JPH09186342A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
半導体装置の作製方法Info
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- JPH09186342A JPH09186342A JP30125296A JP30125296A JPH09186342A JP H09186342 A JPH09186342 A JP H09186342A JP 30125296 A JP30125296 A JP 30125296A JP 30125296 A JP30125296 A JP 30125296A JP H09186342 A JPH09186342 A JP H09186342A
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Abstract
正(+)側にシフトさせ、Nチャネル型のTFTにおい
てはノーマリオフを呈するようする。また、S値を低減
し、移動度を向上させる。 【解決手段】 水素を含有する雰囲気中にて、非単結晶
珪素膜にレーザービームを照射して、レーザアニールを
行い、結晶性珪素膜を得る。さらに、レーザーアニール
工程と、ゲイト絶縁膜となる絶縁膜の形成工程を連続し
て行う。これにより、チャネル形成領域の水素閉じ込め
と、ゲイト絶縁膜とチャネル形成領域との界面とを良好
にすることができ、しきい値制御、S値の低減、移動度
の向上を図ることができる。また、ゲイト絶縁膜となる
絶縁膜として、窒化珪素膜または窒化珪素膜を含む多層
膜とすることで、水素の閉じ込めを効果的にする。
Description
する薄膜トランジスタの作製方法に関する。本発明は、
ガラス等の絶縁基板上に形成された非晶質(アモルファ
ス)珪素膜や結晶性シリコン膜に対し、レーザーアニー
ルを施して、結晶化させる、あるいは結晶性を向上させ
る方法に関する。本発明は、結晶性珪素膜を用いた薄膜
トランジスタのしきい値制御に関する。
た非晶質珪素膜や結晶性珪素膜(単結晶でない、多結
晶、微結晶等の結晶性を有する珪素膜)、すなわち、非
単結晶珪素膜に対し、レーザーアニールを施して、結晶
化させたり、結晶性を向上させる技術が、広く研究され
ている。
性珪素膜は、高い移動度有するため、この結晶性珪素膜
を用いて薄膜トランジスタ(TFT)を形成し、例え
ば、一枚のガラス基板上に、画素駆動用と駆動回路用の
TFTを作製する、モノリシック型の液晶電気光学装置
等に盛んに利用されている。
のパルスレーザービームを、被照射面において、数cm
角の四角いスポットや、数ミリ幅×数10cmの線状と
なるように光学系にて加工し、レーザービームを走査さ
せて(レーザービームの照射位置を被照射面に対し相対
的に移動させて)、レーザーアニールを行う方法が、量
産性が良く、工業的に優れているため、好んで使用され
る。
後左右の走査が必要なスポット状のレーザービームを用
いた場合とは異なり、線方向に直角な一方向だけの走査
で被照射面全体にレーザー照射を行うことができる場合
が多いため、高い量産性が得られる。
TFTは、チャネル形成領域を構成する結晶性珪素膜が
真性の場合、一般的にそのしきい値は0Vよりやや負
(−)側にシフトされ、立ち上がり開始電圧が、Nチャ
ネル型の場合、−2〜−4Vぐらいになる傾向がある。
その結果、ノーマリオン状態(ゲイト電圧が0Vであっ
ても、ONとなる状態)の傾向が著しくなる。
Tをスイッチング素子として用いた場合、ゲイト電圧が
0Vでも電流が流れてしまうため、スイッチをOFF状
態にするめたには、ゲイト電圧を常に正(+)側にバイ
アスにしておく必要が生じ、このTFTを使用して構成
された回路は、消費電流が大きくなり、またバイアス電
圧印加用の回路を設ける必要が生じるなどの問題が生じ
てしまう。
ャネル型のTFTを作製する場合でも、チャネル形成領
域を構成する結晶性珪素膜に対して、P型の不純物、例
えば硼素をドープして、しきい値電圧を正(+)側にシ
フトさせる、しきい値制御が行われている。その結果、
ノーマリオフ状態(ゲイト電圧が0Vのとき、OFFと
なる状態)のTFTを作製することができる。しかし、
しきい値制御を行うために、作製工程数が増加してしま
い、製造コスト低下の妨げになっている。
る。
に、本明細書で開示する構成は、絶縁表面を有する基板
上に設けられた非単結晶珪素膜を、水素雰囲気中でレー
ザーアニールする第1の工程と、前記非単結晶珪素膜上
に、ゲイト絶縁膜となる絶縁膜を形成する第2の工程と
を有し、前記第1の工程と前記第2の工程とが連続して
行われることを特徴する半導体装置の作製方法である。
は、前記第1の工程と第2の工程との間において、大気
に曝されないことは好ましい。
ーザー照射室、基板搬送室、処理室を有し、前記各室は
気密性を有する連続処理装置を用い、前記レーザー処理
室において、絶縁表面を有する基板上に設けられた非単
結晶珪素膜を、水素雰囲気中でレーザーアニールする工
程と、前記基板搬送室を介して前記基板を前記処理室に
運ぶ工程と、前記処理室において、前記非単結晶珪素膜
上に、ゲイト絶縁膜となる絶縁膜を形成する工程とでな
ることを特徴とする半導体装置の作製方法である。
膜または窒化珪素膜を含む多層膜を用いることは好まし
い。
む多層膜は、前記非単結晶珪素膜上に成膜される酸化窒
化珪素膜と、該膜上に成膜される窒化珪素膜とでなるも
のとすることは好ましい。
単結晶珪素膜上に成膜される酸化珪素膜と、該膜上に成
膜される窒化珪素膜とでなるものとすることは好まし
い。
単結晶珪素膜の表面を窒化して形成される窒化珪素膜
と、該膜上に成膜される窒化珪素膜とでなるものとする
ことは好ましい。
と第2の工程との間に、第1の工程終了後の非単結晶珪
素膜の、組成、膜質、形状、構造を変化させる工程を含
まないことを意味する。
程との間に、基板搬送工程、アライメント工程、徐冷工
程、第2の工程に必要な温度まで基板を加熱する工程等
を有することは、本明細書における連続の範囲にあると
いえる。
る特定の雰囲気(例えば酸化雰囲気)に曝す工程、結晶
性珪素膜の膜質を意図的に変化させる加熱工程(例え
ば、水素離脱を意図する加熱工程、酸化雰囲気等におけ
る加熱工程)、イオンドーピング、成膜、エッチング、
プラズマ処理、被膜の塗布といった工程が、第1の工程
と第2の工程との間にある場合、本明細書でいう連続の
定義には当てはまらない。
を施して、結晶化また結晶性を向上させるに際し、非単
結晶珪素膜を、水素を含有する雰囲気中に配置した状態
で、レーザー照射を行うものである。
してレーザーアニールを行って得られる結晶性珪素膜を
用いて、TFTを作製すると、作製されたTFTはNチ
ャネル型、Pチネャル型とも、しきい値が2〜4V程度
正(+)側にシフトされ、立ち上がり開始電圧は0V付
近またはそれ以上となる。理由はわかっていない。
ープしてしきい値を制御する工程は全く不要とすること
もできる。
含有量が増えると、しきい値の正(+)側へのシフトの
度合いが大きくなる傾向がある。したがって、雰囲気中
の水素含有量でしきい値のシフトの度合いを制御するこ
とが可能である。
において、新たな工程を設けることなく、しきい値制御
をすることが可能となる。そのため、従来の硼素をドー
プして行われたしきい値制御方法に比較して、TFTの
製造工程を簡略化することができ、低コスト化を図れ
る。
によってしきい値をシフトさせても、S値(V/decad
e)で示される、TFTの電流−電圧特性の立ち上がり
状態はほとんど変化せず、シフトによりS値が大きくな
る(立ち上がりが悪くなる)ことはほとんどない。すな
わち、しきい値のシフトによりTFTのスイッチング時
の立ち上がりが悪化することがない。
ールにより、非単結晶珪素膜の結晶化、結晶性の向上を
させるとともに、結晶性珪素膜を用いて作製されたTF
Tのしきい値を、S値を大きくすることなく、正(+)
側にシフトさせることができる。よって、スイッチング
時の電流の立ち上がりのよい、ノーマリオフ状態を呈す
るTFTが、製造工程数を増加させることなく得られ
る。
アニールを第1の工程とし、第1の工程終了後の非単結
晶珪素膜にゲイト絶縁膜となる絶縁膜を形成する工程を
第2の工程とする。そして、第1の工程と第2の工程と
を連続して行うことで、第1の工程終了後の非単結晶珪
素膜の状態の変化が極めて少ない状態で、ゲイト絶縁膜
となる絶縁膜を形成できる。
ルで非単結晶珪素膜中に取り込まれて不対結合手を中
和、補償している水素の離脱を極めて少なくし、チャネ
ル形成領域中への水素の閉じ込めを良好に行うことがで
きる。
度がより大きくなる。またチャネル形成領域の不対結合
手の数が低減されるため、移動度が向上する。
の間の界面が良好となって、S値が低減される。
体膜を大気に曝さないようにすることで、非単結晶珪素
膜の表面への酸化膜の形成や不純物の付着を防ぐことが
できる。
トラップの要因を低減して、S値の低減、移動度の向上
を得ると共に、不純物イオンによるしきい値の不安定性
の発生を低減できる。
に曝さないように実施するために、レーザーアニールを
行う室と絶縁膜を形成する室とが、気密性を有する基板
搬送室を介して接続された、マルチャンバー型の連続処
理装置を用いることは有効である。
素膜を含む多層膜とすることで、水素の閉じ込めが効果
が増大し、より効果的である。
素膜上に窒化珪素膜を設けたもの、酸化窒化珪素膜上に
窒化珪素膜を設けたもの、非単結晶半導体の表面を窒化
して得た窒化珪素膜上に窒化珪素膜を設けたもの等が好
ましい。
いが、多層膜に比較すると、作製された薄膜トランジス
タの温度変化に対するしきい値の安定性が低下する。
るには、雰囲気制御可能なレーザー照射室内において、
非単結晶珪素膜にレーザーアニールを施すレーザーアニ
ール装置であって、レーザー照射室内へ少なくとも水素
を供給する手段を有するものを用いる。
素と、窒素、ヘリウム、アルゴン、等の不活性気体や空
気との混合気体が好ましい。
気圧下において1ppm以上、好ましくは、0.1%以
上、さらに好ましくは1%以上含有されていることが好
ましい。
を含有する雰囲気を構成する水素および不活性気体は、
その純度が、99.9%(3N)以上、99.9999
9%(7N)以下のものが、特に好ましい。このような
純度の気体を用いた雰囲気とすることで、安定した膜
質、特性の結晶性珪素膜が得られる。雰囲気を構成する
水素や不活性気体の純度が、3N未満であると、雰囲気
中の不純物、例えば炭素、水、炭化水素等により、膜質
や特性が不安定になりやすい。また、7Nより高純度の
ものを用いても、7N以下の場合と比べて効果に大差な
く、コストが高くなるだけであるので、好ましくない。
い。また、レーザーアニール時の圧力を、大気圧以下、
特に0.01Torr以上、700Torr以下に減圧
して行う場合、パルスレーザーの複数回の照射による、
結晶性珪素膜の上面や膜全体の荒れが少なくなり、好ま
しい。すなわち、耐パルスレーザー性が向上し、荒れの
少ない膜が得られる。レーザーアニール時の圧力が、7
00Torrより大きいと、膜の荒れ方が大気圧とほと
んど変わらなくなる。圧力が0.01Torr未満とな
ると、水素含有雰囲気を用いることによる、しきい値の
シフトは、ほとんど認められなくなる。
における断面形状が、スポット状または線状のレーザー
ビームを走査して行われることが好ましい。
を光源とするものであることが好ましい。
アニール工程の例を示す。図2に、実施例の作製工程を
示す。まず、基板201として、127mm角のコーニ
ング1737上に、下地膜としての酸化珪素膜202が
2000Å、その上に、非晶質珪素膜が、500Å、共
にプラズマCVD法にて、連続的に成膜される。
が、スピンコート法により、非晶質珪素膜上に塗布さ
れ、酢酸ニッケル層が形成される。酢酸ニッケル水溶液
には、界面活性剤を添加するとより好ましい。酢酸ニッ
ケル層は、極めて薄いので、膜状となっているとは限ら
ないが、以後の工程における問題はない。
基板201に、600℃で4時間の熱アニールが施さ
れ、非晶質珪素膜が結晶化し、結晶性珪素膜203が形
成される。(図2(A))
成長の核の役割を果たし、結晶化を促進させる。600
℃、4時間という低温、短時間で結晶化を行うことがで
きるのは、ニッケルの機能による。詳細については、特
開平6−244104号に記載されている。
子/cm3 であると好ましい。1×1019原子/cm3
以上の高濃度では、結晶性珪素膜203に金属的性質が
現れ、半導体としての特性が消滅する。本実施例におい
て、結晶性珪素膜203中の触媒元素の濃度は、膜中の
おける最小値で、1×1017〜5×1018原子/cm3
である。これらの値は、2次イオン質量分析法(SIM
S)により分析、測定したものである。
3の結晶性をさらに高めるために、エキシマレーザーを
用いてレーザーアニールを行う。
示す。図1は、レーザー照射室の側断面図である。
装置の上面図を示す。ここでは、図3に示すマルチチャ
ンバー型のレーザーアニール装置を用いる。図3におけ
るA−A’断面を示す図が図1に相当する。
レーザー発振装置102から照射され、光学系112に
より断面形状が線状に加工されたパルスレーザービーム
を、ミラー103で反射させ、石英で構成された窓10
4を介して被処理基板105に照射される機能を有して
いる。
eClエキシマレーザー(波長308nm)を発振する
ものを用いる。他に、KrFエキシマレーザー(波長2
48nm)を用いてもよい。
れたステージ111上に配置され、台106内に設置さ
れたヒーターによって、所定の温度(100〜700
℃)に保たれる。
状レーザービームの線方向に対して直角方向に移動さ
れ、被処理基板105上面に対しレーザービームを走査
しながら照射することを可能とする。
は、減圧、排気手段として、真空排気ポンプ108を有
する。また、気体供給手段として、バルブを介して水素
ボンベに接続された気体供給管109と、窒素やその他
の気体のボンベにバルブを介して接続された気体供給管
110を有する。
01を介して、基板搬送室302に連結されている。
1がゲイトバルブ301を介して基板搬送室302に連
結されている。
ンロード室306に、被処理基板105が多数枚、例え
ば20枚収納されたカセット312が配置される。ロボ
ットアーム305により、カセット312から一枚の基
板がアライメント室に移動される。
05とロボットアーム305との位置関係を修正するた
めの、アライメント機構が配置されている。アライメン
ト室303は、ロード/アンロード室306とゲイトバ
ルブ307を介して接続されている。
れる基板を所定の温度まで予備的に加熱して、レーザー
照射室101において基板加熱に要する時間を短縮さ
せ、スループットの向上を図るものである。
石英で構成されている。円筒状の石英はヒーターで囲ま
れている。また石英で構成された基板ホルダーを備えて
いる。基板ホルダーには、基板が多数枚収容可能なサセ
プターが備えられている。基板ホルダーは、エレベータ
ーにより上下される。基板はヒーターで加熱される。予
備加熱室308は、基板搬送室302とは、ゲイトバル
ブ309によって連結されている。
熱された基板は、ロボットアーム305によって基板搬
送室302に引き戻され、アライメント室303にて再
度アライメントされた後、ロボットアーム305によっ
て、レーザー照射室101に移送される。
ロボットアーム305によって基板搬送室302に引き
出され、徐冷室310に移送される。
して、基板搬送室302と接続されており、石英製のス
テージ上に配置された被処理基板105が、ランプ、反
射板からの赤外光を浴びて、徐々に冷却される。
5は、ロボットアーム305によって、ロード/アンロ
ード室306に移送され、カセット312に収納され
る。
る。このようにして、上記工程を繰り返すことにより、
多数の基板に対して、連続的に一枚づつ処理できる。
ニールを行う工程を説明する。まず、被処理基板105
(結晶性珪素膜203を有する基板201)は、HF水
溶液、またはHFとH2 O2 の混合水溶液で洗浄されて
自然酸化膜が除去された後、カセット312に納めら
れ、カセット312がロード/アンロード室306に配
置される。
ド/アンロード室306から搬送される被処理基板10
5は、予備加熱室における空気による酸化を防ぐため、
アライメントされた後、予備加熱室308には搬送され
ず、直接レーザー照射室101に搬送される。ただし、
予備加熱室308にて、結晶性珪素膜203上面が酸化
されない程度に加熱することは有効である。また、予備
加熱室308内を非酸化雰囲気、例えば窒素雰囲気とし
て加熱を行ってもよい。
プ108により真空引きされた後、気体供給管109か
ら水素が、気体供給管110から窒素がそれぞれ供給さ
れ、水素3%、窒素97%の雰囲気となる。レーザー照
射室内に供給される水素、窒素とも、その純度は、ここ
では、99.99999%(7N)である。このとき、
圧力は大気圧とする。
基板105は、ステージ111上に載置された状態で、
台106内のヒータにより、200℃に加熱される。
に照射される線状レーザービームは、幅0.34mm×
長さ135mmとする。被照射面におけるレーザービー
ムのエネルギー密度は、100mJ/cm2 〜500m
J/cm2 の範囲で、例えば260mJ/cm2 とす
る。台106を2.5mm/sで一方向に移動させなが
ら行うことで、線状レーザービームを走査させる。レー
ザーの発振周波数は200Hzとし、被照射物の一点に
注目すると、10〜50ショットのレーザービームが照
射される。
し、レーザーアニールが施され、結晶性が向上される。
(図2(B))
を、大気圧ではなく、それ以下、特に、0.01Tor
r以上、700Torr以下の減圧下で行ってもよい。
このような減圧下でレーザーアニールを行うことで、ア
ニールされた結晶性珪素膜の表面や膜全体の荒れを少な
くすることができる。
に搬送され、徐冷の後、ロード/アンロード室306の
カセット312に収納される。その後、カセットがレー
ザーアニール装置の外に取り出される。
いてTFTを作製する。まず結晶性珪素膜203をエッ
チングして、島状領域205を形成する。
膜が、プラズマCVD法によって厚さ1200Åに形成
される。原料ガスとして、TEOSおよび酸素を用い
る。成膜時の基板温度は、250℃〜380℃、例え
ば、300℃とする。(図2(C))
ミニウム膜をスパッタ法により、厚さ3000Å〜80
00Å、例えば6000Å堆積させる。アルミニウム膜
中に0.1〜2%の珪素を含有させてもよい。該膜をエ
ッチングして、ゲイト電極207が作製される。
TFTを作製する場合、燐イオンが、ゲイト電極207
をマスクとしてイオンドーピング法により、島状領域2
05に打ち込まれる。ドーピングガスとして、フォスフ
ィン(PH3 )を用いる。加速電圧は10〜90kV、
例えば80kV、ドーズ量は、1×1014〜5×1015
原子/cm2 、例えば、1×1015原子/cm2 とす
る。基板温度は室温とする。この結果、チャネル形成領
域210と、N型の不純物領域として、ソース208、
ドレイン209が形成される。
合、硼素イオンが、ゲイト電極をマスクとしてイオンド
ーピング法により、島状領域205に打ち込まれる。ド
ーピングガスとして、水素で1〜10%、例えば5%に
希釈されたジボラン(B2 H6 )を用いる。加速電圧は
60〜90kV、例えば65kV、ドーズ量は、2×1
015〜5×1015原子/cm2 、例えば、3×1015原
子/cm2 とする。基板温度は室温とする。この結果、
チャネル形成領域210と、P型の不純物領域として、
ソース208、ドレイン209が形成される。(図2
(D ))
るために、再び図3に示すレーザーアニール装置を用い
て、線状レーザービームによりレーザーアニールを行
う。レーザー照射室101内の雰囲気は、空気(大気
圧)とする。被照射面におけるレーザービームのエネル
ギー密度は100mJ/cm2 〜350mJ/cm2 の
範囲とし、ここでは160mJ/cm2 とする。線状レ
ーザービームを走査させる。被照射物の一点に注目する
と、20〜40ショットのレーザービームが照射され
る。基板温度は200℃とする。その後、窒素雰囲気中
にて2時間、450℃の熱アニールを行う。(図2
(E))
ラズマCVD法により形成され、層間絶縁膜211が形
成される。次に、エッチングにより層間絶縁膜211に
コンタクトホールが開孔される。さらに、金属材料、例
えば、チタンとアルミニウムの多層膜が形成、エッチン
グされることで、コンタクトホールを介して、ソース電
極・配線212、ドレイン電極・配線213が形成され
る。
350℃の熱アニール処理が行われる。
はPチャネル型の結晶性TFTが形成される。これらの
TFTの移動度は、Nチャネル型で、70〜120cm
2 /Vs、Pチャネル型で60〜90cm2 /Vsを有
する優れたものである。(図2(F))
ニール時の雰囲気、およびレーザービームのエネルギー
密度を変化させて、同様にしてTFTを作製し、その特
性の比較を行う。
気とレーザービームのエネルギー密の依存性を示す。図
4において、(a)はNチャネル型、(b)はPチャネ
ル型のTFTの特性を示す。図4(a)、図4(b)に
おいて、TFTを構成する結晶性珪素膜が、上記工程で
示した水素含有雰囲気N2 /H2 (3%)で作製された
ものを◇、N2 100%雰囲気で作製されたものを〇、
O2 100%雰囲気で作製されたものを□、N2 /O2
(20%)雰囲気で作製されたものを▽で示す。各気体
は、いずれも純度が99.99999%(7N)であ
る。気圧は大気圧とする。
素含有雰囲気で作製されたTFTは、他の雰囲気に比較
して、Nチャネル型、Pチャネル型共に、しきい値電圧
(Vth)が、正(+)側に大きくシフトしていること
がわかる。すなわち、水素含有雰囲気でレーザーアニー
ルを行うことにより、硼素をドープする等のしきい値制
御を行わなくても、しきい値が正(+)側にシフトさ
れ、ノーマリオフ状態を実現できる。
のエネルギー密度の依存性を示す。図5において、
(a)はNチャネル型、(b)はPチャネル型のTFT
の特性を示す。TFTを構成する結晶性珪素膜作製時の
雰囲気を示す記号は、図4と同じである。
されたTFTは、しきい値電圧が正(+)側にシフトし
ているが、図5に示すように、シフトしてもS値が大き
くなることはなく、スイッチング時の電流の立ち上がり
が良好なものが得られる。
けるレーザーアニール時の水素含有雰囲気を実施例1よ
り低下させ、0.5%とし、他は同様として結晶性珪素
膜を形成する。この結晶性珪素膜を用いて作製されたT
FTは、S値は実施例1のものとほとんど変わらない。
また、従来の空気雰囲気でレーザーアニールされたもの
よりは、しきい値が正(+)側にシフトされているが、
実施例1のTFTより少ないシフト量となる。すなわ
ち、レーザーアニール時の雰囲気中の水素含有量によ
り、しきい値のシフトの程度が制御できることがわか
る。
で使用する連続処理装置の例を示す。図8に実施例にお
ける連続処理装置の上面図を示す。図8の装置は、図3
に示した装置に、プラズマ処理室を2つ加えた構成を有
する。この装置を用いて、水素雰囲気中でのレーザーア
ニール工程に連続してゲイト絶縁膜を形成することがで
きる。
ーザー照射室802、予備加熱室803、徐冷室80
4、第1のプラズマ処理室807、第2のプラズマ処理
室808、およびアライメント室806を介したロード
/アンロード室805が、ゲイトバルブ809〜813
を介して連結されている。
てロボットアーム814が配置されている。ロード/ア
ンロード室805には、複数枚の基板が納められるカセ
ット815が配置される。
1、レーザー照射室802、予備加熱室803、徐冷室
804、ロード/アンロード室805、アライメント室
806に関する説明は、実施例1で説明した図3に示す
装置と同様の構成なので省略する。
の処理室808は、図示しない高周波電界発生手段およ
び該手段に接続された平行平板型の電極を有し、基板上
にプラズマ雰囲気を形成して各種のプラズマ処理が可能
な、公知のプラズマ処理装置である。処理される基板
は、平行平板型電極の一方の上に配置される。
は、それぞれ気体供給手段および排気手段(図示せず)
が設けられ、内部の雰囲気および圧力が制御可能となっ
ている。
される気体を電極間に印加される高周波電界により活性
化させ、基板上面に対して、成膜、窒化、酸化等のプラ
ズマ処理を行うことかできる。
密性が保たれている。また各室の雰囲気は任意に制御で
きる。このような装置によって処理される基板は、外部
の雰囲気から遮断されるため、大気に触れることを防ぐ
ことができる。
素雰囲気でのレーザーアニール工程とゲイト絶縁膜とな
る膜を形成する工程とを、工程間で結晶性珪素膜を大気
に曝すことなく連続的に行うことができる。
に対する水素雰囲気でのレーザーアニールとゲイト絶縁
膜の形成を連続的に行う例を示す。
製工程を示す。実施例1と同様にして、コーニング17
37等の基板601上に、下地膜としての酸化珪素膜6
02、非晶質珪素膜をプラズマCVD法にて連続的に成
膜し、酢酸ニッケル水溶液を塗布した後、600℃、4
時間の熱アニールを施し、結晶性珪素膜603が形成さ
れる。(図6(A))
よりエッチングして、島状領域604を形成する。
板上の島状領域604に対する水素雰囲気中でのレーザ
ーアニール工程とゲイト絶縁膜となる膜の形成工程を連
続的に行う。
1内は、窒素雰囲気とした。
基板は、HF水溶液、またはHFとH2 O2 の混合水溶
液で洗浄されて自然酸化膜が除去された後、カセット8
15に納められ、カセット815がロード/アンロード
室805に配置される。
ド/アンロード室805から搬送される被処理基板は、
予備加熱室における空気による酸化を防ぐため、アライ
メントされた後、予備加熱室803には搬送されず、直
接レーザー照射室802に搬送される。ただし、予備加
熱室803にて、島状領域604上面が酸化されない程
度に加熱することは有効である。また、予備加熱室80
3内を非酸化雰囲気、例えば窒素雰囲気として加熱を行
ってもよい。
た後、水素、窒素が供給され、水素3%、窒素97%の
雰囲気となる。レーザー照射室内に供給される水素、窒
素とも、その純度は、ここでは、99.99999%
(7N)である。このとき、圧力は大気圧とする。
雰囲気中でレーザーアニールを行う。このようにして島
状領域604に対し、水素雰囲気中でのレーザーアニー
ルが施され、結晶性が向上される。(図6(B))
され徐冷される。この徐冷工程は必要に応じて実施す
る。
では、ゲイト絶縁膜として、酸化窒化珪素(SiON)
膜と窒化珪素(SiN)膜との積層膜を用いる。
は、大気に曝されることなく第1の処理室807に搬送
され、レーザーアニール工程に連続して第1のゲイト絶
縁膜606の形成が行われる。
搬送され、該室内においてプラズマCVD法により酸化
窒化珪素(SiON)膜が形成され、第1のゲイト絶縁
膜606が得られる。原料ガスとして、例えばTEOS
ガスとN2 Oガスとを用いて、200〜2000Å、例
えば約1500Åの膜厚に形成される。基板温度は40
0℃とする。
に搬送され、プラズマCVD法により窒化珪素(Si
N)膜が形成され、第2のゲイト絶縁膜607が得られ
る。原料ガスとして、例えばシランとアンモニアを用い
て、250〜1000Å、例えば約500Åの膜厚に形
成される。基板温度は300℃とする。
804にて徐冷の後、ロード/アンロード室805のカ
セット815に収納され、外部に取り出される。
さずに、レーザーアニール工程とゲイト絶縁膜の形成工
程を、マルチチャンバー方式を用いて連続的に行う。
(図6(C))。
ミニウム膜をスパッタ法により、厚さ3000Å〜80
00Å、例えば6000Å堆積させる。ヒロックの発生
を防ぐため、アルミニウム膜中に0.1〜2%の珪素を
含有させてもよい。該膜をエッチングして、ゲイト電極
608が作製される。
オンドーピング法により、島状領域604に対しリンイ
オンまたはホウ素イオンの打ち込みが行われる。基板温
度は室温とする。
純物領域として、ソース609、ドレイン611が形成
される。図6(D))
るために、レーザーアニールが行われる。条件は実施例
1と同様とする。その後、窒素雰囲気中にて2時間、4
50℃の熱アニールを行う。(図6(E))
612、ソース電極・配線613、ドレイン電極・配線
614が形成される。最後に、1気圧の水素雰囲気で、
200〜350℃の熱アニール処理が行われ、薄膜トラ
ンジスタが作製される。(図6(F))
は、実施例1で作製されたものに比較して、薄膜トラン
ジスタのしきい値のシフトが、正側に3〜5Vと、シフ
トの程度が大きくなる。またS値がより小さくなる。さ
らに移動度も若干向上する。
化珪素膜の2層としたため、窒化珪素膜のみを用いる場
合より、耐圧が向上する。
実施例1と同様な酸化珪素膜のみとしてもよい。この場
合、実施例1に比較してしきい値のシフトの程度は向上
するものの、S値や移動度の向上はあまりみられない。
した薄膜トランジスタの作製工程において、ゲイト絶縁
膜を、第1の絶縁膜として酸化珪素(SiO2 )、第2
の絶縁膜として窒化珪素(SiN)を用いた例を示す。
ゲイト絶縁膜の構成以外は、実施例4と同じである。以
下に本実施例を図6、図8を用いて説明する。
非単結晶珪素膜でなる島状領域601を形成する。そし
て図8に示した装置により、基板601上の島状領域6
04に対する水素雰囲気でのレーザーアニールが行われ
る。工程、条件は実施例4と同じである。(図6
(B))
され徐冷される。この徐冷工程は必要に応じて実施す
る。
は、大気に曝されることなく第1の処理室807に搬送
され、レーザーアニール工程に連続して第1のゲイト絶
縁膜の形成が行われる。
されることなく第1の処理室807に搬送され、レーザ
ーアニール工程に連続して第1のゲイト絶縁膜606の
形成が行われる。
ズマCVD法により酸化珪素(SiO2 )膜が形成さ
れ、第1のゲイト絶縁膜606が得られる。原料ガスと
して、例えばTEOSガスを用いて、1000〜400
0Å、例えば約2000Åの膜厚に形成する。
搬送され、プラズマCVD法により窒化珪素膜(Si
N)が第2のゲイト絶縁膜607として、約1000Å
形成される。原料ガスとして、例えばシランとアンモニ
アを用いる。基板温度は300℃とする。
ト絶縁膜の形成を連続的に行う。結果として、チャネル
形成領域となる島状領域610とゲイト絶縁膜との界面
の、酸化膜の形成や不純物の混入を防ぎ、界面特性を良
好なものとすることができる(図6(C))。
ンジスタが完成される。
も、実施例1で作製した薄膜トランジスタに比較して、
しきい値のシフト量の増大、S値の低減、移動度の向上
がみられた。
として結晶性珪素膜の上面を窒化して形成される窒化珪
素膜を用いた例を示す。ゲイト絶縁膜の構成以外は、実
施例4と同じである。
図7に示す。実施例4と同様にして、ガラス基板70
1、該基板上の酸化珪素膜でなる下地膜702の上に形
成された非晶質珪素でなる島状領域704を形成し、熱
結晶化を行う。
ー照射室802内にて、実施例4と同様にして水素雰囲
気でのレーザーアニールを行い、島状領域704を結晶
化させる。(図7(A))
され徐冷される。この徐冷工程は必要に応じて実施す
る。
ら第1の処理室807に大気に曝されずに搬送さる。そ
して、レーザーアニール工程に連続して第1のゲイト絶
縁膜706を形成する。
H3 )と窒素(N)が導入され、高周波電界によって、
活性化されたアンモニア(NH3 * )を含んだプラズマ
雰囲気が形成される。
され、島状領域704の表面が窒化されて窒化珪素(S
iN)膜が100Å程度形成され、第1のゲイト絶縁膜
706となる。基板温度は300〜400℃、例えば3
50℃とした。(図7(B))
搬送され、プラズマCVD法により窒化珪素膜が第2の
ゲイト絶縁膜707として、連続して形成される。膜厚
は200〜1000Å、ここで約300Å形成される。
原料ガスとして、例えばシランとアンモニアを用いる。
基板温度は300℃とする。(図7(C))
ンジスタが完成される。(図7(D)〜図7(F))
タは、チャネル形成領域とゲイト絶縁膜との界面特性が
極めて良好となる。その結果、実施例4で作製した薄膜
トランジスタに比較して、更なるしきい値のシフト、S
値の減少、移動度の向上といった効果が得られる。
る窒化珪素膜を島状領域表面を窒化して得たため、成膜
による場合に比較してチャネル形成領域の水素を十分に
閉じ込めることができること、良好な界面が得られるこ
と、などによるものと考えられる。
モニアNH3 * 雰囲気としたため、島状領域表面は、窒
化されると共に水素が導入されるため、水素によるしき
い値のシフトや不対結合手の中和などが促進されると考
えられる。
珪素膜の結晶化工程は、熱結晶化とレーザーアニールを
併用した場合のものを示した。しかし、レーザーアニー
ルのみとしてもよい。
り、非単結晶珪素膜の結晶化、結晶性の向上をさせると
ともに、こうして作製された結晶性珪素膜を用いて形成
されたTFTのしきい値を、S値を大きくすることな
く、正(+)側にシフトさせることができる。すなわ
ち、スイッチング時の電流の立ち上がりのよい、ノーマ
リオフ状態を呈するTFTが、従来の硼素ドープによる
しきい値制御のような製造工程数の増加を伴わずに、得
ることができる。したがって、製造コストの低下を図る
ことができる。
程とゲイト絶縁膜の形成工程を、途中で大気に曝さずに
連続して行うことにより、TFTのチャネル形成領域の
界面特性を向上させることができ、しきい値のシフトや
S値を更に改善することができる。
図。
ービームのエネルギー密の依存性を示す図。
ー密度の依存性を示す図。
Claims (7)
- 【請求項1】絶縁表面を有する基板上に設けられた非単
結晶珪素膜を、水素雰囲気中でレーザーアニールする第
1の工程と、 前記非単結晶珪素膜上に、ゲイト絶縁膜となる絶縁膜を
形成する第2の工程とを有し、 前記第1の工程と前記第2の工程とが連続して行われる
ことを特徴する半導体装置の作製方法。 - 【請求項2】請求項1において、前記非単結晶珪素膜
は、前記第1の工程と第2の工程との間において、大気
に曝されないことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項3】レーザー照射室、基板搬送室、処理室を有
し、前記各室は気密性を有する連続処理装置を用い、 前記レーザー処理室において、絶縁表面を有する基板上
に設けられた非単結晶珪素膜を、水素雰囲気中でレーザ
ーアニールする工程と、 前記基板搬送室を介して前記基板を前記処理室に運ぶ工
程と、 前記処理室において、前記非単結晶珪素膜上に、ゲイト
絶縁膜となる絶縁膜を形成する工程とでなることを特徴
とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項4】請求項1または3において、絶縁膜は窒化
珪素膜または窒化珪素膜を含む多層膜であることを特徴
とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項5】請求項1または3において、窒化珪素膜を
含む多層膜は、前記非単結晶珪素膜上に成膜される酸化
窒化珪素膜と、該膜上に成膜される窒化珪素膜とでなる
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項6】請求項1または3において、窒化珪素膜を
含む多層膜は、前記非単結晶珪素膜上に成膜される酸化
珪素膜と、該膜上に成膜される窒化珪素膜とでなること
を特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項7】請求項1または3において、窒化珪素膜を
含む多層膜は、前記非単結晶珪素膜の表面を窒化して形
成される窒化珪素膜と、該膜上に成膜される窒化珪素膜
とでなることを特徴とする半導体装置の作製方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30125296A JPH09186342A (ja) | 1995-10-25 | 1996-10-24 | 半導体装置の作製方法 |
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30219095 | 1995-10-25 | ||
JP30813995 | 1995-11-01 | ||
JP7-308139 | 1995-11-01 | ||
JP7-302190 | 1995-11-01 | ||
JP30125296A JPH09186342A (ja) | 1995-10-25 | 1996-10-24 | 半導体装置の作製方法 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004222717A Division JP4128552B2 (ja) | 1995-10-25 | 2004-07-30 | 半導体装置の作製方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09186342A true JPH09186342A (ja) | 1997-07-15 |
Family
ID=27338445
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30125296A Withdrawn JPH09186342A (ja) | 1995-10-25 | 1996-10-24 | 半導体装置の作製方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09186342A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7768009B2 (en) | 2007-08-31 | 2010-08-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device and manufacturing method of the same |
US8420462B2 (en) | 2007-09-07 | 2013-04-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device and manufacturing method thereof |
US8786793B2 (en) | 2007-07-27 | 2014-07-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device and manufacturing method thereof |
-
1996
- 1996-10-24 JP JP30125296A patent/JPH09186342A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8786793B2 (en) | 2007-07-27 | 2014-07-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device and manufacturing method thereof |
US7768009B2 (en) | 2007-08-31 | 2010-08-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device and manufacturing method of the same |
US8133771B2 (en) | 2007-08-31 | 2012-03-13 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device and manufacturing method of the same |
US8389993B2 (en) | 2007-08-31 | 2013-03-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device having a buffer layer formed over a channel protective layer |
US8420462B2 (en) | 2007-09-07 | 2013-04-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device and manufacturing method thereof |
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