JPS61263273A - 薄膜半導体装置の製造方法 - Google Patents
薄膜半導体装置の製造方法Info
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- JPS61263273A JPS61263273A JP10374885A JP10374885A JPS61263273A JP S61263273 A JPS61263273 A JP S61263273A JP 10374885 A JP10374885 A JP 10374885A JP 10374885 A JP10374885 A JP 10374885A JP S61263273 A JPS61263273 A JP S61263273A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は薄膜半導体装置の製造方法に係り、特） に低
温工程で、高性能、高信頼の装置を得るのに好適な、薄
膜半導体装置の製造方法に関する。
温工程で、高性能、高信頼の装置を得るのに好適な、薄
膜半導体装置の製造方法に関する。
絶縁基体上に形成した薄膜半導体装置は、高速ＬＳＩ、
３次元ＬＳＩ、液晶駆動用アクティブマトリックス等に
使われている。ところで三次元ＬＳＩの場合、下に形成
した素子を破壊しないで上層の素子を形成することが必
要である。一方、液晶駆動用アクティブマトリックス等
の光を透過させて使う素子で、大画面素子を形成するに
は、安価なガラス基板を使うのが有利であり、この場合
には、ガラスの歪温度約６００℃以下で素子を形成する
ことが必要となる。
３次元ＬＳＩ、液晶駆動用アクティブマトリックス等に
使われている。ところで三次元ＬＳＩの場合、下に形成
した素子を破壊しないで上層の素子を形成することが必
要である。一方、液晶駆動用アクティブマトリックス等
の光を透過させて使う素子で、大画面素子を形成するに
は、安価なガラス基板を使うのが有利であり、この場合
には、ガラスの歪温度約６００℃以下で素子を形成する
ことが必要となる。
ここで具体例を示し、従来技術の問題点を説明する。
第２図に従い、薄膜半導体装置の基本的な形成法を示す
。ここでは半導体としてシリコンを例に述べる。
。ここでは半導体としてシリコンを例に述べる。
（ａ）において、モノシラン５ｉｎ４を約６００℃で熱
分解し、ガラス基板１の上に厚さ約０．５μｍの多結晶
シリコン２を形成し、ホトリソグラフィ法で島状に分離
する。
分解し、ガラス基板１の上に厚さ約０．５μｍの多結晶
シリコン２を形成し、ホトリソグラフィ法で島状に分離
する。
（ｂ）において、気相化学反応（ＣＶＤ）により、ゲー
ト絶縁膜としてシリコン酸化膜３を２０００人の厚さに
形成し、この上にさらにゲート多結晶シリコン４を形成
する。
ト絶縁膜としてシリコン酸化膜３を２０００人の厚さに
形成し、この上にさらにゲート多結晶シリコン４を形成
する。
（Ｑ）において、ホトリソグラフィ法によって。
シリコン酸化膜３．ゲート多結晶シリコン４・を加工す
る。次にソース・ドレインを形成するため。
る。次にソース・ドレインを形成するため。
リンをイオン注入する。
（ｄ）において、シリコン酸化膜、ナイトライドなどの
保護１！Ｉ５を形成する。次に６００℃で３時間熱処理
してイオン注入したリンを活性化させ、ソース・ドレイ
ンを形成する。次に、ソース・ドレインのコンタクト穴
を形成する。
保護１！Ｉ５を形成する。次に６００℃で３時間熱処理
してイオン注入したリンを活性化させ、ソース・ドレイ
ンを形成する。次に、ソース・ドレインのコンタクト穴
を形成する。
ｃｅ＞において、ＡＱを蒸着し、電極６を形成し、基本
的なチャンネル型ＭＯ８素子が形成される。
的なチャンネル型ＭＯ８素子が形成される。
以上のように、基本的には約６００℃以下の温度で薄膜
半導体装置の形成が可能である。しかし。
半導体装置の形成が可能である。しかし。
この素子では、次の様な問題点がある。
第１点は、電界効果移動度が小さいことで、１〜１ｏｃ
ｄ／Ｖ−８である。したがって一定電流を駆動するため
の素子は大きく、高速動作も難しい。
ｄ／Ｖ−８である。したがって一定電流を駆動するため
の素子は大きく、高速動作も難しい。
これは、多結晶シリコンに含まれる粒界により、キャリ
アが散乱されてしまうためで、薄膜半導体素子の本質的
問題である。
アが散乱されてしまうためで、薄膜半導体素子の本質的
問題である。
第２点は不安定性である。第３図は従来技術で形成した
薄膜ＭＯ５ＦＥＴのゲート電圧〜ドレイン電流特性を示
す、Ａは素子形成初期の特性で正常な波形を示し、ゲー
ト電圧が零の時のリーク電流は低い。しかし一種の信頼
性試験である。高温ゲート電圧ストレス試験を行なった
後は、Ｂに示す様な波形となり、リーク電流が増加して
しまう、これは主としてゲート絶縁膜界面の不安定性に
よるものである。高温プロセスでは、半導体層を熱酸化
して信頼性の高い、界面の安定した絶縁膜を形成するこ
とができる。しかし低温プロセスでは熱酸化では実用的
な厚い膜が形成できないため、気相化学反応を利用する
ことになるが、低温の反応のため膜自体の信頼性が低く
、また裸の半導体層上に形成するため、界面が汚染され
易く不安定性を助長する。また絶縁膜と半導体層のなじ
みが悪く界面の半導体層端面には不結合手（ダングリン
グボンド）が多く存在し、ナトリウムなどの可動イオン
がトラップされており、電界が印加されると動き出し、
不安定性の主因となる。
薄膜ＭＯ５ＦＥＴのゲート電圧〜ドレイン電流特性を示
す、Ａは素子形成初期の特性で正常な波形を示し、ゲー
ト電圧が零の時のリーク電流は低い。しかし一種の信頼
性試験である。高温ゲート電圧ストレス試験を行なった
後は、Ｂに示す様な波形となり、リーク電流が増加して
しまう、これは主としてゲート絶縁膜界面の不安定性に
よるものである。高温プロセスでは、半導体層を熱酸化
して信頼性の高い、界面の安定した絶縁膜を形成するこ
とができる。しかし低温プロセスでは熱酸化では実用的
な厚い膜が形成できないため、気相化学反応を利用する
ことになるが、低温の反応のため膜自体の信頼性が低く
、また裸の半導体層上に形成するため、界面が汚染され
易く不安定性を助長する。また絶縁膜と半導体層のなじ
みが悪く界面の半導体層端面には不結合手（ダングリン
グボンド）が多く存在し、ナトリウムなどの可動イオン
がトラップされており、電界が印加されると動き出し、
不安定性の主因となる。
以上述べたように、単なる従来の方法で形成した薄膜半
導体装置には、本質的な、低いキャリア移動度、不安定
性という問題がある。
導体装置には、本質的な、低いキャリア移動度、不安定
性という問題がある。
なお、低温の薄膜半導体装置の形成法の公知例として、
Ｍ、 Ｍａｔｓｕｉ他の実験例がＪ、 Ａｐｐｌ、 Ｐ
ｈｙｓ。
Ｍ、 Ｍａｔｓｕｉ他の実験例がＪ、 Ａｐｐｌ、 Ｐ
ｈｙｓ。
並、 （６） １５９０ （１９８４）に述べられてい
る。また。
る。また。
関連するものに特開昭５９−１５５１２号公報があり、
半導体薄膜の結晶性改善について述べられているが、界
面の安定化については述べられていない。
半導体薄膜の結晶性改善について述べられているが、界
面の安定化については述べられていない。
本発明の目的は、低温工程で形成する薄膜半導体装置の
移動度を改善しかつ安定性を改善することにある。
移動度を改善しかつ安定性を改善することにある。
本発明は、薄膜半導体表面をイオン注入により非晶質化
し、この上にゲート絶縁膜を形成してから熱処理し、結
晶性を改善するとともにゲート絶縁膜との界面を改善す
ることを特徴とするものである。
し、この上にゲート絶縁膜を形成してから熱処理し、結
晶性を改善するとともにゲート絶縁膜との界面を改善す
ることを特徴とするものである。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。
（ａ）において、モノシランを６００℃で熱分解してガ
ラス基板１の上に厚さ約０．５ μｍの多結晶シリコン
２を形成し、ホトリソグラフィ法で島状に分離する。レ
ジストを除去後１本発明の特徴であるイオン注入を行な
う、すなわち、シリコンイオンを５０ＫｅＶ、ｌＸｌ０
”Ｑｌ−”でイオン注入する。このイオン注入のダメー
ジにより。
ラス基板１の上に厚さ約０．５ μｍの多結晶シリコン
２を形成し、ホトリソグラフィ法で島状に分離する。レ
ジストを除去後１本発明の特徴であるイオン注入を行な
う、すなわち、シリコンイオンを５０ＫｅＶ、ｌＸｌ０
”Ｑｌ−”でイオン注入する。このイオン注入のダメー
ジにより。
１０００〜２０００人の表面に非晶質層７が生ずる。こ
の領域が後に結晶性が改善されることになるが、キャリ
アの移動する反転層が形成される厚さに比較して十分な
厚さである。
の領域が後に結晶性が改善されることになるが、キャリ
アの移動する反転層が形成される厚さに比較して十分な
厚さである。
（ｂ）において、化学的洗浄を行なった後、モノシラン
Ｓ ｉ Ｈ４と酸素によりシリコン酸化膜３を２０００
人の厚さに形成する。続いて、ＣＶＤによりゲート多結
晶シリコン４を形成後従来技術と同様にホトリソグラフ
ィ法によってゲートを加工する０次にソース・ドレイン
を形成するため、３×１０°ｃｍ−”、７０ＫａＶでリ
ンをイオン注入する。
Ｓ ｉ Ｈ４と酸素によりシリコン酸化膜３を２０００
人の厚さに形成する。続いて、ＣＶＤによりゲート多結
晶シリコン４を形成後従来技術と同様にホトリソグラフ
ィ法によってゲートを加工する０次にソース・ドレイン
を形成するため、３×１０°ｃｍ−”、７０ＫａＶでリ
ンをイオン注入する。
（ｄ）において、シリコン酸化膜あるいはシリコンナイ
トライド膜の保護膜５を形成し、６００℃で３時間熱処
理する。ここで本発明で目的とする二つの効果が生まれ
る。すなわち、第１は、非晶質化されなかった下層の多
結晶領域を核として非晶質層７の再結晶が進行し、従来
より結晶性の良い多結晶となる。第２は、熱処理前はゲ
ート絶縁膜と非晶質層７が接触してたものが、再結晶化
が進むに従い絶縁膜と多結晶シリコン層のなじみが良く
なり、不結晶手が著しく減少し、界面の状態が改善され
ることである。この熱処理によって。
トライド膜の保護膜５を形成し、６００℃で３時間熱処
理する。ここで本発明で目的とする二つの効果が生まれ
る。すなわち、第１は、非晶質化されなかった下層の多
結晶領域を核として非晶質層７の再結晶が進行し、従来
より結晶性の良い多結晶となる。第２は、熱処理前はゲ
ート絶縁膜と非晶質層７が接触してたものが、再結晶化
が進むに従い絶縁膜と多結晶シリコン層のなじみが良く
なり、不結晶手が著しく減少し、界面の状態が改善され
ることである。この熱処理によって。
ソース・ドレインも形成されていく、この熱処理後、ソ
ース・ドレインコンタクトの穴を形成する。
ース・ドレインコンタクトの穴を形成する。
（ｅ）において、Ａｍ電極によりソース・ドレインの電
極６を形成する。
極６を形成する。
以上述べた本発明によれば、チャンネル領域の結晶性が
改善されると同時に、ゲート絶縁膜と多結晶シリコンの
界面が改善され、移動度が２０〜５０Ｃ１＃／Ｖ−８と
大きく、かつ安定した特性の薄膜半導体装置を得ること
ができる。
改善されると同時に、ゲート絶縁膜と多結晶シリコンの
界面が改善され、移動度が２０〜５０Ｃ１＃／Ｖ−８と
大きく、かつ安定した特性の薄膜半導体装置を得ること
ができる。
本発明では半導体として多結晶シリコンを例示したが、
多結晶、非晶質を間すず、またゲルマニウムなど他の半
導体材料にも応用できる。また絶縁基板としてガラス基
板について述べたが、石英や半導体基板上の絶縁膜につ
いても同様に扱うことができる。また非晶質化のイオン
注入には、ヘリウムやアルゴンなどの不活性ガスも使用
できる。
多結晶、非晶質を間すず、またゲルマニウムなど他の半
導体材料にも応用できる。また絶縁基板としてガラス基
板について述べたが、石英や半導体基板上の絶縁膜につ
いても同様に扱うことができる。また非晶質化のイオン
注入には、ヘリウムやアルゴンなどの不活性ガスも使用
できる。
第１図は１本発明の一実施例の薄膜半導体装置部分断面
図、第２図は従来技術の薄膜半導体装置の部分断面図、
第３図は従来技術による薄膜半導体装置の特性図である
。
図、第２図は従来技術の薄膜半導体装置の部分断面図、
第３図は従来技術による薄膜半導体装置の特性図である
。
Claims (1)
- １、絶縁基体上の半導体層に電界効果型薄膜半導体装置
を形成するにおいて、半導体層表面をイオン注入により
非晶質化した後ゲート絶縁膜を形成し熱処理で再結晶化
させることを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10374885A JPS61263273A (ja) | 1985-05-17 | 1985-05-17 | 薄膜半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10374885A JPS61263273A (ja) | 1985-05-17 | 1985-05-17 | 薄膜半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61263273A true JPS61263273A (ja) | 1986-11-21 |
Family
ID=14362199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10374885A Pending JPS61263273A (ja) | 1985-05-17 | 1985-05-17 | 薄膜半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61263273A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH06291316A (ja) * | 1992-02-25 | 1994-10-18 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 薄膜状絶縁ゲイト型半導体装置およびその作製方法 |
| JPH0799317A (ja) * | 1993-08-12 | 1995-04-11 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 薄膜状絶縁ゲイト型半導体装置およびその作製方法 |
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-
1985
- 1985-05-17 JP JP10374885A patent/JPS61263273A/ja active Pending
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