JPS6171636A - シリコンのエツチング方法 - Google Patents

シリコンのエツチング方法

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JPS6171636A
JPS6171636A JP19317084A JP19317084A JPS6171636A JP S6171636 A JPS6171636 A JP S6171636A JP 19317084 A JP19317084 A JP 19317084A JP 19317084 A JP19317084 A JP 19317084A JP S6171636 A JPS6171636 A JP S6171636A
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JP
Japan
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layer
etching
silicon layer
polycrystalline silicon
polycrystalline
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JP19317084A
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English (en)
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Hisao Hayashi
久雄 林
Takefumi Ooshima
大嶋 健文
Takashi Noguchi
隆 野口
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Sony Corp
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Sony Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シリコンのエツチング方法に関し、特に、薄
膜トランジスタを低温プロセスにて製造する際のシリコ
ン層の薄膜化に好適なシリコンのエツチング方法に関す
る。
し従来の技術] 基板上に被着形成された多結晶シリコン等のシリコンを
エツチング処理する場合には、一般に、HF(フン酸)
とHNOa(硝酸)との混合液等を用いた液相エツチン
グ、あるいはCHR(やCF4等のエツチング・カスを
用いたドライエツチング(反応性イオンエソチンク)等
が知られており、これらのエツチング方法は、フォトリ
ンクラフィ処理のようにシリコン層を選択的に除去する
場合等には好ましいものである。ところが、シリコン層
の厚みをエツチングにより制御しようとする場合、特に
数百へ程度以下の厚みのシリコン薄膜を残すようにエツ
チングしようとする場合には、上述した方法では安定性
が悪く、エツチングレートが比較的速いため薄膜化の制
御が困難で精度も悪いという欠点を有している。この他
、KOH(水酸化カリウム)等のアルカリ溶液にてシリ
コンをエツチングすることも考えられるが、多結晶シリ
コンの場合には結晶粒(いわゆるグレイン)内部と境界
部(グレインバウンダリ)とのエラチンクレートが異な
るため、膜厚制御が困難である。
ところで、一般の薄膜トランジスタの能動領域となる半
導体層、例えばシリコン層の膜厚は、最小でも1500
A以上、通常は3000A以上となっているが、本件発
明者は、先に、膜厚を1000A以下としたとき、20
0A〜300A程度のところで大きな実効移動度、4e
ffが得られることを見出し、このような膜厚が数百λ
程度以下の超薄膜シリコン層を能動領域とする薄膜トラ
ンジスタを既に提案している。この場合、基板上に上記
能動領域となる数百へ以下の超薄膜多結晶シリコン層を
気相成長させたのみでは充分な特性が得られず、予め必
要とする能動領域の膜厚よりも厚く気相成長法等により
多結晶シリコン層を被着形成した後、表面を熱酸化して
酸化膜とするとともに、残りの多結晶シリコン層の膜厚
か上記能動領域の膜厚となるように上記熱酸化処理を制
御して、上述のような超薄膜の多結晶シリコン層を得て
いる。
なお、この超薄膜の多結晶シリコン層上の熱酸化膜(S
IO2膜)は、ケート絶縁膜として用いることが多い。
このような超薄膜の薄膜トランジスタを製造する工程に
おいて、上記多結晶シリコン層表面を熱酸化する際には
、例えは1000°C程度の高温で加熱する必要かあり
、基板としては石英板等の高価な材料を用いる必要があ
る。
そこで、基板として通常の耐熱カラス、例えばいわゆる
パイレックス程度の低融点(石英に比べて融点が低い)
ガラスを用いて、上記薄膜トランジスタを製造すること
が強く望まれている。このような低融点の耐熱ガラスを
基板に用いるためには、薄膜トランジスタの製造工程中
の加熱温度の上限を600°C〜700℃程度に抑える
ような低温プロセスの開発が要求され、特に、上記熱酸
化による多結晶シリコン層の薄膜化をエツチング処理で
置き換えることが必要とされる。
〔発明が解決しようとする問題点1 以上述べたように、例えば薄膜トランジスタを低温プロ
セスで製造しようとするときには、基板上に被着形成さ
れた多結晶シリコン層を膜厚制御しながらエツチング処
理して薄膜化することが必要とされるが、従来より一般
に知られているエツチング方法では、エツチングの安定
性や精度が悪く、薄膜化制御は極めて困難である。
そこで本発明は、シリコンを安定かつ高精度に膜厚を制
御しながらエツチングでき、例えば薄膜トランジスタを
低温プロセスにて製造する際の基板上に被着形成された
多結晶シリコン層の薄膜化に適用して好ましいシリコン
のエツチング方法の提供を目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
すなわち、本発明に係るシリコンのエツチング方法は、
シリコンを液温か160℃以上の熱燐酸(HaPO4)
てエツチング処理することを特徴としている。
〔作用〕
この160℃以上、好ましくは170℃〜180′Cの
熱燐酸によりシリコンをエツチングする際、特に多結晶
シリコン層を薄膜化する際には、エツチングの安定性か
良く、エツチングレートも適度であり、膜厚制御が容易
かつ高精度に行える。
[実施例] 以下、本発明の一実施例となるシリコンのエツチング方
法を薄膜トラン7スタの製造工程に適用した一例につい
て図面を参照しながら説明する。
先ず第1図において、石英よりも低融点の耐熱カラス(
例えばいわゆるパイレックス等)より成る基板1上には
、例えば100OA程度の膜厚のSi0g絶縁膜2を介
して、多結晶シリコン層3がCVD法(気相成長法)等
により例えば800八程度の厚みに被着形成されている
この多結晶シリコン層3の表面に対して、いわゆるエキ
シマレーザ等の短波長レーザ(例えば波傍のみをアニー
ル処理し、第2図に示すように、粒径の比較的大きなり
レイン(結晶粒)5を多結晶シリコン層3の表面近傍に
形成する。
次に、イオン注入法により多結晶シリコン層3の表面よ
り例えばSi”(シリコンイオン)を打ち込むことによ
って、上記粒径の大きくされたグレイン5の層の下部領
域をアモルファス(非晶質)化し、第3図に示すような
非晶質シリコン層6を形成する。これは、イオン注入さ
れたSi+は、表面から所定の打ち込み深さ、いわゆる
投射飛程Rpを中心として統計的な変動幅をもって分布
することより、表面近傍の大粒径のグレイン5の層はア
モルファス化されず、下部領域のみがアモルファス化さ
れる。
このときのS−イオン注入条件としては、例えば打ち込
みエネルギを50〜60keyとして投射飛程比Pを7
00〜800Aとし、打ち込みドーズ量をI X 10
 cm  程度とする。
次に、例えば600°C程度の加熱処理(アニール処理
)を施すことにより、上記大粒径のフレイン5を成長核
あるいは種として非晶質シリコン層6に対していわゆる
固相成長を行わせ、第4図に示すように、シリコン層7
の全体の厚みにわたって大粒径(例えば粒径が約100
0A程度以上)の結晶粒を成長させて多結晶シリコン層
γを形成する。
次に、この多結晶シリコン層7表面を液温か例えば17
0 ’C程度の熱燐酸にてエツチング処理することによ
り、膜厚を薄くし、第5図に示すような薄膜の多結晶シ
リコン層7を形成する。この薄膜多結晶シリコン層7の
膜厚としては、例えば2発明者が先に提案した超薄膜ト
ランジスタを形成するための膜厚としては、20人〜1
000λでに好ましくは200A〜500Aである。
ここで、液温か170℃の熱燐酸により多結晶シリコン
表面をエツチング処理するときの経過時間(処理時間)
とエツチング減少分(エツチツク除去された膜厚)との
関係を第6図の曲線へに示す。この第6図外特性曲線八
からも明らかなように、エツチングレートは2〜3A/
分となっており、エツチングにより数百へ程度の薄膜を
得る際  □の膜厚制御に好適となっている。なお、第
6図中の特性曲線Bは、多結晶シリコン厚に対して約1
000A程度の熱酸化処理を施すときの酸化膜形成に伴
う多結晶シリコン膜厚の減少分を示すものである。これ
らの特性曲線A、Bから明らかなように、例えば800
Aの膜厚の多結晶シリコン層を熱燐酸エツチングあるい
は熱酸化処理により500〜600八程度膜厚を減少さ
せ、最終的に200〜300八程度の多結晶シリコン薄
膜を得る際には、いずれの場合も200〜300分程度
のエツチングあるいは熱酸化を施せばよい。すなわち、
170°Cの熱燐酸エツチングにより膜厚を数百へ程度
減少させるための処理時間は、従来の熱酸化による処理
時間と同程度(ただし、酸化膜除去のためのエツチング
処理を含まず)である。この熱燐酸によるエッチツクに
際しては、液温および濃度を一定に保つことが重要であ
る。
このようにして、従来のような1000°C程度の高温
の熱酸化処理を施すことなく、170°C程度の熱燐酸
によりエツチングを施すことで多結晶シリコン層7の薄
膜化が行える。したがって、基板1としては、石英板の
ような高融点材料を用いる必要かなく、比較的低融点(
例えば軟化点が約600°C〜800°C程度)のいわ
ゆるパイレツクス等の一般の耐熱ガラスを用いることか
でき、安価である。
以上のようにして薄膜化された第5図に示す多結晶シリ
コン層7(膜厚か例えば200A〜30QA)に対して
、薄膜トランジスタの能動領域形状に対応したパターン
エツチング処理を施した後、第7図に示すように、ケー
ト絶縁膜となる5I02膜11を例えばCVD法等によ
り被着形成し、この5iCh膜11上にゲート電極や配
線電極となる低抵抗の不純物トープ多結晶シリコン層1
2をCVD法等により被着形成する。
次に、これらの5iOz膜11および不純物トープ多結
晶シリコン層12をパターンエツチングして、第8図に
示すように、ゲート絶縁膜11Gおよびゲート電極1.
2 Gを形成する。次に、これらのゲート絶縁膜11G
およびケート電極12Gを拡散マスクとするいわゆるセ
ルファライン法等により、多結晶シリコン層7に不純物
を拡散し、低抵抗のソース領域7Sおよびトレイン領域
7Dを形成する。これらのソース領域7Sとドレイン領
域7Dとの間のゲート下部領域は、トランジスタ素子の
動作中にチャンネルが形成されるいわゆる活性領域7A
となる。さらに、これらの各領域が形成された多結晶シ
リコン層7およびゲート電極12G上に絶縁膜として例
えばPSG(燐シリケ−トランジスタを被着形成し、上
記各ソース領れそれ開設した後、電極となるAj(アル
ミニラ成することにより、薄膜トランジスタを製造でき
る。
なお、本発明は上記実施例のみに限定されるものではな
く、例えばエツチング方法する対象物としては、薄膜ト
ランジスタの能動領域となる多結晶シリコン層のみなら
ず、他の種々のシリコンに適用てき、特に、エツチング
される膜厚を安定かつ高精度に制御する必要のあるもの
に対して好適である。
〔発明の効果〕
本発明に係るシリコンのエツチング方法によれば、シリ
コンのエツチングにょる膜厚減少分を安定かつ高精度に
制御でき、特に、多結晶シリコン層を薄膜化に適用した
場合には、従来のような1000°C程度もの高温熱酸
化処理が不要となり、上限温度が例えば600°C程度
の低温プロセスによる薄膜トランジスタの製造が可能と
なって、石英板よりも低融点の一般の安価な耐熱ガラス
等を基板に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第5図は本発明の一実施例を説明するため
の工程順に従った概略断面図、第6図は熱燐酸エツチン
グ処理および熱酸化処理による処理時間と多結晶シリコ
ン膜厚減少分との関係を示すクラ7、第7図および第8
図は薄膜化された多結晶シリコン層を用いて薄膜トラン
ジスタを製造する際の製造工程順に従った概略断面図で
ある。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  シリコンを液温が160℃以上の熱燐酸でエッチング
    処理することを特徴とするシリコンのエッチング方法。
JP19317084A 1984-09-14 1984-09-14 シリコンのエツチング方法 Pending JPS6171636A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6541795B2 (en) 1994-06-14 2003-04-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Thin film semiconductor device and production method for the same
US6797550B2 (en) 2001-12-21 2004-09-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method therefor
US6911358B2 (en) 2001-12-28 2005-06-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6911358B2 (en) 2001-12-28 2005-06-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor device
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