JP3958349B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP3958349B2 JP3958349B2 JP2006327681A JP2006327681A JP3958349B2 JP 3958349 B2 JP3958349 B2 JP 3958349B2 JP 2006327681 A JP2006327681 A JP 2006327681A JP 2006327681 A JP2006327681 A JP 2006327681A JP 3958349 B2 JP3958349 B2 JP 3958349B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- forming
- insulating film
- semiconductor
- silicon nitride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
- Dram (AREA)
Description
本発明は、信頼性および量産性に優れ、歩留りの高い、薄膜トランジスタ等の薄膜状半
導体装置およびその製造方法に関する。本発明は、その応用分野として、例えば、液晶デ
ィスプレーや薄膜イメージセンサー等の駆動回路あるいは3次元集積回路等を構成せんと
するものである。
The present invention relates to a thin film semiconductor device such as a thin film transistor having excellent reliability and mass productivity and high yield, and a method for manufacturing the same. As an application field of the present invention, for example, a driving circuit such as a liquid crystal display or a thin film image sensor, or a three-dimensional integrated circuit is constituted.
従来、半導体集積回路は、シリコン等の半導体基板上に形成されたモノリシック型が中
心であったが、近年、ガラスやサファイヤ等の絶縁基板上に形成することが試みられてい
る。その理由としては、基板と配線間の寄生容量が低下して動作速度が向上することと、
特に石英その等のガラス材料は、シリコンウェファーのような大きさの制限がなく、安価
であること、素子間の分離が容易で、特にCMOSのモノリシック集積回路で問題となる
ようなラッチアップ現象がおこらないこと等のためである。また、以上のような理由とは
別に液晶ディスプレーや密着型イメージセンサーにおいては、半導体素子と液晶素子ある
いは光検出素子とを一体化して構成する必要から、透明な基板上に薄膜トラジスター(T
FT)等を形成する必要がある。
Conventionally, a semiconductor integrated circuit has been mainly a monolithic type formed on a semiconductor substrate such as silicon. However, in recent years, attempts have been made to form it on an insulating substrate such as glass or sapphire. The reason is that the parasitic capacitance between the substrate and the wiring is reduced and the operation speed is improved.
In particular, quartz and other glass materials are not limited in size as silicon wafers, are inexpensive, can be easily separated from each other, and have a latch-up phenomenon that causes problems especially in CMOS monolithic integrated circuits. This is because it does not happen. In addition to the above reasons, in a liquid crystal display or a contact type image sensor, a thin film transistor (T) is formed on a transparent substrate because a semiconductor element and a liquid crystal element or a light detection element need to be integrated.
FT) and the like need to be formed.
このような理由から絶縁性基板上に薄膜状の半導体素子が形成されるようになった。従
来の薄膜状半導体素子の例として、TFTを図5に示す。図に示されるように、絶縁性基
板501上に、パッシベーション膜として、酸化珪素等の被膜503が形成され、その上
にTFTが他のTFTとは独立して形成される。TFTは、モノリシック集積回路のMO
SFETと同様に、ソース(ドレイン)領域507とドレイン(ソース)領域509、そ
れらに挟まれたチャネル形成領域(単にチャネル領域ともいう)508、ゲイト絶縁膜5
04、ゲイト電極510、そして、ソース(ドレイン)電極511とドレイン(ソース)
電極512を有している。また、多層配線が可能なようにPSG等の層間絶縁物506が
設けられる。
For these reasons, a thin film semiconductor element has been formed on an insulating substrate. As an example of a conventional thin film semiconductor element, a TFT is shown in FIG. As shown in the drawing, a
Similar to the SFET, a source (drain)
04,
An
図5の例は、順コプラナー型と呼ばれるものであるが、TFTでは、ゲイト電極とチャ
ネル領域の配置の様子によって、これ以外に逆コプラナー型、順スタガー型、逆スタガー
型とよばれる形態があるが、その詳細については他の文献に任せるとして、ここではこれ
以上、言及しない。
The example of FIG. 5 is called a forward coplanar type, but there are other types of TFTs called reverse coplanar type, forward stagger type, and reverse stagger type depending on the arrangement of the gate electrode and the channel region. However, the details are left to other literature and will not be discussed further here.
モノリシック集積回路においても、ナトリウムやカリウムのようなアルカリイオン、あ
るいは鉄、銅、ニッケル等の遷移金属イオンによる汚染は深刻な問題であり、これらのイ
オンの侵入を食い止めるために、非常な注意が払われてきた。TFTでも、それらのイオ
ンの問題は同様に重大なもので、極力、汚染がないように生産工程の清浄化には注意が向
けられている。また、素子にもこれらの汚染が及ばないように対策が講じられている。
Even in monolithic integrated circuits, contamination with alkali ions such as sodium and potassium, or transition metal ions such as iron, copper, and nickel is a serious problem, and great care must be taken to prevent the intrusion of these ions. I have been. Even in TFT, the problem of these ions is equally serious, and attention is paid to cleaning the production process so as to avoid contamination as much as possible. In addition, measures are taken to prevent these elements from being contaminated.
薄膜状半導体素子がモノリシック集積回路と異なることは、基板中の汚染イオンの濃度
が比較的高いということである。すなわち、モノリシック集積回路に使用される単結晶シ
リコンは、長年の技術の蓄積によって、これらの有害な汚染元素を排除するようにして生
産されており、現在市販されているものでは、これらの汚染元素は1010cm−3以下
である。
The difference between thin film semiconductor elements and monolithic integrated circuits is that the concentration of contaminating ions in the substrate is relatively high. In other words, single crystal silicon used in monolithic integrated circuits has been produced so as to eliminate these harmful pollutant elements with the accumulation of technology over many years. Is 10 10 cm −3 or less.
しかしながら、一般に薄膜状半導体素子用の絶縁性基板の汚染元素濃度は低くない。も
ちろん、スピネル基板やサファイヤ基板のような単結晶基板では、上記汚染源となる異元
素の濃度を低減することが理論的には可能であるが、採算面から現実的ではない。また、
石英基板は、高純度シランガスと酸素を原料として、気相反応で製造すれば、理想的には
異元素の侵入を食い止めることが可能であるが、構造がアモルファスであるので、いった
ん異元素が取り込まれた場合にこれを外部に吐き出すことが困難である。また、液晶ディ
スプレーに使用される基板は特にコストの問題が優先するため、価格の低いものを用いる
必要があり、そのようなものでは製造・加工を容易にするため、最初から、各種の異元素
を含有している。これらの異元素自体が半導体素子にとって好ましくないものもあるし、
これらの異元素を添加する過程で、外部から混入し、あるいは添加材料に不純物として含
まれる場合がある。
However, in general, the contamination element concentration of the insulating substrate for thin film semiconductor elements is not low. Of course, in the case of a single crystal substrate such as a spinel substrate or a sapphire substrate, it is theoretically possible to reduce the concentration of the foreign element that becomes the contamination source, but it is not realistic from the profit side. Also,
Quartz substrates can ideally stop foreign elements from entering if they are produced by gas phase reaction using high-purity silane gas and oxygen as raw materials. However, because the structure is amorphous, the foreign elements are once taken in. If this happens, it is difficult to exhale this. In addition, the substrate used for the liquid crystal display is given priority to cost issues, so it is necessary to use a low-priced substrate. Contains. Some of these foreign elements themselves are undesirable for semiconductor elements,
In the process of adding these different elements, they may be mixed from the outside or included as impurities in the additive material.
例えば、TNガラスは安価なガラス基板で耐熱性がよく、熱膨張率等がシリコンに近い
ため、液晶ディスプレー用の基板として好ましいものであるが、リチウムを5%程度含有
している。このリチウムの一部はイオン化し、可動イオンとして半導体素子に侵入し、素
子の劣化をもたらす。また、このリチウムは99%以上の高純度のものを製造することが
難しく、通常、0.7%程度のナトリウムが含まれている。ナトリウムのイオン化率は1
0%程度で、極めて大きく、このナトリウムイオンは素子の特性に極めて深刻な影響をも
たらす。
For example, TN glass is an inexpensive glass substrate, has good heat resistance, and has a thermal expansion coefficient close to that of silicon. Therefore, TN glass is preferable as a substrate for a liquid crystal display, but contains about 5% of lithium. A part of this lithium is ionized and penetrates into the semiconductor element as mobile ions, resulting in deterioration of the element. Further, it is difficult to produce a lithium having a purity of 99% or higher, and usually contains about 0.7% sodium. Sodium ionization rate is 1
The sodium ion is extremely large at about 0%, and this sodium ion has a very serious influence on the characteristics of the device.
従来の薄膜状半導体素子では、図5に示すように、この可動イオンの侵入に対しては、
酸化珪素等をパッシベーション膜として使用し、また、層間絶縁物をPSGやBPSGと
することによってこれらの可動イオンをゲッタリングすることによって対処されてきた。
しかしながら、これらの方法では汚染を十分に防ぐことは困難であった。本発明は、これ
らの汚染元素・イオンの侵入によって素子が劣化することを抑制することを目的とする。
In the conventional thin film semiconductor element, as shown in FIG.
It has been dealt with by gettering these mobile ions by using silicon oxide or the like as a passivation film and using PSG or BPSG as an interlayer insulator.
However, it has been difficult to sufficiently prevent contamination by these methods. It is an object of the present invention to suppress the deterioration of the element due to the entry of these contaminating elements / ions.
本発明では、以上のような汚染を抑制するために薄膜半導体素子の下部と上部にそれぞ
れ窒化珪素や酸化アルミニウム、酸化タンタル等の可動イオンに対してブロッキング作用
を有する膜(ブロッキング膜)を形成したことを特徴とする。
In the present invention, a film (blocking film) having a blocking action against mobile ions such as silicon nitride, aluminum oxide, and tantalum oxide is formed on the lower and upper parts of the thin film semiconductor element in order to suppress the contamination as described above. It is characterized by that.
本発明によって、ナトリウム等の可動イオンの影響の少ないTFT等の薄膜状半導体素
子を作製することができる。従来、可動イオンが存在するため素子が形成できなかった基
板においても、TFTを形成することが可能となった。本発明を実施するには、図1ない
し図4のようにコプラナ型であっても、また、逆コプラナ型やスタガ型、逆スタガ型のT
FTを用いても構わない。また、本発明は、薄膜状半導体素子の動作について制約を加え
るものではないので、トランジスタのシリコンはアモルファスであっても、多結晶であっ
ても、微結晶であっても、またそれらの中間状態のものであっても、さらには単結晶であ
っても構わないことは明らかであろう。
According to the present invention, a thin film semiconductor element such as a TFT having little influence of mobile ions such as sodium can be manufactured. Conventionally, it has become possible to form TFTs even on substrates on which elements could not be formed due to the presence of mobile ions. In order to carry out the present invention, a coplanar type as shown in FIGS. 1 to 4, or a reverse coplanar type, a stagger type, or a reverse stagger type T
FT may be used. In addition, since the present invention does not limit the operation of the thin film semiconductor device, the silicon of the transistor may be amorphous, polycrystalline, microcrystalline, or an intermediate state thereof. Obviously, it may be a single crystal or even a single crystal.
本発明の典型的な例は図1に示される。図1では本発明を用いたTFTが示されている
。すなわち、絶縁性基板101上に第1のブロッキング膜102として第1の窒化珪素膜
が形成されている。第1の窒化珪素皮膜は基板からの汚染を防ぐ効果を有する。そして、
第1の窒化珪素膜上に、例えば酸化珪素のようなシリコン材料と密着性のよい皮膜103
を形成する。この皮膜103を形成せずして、直接、半導体皮膜を第1の窒化珪素上に形
成し、TFTを作製すると、窒化珪素と半導体材料の界面に生ずるトラップ準位によって
チャネル領域が導通化し、TFTが動作しなくなる。したがって、このような緩衝体を設
けることは重要である。
A typical example of the present invention is shown in FIG. FIG. 1 shows a TFT using the present invention. That is, a first silicon nitride film is formed as the
On the first silicon nitride film, for example, a
Form. When the semiconductor film is formed directly on the first silicon nitride without forming the
皮膜103上にはTFTが形成される。TFTは、ソース(ドレイン)領域107とド
レイン(ソース)領域109、それらに挟まれたチャネル領域108、ゲイト絶縁膜10
4、ゲイト電極110を有する。TFTのソース、ドレイン、チャネル各領域は単結晶も
しくは多結晶、あるいはアモルファスの半導体材料で形成される。半導体材料としては、
例えば、シリコン、ゲルマニウム、炭化珪素、およびこれらの合金が使用されうる。
A TFT is formed on the
4. A
For example, silicon, germanium, silicon carbide, and alloys thereof can be used.
そして、このTFTを覆って、第2のブロッキング膜105として第2の窒化珪素皮膜
が形成される。ここで、第2の窒化珪素皮膜が、TFTの作製の後で、かつ、ソースおよ
び/またはドレインに電極が形成される前に形成されることが本発明の特徴とするところ
である。従来の技術では、電極形成後にファイナルパッシベーション膜としての窒化珪素
膜が形成されたが、本発明はそのような意味で形成される窒化珪素膜とは目的が異なる。
すなわち、本発明における第2の窒化珪素膜は、第1の窒化珪素膜とともにTFTを包み
込んでしまうために形成されるのであり、TFT形成後の電極形成の工程での汚染をも防
ぐことを意図するものである。したがって、本発明によってTFTとそれに付随する電極
や配線を形成した後、従来のようにファイナルパッシベーション膜として窒化珪素膜を形
成してもよい。
Then, a second silicon nitride film is formed as the
That is, the second silicon nitride film in the present invention is formed to enclose the TFT together with the first silicon nitride film, and is intended to prevent contamination in the electrode forming process after the TFT formation. To do. Therefore, a silicon nitride film may be formed as a final passivation film as in the prior art after forming a TFT and its associated electrodes and wirings according to the present invention.
さて、第2の窒化珪素膜形成後に、層間背絶縁材料、例えばPSG等によって、層間絶
縁膜106を形成し、ソース(ドレイン)電極111とドレイン(ソース)電極112を
形成する。
After the second silicon nitride film is formed, the
図1の例では、しかしながら、ゲイト絶縁膜が遠方に延びており、その端部からTFT
内部に侵入する可能性がある。これを改良したものが、図2に示される例で、ゲイト絶縁
膜はTFT上にしかないため、図1のような問題はない。しかしながら、この場合はチャ
ネル領域に隣接した部分のソース領域およびドレイン領域が窒化珪素膜に接触しているた
め、この部分の窒化珪素がゲイト電圧によって分極し、あるいは電子をトラップして、T
FTの動作を妨げることがある。
In the example of FIG. 1, however, the gate insulating film extends far away, and the TFT extends from the end.
There is a possibility of entering inside. An improvement of this is the example shown in FIG. 2, and since the gate insulating film is only on the TFT, there is no problem as shown in FIG. However, in this case, since the source region and the drain region adjacent to the channel region are in contact with the silicon nitride film, the silicon nitride in this portion is polarized by the gate voltage or traps electrons, and T
May interfere with FT operation.
その問題を克服した例が図3に示される。ここでは、チャネル領域に隣接したソース領
域およびドレイン領域は窒化珪素膜に隣接していない。したがって、窒化珪素の分極や電
子トラップという困難は解決される。しかしながら、ソースおよびドレイン領域の形成に
あたって、ゲイト電極をマスクとするセルフアラインプロセスを採用する場合には、この
例では図1の例と同様に、ゲイト絶縁膜を通して、アクセプターあるいはドナー元素を注
入しなければならず、そのためイオン注入法を採用するのであれば、イオンの加速エネル
ギーを高める必要がある。その際、高速イオンが注入される結果、その2次散乱によって
ソースおよびドレイン領域が広がることがある。
An example of overcoming that problem is shown in FIG. Here, the source region and the drain region adjacent to the channel region are not adjacent to the silicon nitride film. Therefore, the difficulties of silicon nitride polarization and electron traps are solved. However, when a self-alignment process using a gate electrode as a mask is adopted for forming the source and drain regions, in this example, as in the example of FIG. 1, an acceptor or donor element must be implanted through the gate insulating film. Therefore, if the ion implantation method is adopted, it is necessary to increase the acceleration energy of ions. At this time, as a result of fast ion implantation, the source and drain regions may be expanded by the secondary scattering.
図2において、201は絶縁性基板、202は第1の窒化珪素膜、203は酸化珪素等
の緩衝用絶縁膜、204はゲイト絶縁膜、205は第2の窒化珪素膜、206は層間絶縁
膜、207はソース(ドレイン)領域、208はチャネル領域、209はドレイン(ソー
ス)領域、210はゲイト電極、211はソース(ドレイン)電極、212はドレイン(
ソース)電極である。また、図3において、301は絶縁性基板、302は第1の窒化珪
素膜、303は酸化珪素等の緩衝用絶縁膜、304はゲイト絶縁膜、305は第2の窒化
珪素膜、306は層間絶縁膜、307はソース(ドレイン)領域、308はチャネル領域
、309はドレイン(ソース)領域、310はゲイト電極、311はソース(ドレイン)
電極、312はドレイン(ソース)電極である。
In FIG. 2, 201 is an insulating substrate, 202 is a first silicon nitride film, 203 is a buffer insulating film such as silicon oxide, 204 is a gate insulating film, 205 is a second silicon nitride film, and 206 is an interlayer insulating film. , 207 are source (drain) regions, 208 is a channel region, 209 is a drain (source) region, 210 is a gate electrode, 211 is a source (drain) electrode, and 212 is a drain (source).
Source) electrode. 3, 301 is an insulating substrate, 302 is a first silicon nitride film, 303 is a buffer insulating film such as silicon oxide, 304 is a gate insulating film, 305 is a second silicon nitride film, and 306 is an interlayer. Insulating film, 307 is a source (drain) region, 308 is a channel region, 309 is a drain (source) region, 310 is a gate electrode, 311 is a source (drain)
An
本発明において、ブロッキング膜として窒化珪素膜を用いる場合には、化学式でSiN
xで表したとき、x=1.0からx=1.7が適し、特に、x=1.3からx=1.35
の化学量論的組成(x=1.33)のもの、あるいはそれに近いのものでよい結果が得ら
れた。したがって、本発明では、窒化珪素は減圧CVD法によって形成する方が良かった
。しかしながら、プラズマCVD法や光CVD法で形成された窒化珪素皮膜であっても、
本発明を使用しない場合に比べて素子の信頼性が向上することは言うまでもない。
In the present invention, when a silicon nitride film is used as the blocking film, the chemical formula is SiN.
When expressed in x, x = 1.0 x = 1.7 is suitable from, in particular, from x = 1.3 x = 1.35
Good results were obtained with a stoichiometric composition (x = 1.33) or close to it. Therefore, in the present invention, it is better to form silicon nitride by the low pressure CVD method. However, even a silicon nitride film formed by plasma CVD or photo-CVD method,
Needless to say, the reliability of the device is improved as compared with the case where the present invention is not used.
減圧CVD法によって、窒化珪素膜を形成しようとすれば、原料ガスとしてジクロール
シラン(SiCl2H2)とアンモニア(NH3)を用い、圧力10〜1000Paで5
00〜800℃、好ましくは550〜750℃で反応させればよい。もちろん、シラン(
SiH4)やテトラクロロシラン(SiCl4)を用いてもよい。
If a silicon nitride film is to be formed by the low pressure CVD method, dichlorosilane (SiCl 2 H 2 ) and ammonia (NH 3 ) are used as source gases, and the pressure is 10 to 1000 Pa.
What is necessary is just to make it react at 00-800 degreeC, Preferably it is 550-750 degreeC. Of course, silane (
SiH 4 ) or tetrachlorosilane (SiCl 4 ) may be used.
さらに、窒化珪素以外に酸化アルミニウムや酸化タンタルがブロッキング膜として用い
られることは先に述べた通りである。これらの被膜を形成するには、CVD法やスパッタ
法を用いればよい。例えば、酸化アルミニウム膜の形成には、トリメチルアルミニウムA
l(CH3)3を酸化窒素(N2O、NO、NO2)等と酸化反応させればよい。
Furthermore, as described above, aluminum oxide or tantalum oxide is used as a blocking film in addition to silicon nitride. In order to form these films, a CVD method or a sputtering method may be used. For example, for the formation of an aluminum oxide film, trimethylaluminum A
l (CH 3 ) 3 may be oxidized with nitric oxide (N 2 O, NO, NO 2 ) or the like.
図4には、本発明を使用して、公知の技術である低不純物濃度ドレイン(LDD)を形
成する例を示した。まず、石英あるいはANガラス等の絶縁性基板401上に減圧CVD
法によって窒化珪素膜402を厚さ50〜1000nm形成する。このとき、基板の表面
だけでなく、裏面をも窒化珪素膜で被覆してしまうと本発明をより確実に効果的に実施で
きる。すなわち、製造工程においては裏面から発生した可動イオン(それらは基板に含ま
れているのだが)が、さまざまな理由によって表面に到達することがよくあり、その結果
、例えば、ゲイト酸化膜作製中に膜中に可動イオンが侵入する。また、裏面が可動イオン
の発生源であると、成膜装置等の製造装置は絶えず、可動イオンによって汚染されている
ので、製造装置の清浄度を保つうえでも、基板の裏面に窒化珪素膜を設けることは必要な
ことである。窒化珪素膜の上に緩衝用の酸化珪素皮膜403を同じく減圧CVD法によっ
て、厚さ50〜1000nm形成する。この際、原料ガス中に体積比で3%から6%、例
えば5%ほどの塩化水素等のハロゲンを含むガスを混入させておくと、得られる酸化珪素
膜中にハロゲン元素が取り込まれる。このハロゲンはナトリウム等のアルカリイオンと結
合して、ナトリウムを固定するので、ナトリウム汚染を防ぐうえでより大きな効果が得ら
れる。しかし、過剰なハロゲンの添加は膜を粗にし、密着性や表面の平坦性を損なうので
好ましくない。
FIG. 4 shows an example of forming a low impurity concentration drain (LDD), which is a known technique, using the present invention. First, low pressure CVD on an insulating
A
次にドナーもアクセプターも添加されない非晶質シリコン膜を減圧CVD法、あるいは
プラズマCVD法、あるいはスパッタ法によって厚さ20〜500nmだけ形成する。そ
して、これを島上にエッチングする。その上にゲイト絶縁膜として、厚さ10〜100n
mの酸化珪素膜を減圧CVD法、あるいはスパッタ法によって形成する。この際も、先の
ように、原料ガス中、あるいはスパッタガス中にハロゲン材料ガスを混入させておくとよ
い。
Next, an amorphous silicon film to which neither a donor nor an acceptor is added is formed to a thickness of 20 to 500 nm by low pressure CVD, plasma CVD, or sputtering. Then, this is etched on the island. On top of that, a thickness of 10 to 100 n is formed as a gate insulating film.
The m silicon oxide film is formed by a low pressure CVD method or a sputtering method. At this time, as described above, the halogen material gas may be mixed in the raw material gas or the sputtering gas.
そして、その上に減圧CVD法、あるいはプラズマCVD法によって、リンが1021
cm−3程度にドープされた多結晶あるいは微結晶シリコン膜を形成する。そして、この
シリコン膜およびその下のゲイト絶縁膜(酸化珪素)をパターニングし、ゲイト電極41
0とゲイト絶縁膜404を形成する。
Then, phosphorous is 10 21 by low pressure CVD or plasma CVD.
A polycrystalline or microcrystalline silicon film doped to about cm −3 is formed. Then, this silicon film and the gate insulating film (silicon oxide) thereunder are patterned to form a gate electrode 41.
0 and a
さらに、このゲイト電極をマスクとしてセルフアライン的にイオン注入をおこない、比
較的不純物濃度の小さい(1017〜1019cm−3程度)ソース(ドレイン)領域4
07、ドレイン(ソース)領域408を形成する。不純物の注入されなかった部分がチャ
ネル領域408として残る。こうして、図4(A)が得られる。
Further, ion implantation is performed in a self-aligned manner using this gate electrode as a mask, and a source (drain)
07, a drain (source)
次に、図4(B)に示すように減圧CVD法によって、全体にPSG膜413が形成さ
れる。そして、これを公知の方向性エッチングによってエッチングし、ゲイト電極の横に
側壁414を形成する。その後、再び、イオン注入をおこない、不純物濃度の高いソース
(ドレイン)領域407aとドレイン(ソース)領域409aを形成する。不純物濃度の
低い領域はソース(ドレイン)領域407bとドレイン(ソース)領域409bとなって
、LDDを形成する。こうして、図4(C)を得る。
Next, as shown in FIG. 4B, a
その後、図4(D)に示すように、減圧CVD法によって、全体に窒化珪素膜405を
、厚さ50〜1000nm形成する。その後、例えば、600℃程度の低温アニールによ
ってシリコン膜の結晶化をおこない、ソース、ドレイン領域の活性化をおこなう。この工
程はレーザーアニールでおこなってもよい。このようにして、TFTの中間体が得られる
。
Thereafter, as shown in FIG. 4D, a
図4の例は、本発明の例を示したに過ぎず、本発明が、上記の工程に制約されないこと
は明らかであろう。図4の例では、図3の例と同様に、窒化珪素膜とゲイト電極とソース
あるいはドレイン領域が隣接する部分がない。すなわち、図2の場合とは違って、側壁4
14が存在するため、図2で懸念されたような問題はない。さらに、図3とは異なって、
ドナーやアクセプターの添加は容易におこなえるという特徴を有する。
The example of FIG. 4 is merely an example of the present invention, and it will be apparent that the present invention is not limited to the above steps. In the example of FIG. 4, as in the example of FIG. 3, there is no portion where the silicon nitride film, the gate electrode, and the source or drain region are adjacent to each other. That is, unlike the case of FIG.
14 is present, there is no problem as concerned in FIG. Furthermore, unlike FIG.
Donor and acceptor can be easily added.
本発明を用いたTFTの特性について記述する。本実施例で使用したTFTは石英ガラ
ス基板上に図4のプロセスに従って作製したLDD型TFTである。まず、石英ガラス基
板401上およびその裏面と側面(すなわち、基板全体)に減圧CVD法によって窒化珪
素膜402を厚さ100nm形成し、さらに、連続的に減圧CVD法によって酸化珪素膜
(低温酸化膜(LTO膜)ともいう)403を厚さ200nm形成し、最後に、やはり減
圧CVD法によって非晶質シリコン膜を厚さ30nm形成した。このときの最高プロセス
温度は600℃であった。次に、非晶質シリコン膜を島状にパターニングした。そして、
その非晶質シリコン膜の表面のごく薄い部分、厚さ2〜10nmを陽極酸化法によって酸
化した。その後、スパッタ法によって酸化珪素膜を100nm形成した。ここで、スパッ
タ雰囲気は酸素とアルゴンもしくは他の希ガスの混合気体とし、かつ、酸素の分圧を80
%以上とした。このとき、スパッタ衝撃によって、下地の膜に欠陥が生じる。例えば、下
地がシリコン膜であった場合には、シリコン中に酸素原子が打ち込まれ、酸素の濃度が増
加する。このような状態ではシリコンは極在準位の多いものとなってしまう。すなわち、
シリコンと酸化珪素の境界がはっきりしないものとなってしまう。しかし、本実施例のよ
うに予め薄い陽極酸化膜を形成しておけば、スパッタの際には既に酸化珪素が存在してい
るため、上記のような原子の混合が避けられ、シリコン膜と酸化珪素膜の境界は保たれる
。
The characteristics of the TFT using the present invention will be described. The TFT used in this example is an LDD type TFT manufactured on a quartz glass substrate according to the process of FIG. First, a
A very thin portion of the surface of the amorphous silicon film having a thickness of 2 to 10 nm was oxidized by an anodic oxidation method. Thereafter, a silicon oxide film having a thickness of 100 nm was formed by sputtering. Here, the sputtering atmosphere is a mixed gas of oxygen and argon or other rare gas, and the partial pressure of oxygen is 80.
% Or more. At this time, a defect occurs in the underlying film due to sputtering impact. For example, when the base is a silicon film, oxygen atoms are implanted into the silicon, and the oxygen concentration increases. In such a state, silicon has a large number of extreme levels. That is,
The boundary between silicon and silicon oxide becomes unclear. However, if a thin anodic oxide film is formed in advance as in this embodiment, since silicon oxide already exists during sputtering, mixing of atoms as described above is avoided, and the silicon film and the oxide film are oxidized. The boundary of the silicon film is maintained.
この酸化珪素膜の形成後、減圧CVD法によって、リンを1021cm−3程度含んだ
n+型の微結晶珪素膜を厚さ300nm形成した。以上の被膜形成の最高プロセス温度は
650℃であった。その後、ゲイト電極のパターニングをおこないゲイト電極410とゲ
イト絶縁膜404を形成した。さらに、イオン打ち込みによって砒素イオンを2×101
8cm−3だけ注入し、ソースおよびドレイン領域407、409を形成した。こうして
、図4(A)を得た。
After the formation of this silicon oxide film, an n + type microcrystalline silicon film containing about 10 21 cm −3 of phosphorus was formed to a thickness of 300 nm by low pressure CVD. The maximum process temperature for the above film formation was 650 ° C. Thereafter, the gate electrode was patterned to form a
8 cm −3 was implanted to form source and drain
次いで、図4(B)のように減圧CVD法によってPSG膜413を形成し、方向性エ
ッチングによって、図4(C)に示される側壁414を形成した。さらに、イオン打ち込
み法によって砒素イオンを領域407aおよび409aに5×1020cm−3注入した
。
Next, a
その後、全体に窒化珪素膜405を減圧CVD法によって形成した。こうして、図4(
D)を得た。その後、真空中620℃で48時間アニールして、領域407a、407b
、408、409a、409bを活性化させた。そして、減圧CVD法によって層間絶縁
物として、全体にPSG膜を形成し、電極用の穴を開け、アルミ電極をソース領域および
ドレイン領域に形成した。そして、最後に、パッシベーションの目的で全体に再び、減圧
CVD法によって窒化珪素膜を形成した。
Thereafter, a
D) was obtained. Thereafter, annealing is performed in vacuum at 620 ° C. for 48 hours to obtain
, 408, 409a, 409b were activated. Then, a PSG film was formed on the whole as an interlayer insulator by a low pressure CVD method, holes for electrodes were formed, and aluminum electrodes were formed in the source region and the drain region. Finally, a silicon nitride film was again formed by a low pressure CVD method for the purpose of passivation.
このようにして形成されたTFTは極めて信頼性の高いものであった。いわゆるバイア
ス−温度処理(BT処理)によっても素子の動作特性が変化しないことが示された。その
例を図6に示す。BT処理は図6中に示された回路図のように配線して、加温中でゲイト
(G)とソース(S)、ドレイン(D)間にバイアス電圧VBを加えることによっておこ
なった。具体的には、作製後直ちに室温でTFTのゲイト電圧−ドレイン電流特性を測定
し(VB=0)、その後、150℃で1時間、ゲイト電極に+20Vの電圧を加え、室温
でTFTのゲイト電圧−ドレイン電流特性を測定し(VB=+20V)、次に、再び、1
50℃で1時間、ゲイト電極に今度は−20Vの電圧を加え、その後、室温でTFTのゲ
イト電圧−ドレイン電流特性を測定し(VB=−20V)、TFTのしきい値電圧の変動
を調べた。
The TFT formed in this way was extremely reliable. It has been shown that the operation characteristics of the element do not change even by so-called bias-temperature treatment (BT treatment). An example is shown in FIG. The BT process was performed by wiring as shown in the circuit diagram shown in FIG. 6 and applying a bias voltage V B between the gate (G), the source (S), and the drain (D) during heating. Specifically, the gate voltage-drain current characteristics of the TFT were measured immediately after fabrication at room temperature (V B = 0), and then a voltage of +20 V was applied to the gate electrode for 1 hour at 150 ° C. The voltage-drain current characteristic was measured (V B = + 20 V), then again 1
Apply a voltage of -20 V to the gate electrode for 1 hour at 50 ° C., and then measure the gate voltage-drain current characteristics of the TFT at room temperature (V B = −20 V). Examined.
図6(B)が以上に記載した方法によって作製したTFTの特性である。このように、
バイアス電圧VBに全く特性が影響されず、精密な測定の結果、しきい値電圧の変動は0
.2V以下であった。
FIG. 6B shows characteristics of the TFT manufactured by the method described above. in this way,
The characteristics are not affected at all by the bias voltage V B, and as a result of precise measurement, the fluctuation of the threshold voltage is 0
. It was 2V or less.
一方、図6(A)に示されるものは、窒化珪素膜402と405を設けなかった以外は
本実施例に示した方法と全く同じプロセスで作製したものであるが、図から明らかなよう
に特性がVBに大きく依存してしまっている。このような特性の変動(しきい値電圧の変
動)は、ゲイト絶縁膜中のナトリウム等の可動イオンによるものと説明され、変動が大き
いほど可動イオンが多く、また、図6(B)のように変動が少ないものは可動イオンの量
がすくないと説明されている。しきい値電圧の変動幅から本実施例で作製したTFTのゲ
イト電極中の可動イオンの量は8×1010cm−3程度であると推定される。すなわち
、本発明のように窒化珪素膜を設けることによって、TFTの特性を著しく改善し、信頼
性を向上せしめることが可能であることが示された。
On the other hand, what is shown in FIG. 6A is manufactured by the same process as the method shown in this embodiment except that the
101 絶縁性基板
102 第1のブロッキング膜
103 緩衝絶縁膜
104 ゲイト絶縁膜
105 第2のブロッキング膜
106 層間絶縁膜
107 ソース(ドレイン)領域
108 チャネル領域
109 ドレイン(ソース)領域
110 ゲイト電極
111 ソース(ドレイン)電極
112 ドレイン(ソース)電極
Claims (9)
前記絶縁性基板の表面または前記絶縁性基板の裏面に形成された第1のブロッキング膜上にハロゲンを含有する絶縁性被膜を形成し、
前記絶縁性被膜上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記半導体膜、前記ゲイト絶縁膜、及び前記ゲイト電極を覆うように第2のブロッキング膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 Forming a first blocking film on the front and back surfaces of the insulating substrate containing mobile ions;
Forming an insulating film containing halogen on the first blocking film formed on the front surface of the insulating substrate or the back surface of the insulating substrate;
Forming a semiconductor film on the insulating coating;
Forming a gate insulating film on the semiconductor film;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a second blocking film so as to cover the semiconductor film, the gate insulating film, and the gate electrode.
前記絶縁性基板の表面または前記絶縁性基板の裏面に形成された第1のブロッキング膜上にハロゲンを含有する絶縁性被膜を形成し、
前記絶縁性被膜上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記半導体膜、前記ゲイト絶縁膜、及び前記ゲイト電極を覆うように第2のブロッキング膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 Forming a first blocking film so as to cover the front surface, back surface, and side surfaces of the insulating substrate containing mobile ions;
Forming an insulating film containing halogen on the first blocking film formed on the front surface of the insulating substrate or the back surface of the insulating substrate;
Forming a semiconductor film on the insulating coating;
Forming a gate insulating film on the semiconductor film;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a second blocking film so as to cover the semiconductor film, the gate insulating film, and the gate electrode.
前記絶縁性基板の表面または前記絶縁性基板の裏面に形成された第1のブロッキング膜上にハロゲンを含有する絶縁性被膜を減圧CVD法により形成し、
前記絶縁性被膜上に減圧CVD法により半導体膜を形成し、
前記半導体膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記半導体膜、前記ゲイト絶縁膜、及び前記ゲイト電極を覆うように第2のブロッキング膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 A first blocking film is formed by a low pressure CVD method so as to cover the front surface, the back surface, and the side surface of the insulating substrate containing mobile ions,
Forming an insulating film containing halogen on the first blocking film formed on the front surface of the insulating substrate or the back surface of the insulating substrate by a low pressure CVD method;
A semiconductor film is formed on the insulating film by a low pressure CVD method,
Forming a gate insulating film on the semiconductor film;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a second blocking film so as to cover the semiconductor film, the gate insulating film, and the gate electrode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006327681A JP3958349B2 (en) | 2006-12-05 | 2006-12-05 | Method for manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006327681A JP3958349B2 (en) | 2006-12-05 | 2006-12-05 | Method for manufacturing semiconductor device |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003317783A Division JP3923458B2 (en) | 2003-09-10 | 2003-09-10 | Semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007059953A JP2007059953A (en) | 2007-03-08 |
JP3958349B2 true JP3958349B2 (en) | 2007-08-15 |
Family
ID=37923096
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006327681A Expired - Lifetime JP3958349B2 (en) | 2006-12-05 | 2006-12-05 | Method for manufacturing semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3958349B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8047442B2 (en) | 2007-12-03 | 2011-11-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
-
2006
- 2006-12-05 JP JP2006327681A patent/JP3958349B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007059953A (en) | 2007-03-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3187086B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device | |
JP3483581B2 (en) | Semiconductor device | |
KR100191091B1 (en) | Thin film semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US7855106B2 (en) | Semiconductor device and method for forming the same | |
TWI484633B (en) | Intermediate product for multi-channel field effect transistors and method for obtaining intermediate products | |
JP2564725B2 (en) | Method of manufacturing MOS transistor | |
US7301211B2 (en) | Method of forming an oxide film | |
JP3923458B2 (en) | Semiconductor device | |
JP3958349B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP3970891B2 (en) | Semiconductor device | |
JP3701549B2 (en) | Semiconductor device | |
JP3352998B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JPH0637314A (en) | Thin-film transistor and manufacture thereof | |
JP3390731B2 (en) | Semiconductor device | |
JP3375938B2 (en) | Semiconductor device | |
JP3310654B2 (en) | Semiconductor device | |
KR960000231B1 (en) | Thin film type semiconductor and its making method | |
JPH11135797A (en) | Working method for shape of laminated film and manufacture of thin-film transistor by making use of the same | |
JPS61214542A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
JP2925007B2 (en) | Method for manufacturing thin film transistor | |
JP2003197638A (en) | Thin film transistor and its manufacturing method | |
KR101201316B1 (en) | buffer insulation layer and semiconductor device having the same and method for fabricating of the semiconductor device | |
JP2960742B2 (en) | Thin film transistor element | |
JPS61239670A (en) | Thin-film transistor and manufacture thereof | |
JPH08255915A (en) | Liquid crystal display |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061205 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070220 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070410 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070508 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070509 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100518 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100518 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110518 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120518 Year of fee payment: 5 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120518 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120518 Year of fee payment: 5 |