JPH08107211A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH08107211A JPH08107211A JP24255494A JP24255494A JPH08107211A JP H08107211 A JPH08107211 A JP H08107211A JP 24255494 A JP24255494 A JP 24255494A JP 24255494 A JP24255494 A JP 24255494A JP H08107211 A JPH08107211 A JP H08107211A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 チャネル部の結晶粒界を制御する。
【構成】 シリコン基板11上に、シリコン酸化膜1
2、シリコン窒化膜13を順次形成する。次に、溝14
を形成し、その上に多結晶シリコン15を形成する。多
結晶シリコン膜15をエッチバックして、ゲート電極1
6を形成する。次に、ゲート絶縁膜17を形成する。ホ
トリソ・エッチングにより、ゲート電極16の部分にの
みゲート絶縁膜17を残し、ゲート電極16以外の領域
はシリコン窒化膜13を露出させた状態とする。その上
に非晶質シリコン膜18a,18bを形成する。550
゜C〜800゜CのN2 中で熱処理することにより、非
晶質シリコン膜18a,18bは固相結晶化し多結晶シ
リコン膜となる。その後、多結晶シリコン膜をパターニ
ングし、18aの領域をマスクして、18bの領域にイ
オン注入し、多結晶シリコンの薄膜トランジスタを形成
する。
2、シリコン窒化膜13を順次形成する。次に、溝14
を形成し、その上に多結晶シリコン15を形成する。多
結晶シリコン膜15をエッチバックして、ゲート電極1
6を形成する。次に、ゲート絶縁膜17を形成する。ホ
トリソ・エッチングにより、ゲート電極16の部分にの
みゲート絶縁膜17を残し、ゲート電極16以外の領域
はシリコン窒化膜13を露出させた状態とする。その上
に非晶質シリコン膜18a,18bを形成する。550
゜C〜800゜CのN2 中で熱処理することにより、非
晶質シリコン膜18a,18bは固相結晶化し多結晶シ
リコン膜となる。その後、多結晶シリコン膜をパターニ
ングし、18aの領域をマスクして、18bの領域にイ
オン注入し、多結晶シリコンの薄膜トランジスタを形成
する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方
法、特に、多結晶シリコン膜を活性領域として用いたい
わゆる薄膜トランジスタのその多結晶シリコン膜の形成
方法に関するものである。
法、特に、多結晶シリコン膜を活性領域として用いたい
わゆる薄膜トランジスタのその多結晶シリコン膜の形成
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば次のような文献に記載されるものがあった。 文献1;特開昭60−62159号公報 文献2;特開昭61−116874号公報 文献3;特開平5−067635号公報 絶縁膜上に形成された半導体薄膜を能動素子として用い
る薄膜トランジスタは、集積回路の高集積化を図る上で
極めて有利である。前記文献1,2は、いずれも通常の
電界効果型トランジスタ(以下、MOSトランジスタと
呼ぶ)上に形成される薄膜トランジスタを示すものであ
る。これらの例にも示される様に、薄膜トランジスタを
形成する半導体薄膜としては、製造上の容易さから、多
結晶シリコン膜が多く用いられている。しかしながら、
この多結晶シリコンの薄膜トランジスタは、多結晶シリ
コンの粒内、粒界に存在するため、その特性が単結晶シ
リコン上のデバイスに比べて、著しく劣ることがわかっ
ている。このため、(1)水素原子によってこの結晶欠
陥を電気的に不活性化する水素化処理法、(2)大粒径
の多結晶シリコンを用いることにより、結晶粒界の電気
特性への影響を小さくする方法などがとられている。最
近になって、非晶質シリコンを固相で結晶化する方法が
開発され、通常0.1μm程度の結晶粒径が1〜5μm
まで大きくなることが分かっている。
例えば次のような文献に記載されるものがあった。 文献1;特開昭60−62159号公報 文献2;特開昭61−116874号公報 文献3;特開平5−067635号公報 絶縁膜上に形成された半導体薄膜を能動素子として用い
る薄膜トランジスタは、集積回路の高集積化を図る上で
極めて有利である。前記文献1,2は、いずれも通常の
電界効果型トランジスタ(以下、MOSトランジスタと
呼ぶ)上に形成される薄膜トランジスタを示すものであ
る。これらの例にも示される様に、薄膜トランジスタを
形成する半導体薄膜としては、製造上の容易さから、多
結晶シリコン膜が多く用いられている。しかしながら、
この多結晶シリコンの薄膜トランジスタは、多結晶シリ
コンの粒内、粒界に存在するため、その特性が単結晶シ
リコン上のデバイスに比べて、著しく劣ることがわかっ
ている。このため、(1)水素原子によってこの結晶欠
陥を電気的に不活性化する水素化処理法、(2)大粒径
の多結晶シリコンを用いることにより、結晶粒界の電気
特性への影響を小さくする方法などがとられている。最
近になって、非晶質シリコンを固相で結晶化する方法が
開発され、通常0.1μm程度の結晶粒径が1〜5μm
まで大きくなることが分かっている。
【0003】以下、前記文献3に記載されたこの方法を
用いた多結晶シリコンの薄膜トランジスタの製造方法に
ついて図2を参照しつつ説明する。 (1) 図2(a)の工程 シリコン基板1に絶縁膜2、ゲート電極3を形成する。
さらに、ゲート電極3上にゲート絶縁膜4を形成する。
このゲート絶縁膜4は、例えば、化学気相成長(以下、
CVDと呼ぶ)法によるシリコン酸化膜でも良いし、ゲ
ート電極3として用いた多結晶シリコンの熱酸化でも良
い。膜厚は典型的には約40nmである。 (2) 図2(b)の工程 膜厚が10〜100nmの非晶質シリコン膜5を形成す
る。この非晶質シリコン膜5は電子ビーム蒸着法、CV
D法、多結晶シリコン膜へのシリコンイオンのイオン注
入法のいずれで形成してもよい。 (3) 図2(c)の工程 温度が550゜C〜650゜CのN2 雰囲気中で5〜1
5時間の熱処理を行うことにより固相結晶化し、1〜5
μmの結晶粒径を有する多結晶シリコン膜5aが得られ
る。 (4) 図2(d)の工程 多結晶シリコン膜5aをパターニングした後、選択的に
リンイオンをイオン注入し、ソース・ドレイン拡散領域
7を形成する。次に、層間絶縁膜8、配線電極9を形成
する。
用いた多結晶シリコンの薄膜トランジスタの製造方法に
ついて図2を参照しつつ説明する。 (1) 図2(a)の工程 シリコン基板1に絶縁膜2、ゲート電極3を形成する。
さらに、ゲート電極3上にゲート絶縁膜4を形成する。
このゲート絶縁膜4は、例えば、化学気相成長(以下、
CVDと呼ぶ)法によるシリコン酸化膜でも良いし、ゲ
ート電極3として用いた多結晶シリコンの熱酸化でも良
い。膜厚は典型的には約40nmである。 (2) 図2(b)の工程 膜厚が10〜100nmの非晶質シリコン膜5を形成す
る。この非晶質シリコン膜5は電子ビーム蒸着法、CV
D法、多結晶シリコン膜へのシリコンイオンのイオン注
入法のいずれで形成してもよい。 (3) 図2(c)の工程 温度が550゜C〜650゜CのN2 雰囲気中で5〜1
5時間の熱処理を行うことにより固相結晶化し、1〜5
μmの結晶粒径を有する多結晶シリコン膜5aが得られ
る。 (4) 図2(d)の工程 多結晶シリコン膜5aをパターニングした後、選択的に
リンイオンをイオン注入し、ソース・ドレイン拡散領域
7を形成する。次に、層間絶縁膜8、配線電極9を形成
する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体素子の製造方法においては、次のような課題があ
った。従来の半導体素子の製造方法では、トランジスタ
特性のバラツキ(偏差)が大きくなるという欠点があっ
た。この製造方法では、最大数μmの結晶粒が得られる
が、一方使用するトランジスタの寸法は1μm程度であ
る。この場合、チャネル内に粒界が含まれるか否かによ
りトランジスタ特性が大きく異なってしまうことにな
る。非晶質シリコン5を固相結晶化する際の結晶核の位
置は制御されておらず、またこのため粒径に分布がある
ことからチャネル内に粒界が含まれるどうかは確率的事
象であって全く制御不可能である。
半導体素子の製造方法においては、次のような課題があ
った。従来の半導体素子の製造方法では、トランジスタ
特性のバラツキ(偏差)が大きくなるという欠点があっ
た。この製造方法では、最大数μmの結晶粒が得られる
が、一方使用するトランジスタの寸法は1μm程度であ
る。この場合、チャネル内に粒界が含まれるか否かによ
りトランジスタ特性が大きく異なってしまうことにな
る。非晶質シリコン5を固相結晶化する際の結晶核の位
置は制御されておらず、またこのため粒径に分布がある
ことからチャネル内に粒界が含まれるどうかは確率的事
象であって全く制御不可能である。
【0005】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、前記課題
を解決するために、基板上にゲート電極とゲート絶縁膜
と多結晶シリコンの薄膜の活性領域とを備えた半導体装
置の製造方法において、以下の工程を順に施す。すなわ
ち、前記基板上の全面にシリコン窒化膜を形成する工程
と、ゲート電極形成予定領域の前記シリコン窒化膜を除
去して、溝を形成する工程と、前記溝の部分に前記ゲー
ト電極を形成する工程と、前記ゲート電極上に選択的に
シリコン酸化膜の前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、
全面に非晶質シリコン膜を形成する工程と、熱処理する
ことにより前記非晶質シリコン膜を結晶化して、前記多
結晶シリコンの薄膜の活性領域を形成する工程とを、順
に施す。第2の発明は、第1の発明と同様の半導体装置
の製造方法において、以下の工程を施す。すなわち、表
面にシリコン酸化膜を有する前記基板の全面にシリコン
窒化膜を形成する工程と、ゲート電極形成予定領域の前
記シリコン窒化膜を除去する工程と、全面に非晶質シリ
コン膜を形成する工程と、熱処理することにより前記非
晶質シリコン膜を結晶化して、前記多結晶シリコンの薄
膜の活性領域を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を形
成する工程と、前記ゲート電極を形成する工程とを、施
す。第3の発明は、第1の発明と同様の半導体装置の製
造方法において、以下の工程を施す。すなわち、表面に
第1の絶縁膜を有する前記基板のゲート電極形成予定領
域の前記第1の絶縁膜を除去して、溝を形成する工程
と、前記溝の部分に前記ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記溝部内の前記
ゲート絶縁膜上に非晶質シリコン膜を形成する工程と、
前記溝部を第2の絶縁膜で埋め込む工程と、全面に第1
の多結晶シリコン膜を形成する工程と、前記第1の多結
晶シリコン膜を前記非晶質シリコン膜とオーバーラップ
するようにパターニングする工程と、熱処理することに
より前記非晶質シリコン膜を結晶化して、第2の多結晶
シリコン膜を形成し、前記第1と第2の多結晶シリコン
膜から構成される前記多結晶シリコンの薄膜の活性領域
を形成する工程とを、施す。
を解決するために、基板上にゲート電極とゲート絶縁膜
と多結晶シリコンの薄膜の活性領域とを備えた半導体装
置の製造方法において、以下の工程を順に施す。すなわ
ち、前記基板上の全面にシリコン窒化膜を形成する工程
と、ゲート電極形成予定領域の前記シリコン窒化膜を除
去して、溝を形成する工程と、前記溝の部分に前記ゲー
ト電極を形成する工程と、前記ゲート電極上に選択的に
シリコン酸化膜の前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、
全面に非晶質シリコン膜を形成する工程と、熱処理する
ことにより前記非晶質シリコン膜を結晶化して、前記多
結晶シリコンの薄膜の活性領域を形成する工程とを、順
に施す。第2の発明は、第1の発明と同様の半導体装置
の製造方法において、以下の工程を施す。すなわち、表
面にシリコン酸化膜を有する前記基板の全面にシリコン
窒化膜を形成する工程と、ゲート電極形成予定領域の前
記シリコン窒化膜を除去する工程と、全面に非晶質シリ
コン膜を形成する工程と、熱処理することにより前記非
晶質シリコン膜を結晶化して、前記多結晶シリコンの薄
膜の活性領域を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を形
成する工程と、前記ゲート電極を形成する工程とを、施
す。第3の発明は、第1の発明と同様の半導体装置の製
造方法において、以下の工程を施す。すなわち、表面に
第1の絶縁膜を有する前記基板のゲート電極形成予定領
域の前記第1の絶縁膜を除去して、溝を形成する工程
と、前記溝の部分に前記ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記溝部内の前記
ゲート絶縁膜上に非晶質シリコン膜を形成する工程と、
前記溝部を第2の絶縁膜で埋め込む工程と、全面に第1
の多結晶シリコン膜を形成する工程と、前記第1の多結
晶シリコン膜を前記非晶質シリコン膜とオーバーラップ
するようにパターニングする工程と、熱処理することに
より前記非晶質シリコン膜を結晶化して、第2の多結晶
シリコン膜を形成し、前記第1と第2の多結晶シリコン
膜から構成される前記多結晶シリコンの薄膜の活性領域
を形成する工程とを、施す。
【0006】第4の発明は、第1の発明と同様の半導体
装置の製造方法において、以下の工程を施す。すなわ
ち、表面に第1の絶縁膜を有する前記基板の前記ゲート
電極形成予定領域の前記第1の絶縁膜を除去して溝を形
成する工程と、前記溝の部分に前記ゲート電極を形成す
る工程と、前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記溝
部内の前記ゲート絶縁膜上に第1の非晶質シリコン膜を
形成する工程と、前記溝部を第2の絶縁膜で埋め込む工
程と、全面に前記第1の非晶質シリコン膜と結晶成長速
度の異なる第2の非晶質シリコン膜を形成する工程と、
前記第2の非結晶シリコン膜を前記第1の非晶質シリコ
ン膜とオーバーラップするようにパターニングする工程
と、熱処理することにより前記第1と第2の非晶質シリ
コン膜を結晶化して、前記多結晶シリコンの薄膜の活性
領域を形成する工程とを、施す。第5の発明は、第1の
発明と同様の半導体装置の製造方法において、以下の工
程を施す。すなわち、表面に第1の絶縁膜を有する前記
基板の前記ゲート電極形成予定領域の前記第1の絶縁膜
を除去して溝を形成する工程と、前記溝に前記ゲート電
極を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を形成する工程
と、全面に非晶質シリコン膜を形成する工程と、前記溝
部を第2の絶縁膜で埋め込む工程と、全面にシリコンイ
オンを打ち込む工程と、熱処理することにより前記非晶
質シリコン膜を結晶化して、前記多結晶シリコンの薄膜
の活性領域を形成する工程とを、施す。
装置の製造方法において、以下の工程を施す。すなわ
ち、表面に第1の絶縁膜を有する前記基板の前記ゲート
電極形成予定領域の前記第1の絶縁膜を除去して溝を形
成する工程と、前記溝の部分に前記ゲート電極を形成す
る工程と、前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記溝
部内の前記ゲート絶縁膜上に第1の非晶質シリコン膜を
形成する工程と、前記溝部を第2の絶縁膜で埋め込む工
程と、全面に前記第1の非晶質シリコン膜と結晶成長速
度の異なる第2の非晶質シリコン膜を形成する工程と、
前記第2の非結晶シリコン膜を前記第1の非晶質シリコ
ン膜とオーバーラップするようにパターニングする工程
と、熱処理することにより前記第1と第2の非晶質シリ
コン膜を結晶化して、前記多結晶シリコンの薄膜の活性
領域を形成する工程とを、施す。第5の発明は、第1の
発明と同様の半導体装置の製造方法において、以下の工
程を施す。すなわち、表面に第1の絶縁膜を有する前記
基板の前記ゲート電極形成予定領域の前記第1の絶縁膜
を除去して溝を形成する工程と、前記溝に前記ゲート電
極を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を形成する工程
と、全面に非晶質シリコン膜を形成する工程と、前記溝
部を第2の絶縁膜で埋め込む工程と、全面にシリコンイ
オンを打ち込む工程と、熱処理することにより前記非晶
質シリコン膜を結晶化して、前記多結晶シリコンの薄膜
の活性領域を形成する工程とを、施す。
【0007】
【作用】第1または第2の発明によれば、以上のように
半導体装置の製造方法を構成したので、シリコン窒化膜
上の非晶質シリコンとシリコン酸化膜上の非晶質シリコ
ンを熱処理による結晶化する際に、シリコン窒化膜上の
非晶質シリコンの方が、シリコン酸化膜上の非晶質シリ
コンよりも結晶成長の速度が速いので、非晶質シリコン
の結晶化は、シリコン窒化膜上の非晶質シリコンからシ
リコン酸化膜上の非晶質シリコンへと進む。よって、チ
ャネル部の結晶粒界の制御が可能となる。第3の発明に
よれば、非晶質シリコンの結晶化は、第1の多結晶シリ
コンとの界面から内部の方向へ進むように制御される。
よって、チャネル部の結晶粒界の制御が可能となる。第
4の発明によれば、第1の非晶質シリコン膜と第2の非
晶質シリコン膜の結晶成長速度が異なるので、第1の非
晶質シリコン膜の結晶成長速度が、第2の非結晶シリコ
ン膜の結晶成長速度よりも速い時には、第1の非晶質シ
リコン膜の結晶化は、第1の非晶質シリコン膜の内部か
ら第2の非晶質シリコン膜との界面方向へと進む。ま
た、第1の非晶質シリコン膜の結晶成長速度が、第2の
非結晶シリコン膜の結晶成長速度よりも遅い時には、第
1の非晶質シリコン膜の結晶化は、第2の非晶質シリコ
ン膜との界面から第1の非晶質シリコン膜の内部へと進
む。第5の発明によれば、非晶質シリコン膜にシリコン
イオンを打ち込むと、その結晶成長速度が遅くなるの
で、非晶質シリコン膜の結晶化がゲート絶縁膜上の非晶
質シリコン内部から外部の方向へと進む。よって、チャ
ネル部の結晶粒界の制御が可能となる。従って、前記課
題を解決できるのである。
半導体装置の製造方法を構成したので、シリコン窒化膜
上の非晶質シリコンとシリコン酸化膜上の非晶質シリコ
ンを熱処理による結晶化する際に、シリコン窒化膜上の
非晶質シリコンの方が、シリコン酸化膜上の非晶質シリ
コンよりも結晶成長の速度が速いので、非晶質シリコン
の結晶化は、シリコン窒化膜上の非晶質シリコンからシ
リコン酸化膜上の非晶質シリコンへと進む。よって、チ
ャネル部の結晶粒界の制御が可能となる。第3の発明に
よれば、非晶質シリコンの結晶化は、第1の多結晶シリ
コンとの界面から内部の方向へ進むように制御される。
よって、チャネル部の結晶粒界の制御が可能となる。第
4の発明によれば、第1の非晶質シリコン膜と第2の非
晶質シリコン膜の結晶成長速度が異なるので、第1の非
晶質シリコン膜の結晶成長速度が、第2の非結晶シリコ
ン膜の結晶成長速度よりも速い時には、第1の非晶質シ
リコン膜の結晶化は、第1の非晶質シリコン膜の内部か
ら第2の非晶質シリコン膜との界面方向へと進む。ま
た、第1の非晶質シリコン膜の結晶成長速度が、第2の
非結晶シリコン膜の結晶成長速度よりも遅い時には、第
1の非晶質シリコン膜の結晶化は、第2の非晶質シリコ
ン膜との界面から第1の非晶質シリコン膜の内部へと進
む。第5の発明によれば、非晶質シリコン膜にシリコン
イオンを打ち込むと、その結晶成長速度が遅くなるの
で、非晶質シリコン膜の結晶化がゲート絶縁膜上の非晶
質シリコン内部から外部の方向へと進む。よって、チャ
ネル部の結晶粒界の制御が可能となる。従って、前記課
題を解決できるのである。
【0008】
【実施例】第1の実施例 図1(a)〜(c)は、本発明の第1の実施例を示す半
導体装置の製造方法を示す工程図である。以下、この図
を参照しつつ本発明の第1の実施例の半導体装置の製造
方法(1)〜(3)に説明する。 (1) 図1(a)の工程 シリンコ基板11上に、CVD法により、シリコン酸化
膜12、シリコン窒化膜13を順次形成する。次に、ホ
トリソ・エッチングにより、ゲート電極形成予定領域の
シリコン酸化膜12の領域まで溝14(例えば、幅1μ
m〜数μm、深さ0.5μm〜2μm)を形成し、その
上にゲート電極用の多結晶シリコン膜15を形成する。 (2) 図1(b)の工程 異方性エッチングにより、多結晶シリコン膜15をエッ
チバックして、溝14内にゲート電極16を形成する。
次に、ゲート絶縁膜17を膜厚30〜50nmに形成す
る。このゲート絶縁膜17は、CVD法によるシリコン
膜でもよいし、ゲート電極として用いた多結晶シリコン
膜15の熱酸化膜であってもよい。 (3) 図1(c)の工程 ホトリソ・エッチングにより、ゲート電極16の部分に
のみゲート絶縁膜17を残し、ゲート電極16以外の領
域はシリコン窒化膜13を露出させた状態とする。次
に、CVD法などにより、その上に非晶質シリコン膜1
8a,18bを膜厚30〜50nmに形成する。
導体装置の製造方法を示す工程図である。以下、この図
を参照しつつ本発明の第1の実施例の半導体装置の製造
方法(1)〜(3)に説明する。 (1) 図1(a)の工程 シリンコ基板11上に、CVD法により、シリコン酸化
膜12、シリコン窒化膜13を順次形成する。次に、ホ
トリソ・エッチングにより、ゲート電極形成予定領域の
シリコン酸化膜12の領域まで溝14(例えば、幅1μ
m〜数μm、深さ0.5μm〜2μm)を形成し、その
上にゲート電極用の多結晶シリコン膜15を形成する。 (2) 図1(b)の工程 異方性エッチングにより、多結晶シリコン膜15をエッ
チバックして、溝14内にゲート電極16を形成する。
次に、ゲート絶縁膜17を膜厚30〜50nmに形成す
る。このゲート絶縁膜17は、CVD法によるシリコン
膜でもよいし、ゲート電極として用いた多結晶シリコン
膜15の熱酸化膜であってもよい。 (3) 図1(c)の工程 ホトリソ・エッチングにより、ゲート電極16の部分に
のみゲート絶縁膜17を残し、ゲート電極16以外の領
域はシリコン窒化膜13を露出させた状態とする。次
に、CVD法などにより、その上に非晶質シリコン膜1
8a,18bを膜厚30〜50nmに形成する。
【0009】次に、550゜C〜800゜CのN2 中で
熱処理することにより、非晶質シリコン膜18a,18
bを固相結晶化し、活性領域としての多結晶シリコン膜
を形成する。この時、ゲート絶縁膜17上の非晶質シリ
コン膜18aに比べ、シリコン窒化膜13上の非晶質シ
リコン膜18bの方が下地構造の違いにより固相成長の
核の発生が速く、また結晶化率も速い。よって、非晶質
シリコンの結晶化は18bの領域から始まり、ゲート電
極16上の非晶質シリコン膜18aの領域へと固相成長
する。このため、多結晶シリコン薄膜トランジスタのチ
ャネル部となる18aの領域は、結晶粒界の位置が制御
され、かつ必ず1個だけの結晶粒界が存在することにな
る。その後、固相成長して得られた多結晶シリコン膜を
パターニングし、ホトリソ工程によりチャネル領域とな
る18aの領域をマスクして、18bの領域にイオン注
入し、ソース・ドレイン領域とすることにより、多結晶
シリコン薄膜トランジスタを形成する。以上説明したよ
うに、本第1の実施例によれば、非晶質シリコン膜の固
相成長の際にソース・ドレインとなる領域を選択的に優
先核発生領域としたので、薄膜トランジスタのチャネル
領域に存在する結晶粒界を制御することが可能となる。
これにより、従来みられた多結晶シリコン膜の大粒径化
による特性のバラツキを最小に抑えることができるとい
う利点がある。第2の実施例 図3(a)〜(d)は、本発明の第1の実施例を示す半
導体装置の製造方法を示す工程図である。
熱処理することにより、非晶質シリコン膜18a,18
bを固相結晶化し、活性領域としての多結晶シリコン膜
を形成する。この時、ゲート絶縁膜17上の非晶質シリ
コン膜18aに比べ、シリコン窒化膜13上の非晶質シ
リコン膜18bの方が下地構造の違いにより固相成長の
核の発生が速く、また結晶化率も速い。よって、非晶質
シリコンの結晶化は18bの領域から始まり、ゲート電
極16上の非晶質シリコン膜18aの領域へと固相成長
する。このため、多結晶シリコン薄膜トランジスタのチ
ャネル部となる18aの領域は、結晶粒界の位置が制御
され、かつ必ず1個だけの結晶粒界が存在することにな
る。その後、固相成長して得られた多結晶シリコン膜を
パターニングし、ホトリソ工程によりチャネル領域とな
る18aの領域をマスクして、18bの領域にイオン注
入し、ソース・ドレイン領域とすることにより、多結晶
シリコン薄膜トランジスタを形成する。以上説明したよ
うに、本第1の実施例によれば、非晶質シリコン膜の固
相成長の際にソース・ドレインとなる領域を選択的に優
先核発生領域としたので、薄膜トランジスタのチャネル
領域に存在する結晶粒界を制御することが可能となる。
これにより、従来みられた多結晶シリコン膜の大粒径化
による特性のバラツキを最小に抑えることができるとい
う利点がある。第2の実施例 図3(a)〜(d)は、本発明の第1の実施例を示す半
導体装置の製造方法を示す工程図である。
【0010】以下、この図を参照しつつ本発明の第1の
実施例の半導体装置の製造方法(1)〜(4)に説明す
る。 (1) 図3(a)の工程 シリンコ基板21上に第1の絶縁膜として絶縁膜22を
形成する。次に、ホトリソ・エッチングにより絶縁膜2
2の途中で止まる溝23を形成し、その後、ゲート電極
用の多結晶シリコン膜24を形成する。 (2) 図3(b)の工程 異方性エッチングにより、多結晶シリコン膜24をエッ
チバックして、溝23内にゲート電極25を形成する。
次に、ゲート絶縁膜26を形成する。その後、シラン
(SiH4 )ガスを用い、温度520゜C〜570゜C
で、CVD法により、非晶質シリコン膜27を膜厚30
〜50nmに形成する。 (3) 図3(c)の工程 異方性エッチングにより、ゲート電極25上のみ非晶質
シリコン膜27を残し、それ以外の部分の非晶質シリコ
ン膜27は除去する。次に、非晶質シリコン27上の溝
23を第2の絶縁膜としてシリコン酸化膜などの絶縁膜
28で埋め込む。その後、ジシラン(S12H6 )ガスを
用い、温度450゜C〜500゜Cで、CVD法により
非晶質晶シリコン膜29を膜厚30〜80nmに形成す
る。 (4) 図3(d)の工程 ホトリソ・エッチングによって、絶縁膜28上の非晶質
シリコン膜29を除去する。この時、非晶質シリコン膜
29は非晶質シリコン27と必ずオーバラップしている
ようにパターニングする。次に、550゜C〜800゜
CのN2 雰囲気中で熱処理することにより非晶質シリコ
ン膜27及び29を結晶化させて、多結晶シリコンの薄
膜の活性領域を形成する。非晶質シリコン膜はCVD形
成の温度が異なると結晶化の核発生速度、結晶化率の速
度も異なることが知られており、CVD形成の温度が高
いほど結晶成長が速いことが知られている。本第2の実
施例では、非晶質シリコン膜27の方が非晶質シリコン
膜29に比べ形成温度が高いため、N2 中の熱処理によ
る結晶成長は27より29へ進むことになる。よって、
多結晶シリコン薄膜トランジスタのチャネル部となる2
7の領域には結晶粒界が存在しないように結晶成長させ
ることが可能となる。
実施例の半導体装置の製造方法(1)〜(4)に説明す
る。 (1) 図3(a)の工程 シリンコ基板21上に第1の絶縁膜として絶縁膜22を
形成する。次に、ホトリソ・エッチングにより絶縁膜2
2の途中で止まる溝23を形成し、その後、ゲート電極
用の多結晶シリコン膜24を形成する。 (2) 図3(b)の工程 異方性エッチングにより、多結晶シリコン膜24をエッ
チバックして、溝23内にゲート電極25を形成する。
次に、ゲート絶縁膜26を形成する。その後、シラン
(SiH4 )ガスを用い、温度520゜C〜570゜C
で、CVD法により、非晶質シリコン膜27を膜厚30
〜50nmに形成する。 (3) 図3(c)の工程 異方性エッチングにより、ゲート電極25上のみ非晶質
シリコン膜27を残し、それ以外の部分の非晶質シリコ
ン膜27は除去する。次に、非晶質シリコン27上の溝
23を第2の絶縁膜としてシリコン酸化膜などの絶縁膜
28で埋め込む。その後、ジシラン(S12H6 )ガスを
用い、温度450゜C〜500゜Cで、CVD法により
非晶質晶シリコン膜29を膜厚30〜80nmに形成す
る。 (4) 図3(d)の工程 ホトリソ・エッチングによって、絶縁膜28上の非晶質
シリコン膜29を除去する。この時、非晶質シリコン膜
29は非晶質シリコン27と必ずオーバラップしている
ようにパターニングする。次に、550゜C〜800゜
CのN2 雰囲気中で熱処理することにより非晶質シリコ
ン膜27及び29を結晶化させて、多結晶シリコンの薄
膜の活性領域を形成する。非晶質シリコン膜はCVD形
成の温度が異なると結晶化の核発生速度、結晶化率の速
度も異なることが知られており、CVD形成の温度が高
いほど結晶成長が速いことが知られている。本第2の実
施例では、非晶質シリコン膜27の方が非晶質シリコン
膜29に比べ形成温度が高いため、N2 中の熱処理によ
る結晶成長は27より29へ進むことになる。よって、
多結晶シリコン薄膜トランジスタのチャネル部となる2
7の領域には結晶粒界が存在しないように結晶成長させ
ることが可能となる。
【0011】次に、全面にイオン注入することにより、
27をチャネル部、29をソース・ドレイン部の活性領
域とする薄膜トランジスタを形成する。この構造におい
てはチャネル部27は、絶縁膜28によって保護されて
いるので、ソース・ドレイン部29の領域のパターニン
グは不要である。以上説明したように、本第2の実施例
よれば、チャネル部の非晶質シリコン膜27とソース・
ドレイン部の非晶質シリコン膜29の固相成長速度を変
えたので、チャネル部の非晶質シリコン膜27に結晶粒
界が存在しないように、結晶成長させることが可能とな
る。よって、従来みられた大粒径化による特性のバラツ
キを最小に抑えることができるという利点がある。ま
た、ソース・ドレインを形成するためのイオン注入時
に、ホトリソ工程がないので、チャネル部は合わせずれ
による影響がなく安定したトランジスタ特性を得ること
ができるという利点がある。第3の実施例 図4(a)〜(c)は、本発明の第3の実施例を示す半
導体装置の製造方法を示す工程図である。以下、この図
を参照しつつ本発明の第3の実施例の半導体装置の製造
方法(1)〜(3)に説明する。 (1) 図4(a)の工程 半導体基板41上に第1の絶縁膜として絶縁膜42を形
成する。次に、ホトリソ・エッチングにより絶縁膜42
の途中で止まる溝43を形成し、その後、ゲート電極用
の多結晶シリコン膜44を形成する。 (2) 図4(b)の工程 異方性エッチングにより、多結晶シリコン膜44をエッ
チバックして、溝部43内にゲート電極45を形成す
る。次に、ゲート絶縁膜46を形成する。その後、CV
D法により、非晶質シリコン膜47a,47bを膜厚3
0〜50nmに形成する。 (3) 図4(c)の工程 ゲート電極45上の溝部43を第2の絶縁膜としてシリ
コン酸化膜などの絶縁膜48で埋め込む。次に、イオン
注入法により、Si + イオンを1×1014〜1×1015
ions/cm2 、40Kevで全面に打ち込みをす
る。この時、チャネル領域となる非晶質シリコン47a
は絶縁膜48により保護されているため、Si + イオン
は非晶質シリコン47aには注入されず、ソース・ドレ
イン領域となる非晶質シリコン47bの部分のみに注入
される。
27をチャネル部、29をソース・ドレイン部の活性領
域とする薄膜トランジスタを形成する。この構造におい
てはチャネル部27は、絶縁膜28によって保護されて
いるので、ソース・ドレイン部29の領域のパターニン
グは不要である。以上説明したように、本第2の実施例
よれば、チャネル部の非晶質シリコン膜27とソース・
ドレイン部の非晶質シリコン膜29の固相成長速度を変
えたので、チャネル部の非晶質シリコン膜27に結晶粒
界が存在しないように、結晶成長させることが可能とな
る。よって、従来みられた大粒径化による特性のバラツ
キを最小に抑えることができるという利点がある。ま
た、ソース・ドレインを形成するためのイオン注入時
に、ホトリソ工程がないので、チャネル部は合わせずれ
による影響がなく安定したトランジスタ特性を得ること
ができるという利点がある。第3の実施例 図4(a)〜(c)は、本発明の第3の実施例を示す半
導体装置の製造方法を示す工程図である。以下、この図
を参照しつつ本発明の第3の実施例の半導体装置の製造
方法(1)〜(3)に説明する。 (1) 図4(a)の工程 半導体基板41上に第1の絶縁膜として絶縁膜42を形
成する。次に、ホトリソ・エッチングにより絶縁膜42
の途中で止まる溝43を形成し、その後、ゲート電極用
の多結晶シリコン膜44を形成する。 (2) 図4(b)の工程 異方性エッチングにより、多結晶シリコン膜44をエッ
チバックして、溝部43内にゲート電極45を形成す
る。次に、ゲート絶縁膜46を形成する。その後、CV
D法により、非晶質シリコン膜47a,47bを膜厚3
0〜50nmに形成する。 (3) 図4(c)の工程 ゲート電極45上の溝部43を第2の絶縁膜としてシリ
コン酸化膜などの絶縁膜48で埋め込む。次に、イオン
注入法により、Si + イオンを1×1014〜1×1015
ions/cm2 、40Kevで全面に打ち込みをす
る。この時、チャネル領域となる非晶質シリコン47a
は絶縁膜48により保護されているため、Si + イオン
は非晶質シリコン47aには注入されず、ソース・ドレ
イン領域となる非晶質シリコン47bの部分のみに注入
される。
【0012】次に、550゜C〜800゜CのN2 中で
熱処理することにより、非晶質シリコン47a及び47
bを結晶化させて活性領域となる多結晶シリコン膜を形
成する。非晶質シリコンはSi + イオン注入により、結
晶化速度が遅くなることが知られている。本第3の実施
例では、非晶質シリコン47bにSi + イオンが注入さ
れているので、N2 中の熱処理による結晶成長は非晶質
シリコン47aより47bへ進むことになる。よって、
多結晶シリコン薄膜トランジスタのチャネル部となる多
結晶シリンコaには結晶粒界が存在しないように結晶成
長させることが可能となる。次に、全面にイオン注入す
ることにより、47aをチャネル部、47bをソース・
ドレイン部する多結晶シリコンの薄膜トランジスタを形
成する。この構造においてはチャネル部47aは、絶縁
膜48によって保護されているので、ソース・ドレイン
部47bのパターニングは不要である。以上説明したよ
うに、本第3の実施例よれば、チャネル部の非晶質シリ
コン膜とソース・ドレイン部の非晶質シリコン膜の固相
成長速度を変えたので、チャネル部の非晶質シリコン膜
に結晶粒界が存在しないように、結晶成長させることが
可能となる。よって、第2の実施例と同様の利点があ
る。なお、本発明は本実施例に限定されず種々の変形が
可能である。その変形例としては、例えば次のようなも
のがある。
熱処理することにより、非晶質シリコン47a及び47
bを結晶化させて活性領域となる多結晶シリコン膜を形
成する。非晶質シリコンはSi + イオン注入により、結
晶化速度が遅くなることが知られている。本第3の実施
例では、非晶質シリコン47bにSi + イオンが注入さ
れているので、N2 中の熱処理による結晶成長は非晶質
シリコン47aより47bへ進むことになる。よって、
多結晶シリコン薄膜トランジスタのチャネル部となる多
結晶シリンコaには結晶粒界が存在しないように結晶成
長させることが可能となる。次に、全面にイオン注入す
ることにより、47aをチャネル部、47bをソース・
ドレイン部する多結晶シリコンの薄膜トランジスタを形
成する。この構造においてはチャネル部47aは、絶縁
膜48によって保護されているので、ソース・ドレイン
部47bのパターニングは不要である。以上説明したよ
うに、本第3の実施例よれば、チャネル部の非晶質シリ
コン膜とソース・ドレイン部の非晶質シリコン膜の固相
成長速度を変えたので、チャネル部の非晶質シリコン膜
に結晶粒界が存在しないように、結晶成長させることが
可能となる。よって、第2の実施例と同様の利点があ
る。なお、本発明は本実施例に限定されず種々の変形が
可能である。その変形例としては、例えば次のようなも
のがある。
【0013】(i) 第1の実施例では、ゲート電極15
がチャネルの下にあるいわゆる逆構造トランジスタの例
であるが、順方向のトランジスタにおいても以下のよう
にして実施することができる。シリコン酸化膜12上に
シリコン窒化膜13を形成し、その後、ゲート電極形成
予定領域のシリコン窒化膜13を除去する。次に、非晶
質シリコン膜を形成する。その後、熱処理することによ
り非晶質シリコン膜を結晶化して、多結晶シリコン膜を
形成する。その後、ゲート絶縁膜、ゲート電極を順次形
成する。 (ii) 実施例では、基板としてシリコン基板を用いた例
を示したが、表面に絶縁膜を有していればこれに限るも
のではない。例えば、石英などのガラス基板も使用可能
である。この場合、絶縁膜を形成する工程を省略するこ
ともできる。 (iii) 図3(b)の工程において、非晶質シリコン膜
29の代わりに、多結晶シリコン膜であってもよい。多
結晶シリコン膜の場合には、図3(c)の工程におい
て、非晶質シリコン膜27の結晶成長は多結晶シリコン
膜との界面を核として進行する。よって、多結晶シリコ
ン薄膜トランジスタのチャネル部となる領域では、結晶
粒界の位置が制御され、かつ1個だけの結晶粒界が存在
することとなり、薄膜トランジスタのチャネル領域に存
在する結晶粒界を制御することが可能となる。そのた
め、第1の実施例と同様の利点がある。 (IV) 図3(b)及び図3(c)の工程の非晶質シリコ
ン膜のCVDの条件を逆にしてもよい。この場合は、非
晶質シリコン膜29から27へ結晶化が進む。
がチャネルの下にあるいわゆる逆構造トランジスタの例
であるが、順方向のトランジスタにおいても以下のよう
にして実施することができる。シリコン酸化膜12上に
シリコン窒化膜13を形成し、その後、ゲート電極形成
予定領域のシリコン窒化膜13を除去する。次に、非晶
質シリコン膜を形成する。その後、熱処理することによ
り非晶質シリコン膜を結晶化して、多結晶シリコン膜を
形成する。その後、ゲート絶縁膜、ゲート電極を順次形
成する。 (ii) 実施例では、基板としてシリコン基板を用いた例
を示したが、表面に絶縁膜を有していればこれに限るも
のではない。例えば、石英などのガラス基板も使用可能
である。この場合、絶縁膜を形成する工程を省略するこ
ともできる。 (iii) 図3(b)の工程において、非晶質シリコン膜
29の代わりに、多結晶シリコン膜であってもよい。多
結晶シリコン膜の場合には、図3(c)の工程におい
て、非晶質シリコン膜27の結晶成長は多結晶シリコン
膜との界面を核として進行する。よって、多結晶シリコ
ン薄膜トランジスタのチャネル部となる領域では、結晶
粒界の位置が制御され、かつ1個だけの結晶粒界が存在
することとなり、薄膜トランジスタのチャネル領域に存
在する結晶粒界を制御することが可能となる。そのた
め、第1の実施例と同様の利点がある。 (IV) 図3(b)及び図3(c)の工程の非晶質シリコ
ン膜のCVDの条件を逆にしてもよい。この場合は、非
晶質シリコン膜29から27へ結晶化が進む。
【0014】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、第1〜第5
の発明によれば、チャネル部の非晶質シリコンのチャネ
ル部の結晶粒界を制御するようにしたので、半導体装置
の特性のバラツキを小さくすることができる。
の発明によれば、チャネル部の非晶質シリコンのチャネ
ル部の結晶粒界を制御するようにしたので、半導体装置
の特性のバラツキを小さくすることができる。
【図1】本発明の第1の実施例を示す半導体装置の製造
方法を示す工程図である。
方法を示す工程図である。
【図2】従来の半導体装置の製造方法を示す工程図であ
る。
る。
【図3】本発明の第2の実施例を示す半導体装置の製造
方法を示す工程図である。
方法を示す工程図である。
【図4】本発明の第3の実施例を示す半導体装置の製造
方法を示す工程図である。
方法を示す工程図である。
11,21,41 シリコ
ン基板 12 シリコ
ン酸化膜 13 シリコ
ン窒化膜 14,23,43 溝 15,24,44 多結晶
シリコン膜 16,25,45 ゲート
電極 17,26,46 ゲート
絶縁膜 18a,18b,27,29,47a,47b 非晶質
シリコン膜 22,28,42,48 絶縁膜
ン基板 12 シリコ
ン酸化膜 13 シリコ
ン窒化膜 14,23,43 溝 15,24,44 多結晶
シリコン膜 16,25,45 ゲート
電極 17,26,46 ゲート
絶縁膜 18a,18b,27,29,47a,47b 非晶質
シリコン膜 22,28,42,48 絶縁膜
Claims (5)
- 【請求項1】 基板上にゲート電極とゲート絶縁膜と多
結晶シリコンの薄膜の活性領域とを備えた半導体装置の
製造方法において、 前記基板上の全面にシリコン窒化膜を形成する工程と、 ゲート電極形成予定領域の前記シリコン窒化膜を除去し
て、溝を形成する工程と、 前記溝の部分に前記ゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極上に選択的にシリコン酸化膜の前記ゲー
ト絶縁膜を形成する工程と、 全面に非晶質シリコン膜を形成する工程と、 熱処理することにより前記非晶質シリコン膜を結晶化し
て、前記多結晶シリコンの薄膜の活性領域を形成する工
程とを、 順に施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 基板上にゲート電極とゲート絶縁膜と多
結晶シリコンの薄膜の活性領域とを備えた半導体装置の
製造方法において、 表面にシリコン酸化膜を有する前記基板の全面にシリコ
ン窒化膜を形成する工程と、 ゲート電極形成予定領域の前記シリコン窒化膜を除去す
る工程と、 全面に非晶質シリコン膜を形成する工程と、 熱処理することにより前記非晶質シリコン膜を結晶化し
て、前記多結晶シリコンの薄膜の活性領域を形成する工
程と、 前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート電極を形成する工程とを、 施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 基板上にゲート電極とゲート絶縁膜と多
結晶シリコンの薄膜の活性領域とを備えた半導体装置の
製造方法において、 表面に第1の絶縁膜を有する前記基板のゲート電極形成
予定領域の前記第1の絶縁膜を除去して、溝を形成する
工程と、 前記溝の部分に前記ゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記溝部内の前記ゲート絶縁膜上に非晶質シリコン膜を
形成する工程と、 前記溝部を第2の絶縁膜で埋め込む工程と、 全面に第1の多結晶シリコン膜を形成する工程と、 前記第1の多結晶シリコン膜を前記非晶質シリコン膜と
オーバーラップするようにパターニングする工程と、 熱処理することにより前記非晶質シリコン膜を結晶化し
て、第2の多結晶シリコン膜を形成し、前記第1と第2
の多結晶シリコン膜から構成される前記多結晶シリコン
の薄膜の活性領域を形成する工程とを、 施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 基板上にゲート電極とゲート絶縁膜と多
結晶シリコンの薄膜の活性領域とを備えた半導体装置の
製造方法において、 表面に第1の絶縁膜を有する前記基板の前記ゲート電極
形成予定領域の前記第1の絶縁膜を除去して溝を形成す
る工程と、 前記溝の部分に前記ゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記溝部内の前記ゲート絶縁膜上に第1の非晶質シリコ
ン膜を形成する工程と、 前記溝部を第2の絶縁膜で埋め込む工程と、 全面に前記第1の非晶質シリコン膜と結晶成長速度の異
なる第2の非晶質シリコン膜を形成する工程と、 前記第2の非結晶シリコン膜を前記第1の非晶質シリコ
ン膜とオーバーラップするようにパターニングする工程
と、 熱処理することにより前記第1と第2の非晶質シリコン
膜を結晶化して、前記多結晶シリコンの薄膜の活性領域
を形成する工程とを、 施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 基板上にゲート電極とゲート絶縁膜と多
結晶シリコンの薄膜の活性領域とを備えた半導体装置の
製造方法において、 表面に第1の絶縁膜を有する前記基板のゲート電極形成
予定領域の前記第1の絶縁膜を除去して溝を形成する工
程と、 前記溝に前記ゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、 全面に非晶質シリコン膜を形成する工程と、 前記溝部を第2の絶縁膜で埋め込む工程と、 全面にシリコンイオンを打ち込む工程と、 熱処理することにより前記非晶質シリコン膜を結晶化し
て、前記多結晶シリコンの薄膜の活性領域を形成する工
程とを、 順に施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24255494A JPH08107211A (ja) | 1994-10-06 | 1994-10-06 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24255494A JPH08107211A (ja) | 1994-10-06 | 1994-10-06 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08107211A true JPH08107211A (ja) | 1996-04-23 |
Family
ID=17090832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24255494A Withdrawn JPH08107211A (ja) | 1994-10-06 | 1994-10-06 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08107211A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012169611A (ja) * | 2011-01-26 | 2012-09-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置およびその作製方法 |
-
1994
- 1994-10-06 JP JP24255494A patent/JPH08107211A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012169611A (ja) * | 2011-01-26 | 2012-09-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置およびその作製方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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