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JPH02278836A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and its manufacturing method

Info

Publication number
JPH02278836A
JPH02278836A JP10068689A JP10068689A JPH02278836A JP H02278836 A JPH02278836 A JP H02278836A JP 10068689 A JP10068689 A JP 10068689A JP 10068689 A JP10068689 A JP 10068689A JP H02278836 A JPH02278836 A JP H02278836A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plasma
semiconductor device
thin film
hydrogen
damage
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.)
Pending
Application number
JP10068689A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Oka
秀明 岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP10068689A priority Critical patent/JPH02278836A/en
Publication of JPH02278836A publication Critical patent/JPH02278836A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent a defect due to damage by a plasma while an effect to enhance a characteristic of a TFT is being secured by a method wherein a semiconductor device whose channel region of an insulated-gate field-effect transistor is composed of a non-single-crystal semiconductor is exposed to a plasma atmosphere containing ammonia. CONSTITUTION:A non-single-crystal silicon thin film is deposited on an insulating amorphous material 1-1 ; after that, a thin film 1-2 is formed; a gate oxide film 1-4 is formed by a thermal oxidation method. By this oxidation process, a crystal growth operation of the thin film 1-2 progresses; this thin film is transformed into a polycrystalline silicon thin film 1-3. Then, a gate electrode 1-5 is formed; ions of an impurity element are implanted by making use of the gate electrode 1-5 as a mask; a source region 1-6 and a drain region 1-7 are formed. Then, an interlayer insulating film 1-8 is deposited; a heat treatment is executed; after that, a substrate is set in a reaction chamber; a gas containing hydrogen gas or ammonia gas is introduced. When high-frequency power is applied, a plasma is generated easily; a hydrogen radical is introduced into the substrate. Thereby, a high performance of a transistor can be realized without a defect due to damage by the plasma.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、絶縁性透明基板等のような非晶質絶縁基板あ
るいは絶縁膜上に形成される非単結晶半導体薄膜を用い
て作成される薄膜トランジスタ等の薄膜半導体装置及び
その製造方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is produced using a non-single crystal semiconductor thin film formed on an amorphous insulating substrate or an insulating film such as an insulating transparent substrate. The present invention relates to thin film semiconductor devices such as thin film transistors and methods for manufacturing the same.

[従来の技術] 非晶質シリコンwImあるいは多結晶シリコン薄膜等の
非単結晶半導体薄膜には、ダングリングボンドが多数存
在する。たとえば、多結晶シリコン薄膜に関しては、結
晶粒界に存在するダングリングボンド等の欠陥が、キャ
リアに対するトラップ準位となりキャリアの伝導に対し
て障壁として働(、(J、  Y、  W、  5et
o、  J、  Appl、  Phys、 、 46
. p5247 (1975) )。従って、多結晶シ
リコン薄膜トランジスタの性能を向上させる為には、前
記欠陥を低減させる必要がある。  (J、  App
l、  Phys、    53  (2)。
[Prior Art] A large number of dangling bonds exist in a non-single crystal semiconductor thin film such as amorphous silicon wIm or a polycrystalline silicon thin film. For example, in a polycrystalline silicon thin film, defects such as dangling bonds that exist at grain boundaries become trap levels for carriers and act as a barrier to carrier conduction (, (J, Y, W, 5et
o, J., Appl, Phys., 46
.. p5247 (1975)). Therefore, in order to improve the performance of polycrystalline silicon thin film transistors, it is necessary to reduce the defects. (J, App
l, Phys, 53 (2).

p1193(1982))。この目的の為に水素による
前記欠陥の終端化が行われており、その主な方法として
、水素プラズマ処理法、水素イオン注入法、あるいはプ
ラズマ窒化膜からの水素の拡散法等が知られている。
p1193 (1982)). For this purpose, the defects are terminated with hydrogen, and the main methods known include hydrogen plasma treatment, hydrogen ion implantation, and hydrogen diffusion from a plasma nitride film. .

水素イオン注入法においては、イオン注入装置と言う高
価な装置を必要とする欠点を有しており、プラズマ窒化
膜からの水素の拡散法においては、必要としない窒化膜
が成膜されると言う欠点を有する。従って、水素プラズ
マ処理法が最も優れた方法である。(T、1.Kami
ns、IEEEElectron  Device  
Letters、Vol、EDL−1,No、8.p1
59゜(1980))。
The hydrogen ion implantation method has the disadvantage of requiring an expensive ion implanter, and the hydrogen diffusion method from the plasma nitride film deposits an unnecessary nitride film. It has its drawbacks. Therefore, the hydrogen plasma treatment method is the most excellent method. (T, 1.Kami
ns, IEEE Electron Device
Letters, Vol, EDL-1, No. 8. p1
59° (1980)).

多結晶シリコンff1l)ランジスタのON電流工。。Polycrystalline silicon ff1l) transistor ON current engineering. .

は次式で表される。is expressed by the following formula.

IO+1  a:  1 − exp  (−A −N
 t”  /kT)・ ・  (1) 二二で1は結晶粒径、Ntは結晶粒界に存在するTra
p密度、kはボルツマン定数、Tは温度、Aは比例定数
を表している。 (J、Levinson、J、App
l、Phys、53 (2)、p1193、  (19
82))、  前記水素プラズマ処理を行い欠陥を低減
させるということは、 (1)式においてNtを小さく
することである。
IO+1 a: 1 − exp (−A −N
t”/kT)・・(1) In 22, 1 is the grain size, and Nt is the Tra existing at the grain boundary.
p density, k represents Boltzmann's constant, T represents temperature, and A represents proportionality constant. (J, Levinson, J, App
l, Phys, 53 (2), p1193, (19
82)) Reducing defects by performing the hydrogen plasma treatment means reducing Nt in equation (1).

[5!明が解決しようとする5M] しかし、従来の水素ガスによるプラズマ処理では、TP
TのVth (L、きい値電圧)のシフト、ゲート耐圧
不良等のプラズマ損傷による不良が多発し、実用化を困
難にしていた。
[5! [5M that Akira is trying to solve] However, in conventional plasma processing using hydrogen gas, TP
There were many defects caused by plasma damage, such as a shift in Vth (L, threshold voltage) of T, and defects in gate withstand voltage, making it difficult to put it into practical use.

そこで、本発明はTPT特性向上の効果を確保しつつ、
前述のプラズマ損傷による不良を皆無にする半導体装置
及びその製造方法を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention secures the effect of improving TPT characteristics while
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that completely eliminates defects caused by the plasma damage described above.

[課題を解決するための手段] 本発明の半導体装置は、以下の特徴を有する。[Means to solve the problem] The semiconductor device of the present invention has the following features.

(1)絶縁ゲイト型電界効果トランジスタのチャンネル
領域の少なくとも一部が非単結晶半導体よりなる半導体
装置において、・該半導体装置を少なくともアンモニア
を含むプラズマ雰囲気中に浸す。
(1) In a semiconductor device in which at least a portion of the channel region of an insulated gate field effect transistor is made of a non-single crystal semiconductor, the semiconductor device is immersed in a plasma atmosphere containing at least ammonia.

(2)絶縁ゲイト型電界効果トランジスタのチャンネル
領域の少なくとも一部が非単結晶半導体よりなる半導体
装置において、該半導体装置を水素若しくはアンモニア
のうちの少なくとも一方を含む非対称なプラズマ雰囲気
中に浸す。
(2) In a semiconductor device in which at least a portion of the channel region of an insulated gate field effect transistor is made of a non-single crystal semiconductor, the semiconductor device is immersed in an asymmetric plasma atmosphere containing at least one of hydrogen and ammonia.

(3)絶縁ゲイト型電界効果トランジスタのチャンネル
領域の少なくとも一部が非単結晶半導体よりなる半導体
装置において、水素若しくはアンモニアのうちの少なく
とも一方を含むプラズマ雰囲気中に浸した後、該半導体
装置を少なくとも水素を含む雰囲気中で熱処理する。
(3) In a semiconductor device in which at least a portion of the channel region of an insulated gate field effect transistor is made of a non-single crystal semiconductor, the semiconductor device is immersed in a plasma atmosphere containing at least one of hydrogen and ammonia. Heat treatment is performed in an atmosphere containing hydrogen.

更に、本発明の半導体装置の製造方法は、以下の特徴を
有する。
Furthermore, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention has the following features.

(1)絶縁ゲイト型電界効果トランジスタのチャンネル
領域の少なくとも一部が非単結晶半導体よりなる半導体
装置の製造方法において、該半導体装置を少なくともア
ンモニアを含むプラズマ雰囲気中に浸す工程を少なくと
も有する。
(1) A method for manufacturing a semiconductor device in which at least a portion of the channel region of an insulated gate field effect transistor is made of a non-single crystal semiconductor, including at least the step of immersing the semiconductor device in a plasma atmosphere containing at least ammonia.

(2)絶縁ゲイト型電界効果トランジスタのチャンネル
領域の少なくとも一部が非単結晶半導体よりなる半導体
装置の製造方法において、該半導体装置を水素若しくは
アンモニアのうちの少なくとも一方を含むプラズマ雰囲
気中に浸す工程を少なくとも有し、該グラズマが非対称
である。
(2) In a method of manufacturing a semiconductor device in which at least a portion of the channel region of an insulated gate field effect transistor is made of a non-single crystal semiconductor, the step of immersing the semiconductor device in a plasma atmosphere containing at least one of hydrogen and ammonia. , and the glasma is asymmetric.

(3)絶縁ゲイト型電界効果トランジスタのチャンネル
領域の少なくとも一部が非単結晶半導体よりなる半導体
装置の製造方法において、水素若しくはアンモニアのう
ちの少なくとも一方を含むプラズマ雰囲気中に浸す工程
、該半導体装置を少々くとも水素を含む雰囲気中で熱処
理する工程を少なくとも有する。
(3) In a method of manufacturing a semiconductor device in which at least a portion of the channel region of an insulated gate field effect transistor is made of a non-single crystal semiconductor, a step of immersing the semiconductor device in a plasma atmosphere containing at least one of hydrogen or ammonia; It has at least a step of heat-treating in an atmosphere containing at least a little hydrogen.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の実施例1を、第1図の薄膜トランジスタの工程
図にしたがって説明する。同図(a)において、ガラス
、石英等の絶縁性非晶質基板若しくは5i02等の絶縁
性非晶質材料層等の絶縁性非晶質材料1−1上に、非単
結晶性のシリコン薄膜腹を堆積させ、その後ホトリソグ
ラフィ法により非単結晶シリコンN膜1−2を形成する
。前記シリコン薄膜の形成方法としては次に述べるよう
な方法がある。 (1)減圧CVD法、MBE法(M。
Embodiment 1 A first embodiment of the present invention will be explained according to the process diagram of a thin film transistor shown in FIG. In the same figure (a), a non-monocrystalline silicon thin film is formed on an insulating amorphous material 1-1 such as an insulating amorphous substrate such as glass or quartz or an insulating amorphous material layer such as 5i02. After that, a non-single crystal silicon N film 1-2 is formed by photolithography. As a method for forming the silicon thin film, there are the following methods. (1) Low pressure CVD method, MBE method (M.

1ecular  Beam  Epitaxy)、等
の方法で多結晶シリコンisを堆積させる。
Polycrystalline silicon is deposited using a method such as regular beam epitaxy).

(2)EB(Electron  Beam)蒸着法、
スパッタ法、プラズマCVD法、光励起CVD法、減圧
CVD法、MBE法、等の方法で、非晶質シリコン薄膜
若しくは微結晶シリコン薄膜を堆積させる。例えば、減
圧CVD法においては、デボ温度を約550℃以下にす
れば非晶質シリコン薄膜が堆積させられる。
(2) EB (Electron Beam) vapor deposition method,
An amorphous silicon thin film or a microcrystalline silicon thin film is deposited by a method such as a sputtering method, a plasma CVD method, a photoexcitation CVD method, a low pressure CVD method, or an MBE method. For example, in the low pressure CVD method, an amorphous silicon thin film can be deposited by setting the deposition temperature to about 550° C. or lower.

次に同図(b)に示すように熱酸化法によりゲート酸化
l11−4を形成する。ドライ酸化法を用いれば酸素雰
囲気で約1150℃の熱処理によって、破壊耐圧の高い
良質のゲート酸化膜を得ることができる。ウェット酸化
法を用いれば900℃程度の低温でも酸化膜が形成され
るが、ドライ酸化法で形成された膜に比べれば破−壊耐
圧は低く、膜質は劣る。この酸化工程により前記非単結
晶シリコン薄膜1−2は、熱処理による結晶成長が進み
、多結晶シリコン薄jil−3となる。前記非単結晶シ
リコン薄j@ 1−2として多結晶シリコン薄膜を用い
た場合には、前記酸化工程後の多結晶シリコン薄膜1−
3の結晶粒径は2000人〜3000A程度の大きさと
なる。前記非単結晶シリコン薄1!1−2として非晶質
シリコン薄腹若しくは微結晶シリコン薄膜を用いた場合
には、前記結晶粒径は5000人から数μmの大きさに
結晶成長する。
Next, as shown in FIG. 4B, a gate oxide l11-4 is formed by a thermal oxidation method. If the dry oxidation method is used, a high-quality gate oxide film with high breakdown voltage can be obtained by heat treatment at about 1150° C. in an oxygen atmosphere. If a wet oxidation method is used, an oxide film can be formed even at a low temperature of about 900° C., but the breakdown voltage is lower and the film quality is inferior to that of a film formed by a dry oxidation method. Through this oxidation process, the non-single crystal silicon thin film 1-2 progresses in crystal growth due to heat treatment, and becomes a polycrystalline silicon thin film 1-3. When a polycrystalline silicon thin film is used as the non-monocrystalline silicon thin film 1-2, the polycrystalline silicon thin film 1-2 after the oxidation step
The crystal grain size of No. 3 is about 2000A to 3000A. When an amorphous silicon thin film or a microcrystalline silicon thin film is used as the non-single crystal silicon thin film 1!1-2, the crystal grain size grows from 5000 to several μm.

次に同図(C)に示すようにゲート電51−5を形成す
る。該ゲート電極材料には、−膜内に多結晶シリコンが
用いられている。続いて該ゲート電極1−5をマスクと
して不純物元素をイオン注入して、ソース領域1−6及
びドレイン領域1−7を形成する。前記不純物元素とし
ては、リン、ヒ素あるいはボロン等が用いられている。
Next, as shown in FIG. 5C, a gate electrode 51-5 is formed. Polycrystalline silicon is used in the gate electrode material. Subsequently, using the gate electrode 1-5 as a mask, impurity elements are ion-implanted to form a source region 1-6 and a drain region 1-7. Phosphorus, arsenic, boron, or the like is used as the impurity element.

次に同図(d)に示すように眉間絶縁Jl!1−8を堆
積させる。続いて、前記ソース領域1−6及びドレイン
領域1−7の不純物活性化と、前記層間絶縁j1!1−
8の緻密化の目的で600℃〜1000℃程度の熱処理
を行う。その後、プラズマ処理を行う。1−9は活性度
の高い水素ラジカルを示している。プラズマ処理は通常
のプラズマCVD装置を利用して行うことが出来る。反
応室の中に基板をセットし、該反応室中に水素ガスある
いはアンモニアガスの内の少なくとも一方を含むガスを
導入する。内圧は1〜3Torr程度とする。
Next, as shown in the same figure (d), the insulation between the eyebrows Jl! Deposit 1-8. Subsequently, impurity activation of the source region 1-6 and drain region 1-7 and interlayer insulation j1!1-
Heat treatment is performed at about 600°C to 1000°C for the purpose of densification in step 8. After that, plasma treatment is performed. 1-9 indicates highly active hydrogen radicals. Plasma processing can be performed using a normal plasma CVD apparatus. A substrate is set in a reaction chamber, and a gas containing at least one of hydrogen gas and ammonia gas is introduced into the reaction chamber. The internal pressure is approximately 1 to 3 Torr.

平行平板型の電極に13.56MHzの高周波パワーを
印加すれば容易にプラズマが発生し、活性度の高い水素
ラジカルが基板中に導入される。誘導結合型の装置でも
同様に利用できる。基板温度は150℃〜300℃程度
が適当である。その理由は、後で述べる。膜に導入され
る水素濃度が多ければ、結晶粒界に存在するTrap密
度Ntは少なくなる。Ntが少なくなれば(1)式から
れかるように、ON電流工。1は大きくなる。第2図は
多結晶シリコン薄膜の結晶粒界に存在するTrap密度
Ntと薄膜トランジスタのON電流工。。
Plasma is easily generated by applying high frequency power of 13.56 MHz to the parallel plate type electrodes, and highly active hydrogen radicals are introduced into the substrate. Inductively coupled devices can also be used in the same way. Appropriate substrate temperature is about 150°C to 300°C. The reason for this will be explained later. The higher the hydrogen concentration introduced into the film, the lower the trap density Nt present at grain boundaries. As can be seen from equation (1), if Nt decreases, the ON current will decrease. 1 becomes larger. Figure 2 shows the trap density Nt existing at the grain boundaries of a polycrystalline silicon thin film and the ON current of a thin film transistor. .

どの関係を示す図である。同図は発明者が得た実験結果
である。第2図はNch )ランジスタのデータであり
、縦軸はソースルドレイン間電圧Vdm=5v、ゲート
ルソース間電圧V、、=16Vの時のON電流■。0を
表し、横軸は結晶粒界に存在するTrap密度Ntを表
している。プラズマ処理をしてNt=4〜5×10目c
m−2程度になれば工。。=100〜180μAとなり
、それ以上プラズマ処理をして水素を導入しても工。。
It is a diagram showing which relationship. The figure shows the experimental results obtained by the inventor. Figure 2 shows the data of the Nch) transistor, and the vertical axis is the ON current (2) when the source-drain voltage Vdm = 5V and the gate-source voltage V, , = 16V. 0, and the horizontal axis represents the trap density Nt existing at the grain boundary. After plasma treatment, Nt=4~5×10 c
If it becomes about m-2, it will be difficult. . = 100 to 180 μA, and even if further plasma treatment is performed and hydrogen is introduced, it will not work. .

は増大しない。Nt=4〜5×10目am−2の多結晶
シリコン薄膜に含有されている水素原子量をS IMS
により分析したところ、約0.09atomic%の水
素が検出された。従ってこれ以上の水素を導入する必要
はなく、プラズマ処理により膜中に導入する水素量はQ
、latomic%程度未満で十分である。又、多量の
水素を導入すると結晶粒界ばかりでなく結晶領域にまで
も水素が打ち込ま汰 逆に欠陥を生じさせる可能性が貰
い。更に、過剰の水素は素子特性の安定性あるいは信頼
性に悪影響を及ぼすことが考えられる。従って、膜に導
入される水素量はO,latomic%程度未満が望ま
しい。
does not increase. The amount of hydrogen atoms contained in a polycrystalline silicon thin film with Nt = 4 to 5 x 10 am-2 is determined by SIMS.
As a result of analysis, approximately 0.09 atomic% hydrogen was detected. Therefore, there is no need to introduce more hydrogen than this, and the amount of hydrogen introduced into the film by plasma treatment is Q
, less than about latomic% is sufficient. Furthermore, when a large amount of hydrogen is introduced, hydrogen is injected not only into the grain boundaries but also into the crystalline regions, potentially causing defects. Furthermore, excessive hydrogen is considered to have an adverse effect on the stability or reliability of device characteristics. Therefore, it is desirable that the amount of hydrogen introduced into the film be less than about O, atomic %.

同図(e)に示すように、ソース領域及びドレイン領域
のコンタクト電極1−10を形成すれば薄膜トランジス
タが完成する。該コンタクト電極材料としてはアルミニ
ュウムやクロムやニッケル等の金属材料を用いる。
As shown in FIG. 5E, a thin film transistor is completed by forming contact electrodes 1-10 in the source and drain regions. As the contact electrode material, a metal material such as aluminum, chromium, or nickel is used.

続いて、本発明の実施例2を、第3図のF111!トラ
ンジスタの工程図にしたがって説明する。同図(、a)
において、ガラス、石英等の絶縁性非晶質基板若しくは
5i02等の絶縁性非晶質基板層等の絶縁性非晶質材料
3−1上に、非単結晶性のシリコン薄膜3−2を堆積さ
せる。堆積方法については以前に述べたのでここでは省
略する。3−3は結晶粒界を示しており、a s −d
 e p o、  腹の結晶粒径は小さく欠陥が多い。
Next, Example 2 of the present invention will be explained using F111! in FIG. The explanation will be given according to the process diagram of the transistor. Same figure (,a)
, a non-monocrystalline silicon thin film 3-2 is deposited on an insulating amorphous material 3-1 such as an insulating amorphous substrate such as glass or quartz or an insulating amorphous substrate layer such as 5i02. let The deposition method has been described previously and is omitted here. 3-3 shows the grain boundary, a s - d
e p o, the crystal grain size of the antinode is small and there are many defects.

尚、図(a)では多結晶シリコン薄膜を堆積した場合を
説明しているが、非晶質シリコン薄膜若しくは微結晶シ
リコン薄膜を堆積してもよい。
Note that, although FIG. 3A shows a case in which a polycrystalline silicon thin film is deposited, an amorphous silicon thin film or a microcrystalline silicon thin film may be deposited.

次に同図(b)に示すように前記シリコン薄膜3−2を
結晶成長させて、多結晶シリコン薄113−4を成長さ
せる。前記シリコンffj13−2が非晶質若しくは微
結晶であれば、固相成長法が有効である。窒素ガス等の
不活性ガス雰囲気中に基板を設置し、500℃〜700
℃の低温で数時間〜数百時間の結晶化アニールをすると
、同相成長して、その結晶粒径が数千人がら致μmの大
きさに成長する。また前記シリコン薄[l3−2が多結
晶であれば、該多結晶にシリコンイオンをイオン注入し
該多結晶を非晶質化し、その後上述のような固相成長法
を行えば結晶成長する。結晶粒径が大きくなるので第3
図(b)に示すように結晶粒界3−3の間隔が大きくな
る。この他にも結晶成長させる方法としては、レーザア
ニール再結晶化法、電子ビームアニール再結晶化法、あ
るいはカーボンストリップヒータによる溶融再結晶化法
などの方法がある。前記固相成長法は、約700℃以下
の低温プロセスにも応用できるきわめて有効な方法であ
る。
Next, as shown in FIG. 4B, the silicon thin film 3-2 is crystal-grown to grow a polycrystalline silicon thin film 113-4. If the silicon ffj13-2 is amorphous or microcrystalline, solid phase growth is effective. The substrate is placed in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas, and heated to 500°C to 700°C.
When crystallization is annealed for several to hundreds of hours at a low temperature of .degree. C., in-phase growth occurs and the crystal grain size grows to a size of several thousand micrometers. Further, if the silicon thin layer [13-2] is polycrystalline, silicon ions are implanted into the polycrystalline to make the polycrystalline amorphous, and then the solid phase growth method described above is performed to grow the crystal. Because the crystal grain size becomes larger, the third
As shown in Figure (b), the interval between grain boundaries 3-3 becomes larger. Other crystal growth methods include laser annealing recrystallization, electron beam annealing recrystallization, and melting recrystallization using a carbon strip heater. The solid-phase growth method is an extremely effective method that can be applied to low-temperature processes of about 700° C. or lower.

次に同図(C)に示すようにゲート酸化膜3−5を形成
する。プラズマCVD法では200℃程度で該ゲート酸
化膜が積層され、CVD法では400℃程度で積層され
る。又、スパッタ法では室温〜300℃程度の低温で形
成できる。そのほかプラズマ酸化法、高圧酸化法、レー
ザ酸化法などの方法によれば、低温でゲート酸化膜を形
成することができる。通常の熱酸化法を用いても良いこ
とはいうまでもない。該熱酸化法については、実施例1
の項で述べたのでここでは省略する。
Next, as shown in FIG. 2C, a gate oxide film 3-5 is formed. In the plasma CVD method, the gate oxide film is deposited at about 200.degree. C., and in the CVD method, the gate oxide film is deposited at about 400.degree. Further, the sputtering method can form the film at a low temperature of about room temperature to 300°C. Other methods such as plasma oxidation, high-pressure oxidation, and laser oxidation allow gate oxide films to be formed at low temperatures. It goes without saying that a normal thermal oxidation method may be used. Regarding the thermal oxidation method, see Example 1
Since it was mentioned in the section above, it will be omitted here.

続いて同図(d)に示すように、ゲート電極3−6を形
成し、次に該ゲート電極3−6をマスクとして不純物元
素をイオン注入して、ソース領域3−7およびドレイン
領域3−8を形成する。前記不純物元素としては、リン
、ヒ素、ボロン等が用いられている。続いて眉間絶縁膜
3−9を、LPCVD法、APCVD法、スパッタ法、
ECRプラズマCVD法、光CVD法などの方法で堆積
させる。その後、前記ソース領域とドレイン領域の活性
化と、前記層間絶縁膜の緻密化の目的で6oo’c〜1
000℃程度の熱処理を行う。次に、プラズマ処理を行
う。3−10は活性度の高い水素ラジカルを示している
。プラズマ処理については実施例1の項で述べたのでこ
こでは省略する。
Subsequently, as shown in FIG. 3D, a gate electrode 3-6 is formed, and then an impurity element is ion-implanted using the gate electrode 3-6 as a mask to form a source region 3-7 and a drain region 3-7. form 8. Phosphorus, arsenic, boron, etc. are used as the impurity elements. Subsequently, the glabella insulating film 3-9 is formed by LPCVD method, APCVD method, sputtering method,
Deposition is performed by a method such as an ECR plasma CVD method or a photo CVD method. Thereafter, for the purpose of activating the source region and drain region and densifying the interlayer insulating film,
Heat treatment is performed at approximately 000°C. Next, plasma treatment is performed. 3-10 indicates a highly active hydrogen radical. Since the plasma treatment was described in the section of Example 1, it will be omitted here.

同図(e)に示すように、ソース領域及びドレイン領域
とのコンタクト電極3−11を形成すれば薄膜トランジ
スタが完成する。
As shown in FIG. 3E, a thin film transistor is completed by forming contact electrodes 3-11 with the source and drain regions.

尚、第1図及び第3図は製造工程の一例であり、半導体
素子をプラズマ雰囲気にさらす工程はゲート電極1−5
.3−6形成前に行うことも電極1シ10.3−11形
成後に行うこともできる。
Note that FIGS. 1 and 3 are an example of the manufacturing process, and the process of exposing the semiconductor element to the plasma atmosphere
.. It can be performed before the formation of electrodes 3-6 or after the formation of electrodes 10 and 3-11.

また、チャンネル領域に不純物をドーピングして、Vt
hlきい値電圧)を制御することもできる。水素若しく
はアンモニア等でプラズマ処理を行うと、Nチャンネル
トランジスタがデプレッション方向にvthがシフトし
、Pチャンネルトランジスタがエンハンスメント方向に
シフトするが、チャンネル領域に1015〜10”7c
m”程度の不純物をドープすることで、vthを制御す
ることができる。例えば、第1図において、ゲート電極
を形成する前に、イオンインプラ法等でB(ボロン)等
の不純物を10目〜1013/cm2程度のドーズ量で
打ち込む等の方法がある。特に、ドーズ量が前述の値程
度であれば、Pチャンネルトランジスタ、Nチャンネル
トランジスタ共オフ電流が最小になるように、vthを
制御することができる。従って、CMOS型のTPT素
子を形成する場合においてもP c h、  N c 
hを選択的にチャンネルドープせずに、全面を同一の工
程でチャンネルドープすることもできる。
Also, by doping impurities into the channel region, Vt
It is also possible to control the hl threshold voltage). When plasma treatment is performed with hydrogen or ammonia, etc., the N-channel transistor shifts vth in the depletion direction, and the P-channel transistor shifts in the enhancement direction.
Vth can be controlled by doping with an impurity of about 10 m''.For example, in Fig. 1, before forming the gate electrode, impurities such as B (boron) are added to the There are methods such as implanting with a dose of about 1013/cm2.In particular, if the dose is about the above value, vth should be controlled so that the off-state current of both the P-channel transistor and the N-channel transistor is minimized. Therefore, even when forming a CMOS type TPT element, P c h, N c
It is also possible to do channel doping over the entire surface in the same process without selectively doping h.

前述のように、従来の水素プラズマ処理では、プラズマ
損傷による不良が多発し、実用化を困難なものとしてい
た。その原因は、今のところ明らかではないが、プラズ
マ雰囲気中に浸されたことにより、チャージアップが起
こり、ゲート膜に電圧が加わった状態になり、更に、基
板温度が3゜O℃程度と比較的高いため、一種のBT 
(Bias−Temperature)ストレスでTP
Tの不良が生じたとする我々のモデルが現象をよく説明
する。
As mentioned above, in conventional hydrogen plasma processing, defects frequently occur due to plasma damage, making it difficult to put it into practical use. The cause is not clear at present, but due to being immersed in the plasma atmosphere, charge-up occurs and voltage is applied to the gate film, and the substrate temperature is about 3°C. It's a kind of BT because it has a high target.
(Bias-Temperature) TP due to stress
Our model, which assumes that a defective T has occurred, explains the phenomenon well.

従って、プラズマ損傷による不良を低減するには、 (
1)チャージアップを防止する。 (2)プラズマ処理
時の基板温度を下げる。対策が有効であることが予測さ
れる。実際、我々の検討の結果、この様な対策を施すこ
とで、プラズマ損傷によるダメージが著しく低減される
ことが明らかとなった。以下に、その詳細を述べる。
Therefore, in order to reduce defects due to plasma damage, (
1) Prevent charge-up. (2) Lower the substrate temperature during plasma processing. It is predicted that the countermeasures will be effective. In fact, our research has revealed that by taking such measures, damage caused by plasma damage can be significantly reduced. The details are described below.

まず、チャージアップを防止する方法に関して述べる。First, a method for preventing charge-up will be described.

チャージアップを防止するには、 (1)非対称プラズ
マ中で処理する。(2)アンモニアガスを用いて、高周
波(rf)パワーを低パワー化する。 (3)表面に導
電性薄膜を形成した状態でプラズマ処理する。等の対策
が有効であることが我々の検討の結果明らかとなった。
To prevent charge-up, (1) Process in asymmetric plasma. (2) Reduce radio frequency (RF) power using ammonia gas. (3) Plasma treatment is performed with a conductive thin film formed on the surface. Our study revealed that the following measures are effective.

(1)非対称プラズマ中で処理する。(1) Processing in an asymmetric plasma.

我々は、プラズマ損傷によるダメージを皆無にすべくプ
ラズマの状態とダメージとの相関を調べた。その結果以
下に述べることが明らかとなった。
We investigated the correlation between plasma conditions and damage in order to completely eliminate damage caused by plasma damage. The results revealed the following.

(a)平行平板型プラズマCVD装置でプラズマ処理を
行った場合、高周波を印加する電極側と基板を保持する
電極側でプラズマが非対称である場合に、プラズマ損傷
によるダメージが発生し難くなる。特に、プラズマの強
い発光領域が高周波を印加する基板側だけに生じ、基板
側にはプラズマの強い発光領域が存在しない非対称プラ
ズマでは、ダメージの発生が皆無であった。即ち、6イ
ンチ〜8インチ程度以下の基板を1枚毎処理する枚葉式
のプラズマCVD装置ではプラズマが非対称になり易い
ため、水素プラズマ処理装置として最も適していること
が明らかとなった。
(a) When plasma processing is performed in a parallel plate plasma CVD apparatus, damage due to plasma damage is less likely to occur if the plasma is asymmetric between the electrode side that applies high frequency and the electrode side that holds the substrate. Particularly, no damage occurred in asymmetric plasma where a strong plasma light emitting region occurs only on the substrate side to which high frequency waves are applied, and no strong plasma light emitting region exists on the substrate side. That is, in a single-wafer type plasma CVD apparatus that processes substrates of about 6 inches to 8 inches or less one by one, the plasma tends to become asymmetrical, so it has become clear that this apparatus is most suitable as a hydrogen plasma processing apparatus.

(b)平行平板型プラズマCVD装置が大型になる程、
プラズマの対称性が向上し、ダメージが発生し易くなる
。その結果、プラズマ処理プロセスの量産化が極めて困
難となっていた。しかし、大型のプラズマCVD装置で
あっても、高周波印加側と基板側で電極の面積比を変え
ると、プラズマの対称性を崩すことができる。高周波印
加側の電極面積を基板側と比べて小さくすることが重要
である。特に、高周波側を基板側の0.8倍程度以下(
望ましくは0.5倍程度以下)の面積にすると、プラズ
マの対称性が崩れてダメージが発生し難くなる。
(b) The larger the parallel plate plasma CVD equipment becomes, the more
The symmetry of the plasma improves, making it easier to cause damage. As a result, mass production of plasma treatment processes has become extremely difficult. However, even in a large plasma CVD apparatus, if the area ratio of the electrodes on the high frequency application side and the substrate side is changed, the symmetry of the plasma can be disrupted. It is important to make the electrode area on the high frequency application side smaller than that on the substrate side. In particular, the high frequency side should be approximately 0.8 times or less than the board side (
If the area is desirably about 0.5 times or less), the symmetry of the plasma will be disrupted, making it difficult to cause damage.

(C)電極間隔を広げることでも、プラズマの対称性を
崩し、ダメージを抑えることができる。具体的には40
mm以上、望ましくは60mm以上電極間隔を離すとダ
メージが大幅に低減される。
(C) Increasing the electrode spacing can also break the symmetry of the plasma and suppress damage. Specifically 40
If the electrode spacing is set apart by at least 60 mm, preferably at least 60 mm, damage will be significantly reduced.

以上述べたように、非対称プラズマ中で処理することで
、プラズマ損傷によ−る不良を皆無にして、TPT特性
の大幅な向上が実現される。
As described above, by processing in an asymmetric plasma, defects due to plasma damage can be completely eliminated and TPT characteristics can be significantly improved.

(2)アンモニアガスを用いて、高周波(rf)パワー
を低パワー化する。
(2) Reduce radio frequency (RF) power using ammonia gas.

水素プラズマ処理の方法は、水素ガス、塩素ガス等のハ
ロゲンガスを、プラズマCVD装置等の反応室内に導入
し、更に、基板を150℃〜300℃程度に加熱する。
In the hydrogen plasma treatment method, a halogen gas such as hydrogen gas or chlorine gas is introduced into a reaction chamber of a plasma CVD apparatus or the like, and the substrate is further heated to about 150°C to 300°C.

続いて、例えば0.2〜0゜7  W/ Cm” (装
置依存性がある)程度の高周波エネルギーを印加して、
前記ガスを化学的活性状態番こシて、そのプラズマ雰囲
気中に半導体装置を30分〜2時間程度浸す等の方法で
行なわれる。
Next, high frequency energy of, for example, 0.2 to 0°7 W/Cm" (depending on the device) is applied,
This is carried out by a method such as bringing the gas into a chemically active state and immersing the semiconductor device in the plasma atmosphere for about 30 minutes to 2 hours.

尚、0. 2〜0. 7  W/cm”程度よりパワー
を下げると特性向上の効果が激減する。
Furthermore, 0. 2-0. If the power is lowered below about 7 W/cm, the effect of improving characteristics will be drastically reduced.

一方、本発明によるアンモニアガスを用いたプラズマ処
理の方法は、アンモニアガスをプラズマCVD装置等の
反応室内に導入し、更に、基板を150℃〜300℃程
度に加熱する。続いて、例えば0. 05〜0.  I
  W/am”(装置依存性がある)程度の高周波エネ
ルギーを印加して、前記ガスを化学的活性状態にして、
そのプラズマ雰囲気中に半導体装置を30分〜2時間程
度浸す等の方法で行われる。水素プラズマ処理の場合と
比べて、4分の1以下程度のパワーで同等以上のTPT
特性向上の効果があり、NchTFTの電界効果移動度
 50〜60 am2/ V−8e C程度になった。
On the other hand, in the plasma processing method using ammonia gas according to the present invention, ammonia gas is introduced into a reaction chamber of a plasma CVD apparatus or the like, and the substrate is further heated to about 150°C to 300°C. Then, for example, 0. 05~0. I
applying high frequency energy of the order of W/am'' (depending on the device) to bring the gas into a chemically active state;
This is done by immersing the semiconductor device in the plasma atmosphere for about 30 minutes to 2 hours. Compared to hydrogen plasma treatment, the same or higher TPT can be achieved with less than a quarter of the power.
This had the effect of improving the characteristics, and the field effect mobility of the Nch TFT became approximately 50 to 60 am2/V-8eC.

更に、プラズマ損傷による不良も皆無であった。アンモ
ニアガスを用いた場合、より低いパワーでも効果がある
理由は、今のところ明らかではないが、アンモニアガス
の方が水素ガスよりも、低パワーで化学的活性状態にな
り易く、水素ガスの場合は高いパワーを印加しなければ
ならないという仮説が成り立つ。尚、同じパワーであっ
ても、アンモニアガスの方がプラズマ損傷による不良が
少ないことが確認されている。
Furthermore, there were no defects due to plasma damage. The reason why ammonia gas is effective even at lower power is not clear at present, but ammonia gas is more likely to become chemically active than hydrogen gas at low power; The hypothesis is that a high power must be applied. It has been confirmed that even with the same power, ammonia gas causes fewer defects due to plasma damage.

(3)表面に導電性y*mを形成した状態でプラズマ処
理する。
(3) Plasma treatment is performed with conductive y*m formed on the surface.

第1図に示した実施例では、工程(b)で眉間絶縁1l
l−8を形成後、工程(C)で水素プラズマ処理を行な
う場合を示したが、眉間絶縁1[1−8上に導電性薄膜
を形成し、該導電性薄膜と基板ホルダーを電気的に接続
して、プラズマ処理することで、チャージアップを防止
する方法も、ダメージの大幅な低減番ご有効であること
が、我々の検討の結果、明らかとなった。導電性薄膜を
全面に形成する場合は、 (a)Al、Cr等の金属を
500人未満、望ましくは300人未満の膜厚となるよ
うにスパッタ法等で形成する。 (b)不純物をドープ
した多結晶シリコンをCVD法等で形成する。等の方法
が有効である。(a)の場合、金属の膜厚を500A以
上に厚くすると、水素の活性種が金属中を通過し難くな
り、特性向上の効果が著しく低下する。 (b)の場合
、多結晶シリコンは水素の活性種を容易に通すため、膜
厚を例えば5000人程度以下厚くしても、十分な特性
向上がみられる。この様に導電性薄膜が緻密であるか、
ポーラスであるかに応じて、膜厚を最適化することで、
十分な特性向上を確保したまま、チャージアップによる
ダメージを大幅に低減することが出来る。
In the embodiment shown in FIG. 1, in step (b), 1l of glabellar insulation
After forming 1-8, hydrogen plasma treatment is performed in step (C). However, a conductive thin film is formed on the glabella insulation 1 [1-8, and the conductive thin film and the substrate holder are electrically connected. As a result of our studies, it has become clear that preventing charge-up by connecting the battery and applying plasma treatment is also effective in significantly reducing damage. When forming a conductive thin film on the entire surface, (a) a metal such as Al or Cr is formed by sputtering or the like to a thickness of less than 500, preferably less than 300. (b) Polycrystalline silicon doped with impurities is formed by CVD or the like. The following methods are effective. In the case of (a), if the metal film thickness is increased to 500 A or more, it becomes difficult for hydrogen active species to pass through the metal, and the effect of improving characteristics is significantly reduced. In the case of (b), since active hydrogen species easily pass through polycrystalline silicon, sufficient improvement in characteristics can be seen even if the film thickness is increased, for example, by about 5,000 or less. Is the conductive thin film dense like this?
By optimizing the film thickness depending on whether it is porous or not,
It is possible to significantly reduce damage caused by charge-up while maintaining sufficient characteristics improvement.

続いて、プラズマ処理時の基板温度を下げる方法に関し
て述べる。基板温度は150℃〜300℃程度の間に最
適値が存在するが、300℃に近くなると、前述のBT
ストレスによるTPTのゲート耐圧不良、vthシフト
等の不良が顕著になる。
Next, a method of lowering the substrate temperature during plasma processing will be described. The optimum value for the substrate temperature is between about 150°C and 300°C, but when it approaches 300°C, the above-mentioned BT
Defects such as TPT gate withstand voltage failure and vth shift due to stress become noticeable.

そこで、基板温度を下げて250℃未満にすると、ダメ
ージ低減の効果が現われ始め、200℃未満にすると殆
ど不良がみられなくなる。ところが、基板温度を下げる
と、ダメージが低減されると同時に、素子特性向上の効
果も低下することが明らかとなった。その場合は、プラ
ズマ処理した後で、半導体装置を少なくとも水素を含む
雰囲気中で熱処理する工程を通すことで、基板温度20
0℃未満でプラズマ処理した場合でも、基板温度300
℃でプラズマ処理した場合とほぼ同等の素子特性が、ダ
メージが殆ど発生せずに得られた。
Therefore, when the substrate temperature is lowered to less than 250°C, the effect of reducing damage begins to appear, and when it is lowered to less than 200°C, almost no defects are observed. However, it has become clear that lowering the substrate temperature not only reduces damage but also reduces the effect of improving device characteristics. In that case, after the plasma treatment, the semiconductor device is heat-treated in an atmosphere containing at least hydrogen, so that the substrate temperature can be lowered to 20.
Even when plasma processing is performed at a temperature below 0°C, the substrate temperature is 300°C.
Device characteristics almost equivalent to those obtained by plasma treatment at ℃ were obtained with almost no damage.

前記熱処理の温度は、300℃以上で効果がでる・が、
十分な効果を上げるには、350℃〜450℃程度の高
温で30分〜2時間程度熱処理する必要がある。又、熱
処理時に導入するガスは、水素を窒素、アルゴン等で希
釈して用いる方法もあるが、水素のみを用い、水素雰囲
気中で熱処理を行った場合が、特に有効であった。又、
プラズマ処理後の熱処理は、特性の向上の他に、vth
シフト等のダメージを回復させる効果もある。
The heat treatment is effective at a temperature of 300°C or higher; however,
In order to obtain a sufficient effect, it is necessary to perform heat treatment at a high temperature of about 350°C to 450°C for about 30 minutes to 2 hours. Further, as the gas introduced during the heat treatment, there is a method in which hydrogen is diluted with nitrogen, argon, etc., but it was particularly effective to use only hydrogen and conduct the heat treatment in a hydrogen atmosphere. or,
Heat treatment after plasma treatment not only improves characteristics but also improves vth
It also has the effect of recovering damage from Shift, etc.

以上述べた対策の他にも、半導体素子のパターン形状を
工夫することで、ダメージを低減することが出来る。即
ち、TPTを例とすると、非単結晶シリコンgi腹1−
2若しくはゲート電極1−5のどちらか一方のパターン
が他方に比べて十分長い場合、特定のTFiこダメージ
が発生し易い傾向がある。液晶表示装置の場合を例にす
ると、各画素に設けられたTPTは、シリコン薄1ll
−2は、各TFT毎独立であるのに対して、ゲート電極
1−5は1列のTFT全てに共通である。プラズマに曝
されたことによるチャージアップ量に面内ばらつきがあ
った場合、ゲート電極はほぼ同電位になるのに対して各
画素のシリコン薄膜は、チャージアップ量に応じて異な
った電位になり、ゲート電極の電位とシリコン薄膜の電
位差が大きくなるTFTが存在し易くなる。その結果、
特定のTPTでダメージが発生し易くなることがわかっ
た。その場合、ゲート電極を各画素毎若しくは複数の画
素毎に分離した状態でプラズマ処理を行い、後工程でこ
れらの分離されたゲート電極を電気的に接続すると、上
述のダメージは全く発生しなくなる。又、逆にシリコン
薄fil−2が細長く島状に形成され、その島にTPT
が複数形成され、ゲート電極1−5が、分離されている
場合には、前記島状のシリコン薄膜を各TFT若しくは
複数のTFT毎に、島状に分離すると同様の効果がある
In addition to the measures described above, damage can be reduced by devising the pattern shape of the semiconductor element. That is, taking TPT as an example, non-single crystal silicon gi antinode 1-
If either the pattern of the gate electrode 2 or the gate electrode 1-5 is sufficiently long compared to the other, damage to a particular TFi tends to occur easily. Taking the case of a liquid crystal display device as an example, the TPT provided in each pixel is made of silicon thin 1 liter.
-2 is independent for each TFT, whereas gate electrodes 1-5 are common to all TFTs in one column. If there is in-plane variation in the amount of charge-up due to exposure to plasma, the gate electrode will have almost the same potential, but the silicon thin film of each pixel will have a different potential depending on the amount of charge-up. There are likely to be TFTs in which the difference in potential between the gate electrode and the silicon thin film becomes large. the result,
It has been found that damage is more likely to occur with certain TPTs. In that case, if plasma treatment is performed with the gate electrodes separated for each pixel or for each pixel, and these separated gate electrodes are electrically connected in a subsequent process, the above-mentioned damage will not occur at all. In addition, on the contrary, silicon thin film-2 is formed into a long and narrow island shape, and TPT is formed on the island.
When a plurality of gate electrodes 1-5 are formed and the gate electrodes 1-5 are separated, the same effect can be obtained by separating the island-shaped silicon thin film into islands for each TFT or a plurality of TFTs.

以上述べたように、本発明を応用すれば、ON電流が大
きく、OFF電流が小さく、サブスレッシュホルド領域
の立ち上がりが急峻で、信頼性の優れた薄膜トランジス
タがプラズマ損傷による不良を皆無にして製造可能とな
る。尚、以上述べたダメージを低減する対策は、複数を
同時に実行することで、その効果を更に高めることもで
きる。
As described above, by applying the present invention, it is possible to manufacture highly reliable thin film transistors with large ON current, small OFF current, steep rise in the subthreshold region, and no defects due to plasma damage. becomes. Note that the effects of the damage reduction measures described above can be further enhanced by implementing a plurality of measures at the same time.

例えば、基板温度を200℃程度未満にして、非対称プ
ラズマ中で処理する等の方法もきわめて有効である。
For example, a method of lowering the substrate temperature to less than about 200° C. and processing in an asymmetric plasma is also extremely effective.

本発明の応用としては、例えば、アクティブマトリクス
基板に本発明を用いると、ドライバー内蔵高精細パネル
が実現する。また、シフトレジスタ回路と光電変換素子
を同一基板に集積したイメージセンサ−に用いれば、高
速読み取りや、A3版等のような大型化や、あるいは、
カラー化等に対して大きな効果が期待できる。駆動電圧
の低減もできるので、低消費電力化にも役立ち、さらに
は信頼性の向上にも役立つ。更に、実施例2で説明した
ように、約700℃以下の低温プロセスに本発明を応用
することにより、大面積で高性能な半導体装置も実現可
能となる。
As an application of the present invention, for example, when the present invention is applied to an active matrix substrate, a high-definition panel with a built-in driver can be realized. In addition, if it is used in an image sensor that integrates a shift register circuit and a photoelectric conversion element on the same substrate, it can be used for high-speed reading, large size such as A3 size, or
Great effects can be expected for colorization, etc. Since the driving voltage can also be reduced, it is useful for reducing power consumption and further improving reliability. Further, as explained in Example 2, by applying the present invention to a low temperature process of about 700° C. or less, a large-area, high-performance semiconductor device can be realized.

第4図に本発明の応用の一例として、シフトレジスタ回
路と光電変換素子を同一基板に集積したイメージセンサ
−の断面図を示す。第4図において、4−1はガラス、
石英等の非晶質絶縁基板、4−2はゲート絶縁層、4−
3はゲート電極、4−4はソース・ドレイン領域、4−
5は眉間絶縁膜、4−6は光電変換素子の下部透明電極
、4−7は非晶質シリコン層、4−9は光電変換素子の
上部電極及び配線である。尚、第4図では簡単のため、
光電変換素子とその画素SWを成すTPTの断面図のみ
を示しである。TPTの形成方法の詳細は第1図及び第
3図で述べたのでここでは省く。水素若しくはアンモニ
アの内の少なくとも一方を含むプラズマ雰囲気中に半導
体素子をさらした後、眉間絶縁II!4−5上に、光電
変換素子の下部電極となる透明電極を形成する。該透明
電極は、ITOlSnOa等をスパッタ法等で形成しパ
ターニングすることで形成される。続いて、プラズマC
VD法等で光電変換層を成す非晶質シリコン層を形成し
、パターン形成後、眉間絶縁B4−5にコンタクト穴を
開け、A1、C,r等の金属材料で配線及び光電変換素
子の上部電極を同一工程で形成する。本発明のプラズマ
処理を施すことで、前述の通りTPT特性が向上し、シ
フトレジスタの走査速度が向上した。従来のイメージセ
ンサ−がA4 200DP工で5 m s / l i
 n eであったものが、本発明によりA4 200D
PIで1mS / l i n eまで高速化すること
が出来た。これは、イメージセンサ−の長尺化やカラー
イメージセンサ−の実現等に対しても大きな効果がある
FIG. 4 shows a cross-sectional view of an image sensor in which a shift register circuit and a photoelectric conversion element are integrated on the same substrate as an example of the application of the present invention. In Figure 4, 4-1 is glass;
Amorphous insulating substrate such as quartz, 4-2 a gate insulating layer, 4-
3 is a gate electrode, 4-4 is a source/drain region, 4-
5 is an insulating film between the eyebrows, 4-6 is a lower transparent electrode of the photoelectric conversion element, 4-7 is an amorphous silicon layer, and 4-9 is an upper electrode and wiring of the photoelectric conversion element. In addition, in Figure 4, for simplicity,
Only a cross-sectional view of a TPT forming a photoelectric conversion element and its pixel SW is shown. The details of the method for forming TPT have been described with reference to FIGS. 1 and 3, and will therefore be omitted here. After exposing the semiconductor element to a plasma atmosphere containing at least one of hydrogen and ammonia, glabellar insulation II! A transparent electrode serving as the lower electrode of the photoelectric conversion element is formed on 4-5. The transparent electrode is formed by forming and patterning ITOlSnOa or the like by sputtering or the like. Next, plasma C
An amorphous silicon layer forming a photoelectric conversion layer is formed using a VD method or the like, and after patterning, a contact hole is made in the glabella insulation B4-5, and a metal material such as A1, C, or r is used to form a contact hole on the wiring and the upper part of the photoelectric conversion element. Electrodes are formed in the same process. By performing the plasma treatment of the present invention, the TPT characteristics were improved as described above, and the scanning speed of the shift register was improved. Conventional image sensor is A4 200DP with 5ms/li
What used to be A4 200D according to the present invention
With PI, we were able to increase the speed to 1mS/line. This has a great effect on increasing the length of image sensors and realizing color image sensors.

尚、第1図〜第4図では、poly−SiTFT製造工
程に本発明を適用した場合を例としたが、本発明はこれ
に限定されるものではない。本発明は、チャンネル領域
の少なくとも一部が多結晶である絶縁ゲート型電界効果
トランジスタ全てに対して有効である。また、チャンネ
ル領域の少なくとも一部が微結晶であるトランジスタや
、スパッタ法や蒸着法等で形成した水素化が不十分な非
晶質半導体がチャンネル領域の一部を成すトランジスタ
においても本発明は有効である。
Although FIGS. 1 to 4 show an example in which the present invention is applied to a poly-SiTFT manufacturing process, the present invention is not limited thereto. The present invention is effective for all insulated gate field effect transistors in which at least a portion of the channel region is polycrystalline. The present invention is also effective in transistors in which at least a portion of the channel region is made of microcrystals, and in transistors in which a portion of the channel region is made of an insufficiently hydrogenated amorphous semiconductor formed by sputtering, vapor deposition, etc. It is.

また、チャンネル領域が単結晶であっても、三次元IC
の様に再結晶化または固相成長させたシリコン層に素子
を形成する場合、結晶内に亜粒界等の欠陥を生じ易い。
Moreover, even if the channel region is single crystal, three-dimensional IC
When an element is formed in a silicon layer that has been recrystallized or grown in a solid phase, defects such as sub-grain boundaries are likely to occur in the crystal.

その場合、本発明に基づく半導体装置の製造方法で、欠
陥の終端化を行うと特性の向上に効果がある。
In this case, the characteristics can be effectively improved by terminating the defects using the semiconductor device manufacturing method according to the present invention.

さらに、HBT(ヘテロバイポーラトランジスタ)等の
へテロ接合界面の欠陥密度の低減に対しても本発明は有
効である。特に、ヘテロ接合を形成する二つの半導体層
のうちの少なくとも一方が、非単結晶半導体よりなる場
合は、本発明によるプラズマ処理により、膜中及び界面
の欠陥を同時に低減することが出来る。
Furthermore, the present invention is also effective for reducing the defect density at the heterojunction interface of HBTs (hetero-bipolar transistors) and the like. In particular, when at least one of the two semiconductor layers forming the heterojunction is made of a non-single crystal semiconductor, the plasma treatment according to the present invention can simultaneously reduce defects in the film and at the interface.

また、非単結晶半導体を素子材とした太陽電池・光セン
サやバイポーラトランジスタ、静電誘導トランジスタを
はじめとして本発明は幅広く半導体プロセス全般に応用
することができる。
Furthermore, the present invention can be widely applied to semiconductor processes in general, including solar cells, optical sensors, bipolar transistors, and static induction transistors using non-single crystal semiconductors as element materials.

[発明の効果] 以上述べたように、本発明によればpoly−5iTF
T等のチャンネル領域の少なくとも一部が非単結晶半導
体よりなる絶縁ゲイト型電界効果トランジスタの高性能
化を、プラズマ損傷等による不良もなく実現できる。ま
た、本発明は絶縁ゲイト型電界効果トランジスタに限ら
ず、半導体プロセス全般に渡り広く応用することができ
、その効果はきわめて大きい。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, poly-5iTF
It is possible to improve the performance of an insulated gate field effect transistor in which at least a portion of the channel region, such as T, is made of a non-single crystal semiconductor without causing defects due to plasma damage or the like. Further, the present invention can be widely applied not only to insulated gate field effect transistors but also to semiconductor processes in general, and its effects are extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

・第1図(a)から(e)は、本発明における薄膜トラ
ンジスタの工程図である。 第2図は、多結晶シリコン薄膜の結晶粒界に存在するT
rap密度Ntとf311!トランジスタのON電流工
。。どの関係を示す図である。丸印は実験値、実線は計
算値を示す。 第3図(a)から(e)は、本発明における薄膜トラン
ジスタの工程図である。 第4図は、本発明におけるイメージセンサ−の断面図で
ある。 1−1. 3−1. 4−1; 絶縁性非晶質材料1−
2. 3−2     ; 非単結晶薄膜−9゜ :水素ラジカル ;結晶粒界 以上 出願人セイコーエプソン株式会社 代理人弁理土鈴木喜三部(他1名) 第2図 第 図 第3図
- Figures 1(a) to 1(e) are process diagrams of the thin film transistor according to the present invention. Figure 2 shows T existing at the grain boundaries of a polycrystalline silicon thin film.
rap density Nt and f311! Transistor ON current engineer. . It is a diagram showing which relationship. Circles indicate experimental values, and solid lines indicate calculated values. FIGS. 3(a) to 3(e) are process diagrams of the thin film transistor according to the present invention. FIG. 4 is a sectional view of the image sensor according to the present invention. 1-1. 3-1. 4-1; Insulating amorphous material 1-
2. 3-2; Non-single crystal thin film - 9°: Hydrogen radical; Above grain boundary Applicant Seiko Epson Co., Ltd. Attorney Kizo Tsuchi Suzuki (and 1 other person) Figure 2 Figure 3

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)絶縁ゲイト型電界効果トランジスタのチャンネル
領域の少なくとも一部が非単結晶半導体よりなる半導体
装置において、該半導体装置を少なくともアンモニアを
含むプラズマ雰囲気中に浸すことを特徴とする半導体装
置。
(1) A semiconductor device in which at least a portion of a channel region of an insulated gate field effect transistor is made of a non-single crystal semiconductor, characterized in that the semiconductor device is immersed in a plasma atmosphere containing at least ammonia.
(2)絶縁ゲイト型電界効果トランジスタのチャンネル
領域の少なくとも一部が非単結晶半導体よりなる半導体
装置において、該半導体装置を水素若しくはアンモニア
のうちの少なくとも一方を含む非対称なプラズマ雰囲気
中に浸すことを特徴とする半導体装置。
(2) In a semiconductor device in which at least a portion of the channel region of an insulated gate field effect transistor is made of a non-single crystal semiconductor, immersing the semiconductor device in an asymmetric plasma atmosphere containing at least one of hydrogen and ammonia is recommended. Characteristic semiconductor devices.
(3)絶縁ゲイト型電界効果トランジスタのチャンネル
領域の少なくとも一部が非単結晶半導体よりなる半導体
装置において、水素若しくはアンモニアのうちの少なく
とも一方を含むプラズマ雰囲気中に浸した後、該半導体
装置を少なくとも水素を含む雰囲気中で熱処理すること
を特徴とする半導体装置。
(3) In a semiconductor device in which at least a portion of the channel region of an insulated gate field effect transistor is made of a non-single crystal semiconductor, the semiconductor device is immersed in a plasma atmosphere containing at least one of hydrogen and ammonia. A semiconductor device characterized by being heat-treated in an atmosphere containing hydrogen.
(4)前記プラズマ雰囲気中に浸す際の基板温度が20
0℃未満であることを特徴とする請求項3記載の半導体
装置。
(4) The substrate temperature when immersed in the plasma atmosphere is 20°C.
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the temperature is less than 0°C.
(5)前記熱処理温度が、300℃〜450℃であるこ
とを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
(5) The semiconductor device according to claim 3, wherein the heat treatment temperature is 300°C to 450°C.
(6)絶縁ゲイト型電界効果トランジスタのチャンネル
領域の少なくとも一部が非単結晶半導体よりなる半導体
装置の製造方法において、該半導体装置を少なくともア
ンモニアを含むプラズマ雰囲気中に浸す工程を少なくと
も有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(6) A method for manufacturing a semiconductor device in which at least a portion of the channel region of an insulated gate field effect transistor is made of a non-single crystal semiconductor, including at least the step of immersing the semiconductor device in a plasma atmosphere containing at least ammonia. A method for manufacturing a semiconductor device.
(7)絶縁ゲイト型電界効果トランジスタのチャンネル
領域の少なくとも一部が非単結晶半導体よりなる半導体
装置の製造方法において、該半導体装置を水素若しくは
アンモニアのうちの少なくとも一方を含むプラズマ雰囲
気中に浸す工程を少なくとも有し、該プラズマが非対称
であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(7) In a method of manufacturing a semiconductor device in which at least a portion of the channel region of an insulated gate field effect transistor is made of a non-single crystal semiconductor, the step of immersing the semiconductor device in a plasma atmosphere containing at least one of hydrogen and ammonia. 1. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the plasma is asymmetric.
(8)絶縁ゲイト型電界効果トランジスタのチャンネル
領域の少なくとも一部が非単結晶半導体よりなる半導体
装置の製造方法において、水素若しくはアンモニアのう
ちの少なくとも一方を含むプラズマ雰囲気中に浸す工程
、該半導体装置を少なくとも水素を含む雰囲気中で熱処
理する工程を少なくとも有することを特徴とする半導体
装置の製造方法。
(8) A method for manufacturing a semiconductor device in which at least a part of the channel region of an insulated gate field effect transistor is made of a non-single crystal semiconductor, a step of immersing the semiconductor device in a plasma atmosphere containing at least one of hydrogen or ammonia; 1. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising at least the step of heat-treating the semiconductor device in an atmosphere containing at least hydrogen.
(9)前記プラズマ雰囲気中に浸す工程の基板温度が2
00℃未満であることを特徴とする請求項8記載の半導
体装置の製造方法。
(9) The substrate temperature in the step of immersing in the plasma atmosphere is 2.
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the temperature is less than 00°C.
(10)前記熱処理工程の熱処理温度が、300℃〜4
50℃であることを特徴とする請求項8記載の半導体装
置の製造方法。
(10) The heat treatment temperature in the heat treatment step is 300°C to 4°C.
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the temperature is 50°C.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6872605B2 (en) 1992-12-04 2005-03-29 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method of fabricating the same

Cited By (2)

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