JPH11111634A - Forming of n-type semiconductor film - Google Patents

Forming of n-type semiconductor film

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JPH11111634A
JPH11111634A JP26980397A JP26980397A JPH11111634A JP H11111634 A JPH11111634 A JP H11111634A JP 26980397 A JP26980397 A JP 26980397A JP 26980397 A JP26980397 A JP 26980397A JP H11111634 A JPH11111634 A JP H11111634A
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JP
Japan
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film
polycrystalline silicon
thickness
implanted
silicon film
Prior art date
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Pending
Application number
JP26980397A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Yoshinouchi
淳 芳之内
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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Publication of JPH11111634A publication Critical patent/JPH11111634A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of forming a thin film of N-type polysilicon, in which the recovery of the crystallinity from a damaged state and the activation of implanted impurity ions can be achieved with an annealing process at a relatively low temperature by sequentially forming a polysilicon film and an insulator film, each having a specified thickness, on an insulating substrate, and elements including group-V element ions are implanted into the polysilicon film through the insulator film. SOLUTION: On a glass substrate 101, an amorphous silicon film of 50-150 nm in thickness is deposited and is annealed to make a polysilicon film 103. Then, the polysilicon film is partly etched off to form an island 104 of polysilicon film, onto which a gate insulating film 106 of 50-150 nm in thickness is formed, and a gate electrode 107 is formed on the film 106. Ions 108 of including group-V elements are implanted into the polysilicon film self-alignedly by utilizing the gate electrode 107 as the mask for the ion implantation. By annealing the implanted polysilicon film at a temperature ranging 300-500 deg.C, the implanted group-V element ions are activated to make the implanted film regions N-type polysilicon form a drain region 109S and a source region 109D of a transistor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、N型半導体膜の形
成方法に係り、特にガラス基板の歪を少くするため、低
温で熱処理を行うN型半導体膜の形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming an N-type semiconductor film, and more particularly to a method for forming an N-type semiconductor film by performing a heat treatment at a low temperature to reduce distortion of a glass substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、液晶ディスプレイやイメージセン
サ等の駆動回路をディスプレイやイメージセンサと同一
の基板上に作製するための開発が進められている。その
ためには、通常用いられている安価なガラス基板上に薄
膜トランジスタを作製する必要がある。
2. Description of the Related Art In recent years, development for manufacturing a drive circuit such as a liquid crystal display or an image sensor on the same substrate as a display or an image sensor has been advanced. For that purpose, it is necessary to manufacture a thin film transistor on a commonly used inexpensive glass substrate.

【0003】ガラス基板を使用する場合、ガラス基板に
影響を及ばさないような温度で処理する必要がある。通
常、半導体デバイスへの不純物への影響を考慮して無ア
ルカリガラスが用いられる。無アルカリガラスにはバリ
ウムホウケイ酸ガラス(コーニング社製#7059な
ど)、ホウケイ酸ガラス(旭硝子社製ANなど)、アル
ミノホウケイ酸ガラス(コーニング社製#1735な
ど)、アルミノケイ酸ガラス(HOYA社製NA40な
ど)等が用いられる。しかし、このようなガラス基板の
歪点は593〜700℃程度であり、実際に使用できる
温度は700℃以下であるので、700℃以下で処理す
ることが求められている。
When a glass substrate is used, it is necessary to process at a temperature that does not affect the glass substrate. Usually, non-alkali glass is used in consideration of the influence on impurities in the semiconductor device. Barium borosilicate glass (such as # 7059 manufactured by Corning), borosilicate glass (such as AN manufactured by Asahi Glass), aluminoborosilicate glass (such as # 1735 manufactured by Corning), aluminosilicate glass (NA40 manufactured by HOYA) Etc.) are used. However, the strain point of such a glass substrate is about 593 to 700 ° C., and the temperature which can be actually used is 700 ° C. or less, so that the treatment at 700 ° C. or less is required.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、薄膜トラン
ジスタのソース/ドレイン部を形成するには、不純物イ
オン注入を行った後、注入によって発生した結晶ダメー
ジの回復と不純物イオンの活性化を行う目的で通常高温
熱処理を行う必要がある。通常、半導体膜である多結晶
シリコン膜を500℃を越える温度で熱処理しなければ
ならない。
However, the source / drain portions of the thin film transistor are usually formed by implanting impurity ions and then recovering crystal damage caused by the implantation and activating the impurity ions. It is necessary to perform high temperature heat treatment. Usually, a polycrystalline silicon film which is a semiconductor film must be heat-treated at a temperature exceeding 500 ° C.

【0005】例えば、炉アニール法では600℃で数時
間の処理が必要であるが、これではガラス基板が熱収縮
してしまうという問題がある。短時間であれば許容でき
る場合もあるが、数時間では問題となってしまう。ガラ
ス基板が収縮すると、デバイスを作製するためのフォト
リソグラフィで位置ずれをおこしてしまうため、良好な
デバイスを作製できなくなってしまう。
For example, furnace annealing requires a treatment at 600 ° C. for several hours, but this causes a problem that the glass substrate is thermally shrunk. In some cases, a short time is acceptable, but in a few hours, it becomes a problem. When the glass substrate shrinks, misalignment occurs in photolithography for manufacturing a device, so that a good device cannot be manufactured.

【0006】また、レーザーアニール法では多結晶シリ
コン膜表面を高温にしてガラス基板を低温に保ったまま
処理できるので、ガラス基板に与える影響は小さくでき
るが、均一性が悪いことが問題である。通常用いられて
いるエキシマレーザはパルスレーザであり、かつ、ビー
ムサイズが限られているので、大面積照射する場合はビ
ームは継ぎ合わせて照射しなければならない。継ぎ合わ
せ部分で多結晶シリコン膜の膜質が変化して異なった特
性になってしまうため良好な均一性を確保することがで
きない。
In the laser annealing method, since the surface of the polycrystalline silicon film can be treated at a high temperature while keeping the glass substrate at a low temperature, the influence on the glass substrate can be reduced, but there is a problem of poor uniformity. A commonly used excimer laser is a pulse laser and has a limited beam size. Therefore, when irradiating a large area, the beams must be jointly irradiated. Since the film quality of the polycrystalline silicon film changes at the spliced portion to have different characteristics, good uniformity cannot be ensured.

【0007】また、ランプアニール法ではガラス基板の
反りや割れ等が発生してしまうという問題があった。
Further, the lamp annealing method has a problem that the glass substrate is warped or cracked.

【0008】本発明は、上述のような課題を解決し、低
温で結晶ダメージの回復と不純物イオンの活性化ができ
て、かつ、良好な性能を持つN型半導体膜の形成方法を
提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems and provides a method of forming an N-type semiconductor film which can recover crystal damage and activate impurity ions at a low temperature and has good performance. With the goal.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のN型半導体膜の形成方法は、絶縁性基板上
に膜厚が50〜150nmの多結晶シリコン膜を形成す
る工程と、前記多結晶シリコン膜上に膜厚が50〜15
0nmの絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜を通して
前記多結晶シリコン膜に第V族元素を含む元素を注入す
る工程と、300〜500℃の温度で熱処理する工程と
からなる。
In order to achieve the above object, a method for forming an N-type semiconductor film according to the present invention comprises the steps of forming a polycrystalline silicon film having a thickness of 50 to 150 nm on an insulating substrate. A film thickness of 50 to 15 on the polycrystalline silicon film.
Forming a 0 nm insulating film; implanting an element containing a Group V element into the polycrystalline silicon film through the insulating film; and performing a heat treatment at a temperature of 300 to 500 ° C.

【0010】また、前記第V族元素を含む元素は、リン
などの第V族元素と水素であってもよい。
[0010] The element containing a Group V element may be a Group V element such as phosphorus and hydrogen.

【0011】次に、本発明の作用を説明する。リンなど
の第V族元素を膜厚が50〜150nmの絶縁膜を通し
て多結晶シリコン膜に注入するようにしたので、注入時
の多結晶シリコン膜の結晶ダメージが軽減される。ま
た、多結晶シリコン膜の膜厚が50nm以上なので、膜
厚の厚さ方向に結晶ダメージを受けない領域が残る。し
たがって、注入後の結晶ダメージの回復と、リンなどの
不純物イオンの活性化のための熱処理温度は300〜5
00℃の低温でよくガラスなどの絶縁性基板の歪を防ぐ
ことができる。なお、多結晶シリコン膜の厚さを150
nm以下としたのは、あまり厚いと製品としての半導体
の性能低下をまねくからである。また、第V族元素とと
もに水素を注入すると前記多結晶シリコン膜が非晶化さ
れる度合いを低減することができる。
Next, the operation of the present invention will be described. Since the Group V element such as phosphorus is implanted into the polycrystalline silicon film through the insulating film having a thickness of 50 to 150 nm, crystal damage of the polycrystalline silicon film at the time of implantation is reduced. In addition, since the thickness of the polycrystalline silicon film is 50 nm or more, a region where crystal damage does not occur in the thickness direction remains. Therefore, the heat treatment temperature for recovering crystal damage after implantation and for activating impurity ions such as phosphorus is 300 to 5 hours.
Distortion of an insulating substrate such as glass can be prevented well at a low temperature of 00 ° C. The thickness of the polycrystalline silicon film is set to 150
The reason why the thickness is set to nm or less is that if the thickness is too large, the performance of a semiconductor as a product is deteriorated. Further, when hydrogen is implanted together with the group V element, the degree of amorphization of the polycrystalline silicon film can be reduced.

【0012】さらに、前記多結晶シリコン膜の膜厚が7
0〜150nm、前記絶縁膜の膜厚が70〜150nm
であるほうが、前記の多結晶シリコン膜が非晶質化され
る度合いを低減する効果がより大きく、より好ましい。
Further, when the thickness of the polycrystalline silicon film is 7
0 to 150 nm, and the thickness of the insulating film is 70 to 150 nm
Is more preferable because the effect of reducing the degree to which the polycrystalline silicon film is made amorphous is greater.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明のN型半導体膜の形
成方法の1実施形態について、図面を参照しつつ説明す
る。図1、図2、図3は本発明の半導体膜の作製工程を
示す概略断面図である。図1は絶縁性基板上に膜圧が5
0〜150nmの多結晶シリコン膜を形成し、前記多結
晶シリコン膜上に膜厚が50〜150nmの絶縁膜を形
成した後の、前記絶縁膜を通して前記多結晶シリコン膜
に第V族元素を含むイオンを注入する工程を示す概略断
面図である。1は絶縁性基板、2は多結晶シリコン膜、
3は絶縁膜、4は第V族元素イオンを含むイオンであ
る。図2は第V族元素イオンを含むイオンを注入するこ
とによって多結晶シリコン膜2中に非晶質化された領域
5が形成されることを示す概略断面図である。多結晶シ
リコン膜2および絶縁膜3の膜厚を上記のように設定す
ることにより、多結晶シリコンの結晶核を残存させ多結
晶シリコン膜2中の非晶質化する割合を緩和し低温で活
性化できる状態を作り出すことができる。図3は300
〜500℃の温度で熱処理した後の概略断面図である。
6は注入した第V族元素が活性化されたN型の多結晶シ
リコン膜であり、500℃を越えない温度の低温熱処理
によって容易に活性化される。これによって良好なN型
の多結晶シリコン膜を得ることができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of a method for forming an N-type semiconductor film according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIGS. 1, 2 and 3 are schematic cross-sectional views showing steps of manufacturing a semiconductor film of the present invention. FIG. 1 shows a film pressure of 5 on an insulating substrate.
After forming a polycrystalline silicon film having a thickness of 0 to 150 nm and forming an insulating film having a thickness of 50 to 150 nm on the polycrystalline silicon film, the polycrystalline silicon film contains a Group V element through the insulating film. It is a schematic sectional drawing which shows the process of implanting ions. 1 is an insulating substrate, 2 is a polycrystalline silicon film,
Reference numeral 3 denotes an insulating film, and reference numeral 4 denotes ions containing Group V element ions. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing that an amorphous region 5 is formed in the polycrystalline silicon film 2 by implanting ions including Group V element ions. By setting the thicknesses of the polycrystalline silicon film 2 and the insulating film 3 as described above, the crystal nuclei of the polycrystalline silicon are left, the rate of amorphization in the polycrystalline silicon film 2 is relaxed, and activation at a low temperature is achieved. Can be created. FIG.
It is a schematic sectional drawing after heat processing at the temperature of -500 degreeC.
Reference numeral 6 denotes an N-type polycrystalline silicon film in which the implanted Group V element is activated, and is easily activated by a low-temperature heat treatment at a temperature not exceeding 500 ° C. Thereby, a good N-type polycrystalline silicon film can be obtained.

【0014】次に、本実施形態の作用を説明する。図1
に示すように、絶縁膜3を通して多結晶シリコン膜2に
第V族元素イオンを含む不純物イオン4を打ち込む場
合、比較的高エネルギのイオンを打ち込む必要がある。
このとき絶縁膜3と多結晶シリコン膜2の界面付近から
多結晶シリコン膜2は絶縁性基板方向に向かって、結晶
が破壊されて非晶質化されてしまう。例えば、第V族元
素のリン(P)を膜厚50nmの多結晶シリコン膜2
に、膜厚50nmの酸化シリコン膜(絶縁膜3)を通し
て打ち込むには、理論的にはおよそ50〜70keVの
エネルギーのリンを打ち込む必要がある。このような高
エネルギーのイオンをデバイス作製に必要な濃度のドー
ズ量1E15〜1E16個/cm2 程度打ち込むと、多
結晶シリコン膜中の結晶は破壊される。多結晶シリコン
膜および絶縁膜の膜厚が50nm未満のとき、図4に示
すように多結晶シリコン膜中の結晶の破壊レベルは極め
て大きく、多結晶シリコン膜はほとんど全領域非晶質シ
リコン膜7になってしまう。このような状態になってし
まうと、300〜500℃の低温で熱処理した後も、図
5に示すように第V族元素を含む非晶質シリコン膜8に
しかならず、多結晶シリコン膜に戻ることができない。
したがって、これでは良好な半導体膜とならないため性
能の良いデバイスを作製することができない。
Next, the operation of the present embodiment will be described. FIG.
As shown in FIG. 5, when implanting impurity ions 4 containing Group V element ions into the polycrystalline silicon film 2 through the insulating film 3, it is necessary to implant relatively high energy ions.
At this time, the crystal of the polycrystalline silicon film 2 is broken from the vicinity of the interface between the insulating film 3 and the polycrystalline silicon film 2 toward the insulating substrate, and becomes amorphous. For example, a polycrystalline silicon film 2 having a thickness of 50 nm is doped with phosphorus (P) of a group V element.
In order to perform implantation through a silicon oxide film (insulating film 3) having a thickness of 50 nm, it is theoretically necessary to implant phosphorus having energy of about 50 to 70 keV. When such high-energy ions are implanted at a dose of about 1E15 to 1E16 / cm <2> at a concentration required for device fabrication, the crystals in the polycrystalline silicon film are destroyed. When the thicknesses of the polycrystalline silicon film and the insulating film are less than 50 nm, the level of crystal destruction in the polycrystalline silicon film is extremely large as shown in FIG. Become. In such a state, even after the heat treatment at a low temperature of 300 to 500 ° C., the amorphous silicon film 8 containing the group V element is obtained as shown in FIG. Can not.
Therefore, this does not result in a good semiconductor film, so that a device with good performance cannot be manufactured.

【0015】ところが、多結晶シリコン膜および絶縁膜
である酸化シリコン膜の膜厚が50nm以上であれば、
図2に示すように多結晶シリコン膜2中(特に、多結晶
シリコン膜2中の絶縁性基板1側に)破壊されずに残る
結晶が存在できることから、この結晶を核として500
℃を越えない300〜500℃の低い温度での熱処理に
よっても、破壊された結晶の回復が行なわれてシリコン
膜中で前記第V族元素が活性化する。この作用は、多結
晶シリコン膜2および絶縁膜3の膜厚が50nm未満の
ときには顕著には見られなかった。また、絶縁膜3の膜
厚が50nm未満のときは絶縁膜の電気的な耐圧が不十
分であるので、デバイスに適用することができなかっ
た。特に、上記の理由によって、多結晶シリコン膜2お
よび絶縁膜3の膜厚が70nm以上のときには非常に顕
著な効果が見られ、かつデバイスに適用する場合も非常
に有効であったので、それぞれの膜厚は70nm以上で
ある方が好ましい。
However, if the thicknesses of the polycrystalline silicon film and the silicon oxide film as the insulating film are 50 nm or more,
As shown in FIG. 2, there can be crystals remaining without being destroyed in the polycrystalline silicon film 2 (particularly, on the insulating substrate 1 side in the polycrystalline silicon film 2).
Even by a heat treatment at a low temperature of 300 to 500 ° C. which does not exceed 0 ° C., the broken crystal is recovered and the group V element is activated in the silicon film. This effect was not remarkably observed when the thicknesses of the polycrystalline silicon film 2 and the insulating film 3 were less than 50 nm. Further, when the thickness of the insulating film 3 is less than 50 nm, the electric breakdown voltage of the insulating film is insufficient, so that it cannot be applied to a device. In particular, for the above reasons, when the film thickness of the polycrystalline silicon film 2 and the insulating film 3 is 70 nm or more, a very remarkable effect is observed, and when the film is applied to a device, it is very effective. The thickness is preferably 70 nm or more.

【0016】さらに、第V族元素を注入する工程におい
て同時に水素元素も注入すると、前記多結晶シリコン膜
2が非晶質化される度合いを低減することができて、低
温で活性化できる効果を促進することができる。
Further, when a hydrogen element is simultaneously implanted in the step of implanting a group V element, the degree of amorphization of the polycrystalline silicon film 2 can be reduced, and the effect of activation at a low temperature can be obtained. Can be promoted.

【0017】また、多結晶シリコン膜2および絶縁膜3
の膜厚が150nmを越えるときには、これによってデ
バイスを作製したときに良好な性能が得られないので膜
厚は、150nm以下であることが好ましい。例えば、
この半導体膜を用いて薄膜トランジスタを作製した場
合、活性層の多結晶シリコン膜2の膜厚が150nmを
越える膜厚であるとトランジスタのオフ特性が悪くなる
ので、150nmを越える膜厚は好ましくない。また、
絶縁膜3もトランジスタでゲート絶縁膜として機能させ
るときには、150nmを越える膜厚であると、トラン
ジスタのしきい値電圧が高くなり性能が悪化するので好
ましくない。
The polycrystalline silicon film 2 and the insulating film 3
When the film thickness exceeds 150 nm, good performance cannot be obtained when a device is manufactured by this, so the film thickness is preferably 150 nm or less. For example,
When a thin film transistor is manufactured using this semiconductor film, if the thickness of the polycrystalline silicon film 2 as the active layer exceeds 150 nm, the off-state characteristics of the transistor deteriorate. Also,
When the insulating film 3 also functions as a gate insulating film in a transistor, a thickness exceeding 150 nm is not preferable because the threshold voltage of the transistor increases and the performance deteriorates.

【0018】上述より、多結晶シリコン膜2および絶縁
膜3の膜厚は図6に示す範囲A内が好ましいことがわか
る。また、特に範囲B内のほうが効果が顕著であり、特
に好ましい。
As described above, it is understood that the thicknesses of the polycrystalline silicon film 2 and the insulating film 3 are preferably within the range A shown in FIG. The effect is particularly remarkable in the range B, which is particularly preferable.

【0019】[0019]

【実施例】次に、本発明の半導体膜の形成法方の一例で
ある薄膜トランジスタの形成方法について述べる。図7
(a)〜(h)に本発明の薄膜トランジスタの実施例を
示す概略断面図を示す。図7(a)に示すように、ガラ
ス基板101上に減圧CVD法によりSi2H6ガスを
用いて基板温度450℃で、膜厚50〜150nmの非
晶質シリコン膜を成膜する。特に、好ましくは膜厚70
〜150nmとする。ここではガラス基板を用いたが、
石英基板、サファイア基板等の基板を用いることもでき
る。ガラス基板を用いることができれば、安価であるの
で作製するデバイスコストを低減できるので好ましい。
また、これらの基板上またはシリコンウエハ上に絶縁膜
を形成したものを用いることもできる。この絶縁膜には
酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム、
酸化タンタル等の単膜または2種類以上を積層したもの
を用いることができる。
Next, a method of forming a thin film transistor as an example of a method of forming a semiconductor film according to the present invention will be described. FIG.
(A) to (h) are schematic sectional views showing examples of the thin film transistor of the present invention. As shown in FIG. 7A, an amorphous silicon film having a thickness of 50 to 150 nm is formed on a glass substrate 101 at a substrate temperature of 450 ° C. using a Si 2 H 6 gas by a low pressure CVD method. In particular, preferably the film thickness is 70
150150 nm. Although a glass substrate was used here,
Substrates such as a quartz substrate and a sapphire substrate can also be used. The use of a glass substrate is preferable because it is inexpensive and the device cost for manufacturing can be reduced.
In addition, a substrate in which an insulating film is formed over these substrates or a silicon wafer can be used. This insulating film includes a silicon oxide film, a silicon nitride film, aluminum oxide,
A single film of tantalum oxide or the like or a stack of two or more kinds can be used.

【0020】非晶質シリコン膜を成膜する方法は特に限
定されないが、他にプラズマCVD法、スパッタ法等が
使用できる。滅圧CVD法で行ったほうがアニール後に
良質な多結晶シリコン膜が得られるので、ここでは滅圧
CVD法を用いた。基板温度は400〜600℃が好ま
しく、使用する原料ガスはSiH4 を用いてもよい。
The method for forming the amorphous silicon film is not particularly limited, but other methods such as a plasma CVD method and a sputtering method can be used. Since a good quality polycrystalline silicon film can be obtained after annealing by performing the depressurized CVD method, the depressurized CVD method is used here. The substrate temperature is preferably from 400 to 600 ° C., and SiH4 may be used as a source gas.

【0021】次に、図7(b)に示すように、まずアニ
ールして結晶化し、多結晶シリコン膜103を形成す
る。ここでは、炉アニールにより窒素雰囲気中600℃
で24時間アニールして結晶化した。アニール法は特に
限定されないが、炉アニール、レーザアニール、ランプ
アニール、電子ビームアニ−ルまたはこれらの組み合わ
せを用いることができる。ここでは均一性の良好な炉ア
ニールを用いた。窒素雰囲気中でアニール温度500〜
650℃、アニール時間4〜24時間で行うこともでき
る。
Next, as shown in FIG. 7B, annealing and crystallization are performed first to form a polycrystalline silicon film 103. Here, furnace annealing is performed at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere.
For 24 hours for crystallization. The annealing method is not particularly limited, but furnace annealing, laser annealing, lamp annealing, electron beam annealing, or a combination thereof can be used. Here, furnace annealing with good uniformity was used. Annealing temperature 500 ~ in nitrogen atmosphere
The annealing can be performed at 650 ° C. for 4 to 24 hours.

【0022】次に、図7(c)に示すように、前記多結
晶シリコン膜をエッチングして島状多結晶シリコン膜1
04を形成する。ここでは通常用いられるフォトリソグ
ラフィ技術によりパターニングされたレジストを形成し
て、プラズマを用いたドライエッチング法により多結晶
シリコン膜をエッチングした。
Next, as shown in FIG. 7C, the polycrystalline silicon film is etched to form an island-shaped polycrystalline silicon film 1.
04 is formed. Here, a patterned resist was formed by a commonly used photolithography technique, and the polycrystalline silicon film was etched by a dry etching method using plasma.

【0023】次に、図7(d)に示すように、ゲート絶
縁膜106を形成する。ゲート絶縁膜はプラズマCVD
法により350℃でTEOS(テトラ・エチル・オルト
・シリケート:Si(OC254 )ガスとO2 ガス
とを用いて成膜した膜厚100nm酸化シリコン(Si
2 )膜を用いた。ここでは上記方法を用いたが、Si
4 ガスとO2 ガスを用いたプラズマCVD法や、45
0℃でSiH4 ガスとO2 ガスを用いた減圧CVD法
や、430℃でSiH4 ガスとO2 ガスを用いた常圧C
VD法や、スパッタ法等を用いて成膜した酸化シリコン
膜でもよいことは言うまでもない。膜圧は50〜150
nmとする。特に、好ましくは膜圧70〜150nmと
する。また、ここでは酸化シリコン膜を用いたが、窒化
シリコン膜や、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積
層膜でもよい。
Next, as shown in FIG. 7D, a gate insulating film 106 is formed. Gate insulating film is plasma CVD
100 nm thick silicon oxide (Si) formed by using a TEOS (tetraethylorthosilicate: Si (OC 2 H 5 ) 4 ) gas and an O 2 gas at 350 ° C.
O 2 ) film was used. Here, the above-described method was used.
Plasma CVD using H 4 gas and O 2 gas, 45
0 pressure CVD method and using SiH 4 gas and O 2 gas at ° C., atmospheric pressure C using SiH 4 gas and O 2 gas at 430 ° C.
Needless to say, a silicon oxide film formed by a VD method, a sputtering method, or the like may be used. Membrane pressure is 50-150
nm. In particular, the film pressure is preferably set to 70 to 150 nm. Although a silicon oxide film is used here, a silicon nitride film or a stacked film of a silicon oxide film and a silicon nitride film may be used.

【0024】次に、図7(e)に示すように、ゲート電
極107を形成する。多結晶シリコン膜、Al、AlS
i、AlTj、TiN、Ti、Ta、TaN、Cr、W
またはこれらの積層膜を成膜した後、エッチングを行っ
て形成する。
Next, as shown in FIG. 7E, a gate electrode 107 is formed. Polycrystalline silicon film, Al, AlS
i, AlTj, TiN, Ti, Ta, TaN, Cr, W
Alternatively, after forming these stacked films, they are formed by etching.

【0025】次に、図7(f)に示すように、ゲート電
極107をマスクとして自己整合的に第V族元素を含む
イオン108を多結晶シリコン膜に注入して、この後、
不純物イオンを活性化してトランジスタのソース部10
9S、ドレイン部109Dを形成する。このとき不純物
注入されなかった部分はトランジスタのチャンネル部1
09Cとなる。ソース/ドレイン部は、多結晶シリコン
膜および絶縁膜の膜厚を上記のように設定することによ
り、多結晶シリコンの結晶核を残存させ多結晶シリコン
膜中の非晶質化する割合を緩和し低温で活性化できる状
態を作り出すことができる。この後、300〜500℃
の温度で熱処理しすることによって、ソース/ドレイン
部は第V族元素が活性化されたN型の多結晶シリコン膜
となる。このようにして、500℃を越えない温度の低
温熱処理によって容易に活性化される。これによってソ
ース/ドレイン部には、良好なN型の多結晶シリコン膜
を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 7F, ions 108 containing a group V element are implanted into the polycrystalline silicon film in a self-aligned manner using the gate electrode 107 as a mask.
Activating the impurity ions to form the source 10 of the transistor
9S, a drain portion 109D is formed. At this time, the portion not implanted with impurities is the channel portion 1 of the transistor.
09C. In the source / drain portion, by setting the thicknesses of the polycrystalline silicon film and the insulating film as described above, the crystal nuclei of the polycrystalline silicon are left and the rate of amorphization in the polycrystalline silicon film is reduced. A state that can be activated at a low temperature can be created. After this, 300-500 ° C
Is heat-treated at the above temperature, the source / drain portion becomes an N-type polycrystalline silicon film in which the group V element is activated. Thus, it is easily activated by a low-temperature heat treatment at a temperature not exceeding 500 ° C. Thereby, a good N-type polycrystalline silicon film can be obtained in the source / drain portions.

【0026】次に、図7(g)に示すように、層間絶縁
膜110nmを成膜する。ここでは、層間絶縁膜110
はプラズマCVD法により300℃で成膜した膜圧50
0nmの窒化シリコン膜を用いた。また、段差被覆性の
良好なTEOSガスを用いたプラズマCVD法、常圧C
VD法により形成される酸化シリコン膜でもよいことは
言うまでもない。また、膜厚は300〜500nm程度
が好ましい。
Next, as shown in FIG. 7G, an interlayer insulating film 110 nm is formed. Here, the interlayer insulating film 110
Is a film pressure 50 formed at 300 ° C. by plasma CVD.
A 0-nm silicon nitride film was used. Plasma CVD using TEOS gas with good step coverage,
Needless to say, a silicon oxide film formed by the VD method may be used. The thickness is preferably about 300 to 500 nm.

【0027】次に、図7(h)に示すように、コンタク
トホール111S、111Dを開口した後、ソース配線
112およびドレイン配線112Dを形成して、薄膜ト
ランジスタを作製した。このように、本発明によれば、
ソース/ドレイン部の活性化工程が容易であり、良好な
特性のトランジスタを得ることができる。
Next, as shown in FIG. 7 (h), after opening contact holes 111S and 111D, a source wiring 112 and a drain wiring 112D were formed, and a thin film transistor was manufactured. Thus, according to the present invention,
The step of activating the source / drain portions is easy, and a transistor having good characteristics can be obtained.

【0028】以下、本発明の特許請求の範囲に示され
る、数値限定の根拠になった実験データについて説明す
る。
Hereinafter, the experimental data which is the basis for limiting the numerical values and which is set forth in the claims of the present invention will be described.

【0029】図8は、シート抵抗と多結晶シリコン膜の
膜厚との関係を示している。絶縁膜の膜圧を100nm
とし、多結晶シリコン膜の膜厚を30−200nmの間
で変化させて、シート抵抗値の変化を求めたものであ
る。リンイオンを注入した多結晶シリコン膜を400℃
で1時間熱処理した後の多結晶シリコン膜のシート抵抗
を評価した。注入するリンイオンのエネルギは100k
eVであった。デバイスを作製するにはシート抵抗は5
kΩ/□以下であればよく、好ましくは、1kΩ/□以
下である。したがって、本図から、多結晶シリコン膜の
膜厚は50nm以上であればよく、好ましくは70nm
以上である。
FIG. 8 shows the relationship between the sheet resistance and the thickness of the polycrystalline silicon film. The film thickness of the insulating film is 100 nm
The sheet resistance value was determined by changing the thickness of the polycrystalline silicon film between 30 and 200 nm. The polycrystalline silicon film implanted with phosphorus ions is
The sheet resistance of the polycrystalline silicon film after the heat treatment for 1 hour was evaluated. The energy of phosphorus ions to be implanted is 100k
eV. Sheet resistance is 5 to make device
kΩ / □ or less, preferably 1 kΩ / □ or less. Therefore, from this figure, it is sufficient that the thickness of the polycrystalline silicon film is 50 nm or more, preferably 70 nm.
That is all.

【0030】図9は、シート抵抗と絶縁膜の膜厚との関
係を示している。多結晶シリコン膜の膜厚を100nm
とし、絶縁膜の膜厚を30−200nmの間で変化させ
てシート抵抗値の変化を求めたものである。リンイオン
を注入した多結晶シリコン膜を400℃で1時間熱処理
した後の多結晶シリコン膜のシート抵抗を評価した。こ
のとき、絶縁膜の膜厚に応じて注入するリンイオンのエ
ネルギーを変化させている。注入するリンイオンの投影
飛程が絶縁膜と多結晶シリコン膜のおよそ界面になるよ
う変化させた。絶縁膜には酸化シリコン膜を用いた。例
えば、絶縁膜の膜厚30nmのとき30keV、50n
mのとき50keV、70nmのとき70keV、10
0nmのとき100keVとした。デバイスを作製する
には、このシート抵抗が5kΩ/□以下であればよく、
好ましくは1kΩ/□以下である。したがって、絶縁膜
の膜厚は50nm以上であればよく、好ましくは、70
−150nmである。
FIG. 9 shows the relationship between the sheet resistance and the thickness of the insulating film. The thickness of the polycrystalline silicon film is 100 nm
The sheet resistance value was determined by changing the thickness of the insulating film between 30 and 200 nm. The sheet resistance of the polycrystalline silicon film after the heat treatment of the polycrystalline silicon film into which phosphorus ions were implanted at 400 ° C. for 1 hour was evaluated. At this time, the energy of the phosphorus ions to be implanted is changed according to the thickness of the insulating film. The projection range of the implanted phosphorus ions was changed so as to be approximately at the interface between the insulating film and the polycrystalline silicon film. A silicon oxide film was used as the insulating film. For example, when the thickness of the insulating film is 30 nm, 30 keV, 50 n
50 keV at m, 70 keV at 70 nm, 10
At 0 nm, it was set to 100 keV. In order to fabricate a device, the sheet resistance only needs to be 5 kΩ / □ or less.
It is preferably 1 kΩ / □ or less. Therefore, the thickness of the insulating film may be 50 nm or more, and is preferably 70 nm or more.
-150 nm.

【0031】図10は、シート抵抗と熱処理温度との関
係を示している。絶縁膜の膜厚100nm、多結晶シリ
コン膜の膜厚70nmのときに、熱処理温度を200〜
600℃の間で変化させ、熱処理時間を0.5〜5.0
hの間で変化させてシート抵抗を評価した。処理時間は
量産性を考えたときに2h以下となることが好ましい。
したがって、2h以内の処理で前述のシート抵抗となる
には、熱処理温度は300℃以上必要であることがわか
る。
FIG. 10 shows the relationship between the sheet resistance and the heat treatment temperature. When the thickness of the insulating film is 100 nm and the thickness of the polycrystalline silicon film is 70 nm, the heat treatment temperature is set to 200 to
The temperature is changed between 600 ° C. and the heat treatment time is set to 0.5 to 5.0.
h and the sheet resistance was evaluated. The processing time is preferably 2 hours or less in consideration of mass productivity.
Therefore, it is understood that the heat treatment temperature needs to be 300 ° C. or more in order to achieve the above-described sheet resistance within the processing within 2 hours.

【0032】また、図7に示すように、デバイスの作製
時にはゲート電極等を作製した後に、熱処理をする必要
がある。ゲート電極には低抵抗な材料のアルミニウムを
用いたいという要望は大きい。ところが、アルミニウム
は融点が低く、500℃以上では使用するのが困難であ
る。したがって、この熱処理は500℃以下で処理する
ことが望まれる。
Further, as shown in FIG. 7, it is necessary to heat-treat after manufacturing a gate electrode and the like when manufacturing a device. There is a great demand to use low-resistance aluminum for the gate electrode. However, aluminum has a low melting point, and is difficult to use at temperatures of 500 ° C. or higher. Therefore, it is desired that this heat treatment be performed at 500 ° C. or lower.

【0033】本発明は、以上述べた実施形態や実施例に
限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々の変更が可能である。
The present invention is not limited to the embodiments and examples described above, and various changes can be made without departing from the gist of the invention.

【0034】[0034]

【発明の効果】上記のように本発明のN型半導体膜の形
成方法は、絶縁性基板上に膜厚が50〜150nmの多
結晶シリコン膜を形成し、前記多結晶シリコン膜上に膜
厚が50〜150nmの絶縁膜を形成することにより、
前記絶縁膜を通して前記多結晶シリコン膜に第V族元素
イオンを含むイオンを注入したときに、前記多結晶シリ
コン膜が非晶質化される度合いを低減することができ、
これにより、300〜500℃の低い温度での熱処理に
よって、シリコン膜中で前記第V族元素の活性化と結晶
ダメージの回復が図れるので、ガラス基板の熱収縮の問
題などが起こらず、良好な性能を持つN型半導体膜を形
成することができるなど、優れた効果を有する。
As described above, according to the method of forming an N-type semiconductor film of the present invention, a polycrystalline silicon film having a thickness of 50 to 150 nm is formed on an insulating substrate, and a film thickness is formed on the polycrystalline silicon film. By forming an insulating film of 50 to 150 nm,
When ions including Group V element ions are implanted into the polycrystalline silicon film through the insulating film, the degree to which the polycrystalline silicon film becomes amorphous can be reduced,
Thereby, the heat treatment at a low temperature of 300 to 500 ° C. can activate the group V element and recover crystal damage in the silicon film, so that a problem such as heat shrinkage of the glass substrate does not occur and a favorable condition is obtained. It has excellent effects such as the ability to form an N-type semiconductor film having high performance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第V族元素を含むイオンを、多結晶シリコン膜
に注入する工程を示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a step of implanting ions containing a group V element into a polycrystalline silicon film.

【図2】第V族元素を含むイオンを多結晶シリコン膜に
注入した後の状態を示す本発明の概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the present invention showing a state after ions including a group V element are implanted into a polycrystalline silicon film.

【図3】300〜500℃の温度で熱処理した後の状態
を示す本発明の概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view of the present invention showing a state after heat treatment at a temperature of 300 to 500 ° C.

【図4】本発明によらない場合の、第V族元素を含むイ
オンを多結晶シリコン膜に注入した後の状態を示す概略
断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state after ions including a group V element have been implanted into a polycrystalline silicon film when not according to the present invention.

【図5】本発明によらない場合の、300〜500℃の
温度で熱処理した後の状態を示す概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a state after a heat treatment at a temperature of 300 to 500 ° C. when not according to the present invention.

【図6】本発明の、多結晶シリコン膜および絶縁膜の膜
厚の範囲を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a range of the thicknesses of a polycrystalline silicon film and an insulating film according to the present invention.

【図7】(a )〜(h)本発明の、半導体膜の形成方法
を適用した薄膜トランジスタの実施例を示す概略断面図
を示す。
FIGS. 7A to 7H are schematic cross-sectional views illustrating an embodiment of a thin film transistor to which the method for forming a semiconductor film according to the present invention is applied.

【図8】シート抵抗と多結晶シリコン膜の膜厚との関係
を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a sheet resistance and a thickness of a polycrystalline silicon film.

【図9】シート抵抗と絶縁膜の膜厚との関係を示す図で
ある。
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a sheet resistance and a film thickness of an insulating film.

【図10】シート抵抗と熱処理温度との関係を示す図で
ある。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between sheet resistance and heat treatment temperature.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁性基板 2 多結晶シリコン膜 3 絶縁膜 4 第V族元素イオンを含むイオン REFERENCE SIGNS LIST 1 insulating substrate 2 polycrystalline silicon film 3 insulating film 4 ions containing group V element ions

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁性基板上に膜厚が50〜150nm
の多結晶シリコン膜を形成する工程と、前記多結晶シリ
コン膜上に膜厚が50〜150nmの絶縁膜を形成する
工程と、前記絶縁膜を通して、前記多結晶シリコン膜に
第V族元素イオンを含むイオンを注入する工程と、30
0〜500℃の温度で熱処理する工程とからなることを
特徴とするN型半導体膜の形成方法。
1. A film having a thickness of 50 to 150 nm on an insulating substrate.
Forming a polycrystalline silicon film, forming an insulating film having a thickness of 50 to 150 nm on the polycrystalline silicon film, and applying a group V element ion to the polycrystalline silicon film through the insulating film. Implanting ions comprising
Performing a heat treatment at a temperature of 0 to 500 ° C.
【請求項2】 前記第V族元素を含むイオンは、第V族
元素イオンと水素イオンである請求項1記載のN型半導
体膜の形成方法。
2. The method for forming an N-type semiconductor film according to claim 1, wherein said ions containing a Group V element are Group V element ions and hydrogen ions.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7723197B2 (en) 2005-03-30 2010-05-25 Seiko Epson Corporation Method of manufacturing semiconductor device and semiconductor device
JP2012124508A (en) * 2012-01-26 2012-06-28 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device, liquid crystal module, electronic equipment, and wiring
US9045831B2 (en) 1999-07-22 2015-06-02 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Wiring and manufacturing method thereof, semiconductor device comprising said wiring, and dry etching method

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