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JP2002009088A - Thin film semiconductor device, method of manufacturing the same, and silicon film - Google Patents

Thin film semiconductor device, method of manufacturing the same, and silicon film

Info

Publication number
JP2002009088A
JP2002009088A JP2001117187A JP2001117187A JP2002009088A JP 2002009088 A JP2002009088 A JP 2002009088A JP 2001117187 A JP2001117187 A JP 2001117187A JP 2001117187 A JP2001117187 A JP 2001117187A JP 2002009088 A JP2002009088 A JP 2002009088A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
thin film
silicon film
silicon
semiconductor device
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
JP2001117187A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsutoshi Miyasaka
光敏 宮坂
Ritoru Tamasu
リトル タマス
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 JP2001117187A priority Critical patent/JP2002009088A/en
Publication of JP2002009088A publication Critical patent/JP2002009088A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好なトランジスタ特性を有する薄膜半導体
装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 チャネルの厚さが500オングストロー
ム以下でありゲート絶縁膜が2層からなり、チャネルに
近いゲート絶縁膜の屈折率が電極に近いゲート絶縁膜の
屈折率よりも大きいことを特徴とする。
(57) Abstract: A method for manufacturing a thin film semiconductor device having good transistor characteristics is provided. SOLUTION: The thickness of a channel is 500 angstroms or less, the gate insulating film is composed of two layers, and the refractive index of the gate insulating film near the channel is larger than the refractive index of the gate insulating film near the electrode. .

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の即ずる技術分野】本発明はアクティブマトリッ
クス液晶ディスプレイ等に応用される薄膜トランジスタ
や三次元LSIデバイスなど、絶縁性物質上に作成され
る薄膜半導体装置と、その製造方法及びシリコン膜に関
するもので有り、詳しくは製造工程の最高温度が600
℃程度以下の低温プロセスで形成する薄膜半導体装置の
製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film semiconductor device formed on an insulating material, such as a thin film transistor or a three-dimensional LSI device applied to an active matrix liquid crystal display or the like, a method of manufacturing the same, and a silicon film. Yes, the maximum temperature of the manufacturing process is 600
The present invention relates to a method for manufacturing a thin-film semiconductor device formed by a low-temperature process of about not higher than about ° C.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、液晶ディスプレイの大画面化、高
解像度化に伴い、その駆動方式は単純マトリックス方式
からアクティブマトリックス方式へ移行し、大容量の情
報を表示出来るように成りつつ有る。アクティブマトリ
ックス方式は数十万を越える画素を有する液晶ディスプ
レイが可能で有り、各画素毎にスイッチングトランジス
タを形成するもので有る。各種液晶ディスプレイの基板
としては、透過型ディスプレイを可能ならしめる溶融石
英板やガラスなどの透明絶縁基板が使用されている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the increase in the screen size and resolution of a liquid crystal display, the driving system has shifted from a simple matrix system to an active matrix system, and it has become possible to display a large amount of information. The active matrix method enables a liquid crystal display having more than hundreds of thousands of pixels, and forms a switching transistor for each pixel. As a substrate for various liquid crystal displays, a transparent insulating substrate such as a fused quartz plate or glass that enables a transmission type display is used.

【0003】しかしながら、表示画面の拡大化や低価格
化を進める場合には絶縁基板として安価な通常ガラスを
使用するのが必要不可欠で有る。従って、この経済性を
維持して尚、アクティブマトリックス方式の液晶ディス
プレイを動作させる薄膜トランジスタを安価なガラス基
板上に安定した性能で形成する事が可能な技術が望まれ
ていた。
However, in order to increase the size of the display screen and reduce the cost, it is essential to use inexpensive ordinary glass as the insulating substrate. Accordingly, there has been a demand for a technique capable of forming a thin film transistor for operating an active matrix type liquid crystal display on an inexpensive glass substrate with stable performance while maintaining this economic efficiency.

【0004】薄膜トランジスタのチャンネル部半導体層
としては、通常アモルファス・シリコンや多結晶シリコ
ンが用いられているが、駆動回路迄一体化して薄膜トラ
ンジスタで形成しようとする場合には動作速度の速い多
結晶シリコンが有利である。
Amorphous silicon or polycrystalline silicon is usually used for the channel portion semiconductor layer of the thin film transistor. However, when the driving circuit is integrated with the thin film transistor, polycrystalline silicon having a high operation speed is used. It is advantageous.

【0005】従来この様な薄膜トランジスタを作成する
場合、チャンネル部シリコン層を形成した後、ゲート絶
縁層を形成するには基板を酸素(O)、笑気ガス(N
O)、水蒸気(HO)などを含む酸化性雰囲気下に
挿入し、その温度を800℃から1100℃程度の高温
としてチャンネル部シリコン層の一部を酸化し、ゲート
絶縁層を形成する熱酸化法が用いられていた。一方、多
結晶シリコンを用いた薄膜半導体装置を安価な通常ガラ
ス基板の使用に耐え得る600℃程度以下の工程最高温
度で作成するのに種々の方法が試みられている。例え
ば、チャンネル部半導体層を減圧気相化学堆積法(LP
CVD法)で形成した後、ゲート絶縁膜を電子サイクロ
トロン共鳴プラズマCVD法(ECR−PECVD法)
に依り形成し、更に水素プラズマ照射などの水素化処理
を施す方法。或いはチャンネル部半導体層にアモルファ
ス・シリコン薄膜を堆積し、その後600℃、24時間
程度の熱処理を施し、次に常圧気相化学堆積法(APC
VD法)にてゲート絶縁膜を形成し、水素化処理を行う
方法などが有る。(Japanese J, App
l,Phys,30L 84 '91)
Conventionally, when such a thin film transistor is formed, after forming a silicon layer in a channel portion, a substrate is formed of oxygen (O 2 ) and laughing gas (N
2 O), and inserted into an oxidizing atmosphere, including water vapor (H 2 O), and oxidizing a portion of the channel portion silicon layer the temperature as high as about 1100 ° C. from 800 ° C., to form a gate insulating layer A thermal oxidation method was used. On the other hand, various methods have been attempted to fabricate a thin film semiconductor device using polycrystalline silicon at a process maximum temperature of about 600 ° C. or less, which can withstand the use of an inexpensive ordinary glass substrate. For example, a channel portion semiconductor layer is formed by a low pressure chemical vapor deposition (LP) method.
After the formation by the CVD method, the gate insulating film is formed by the electron cyclotron resonance plasma CVD method (ECR-PECVD method).
And hydrogenation treatment such as hydrogen plasma irradiation. Alternatively, an amorphous silicon thin film is deposited on the semiconductor layer of the channel portion, and then a heat treatment is performed at 600 ° C. for about 24 hours, and then the atmospheric pressure chemical vapor deposition (APC)
VD method) to form a gate insulating film and perform a hydrogenation treatment. (Japanese J, App
1, Phys, 30L 84'91)

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、先に述
べた従来の方法に於いては、数多くの問題が指摘されて
いる。まず第一に熱酸化法に依るSiO膜の形成で
は、その形成に少なくとも800℃以上の高温熱処理が
伴う為、酸化膜より下部に位置する薄膜層や基板などの
耐熱性が問題となる。例えば大面積液晶ディスプレイの
スイッチング・トランジスタを作成する場合、基板とし
ては非常に高価な溶融石英板以外はこの様な高温に耐え
得ない。又、三次元LSI素子に於いても下層部トラン
ジスタが高温で劣化する為、この熱酸化法は事実上使用
不可能となっている。
However, a number of problems have been pointed out in the above-mentioned conventional method. First, in the formation of an SiO 2 film by a thermal oxidation method, a high-temperature heat treatment of at least 800 ° C. or more is involved in the formation, and thus the heat resistance of the thin film layer and the substrate located below the oxide film becomes a problem. For example, when producing a switching transistor for a large-area liquid crystal display, a substrate other than a very expensive fused silica plate cannot withstand such a high temperature. Further, even in a three-dimensional LSI element, since the lower layer transistor deteriorates at a high temperature, this thermal oxidation method is practically unusable.

【0007】次にチャンネル部半導体層をLPCVD法
で形成し、ゲート絶縁膜をECR−PECVD法に依り
形成し、更に水素プラズマ処理を行う方法に於いては移
動度が4〜5cm2/V.secと低く、薄膜半導体装置
として未だ不十分で有る。加えて薄膜半導体装置の特性
を向上させる為に行われている水素化処理に依り、薄膜
半導体装置を構成する各種薄膜の一部がエッチングされ
て沢山有る薄膜半導体装置の幾つかが破壊されて仕舞う
と言った問題が有る。又、チャンネル部半導体層にアモ
ルファス・シリコン薄膜を堆積し、その後600℃程度
の熱処理を施し、APCVD法にてゲート絶縁膜を形成
し、更に水素プラズマ照射等の水素化処理を行う方法に
於いては、界面捕獲準位が1012程度と大きく、又デプ
レッション型の半導体装置特性を示すなど、薄膜半導体
装置として未だ不十分で有る。又、先と同様矢張水素化
処理に伴う問題が残り、大面積に均一に且つ安定的に薄
膜半導体装置を作成する事が出来なかった。
Next, a channel portion semiconductor layer is formed by an LPCVD method, a gate insulating film is formed by an ECR-PECVD method, and a method of performing a hydrogen plasma treatment has a mobility of 4 to 5 cm 2 / V. sec, which is still insufficient as a thin film semiconductor device. In addition, due to the hydrogenation process performed to improve the characteristics of the thin-film semiconductor device, a part of various thin films constituting the thin-film semiconductor device is etched, and some of the many thin-film semiconductor devices are destroyed. There is a problem that said. Further, a method of depositing an amorphous silicon thin film on a channel portion semiconductor layer, thereafter performing a heat treatment at about 600 ° C., forming a gate insulating film by an APCVD method, and further performing a hydrogenation treatment such as hydrogen plasma irradiation. Is still insufficient as a thin film semiconductor device, for example, has a large interface trap level of about 10 12 and exhibits depletion type semiconductor device characteristics. In addition, the problems associated with the Yabari hydrogenation treatment remain as before, and a thin-film semiconductor device cannot be uniformly and stably formed over a large area.

【0008】従って、薄膜半導体装置としては移動度が
大きく、同時に清浄MOS界面を有して界面捕獲準位が
低く、且つデプレッションを呈さぬ物が求められて居
り、しかもこうした薄膜半導体装置を作成する工程で水
素化処理の必要が無く、先述の如き良好な薄膜半導体装
置を大面積に均一且つ安定的に作成する製造方法が求め
られていた。
Therefore, there is a demand for a thin-film semiconductor device having a high mobility, a clean MOS interface, a low interface trap level, and no depletion. In addition, such a thin-film semiconductor device is manufactured. There has been a demand for a manufacturing method that does not require a hydrogenation process in the process and that uniformly and stably forms a good thin-film semiconductor device as described above over a large area.

【0009】本発明は上記の事情に鑑みてなされた物
で、その目的とする所はMIS型薄膜半導体装置に於い
て、工程最高温度が600℃程度以下と言う低温工程で
良好な半導体装置特性を有する薄膜半導体装置と、この
様な薄膜半導体装置を大面積に渡り均一且つ安定的に製
造する方法を提供する事に有る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a MIS type thin film semiconductor device which has good semiconductor device characteristics in a low temperature process in which the process maximum temperature is about 600 ° C. or less. And a method for uniformly and stably manufacturing such a thin film semiconductor device over a large area.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的は、少なくとも
表面が絶縁性物質で有る基板の一方面上にチャンネル部
シリコン膜半導体層を形成し、該半導体層上にゲート絶
縁層、ゲート電極を形成したMIS型電界効果トランジ
スタを構成する薄膜半導体装置に於いて、チャンネル部
シリコン膜半導体層を構成するシリコン膜を堆積した
後、600℃以下の温度で熱処理する工程と、ゲート絶
縁膜をECR−PECVD法で形成する工程を含む様な
製造方法、或いはチャンネル部シリコン膜半導体層を構
成するアモルファス・シリコン膜を堆積した後、ゲート
絶縁層を形成する前に該アモルファス・シリコン膜上に
酸素プラズマを照射し、その後600℃以下の温度で熱
処理する様な工程を含む製造方法に依り達成される。
The object of the present invention is to form a channel silicon film semiconductor layer on one surface of a substrate having at least a surface made of an insulating material, and to form a gate insulating layer and a gate electrode on the semiconductor layer. In the thin film semiconductor device forming the MIS type field effect transistor, a step of depositing a silicon film forming a channel portion silicon film semiconductor layer and then performing a heat treatment at a temperature of 600 ° C. or less, and forming the gate insulating film by ECR-PECVD A manufacturing method including a step of forming by a method, or irradiating oxygen plasma on the amorphous silicon film before forming a gate insulating layer after depositing an amorphous silicon film constituting a channel portion silicon film semiconductor layer. Then, it is achieved by a manufacturing method including a step of performing a heat treatment at a temperature of 600 ° C. or less.

【0011】[0011]

【実施例】(実施例1)以下本発明の実施例を図面を用
いて詳述するが、本発明が以下の実施例に限定されるも
のでは無い。
(Embodiment 1) Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments.

【0012】図1(a)〜(e)は本実施例1に於ける
自己非整合型スタガード構造のMIS型電界効果トラン
ジスタを構成するシリコン薄膜半導体装置の製造工程を
断面で示した図で有る。
FIGS. 1A to 1E are sectional views showing the steps of manufacturing a silicon thin-film semiconductor device constituting a MIS field-effect transistor having a self-mismatched staggered structure in the first embodiment. .

【0013】本実施例1では、下地基板101として2
35mm□の溶融石英ガラスを用いたが、600℃の工程
最高温度に耐え得る基板又は下地物質で有るならば、そ
の種類や大きさは無論問われない。例えば通常ガラス基
板の他にシリコンウェハーなどの半導体基板及びそれら
を加工したLSI、三次元LSIや、或いはシリコン・
カーバイト、アルミナ、窒化アルミニウムなどのセラミ
ックス基板なども下地基板として可能で有る。
In the first embodiment, 2
Although 35 mm square fused quartz glass was used, the type and size of the substrate or base material are not limited as long as the substrate or base material can withstand the maximum process temperature of 600 ° C. For example, usually, in addition to a glass substrate, a semiconductor substrate such as a silicon wafer and an LSI processed therefrom, a three-dimensional LSI, or a silicon substrate.
Ceramic substrates such as carbide, alumina, and aluminum nitride can be used as the base substrate.

【0014】まずアセトン又はメチル・エチル・ケト
ン,メチル・イソ・ブチル・ケトンやシクロヘキサノン
などの有機溶剤中に下地基板101を浸し、超音波洗浄
を行う。洗浄後窒素中又は減圧下にて乾燥を施し、更に
エタノールによる超音波洗浄を行った後窒素バブリング
されている純水にて水洗を施す。次に下地基板101を
沸騰している濃度60%の硝酸中に5分間浸し、更に窒
素バブリングされている純水中で洗浄した。基板として
金属など酸に依り腐食されたり、変質して仕舞う物質を
用いる場合、この硝酸に依る洗浄は必要とされない。又
この強酸に依る洗浄では酸として硝酸の他に硫酸なども
可能で有る。
First, the base substrate 101 is immersed in an organic solvent such as acetone or methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone or cyclohexanone, and subjected to ultrasonic cleaning. After the washing, drying is performed in nitrogen or under reduced pressure, ultrasonic cleaning with ethanol is performed, and then water washing is performed with pure water bubbled with nitrogen. Next, the base substrate 101 was immersed in boiling nitric acid at a concentration of 60% for 5 minutes, and further washed in pure water with nitrogen bubbling. When a substance such as a metal that is corroded by an acid or deteriorated by an acid is used as the substrate, the cleaning with nitric acid is not required. Further, in the washing with the strong acid, sulfuric acid and the like can be used as the acid in addition to nitric acid.

【0015】こうして洗浄された石英基板上に常圧気相
化学堆積法(APCVD法)で下地保護膜となる二酸化
硅素膜(SiO膜)102を2000オングストロー
ム堆積した。この下地SiO2膜102は前述の如き種
々多様な物質を基板として用いる際、後に堆積されるシ
リコン薄膜の膜質、及びそれを用いて構成される薄膜ト
ランジスタの性能を安定化する為に必要で有る。と同時
に、例えば基板101として通常ガラスを用いた場合、
ガラス中に含まれているナトリウムなどの可動イオン
が、又基板101として各種セラミック板を用いた際に
は基板中に添加されている焼結助材原料などがトランジ
スタ部に拡散混入するのを防ぐ役割をも演じている。又
金属板を基板101として用いる場合は、絶縁性を確保
する為に下地SiOは必要不可欠で有る。又、三次元
LSI素子では、トランジスタ間や配線間の層間絶縁膜
に相当している。下地SiO膜102堆積時の基板温
度は300℃で、窒素に依り20%に希釈されたシラン
600SCCMを840SCCMの酸素と共にAPCVD法で堆
積した。この時のSiO膜の堆積速度は3.9オング
ストローム/secで有った。
On the cleaned quartz substrate, a silicon dioxide film (SiO 2 film) 102 serving as an underlayer protective film was deposited by 2,000 Å by atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD). When the above-described various materials are used as the substrate, the base SiO 2 film 102 is necessary for stabilizing the film quality of a silicon thin film to be deposited later and the performance of a thin film transistor formed using the same. At the same time, for example, when normal glass is used as the substrate 101,
Prevents mobile ions such as sodium contained in the glass from diffusing into the transistor part when sintering aid raw materials and the like added to the substrate when various ceramic plates are used as the substrate 101. Also plays a role. When a metal plate is used as the substrate 101, the underlying SiO 2 is indispensable to ensure insulation. In a three-dimensional LSI element, it corresponds to an interlayer insulating film between transistors and between wirings. The substrate temperature at the time of depositing the underlayer SiO 2 film 102 was 300 ° C., and silane 600 SCCM diluted to 20% with nitrogen was deposited by the APCVD method together with 840 SCCM oxygen. At this time, the deposition rate of the SiO 2 film was 3.9 angstroms / sec.

【0016】続いてドナー又はアクセプターとなる不純
物を含んだシリコン薄膜103を減圧CVD法にて堆積
した。本実施例1ではn型トランジスタ作成を目指し不
純物としてリンを選んだが、n型ならばリン以外に5
族、6族の元素、P型ならばボロンを始めとして2族、
3族の元素が不純物元素として添加され得る。この不純
物を含んだシリコン薄膜103はいずれソース・ドレイ
ン領域となる部位で、本実施例1の如く不純物をCVD
法で添加する方法の他、まず最初に不純物を含まない真
性シリコン膜を形成して居き、後に気相或いは真性シリ
コン膜に接する固相より不純物を拡散させて添加する方
法や、不純物をイオン化して真性シリコン膜に打ち込む
方法などが有る。これら、真性シリコン膜を形成した後
拡散法やイオン打ち込み法で不純物を添加する手法を用
いると真性シリコン膜の所望の部位のみに不純物を添加
する事が可能となり、これにより例えばトランジスタの
ゲート電極端ととソース端又はドレイン端が自己整合し
たセルフ・アライン・トランジスタが可能となったり、
不純物添加濃度を各部位で変える事に依りシリコン膜中
の電流密度や比抵抗を変えて所望の部位のみに電流を流
す事などが可能となる。
Subsequently, a silicon thin film 103 containing an impurity serving as a donor or an acceptor was deposited by a low pressure CVD method. In the first embodiment, phosphorus was selected as an impurity for the purpose of forming an n-type transistor.
Group 6 element, group 2 including boron for P type,
Group 3 elements can be added as impurity elements. The silicon thin film 103 containing the impurity is a portion to be a source / drain region, and the impurity is deposited by CVD as in the first embodiment.
In addition to the method of adding by the method, first, an intrinsic silicon film containing no impurities is formed first, and then the impurity is diffused from a gas phase or a solid phase in contact with the intrinsic silicon film, or the impurity is ionized. And implanting it into an intrinsic silicon film. If a method of adding an impurity by a diffusion method or an ion implantation method after forming the intrinsic silicon film is used, it is possible to add an impurity only to a desired portion of the intrinsic silicon film. And a self-aligned transistor whose source end or drain end is self-aligned,
By changing the impurity concentration at each part, it is possible to change the current density and the specific resistance in the silicon film and to flow a current only to a desired part.

【0017】本実施例1では不純物としてリンを選んだ
為、ホスフィン(PH)とシランを混合したガスを用
いて、不純物を含んだシリコン薄膜103を1500オ
ングストローム堆積した。
In Example 1, since phosphorus was selected as an impurity, a silicon thin film 103 containing an impurity was deposited at 1500 angstrom using a gas obtained by mixing phosphine (PH 3 ) and silane.

【0018】本実施例1では184.5lの容積を有す
る減圧CVD炉内にモノシランを200SCCM、ヘリウム
が99.5%でホスフィンが0.5%のヘリウム・ホス
フィン混合ガスを6SCCM、更にヘリウム100SCCMを流
し、堆積温度600℃、炉内圧力100mtorr で堆積し
た。この時の堆積速度は29.6オングストローム/m
inで、成膜直後のシート抵抗値は2,025Ω/□で
有った。
In the first embodiment, 200 SCCM of monosilane, 6 SCCM of a mixed gas of helium and phosphine containing 99.5% of helium and 0.5% of phosphine, and 6 SCCM of 100 SCCM of helium are placed in a reduced pressure CVD furnace having a volume of 184.5 l. The solution was flowed and deposited at a deposition temperature of 600 ° C. and a furnace pressure of 100 mtorr. The deposition rate at this time is 29.6 Å / m.
In, the sheet resistance immediately after the film formation was 2,025 Ω / □.

【0019】次に、前記シリコン薄膜上にレジストを形
成し、四弗化炭素(CF)と酸素(O2)の混合プラ
ズマに依り、前記薄膜をパターニングし、ソース・ドレ
イン領域103を形成した(図1(a))。続いて沸騰
硝酸中に五分間浸す洗浄で残留レジストなどの不純物を
取り除き、1.67%弗化水素酸に20秒浸してソース
・ドレイン領域103表面上の自然酸化膜を取り除き、
直ちに減圧CVD法でチャンネル部となるシリコン薄膜
を堆積した。
Next, a resist was formed on the silicon thin film, and the thin film was patterned by a mixed plasma of carbon tetrafluoride (CF 4 ) and oxygen (O 2 ) to form source / drain regions 103. (FIG. 1 (a)). Subsequently, impurities such as residual resist were removed by washing by immersing in boiling nitric acid for 5 minutes, and a natural oxide film on the surface of the source / drain region 103 was removed by immersion in 1.67% hydrofluoric acid for 20 seconds.
Immediately, a silicon thin film serving as a channel portion was deposited by a low pressure CVD method.

【0020】この時減圧CVD反応炉の容積は184.
5lで、基板は反応炉中央付近に水平に置かれる。原料
ガス及びヘリウム・窒素・アルゴン・水素等の希釈ガス
は必要に応じて反応炉下部より炉内に導入され、反応炉
上部から排気される。石英ガラスで作られた反応炉の外
側には3ゾーンに分かれたヒーターが設置されて居り、
それらを独立に調整する事で反応炉内中央部付近に所望
の温度で均熱帯を形成する。この均熱帯は約350mmの
高さで広がり、その範囲内での温度のずれは、例えば6
00℃に設定した時0.2℃以内である。従って挿入基
板間の間隔を10mmとすれば1バッチで35枚の基板の
処理が可能で有る。本実施例1では20mm間隔で17枚
の基板を均熱帯内に設置した。
At this time, the volume of the reduced pressure CVD reactor is 184.
At 51, the substrate is placed horizontally near the center of the reactor. The raw material gas and a diluent gas such as helium, nitrogen, argon, and hydrogen are introduced into the furnace from the lower part of the reactor as required, and are exhausted from the upper part of the reactor. Outside the reactor made of quartz glass, a heater divided into three zones is installed,
By adjusting them independently, a soaking zone is formed near the center of the reactor at a desired temperature. This tropical zone extends at a height of about 350 mm, and the temperature deviation within that range is, for example, 6 mm.
It is within 0.2 ° C when set to 00 ° C. Therefore, if the interval between the inserted substrates is 10 mm, it is possible to process 35 substrates in one batch. In the first embodiment, 17 substrates were placed at an interval of 20 mm in the soaking zone.

【0021】排気はロータリーポンプとメカニカル・ブ
ースターポンプを直結して行い、反応炉内の圧力は測定
値がガスの種類に依存しない隔膜式圧力計(MKS社バ
ラトロン・マノメーター)に依り測定した。反応炉を5
50℃に保って、ガス導入用のバルブを閉じて両ポンプ
にて真空引きを行った場合、反応炉内圧は0mtorr
で有る為、背景真空度は悪くとも10-4torr程度以
下で有る。
The exhaust was performed by directly connecting a rotary pump and a mechanical booster pump, and the pressure in the reactor was measured by a diaphragm type pressure gauge (MKS Baratron Manometer) whose measured value does not depend on the type of gas. 5 reactors
When the temperature was kept at 50 ° C., the gas introduction valve was closed, and both the pumps were evacuated, the internal pressure of the reactor was 0 mtorr.
Therefore, the background vacuum degree is at most about 10 -4 torr or less.

【0022】ソース・ドレイン領域103が形成され、
該領域表面上の自然酸化膜を取り除かれた基板は、表側
を下向きとして直ちに減圧CVD炉内に挿入された。挿
入時の反応炉内温度は395℃から400℃程度に保た
れている。これはソース・ドレイン領域103上に自然
酸化膜が形成されるのを極力少なくする為で有るから、
挿入時の反応炉内温度は出来る丈低く有るのが望まし
い。例えば挿入時の反応炉内温度を室温とする事も可能
で有るが、この場合堆積温度迄反応炉内温度を昇温する
のに数時間以上費やし、又堆積後室温に戻すのに矢張り
数時間必要となる。基板挿入時に反応炉内には約4SL
M〜10SLMの窒素を流し反応炉内を不活性雰囲気に
保っている。更に反応炉内入り口付近には約6SLM〜
20SLMの窒素で窒素カーテンを形成し、基板挿入時
に空気が反応炉内に流れ込む事を最小限に止めている。
反応炉内に空気中の水分や酸素が入ると、これらは反応
炉内壁のSi層に吸着し、又はSiと反応して反応炉内
に残留し、チャンネル部となるシリコン膜堆積の際、脱
ガスとして現れ、堆積シリコン膜の膜品質を低下させる
原因となる。
A source / drain region 103 is formed,
The substrate from which the native oxide film on the surface of the region was removed was immediately inserted into a low pressure CVD furnace with its front side facing down. The temperature in the reactor at the time of insertion is maintained at about 395 ° C. to 400 ° C. This is to minimize the formation of a natural oxide film on the source / drain region 103.
It is desirable that the temperature in the reactor at the time of insertion be as low as possible. For example, it is possible to set the temperature in the reactor at the time of insertion to room temperature, but in this case, spend several hours or more to raise the temperature in the reactor to the deposition temperature, and It takes time. Approximately 4SL in the reactor when inserting the substrate
Nitrogen of M to 10 SLM is flown to keep the inside of the reaction furnace in an inert atmosphere. Furthermore, about 6 SLM ~
A nitrogen curtain is formed with 20 SLM of nitrogen to minimize the flow of air into the reactor during substrate insertion.
When moisture or oxygen in the air enters the reaction furnace, they are adsorbed on the Si layer on the inner wall of the reaction furnace or react with Si and remain in the reaction furnace to be removed during the deposition of a silicon film serving as a channel. It appears as a gas and causes the film quality of the deposited silicon film to deteriorate.

【0023】基板挿入後、真空引き、漏洩検査を施し
た。漏洩検査では反応炉に通ずる全バルブを閉じて反応
炉を完全に孤立させて、反応炉内圧力の変化を調べた。
本実施例1では反応炉内温度が400℃で2分間の完全
孤立後、反応炉内圧力は1mtorr以下で有った。漏
洩検査にて異常が無い事を確認した後、反応炉内温度を
挿入温度の400℃から堆積温度まで昇温する。本実施
例1では550℃でチャンネル部となるシリコン薄膜を
堆積した為、昇温するのに一時間費やした。炉内温度が
堆積温度の550℃に達するには35分間程度で済む
が、反応炉壁からの脱ガスを充分放出する為にも、最短
一時間以上、好ましくは数時間の昇温期間が望ましい。
この昇温期間中、二つのポンプは運転状態に有り、少な
くとも純度が99.995%以上の不活性又は還元性ガ
スを流し続ける。これらのガス種は水素・ヘリウム・窒
素・ネオン・アルゴン・キセノン・クリプトン等の純ガ
スの他、これらのガスの混合ガスも可能で有る。本実施
例1では純度99.9999%以上のヘリウムを350
SCCM流し続け、反応炉内圧力は80.7±1.2mtorr
で有った。
After inserting the substrate, vacuum evacuation and leakage inspection were performed. In the leak inspection, all valves connected to the reactor were closed to isolate the reactor completely, and the change in reactor pressure was examined.
In Example 1, the pressure in the reactor was 1 mtorr or less after the reactor temperature was completely isolated at 400 ° C. for 2 minutes. After confirming that there is no abnormality in the leak inspection, the temperature in the reactor is increased from the insertion temperature of 400 ° C. to the deposition temperature. In Example 1, since a silicon thin film serving as a channel portion was deposited at 550 ° C., it took one hour to raise the temperature. It takes only about 35 minutes for the furnace temperature to reach the deposition temperature of 550 ° C., but in order to sufficiently release degassed gas from the reactor wall, a heating period of at least one hour or more, preferably several hours, is desirable. .
During this heating period, the two pumps are in operation and continue to flow at least an inert or reducing gas having a purity of at least 99.995%. These gas species include pure gases such as hydrogen, helium, nitrogen, neon, argon, xenon, and krypton, as well as mixed gases of these gases. In the first embodiment, helium having a purity of 99.9999% or more is
Keep the SCCM flowing and the reactor pressure is 80.7 ± 1.2mtorr
It was.

【0024】堆積温度到達後、原料ガスで有る所定量の
シラン又はシランと希釈ガスの混合ガスを反応炉内に導
入し、シリコン薄膜104を堆積する。希釈ガスとして
は、先の昇温期間に流したガスと同種の組み合わせが可
能で有るが、望ましくは各ガスの純度はそれぞれが9
9.999%以上が良い。本実施例1では希釈ガスを用
いず、純度99.999%以上のシランを100SCCM流
してシリコン薄膜104を堆積した。この時、反応炉内
の圧力は反応炉とメカニカル・ブースターポンプの間に
設置されたコンダクタンスバルヴの開閉度を調整して、
398.6±1.9mtorr に保った。本実施例1ではチ
ャンネル部となるシリコン薄膜104は21.2オング
ストローム/minの堆積速度で248オングストロー
ムの膜厚に堆積した(図1(b))。
After the deposition temperature is reached, a predetermined amount of silane as a source gas or a mixed gas of silane and a diluent gas is introduced into the reaction furnace, and a silicon thin film 104 is deposited. As the diluting gas, the same kind of combination as the gas flowing in the previous temperature raising period is possible, but preferably, each gas has a purity of 9%.
9.999% or more is good. In Example 1, a silicon thin film 104 was deposited by flowing 100 SCCM of silane having a purity of 99.999% or more without using a diluent gas. At this time, the pressure inside the reactor is adjusted by opening and closing the conductance valve installed between the reactor and the mechanical booster pump.
It was kept at 398.6 ± 1.9 mtorr. In the first embodiment, the silicon thin film 104 serving as a channel portion was deposited at a deposition rate of 21.2 angstroms / min to a film thickness of 248 angstroms (FIG. 1B).

【0025】本実施例1ではシリコン薄膜の堆積をLP
CVD法で行い、原料ガスもモノシランを用いたが、こ
れ以外にもプラズマCVD法やAPCVD法やスパッタ
ー法などで堆積する事も可能で有る。又原料ガスもモノ
シランに限らず、ジシランやトリシランなどの高次シラ
ンやジクロールシランなども可能で有る。又、無論上記
種々のCVD法と上記種々の原料の組み合わせに依って
シリコン薄膜を堆積する事も可能で有る。
In the first embodiment, the silicon thin film is deposited by LP
The deposition is performed by the CVD method, and monosilane is used as a raw material gas. However, it is also possible to deposit by a plasma CVD method, an APCVD method, a sputtering method, or the like. The source gas is not limited to monosilane, but may be higher silane such as disilane or trisilane, or dichlorosilane. Of course, it is also possible to deposit a silicon thin film by a combination of the above various CVD methods and the above various raw materials.

【0026】次にこうして得られた基板に熱処理を施し
て、シリコン薄膜104の結晶化を進め、結晶粒の増大
を行った。熱処理炉は縦型炉で通常400℃に保持され
て居り、純度99.999%以上の窒素ガスを20SL
M流し続けて、熱処理炉内部を不活性雰囲気に保持して
いる。室温と温度平衡に達している基板は17分間掛け
て400℃の縦型熱処理炉に挿入した。挿入後30分間
400℃に保ち、基板の位置に依らず炉内が総て400
℃の均一温度に達した後、熱処理炉の温度を600℃に
昇温する。この400℃でまず30分間保持する事に依
り基板の位置にかかわらず、どこでも同じ熱履歴を得る
事が出来、シリコン薄膜の結晶化を均一に行う事が可能
となる。熱処理炉には常に20SLMの窒素が流れ続
け、熱処理炉の容積は約176lで有るため、この40
0℃に於ける予備加熱に依り熱処理炉内部は完全に窒素
雰囲気に置換される。400℃から600℃への昇温は
約1時間掛けて行われ、600℃で温度平衡に達した
後、7時間以上の熱処理に依り、シリコン薄膜の結晶化
は進められる。本実施例1では600℃に達した後23
時間の熱処理を施した。
Next, the substrate thus obtained was subjected to a heat treatment to promote crystallization of the silicon thin film 104 and increase crystal grains. The heat treatment furnace is a vertical furnace which is usually maintained at 400 ° C., and is supplied with nitrogen gas having a purity of 99.999% or more for 20 SL.
By continuously flowing M, the inside of the heat treatment furnace is maintained in an inert atmosphere. The substrate which reached the temperature equilibrium with the room temperature was inserted into a vertical heat treatment furnace at 400 ° C. over 17 minutes. After the insertion, keep at 400 ° C for 30 minutes.
After reaching a uniform temperature of ℃, the temperature of the heat treatment furnace is raised to 600 ℃. By keeping the substrate at 400 ° C. for 30 minutes, the same heat history can be obtained everywhere regardless of the position of the substrate, and the silicon thin film can be uniformly crystallized. Since 20 SLM of nitrogen continuously flows through the heat treatment furnace and the volume of the heat treatment furnace is about 176 l, this 40
By preheating at 0 ° C., the inside of the heat treatment furnace is completely replaced with a nitrogen atmosphere. The temperature rise from 400 ° C. to 600 ° C. is performed in about 1 hour, and after reaching a temperature equilibrium at 600 ° C., the crystallization of the silicon thin film proceeds by a heat treatment of 7 hours or more. In the first embodiment, after the temperature reaches 600 ° C., 23
Time heat treatment was applied.

【0027】こうして得られたシリコン薄膜は、レジス
トでパターニングされた後、四弗化炭素(CF)と酸
素(O)の混合プラズマに依りエッチングされ、チャ
ンネル部シリコン薄膜105を形成した。(図1
(C))本実施例1で形成したシリコン薄膜はCF
2の比が50SCCM対100SCCMで有る15Paの真空
プラズマ放電で、その出力が700Wの時のエッチング
では2.1オングストローム/secのエッチング速度
を有していた。
After the silicon thin film thus obtained was patterned with a resist, it was etched by a mixed plasma of carbon tetrafluoride (CF 4 ) and oxygen (O 2 ) to form a channel silicon thin film 105. (Figure 1
(C)) The silicon thin film formed in Example 1 is a vacuum plasma discharge of 15 Pa having a ratio of CF 4 and O 2 of 50 SCCM to 100 SCCM and an output of 700 W is 2.1 Å / sec in etching when the output is 700 W. Had an etching rate.

【0028】次にこの基板を沸騰している濃度60%の
硝酸にて洗浄し、更に1.67%弗化水素酸水溶液に2
0秒間浸してソース・ドレイン領域103とチャンネル
部シリコン薄膜105上の自然酸化膜を取り除いて清浄
なシリコン表面が出現した後、直ちに電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマCVD装置(ECR−PECVD装置)
にてゲート絶縁膜となるSiO膜106を堆積した。
(図1(d))本実施例1で用いたECR−PECVD
装置の概要を図2に示す。ゲート絶縁膜堆積に際して
は、2.45GHZのマイクロ波が導波管201を通じ
て反応室202に導かれ、ガス導入管203より導入さ
れる100SCCMの酸素をまずプラズマ化する。この時、
マイクロ波の出力は2250Wで有り、反応室202の
外側に設置された外部コイル204に依り反応室202
内の酸素プラズマに875Gaussの磁場を掛けてプ
ラズマ中の電子にECR条件を満足せしめている。この
酸素プラズマは前記発散磁場に依って反応室外に引き出
され、プラズマに対して垂直に置かれた基板205を1
0秒間照射する。基板205の背面にはヒーター206
が有り、基板全体を100℃に保っていた。この時反応
室内の圧力は1.85mtorrで有った。酸素プラズ
マ引き出し口の直後には別のガス導入管207が設けら
れて居り、10秒間で酸素プラズマが十分安定化した
後、このガス導入管207より純度99.999%以上
のシラン60SCCMを酸素プラズマ中に混入させる。こう
して得られた酸素シラン混合プラズマを30秒間基板に
照射してゲート絶縁層となるSiO2膜106を150
0オングストローム堆積した(図1(d))。この時反
応室の圧力は2.35mtorrで有った。
Next, the substrate is washed with boiling nitric acid having a concentration of 60%, and further washed with a 1.67% aqueous hydrofluoric acid solution.
Immediately after immersion for 0 second to remove the native oxide film on the source / drain region 103 and the channel silicon thin film 105 and a clean silicon surface appears, an electron cyclotron resonance plasma CVD device (ECR-PECVD device)
Deposited an SiO 2 film 106 to be a gate insulating film.
(FIG. 1D) ECR-PECVD used in Example 1
An outline of the apparatus is shown in FIG. At the time of depositing the gate insulating film, a microwave of 2.45 GHZ is guided to the reaction chamber 202 through the waveguide 201, and oxygen of 100 SCCM introduced from the gas introduction pipe 203 is first turned into plasma. At this time,
The output of the microwave is 2250 W, and the reaction chamber 202 is driven by an external coil 204 installed outside the reaction chamber 202.
A magnetic field of 875 Gauss is applied to the oxygen plasma inside to satisfy the ECR condition for the electrons in the plasma. The oxygen plasma is drawn out of the reaction chamber by the divergent magnetic field, and the substrate 205 placed perpendicular to the plasma is moved to the reaction chamber 1 by one.
Irradiate for 0 seconds. A heater 206 is provided on the back of the substrate 205.
And the whole substrate was kept at 100 ° C. At this time, the pressure in the reaction chamber was 1.85 mtorr. Immediately after the oxygen plasma outlet, another gas introduction tube 207 is provided. After the oxygen plasma is sufficiently stabilized for 10 seconds, silane 60 SCCM having a purity of 99.999% or more is supplied from the gas introduction tube 207 to the oxygen plasma. Mix in. The substrate thus obtained was irradiated with the oxygen-silane mixed plasma thus obtained for 30 seconds to form an SiO 2 film 106 serving as a gate insulating layer on the substrate for 150 seconds.
0 Å was deposited (FIG. 1D). At this time, the pressure in the reaction chamber was 2.35 mtorr.

【0029】次にクロムをスパッター法で1500オン
グストローム堆積し、パターニングに依り、ゲート電極
107を形成した。この時シート抵抗値は1.356±
0.047Ω/□で有った。本実施例1ではゲート電極
材料としてクロムを用いたが、無論これ以外の導電性物
質も可能で有るし、又その形成方法もスパッター法に限
らず蒸着法やCVD法なども可能で有る。続いてAPC
VD法で層間絶縁膜108となるSiO2膜を5000
オングストローム堆積した。この堆積は本実施例1で下
地SiO膜102を堆積した条件と全く同一で唯一堆
積時間のみを変えて行った。層間絶縁膜形成後、コンタ
クトホールを開け、ソース・ドレイン取り出し電極10
9をスパッター法などで形成し、トランジスタが完成す
る(図1(e))。本実施例1ではソース・ドレイン取
り出し電極材料としてアルミニウムを用いスパッター法
で8000オングストロームの膜厚に堆積して、ソース
・ドレイン取り出し電極を形成した。この時堆積アルミ
ニウム膜のシート抵抗は42.48±2.02mΩ/□
で有った。
Next, chromium was deposited to a thickness of 1500 angstroms by sputtering, and a gate electrode 107 was formed by patterning. At this time, the sheet resistance value is 1.356 ±
0.047Ω / □. Although chromium was used as the gate electrode material in the first embodiment, it is needless to say that other conductive substances can be used, and the formation method is not limited to the sputtering method, but may be a vapor deposition method or a CVD method. Then APC
The SiO 2 film which becomes the interlayer insulating film 108 by the VD method is 5000
Angstrom deposited. This deposition was performed under exactly the same conditions as those for depositing the underlying SiO 2 film 102 in the first embodiment, and only the deposition time was changed. After forming the interlayer insulating film, a contact hole is opened and the source / drain extraction electrode 10 is formed.
9 is formed by a sputtering method or the like, and the transistor is completed (FIG. 1E). In Example 1, a source / drain extraction electrode was formed by depositing a film having a thickness of 8000 Å by sputtering using aluminum as a source / drain extraction electrode material. At this time, the sheet resistance of the deposited aluminum film was 42.48 ± 2.02 mΩ / □.
It was.

【0030】この様にして試作した薄膜トランジスタ
(TFT)の特性の一例Vgs−Ids曲線を図3の3
−aに示した。ここでソース・ドレイン電流Idsはソ
ース・ドレイン間電圧Vds=4V、温度25℃で測定
した。トランジスタサイズはチャンネル部の長さL=1
0μm、幅W=10μmで有った。Vds=4V、Vg
s=10Vでトランジスタをオンさせた時のオン電流は
235mm□の基板の中央と四角の5ヶのトランジスタを
測定した所、ION=4.65±0.39μAと良好なト
ランジスタ特性を有する薄膜半導体装置が得られた。
又、トランジスタの飽和電流領域より求めた電界効果移
動μoと捕獲密度Nt(J.Levinson et
al. J.Appl.Phys 53.1193.1
982)はそれぞれμo=25.85±0.96cm2
v.sec、Nt=(6.81±0.15)×1011
/cm2で有った。図3の3−bには比較の為に従来技術
の一例に依って作成した薄膜半導体装置のトランジスタ
特性を図示した。即ち、チャンネル部シリコン薄膜を減
圧CVD法にて600℃で堆積し、24時間の熱処理を
施さぬ他は総て本実施例1の本発明と同一の工程で薄膜
半導体装置を作成したもので有る。この時、減圧CVD
法でチャンネル部シリコン薄膜を堆積する装置は本実施
例1の本発明で用いた装置と同一で有り、原料ガスのモ
ノシランは12.5SCCM流し、反応炉内圧力は9.0m
torr、堆積速度は11.75オングストローム/m
inで256オングストロームの膜厚に堆積した。この
従来技術の一例のTFTのオン電流はIds=0.91
±0.12μAで電界効果移動度はμo=4.75±
0.20cm2/v.sec、捕獲密度Nt=(5.18
±0.13)×10111/cm2で有った。この他に、チ
ャンネル部シリコン薄膜を同様に減圧CVD法にて60
0℃モノシラン流量12.5SCCMにて堆積し、本実施例
1の本発明と同一の工程でゲート絶縁膜を堆積した後、
ECR−PECVD装置にて水素プラズマ処理を施し、
それ以外は本実施例1の本発明と同一工程で薄膜半導体
装置を作成した。これも水素化処理を行う従来技術の一
例で有る。水素化処理は図2に示したECR−PECV
D装置にてゲート絶縁膜堆積後、真空引きを行い、更に
ヒーター206により基板205の温度を300℃に1
時間掛けて昇温した後に行った。純度99.9999%
以上の水素ガス125SCCMはガス導入管203より反応
室202に導かれ、水素プラズマを立てた。マイクロ波
出力は2000Wで、反応室の圧力は2.63mtor
rで有った。水素プラズマ照射は30分間行った。こう
して作成した薄膜半導体装置のTFT特性を測定した
所、オン電流Ids=0.96±0.13μA、電界効
果移動度μo=4.68±0.22cm2/v.sec、
捕獲密度Nt=(5.12±0.13)×10111/cm
2で有った。即ち、水素プラズマ処理の有無にかかわら
ずチャンネル部シリコン膜を600℃にて減圧CVD法
で堆積する従来技術に比べると、本発明では例えば電界
効果移動度を5倍程度に高めるとのトランジスタ特性の
大幅な向上をもたらす。
An example of the characteristics of the thin film transistor (TFT) thus fabricated is shown in FIG.
-A. Here, the source-drain current Ids was measured at a source-drain voltage Vds = 4 V and a temperature of 25 ° C. Transistor size is channel length L = 1
0 μm and width W = 10 μm. Vds = 4V, Vg
When the transistor is turned on at s = 10 V, the on-current is measured at the center of a 235 mm square substrate and five square transistors, and ION = 4.65 ± 0.39 μA. The device was obtained.
Further, the field-effect movement μo obtained from the saturation current region of the transistor and the trapping density Nt (J. Levinson et.
al. J. Appl. Phys 53 . 1193.1
982) is μo = 25.85 ± 0.96 cm 2 /
v. sec, Nt = (6.81 ± 0.15) × 10 11 1
/ Cm 2 . For comparison, FIG. 3B illustrates transistor characteristics of a thin film semiconductor device manufactured according to an example of the prior art. That is, a thin film semiconductor device was produced in the same process as that of the present invention in Example 1 except that a channel silicon thin film was deposited at 600 ° C. by a low pressure CVD method and was not subjected to a heat treatment for 24 hours. . At this time, low pressure CVD
The apparatus for depositing the channel silicon thin film by the method is the same as the apparatus used in the present invention of Example 1, the monosilane as the raw material gas flows at 12.5 SCCM, and the pressure in the reactor is 9.0 m.
torr, deposition rate 11.75 Å / m
in deposited to a thickness of 256 Å. The on-state current of an example of this conventional TFT is Ids = 0.91.
At 0.12 μA, the field effect mobility is μo = 4.75 ±
0.20 cm 2 / v. sec, capture density Nt = (5.18
± 0.13) × 10 11 1 / cm 2 . In addition, a channel silicon thin film is similarly formed by a low pressure CVD method.
After depositing at 0 ° C. monosilane flow rate of 12.5 SCCM and depositing a gate insulating film in the same process as the present invention of the first embodiment,
Hydrogen plasma treatment with ECR-PECVD equipment,
Otherwise, a thin-film semiconductor device was manufactured in the same process as the present invention of the first embodiment. This is also an example of the prior art for performing the hydrotreating. The hydrogenation treatment was performed using the ECR-PECV shown in FIG.
After depositing the gate insulating film with the D apparatus, vacuum evacuation is performed, and the temperature of the substrate 205 is set to 300 ° C. by the heater 206 to 1 ° C.
The test was performed after the temperature was increased over time. 99.9999% purity
The above hydrogen gas 125 SCCM was led into the reaction chamber 202 from the gas introduction pipe 203 to generate hydrogen plasma. The microwave power is 2000 W and the pressure in the reaction chamber is 2.63 mtorr.
r. The hydrogen plasma irradiation was performed for 30 minutes. When the TFT characteristics of the thin film semiconductor device thus prepared were measured, the on-current Ids = 0.96 ± 0.13 μA and the field-effect mobility μo = 4.68 ± 0.22 cm 2 / v. sec,
Capture density Nt = (5.12 ± 0.13) × 10 11 1 / cm
It was 2 . That is, as compared with the conventional technique in which the channel portion silicon film is deposited at 600 ° C. by the low pressure CVD method regardless of the presence or absence of the hydrogen plasma processing, the transistor characteristic of the present invention is that the field effect mobility is increased to about 5 times, for example. Bring significant improvement.

【0031】次に従来技術の別な一例と本発明との比較
を行う。即ち従来技術の別な一例として、チャンネル部
シリコン薄膜の形成は本実施例1の本発明と同様に行う
ものの、ゲート絶縁膜をAPCVD法で堆積する従来技
術及びゲート絶縁膜をAPCVD法で堆積した後、水素
プラズマ処理を行う従来技術に対する本発明の多大なる
優位性を見る。従来技術で有るゲート絶縁膜をAPCV
D法で堆積して薄膜半導体装置を作成する工程では、ゲ
ート絶縁膜をAPCVD法で1500オングストローム
に堆積した以外、本実施例1の本発明と同一の工程で薄
膜半導体装置を作成した。APCVD法では基板温度を
300℃に保ち、窒素中に20%シランを含んだ窒素、
シラン混合ガスを300SCCM、酸素を420SCCM流し、
約140SLMの希釈用窒素をこれらの原料ガスと共に
流してSiO膜を堆積した。堆積速度は1.85オン
グストローム/secで有った。この様にして作成した
従来技術による薄膜半導体装置のトランジスタ特性を図
3の3−Cに示した。このトランジスタのオン電流はI
ON=1.49±0.05μA、電界効果移動度μo=2
4.60±0.72cm2/v・sec、捕獲密度Nt=
(9.20±0.15)×10111/cm2で有った。こ
の従来技術と本発明を比較すると、本発明は捕獲準位を
大幅に低減し、ゲート電圧Ov付近で急激に立ち上がる
極めて優良な薄膜半導体装置を作成した事が明瞭とな
る。APCVD法でゲート絶縁膜を堆積する従来技術で
は、移動度丈は本発明並に高める事が出来たが、その
実、ソース・ドレイン電流の最小値が−11v付近に有
り捕獲密度も高い為、立ち上がりの傾斜もゆるやかで薄
膜半導体装置として実用的ではなかった。一方更に別な
る従来技術の一例を図3の3−dに示す。ここではチャ
ンネル部シリコン薄膜の形成は本実施例1の本発明と同
様に行うものの、ゲート絶縁膜はAPCVD法で堆積
し、その後水素プラズマ処理を施す技術で有る。ゲート
絶縁膜を前述と同一の条件で堆積し、その後直ちにEC
R−PECVD装置により前述と同一の条件で水素プラ
ズマ照射を施した他は本実施例1の本発明と同一の工程
を経て薄膜半導体装置を作成した。こうして得られたT
FTの特性を図3の3−dに示した。オン電流はIds
=2.91±0.30μA、電界効果移動度μo=2
4.51±0.67cm2/v・sec、捕獲密度Nt=
(7.94±0.15)×10111/cm2で有った。こ
のプラズマ処理を用いた従来技術に比較しても本発明は
あらゆるパラメーターで良好な特性を示している事が分
かる。又水素プラズマ処理を施した従来技術で作成した
トランジスタでは測定した5つのトランジスタの内1つ
が+2V程度しきい値電圧Vthがずれており、前述の
各パラメーターの平均値と標準偏差の値にこのトランジ
スタの値を含ませていない。即ち水素プラズマ処理を用
いた従来技術では水素プラズマ処理を行わない従来技術
に対してトランジスタ特性は改善されるが、大面積に均
一に同質なトランジスタを作成する事は困難で有った。
加えて水素プラズマ処理を施した試料はロット間の変動
が大きく、安定的な生産が困難で有る。とりわけ、しき
い値電圧のずれとソース・ドレイン電流が最小となるゲ
ート電圧値の変動がロット間で非常に大きい。これに対
して本発明に依り、ばらつきの原因となる水素化処理を
排除して尚、従来よりも優良なトランジスタを大面積上
に均一に作成し得た事が分かる。
Next, another example of the prior art will be compared with the present invention. That is, as another example of the prior art, the channel portion silicon thin film is formed in the same manner as the present invention of the first embodiment, but the gate insulating film is deposited by the APCVD method and the gate insulating film is deposited by the APCVD method. Later, we see the great advantage of the present invention over the prior art of performing hydrogen plasma processing. APCV is a gate insulating film that is a conventional technology.
In the step of forming a thin film semiconductor device by depositing by the method D, a thin film semiconductor device was formed by the same steps as the present invention of Example 1 except that the gate insulating film was deposited at 1500 Å by the APCVD method. In the APCVD method, the substrate temperature is kept at 300 ° C., and nitrogen containing 20% silane in nitrogen,
Silane mixed gas is flowed at 300 SCCM and oxygen at 420 SCCM,
Approximately 140 SLM of nitrogen for dilution was flowed with these source gases to deposit a SiO 2 film. The deposition rate was 1.85 Å / sec. The transistor characteristics of the thin film semiconductor device according to the prior art thus prepared are shown in FIG. The ON current of this transistor is I
ON = 1.49 ± 0.05 μA, field effect mobility μo = 2
4.60 ± 0.72 cm 2 / v · sec, capture density Nt =
(9.20 ± 0.15) × 10 11 1 / cm 2 . Comparing this prior art with the present invention, it is clear that the present invention has significantly reduced the trap level and produced an extremely excellent thin-film semiconductor device which rises rapidly near the gate voltage Ov. In the prior art in which the gate insulating film is deposited by the APCVD method, the mobility length can be increased to the same level as that of the present invention, but in fact, the minimum value of the source / drain current is around -11v and the trapping density is high. Is gentle and not practical as a thin film semiconductor device. On the other hand, another example of the related art is shown in FIG. Here, the channel portion silicon thin film is formed in the same manner as in the present invention of the first embodiment, but the gate insulating film is deposited by the APCVD method and then subjected to a hydrogen plasma treatment. A gate insulating film is deposited under the same conditions as described above, and immediately thereafter,
A thin-film semiconductor device was manufactured through the same steps as the present invention of Example 1 except that hydrogen plasma irradiation was performed under the same conditions as described above using an R-PECVD apparatus. T thus obtained
The characteristics of the FT are shown in FIG. ON current is Ids
= 2.91 ± 0.30 μA, field effect mobility μo = 2
4.51 ± 0.67 cm 2 / v · sec, capture density Nt =
(7.94 ± 0.15) × 10 11 1 / cm 2 . It can be seen that the present invention shows good characteristics in all parameters even in comparison with the prior art using this plasma treatment. Also, in the transistor manufactured by the prior art that has been subjected to the hydrogen plasma treatment, one of the five measured transistors has a threshold voltage Vth shifted by about +2 V, and the average value and the standard deviation value of each of the above-described parameters are different from each other. Does not include the value of. That is, although the transistor characteristics are improved in the conventional technology using the hydrogen plasma process as compared with the conventional technology not performing the hydrogen plasma process, it is difficult to form a uniform transistor uniformly over a large area.
In addition, the sample subjected to the hydrogen plasma treatment has a large fluctuation between lots, and it is difficult to stably produce the sample. In particular, the variation of the threshold voltage and the fluctuation of the gate voltage at which the source / drain current is minimized are extremely large between lots. On the other hand, according to the present invention, it can be understood that a hydrogenation treatment which causes variation can be eliminated, and a transistor superior to the conventional one can be uniformly formed on a large area.

【0032】(実施例2)チャンネル部となるシリコン
薄膜(図1.104)の堆積時間を変えてシリコン薄膜
104の堆積膜厚を変えた他は総て実施例1の本発明と
同じ工程に依り薄膜半導体装置を作成した。本実施例2
ではシリコン薄膜104を190オングストローム、2
80オングストローム、515オングストローム、10
00オングストローム、1100オングストローム、1
645オングストロームと六種の異なった膜厚とし、そ
れぞれ薄膜半導体装置を作成した。こうして得られた薄
膜半導体装置のオン電流とオフ電流の比をチャンネル部
シリコン膜の膜厚に対して図示した結果が図4で有る。
この図から分かる様にチャンネル部シリコン膜半導体層
の膜厚が500オングストローム以下となる薄膜半導体
装置ではオン・オフ比が急激に改善されて7桁以上を示
す良好な特性が得られた。
(Example 2) All steps were the same as those of the present invention of Example 1, except that the deposition time of the silicon thin film (FIG. 1.104) to be the channel portion was changed to change the thickness of the silicon thin film 104 deposited. Accordingly, a thin film semiconductor device was prepared. Example 2
In this case, the silicon thin film 104 is 190 angstrom, 2
80 angstroms, 515 angstroms, 10
00 angstroms, 1100 angstroms, 1
645 angstroms and six different film thicknesses were prepared for each of the thin film semiconductor devices. FIG. 4 shows the ratio of the on-state current to the off-state current of the thin film semiconductor device thus obtained with respect to the thickness of the channel portion silicon film.
As can be seen from the figure, in the thin film semiconductor device in which the thickness of the channel portion silicon film semiconductor layer is 500 angstrom or less, the on / off ratio is sharply improved and good characteristics showing seven digits or more are obtained.

【0033】(実施例3)ソース領域或いはドレイン領
域の少なくともどちらか一方の領域がゲート絶縁膜を介
してゲート電極と重なり合っていない構造を有する薄膜
半導体装置(オフ・セット型薄膜半導体装置)を実施例
1の本発明と同一の製造方法にて作成した。本実施例3
ではオフ・セット型薄膜半導体装置として図5(a)に
示すスタガード型薄膜半導体装置をアラインメントを高
精度に行う事に依り作成したが、オフ・セット型薄膜半
導体装置としては無論これ以外の構造の物も可能で有
る。例えば図5(b)に示すようにソース・ドレイン領
域503を真性シリコン薄膜にゲート電極504をマス
クとして不純物イオンを打ち込んで作成する方法や図5
(c)に示すゲート電極505が下側に有る逆スタガー
ド型薄膜半導体装置でソース・ドレイン領域507をマ
スク材506を用いて作成した物なども可能で有る。
(Embodiment 3) A thin-film semiconductor device (off-set thin-film semiconductor device) having a structure in which at least one of a source region and a drain region does not overlap with a gate electrode via a gate insulating film is implemented. It was prepared by the same manufacturing method as that of the present invention in Example 1. Example 3
In FIG. 5A, a staggered thin film semiconductor device as shown in FIG. 5 (a) was created by performing alignment with high precision. Things are also possible. For example, as shown in FIG. 5B, the source / drain region 503 is formed by implanting impurity ions into an intrinsic silicon thin film using the gate electrode 504 as a mask.
An inverted staggered thin-film semiconductor device in which the gate electrode 505 shown in (c) is on the lower side and the source / drain region 507 is formed using the mask material 506 is also possible.

【0034】本実施例3では下地基板として直径75mm
の溶融石英ガラスを用いた他は実施例1の本発明と同じ
製造方法でオフ・セット型薄膜半導体装置を作成した。
即ち、まず基板洗浄を施し、下地SiO膜をAPCV
D法などで堆積した後、リン添加されたシリコン膜をL
PCVD法で堆積し、更にパターニングする事に依りソ
ース・ドレイン領域501を形成した。ここで後にチャ
ンネル長Lとなるソース・ドレイン領域間距離は10.
5μmで有った。次に実施例1の本発明と同様にしてチ
ャンネル部となるシリコン薄膜を21.2オングストロ
ーム/minの堆積速度で248オングストロームの膜
厚に堆積した。但し、実施例1の本発明では基板の表側
を下向きとして基板を反応炉に挿入したが、本実施例3
では235mm□のダミー石英板上に直径75mmの基板を
表側を上向きに乗せて、反応炉に挿入した。以下実施例
1の本発明と全く同じ製造方法で熱処理を施し、ゲート
絶縁層を堆積し、更にゲート電極502を形成した。こ
のゲート電極502の幅は10.0μmで、ソース・ド
レイン間距離10.5μmの中心とゲート電極幅10.
0μmの中心が一致するように高精度アラインメントを
行った。この結果、チャンネル領域に於けるゲート電極
端位置とソース領域端との距離(オフセット距離)はそ
れぞれ0.25μmとなる。その後実施例1の本発明と
同様の製造方法で層間絶縁膜を堆積し、コンタクト・ホ
ール開口後アルミニウムを用いて配線し、薄膜半導体装
置が完成した。
In the third embodiment, the base substrate has a diameter of 75 mm.
An off-set type thin-film semiconductor device was manufactured by the same manufacturing method as in the present invention of Example 1 except that the fused silica glass was used.
That is, first, the substrate is washed, and the underlying SiO 2 film is subjected to APCV.
After deposition by the D method or the like, the silicon film doped with phosphorus is
The source / drain region 501 was formed by depositing by PCVD and further patterning. Here, the distance between the source and drain regions, which will be the channel length L later, is 10.
It was 5 μm. Next, in the same manner as in Example 1 of the present invention, a silicon thin film serving as a channel portion was deposited at a deposition rate of 21.2 Å / min to a film thickness of 248 Å. However, in the present invention of Example 1, the substrate was inserted into the reaction furnace with the front side of the substrate facing downward.
In this example, a substrate having a diameter of 75 mm was placed on a dummy quartz plate of 235 mm square with its front side facing upward and inserted into the reaction furnace. Thereafter, heat treatment was performed by the same manufacturing method as that of the present invention in Example 1, a gate insulating layer was deposited, and a gate electrode 502 was further formed. The width of the gate electrode 502 is 10.0 μm, the center of the source-drain distance 10.5 μm and the gate electrode width 10.
High-precision alignment was performed so that the center of 0 μm coincided. As a result, the distance (offset distance) between the gate electrode end position and the source region end in the channel region is 0.25 μm. Thereafter, an interlayer insulating film was deposited by the same manufacturing method as that of the present invention in Example 1, and wiring was performed using aluminum after opening the contact holes, thereby completing a thin film semiconductor device.

【0035】この様にして作成した薄膜半導体装置のト
ランジスタ特性の一例Vgs−Ids曲線を図6の6−
aに示した。図6の3−aは実施例1の本発明で試作し
た自己非整合型スタガード構造薄膜半導体装置のトラン
ジスタ特性で有る。図からも明確に分かる様に本実施例
3の本発明ではゲート電圧が負の時に生じるリーク電流
を大幅に低下させる事が可能で有る。実際本実施例3の
本発明に於いてはゲート電圧が−2.5V以下ではソー
ス・ドレイン電流を0.1pA程度に押さえている。図
6の6−bは実施例1の従来技術に依りオフセット型薄
膜半導体装置を作成した時に得られるトランジスタ特性
を比較の為に示している。即ち、チャンネル部シリコン
薄膜は600℃の減圧CVD法で堆積され、ソース・ド
レイン間距離10.5μmの中心とゲート電極幅10.
0μmの中心を高精度アラインメントで位置合わせしオ
フセット型薄膜半導体装置を作成した時に得られるトラ
ンジスタ特性で有る。これ故図6の6−bは従来技術の
自己非整合型スタガード構造薄膜半導体装置のトランジ
スタ特性図6の3−bと直接比較し得る。従来技術に依
るオフ・セット型薄膜半導体装置に於いてもリーク電流
を0.1pA程度以下に低く保つ事は可能で有るが、従
来技術に於いてオフセット型薄膜半導体装置を作成する
とオン電流や移動度などトランジスタの正特性も低下し
て仕舞い、実用的では無かった。例えば従来技術に依る
オフセット型薄膜半導体装置のオン電流はIds=0.
090±0.01μAと自己非整合型薄膜半導体装置に
比べてオン電流は一桁以上低下して仕舞う。又この時の
移動度もμo=3.33±0.15cm2/v・secと
同様に約3割劣化している。この理由に依り、従来技術
に依るオフセット型薄膜半導体装置の製造はその価値が
無かった。これに対し、本実施例3の本発明は図6の6
−aに示されている通り、リーク電流は低く押さえ、且
つオン電流も高く維持している。本実施例3の本発明で
はオン電流としてIds=3.71±0.43μAが得
られ、自己非整合型薄膜半導体装置のオン電流に比べて
も殆ど遜色は見られない。又本実施例3の本発明では移
動度もμo=22.00±0.95cm2/v・secと
良好な値を示した。
An example of the transistor characteristics of the thin-film semiconductor device thus prepared is shown by a Vgs-Ids curve of FIG.
a. FIG. 6A shows the transistor characteristics of the self-unmatched type staggered structure thin film semiconductor device experimentally manufactured in the first embodiment of the present invention. As can be clearly seen from the figure, in the present invention of the third embodiment, it is possible to greatly reduce the leak current generated when the gate voltage is negative. In fact, in the third embodiment of the present invention, when the gate voltage is -2.5 V or less, the source / drain current is suppressed to about 0.1 pA. 6-b of FIG. 6 shows, for comparison, transistor characteristics obtained when an offset type thin film semiconductor device is manufactured according to the conventional technique of the first embodiment. That is, the channel portion silicon thin film is deposited by a low pressure CVD method at 600 ° C., the center of the source-drain distance is 10.5 μm, and the gate electrode width is 10.
This is a transistor characteristic obtained when an offset type thin film semiconductor device is manufactured by aligning the center of 0 μm with high precision alignment. Therefore, 6-b in FIG. 6 can be directly compared with 3-b in FIG. 6 of the transistor characteristics of the conventional self-unmatched staggered structure thin film semiconductor device. Although it is possible to keep the leak current as low as about 0.1 pA or less in the off-set type thin film semiconductor device according to the prior art, when the offset type thin film semiconductor device is manufactured in the prior art, the on-current and the transfer current are reduced. The positive characteristics of the transistor, such as the degree, also deteriorated and ended, which was not practical. For example, the on-state current of an offset type thin film semiconductor device according to the prior art is Ids = 0.
090 ± 0.01 μA, which is lower than the self-mismatched thin film semiconductor device by one digit or more. The mobility at this time is also degraded by about 30% as in the case of μo = 3.33 ± 0.15 cm 2 / v · sec. For this reason, the manufacture of the offset type thin film semiconductor device according to the prior art was not worthwhile. On the other hand, the present invention according to the third embodiment corresponds to 6 in FIG.
As shown in -a, the leak current is kept low and the on-current is kept high. According to the third embodiment of the present invention, Ids = 3.71 ± 0.43 μA is obtained as the ON current, which is almost equal to the ON current of the self-mismatched thin film semiconductor device. In the present invention of Example 3, the mobility also showed a good value of μo = 22.00 ± 0.95 cm 2 / v · sec.

【0036】(実施例4)実施例3では高精度アライン
メントを行う事に依りオフセット型薄膜半導体装置を作
成したが、無論これ以外にも本発明は有効で有る。図5
(b)では真性シリコン膜を堆積し、ゲート電極をパタ
ーニングした後、不純物イオンを添加する事でオフセッ
ト型薄膜半導体装置を作成した。この方法について詳述
する。
(Embodiment 4) In Embodiment 3, an offset type thin film semiconductor device was produced by performing high-precision alignment. However, the present invention is, of course, effective other than this. FIG.
In (b), an offset type thin film semiconductor device was prepared by depositing an intrinsic silicon film, patterning the gate electrode, and adding impurity ions. This method will be described in detail.

【0037】図7(a)〜(d)は本実施例4に於ける
オフセット型スタガード構造のMIS型電界効果トラン
ジスタを構成するシリコン薄膜半導体装置の構造工程を
断面で示した図で有る。まず実施例1と同様基板701
を洗浄した後、下地保護膜702としてSiO膜を2
000オングストローム程度堆積する。続いて第一のシ
リコン膜を300オングストローム程度以上堆積し、パ
ターニングを行う事でパッドとなるシリコン膜703を
形成する。この第一のシリコン膜として本実施例では実
施例1でチャンネル部シリコン膜を堆積したLPCVD
装置を用いて堆積温度600℃シラン流量12.5SCCM
で1250オングストロームに堆積したが、これ以外に
も同じLPCVD装置を用いて堆積温度550℃程度で
シリコン膜を堆積する事も、原料ガスとしてジシラン
(Si26)を用いて堆積温度450℃程度で堆積する
事も、PECVD法にて250℃程度でシリコン膜を堆
積する事も可能で有る。工程最高温度600℃を越えぬ
膜形成温度で有るならば、如何なる方法であっても構わ
ない。次に第二のシリコン膜704を堆積するが、この
第二のシリコン膜の膜厚が300オングストローム程度
以上有り、不純物注入後のソース・ドレイン領域の抵抗
値がトランジスタを動作させた時のチャンネル領域の抵
抗値に比べて充分低ければ、第一のシリコン膜又はパッ
ドとなるシリコン膜703は必要とされない。本実施例
4では第二のシリコン膜704を実施例1の本発明でチ
ャンネル部となるシリコン薄膜と同じ方法で堆積した。
即ちLPCVD法にてモノシランを原料ガスとし、堆積
温度550℃、シラン流量100SCCM堆積速度21.2
オングストローム/minで250オングストロームの
膜厚に堆積した。しかし、第二のシリコン膜形成方法は
第一のシリコン膜と同様、工程最高温度600℃を越え
ぬ膜形成温度で有るならば、如何なる方法でも可能で有
る。例えば、第二のシリコン膜も堆積温度600℃、シ
ラン流量12.5SCCM、反応炉内圧力9.0mtorrで堆
積しても構わぬし、又、原料ガスにジシランやトリシラ
ンなどの高次シランを用いて更に低温で膜形成する事も
可能で有る。この様に何らかの方法で第二のシリコン膜
704を形成し(図7(b))、パターニングを行った
後、実施例1の本発明と同様の方法でゲート絶縁層70
5を形成した。即ち、ECR−PECVD法でSiO
膜を1500オングストローム堆積した。ゲート絶縁層
705の形成手段としては第二のシリコン膜704が多
結晶シリコン膜である場合、APCVD法で形成する事
も出来る。次にゲート電極となる金属膜などを形成す
る。本実施例4ではゲート電極材料として燐を高濃度に
添加したシリコン膜を用いた。ここではLPCVD法で
堆積温度600℃、モノシラン200SCCM、ヘリウムが
99.5%でホスフィンが0.5%のヘリウム・ホスフ
ィン混合ガスを6SCCM更にヘリウム100SCCMを流し、
炉内圧力100mtorr で3000オングストロームの膜
厚に堆積した。成膜直後のシート抵抗値は744Ω/□
で有った。引き続いてレジストを塗布し、レジストのパ
ターニングを行った後、CFとOの混合プラズマに
依り燐添加シリコン膜のパターニングを行った。CF
とOの比がそれぞれ200SCCMと200SCCMで入射波
出力700Wでパターニングを行った。この時の燐添加
シリコン膜のエッチング速度は15.4オングストロー
ム/secで5分57秒間エッチングを行い、ゲート電
極706を作成した。燐添加シリコン膜の膜厚は300
0オングストロームで有ったので、このプラズマエッチ
ングに依り、ゲート電極幅はレジスト707に比べて左
右それぞれ2500オングストローム程度細められてい
る(図7(c))。次にゲート電極706作成に用いた
レジスト707を剥離せずに残したまま、不純物イオン
を添加する。本実施例4では不純物として燐を選びn型
薄膜半導体装置を目指したが、無論他元素もその目的に
応じて可能で有る。本実施例4では質量分析装置が付い
ていないイオン打ち込み装置を用いて不純物イオン添加
を施した。原料ガスとして水素中に希釈された濃度5%
のホスフィンを用い、加速電圧110kVで3×1015
1/cm 2の濃度に打ち込んだ。この様にして、第一のシ
リコン膜と第二のシリコン膜の一部はソース・ドレイン
領域708となり、又ゲート電極作成に用いたレジスト
707は膜厚がおよそ2μm程度有るため、この下に位
置する第二のシリコン膜はイオン添加されず、チャンネ
ル部709を構成するに至る(図7(c))。又、この
方法に依り、オフセット型薄膜半導体装置が作成され
る。次にゲート電極作成用レジスト707を剥離した
後、該基板に600℃で7時間以上の熱処理を施し、添
加不純物イオンの活性化及び、チャンネル部シリコン膜
709の結晶性が不充分な場合の結晶化を促進する。本
実施例4では実施例1の本発明で行った熱処理と同様窒
素雰囲気下600℃にて23時間の熱処理を施した。続
いて層間絶縁膜としてSiO2710をAPCVD法な
どで5000オングストローム堆積し、更に質量分析装
置の付いていないイオン打ち込み装置にて、水素を加速
電圧80kVで5×10151/cm2 打ち込んだ後、コン
タクト・ホールを開口し、アルミニウムなどで配線71
1をし、オフセット型薄膜半導体装置が完成する。
FIGS. 7A to 7D show the fourth embodiment.
MIS field-effect transformer with offset staggered structure
Structural process of silicon thin-film semiconductor device
It is a diagram shown in cross section. First, as in the first embodiment, the substrate 701 is used.
After being cleaned, SiO 2 is used as the undercoat protective film 702.2Membrane 2
Deposit about 2,000 angstroms. Then the first
Deposit a recon film over 300 angstroms or more.
By turning, the silicon film 703 that becomes the pad
Form. In this embodiment, the first silicon film is actually used.
LPCVD with channel silicon film deposited in Example 1
Deposition temperature 600 ° C using equipment silane flow rate 12.5SCCM
Deposited at 1250 angstroms, but besides this
Using the same LPCVD equipment at a deposition temperature of about 550 ° C.
Depositing a silicon film also requires disilane as the source gas.
(SiTwoH6) Is deposited at a deposition temperature of about 450 ° C.
Also, the silicon film is deposited at about 250 ° C by PECVD.
It is also possible to pile up. Process maximum temperature does not exceed 600 ° C
Any method may be used as long as it is at the film formation temperature.
Absent. Next, a second silicon film 704 is deposited.
The thickness of the second silicon film is about 300 Å
Above, resistance of source / drain region after impurity implantation
The value is the resistance of the channel region when the transistor is activated.
If the resistance is sufficiently low, the first silicon film or
The silicon film 703 serving as a gate is not required. This embodiment
In the fourth embodiment, the second silicon film 704 is used in the present invention of the first embodiment.
It was deposited by the same method as the silicon thin film to be the channel portion.
That is, monosilane is used as a source gas by the LPCVD method, and deposition is performed.
Temperature 550 ° C., silane flow rate 100 SCCM deposition rate 21.2
250 angstrom / min
Deposited to film thickness. However, the second silicon film formation method is
As with the first silicon film, the process maximum temperature exceeds 600 ° C
Any method is possible if the film formation temperature is
You. For example, the second silicon film is also deposited at a deposition temperature of 600.degree.
Run at a flow rate of 12.5 SCCM and a pressure of 9.0 mtorr in the reactor.
It can be stacked, and disilane or trisila
Film formation at lower temperature using higher order silane such as
It is possible. In this way, the second silicon film
704 was formed (FIG. 7B), and patterning was performed.
Thereafter, the gate insulating layer 70 is formed in the same manner as in the first embodiment of the present invention.
5 was formed. That is, SiO is formed by the ECR-PECVD method.2
The film was deposited at 1500 Å. Gate insulation layer
As a means for forming 705, the second silicon film 704 is often used.
If it is a crystalline silicon film, it must be formed by APCVD.
You can also. Next, a metal film to be a gate electrode is formed.
You. In the fourth embodiment, a high concentration of phosphorus is used as a gate electrode material.
The added silicon film was used. Here, the LPCVD method
Deposition temperature 600 ° C, monosilane 200 SCCM, helium
Helium phosphine with 99.5% and 0.5% phosphine
6 SCCM of helium mixed gas and 100 SCCM of helium
3000 angstrom membrane at a furnace pressure of 100 mtorr
Thick deposited. Sheet resistance immediately after film formation is 744Ω / □
It was. Subsequently, a resist is applied, and the resist
After turning, CF4And O2Mixed plasma
Accordingly, the phosphorus-added silicon film was patterned. CF4
And O2Incident wave at 200 SCCM and 200 SCCM respectively
Patterning was performed at an output of 700 W. Add phosphorus at this time
Silicon film etching rate is 15.4 angstroms
Etching for 5 minutes and 57 seconds at
A pole 706 was created. The thickness of the phosphorus-added silicon film is 300
Because it was 0 angstroms, this plasma etch
The gate electrode width is more left than that of the resist 707
Each right is narrowed by about 2500 Angstroms
(FIG. 7 (c)). Next, it was used for forming the gate electrode 706.
With the resist 707 left without being stripped, impurity ions
Is added. In the fourth embodiment, n-type is selected by selecting phosphorus as an impurity.
We aimed at thin film semiconductor devices, but of course other elements
It is possible according to. Example 4 has a mass spectrometer
Impurity ions using a non-implanted ion implanter
Was given. 5% concentration diluted in hydrogen as source gas
3 × 10 3 at an accelerating voltage of 110 kVFifteen
1 / cm TwoInto the concentration. In this way, the first system
Part of the recon film and the second silicon film are source / drain
A region 708 is formed, and the resist used for forming the gate electrode is formed.
707 has a thickness of about 2 μm, and
No ion is added to the second silicon film to be
(FIG. 7C). Also this
In accordance with the method, an offset type thin film semiconductor device is created.
You. Next, the gate electrode forming resist 707 was removed.
Thereafter, the substrate is subjected to a heat treatment at 600 ° C. for 7 hours or more,
Activation of doped ions and channel silicon film
709 promotes crystallization when the crystallinity is insufficient. Book
In Example 4, nitriding was performed in the same manner as in the heat treatment performed in Example 1 of the present invention.
A heat treatment was performed at 600 ° C. for 23 hours in an elementary atmosphere. Continued
And SiO as an interlayer insulating filmTwo710 is APCVD method
5000 Angstrom deposition and mass spectrometer
Accelerates hydrogen with an ion implantation device without a storage
5 × 10 at 80 kVFifteen1 / cmTwo After driving in,
Open the tact hole, and make wiring 71 with aluminum etc.
1 to complete the offset type thin film semiconductor device.

【0038】こうして作成したオフセット型薄膜半導体
装置のトランジスタ特性を測定した所、L=W=10μ
m、Vds=4Vでオン電流は3.4μA、ソース・ド
レイン電流の最小値はVgs=−3.5Vの時0.09
pA、又Vgs=−10Vで定義したオフ電流は0.2
8pAと、トランジスタ・オフ時のリーク電流を低く押
さえ、且つ良好なオン電流を得る事が出来た。
When the transistor characteristics of the offset-type thin film semiconductor device thus prepared were measured, L = W = 10 μm
m, Vds = 4 V, ON current is 3.4 μA, and minimum value of source / drain current is 0.09 when Vgs = −3.5 V
The off-state current defined by pA and Vgs = −10 V is 0.2
The leakage current when the transistor was turned off was 8 pA, which was low, and a good on current was obtained.

【0039】実施例3及び実施例4で述べた様にオフセ
ット型薄膜半導体装置でソース領域・ドレイン領域が形
成された後、熱処理を加える事でオン電流は高く、リー
ク電流の小さい薄膜半導体装置を作成可能で有るが、本
発明が実施例3及び実施例4で詳述したオフセット型薄
膜半導体装置の製造方法だけに限定される物では決して
無い。例えば実施例4でオフセット型薄膜半導体装置を
作成する方法としてゲート電極幅よりも広い幅を持つレ
ジストを打ち込みのマスクとしたが、他にも様々な方法
が有る。例えば金属をゲート電極として用い、この表面
及び側面を酸化してゲート電極を細めた後に不純物イオ
ンを打ち込む事などでもオフセット型薄膜半導体装置を
作成出来る。又、図5(c)に示したように逆スタガー
ド構造に於いてもマスク材506の幅をゲート電極50
5よりも広げる事などでオフセット型薄膜半導体装置と
なる。本発明はこれらあらゆる製造方法で作成されたオ
フセット型薄膜半導体装置に有効で有る。
After the source region and the drain region are formed in the offset type thin film semiconductor device as described in the third and fourth embodiments, a heat treatment is applied to increase the on-current and reduce the leak current. Although it can be made, the present invention is by no means limited to only the method of manufacturing the offset type thin film semiconductor device described in the third and fourth embodiments. For example, in Example 4, a resist having a width wider than the gate electrode width is used as a mask for implantation as a method of manufacturing an offset type thin film semiconductor device, but there are various other methods. For example, an offset-type thin-film semiconductor device can be manufactured by using a metal as a gate electrode, oxidizing the surface and side surfaces thereof, narrowing the gate electrode, and then implanting impurity ions. Also, as shown in FIG. 5C, in the inverted staggered structure, the width of the mask
An offset type thin-film semiconductor device can be obtained by extending the width from 5 or more. The present invention is effective for offset type thin film semiconductor devices manufactured by any of these manufacturing methods.

【0040】(実施例5)図8(a)〜(f)はMIS
型電界効果トランジスタを形成するシリコン薄膜半導体
装置の製造工程を断面で示した図で有る。
(Embodiment 5) FIGS. 8A to 8F show the MIS
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a silicon thin film semiconductor device for forming a field effect transistor.

【0041】本実施例5では絶縁性基板801として2
35mm□の石英ガラスを用いたが、600℃の温度に耐
え得る基板又は下地物質で有るならば、その種類や大き
さは無論問われない。例えばシリコン・ウェハー上に形
成された三次元LSIなども下地基板として可能で有
る。まず有機洗浄及び酸洗浄した石英ガラス基板801
上面に下地SiO2膜802を常圧化学気相堆積法(A
PCVD法)で堆積した。下地SiO2膜802の形成
は基板温度300℃、シラン流量120SCCM、酸素84
0SCCM、窒素約140SLMで堆積した。この時の堆積
速度は3.9オングストローム/secで、堆積時間は
8分33秒で有った。次にドナー又はアクセプターとな
る不純物を含んだシリコン薄膜803を減圧気相化学堆
積法(LPCVD法)にて堆積した(図8(a))。本
実施例5では不純物としてリンを選び、フォスフィン
(PH)0.03SCCM、シラン(SiH)200SC
CMを原料ガスとして堆積温度600℃で1500オング
ストローム堆積した。この時の堆積速度は30オングス
トローム/minで成膜直後のシート抵抗値は1951
Ω/□で有った。次に前記シリコン薄膜803上にレジ
ストを形成し、四弗化炭素(CF)、酸素(O)、
窒素(N)等の混合プラズマでパターニングを行い、
ソース・ドレイン領域804を形成した。続いて該領域
804表面上の汚物・自然酸化膜を取り除いた後、直ち
にアモルファス・シリコン薄膜805を減圧CVD法で
堆積した。(図8(b))本実施例5に於ける減圧CV
D装置は184.5lで反応室は石英ガラスに依り作成
されている。反応室の外側には3ゾーンに分かれたヒー
ターが設置されており、それら3つのヒーターを独立に
調整する事で反応室内中央部付近に所望の温度で等温領
域を形成する。基板はこの等温領域内に水平に設置し
て、アモルファス・シリコン薄膜805を堆積した。ア
モルファス・シリコン薄膜805は原料ガスとしてジシ
ラン(Si)100SCCMを用い、希釈ガスとして
ヘリウム(He)100SCCMを使用した。堆積温度は4
50℃であった。本実施例5のアモルファス・シリコン
薄膜805を堆積する為に用いた減圧CVD炉の排気は
メカニカル・ブースター・ポンプとロータリー・ポンプ
を直結して行っている。メカニカル・ブースター・ポン
プと反応炉の間にはコンダクタンス・バルブが取り付け
て有り、このバルブの開閉量を調整する事で、反応室内
の圧力を所望の値に調整・維持可能となる。本実施例5
ではアモルファス・シリコン薄膜805を堆積中、反応
室内の圧力を306mtorr に保った。堆積速度は18.
07オングストローム/minで、307オングストロ
ームの膜厚にアモルファス・シリコン薄膜805を堆積
した。次にこの様にして作成されたアモルファス・シリ
コン薄膜805上にレジストを形成し、四弗化炭素、酸
素、窒素等の混合プラズマでパターニングを行い、いず
れチャンネル部となる位置に丈アモルファス・シリコン
薄膜806を残した。
In the fifth embodiment, as the insulating substrate 801, 2
Although quartz glass of 35 mm square was used, the type and size of the substrate or base material are not limited as long as the substrate or base material can withstand a temperature of 600 ° C. For example, a three-dimensional LSI formed on a silicon wafer can be used as a base substrate. First, a quartz glass substrate 801 that has been subjected to organic cleaning and acid cleaning
An underlying SiO 2 film 802 is formed on the upper surface by atmospheric pressure chemical vapor deposition (A
(PCVD method). The base SiO 2 film 802 is formed at a substrate temperature of 300 ° C., a silane flow rate of 120 SCCM, and oxygen of 84
Deposited at 0 SCCM, about 140 SLM nitrogen. At this time, the deposition rate was 3.9 angstroms / sec, and the deposition time was 8 minutes and 33 seconds. Next, a silicon thin film 803 containing impurities serving as donors or acceptors was deposited by a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method (FIG. 8A). In Example 5, phosphorus was selected as an impurity, and phosphine (PH 3 ) 0.03 SCCM and silane (SiH 4 ) 200 SC
1500 Å was deposited at a deposition temperature of 600 ° C. using CM as a source gas. At this time, the deposition rate was 30 Å / min, and the sheet resistance immediately after the film formation was 1951.
Ω / □. Next, a resist is formed on the silicon thin film 803, and carbon tetrafluoride (CF 4 ), oxygen (O 2 ),
Patterning with a mixed plasma such as nitrogen (N 2 )
Source / drain regions 804 were formed. Subsequently, immediately after removing the dirt / natural oxide film on the surface of the region 804, an amorphous silicon thin film 805 was deposited by a low pressure CVD method. (FIG. 8 (b)) Decompression CV in Embodiment 5
The D apparatus is 184.5 l, and the reaction chamber is made of quartz glass. A heater divided into three zones is installed outside the reaction chamber, and an isothermal region is formed at a desired temperature near the center of the reaction chamber by independently adjusting the three heaters. The substrate was placed horizontally in this isothermal area and an amorphous silicon thin film 805 was deposited. For the amorphous silicon thin film 805, disilane (Si 2 H 6 ) 100 SCCM was used as a source gas, and helium (He) 100 SCCM was used as a diluent gas. Deposition temperature is 4
It was 50 ° C. The evacuation of the low pressure CVD furnace used for depositing the amorphous silicon thin film 805 of Embodiment 5 is performed by directly connecting a mechanical booster pump and a rotary pump. A conductance valve is mounted between the mechanical booster pump and the reactor, and the pressure in the reaction chamber can be adjusted and maintained at a desired value by adjusting the opening / closing amount of the valve. Example 5
During the deposition of the amorphous silicon thin film 805, the pressure in the reaction chamber was maintained at 306 mtorr. The deposition rate is 18.
An amorphous silicon thin film 805 was deposited at a thickness of 307 Å at a rate of 07 Å / min. Next, a resist is formed on the amorphous silicon thin film 805 formed in this manner, and patterned by a mixed plasma of carbon tetrafluoride, oxygen, nitrogen, etc. 806 remained.

【0042】次に、この基板を沸騰している濃度60%
の硝酸にて洗浄し、更に1.67%弗化水素酸水溶液に
20秒間浸してソース・ドレイン領域804といずれチ
ャンネル部となる位置に残されたアモルファス・シリコ
ン薄膜806上の自然酸化膜を取り除いて清浄なシリコ
ン膜が出現した後、直ちに電子サイクロトロン共鳴プラ
ズマCVD装置(ECR−PECVD装置)にて酸素プ
ラズマ807を照射した。(図8(c))本実施例5で
用いたECRーPECVD装置の概要を図2に示す。酸
素プラズマは2.45GHzのマイクロ波を導波間20
1を通じて反応室202に導き、100SCCMの酸素をガ
ス導入管203から導入して酸素プラズマを立てた。こ
の時反応室内の圧力は1.84mtorr で、マイクロ波の
出力は2500Wで有った。反応室の外側には外部コイ
ル204が設けられて居り、酸素プラズマに875Ga
ussの磁場を掛けてプラズマ中の電子にECR条件を
満足せしめている。基板205はプラズマに対して垂直
に置かれ、ヒーター206に依り基板温度が300℃と
なる様保たれている。この条件で酸素プラズマ807を
8分20秒間照射して、いずれチャンネル部となる位置
に残されたアモルファス・シリコン薄膜806の酸化を
行い、ゲート絶縁層の一部位となるSiO2膜808を
得た。この時、ゲート絶縁層の一部位となるSiO2
808の下部には、いずれチャンネル部となるアモルフ
ァスシリコン薄膜809が残留している。(図8
(d))更に真空を破る事なく連続してゲート絶縁層と
なるSiO膜810を堆積した。このSiO2膜81
0はマイクロ波出力が2250W、シラン流量60SCC
M、酸素流量100SCCM、基板温度300℃で、18.
75秒間堆積した。堆積中に於ける反応室内圧力は2.
62mtorrで有った。こうして形成した多層膜を多波長
分散型偏光解析法(多波長分光エリプソメトリー:ソー
プラ社MOSS−ES4G)を用いて、いずれチャンネ
ル部となる残留しているアモルファス・シリコン膜80
9の膜厚と、アモルファス・シリコン膜を酸化して形成
したSiO膜808の膜厚、及びECR−PECVD
法で堆積したSiO膜810の膜厚を測定した所、ア
モルファス・シリコン薄膜809が205オングストロ
ーム、SiO2膜808が120オングストローム、S
iO膜810が1500オングストロームで有った。
又この時、波長が632.8nmに於けるSiO膜の
屈折率は、SiO膜808が1.42、SiO膜8
10が1.40で有った。
Next, the substrate was boiled at a concentration of 60%.
And then immersed in a 1.67% aqueous hydrofluoric acid solution for 20 seconds to remove the natural oxide film on the amorphous silicon thin film 806 remaining on the source / drain region 804 and the channel which will eventually become a channel. Immediately after the appearance of a clean silicon film, oxygen plasma 807 was irradiated with an electron cyclotron resonance plasma CVD apparatus (ECR-PECVD apparatus). (FIG. 8C) The outline of the ECR-PECVD apparatus used in the fifth embodiment is shown in FIG. Oxygen plasma passes microwaves of 2.45 GHz for 20
1 to the reaction chamber 202, and 100 SCCM of oxygen was introduced from the gas introduction tube 203 to establish oxygen plasma. At this time, the pressure in the reaction chamber was 1.84 mtorr, and the microwave output was 2500 W. An external coil 204 is provided outside the reaction chamber, and 875 Ga
A magnetic field of uss is applied to make the electrons in the plasma satisfy the ECR condition. The substrate 205 is placed perpendicular to the plasma, and the temperature of the substrate is kept at 300 ° C. by the heater 206. Under this condition, oxygen plasma 807 was irradiated for 8 minutes and 20 seconds to oxidize the amorphous silicon thin film 806 remaining at a position to be a channel portion, thereby obtaining a SiO 2 film 808 to be a part of a gate insulating layer. . At this time, an amorphous silicon thin film 809 which will eventually become a channel portion remains below the SiO 2 film 808 which is a part of the gate insulating layer. (FIG. 8
(D) Further, an SiO 2 film 810 to be a gate insulating layer was continuously deposited without breaking vacuum. This SiO 2 film 81
0 means 2250 W microwave power, 60 SCC silane flow rate
M, oxygen flow rate 100 SCCM, substrate temperature 300 ° C, 18.
Deposited for 75 seconds. The pressure in the reaction chamber during deposition was 2.
It was 62 mtorr. The thus formed multilayer film is subjected to multi-wavelength dispersion ellipsometry (multi-wavelength spectroscopic ellipsometry: MOSS-ES4G manufactured by Sopra), and the remaining amorphous silicon film 80 which will eventually become a channel portion is formed.
9, a SiO 2 film 808 formed by oxidizing an amorphous silicon film, and ECR-PECVD.
When the film thickness of the SiO 2 film 810 deposited by the method was measured, the amorphous silicon thin film 809 was 205 Å, the SiO 2 film 808 was 120 Å, and S
The iO 2 film 810 was 1500 Å.
At this time, the refractive index of the SiO 2 film at a wavelength of 632.8 nm is 1.42 for the SiO 2 film 808 and 1.42 for the SiO 2 film 8.
10 was 1.40.

【0043】次にこうして得られた基板を600℃に保
持された電熱炉に挿入し、48時間の熱処理を施した。
この時電熱炉には純度99.999%以上の窒素ガスを
20l/min流し続け、不活性雰囲気を保持し続け
た。この不活性雰囲気600℃の熱処理に依り、チャン
ネル部に残留していたアモルファス・シリコン薄膜は結
晶化し、チャンネル部を構成するシリコン薄膜811へ
と改変される。(図8(e))続いてこの基板を再びE
CR−PECVD装置に入れ、該装置を用いて熱処理が
施された基板に水素プラズマを照射した。この時、基板
温度は300℃、マイクロ波出力2000Wで水素を1
00SCCM流して水素プラズマを立てた。この状態で反応
室内の圧力は1.97mtorr で有った。水素プラズマ照
射は45分間行った。
Next, the substrate thus obtained was inserted into an electric furnace maintained at 600 ° C., and was subjected to a heat treatment for 48 hours.
At this time, a nitrogen gas having a purity of 99.999% or more was continuously supplied to the electric heating furnace at a flow rate of 20 l / min to maintain an inert atmosphere. By the heat treatment at 600 ° C. in the inert atmosphere, the amorphous silicon thin film remaining in the channel portion is crystallized and changed into a silicon thin film 811 constituting the channel portion. (FIG. 8 (e)) Subsequently, this substrate is again subjected to E
The substrate was placed in a CR-PECVD apparatus, and the substrate subjected to the heat treatment was irradiated with hydrogen plasma using the apparatus. At this time, the substrate temperature was 300 ° C.
A hydrogen plasma was set up by flowing 00 SCCM. In this state, the pressure in the reaction chamber was 1.97 mtorr. The hydrogen plasma irradiation was performed for 45 minutes.

【0044】次にクロムをスパッター法で1500オン
グストローム堆積し、パターニングに依りゲート電極8
12を形成した。この時シート抵抗値は1.36Ω/□
で有った。その後、ゲート絶縁膜にコンタクトホールを
開け、ソース・ドレイン取り出し電極813をスパッタ
ー法などで形成し、パターニングを行う事でトランジス
タは完成する。(図8(f))本実施例5ではソース・
ドレイン取り出し電極材料として、膜厚8000オング
ストロームのアルミニウムを用いた。この時のアルミニ
ウムのシート抵抗値は42mΩ/□で有った。
Then, chromium is deposited to a thickness of 1500 angstroms by a sputtering method, and the gate electrode 8 is formed by patterning.
No. 12 was formed. At this time, the sheet resistance value is 1.36Ω / □.
It was. Thereafter, a contact hole is opened in the gate insulating film, a source / drain extraction electrode 813 is formed by a sputtering method or the like, and the transistor is completed by performing patterning. (FIG. 8F) In the fifth embodiment, the source
Aluminum having a film thickness of 8000 angstroms was used as a drain extraction electrode material. At this time, the sheet resistance value of aluminum was 42 mΩ / □.

【0045】この様にして試作した薄膜トランジスタ
(TFT)の特性の一例Vgs−Ids曲線を図9の9
−aに示した。ここでIdsはソース・ドレイン電圧、
Vds=4V、温度25℃で測定した。トランジスタ・
サイズはチャンネル部の長さL=10μm、幅W=10
0μmで有った。Vds=4V,Vgs=10Vでトラ
ンジスタをオンさせた時のオン電流はIds=34.5
μAと良好なトランジスタ特性を有する薄膜半導体装置
が得られた。又、このトランジスタの飽和電流領域より
求めた電界効果移動度は12.52cm2 /v・secで
有った。図9の9−bには比較の為に従来技術に依って
作成した薄膜半導体装置のトランジスタ特性を図示し
た。即ち、従来技術では、チャンネル部シリコン薄膜を
減圧CVD法にて600℃で堆積し、酸素プラズマ照射
を施さぬ他は総て本実施例5と同一の工程で薄膜半導体
装置を作成したもので有る。この時、減圧CVD法でチ
ャンネル部シリコン薄膜を堆積する装置は本実施例5で
アモルファス・シリコン薄膜を堆積した装置と同一で有
り、原料ガスのモノシランは24SCCM流し、反応炉内圧
力は13.8mtorr、堆積速度は19.00オングスト
ローム/minで252オングストロームの膜厚に堆積
した。この従来のTFTのオン電流はIds=4.6μ
Aで電界効果移動度は4.40cm/v・secで有っ
た。この他に、チャンネル部シリコン薄膜を同様に減圧
CVD法で600℃にて堆積した後、ゲート絶縁膜堆積
前に酸素プラズマ照射を施し、それ以外の工程は総て本
実施例5と同一の工程で薄膜半導体装置を作成し、TF
T特性を測定した所、TFT特性は酸素プラズマ照射の
有無でほとんど変化せず、酸素プラズマ照射を施したT
FTのVgs−Ids曲線は図9の9−bと一致した。
この時TFTのオン電流はIds=4.7μAで、電界
効果移動度は4.44cm2/v・secで有った。即
ち、チャンネル部シリコン薄膜を600℃にて減圧CV
D法で堆積する従来技術では、酸素プラズマ照射の効果
は非常に小さい。図9の9−cには別の従来技術に依り
作成された薄膜半導体装置のTFT特性を図示した。こ
の従来技術では、本実施例5で酸素プラズマ照射を施さ
ぬ他は総て本実施例と同一の工程で薄膜半導体装置を作
成した物で有る。即ち、チャンネル部シリコン層とし
て、まずアモルファス・シリコン薄膜を堆積し、その後
600℃の熱処理をおこなうものの、ゲート絶縁層形成
前に酸素プラズマ照射を施さなかった工程で有る。この
従来技術に依り、作成されたTFTは−10Vのデプレ
ッションを呈しており、立ち上がり特性も良くない。こ
の薄膜半導体装置のオン電流はVds=4V、Vgs=
10Vで12.1μAで有り、電界効果移動度は9.9
4cm2/v・secで有った。
An example of the characteristics of the thin film transistor (TFT) thus fabricated is shown in FIG.
-A. Where Ids is the source-drain voltage,
The measurement was performed at Vds = 4 V and a temperature of 25 ° C. Transistor
As for the size, the length L = 10 μm and the width W = 10 of the channel portion
It was 0 μm. When the transistor is turned on at Vds = 4V and Vgs = 10V, the ON current is Ids = 34.5.
A thin film semiconductor device having good transistor characteristics of μA was obtained. The field-effect mobility of the transistor determined from the saturation current region was 12.52 cm 2 / v · sec. FIG. 9B shows transistor characteristics of a thin-film semiconductor device manufactured according to the conventional technique for comparison. That is, in the prior art, a thin film semiconductor device is formed in the same process as that of the fifth embodiment except that a channel portion silicon thin film is deposited at 600 ° C. by a low-pressure CVD method and oxygen plasma irradiation is not performed. . At this time, the apparatus for depositing the channel silicon thin film by the reduced pressure CVD method is the same as the apparatus for depositing the amorphous silicon thin film in the fifth embodiment, the source gas monosilane flows at 24 SCCM, and the pressure in the reactor is 13.8 mtorr. At a deposition rate of 19.00 Å / min to a thickness of 252 Å. The ON current of this conventional TFT is Ids = 4.6 μm.
At A, the field effect mobility was 4.40 cm / v · sec. In addition, after the channel silicon thin film was similarly deposited at 600 ° C. by the low pressure CVD method, oxygen plasma irradiation was performed before the gate insulating film was deposited, and all other steps were the same as those of the fifth embodiment. A thin film semiconductor device is created with TF
When the T characteristics were measured, the TFT characteristics hardly changed with or without oxygen plasma irradiation.
The FT Vgs-Ids curve was consistent with 9-b in FIG.
At this time, the on current of the TFT was Ids = 4.7 μA, and the field effect mobility was 4.44 cm 2 / v · sec. That is, the channel silicon thin film is decompressed at 600 ° C.
In the conventional technique of depositing by the D method, the effect of oxygen plasma irradiation is very small. FIG. 9C illustrates the TFT characteristics of the thin-film semiconductor device manufactured according to another conventional technique. In this prior art, a thin-film semiconductor device is manufactured in the same process as in the present embodiment except that oxygen plasma irradiation is not performed in the fifth embodiment. That is, an amorphous silicon thin film is first deposited as a channel silicon layer, and then heat treatment at 600 ° C. is performed, but oxygen plasma irradiation is not performed before forming the gate insulating layer. According to this conventional technique, the TFTs produced exhibit a depression of -10 V and have poor rising characteristics. The on-state current of this thin film semiconductor device is Vds = 4V, Vgs =
12.1 μA at 10 V and 9.9 field effect mobility
It was 4 cm 2 / v · sec.

【0046】こうした結果から本実施例5が示した通
り、いずれチャンネル部となるアモルファス・シリコン
薄膜に酸素プラズマを照射し、その後熱処理を施してチ
ャンネル部シリコン薄膜の結晶化を進めた時のみ、薄膜
半導体装置のトランジスタ特性が大幅に向上する事が分
かる。これはまずアモルファス・シリコン薄膜の表面が
酸素プラズマで酸化される為、清浄なMIS界面が形成
され、その後、結晶化が進められた為で有る。これによ
り従来技術で作成した薄膜半導体装置に比べ、本発明の
実施例が著しく良好な半導体特性を有する理由が分か
る。
From these results, as shown in the fifth embodiment, only when the amorphous silicon thin film which will become the channel portion is irradiated with oxygen plasma and then heat-treated to promote the crystallization of the channel silicon thin film, the thin film is formed. It can be seen that the transistor characteristics of the semiconductor device are significantly improved. This is because the surface of the amorphous silicon thin film is first oxidized by oxygen plasma, so that a clean MIS interface is formed, and then crystallization is advanced. Thus, it can be understood that the embodiment of the present invention has remarkably good semiconductor characteristics as compared with the thin film semiconductor device manufactured by the conventional technique.

【0047】(実施例6)絶縁性物質上にシリコン膜及
び酸化硅素膜を形成した後、ドナー又はアクセプターと
なる不純物をシリコン膜に添加して、シリコン膜に依る
導電層を作成した。
Example 6 After forming a silicon film and a silicon oxide film on an insulating material, an impurity serving as a donor or an acceptor was added to the silicon film to form a conductive layer based on the silicon film.

【0048】本実施例6では基板として直径75mmの溶
融石英基板を用いた。しかし、無論600℃程度の熱処
理に耐え得る基板であるならば何で有っても構わない。
例えば加工されたシリコン基板なども可能で有る。まず
有機洗浄及び酸洗浄した基板上面に下地SiO2膜をA
PCVD法で堆積した。下地SiO膜の形成は基板温
度300℃、シラン流量120SCCM、酸素840SCCM、
窒素約140SLMで堆積した。この時の堆積速度は3.
9オングストローム/secで堆積時間は12分49秒
で有った。次に実施例1にてチャンネル部シリコン膜を
堆積するのに用いたLPCVD装置を用いて実施例1と
同様な方法でシリコン膜を堆積した。即ち堆積温度55
0℃、シラン流量100SCCM、反応室内圧力を400m
torrにて11分20秒間シリコン膜を堆積した。こ
うして得られたシリコン膜の膜厚は252オングストロ
ームで有った。
In Example 6, a fused quartz substrate having a diameter of 75 mm was used as the substrate. However, any substrate may be used as long as it can withstand a heat treatment at about 600 ° C.
For example, a processed silicon substrate is also possible. First, a base SiO 2 film is formed on the upper surface of the substrate which has been subjected to the organic cleaning and the acid cleaning.
It was deposited by the PCVD method. The base SiO 2 film was formed at a substrate temperature of 300 ° C., a silane flow rate of 120 SCCM, oxygen of 840 SCCM,
Deposited with about 140 SLM of nitrogen. The deposition rate at this time is 3.
At 9 Å / sec, the deposition time was 12 minutes and 49 seconds. Next, a silicon film was deposited in the same manner as in Example 1 by using the LPCVD apparatus used for depositing the channel portion silicon film in Example 1. That is, the deposition temperature 55
0 ° C, silane flow rate 100 SCCM, reaction chamber pressure 400 m
A silicon film was deposited at Torr for 11 minutes and 20 seconds. The thickness of the silicon film thus obtained was 252 Å.

【0049】次にこうして得られた基板に熱処理を施し
て、シリコン膜の結晶性を高めた。この熱処理方法は実
施例1でシリコン膜104の結晶性を高める為に施した
熱処理と同一で有る。即ち、窒素雰囲気下600℃で2
3時間の熱処理を行った。熱処理終了後、このシリコン
膜はレジストでパターニングされ、さらにCFとO
の混合プラズマに依りエッチングされ、シリコン膜の配
線パターンが作成された。
Next, the substrate thus obtained is subjected to a heat treatment.
Thus, the crystallinity of the silicon film was improved. This heat treatment method is
Example 1 was performed to increase the crystallinity of the silicon film 104.
Same as heat treatment. That is, at 600 ° C.
Heat treatment was performed for 3 hours. After the heat treatment, this silicon
The film is patterned with a resist, and CF4And O 2
Is etched by the mixed plasma of
A line pattern has been created.

【0050】続いてこの基板を濃度60%の沸騰硝酸に
て洗浄し、更に1.67%弗化水素酸水溶液に20秒間
浸して、シリコン膜上の自然酸化膜を取り除き、清浄シ
リコン表面を出現させた後、直ちにECRーPECVD
装置にて酸化硅素膜を1500オングストロームの厚さ
に堆積した。ここで酸化硅素膜の堆積は実施例1の本発
明にてゲート絶縁膜を形成する方法と全く同一の方法で
行った。次にイオン打ち込み装置を用いてドナー又はア
クセプターとなる不純物をシリコン膜で作成した配線に
添加した。本実施例6では不純物として燐を選びn型導
電層の作成を目指したが、無論他元素もその目的に応じ
て可能で有る。本実施例6ではバケットタイプの質量非
分離型のイオン注入装置を用いて不純物イオンの添加を
施した。原料ガスとして水素中に希釈された濃度5%の
ホスフィンを用い、加速電圧110KVで3×1015
/cm2 の濃度に酸化硅素膜を通じて打ち込んだ。次にこ
の基板を窒素雰囲気下で300℃に保たれている炉に挿
入して熱処理を施した。熱処理時間は丁度一時間で有っ
た。300℃、一時間の熱処理終了後、酸化硅素膜にコ
ンタクトホールを開穴し、アルミニウムで取り出し電極
を作成した。こうして作成された不純物添加シリコン膜
配線の抵抗を測定した所、シート抵抗値として、95%
の信頼係数で(71±15)kΩ/□が測定された。一
般に数百オングストロームの膜厚しか持たぬ薄膜に不純
物イオンを添加して、300℃程度の低温で添加イオン
を活性化して導電層を得る事は不可能と信じられてい
た。しかるに、本発明では熱処理を施されたシリコン膜
の膜質を、シリコン膜上をECR−PECVD法で堆積
した酸化硅素膜で被覆する事に依り、シリコン膜表面の
捕獲密度を低減させる等のシリコン膜質改善に成功した
為、電子散乱密度を低下させ、薄膜導電層の作成が初め
て可能となった。この事を従来技術に依るシリコン膜と
比較し、本発明の優位性を明らかにする。
Subsequently, this substrate was washed with boiling nitric acid having a concentration of 60%, and further immersed in a 1.67% aqueous hydrofluoric acid solution for 20 seconds to remove a natural oxide film on the silicon film, and a clean silicon surface appeared. Immediately after ECR-PECVD
A silicon oxide film was deposited to a thickness of 1500 angstroms by the apparatus. Here, the silicon oxide film was deposited by exactly the same method as the method of forming the gate insulating film in the present invention of the first embodiment. Next, an impurity serving as a donor or an acceptor was added to a wiring formed using a silicon film using an ion implantation apparatus. In the sixth embodiment, phosphorus is selected as an impurity to form an n-type conductive layer. However, other elements can be used according to the purpose. In Example 6, impurity ions were added using a bucket-type non-mass separation type ion implantation apparatus. As a source gas, phosphine having a concentration of 5% diluted in hydrogen was used, and an acceleration voltage of 110 KV and 3 × 10 15 1
/ Cm 2 through a silicon oxide film. Next, this substrate was inserted into a furnace maintained at 300 ° C. in a nitrogen atmosphere to perform a heat treatment. The heat treatment time was just one hour. After the heat treatment at 300 ° C. for one hour, a contact hole was formed in the silicon oxide film, and the electrode was formed using aluminum. When the resistance of the impurity-doped silicon film wiring thus formed was measured, the sheet resistance was found to be 95%
(71 ± 15) kΩ / □ was measured with a confidence coefficient of. Generally, it has been believed that it is impossible to obtain a conductive layer by adding impurity ions to a thin film having a thickness of only several hundred angstroms and activating the added ions at a low temperature of about 300 ° C. However, in the present invention, the film quality of the silicon film subjected to the heat treatment is covered with a silicon oxide film deposited on the silicon film by the ECR-PECVD method, thereby reducing the trapping density of the silicon film surface. Since the improvement was successful, the electron scattering density was reduced, and the thin film conductive layer could be formed for the first time. This is compared with a silicon film according to the prior art to clarify the superiority of the present invention.

【0051】まず第一にシリコン膜をLPCVD法にて
600℃で堆積した後、ECRーPECVD法で酸化硅
素膜を形成した従来技術のシリコン膜に不純物を添加
し、300℃の低温活性化でシリコン膜導電層の作成を
試みた。ここではシリコン膜を600℃で、モノシラン
を12.50SCCM流し、反応室内圧力を9.2mtor
rで263オングストロームの膜厚に堆積した他は、本
実施例6の本発明と全く同一の工程で不純物添加シリコ
ン膜配線を作成した。こうして得られた従来技術のシリ
コン膜のシート抵抗は基板内5ヶ所を測定して総て1G
Ω/□以上で事実上電流は全く流れなかった。
First, after depositing a silicon film at 600 ° C. by LPCVD, an impurity is added to a conventional silicon film having a silicon oxide film formed by ECR-PECVD, and activated at a low temperature of 300 ° C. An attempt was made to create a silicon film conductive layer. Here, a silicon film is flowed at 600 ° C., monosilane is flowed at 12.50 SCCM, and the reaction chamber pressure is 9.2 mtorr.
Except that the film was deposited to a thickness of 263 angstroms by r, an impurity-added silicon film wiring was formed in exactly the same steps as the present invention of the sixth embodiment. The sheet resistance of the silicon film of the prior art obtained in this way was measured at five locations in the substrate, and was all 1 G.
At Ω / □ or more, virtually no current flowed.

【0052】第二にシリコン膜は本実施例6の本発明と
全く同様に600℃の熱処理を施して作成し、その後A
PCVD法で酸化硅素膜を形成した従来技術のシリコン
膜に不純物を添加し、300℃の低温活性化でシリコン
膜導電層の作成を試みた。ここで酸化硅素膜はAPCV
D法で基板温度を300℃に保ち、窒素中に20%シラ
ンを含んだ窒素・シラン混合ガスを300SCCM、酸素を
420SCCM流し、約140SLMの希釈用窒素をこれらの
原料ガスと共に流して、1500オングストロームの膜
厚に堆積した。これ以外は総て、本実施例6の本発明と
全く同一の工程で不純物添加シリコン膜配線を作成し
た。こうして得られた従来技術のシリコン膜のシート抵
抗値は95%の信頼係数で(175±56)kΩ/□で
有った。その後この基板を再度ECR−PECVD装置
に装着し、水素プラズマ処理を施した。水素プラズマ処
理は基板温度300℃で水素を125SCCM流し、マイク
ロ波出力2000Wで30分間行った。水素プラズマ処
理後、基板内5ヶ所の抵抗値を測定した所、2ヶ所のシ
ート抵抗は1GΩ/□で以上で有り、残りの3ヶ所の平
均値は158kΩ/□で標準偏差値は68kΩ/□で有
った。
Second, a silicon film is formed by performing a heat treatment at 600 ° C. in exactly the same manner as the present invention of the sixth embodiment.
An impurity was added to a conventional silicon film having a silicon oxide film formed by a PCVD method, and an attempt was made to form a silicon film conductive layer by activation at a low temperature of 300 ° C. Here, the silicon oxide film is APCV
The substrate temperature is kept at 300 ° C. by the method D, a nitrogen / silane mixed gas containing 20% silane in nitrogen is flowed at 300 SCCM, oxygen is flowed at 420 SCCM, and about 140 SLM of diluent nitrogen is flowed together with these raw materials gas to 1500 angstroms. It deposited to the film thickness of. Except for this, the impurity-added silicon film wiring was formed in exactly the same steps as the present invention of the sixth embodiment. The sheet resistance of the conventional silicon film thus obtained was (175 ± 56) kΩ / □ with a 95% reliability coefficient. Thereafter, the substrate was mounted on the ECR-PECVD apparatus again, and subjected to hydrogen plasma treatment. The hydrogen plasma treatment was performed at a substrate temperature of 300 ° C. and a flow of 125 SCCM of hydrogen at a microwave output of 2000 W for 30 minutes. After the hydrogen plasma treatment, when the resistance values of five places in the substrate were measured, the sheet resistance of two places was 1 GΩ / □ or more, and the average value of the remaining three places was 158 kΩ / □ and the standard deviation value was 68 kΩ / □. It was.

【0053】この様に600℃以下で熱処理されたシリ
コン膜上をECRーPECVD装置で形成された酸化硅
素膜で被覆する事に依り、高膜質なシリコン膜が得られ
る事が分かる。この為、実施例1で示した様に本発明の
シリコン膜を薄膜半導体装置のチャンネル部に用い、E
CRーPECVD装置で形成された酸化硅素膜をゲート
絶縁層に用いると特性の良い薄膜半導体装置が得られ、
又本実施例6で示した様に本発明のシリコン膜に不純物
イオンを添加すると、低温で低抵抗のシリコン膜導電層
を得る事が可能となる。従って本発明のシリコン膜は単
に薄膜半導体装置に有効のみならず、電荷結合装置(C
CD)のゲート電極や配線など、あらゆる電子装置に使
用される非単結晶シリコン膜に取って極めて有効に利用
し得る。
It can be seen that a high-quality silicon film can be obtained by covering the silicon film heat-treated at 600 ° C. or less with a silicon oxide film formed by an ECR-PECVD apparatus. Therefore, as shown in Embodiment 1, the silicon film of the present invention is used for the channel portion of the thin film semiconductor device,
When a silicon oxide film formed by a CR-PECVD apparatus is used as a gate insulating layer, a thin film semiconductor device having excellent characteristics can be obtained.
Further, when impurity ions are added to the silicon film of the present invention as shown in the sixth embodiment, it becomes possible to obtain a low-resistance, low-resistance silicon film conductive layer. Therefore, the silicon film of the present invention is not only effective for a thin film semiconductor device but also for a charge coupled device (C
It can be very effectively used for non-single-crystal silicon films used for all electronic devices such as gate electrodes and wirings of CD).

【0054】(実施例7)実施例6の本発明でバケット
型質量非分離型のイオン注入装置を用いて不純物イオン
をシリコン膜に添加した工程を、質量分離型イオン注入
装置に変えて質量数31の燐の一価イオンを打ち込む事
に変更した他は、総て実施例6の本発明と全く同一工程
で、不純物添加シリコン膜導電層の作成を試みた。本実
施例7では燐イオンを90KVで3×10151/cm2打ち
込んだ。こうして得られた不純物添加シリコン膜の抵抗
を測定した所、基板内5ヶ所で総て1GΩ/□で実質的
には全く電流は流れなかった。これは実施例6の本発明
では、不純物の添加を質量非分離型のイオン注入装置を
用い、原料ガスとして水素・ホスフィン混合ガスを使用
した為、シリコン膜に燐元素添加時には必然的に水素イ
オンの添加が同時に行われ、イオン添加の際生じた欠陥
が水素イオンで修復される為、本発明の良質なシリコン
膜に限って、低温で低抵抗シリコン導電層が作成された
ので有る。
(Embodiment 7) The step of adding impurity ions to a silicon film using a bucket-type non-separation type ion implantation apparatus according to the present invention in Embodiment 6 is changed to a mass separation type ion implantation apparatus to change the mass number. Except that the monovalent ion of phosphorous 31 was implanted, an attempt was made to form an impurity-doped silicon film conductive layer in exactly the same steps as in the present invention of Example 6. In Example 7, phosphor ions were implanted at 3 × 10 15 1 / cm 2 at 90 KV. When the resistance of the impurity-added silicon film thus obtained was measured, substantially no current flowed at 5 G in the substrate at 1 GΩ / □. This is because, in the present invention of Example 6, the impurity is added by using a non-mass separation type ion implantation apparatus and a mixed gas of hydrogen and phosphine is used as a raw material gas. Is simultaneously performed, and defects generated at the time of ion addition are repaired by hydrogen ions. Therefore, a low-resistance silicon conductive layer is formed at a low temperature only for the high-quality silicon film of the present invention.

【0055】(実施例8)図10(a)〜(d)は本実
施例8に於けるセルフ・アライン型スタガード構造のM
IS型電界効果トランジスタを構成するシリコン薄膜半
導体装置の製造工程を断面で示した図で有る。まず実施
例1と同様基板1001を洗浄した後、下地保護膜10
02としてSiO2膜を2000オングストローム程度
堆積する。続いて第一のシリコン膜を1500オングス
トローム程度堆積し、パターニングを行う事でパッドと
なるシリコン膜1003を形成する(図10(a))。
この第一のシリコン膜として本実施例8では実施例1で
チャンネル部シリコン膜を堆積したLPCVD装置を用
いて堆積温度600℃シラン流量12.5SCCMで150
0オングストロームに堆積したが、これ以外にも同じL
PCVD装置を用いて堆積温度550℃程度でシリコン
膜を堆積する事も、原料ガスとしてジシラン(Si
)を用いて堆積温度450℃程度で堆積する事も、P
ECVD法にて250℃程度でシリコン膜を堆積する事
も可能で有る。工程最高温度600℃を越えぬ膜形成温
度で有るならば、如何なる方法であっても構わない。次
に第二のシリコン膜1004を堆積するが、この第二の
シリコン膜の膜厚が300オングストローム程度以上有
り、不純物注入後のソース・ドレイン領域の抵抗値がト
ランジスタを動作させた時のチャンネル領域の抵抗値に
比べて充分低ければ、第一のシリコン膜又はパッドとな
るシリコン膜1003は必要とされない。本実施例8で
は第二のシリコン膜1004を実施例1の本発明でチャ
ンネル部となるシリコン薄膜と同じ方法で堆積した。即
ちLPCVD法にてモノシランを原料ガスとし、堆積温
度550℃、シラン流量100SCCM堆積速度21.2オ
ングストローム/minで250オングストロームの膜
厚に堆積した。その後実施例1の本発明でシリコン膜の
結晶性を高める為に行ったのと全く同一の熱処理を施し
た。即ち窒素雰囲気下600℃で23時間の熱処理を行
った。(図10(b))。次に第二のシリコン膜のパタ
ーニングを行った後、実施例1の本発明と同様の方法で
ゲート絶縁層1005を形成した。即ち、ECR−PE
CVD法でSiO膜を1500オングストローム堆積
した。次にゲート電極となる金属膜などを形成する。本
実施例8ではゲート電極材料として、2000オングス
トロームの膜厚を有するクロム膜を用いた。クロム膜は
基板温度180℃でスパッター法に依り形成された。成
膜直後のクロムのシート抵抗値は994mΩ/□で有っ
た。引き続いてAPCVD法でクロム上に300℃の基
板温度でSiO膜を3000オングストローム堆積し
た。その後レジストでパターニングを行い、ゲート電極
1006とSiO膜に依る保護キャップ層1007を
形成し、不純物イオンを添加した。本実施例8では不純
物として燐を選びn型薄膜半導体装置の作成を目指した
が、無論他元素もその目的に応じて可能で有る。本実施
例8では質量分析装置が付いていないイオン打ち込み装
置を用いて不純物イオン添加を施した。原料ガスとして
水素中に希釈された濃度5%のホスフィンを用い、加速
電圧110kVで5×10151/cm2の濃度に打ち込ん
だ。この様にして、第一のシリコン膜と第二のシリコン
膜の一部はソース・ドレイン領域1008となり、又S
iO膜に依る保護キャップ層1007が有るため、こ
の下に位置する第二のシリコン膜はイオン添加されず、
チャンネル部1009を構成するに至る(図10
(c))。次に該基板を窒素雰囲気下350℃で2時間
の熱処理を施し、添加不純物イオンの活性化を行った。
その後層間絶縁膜としてSiO膜1010を5000
オングストローム堆積し、続いてコンタクト・ホールを
開穴し、アルミニウムなどで配線1011をし、セルフ
・アライン型薄膜半導体装置が完成する(図10
(d))。
(Embodiment 8) FIGS. 10A to 10D show the M of the self-aligned staggered structure according to the eighth embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the silicon thin film semiconductor device that forms the IS type field effect transistor. First, the substrate 1001 is cleaned in the same manner as in the first embodiment.
As 02, an SiO 2 film is deposited to about 2000 angstroms. Subsequently, a first silicon film is deposited on the order of 1500 angstroms and patterned to form a silicon film 1003 serving as a pad (FIG. 10A).
In the eighth embodiment, the first silicon film is deposited at a deposition temperature of 600 ° C. and a silane flow rate of 12.5 SCCM using an LPCVD apparatus in which the channel silicon film is deposited in the first embodiment.
0 Å, but the same L
Deposition of a silicon film at a deposition temperature of about 550 ° C. using a PCVD apparatus can also be performed by using disilane (Si 2 H
6 ), deposition at a deposition temperature of about 450 ° C.
It is also possible to deposit a silicon film at about 250 ° C. by the ECVD method. Any method may be used as long as the film formation temperature does not exceed the process maximum temperature of 600 ° C. Next, a second silicon film 1004 is deposited. The thickness of the second silicon film is about 300 angstroms or more, and the resistance of the source / drain regions after impurity implantation is the channel region when the transistor is operated. If the resistance value is sufficiently lower than the resistance value, the first silicon film or the silicon film 1003 serving as a pad is not required. In the eighth embodiment, the second silicon film 1004 is deposited by the same method as the silicon thin film serving as the channel in the first embodiment of the present invention. That is, a monosilane was used as a source gas by the LPCVD method, and the film was deposited to a thickness of 250 Å at a deposition temperature of 550 ° C. and a silane flow rate of 100 SCCM at a deposition rate of 21.2 Å / min. Thereafter, the same heat treatment as that performed in the present invention of Example 1 to increase the crystallinity of the silicon film was performed. That is, heat treatment was performed at 600 ° C. for 23 hours in a nitrogen atmosphere. (FIG. 10 (b)). Next, after patterning the second silicon film, a gate insulating layer 1005 was formed by the same method as that of the present invention in Example 1. That is, ECR-PE
A 1500 angstrom SiO 2 film was deposited by the CVD method. Next, a metal film or the like serving as a gate electrode is formed. In the eighth embodiment, a chromium film having a thickness of 2000 Å was used as a gate electrode material. The chromium film was formed at a substrate temperature of 180 ° C. by a sputtering method. The sheet resistance of chromium immediately after the film formation was 994 mΩ / □. Was 3000 Å deposited SiO 2 film at a substrate temperature of chromium on the 300 ° C. in APCVD method subsequently. Thereafter, patterning was performed with a resist to form a gate electrode 1006 and a protective cap layer 1007 made of a SiO 2 film, and impurity ions were added. In the eighth embodiment, although phosphorus was selected as an impurity and the aim was to produce an n-type thin film semiconductor device, other elements can of course be used according to the purpose. In Example 8, impurity ions were added using an ion implantation device without a mass spectrometer. Phosphine having a concentration of 5% diluted in hydrogen was used as a raw material gas, and was driven into a concentration of 5 × 10 15 1 / cm 2 at an acceleration voltage of 110 kV. In this manner, part of the first silicon film and the second silicon film becomes the source / drain region 1008,
Since there is the protective cap layer 1007 based on the iO 2 film, the second silicon film located thereunder is not ion-added,
The configuration of the channel unit 1009 (FIG. 10
(C)). Next, the substrate was subjected to a heat treatment at 350 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere to activate additional impurity ions.
Thereafter, an SiO 2 film 1010 is formed as an interlayer insulating film by 5000.
Angstrom deposition, contact holes are opened, wiring 1011 is made of aluminum or the like, and a self-aligned thin film semiconductor device is completed (FIG. 10).
(D)).

【0056】こうして作成したセルフ・アライン型薄膜
半導体装置のトランジスタ特性を測定した所、L=W=
10μm、Vds=4V、Vgs=10Vでオン電流は
4.89μA、ソース・ドレイン電流の最小値はVgs
=−3.5Vの時0.21pA、又Vgs=−10Vで
定義したオフ電流は2.65pA、電界効果移動度μo
=26.1cm2/v・secと極めて良好なセルフ・ア
ライン型薄膜半導体装置が出来上がった。
When the transistor characteristics of the self-aligned thin film semiconductor device thus prepared were measured, it was found that L = W =
10 μm, Vds = 4 V, Vgs = 10 V, ON current is 4.89 μA, and minimum value of source / drain current is Vgs
= -3.5 V, 0.21 pA when Vgs = -10 V, the off-state current is 2.65 pA, and the field-effect mobility μo
= 26.1 cm 2 / v · sec, which is a very good self-aligned thin film semiconductor device.

【0057】比較の為にチャンネル部シリコン膜をLP
CVD法で600℃で作成した他は本実施例8の本発明
と全く同一の工程でセルフ・アライン型薄膜半導体装置
を作成した。しかしながら実施例6で詳述した様に、従
来のシリコン膜では薄膜部の添加不純物元素の活性化が
なされず、薄膜部の不純物添加シリコン膜の抵抗が高過
ぎ、それ故トランジスタのオン電流は47.9pAと非
実用的となった。これに対し、本実施例8の本発明では
特性変動の主因となる水素化プラズマ処理を排除し、且
つ低温工程で窮めて良好なセルフ・アライン型薄膜半導
体装置の作成に成功した。これは実施例2で示した如く
チャンネル部シリコン膜半導体層の膜厚を500オング
ストローム以下の薄膜化をして、基本的な半導体特性を
向上せしめても尚実施例6の本発明に依る薄膜導伝性シ
リコン膜の作成に依り、薄膜部のソース・ドレイン領域
の形成が低温で容易になされた賜物で有る。即ち、ドナ
ー又はアクセプターとなる不純物の活性化は従来膜厚が
1000オングストローム程度以上有るシリコン膜に5
50℃程度以上の熱処理を加えねば達成し得なかった。
この為、セルフ・アライン型薄膜半導体装置ではチャン
ネル部の膜厚も必然的に1000オングストローム程度
以上となり、特性も悪かった。その上、ゲート絶縁層と
ゲート電極が出来上がった後、添加不純物イオン活性化
の目的で550℃程度以上の熱処理が施される為、ゲー
ト絶縁膜の膜質劣化が生じ、水素化処理が必要不可欠で
有った。又、ゲート電極として金属材の使用が困難であ
った為、ゲート線の抵抗が高かったり、ゲート電極とゲ
ート線を別々に作成する必要が有った。ところが本発明
に依り、金属材料をゲート電極として使用出来、同時に
ばらつきの主因で有る水素処理を排除し、より簡昜な製
造方法で高特性の薄膜半導体装置を安定的に製造し得る
事に成功した。
For comparison, the channel portion silicon film was LP
A self-aligned thin-film semiconductor device was produced in exactly the same steps as the present invention of Example 8 except that the device was produced at 600 ° C. by the CVD method. However, as described in detail in the sixth embodiment, in the conventional silicon film, the additional impurity element in the thin film portion is not activated, and the resistance of the impurity added silicon film in the thin film portion is too high. .9 pA, which was impractical. On the other hand, in the present invention of the eighth embodiment, the hydrogenated plasma treatment, which is the main cause of the characteristic fluctuation, was eliminated, and a good self-aligned thin film semiconductor device was successfully formed in a low temperature process. This is because even if the basic semiconductor characteristics are improved by reducing the thickness of the channel silicon film semiconductor layer to 500 Å or less as shown in the second embodiment, the thin film conductor according to the sixth embodiment of the present invention is still required. This is because the formation of the source / drain region of the thin film portion was easily performed at a low temperature by forming the conductive silicon film. That is, the activation of the impurity serving as a donor or an acceptor is conventionally performed on a silicon film having a thickness of about 1000 Å or more.
It could not be achieved unless a heat treatment of about 50 ° C. or more was added.
Therefore, in the self-aligned thin-film semiconductor device, the film thickness of the channel portion was inevitably about 1000 Å or more, and the characteristics were poor. In addition, after the gate insulating layer and the gate electrode are completed, a heat treatment of about 550 ° C. or more is performed for the purpose of activating the additional impurity ions, so that the quality of the gate insulating film deteriorates, and hydrogenation is indispensable. There was. In addition, since it was difficult to use a metal material for the gate electrode, the resistance of the gate line was high, and it was necessary to separately form the gate electrode and the gate line. However, according to the present invention, a metal material can be used as a gate electrode, and at the same time, hydrogen treatment, which is a main cause of variation, is eliminated, and a thin film semiconductor device with high characteristics can be stably manufactured by a simpler manufacturing method. did.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上述べて来た様に、本発明に依れば、
表面が絶縁性物質で有る基板上にシリコン膜を堆積し、
該シリコン膜を600℃程度の熱処理を施した後、EC
R−PECVD法に依る酸化硅素膜を堆積する事でシリ
コン膜の膜質を高め得る。例えばこれに依り、表面が絶
縁性物質で有る基板上へ薄膜半導体装置の形成に於い
て、チャンネル部シリコン膜を堆積した後、600℃以
下の温度で熱処理する工程と、ゲート絶縁膜をECR−
PECVD法で形成する工程を含む薄膜半導体装置の製
造方法、或いはチャンネル部シリコン膜半導体層を構成
するアモルファス・シリコン膜を堆積した後、ゲート絶
縁層を形成する前に該アモルファス・シリコン膜上に酸
素プラズマを照射し、その後、600℃以下の温度で熱
処理する様な工程を含む製造方法等に依りトランジスタ
特性を大幅に改善し、こうした優良なトランジスタ特性
を有する薄膜半導体装置を大面積に均一に簡便な手法に
て形成する事が可能となり、LSIの多層化や薄膜トラ
ンジスタを用いたアクティブマトリックス液晶ディスプ
レイの高性能化や低価格化を実現すると言う多大な効果
を有する。
As described above, according to the present invention,
Depositing a silicon film on a substrate whose surface is an insulating material,
After subjecting the silicon film to a heat treatment at about 600 ° C.,
By depositing a silicon oxide film by the R-PECVD method, the quality of the silicon film can be improved. For example, according to this, in forming a thin film semiconductor device on a substrate having a surface made of an insulating material, a channel portion silicon film is deposited, and then a heat treatment is performed at a temperature of 600 ° C. or less.
A method for manufacturing a thin film semiconductor device including a step of forming by a PECVD method, or after depositing an amorphous silicon film forming a channel portion silicon film semiconductor layer, and before forming a gate insulating layer, oxygen is deposited on the amorphous silicon film. The transistor characteristics are greatly improved by a manufacturing method including a process of irradiating plasma and then heat-treating at a temperature of 600 ° C. or less, and a thin-film semiconductor device having such excellent transistor characteristics can be uniformly and simply applied to a large area. This method has a great effect of realizing high performance and low cost of an active matrix liquid crystal display using multiple layers of LSIs and thin film transistors.

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

【図1】 本発明の一実施例を示すシリコン薄膜半導体
装置製造の各工程に於ける素子断面図。
FIG. 1 is a sectional view of an element in each step of manufacturing a silicon thin film semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施例で用いた電子サイクロトロン
共鳴プラズマCVD装置の概要を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing an outline of an electron cyclotron resonance plasma CVD apparatus used in an embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の効果を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an effect of the present invention.

【図4】 本発明の効果を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the effect of the present invention.

【図5】 本発明の一実施例を示すシリコン薄膜半導体
装置の素子断面図。
FIG. 5 is an element sectional view of a silicon thin film semiconductor device showing one embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の効果を示す図。FIG. 6 is a diagram showing an effect of the present invention.

【図7】 本発明の一実施例を示すシリコン薄膜半導体
装置製造の各工程に於ける素子断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view of an element in each step of manufacturing a silicon thin-film semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の一実施例を示すシリコン薄膜半導体
装置製造の各工程に於ける素子断面図。
FIG. 8 is a sectional view of an element in each step of manufacturing a silicon thin film semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の効果を示す図。FIG. 9 is a diagram showing an effect of the present invention.

【図10】 本発明の一実施例を示すシリコン薄膜半導
体装置製造の各工程に於ける素子断面図。
FIG. 10 is a sectional view of an element in each step of manufacturing a silicon thin-film semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101・・・下地基板 102・・・下地保護膜 103・・・ソース・ドレイン領域 104・・・シリコン薄膜 105・・・チャンネル部シリコン薄膜 106・・・ゲート絶縁膜 107・・・ゲート電極 108・・・層間絶縁膜 109・・・ソース・ドレイン取り出し電極 201・・・導波管 202・・・反応室 203・・・ガス導入管 204・・・外部コイル 205・・・基板 206・・・ヒータ 207・・・ガス導入管 501・・・ソース・ドレイン領域 502・・・ゲート電極 503・・・ソース・ドレイン領域 504・・・ゲート電極 505・・・ゲート電極 506・・・マスク材 507・・・ソース・ドレイン領域 701・・・基板 702・・・下地保護膜 703・・・パッドとなるシリコン膜 704・・・第二のシリコン膜 705・・・ゲート絶縁層 706・・・ゲート電極 707・・・レジスト 708・・・ソース・ドレイン領域 709・・・チャンネル部シリコン膜 710・・・層間絶縁膜 711・・・配線 801・・・絶縁基板 802・・・下地SiO2膜 803・・・不純物を含んだシリコン薄膜 804・・・ソース・ドレイン領域 805・・・アモルファス・シリコン薄膜 806・・・いずれチャンネル部になる位置に丈残され
たアモルファス・シリコン薄膜 807・・・酸素プラズマ 808・・・アモルファス・シリコン薄膜を酸化して形
成したSiO2膜 809・・・いずれチャンネル部となる残留しているア
モルファス・シリコン薄膜 810・・・ECR−PECVD法で堆積したSiO2
膜 811・・・チャンネル部を構成するシリコン薄膜 812・・・ゲート電極 813・・・ソース・ドレイン取り出し電極 1001・・・基板 1002・・・下地保護膜 1003・・・パッドとなるシリコン膜 1004・・・第二のシリコン膜 1005・・・ゲート絶縁層 1006・・・ゲート電極 1007・・・保護キャップ層 1008・・・ソース・ドレイン領域 1009・・・チャンネル部シリコン膜 1010・・・層間絶縁膜 1011・・・配線
101 ... underlying substrate 102 ... underlying protective film 103 ... source / drain region 104 ... silicon thin film 105 ... channel portion silicon thin film 106 ... gate insulating film 107 ... gate electrode 108 ..Interlayer insulating film 109 ... Source / drain extraction electrode 201 ... Waveguide 202 ... Reaction chamber 203 ... Gas introduction tube 204 ... External coil 205 ... Substrate 206 ... Heater 207: gas introduction tube 501: source / drain region 502: gate electrode 503: source / drain region 504: gate electrode 505: gate electrode 506: mask material 507 ...・ Source / drain region 701 ・ ・ ・ Substrate 702 ・ ・ ・ Primary protective film 703 ・ ・ ・ Silicon film to be a pad 704 ・ ・ ・ Second Silicon film 705 gate insulating layer 706 gate electrode 707 resist 708 source / drain region 709 channel silicon film 710 interlayer insulating film 711 wiring 801 ..Insulating substrate 802 base SiO 2 film 803 impurity-containing silicon thin film 804 source / drain region 805 amorphous silicon thin film 806 amorphous silicon thin film 807 is left ... oxygen plasma 808 ... amorphous silicon thin film becomes SiO 2 film 809 ... one channel portion formed by oxidizing the residual to that amorphous silicon thin film 810 ..・ SiO 2 deposited by ECR-PECVD method
Film 811 ··· Silicon thin film constituting channel portion 812 ··· Gate electrode 813 ··· Source / drain extraction electrode 1001 ··· Substrate 1002 ··· Underlayer protective film 1003 ··· Silicon film to be a pad 1004. ..Second silicon film 1005 gate insulating layer 1006 gate electrode 1007 protective cap layer 1008 source / drain region 1009 channel silicon film 1010 interlayer insulating film 1011 ... wiring

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成13年4月26日(2001.4.2
6)
[Submission date] April 26, 2001 (2001.4.2
6)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0010[Correction target item name] 0010

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜半導体装置
の製造方法は、基板上にシリコン酸化膜を形成し、前記
シリコン酸化膜上にアモルファス・シリコン薄膜を形成
し、前記アモルファス・シリコン薄膜上にゲート絶縁膜
を形成し、しかる後に前記アモルファス・シリコン薄膜
を結晶化する工程を有することを特徴とする。本発明の
薄膜半導体装置の製造方法は、前記ゲート絶縁膜は前記
アモルファス・シリコン薄膜を酸化させて形成した第1
シリコン酸化膜とECR−PECVD法で堆積した第2
シリコン酸化膜の2層からなることを特徴とする。
According to a method of manufacturing a thin film semiconductor device of the present invention, a silicon oxide film is formed on a substrate, an amorphous silicon thin film is formed on the silicon oxide film, and the amorphous silicon thin film is formed on the silicon oxide film. Forming a gate insulating film, and thereafter crystallizing the amorphous silicon thin film. In the method for manufacturing a thin film semiconductor device according to the present invention, the first gate insulating film may be formed by oxidizing the amorphous silicon thin film.
Silicon oxide film and second deposited by ECR-PECVD method
It is characterized by comprising two layers of a silicon oxide film.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0058[Correction target item name] 0058

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0058】[0058]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によればアモ
ルファス・シリコン薄膜はアモルファス・シリコン薄膜
の下側に形成されたシリコン酸化膜と上側に形成された
シリコン酸化膜との2層により挟まれた状態で結晶化す
るため、良質なシリコン薄膜を得られ、半導体装置の特
性を向上させることができる。
As described above, according to the present invention, the amorphous silicon thin film is sandwiched between the silicon oxide film formed below the amorphous silicon thin film and the silicon oxide film formed above the amorphous silicon thin film. Since the crystallization is performed in a state where the semiconductor device is in a state of being removed, a high-quality silicon thin film can be obtained, and the characteristics of the semiconductor device can be improved.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/78 627G Fターム(参考) 4M104 BB02 BB13 CC05 DD34 DD37 DD43 EE03 EE11 5F052 AA17 DA02 DB01 DB02 DB03 DB07 JA01 5F058 BA20 BC02 BF03 BF09 BF23 BF29 BH20 5F110 AA16 AA17 AA28 AA30 BB01 BB11 CC05 CC06 DD01 DD02 DD03 DD05 DD13 EE04 EE09 EE43 EE44 EE45 FF02 FF05 FF09 FF25 FF31 FF35 GG02 GG13 GG25 GG28 GG43 GG45 GG47 GG57 HJ01 HJ04 HJ13 HJ23 HK09 HK25 HK35 HK37 HL03 HL23 HM14 NN02 NN04 NN23 NN35 PP01 PP10 PP13 QQ11 QQ25 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 29/78 627G F-term (Reference) 4M104 BB02 BB13 CC05 DD34 DD37 DD43 EE03 EE11 5F052 AA17 DA02 DB01 DB02 DB03 DB07 JA01 5F058 BA20 BC02 BF03 BF09 BF23 BF29 BH20 5F110 AA16 AA17 AA28 AA30 BB01 BB11 CC05 CC06 DD01 DD02 DD03 DD05 DD13 EE04 EE09 EE43 EE44 EE45 FF02 FF05 FF09 FF25 FF31 FF23 GG25 GG13 GG25 GG13 HL23 HM14 NN02 NN04 NN23 NN35 PP01 PP10 PP13 QQ11 QQ25

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも表面が絶縁性物質で有る基板の
一方面上にチャンネル部シリコン膜半導体層を形成し、
該半導体層上にゲート絶縁層、ゲート電極を形成したM
IS型電界効果トランジスタを構成する薄膜半導体装置
に於いて、絶縁性物質上にチャンネル部シリコン膜半導
体層を構成するシリコン膜を堆積する工程と、 前記シリコン膜が形成された基板を600℃以下の温度
で熱処理する工程と、チャンネル部シリコン膜半導体層
上に形成されるゲート絶縁層を電子サイクロトロン共鳴
プラズマCVD法に依り形成する工程を含む事を特徴と
する薄膜半導体装置の製造方法。
1. A channel portion silicon film semiconductor layer is formed on one surface of a substrate having at least a surface made of an insulating material,
A gate insulating layer and a gate electrode formed on the semiconductor layer;
In a thin film semiconductor device constituting an IS type field effect transistor, a step of depositing a silicon film constituting a channel portion silicon film semiconductor layer on an insulating material; A method of manufacturing a thin film semiconductor device, comprising: a step of performing a heat treatment at a temperature; and a step of forming a gate insulating layer formed on a channel portion silicon film semiconductor layer by an electron cyclotron resonance plasma CVD method.
【請求項2】チャンネル部シリコン膜半導体層の膜厚が
500オングストローム以下である請求項1記載の薄膜
半導体装置及びその製造方法。
2. The thin film semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the channel portion silicon film semiconductor layer is 500 Å or less.
【請求項3】少なくとも表面が絶縁性物質で有る基板の
一方面上に形成されたチャンネル領域とソース領域及び
ドレイン領域とゲート絶縁層を介して該チャンネル領域
に対向する様に形成されたゲート電極から成るMIS型
電界効果トランジスタにて、ソース領域或いはドレイン
領域の少なくともどちらか一方の領域がゲート絶縁膜を
介してゲート電極と重なり合っていない構造を有する薄
膜半導体装置に於いて、 チャンネル部シリコン膜半導体層を構成するシリコン膜
を堆積する工程と、ソース領域及びドレイン領域を形成
する工程と、 前記チャンネル領域及びソース領域・ドレイン領域が形
成された基板を600℃以下の温度で熱処理する工程を
含む事を特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
3. A gate electrode formed so as to face the channel region with a channel region, a source region, a drain region, and a gate insulating layer formed on at least one surface of a substrate having at least a surface made of an insulating material. In a thin film semiconductor device having a structure in which at least one of a source region and a drain region does not overlap with a gate electrode via a gate insulating film, a channel portion silicon film semiconductor A step of depositing a silicon film constituting a layer, a step of forming a source region and a drain region, and a step of heat-treating the substrate on which the channel region and the source and drain regions are formed at a temperature of 600 ° C. or less. A method for manufacturing a thin film semiconductor device, comprising:
【請求項4】少なくとも表面が絶縁性物質である基板の
一方面上にチャンネル部シリコン膜半導体層を形成し、
該半導体層上にゲート絶縁膜、ゲート電極を形成したM
IS型電界効果トランジスタを構成する薄膜半導体装置
に於いて、 絶縁性物質上にチャンネル部シリコン膜半導体層を構成
するアモルファス・シリコン膜を堆積した後、該アモル
ファス・シリコン膜上にゲート絶縁層を形成する前に、
該アモルファス・シリコン膜上に酸素プラズマを照射す
る工程と、 前記酸素プラズマ照射された基板を600℃以下の温度
で熱処理する工程を含む事を特徴とする薄膜半導体装置
の製造方法。
4. A channel portion silicon film semiconductor layer is formed on one surface of a substrate having at least a surface made of an insulating material,
A gate insulating film and a gate electrode formed on the semiconductor layer;
In a thin film semiconductor device constituting an IS type field effect transistor, after depositing an amorphous silicon film constituting a channel silicon semiconductor layer on an insulating material, a gate insulating layer is formed on the amorphous silicon film Before you do
A method of manufacturing a thin film semiconductor device, comprising: a step of irradiating an oxygen plasma on the amorphous silicon film; and a step of heat-treating the substrate irradiated with the oxygen plasma at a temperature of 600 ° C. or less.
【請求項5】少なくとも表面が絶縁性物質で有る基板上
に形成されたシリコン膜に於いて、該シリコン膜は60
0℃以下の熱処理を施されて居り、かつ該シリコン膜の
一部は電子サイクロトロン共鳴プラズマCVD法に依り
形成された酸化硅素膜で被覆されている事を特徴とする
シリコン膜。
5. A silicon film formed on a substrate having at least a surface made of an insulating material, wherein said silicon film has a thickness of 60%.
A silicon film which has been subjected to a heat treatment at a temperature of 0 ° C. or lower and a part of the silicon film is covered with a silicon oxide film formed by an electron cyclotron resonance plasma CVD method.
【請求項6】下記工程を含む事を特徴としたドナー又は
アクセプターとなる不純物を含んでいることを特徴とす
るシリコン膜。 (1)シリコン膜を堆積する工程と、前記シリコン膜が
形成された基板を600℃以下の温度で熱処理する工
程。 (2)上記工程を経た後、酸化硅素膜を形成する工程。 (3)上記工程を経た後、ドナー又はアクセプターとな
る不純物を、該不純物元素の水素化物と水素の混合物を
原料ガスとして、バケットタイプの質量非分離型のイオ
ン注入装置を用いて、前記シリコン膜に打ち込む工程。
6. A silicon film containing an impurity serving as a donor or an acceptor, characterized by including the following steps. (1) A step of depositing a silicon film and a step of heat-treating the substrate on which the silicon film is formed at a temperature of 600 ° C. or less. (2) A step of forming a silicon oxide film after the above steps. (3) After passing through the above-mentioned steps, the silicon film is converted into an impurity serving as a donor or an acceptor using a mixture of a hydride and hydrogen of the impurity element as a source gas by using a bucket type non-separable ion implantation apparatus. The process of driving.
【請求項7】酸化硅素膜を電子サイクロトロン共鳴プラ
ズマCVD法に依り形成する事を特徴とする請求項6記
載のシリコン膜。
7. The silicon film according to claim 6, wherein the silicon oxide film is formed by an electron cyclotron resonance plasma CVD method.
【請求項8】少なくとも表面が絶縁性物質で有る基板の
一方面上にチャンネル部シリコン膜半導体層を形成し、
該半導体層上にゲート絶縁層、ゲート電極を形成したM
IS型電界効果トランジスタを構成する薄膜半導体装置
に於いて、下記工程を含む事を特徴とした薄膜半導体装
置の製造方法。 (1)絶縁性物質上にシリコン膜を堆積する工程と、前
記シリコン膜が形成された基板を600℃以下の温度で
熱処理する工程。 (2)上記工程を経た後、ゲート絶縁層を形成する工
程。 (3)上記工程を経た後、後にチャンネル領域と化す部
位を覆うようにゲート電極を該ゲート絶縁膜上に形成す
る工程。 (4)上記工程を経た後、ゲート電極をマスクとしてド
ナー又はアクセプターとなる不純物を、該不純物元素の
水素化物と水素の混合物を原料ガスとして、バケットタ
イプの質量非分離型のイオン注入装置を用いて打ち込む
事に依り、ソース領域及びドレイン領域を形成する工
程。
8. A channel portion silicon film semiconductor layer is formed on one surface of a substrate having at least a surface made of an insulating material,
A gate insulating layer and a gate electrode formed on the semiconductor layer;
A method of manufacturing a thin film semiconductor device comprising a thin film semiconductor device constituting an IS type field effect transistor, comprising the following steps. (1) A step of depositing a silicon film on an insulating material and a step of heat-treating the substrate on which the silicon film is formed at a temperature of 600 ° C. or lower. (2) A step of forming a gate insulating layer after the above steps. (3) a step of forming a gate electrode on the gate insulating film so as to cover a portion which will later become a channel region after the above steps. (4) After the above steps, using a gate electrode as a mask, an impurity serving as a donor or an acceptor is used, and a mixture of a hydride and hydrogen of the impurity element is used as a source gas, using a bucket-type mass non-separable ion implantation apparatus. Forming a source region and a drain region by implantation.
【請求項9】ゲート絶縁層を電子サイクロトロン共鳴プ
ラズマCVD法に依り形成する事を特徴とする請求項8
記載の薄膜半導体装置の製造方法。
9. The method according to claim 8, wherein the gate insulating layer is formed by an electron cyclotron resonance plasma CVD method.
A manufacturing method of the thin film semiconductor device according to the above.
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JP2008277839A (en) * 2008-05-26 2008-11-13 Seiko Epson Corp Semiconductor device manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus

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