JPS6276514A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
- Publication number
- JPS6276514A JPS6276514A JP21538085A JP21538085A JPS6276514A JP S6276514 A JPS6276514 A JP S6276514A JP 21538085 A JP21538085 A JP 21538085A JP 21538085 A JP21538085 A JP 21538085A JP S6276514 A JPS6276514 A JP S6276514A
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- Japan
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- silicon film
- film
- amorphous silicon
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- Pending
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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】
（イ）産業上の利用分野
この発明は化、合物半導体装置の製造方法に関する。さ
らに詳しくは多結晶シリコン膜の製造方法に関する。
らに詳しくは多結晶シリコン膜の製造方法に関する。
〈口）従来の技術
近年半導体装置の主流となっているＭＯ８ＬＳ［ではゲ
ート電極及び配線材料として多結晶シリコン膜が多用さ
れている。また液晶テレビ等における大面積液晶ディス
プレーにおいても溶融石英、ガラス等の非晶質基板上に
形成された多結晶シリコン膜による薄膜トランジスタマ
トリックスアレーが利用されている。
ート電極及び配線材料として多結晶シリコン膜が多用さ
れている。また液晶テレビ等における大面積液晶ディス
プレーにおいても溶融石英、ガラス等の非晶質基板上に
形成された多結晶シリコン膜による薄膜トランジスタマ
トリックスアレーが利用されている。
これらの用途の多結晶シリコン膜では高移動度、良好な
ドーピング制御性、良好なｐｎ接合特性が膜特性として
要求されている。しかし一般に多結晶半導体では結晶粒
界に局在単位を多数含む非晶質部が存在し、また結晶粒
界の界面準位が多数存在する。これらの禁止帯内準位は
自由ギヤリアを捕獲し、自由キャリア濃度を減少させる
とともに、電荷をおびることによって結晶粒界に静電ポ
テンシャルバリヤーを形成するのでキャリアの移動度は
低下する。また接合形成時には禁止帯内準位は空乏層の
拡がりを抑１．ＩＩし空間電荷層を薄くする一方、電子
・正孔対を発生させるためにリーク電流が増加し、良好
な接合を形成できない等の欠点があった。
ドーピング制御性、良好なｐｎ接合特性が膜特性として
要求されている。しかし一般に多結晶半導体では結晶粒
界に局在単位を多数含む非晶質部が存在し、また結晶粒
界の界面準位が多数存在する。これらの禁止帯内準位は
自由ギヤリアを捕獲し、自由キャリア濃度を減少させる
とともに、電荷をおびることによって結晶粒界に静電ポ
テンシャルバリヤーを形成するのでキャリアの移動度は
低下する。また接合形成時には禁止帯内準位は空乏層の
拡がりを抑１．ＩＩし空間電荷層を薄くする一方、電子
・正孔対を発生させるためにリーク電流が増加し、良好
な接合を形成できない等の欠点があった。
以上の欠点を解消し、半導体装置に好適な多結晶シリコ
ンを得るには非晶質部を結晶化して局在単位の効果を低
減し、結晶粒を大粒径化して結晶粒界の界面準位を低減
する方法をとる必要があった。
ンを得るには非晶質部を結晶化して局在単位の効果を低
減し、結晶粒を大粒径化して結晶粒界の界面準位を低減
する方法をとる必要があった。
この点に関し、ＬＳＩ製造製造プロセス結晶シリコン膜
形成に多用されている減圧ＣＶＤ法では、結晶粒径が小
さいので、そのままでは良好な電気的特性を実現できな
い。そこで、例えば液晶ディスプレーに用いられる薄膜
トランジスタでは平均粒径２００人程１の多結晶シリコ
ン薄膜（膜厚は３００人から１０００人程度１を１００
０℃前後で１時間から２時間熱処理を行なって平均粒径
５００から６００人程１に拡大し、良好なＦＥＴ特性を
（ｑている。
形成に多用されている減圧ＣＶＤ法では、結晶粒径が小
さいので、そのままでは良好な電気的特性を実現できな
い。そこで、例えば液晶ディスプレーに用いられる薄膜
トランジスタでは平均粒径２００人程１の多結晶シリコ
ン薄膜（膜厚は３００人から１０００人程度１を１００
０℃前後で１時間から２時間熱処理を行なって平均粒径
５００から６００人程１に拡大し、良好なＦＥＴ特性を
（ｑている。
このように一度多結晶化した薄膜の粒径拡大を行なうに
は非常に高温での熱処理が必要であった。
は非常に高温での熱処理が必要であった。
（ハ）発明が解決しようとする問題点
しかしながら上記例にみられるごとき高温処理はガラス
等の安価な基板に形成されたｉｌ［膜トランジスタ等へ
の適用ができない。またＭＯ８ＬＳＩ等では素子の微細
化とともに処理温度の低温化が望まれている。従ってよ
り低Ｗ Ｔ−大粒径の多結晶シリコンを製造する方法が
望まれている。
等の安価な基板に形成されたｉｌ［膜トランジスタ等へ
の適用ができない。またＭＯ８ＬＳＩ等では素子の微細
化とともに処理温度の低温化が望まれている。従ってよ
り低Ｗ Ｔ−大粒径の多結晶シリコンを製造する方法が
望まれている。
本発明は上記問題点に鑑み、８００℃以下の低温熱処理
で大粒径の多結晶半導体を形成する方法を提供すること
を目的とする。
で大粒径の多結晶半導体を形成する方法を提供すること
を目的とする。
この発明の発明者らはシリコン多結晶膜が得られる温度
よりも低い温度でかつ通常のアモルファスシリコン膜を
形成し得る温度よりも高い温度で気相成長を行なった後
、８００℃以下の低温熱処理を行うことにより良好な多
結晶シリコン膜が４９られる事実を見出した。この発明
は係る事実に基づくものである。
よりも低い温度でかつ通常のアモルファスシリコン膜を
形成し得る温度よりも高い温度で気相成長を行なった後
、８００℃以下の低温熱処理を行うことにより良好な多
結晶シリコン膜が４９られる事実を見出した。この発明
は係る事実に基づくものである。
（ニ）問題点を解決するための手段および作用かくして
この発明によれば基板上に多結晶化し得ない基板温度下
でシリコンを気相成長させることにより結晶粒を含む非
晶質シリコン膜を形成し、次いで３００〜８００℃の温
度で熱処理を行なって該非晶質シリコン膜を多結晶化さ
せて多結晶シリコン膜を形成することを特徴とする半導
体装置の製造方法が提供される。
この発明によれば基板上に多結晶化し得ない基板温度下
でシリコンを気相成長させることにより結晶粒を含む非
晶質シリコン膜を形成し、次いで３００〜８００℃の温
度で熱処理を行なって該非晶質シリコン膜を多結晶化さ
せて多結晶シリコン膜を形成することを特徴とする半導
体装置の製造方法が提供される。
結晶粒を含有する非晶質シリコン膜は、多結晶化し得な
い基板温度下ことに膜形成時の温度が、薄膜が多結晶化
する温度より若干低く設定して形成することができる。
い基板温度下ことに膜形成時の温度が、薄膜が多結晶化
する温度より若干低く設定して形成することができる。
従って例えば減圧ＣＶＤ法では５４０℃から５８０℃付
近で形成可能であり、真空蒸着法では４２０℃がら４８
０℃付近で形成可能である。なおこの温度はアモルファ
スシリコン膜を形成する温度よりも高い。
近で形成可能であり、真空蒸着法では４２０℃がら４８
０℃付近で形成可能である。なおこの温度はアモルファ
スシリコン膜を形成する温度よりも高い。
かかる結晶粒が一旦発生すれば、非晶質シリコン躾の場
合は結晶粒成長速度に比べ結晶核の発生煩度が低いため
に続く熱処理により他の核の発生、成長に妨げられずに
結晶粒は成長することができる。さらに結晶粒密度は成
膜時の温度とともに増１１１１ する傾向をもつので、
成膜時の温度を制御して新たな結晶粒の発生を抑制する
ことによって、少述の熱処理時においてずでに発生した
結晶粒の成長を促進することができる。結晶粒密度は上
記の理由１）Ｓ Ｉら大粒径化を鑑みて１０９〜１ｏ゛
１個／ｄに制御することが適しており、例えば前記温度
下での成長によって制御することができる。この際、最
終的に得られる多結晶膜における平均結晶粒径は、膜形
成時に導入された結晶粒間の平均距離に一致すると考え
られ、従来得られていた多結晶Ｓに比べ大粒径である。
合は結晶粒成長速度に比べ結晶核の発生煩度が低いため
に続く熱処理により他の核の発生、成長に妨げられずに
結晶粒は成長することができる。さらに結晶粒密度は成
膜時の温度とともに増１１１１ する傾向をもつので、
成膜時の温度を制御して新たな結晶粒の発生を抑制する
ことによって、少述の熱処理時においてずでに発生した
結晶粒の成長を促進することができる。結晶粒密度は上
記の理由１）Ｓ Ｉら大粒径化を鑑みて１０９〜１ｏ゛
１個／ｄに制御することが適しており、例えば前記温度
下での成長によって制御することができる。この際、最
終的に得られる多結晶膜における平均結晶粒径は、膜形
成時に導入された結晶粒間の平均距離に一致すると考え
られ、従来得られていた多結晶Ｓに比べ大粒径である。
成長時の温度は、結晶核の発生が非常に遅く、固相での
結晶粒の成長が速い比較的低い温度であり、目的とする
粒径に応じて設定されるが通常３００〜８００℃程度で
行なうのが適している。この場合結晶面の固相成長速度
はもっとも遅い（１１１）面でさえ、例えば５５０℃で
５人／分から１０入／分と１０００人程度１を晶粒を成
長させる上で、実用的な速さである。
結晶粒の成長が速い比較的低い温度であり、目的とする
粒径に応じて設定されるが通常３００〜８００℃程度で
行なうのが適している。この場合結晶面の固相成長速度
はもっとも遅い（１１１）面でさえ、例えば５５０℃で
５人／分から１０入／分と１０００人程度１を晶粒を成
長させる上で、実用的な速さである。
而してこの発明の多結晶シリコン膜は、ことに多結晶半
導体膜をトランジスタの活性層として利用する半導体Ｈ
＠、電極もしくは配線材ｒ１として利用する半導体装置
または誘電体として利用する半導体装置において、有効
に利用することができる。
導体膜をトランジスタの活性層として利用する半導体Ｈ
＠、電極もしくは配線材ｒ１として利用する半導体装置
または誘電体として利用する半導体装置において、有効
に利用することができる。
なおこの発明の製造方法のために使用する装置等は当該
分野で公知のものを適宜使用すればよい。
分野で公知のものを適宜使用すればよい。
（ホ〉実施例
以下本発明の製造方法を実施例を用いて説明する。
結晶粒を含む非晶質膜は通常の真空蒸着法を用いて形成
した。脱脂洗浄した溶融石英基板を真空蒸着機に設置し
、２ｘ １０’ Ｔｏｒｒまで真空排気し、前記基板を
赤外ランプで４６０℃まで加熱した。次いで高純度シリ
コンソースを電子ビームで加熱し、蒸ＩＪｉ内の真空度
が２Ｘ １０−’ Ｔ Ｏｒｒ以下まで下がった侵、１
人／秒の速度で成摸を開始し、約１０００人の膜厚のシ
リコン薄膜を形成した。同薄膜を透過電子顕微鏡で観察
した結果、平均粒径３００人の結晶粒が２×１０１１１
個／−程度の密度で存在する非晶質膜であった。
した。脱脂洗浄した溶融石英基板を真空蒸着機に設置し
、２ｘ １０’ Ｔｏｒｒまで真空排気し、前記基板を
赤外ランプで４６０℃まで加熱した。次いで高純度シリ
コンソースを電子ビームで加熱し、蒸ＩＪｉ内の真空度
が２Ｘ １０−’ Ｔ Ｏｒｒ以下まで下がった侵、１
人／秒の速度で成摸を開始し、約１０００人の膜厚のシ
リコン薄膜を形成した。同薄膜を透過電子顕微鏡で観察
した結果、平均粒径３００人の結晶粒が２×１０１１１
個／−程度の密度で存在する非晶質膜であった。
同様に形成した薄膜を電気炉内に設置し窒素雰囲気内で
７００℃、２時間の熱処理を加えた。前述と同様透過電
子顕ｍ鏡で観察した結果、結晶粒密度の顕著な増加は認
められず、平均粒径６００人の一様で緻密な多結晶シリ
コン薄膜が（ｑられたことがｆ１１明した。これは上記
真空蒸着装置を用いて、基板温度５２０℃で形成した多
結晶シリコン薄膜の平均粒径に比べ約４倍の大きさであ
る。また前記の５２０℃で形成された多結晶シリコン薄
膜は７００℃、２時間の熱処理では、顕著＜ｋ粒径拡大
はみられなかった。
７００℃、２時間の熱処理を加えた。前述と同様透過電
子顕ｍ鏡で観察した結果、結晶粒密度の顕著な増加は認
められず、平均粒径６００人の一様で緻密な多結晶シリ
コン薄膜が（ｑられたことがｆ１１明した。これは上記
真空蒸着装置を用いて、基板温度５２０℃で形成した多
結晶シリコン薄膜の平均粒径に比べ約４倍の大きさであ
る。また前記の５２０℃で形成された多結晶シリコン薄
膜は７００℃、２時間の熱処理では、顕著＜ｋ粒径拡大
はみられなかった。
第１図に、非晶質膜の熱処理によって１ｑられた多結晶
薄膜（Ａ）と５２０℃で形成され７００℃１２時間の熱
処理を加えた多結晶薄膜（Ｂ）にボロンをイオン注入し
、活性化した際の導電率の注入絨依存性を示した。イオ
ン注入は加速エネルギー３０ｈｅｙで３ｘ１０”から３
Ｘ １０”” ０１−’の範囲で行なった。また活性化
のための熱処理は電気炉内で窒素雰囲気下５００°Ｃ１
１時間の条件で行なった。このように、非晶質膜から得
られた多結晶薄膜（Ａ＞は多結晶薄膜（Ｂ）に比べ低濃
度での導電率が向上している。これは粒径の拡大によっ
て、界面準位の効果が低減され界面準位への正孔の捕獲
が低減されたものと考えられ、良好な多結晶シリコン膜
が得られていることがわかる。
薄膜（Ａ）と５２０℃で形成され７００℃１２時間の熱
処理を加えた多結晶薄膜（Ｂ）にボロンをイオン注入し
、活性化した際の導電率の注入絨依存性を示した。イオ
ン注入は加速エネルギー３０ｈｅｙで３ｘ１０”から３
Ｘ １０”” ０１−’の範囲で行なった。また活性化
のための熱処理は電気炉内で窒素雰囲気下５００°Ｃ１
１時間の条件で行なった。このように、非晶質膜から得
られた多結晶薄膜（Ａ＞は多結晶薄膜（Ｂ）に比べ低濃
度での導電率が向上している。これは粒径の拡大によっ
て、界面準位の効果が低減され界面準位への正孔の捕獲
が低減されたものと考えられ、良好な多結晶シリコン膜
が得られていることがわかる。
くへ）発明の効果
本発明に従って多結晶薄膜を形成すれば、従来法に比べ
より低温の熱処理によって大粒径の多結晶薄膜を形成す
ることができ、良好な電気的特性を実現できることから
、ＭＯ８ＬＳＩ材料、薄膜トランジスタ材料として活用
することができる。
より低温の熱処理によって大粒径の多結晶薄膜を形成す
ることができ、良好な電気的特性を実現できることから
、ＭＯ８ＬＳＩ材料、薄膜トランジスタ材料として活用
することができる。
第１図はこの発明の実施例の効果を従来例と比較するグ
ラフである。 第１図
ラフである。 第１図
Claims (1)
- １、基板上に多結晶化し得ない基板温度下でシリコンを
気相成長させることにより結晶粒を含む非晶質シリコン
膜を形成し、次いで３００〜８００℃の温度で熱処理を
行なって該非晶質シリコン膜を多結晶化させて多結晶シ
リコン膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21538085A JPS6276514A (ja) | 1985-09-28 | 1985-09-28 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21538085A JPS6276514A (ja) | 1985-09-28 | 1985-09-28 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6276514A true JPS6276514A (ja) | 1987-04-08 |
Family
ID=16671338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21538085A Pending JPS6276514A (ja) | 1985-09-28 | 1985-09-28 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6276514A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02122631A (ja) * | 1988-11-01 | 1990-05-10 | Sony Corp | 薄膜トランジスタの製造方法 |
| US5624873A (en) * | 1993-11-12 | 1997-04-29 | The Penn State Research Foundation | Enhanced crystallization of amorphous films |
| US6566175B2 (en) | 1990-11-09 | 2003-05-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing gate insulated field effect transistors |
-
1985
- 1985-09-28 JP JP21538085A patent/JPS6276514A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02122631A (ja) * | 1988-11-01 | 1990-05-10 | Sony Corp | 薄膜トランジスタの製造方法 |
| US6566175B2 (en) | 1990-11-09 | 2003-05-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing gate insulated field effect transistors |
| US7507615B2 (en) | 1990-11-09 | 2009-03-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing gate insulated field effect transistors |
| US5624873A (en) * | 1993-11-12 | 1997-04-29 | The Penn State Research Foundation | Enhanced crystallization of amorphous films |
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