JPS61267367A - 薄膜半導体装置の低温形成法 - Google Patents

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。

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形成法に係り、特に低温で形
成するのに好適な、薄膜半導体装置の形成法に関する。

〔発明の背景〕

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
使われる。ところで、３次元ＬＳＩの場合は下に形成し
た素子を破壊しない低温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
等の光を透過さく１） せて使う素子で、大型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ながら、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。（ａ）
において、モノシランＳｉＨ４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。

（ｂ）において、気相化学反応により、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。

（ｃ）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、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
保護膜５を形成する。次に約６００　’Ｃ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。

（ｅ）において、ＡＱを蒸着し、電極６を形成し、基本
的なｎチャンネル型ＭＯ８素子が形成されている。

以上のように、基本的には約６００℃以下の温麿セ薄膜
半導体装置の形成が可能である。しがし、この様な素子
では、信頼性に関する次の様な問題点がある。

第３図は従来技術で形成した薄膜ＭＯ８ＦＥＴ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
性で正常な特性を示し、ゲート電圧が零の時のリーク電
流が低い。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、ゲート
絶縁膜及び界面の不安定性によるものである。高温プロ
セスを使うと、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
の反応のため膜内体の信頼性が低く、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。

以上述べた様に、単なる従来の方法で形成した薄膜半導
体装置には、ゲート絶縁膜に起因する不゛安定性が存在
する。

ｉ’、７なお、低温の薄膜半導体装置の形成法の公知例
として、阿、　Ｍａｔｓｕｉ他の実験例がＪ、Ａｐｐｌ
、　ｐｈｙｓ。

旦５．　　（６）　１５９０　（１９８４）に述べられ
ている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、低温で形成する薄膜半導体装置の不安
定性を解消できる形成法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、低温で形成した簿膜半導体装置の不安定性が
、グー１〜絶縁膜に起因することに着目し、特定種のイ
オン注入により、絶縁膜及び界面のゲツタリング（浄化
）を行なうことにより、特性の安定化を計ることを特徴
とする。

〔発明の実施例〕

高温プロセスでは、本発明で目的とするゲッタリング作
用を、リン拡散で行なっている。すなわち、ゲート絶縁
膜上にリンを約９００℃でデポジションしたり、ゲート
絶縁膜上に堆積したゲート多結晶シリコンにイオン注入
したリンを拡散させることによりゲート絶縁膜をゲッタ
リングすることができる。すなわち、ゲート絶縁膜の特
性の安定のためには、リンのようなゲッタリング作用の
ある元素を拡散させれば良いことになる。

すなわち、低温プロセスで、気相化学反応で形成したゲ
ート絶縁膜にリンのゲッタリング作用を応用すれば良い
ことになる。しかし、例ば６００℃以下の低温では拡散
現象は起らず、従来の拡散法では十分なゲッタリング効
果は得られない。

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ＳｉＨ４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、ホトリングラフィ法で島状に分離
する。

（ｂ）において、化学的洗浄を行った後、モノシランＳ
ｉＨ４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。ここで、本発明の特徴である、ゲッタリ
ング作用のための、リンのイオン注入を行なう。加速電
圧８０ＫｅＶ、ドーズ量ＩＸ　１０”ａｎ−”で、ゲー
ト酸化膜のほぼ中央の位置にイオン注入する。次に、注
入したリンの活性化及びゲッタリング作用を起すために
、６００℃で約２時間熱処理する。

（ｃ）において、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。次にソース・ドレインを形成するために、３　
Ｘ　１０”ｃｏ−”、　７０ＫｅＶでリンをイオン注入
する。

（ｄ）において、保護膜５を形成し、熱処理してソース
・ドレインを形成し、コンタクト穴を形成する。

（ｅ）において、ソース・ドレインの電極６を形成する
。

以上の本発明による工程で形成した薄膜半導体装置はゲ
ートのストレス試験でも安定した特性を示し、高い信頼
性を示す。

以」二の実施例では、ゲッタリング作用を得るためにリ
ンをイオン注入したが、この他に塩素イオン、水素イオ
ン等も同様な効果を示し、複数のイオン種を用いた場合
は相乗的な効果を持つ。

以上では、半導体としてシリコンを例にとったがゲルマ
ニウムや化合物半導体にも応用が可能である。また多結
晶半導体について述べてきたが、レーザー等で再結晶化
した単結晶膜や非晶質にも応用できる。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明によれば、低温で形成する薄膜半導体
装置の不安定性を解消でき、信頼性の高い素子を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明する薄膜半導体装置の
部分断面図、第２図は従来技術を説明する薄膜半導体装
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。 １・・・ガラス基板、２・・・多結晶シリコン、３・・
・シリコン酸化膜、４・・・ゲート多結晶シリコン、５
・・・保第　２　田

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、絶縁基体上の半導体層に電界効果形薄膜半導体装置
   を形成する方法において、ゲート絶縁膜にゲツタリング
   作用のあるイオン種をイオン注入することを特徴とする
   、薄膜半導体装置の低温形成法。