっていることを確認した。As a result of obtaining the polycrystalline silicon film 4 through the above steps, when the crystal grain size is washed with ammonia hydrogen peroxide solution, it is about 3.5 μm (the polycrystalline silicon film formed by the conventional forming method). It was confirmed that the crystal grain size in 1 was as large as about 0.8 μm).
【0039】次に、この発明の第4及び第5の実施例と
して、前処理工程において水あるいは水蒸気で洗浄等す
る場合について、上述した第1〜第3の実施例と同様に
図1を用いて説明する。Next, as the fourth and fifth embodiments of the present invention, FIG. 1 is used in the case of washing with water or steam in the pretreatment step as in the first to third embodiments described above. Explain.
【0040】図1(a)に示すように、シリコンウェー
ハ1の表面を、900℃の酸素で酸化して膜厚20nm
程度のシリコン酸化膜2を形成した後、このシリコン酸
化膜2の表面を前処理工程として、抵抗比16MΩの水
で洗浄するか、あるいは200℃で水素を燃焼させるこ
とで得られた水蒸気に10分間曝す(この場合、シリコ
ン酸化膜2の表面はエッチングされない)。As shown in FIG. 1A, the surface of the silicon wafer 1 is oxidized with oxygen at 900 ° C. to have a film thickness of 20 nm.
After forming a silicon oxide film 2 to a degree, the surface of the silicon oxide film 2 is washed with water having a resistance ratio of 16 MΩ or a hydrogen is burned at 200 ° C. to obtain water vapor as a pretreatment step. Exposure for a minute (in this case, the surface of the silicon oxide film 2 is not etched).
【0041】その後、同図(b)に示すように、480
℃でSi2 H6 ガスを用い、上記CVD法により形成さ
れたシリコン酸化膜2上に膜厚約50nmのアモルファ
スシリコン膜3を堆積させた後、600℃の温度で3h
程度の熱処理を施すことにより、同図(c)に示すよう
に、多結晶シリコン膜4を得る(なお、以下の工程は前
述した第1の実施例の場合と同様である)。After that, as shown in FIG.
After depositing an amorphous silicon film 3 with a film thickness of about 50 nm on the silicon oxide film 2 formed by the above CVD method using Si 2 H 6 gas at a temperature of 600 ° C. for 3 hours.
By performing a heat treatment to some extent, a polycrystalline silicon film 4 is obtained as shown in FIG. 7C (the following steps are the same as those in the above-described first embodiment).
【0042】以上の工程を経て多結晶シリコン膜4を得
た結果、その結晶粒径が、水で洗浄した場合約2.1μ
m(従来の形成方法により形成された多結晶シリコン膜
での結晶粒径は約0.8μm)まで大きくなり、また水
蒸気に曝した場合約2.1μmまで大きくなっているこ
とを確認した。As a result of obtaining the polycrystalline silicon film 4 through the above steps, the crystal grain size is about 2.1 μm when washed with water.
It was confirmed that the grain size increased to m (the crystal grain size in the polycrystalline silicon film formed by the conventional forming method was about 0.8 μm) and also increased to about 2.1 μm when exposed to water vapor.
【0043】なお、この第4及び第5の実施例は、図2
の(b)に示すように上述の第1、第2及び第3の実施
例と比較して、結晶粒密度が10倍程度になるが、従来
の形成方法と比較すると十分な効果が得られることはい
うまでもない(結晶粒密度が1/10程度まで低減され
る)。The fourth and fifth embodiments are shown in FIG.
As shown in (b) of the above, the crystal grain density is about 10 times as high as that of the first, second and third embodiments described above, but a sufficient effect is obtained as compared with the conventional forming method. Needless to say (the crystal grain density is reduced to about 1/10).
【0044】次に、この発明の第6の実施例として、前
処理工程において水素を含むプラズマを用いた場合につ
いて、上述した第1〜5の実施例と同様に図1を用いて
説明する。Next, as a sixth embodiment of the present invention, the case where plasma containing hydrogen is used in the pretreatment step will be described with reference to FIG. 1 similarly to the above-mentioned first to fifth embodiments.
【0045】図1(a)に示すように、シリコンウェー
ハ1の表面を、950℃の水蒸気で酸化して膜厚600
nm程度のシリコン酸化膜2を形成した後、このシリコ
ン酸化膜2の表面を前処理工程として、当該シリコン基
板を300℃に加熱し、水素プラズマ雰囲気に3分間曝
す。As shown in FIG. 1A, the surface of the silicon wafer 1 is oxidized with water vapor at 950 ° C. to form a film thickness 600.
After the silicon oxide film 2 having a thickness of about nm is formed, the surface of the silicon oxide film 2 is subjected to a pretreatment step to heat the silicon substrate to 300 ° C. and expose it to a hydrogen plasma atmosphere for 3 minutes.
【0046】その後、同図(b)に示すように、480
℃でジシランガスを用い、上記CVD法により形成され
たシリコン酸化膜2上に膜厚約150nmのアモルファ
スシリコン膜3を堆積させた後、600℃の温度で3h
程度の熱処理を施すことにより、同図(c)に示すよう
に、多結晶シリコン膜4を得る(なお、以下の工程は前
述した第1の実施例の場合と同様である)。Thereafter, as shown in FIG.
After depositing an amorphous silicon film 3 with a film thickness of about 150 nm on the silicon oxide film 2 formed by the above-mentioned CVD method using disilane gas at a temperature of 600 ° C. for 3 hours.
By performing a heat treatment to some extent, a polycrystalline silicon film 4 is obtained as shown in FIG. 7C (the following steps are the same as those in the above-described first embodiment).
【0047】以上の工程を経て多結晶シリコン膜4を得
た結果、その結晶粒径が約2.8μm(従来の形成方法
により形成された多結晶シリコン膜での結晶粒径は約
0.8μm)まで大きくなっていることを確認した。As a result of obtaining the polycrystalline silicon film 4 through the above steps, the crystal grain size is about 2.8 μm (the crystal grain size in the polycrystalline silicon film formed by the conventional forming method is about 0.8 μm). ) Has been confirmed.
【0048】次に、この発明の第7の実施例として、前
処理工程を施すシリコン酸化膜2がCVD酸化膜である
場合について(前述した実施例はシリコンウェーハ1の
表面を酸化してシリコン酸化膜2を形成している)、上
述した実施例と同様に図1を用いて説明する。Next, as a seventh embodiment of the present invention, in the case where the silicon oxide film 2 to be subjected to the pretreatment step is a CVD oxide film (in the above-mentioned embodiments, the surface of the silicon wafer 1 is oxidized to form a silicon oxide film). The film 2 is formed) will be described with reference to FIG. 1 similarly to the above-described embodiment.
【0049】図1(a)に示すように、シリコンウェー
ハ1の表面を、820℃でSiH4ガスと亜酸化窒素ガ
スを用い、CVD法により膜厚200nm程度の下地と
なるシリコン酸化膜2を形成した後、このシリコン酸化
膜2の表面を前処理工程として、70℃のアンモニア過
酸化水素水で1分間洗浄する。As shown in FIG. 1A, the surface of the silicon wafer 1 is formed at 820 ° C. by using a SiH 4 gas and a nitrous oxide gas to form a base silicon oxide film 2 having a film thickness of about 200 nm. After the formation, the surface of the silicon oxide film 2 is washed with ammonia hydrogen peroxide solution at 70 ° C. for 1 minute as a pretreatment step.
【0050】その後、同図(b)に示すように、480
℃でSi2 H6 ガスを用い、上記CVD法により形成さ
れたシリコン酸化膜2上に膜厚50nmのアモルファス
シリコン膜3を堆積させた後、600℃の温度で3h程
度の熱処理を施すことにより、同図(c)に示すよう
に、多結晶シリコン膜4を得る(なお、以下の工程は前
述した第1の実施例の場合と同様である)。After that, as shown in FIG.
By depositing an amorphous silicon film 3 having a film thickness of 50 nm on the silicon oxide film 2 formed by the above CVD method using Si 2 H 6 gas at a temperature of 600 ° C., and then performing a heat treatment at a temperature of 600 ° C. for about 3 hours. As shown in FIG. 3C, a polycrystalline silicon film 4 is obtained (note that the following steps are the same as those in the first embodiment described above).
【0051】以上の工程を経て多結晶シリコン膜4を得
た結果、その結晶粒径が約2.9μm(従来の形成方法
により形成された多結晶シリコン膜での結晶粒径は約
0.8μm)まで大きくなっていることを確認した。As a result of obtaining the polycrystalline silicon film 4 through the above steps, the crystal grain size is about 2.9 μm (the crystal grain size in the polycrystalline silicon film formed by the conventional forming method is about 0.8 μm). ) Has been confirmed.
【0052】なお、この第7の実施例では前処理工程と
してアンモニア過酸化水素水を利用したが、このアンモ
ニア過酸化水素水に代えてフッ酸水溶液、水、フッ酸ガ
ス、あるいは水蒸気を用いても同様の効果があることを
すでに確認している。Although ammonia hydrogen peroxide solution was used as the pretreatment step in the seventh embodiment, hydrofluoric acid aqueous solution, water, hydrofluoric acid gas, or steam was used instead of the ammonia hydrogen peroxide solution. Has already confirmed that there is a similar effect.
【0053】また、多結晶シリコン膜は例えばチャネル
用あるいはゲート電極等に利用する場合に不純物をドー
プするが、この多結晶シリコン膜の結晶粒径を大きくす
ることにより、ドープされる不純物(例えばリン等)の
シリコン酸化膜への拡散を抑制することができることを
発明者らはすでに確認しており、したがって、この発明
に係る多結晶シリコン膜の形成方法は、半導体装置全般
の製造工程に適応可能な技術である。The polycrystalline silicon film is doped with impurities when it is used for, for example, a channel or a gate electrode. By increasing the crystal grain size of the polycrystalline silicon film, impurities (for example, phosphorus) are doped. It has already been confirmed by the inventors that the diffusion of (i.e., etc.) into the silicon oxide film can be suppressed. Therefore, the method for forming a polycrystalline silicon film according to the present invention can be applied to the manufacturing process of all semiconductor devices. Technology.
【0054】[0054]
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、下地と
なるシリコン酸化膜の表面を、アモルファスシリコン膜
を堆積させるのに先立って、予めエッチング作用を有す
る液状体(フッ酸またはアンモニア過水等)あるいは気
体(フッ酸ガス等)、さらには水、水蒸気、水素プラズ
マにより前処理工程を施すことにより、その後に堆積さ
れるアモルファスシリコン膜の熱処理による核生成を抑
制して結晶化後の粒径を大きくすることができ、薄膜ト
ランジスタのオフ電流を低減させることができるという
効果がある。As described above, according to the present invention, the liquid material (hydrofluoric acid or ammonia-hydrogen peroxide mixture) having an etching action is previously formed on the surface of the underlying silicon oxide film before depositing the amorphous silicon film. Etc.) or gas (hydrofluoric acid gas, etc.), and further pretreatment with water, water vapor, or hydrogen plasma to suppress nucleation by heat treatment of the amorphous silicon film that is deposited after that, and to reduce grain size after crystallization. There is an effect that the diameter can be increased and off current of the thin film transistor can be reduced.
【0055】さらに、このような大粒径の多結晶シリコ
ン膜を用いた薄膜トランジスタのオン・オフ比は、従来
法の4桁に対して7桁を得ることができる。それ故、こ
の薄膜トランジスタを用いることにより、高集積メモリ
セルの形成を可能にするという効果がある。Furthermore, the on / off ratio of a thin film transistor using such a large-grain polycrystalline silicon film can be obtained in seven digits as compared with four digits in the conventional method. Therefore, by using this thin film transistor, it is possible to form a highly integrated memory cell.
【図1】この発明に係る多結晶シリコン膜の形成方法の
一実施例を説明するための工程図である。FIG. 1 is a process chart for explaining one embodiment of a method for forming a polycrystalline silicon film according to the present invention.
【図2】この発明により形成された多結晶シリコン膜に
おける結晶粒密度と、従来の形成方法により形成された
多結晶シリコン膜における結晶粒密度とを比較するため
の図である。FIG. 2 is a diagram for comparing a crystal grain density in a polycrystalline silicon film formed according to the present invention with a crystal grain density in a polycrystalline silicon film formed by a conventional forming method.
【図3】この発明により形成された多結晶シリコン膜に
おける結晶粒径と、従来の形成方法により形成された多
結晶シリコン膜における結晶粒径とを比較するための図
である。FIG. 3 is a diagram for comparing a crystal grain size in a polycrystalline silicon film formed according to the present invention with a crystal grain size in a polycrystalline silicon film formed by a conventional forming method.
【図4】従来の多結晶シリコン膜の形成方法を説明する
ための工程図である。FIG. 4 is a process chart for explaining a conventional method for forming a polycrystalline silicon film.
1…シリコンウェーハ、2…シリコン酸化膜、3…アモ
ルファスシリコン膜、4…多結晶シリコン膜、5…ゲー
ト酸化膜、6…ゲート電極、7…ソース領域、8…ドレ
イン領域。1 ... Silicon wafer, 2 ... Silicon oxide film, 3 ... Amorphous silicon film, 4 ... Polycrystalline silicon film, 5 ... Gate oxide film, 6 ... Gate electrode, 7 ... Source region, 8 ... Drain region.
Claims (8)
ァスシリコン膜を堆積させた後、該アモルファスシリコ
ン膜を熱処理して結晶化させる多結晶シリコン膜の形成
方法において、 前記アモルファスシリコン膜を堆積させる前に、前記シ
リコン酸化膜表面をエッチング作用を有する液状体で洗
浄することを特徴とする多結晶シリコン膜の形成方法。1. A method for forming a polycrystalline silicon film, comprising depositing an amorphous silicon film on a base silicon oxide film and then heat-treating the amorphous silicon film to crystallize the amorphous silicon film, before depositing the amorphous silicon film. In addition, a method of forming a polycrystalline silicon film, characterized in that the surface of the silicon oxide film is washed with a liquid having an etching action.
ァスシリコン膜を堆積させた後、該アモルファスシリコ
ン膜を熱処理して結晶化させる多結晶シリコン膜の形成
方法において、 前記アモルファスシリコン膜を堆積させる前に、前記シ
リコン酸化膜表面をエッチング作用を有する気体に曝す
ことを特徴とする多結晶シリコン膜の形成方法。2. A method for forming a polycrystalline silicon film, comprising depositing an amorphous silicon film on a base silicon oxide film and then heat-treating the amorphous silicon film to crystallize the amorphous silicon film, before depositing the amorphous silicon film. A method for forming a polycrystalline silicon film, which comprises exposing the surface of the silicon oxide film to a gas having an etching action.
ァスシリコン膜を堆積させた後、該アモルファスシリコ
ン膜を熱処理して結晶化させる多結晶シリコン膜の形成
方法において、 前記アモルファスシリコン膜を堆積させる前に、前記シ
リコン酸化膜表面を水洗するか、あるいは水蒸気に曝す
ことを特徴とする多結晶シリコン膜の形成方法。3. A method for forming a polycrystalline silicon film, comprising depositing an amorphous silicon film on a base silicon oxide film and then heat-treating the amorphous silicon film to crystallize the amorphous silicon film, before depositing the amorphous silicon film. A method for forming a polycrystalline silicon film, which comprises rinsing the surface of the silicon oxide film with water or exposing it to water vapor.
ァスシリコン膜を堆積させた後、該アモルファスシリコ
ン膜を熱処理して結晶化させる多結晶シリコン膜の形成
方法において、 前記アモルファスシリコン膜を堆積させる前に、前記シ
リコン酸化膜表面を水素を含むプラズマ雰囲気に曝すこ
とを特徴とする多結晶シリコン膜の形成方法。4. A method for forming a polycrystalline silicon film, comprising depositing an amorphous silicon film on a base silicon oxide film and then heat-treating the amorphous silicon film to crystallize the amorphous silicon film, before depositing the amorphous silicon film. A method of forming a polycrystalline silicon film, which comprises exposing the surface of the silicon oxide film to a plasma atmosphere containing hydrogen.
たシリコン酸化膜表面にチャネルに供する多結晶シリコ
ン膜を形成した後、該多結晶シリコン膜上にゲート電極
を形成するとともに、該多結晶シリコン膜にソース領域
及びドレイン領域を自己整合的に作り込む薄膜トランジ
スタの製造工程において、 前記多結晶シリコン膜は、前記シリコン酸化膜の表面を
前記請求項1〜4のいずれかに記載の方法により前処理
工程を行った後、アモルファスシリコン膜を堆積させ、
該アモルファスシリコン膜を熱処理して結晶化させて得
ることを特徴とする多結晶シリコン膜の形成方法。5. A polycrystalline silicon film serving as a channel is formed on the surface of a silicon oxide film formed as a base on a silicon wafer, and then a gate electrode is formed on the polycrystalline silicon film and the polycrystalline silicon film is formed on the polycrystalline silicon film. In a manufacturing process of a thin film transistor in which a source region and a drain region are formed in a self-aligned manner, the polycrystalline silicon film has a pretreatment process performed on the surface of the silicon oxide film by the method according to any one of claims 1 to 4. After that, deposit an amorphous silicon film,
A method for forming a polycrystalline silicon film, which is characterized in that the amorphous silicon film is heat-treated and crystallized.
物がドープされていることを特徴とする請求項1〜5の
いずれか一項に記載の多結晶シリコン膜の形成方法。6. The method for forming a polycrystalline silicon film according to claim 1, wherein the amorphous silicon film is doped with impurities.
ともシラン、ジシラン、あるいはトリシランのうち、い
ずれかを用いてCVD法により堆積させることを特徴と
する請求項1〜6のいずれか一項に記載の多結晶シリコ
ン膜の形成方法。7. The amorphous silicon film according to claim 1, wherein the amorphous silicon film is deposited by a CVD method using at least one of silane, disilane, and trisilane. Method for forming crystalline silicon film.
コンウェーハ表面を酸化することで得るか、あるいはC
VD酸化膜であることを特徴とする請求項1〜5のいず
れか一項に記載の多結晶シリコン膜の形成方法。8. The base silicon oxide film is obtained by oxidizing the surface of a silicon wafer, or C
6. The method for forming a polycrystalline silicon film according to claim 1, wherein the polycrystalline silicon film is a VD oxide film.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13367193A JPH06283423A (en) | 1992-06-15 | 1993-06-03 | Method of forming polycrystalline silicon film |
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15544292 | 1992-06-15 | ||
JP4-155442 | 1992-06-15 | ||
JP5-13743 | 1993-01-29 | ||
JP1374393 | 1993-01-29 | ||
JP13367193A JPH06283423A (en) | 1992-06-15 | 1993-06-03 | Method of forming polycrystalline silicon film |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06283423A true JPH06283423A (en) | 1994-10-07 |
Family
ID=27280386
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13367193A Pending JPH06283423A (en) | 1992-06-15 | 1993-06-03 | Method of forming polycrystalline silicon film |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06283423A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000260995A (en) * | 1999-03-10 | 2000-09-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of thin-film semiconductor device |
WO2011145149A1 (en) * | 2010-05-20 | 2011-11-24 | パナソニック株式会社 | Process for production of thin film semiconductor device for displaying purposes |
-
1993
- 1993-06-03 JP JP13367193A patent/JPH06283423A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000260995A (en) * | 1999-03-10 | 2000-09-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of thin-film semiconductor device |
WO2011145149A1 (en) * | 2010-05-20 | 2011-11-24 | パナソニック株式会社 | Process for production of thin film semiconductor device for displaying purposes |
WO2011145286A1 (en) * | 2010-05-20 | 2011-11-24 | パナソニック株式会社 | Production method for thin-film semiconductor device for display |
US8623715B2 (en) | 2010-05-20 | 2014-01-07 | Panasonic Corporation | Method for fabricating thin-film semiconductor device for display |
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