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JPH03200319A - 多結晶シリコンの形成方法 - Google Patents

多結晶シリコンの形成方法

Info

Publication number
JPH03200319A
JPH03200319A JP34011789A JP34011789A JPH03200319A JP H03200319 A JPH03200319 A JP H03200319A JP 34011789 A JP34011789 A JP 34011789A JP 34011789 A JP34011789 A JP 34011789A JP H03200319 A JPH03200319 A JP H03200319A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon
insulating film
forming
amorphous silicon
film
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
JP34011789A
Other languages
English (en)
Inventor
Koji Hamada
耕治 濱田
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC 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 NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP34011789A priority Critical patent/JPH03200319A/ja
Publication of JPH03200319A publication Critical patent/JPH03200319A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路の製造方法に関し、特に電極
材料や抵抗体などの他、絶縁膜上での薄膜デバイス形成
に用いられる多結晶シリコン膜の形成方法に関する。
〔従来の技術〕
従来のこの種の多結晶シリコン膜形成方法においては、
シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜上、又はそれに替わ
る絶縁膜の上に減圧化学気相成長装置で原料ガスに5i
Hiを用いて、成長温度580℃以上の温度で多結晶シ
リコン膜を成長していた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の多結晶シリコン膜形成方法では、シリコ
ン結晶粒はランダムな配向性をもち、例えば減圧下で成
長温度620〜650℃程度の温度で堆積した多結晶シ
リコン結晶粒は、約100〜2000人程度の結晶粒サ
イズをもち、多結晶シリコン膜表面の凹、凸も大きく、
膜垂直方向に約100Å以上の粗れた表面をもっている
。このため、微細なデバイスや高集積度・高品質なデバ
イスを形成する場合、デバイス特性の低下(例えば、多
結晶シリコン上酸化膜耐圧低下や薄膜デバイスのリーク
特性悪化など)を招く欠点がある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の結晶の形成方法は絶縁膜基板上(一部単結晶シ
リコン表面があってもよい)にアモルファス・シリコン
を堆積し、アモルファス・シリコンの固相成長により結
晶化させて、多結晶シリコンを形成する方法において、
アモルファス・シリコンを結晶化させる前までにアモル
ファス・シリコンと絶縁膜基板界面の絶縁膜極表面層を
シリコンリッチな組成にする工程を有している。
上述した従来の多結晶シリコンの形成方法に対し、本発
明では絶縁膜基板上(一部単結晶シリコン表面カアって
もよい)にアモルファスシリコンを堆積し、結晶化させ
て多結晶シリコンを形成すル方法において、アモルファ
ス・シリコンを結晶化させる前までに、アモルファス・
シリコンとの界面の絶縁膜極表面層をシリコン・リッチ
な組成をもつ状態にした後アモルファス・シリコンを結
晶化させて、シリコン膜の固相成長を行うことにより、
絶縁膜とアモルファス・シリコン膜界面の結晶化がスム
ースに行われ、従来の多結晶シリコンよりもシリコン結
晶粒が大きく、多結晶シリコン表面平坦性が良い多結晶
シリコンが形成できる。
〔実施例〕
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の多結晶シリコン形成方法の一実施例の
縦断面図フローである。
図(a)にはシリコン基板11の上にシリコン酸化膜1
2を形成し、このシリコン酸化膜の極表面層にシリコン
のイオン注入を行った領域13を示す。次に図(b)に
は図(a)に示した基板の上に減圧化学気相成長装置で
原料ガスにSiH4又はSi2H6ガスを用いて、成長
温度500℃でアモルファスシリコン14を膜厚0.2
μm堆積したところを示す。
次に図(c)は上述した図(b)に示した基板を窒素雰
囲気中で600℃、24時間の熱処理を行ったところを
示す。前記の極表面層にシリコンのイオン注入したシリ
コン酸化膜の熱処理後のシリコン酸化膜を15に示す。
またアモルファス・シリコンから結晶化した多結晶シリ
コン16を示す。
多結晶シリコン16は、アモルファス・シリコンとの界
面のシリコン酸化膜極表面層がシリコン・リッチな組成
をもつためアモルファス・シリコンの結晶化の際にアモ
ルファス・シリコンとシリコン酸化膜界面の横方向の結
晶化がスムースに行われ、従来の多結晶シリコンよりも
シリコン結晶粒が大きくて、多結晶シリコン表面平坦性
が非常に良い多結晶シリコンが得られている。
第2図には、本発明の他の実施例の縦断面図を、従来例
とあわせて示す。第2図(a)には従来の多結晶シリコ
ンを用いた薄膜MOSトランジスタの模式図を、(b)
には本発明の多結晶シリコンを用いた薄膜MO3)ラン
ジスタの模式図を示す。
最初に第2図(a)の従来の多結晶シリコンを用いた薄
膜MO8)ランジスタ模式図から説明する。
シリコン基板21の上にシリコン酸化膜22を900℃
、水素−酸素燃焼法により膜厚0.2μm形成する。そ
の後、減圧化学気相成長装置で多結晶シリコン23を成
長温度650℃で原料ガスにS i H4を用いて堆積
する。さらに前記多結晶シリコンを950℃水素−酸素
燃焼法によりゲート酸化膜となるシリコン酸化膜24を
膜厚0.05μm形成する。次にゲート電極用多結晶シ
リコンを減圧化学気相成長装置で成長温度650℃、原
料ガスにS i H4を用いて膜厚0.4μm堆積する
。次に、ゲート電極用多結晶シリコンに拡散法を用いて
不純物のPを拡散する。さらにリソグラフィ技術、エツ
チング技術を用いて、ゲート電極用多結晶シリコン25
を形成する。この後薄膜トランジスタ活性領域のチャネ
ル形成のためのBF2イオン注入を加速電圧70KeV
、 ドース1.0X10”cm−”の条件で行う。さら
に不純物活性化の熱処理を窒素雰囲気中、900℃、3
0分の条件で行い、多結晶シリコン薄膜を用いた薄膜M
O3)ランジスタを形成している。
次に第2図(b)に本発明の多結晶シリコンを用いた薄
膜MOSトランジスタ模式図について示す。
シリコン基板21の上にシリコン酸化膜を900℃の水
素−酸素燃焼法により膜厚0.2μm形成し、さらにS
iイオン注入をシリコン酸化膜極表面層に行う。この後
、減圧化学気相成長装置でアモルファス・シリコンを成
長温度500℃で原料ガスに812H6を用いて堆積す
る。次に前記アモルファス・シリコンにさらにSiイオ
ン注入を加速電圧100KeV、ドース1. OX 1
0 ”am−2の条件で行った後、600℃の窒素雰囲
気中で24時間の熱処理を行いアモルファス・シリコン
を結晶化させて多結晶シリコン27を形成する。次に、
前記の多結晶シリコンを950℃、水素−酸素燃焼法に
よりゲート酸化膜となるシリコン酸化膜28を膜厚0.
05μm形成する。さらに、減圧化学気相成長装置で成
長温度500℃、原料ガスにSi2H6を用いてアモル
ファス・シリコンを0.4μm堆積する。次に、ゲート
電極用多結晶シリコン形成前のアモルファス・シリコン
に拡散法を用いて不純物のPを拡散する。P拡散条件は
原料ガスにpocρ3.温度920℃で18分のP拡散
を行う。P拡散工程を終ることによって、前記アモルフ
ァス・シリコンは結晶化し、多結晶シリコンとなる。次
に、リングラフィ技術、エツチング技術を用いてゲート
電極用多結晶シリコン29を形成する。この後、薄膜ト
ランジスタ活性領域のチャネル形成のためのBF2イオ
ン注入を加速電圧70KeV、ドース1. OX 10
15cm−2の条件で行う。さらに不純物活性化の熱処
理を窒素雰囲気中、900℃、30分の条件で行い多結
晶シリコン薄膜を用いた薄膜MO8)ランジスタを形成
している。
第2図(a)に示した様に、従来の多結晶シリコンを用
いた場合、シリコン結晶粒サイズが小さく、多結晶シリ
コン表面の粗れが大きいため良質な多結晶シリコン上の
ゲート酸化膜が形成できない。
MOS)ランジスタのソース・ドレイン間のリーク電流
が大きい、キャリアの移動度が小さい。
ホット・エレクトロンに対して弱いなどの問題点が生じ
ている。
これに対し、第2図(b)に示した本発明の多結晶シリ
コンを用いることにより、シリコン結晶粒は非常に大き
く (従来の多結晶シリコ、ンはシリコン結晶粒サイズ
は約100〜200Å以上度であるのに対して本発明の
多結晶シリコンは1〜5μm程度である。)、多結晶シ
リコン表面平坦性も非常に良い(従来の多結晶シリコン
では、膜縦方向の粗れは約100〜200Å以上である
のに対し、本発明の多結晶シリコンでは約50Å以下と
なっている。)ため、良質な多結晶シリコン上酸化膜の
形成が可能である(例えば、多結晶シリコン上酸化膜厚
が350Å以下でも酸化膜の絶縁破壊耐圧は9 M V
 / am以上を示す。)ことや、薄膜多結晶シリコン
MO8)ランジスタの電気特性が向上(例えば、通常の
減圧化学気相成長で形成した多結晶シリコンよりも電子
の移動度が5倍以上高く、0N10FF電流比は2桁以
上向上)するなどの効果がある。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、絶縁膜基板上(一部単結
晶シリコン表面があってもよい。)にアモルファス・シ
リコンを堆積し、結晶化させて、多結晶シリコンを形成
する。このとき、アモルファス・シリコンを結晶化させ
る前までに、アモルファス・シリコンとの界面の絶縁膜
極表面層をシリコン・リッチな組成をもつ状態に形成し
、この後アモルファス・シリコンを結晶化させて、シリ
コン膜の固相成長を行うことにより、絶縁膜とアモルフ
ァス・シリコン膜界面の結晶化がスムースに行われ、従
来の多結晶シリコンよりもシリコン結晶粒が大きく多結
晶シリコン表面平坦性が非常に良い多結晶シリコンが形
成できる効果があり、さらに上記した本発明の多結晶シ
リコンを半導体集積回路に応用することにより、例えば
多結晶シリコン上酸化膜の耐圧向上や薄膜多結晶シリコ
ントランジスタの電気特性の向上、多結晶シリコン抵抗
の温度特性改善などができ、半導体デバイスの高性能化
、高集積化に効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(c)は本発明の一実旅例の多結晶シリ
コン膜形成方法の一フロセス実施例の縦断面図、第2図
(a)、 (b)は本発明の他の実施例の多結晶シリコ
ンを用いた薄膜MO3)ランジスタ模式図を従来の多結
晶シリコンを用いた場合と合わせて示した図である。 第1図 11・・・・・・シリコン基L12・・・・・・シリコ
ン酸化膜、13・・・・・・シリコン・イオン注入され
たシリコンM化膜、14・・・・・・アモルファス・シ
リコン、15・・・・・・極表面層にシリコン・イオン
注入されたシリコン酸化膜を熱処理した後のシリコン酸
化膜、16・・・・・・アモルファス・シリコンから結
晶化シタ多結晶シリコン 第2図 21・・・・・・シリコン基板、22・・・・・・シリ
コン酸化膜、23・・・・・・従来の多結晶シリコン、
23A・・・・・・23の多結晶シリコン薄膜中に形成
したチャネル(’/−ス)、23B・・・・・・23の
多結晶シリコン薄膜中に形成したチャネル(ドレイン)
、24・・・・・・シリコン酸化膜、25・・・・・・
ゲート電極用多結晶シリコン、26・・・・・・極表面
層にシリコン・イオン注入したシリコン酸化膜を熱処理
した後のシリコン酸化膜、27・・・・・・シリコン・
イオン注入したアモルファス・シリコンから結晶化した
多結晶シリコン、27A・・・・・・27の多結晶シリ
コン薄膜中に形成したチャネル(ソース)、27B・・
・・・・27の多結晶シリコン薄膜中に形成したチャネ
ル(ドレイン)、28・・・・・・シリコン酸化膜、2
9・・・・・・ゲート電極用多結晶シリコン。 卒1個 寅1/1

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)絶縁膜基板上にアモルファス・シリコンを堆積し
    た後、該アモルファス・シリコンにエネルギーを与えて
    結晶化させて、多結晶シリコン膜を形成する方法におい
    て、前記アモルファス・シリコンを結晶化させる前の絶
    縁膜基板極表面層がシリコン・リッチな組成をもつこと
    を特徴とする多結晶シリコンの形成方法。
  2. (2)請求項1記載の絶縁膜基板の一部に単結晶シリコ
    ン表面が露出している基板を用いることを特徴とする結
    晶の形成方法。
  3. (3)請求項1記載の絶縁膜極表面のシリコンリッチ層
    の形成は、絶縁膜形成時又はアモルファス・シリコン堆
    積前、又はアモルファス・シリコン堆積後に行うことを
    特徴とする結晶の形成方法。
  4. (4)請求項1記載の絶縁膜は、シリコン酸化膜又はシ
    リコン窒化膜、又はシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の
    双方を用いることを特徴とする結晶の形成方法。
  5. (5)請求項1記載の絶縁膜極表面のシリコンリッチ層
    の形成は、シリコンのイオン注入法又はシリコンのプラ
    ズマドープ法又はシリコンのレーザ・ドープ法又は化学
    気相成長法又は物理気相成長法のいづれか、又は各形成
    法を組み合せて行う形成方法。
  6. (6)請求項1記載のアモルファス・シリコンの結晶化
    は、700℃以下の低温の熱処理による固相成長又はX
    線や電子線を用いた固相成長による結晶の形成方法。
JP34011789A 1989-12-27 1989-12-27 多結晶シリコンの形成方法 Pending JPH03200319A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5466617A (en) * 1992-03-20 1995-11-14 U.S. Philips Corporation Manufacturing electronic devices comprising TFTs and MIMs
KR100267145B1 (ko) * 1993-02-03 2000-10-16 야마자끼 순페이 박막트랜지스터 제작방법
KR20120082800A (ko) * 2010-07-26 2012-07-24 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치 및 그 제작 방법

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