KR950009800B1 - 반도체 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Description

반도체 장치 및 그 제조방법

제1a도~제1e도는 본 발명에 따른 박막트랜지스터(TET)의 제조단계를 도시한 단면도.

제2도는 스퍼트링동안 수소분압 대 총 대기압(P_H/P_TOTAL)의 비율에 TET의 전계이동도를 관련시킨 그래프도.

제3도는 스퍼터링동안 수소분압 대 총 대기압(P_H/P_TOTAL)의 비율에 TFT의 역치전압을 관련시킨 그래프도.

제4도는 열로 결정화된 실리콘 반도체막의 레이저 라만 스펙트럼(Laser Raman Spectra)을 도시한 도면.

본 발명은 격자왜곡(lattice distortion)을 내부에 수반한 최소한 하나의 반도체막으로 이루어진 반도체장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

다결정 반도체 장치에 사용하기 위한 다결정 반도체막의 제조방법은 (1) 저압 CVD(화학기상 증착)를 사용하여 550~900℃의 온도범위에서 막을 증착하는 것, (2) 저압 CVD로 증착된 반도체 막을 수시간-수십시간동안 550~650℃의 온도범위에서 어닐링(ammealing)하여 열로 결정화시키는 것, (3) 플라즈마 증강 CVD(plasma enhanced CVD)에 의해 증착된 반도체 막을 수시간-수십시간동안 550~650℃의 온도범위에서 막을 어닐링 함으로써 열로 결정화시키는 것을 포함한다.

그러나 비단결정 반도체막의 증착에 있어, 저압 CVD 방법은 기판상의 넓은 영역에 걸쳐 균일하게 막을 증착하는 데는 실패하며, 플라즈마 CVD 방법은 충분한 두께로 막을 증착하는데 너무 오랜 시간을 소요한다.

또한 수소존재하의 스퍼터링에 의해 증착된 아모르퍼스(amorphous) 실리콘(a-Si) 막을 사용한 박막트랜지스터의 제조방법이 알려져 있다.

그러나 수득된 박막의 전기적 특성은 생산하기에 불량하다. 예로, 전자이동도가 0.1㎠/Vsec 또는 그 미만이다. 비단결정 반도체막이 수소없는 분위기하의 스퍼터링 방법에 의해 증착된다면, 다른 한편으로 그 결과로 얻어진 막은 실리콘 원자의 분리를 겪는다. 게다가, 그와 같은 막은 아르곤 및 산소원자와 같은 불순물의 혼합 또는 수소의 부족, 또는 양쪽 모두로 인해 700℃에서 또는 700℃ 미만 어느 온도에서 열 정화를 겪지않는 것으로 알려졌다.

본 발명의 목적은 장치특성을 개선시킨 반도체 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 장치특성을 개선시킨 반도체 장치의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 그레인 입계(grain boundary)에서 낮은 장벽을 갖는 미정질(microcrystalline)의 반도체막으로 이루어진 반도체 장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 그레인입계에서 낮은 장벽을 갖는 반도체막으로 이루어진 반도체 장치의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 이러한 목적들과 다른 목적은 격자왜곡(lattice distortian)을 내부에 갖고, 상기 반도체막의 상면으로부터 도시된 것처럼 30Å-4㎛의 평균직경, 바람직하게는 30Å-400Å의 평균직경을 갖는 결정 그레인(crtstal grain)을 포함하며, 상기 반도체막 내부에 7×10 원자 cm^-3이하의 농도, 바람직하게는 1×10 원자 cm^-3이하의 농도의 산소불순물을 함유한 반도체막을 사용함으로써 달성되었다. 그와 같은 반도체 막은 미세결정 구조를 갖는 미정질(microcrystallme) 반도체막과 다결정(polycrystalline) 반도체막을 포함한다.

미시적으로 반도체막내의 결정(그레인)들은 각 결정(그레인)에 격자왜곡을 제공하여 이웃한 결정(그레인)과 더욱 빈틈없이 접촉된다. 이것은 그레인 입게에서 장벽의 사라짐을 가져오고 향상된 캐리어 이동도를 초래한다.

본 발명에 따른 반도체막은, 격자왜곡이 없는 다결정막에서는 캐리어의 이동을 방행하는 장벽을 발달시키도록 결정입계에서 산소와 같은 불순물이 축적되기 때문에, 상기 격자왜곡 없는 다결정막과는 다르다.

본 발명에 따른 막은 내부에 격자왜곡을 갖기 때문에 전혀 없거나 무시해도 좋은 양의 장벽을 갖는다. 따라서 본 발명에 따른 막의 전자이동도는 종래의 반도체막과 비교해서 5~300㎠/Vsec까지 극도로 증가된다.

본 발명에 따른 반도체막에서 수소농도는 바람직하게는 5원자% 또는 그 미만이다.

본 발명에 따른 반도체막은 우선 100% 수소분위기, 또는 주성분으로서 수소 및 비활성 가스를 함유한 분위기내에서 스퍼터링으로 기판상에 아모르퍼스(또는 실질상 아모르퍼스)(amorphous) 반도체막을 증착하고, 다음에 450~700℃의 온도범위, 일반적으로 600℃에서 상기 아모르퍼스 반도체막을 결정화함으로써 제조된다.

본 발명은 0.01% 이하의 산소를 함유하고 그안에 10% 이상(분압에 대해)의 수소[5N(99.999%) 또는 보다 고순도를 갖는]를 첨가한 조절된 분위기에서 스퍼터링 공정을 실행함으로써, 균일하게 수소가 혼합된 아모르퍼스 실리콘 막이 증착될 수 있고, 이 막이 450~700℃의 온도범위에서 일반적으로 600℃온도의 어닐링에 의해 열결정화될 수 있다는 것을 광범위한 연구를 통해 발견하였다. 본 발명은 이런 발견을 기초로 성취되었다.

본 발명의 한 실시형태에 따르면, 7×10원자 cm^-3이하의 농도로 산소불순물을 함유한 아모르퍼스반도체막이 5×10 원자 cm^-3이하의 농도로 산소불순물을 함유한 반도체 타깃트(taget)를 스퍼터링함으로써 증착되고, 그 결과로 얻은 막은 이어서 열로 결정화된다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 아모르퍼스 반도체막은 1×10^-8토르, 이하의 압력, 바람직하게는 1×10^-8토르 이하의 압력으로 진공화된 챔버내에 수소와 비활성가스를 포함하는 혼합가스 또는 100% 수소로 구성된 가스를 도입함으로써 내부압력이 바람직하게는 10^-2내지 10^-4토르(torr)의 압력범위로 스퍼터링에 적당한 압력으로 조절된 챔버(chamber)에서 5×10⁸원자 cm^-3이하 농도로 산소불순물을 함유한 반도체 타깃트를 스퍼터링 함으로써 형성되고, 그 결과로 얻은 막은 그 다음에 열로 결정화 된다.

[실시예 1]

아모르퍼스 실리콘(a-Si)막은 라디오-주파수(RF) 또는 고주파 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용하여 증착되고, 그 다음에 준-결정(또는 반아모르퍼스막)을 포함하는 다정질 실리콘 반도체 막을 얻기 위해 재결정화 되며, 안에서 격자 왜곡이 유발된 상기 반도체막은 30Å-4㎛의 평균직경, 바람직하게는 30Å-400Å의 평균직경을 갖으며, 7×10¹⁸원자 cm^-3이하의 농도 바람직하게는 1×10¹⁸원자 cm^-3이하의 농도의 산소불순물과 5원자% 이하의 수소를 함유한 결정 그레인을 포함한다.

제1a도~제1e도를 참조하여, 본 발명에 따른 TFT(박막트랜지스터)의 제조공정이 아래와 같이 언급된다. 200nm 두께인 실리콘 산화막(12)은 아래와 같은 조건하에 단결정 실리콘 타깃트로부터 RF 마그네트론(radio-frequency magnetron) 스퍼터링에 의해 유리기판(11)상에 증착된다.

분위기 : 100% O₂

막증착온도 : 150℃

RF(13.56MHz) 출력 : 400W

압력 : 0.5Pa

이렇게 증착된 실리콘 산화막상에 채널(channel) 형성영역을 제공하도록 저불순물 농도로 막을 증착시킬 수 있는 RF 마그네트론 스퍼터링을 사용하여 100nm 두께인 아모르퍼스 실리콘 막(13)이 추가로 증착된다.

배압(back pressure)은 터보분자펌프(turbo-molecular pump)와 크라이오 펌프(cryo pump)를 사용함으로써 1×10^-8토르 이하, 바람직하게는 1×10^-8토르 이하로 조절된다.

5N(99.999%) 이상의 순도를 갖는 가스가 공급되고, 필요하다면, 4N 이상 순도의 아르곤 가스가 첨가가스로 사용된다. 타깃트로 사용되는 단결정 실리콘은 5×10¹⁸원자 cm^-3이하의 산소 농도 예를 들면, 1×10¹⁸원자 cm^-3로 감소되어야 하며 이로써 증착된 막의 산소불순물이 가능한 낮게 조절된다. 막의 증착은 10~100%의 수소와 90% 이하의 불활성가스(예를 들면 아르곤)를 포함하는 분위기에서 실행된다. 예를 들면, 막 증착은 100% 수소가스 분위기에서 수행될 수 있다. 막 증착은 아래와 같은 조건하에 고순도 실리콘 타깃트로부터의 스퍼터링에 의해 실행된다.

H₂(H₂+Ar)=100%(분압비율)

막 증착온도 : 150℃

RF(13.56MHz)출력 : 400W

총 압력 : 0.5Pa

따라서, 얻어진 아모르퍼스 a-Si 막(13)이 수소 또는 불활성 가스 분위기에서 450~700℃의 온도변위에서 예를들면 600℃에서 10시간 동안 막을 유지함으로서 열결정화를 받게 된다.

본 실시예에 있어, 100% 수소가스 분위기가 이용된다. 그 결정화 된 막은 소위 미정질(또는 반-아모르퍼스)막이라 한다.

본 실시예에서 아모르퍼스 실리콘막과 그것으로부터 얻은 열결정화된 막의 불순물 함량이 이차 이온 질량분석(SIMS)에 의해 분석된다.

아모르퍼스 실리콘 막에 대해 산소함량은 8×10 원자 cm^-3임을 알 수 있고, 탄소함량은 3×10¹⁸원자 cm^-3임을 알 수 있다. 실리콘 밀도를 4×10²²원자 cm^-3로 취하므로서 아모르퍼스 실리콘 막에 대해 4×10²⁰원자 cm^-3임을 알 수 있고, 이 수소함량은 1원자%에 상응한다. 분석은 표준으로서 1×10¹⁸원자 cm^-3인 단결정 실리콘 타깃트의 산소농도를 취하여 실행되었고, 증착된 막의 깊이 프로파일(막의 표면에 수직인 방향에 따른 농도분포)의 최소값은 막표면이 산화실리콘을 형성하기 위해 분위기에 의해 쉽게 산화되기 때문에 대표적인 값으로 취하여 진다. 이런 불순물함량 값은 열결정화 후 실질적으로 변하지 않고 남게 되어 결정화된 막에 대해 8×10¹⁸원자 cm^-3의 산소불순물을 제공한다. 이것을 더 확인하기 위해, 산소 함량은 예를 들면, 막증착동안 0.1cc/sec 또는 10cc/sec의 N₂O 가스 흐름을 첨가함으로써 증가된다.

결정화된 막의 산소함량은 N₂O 첨가량에 상응하여 1×10²⁰원자 cm^-3또는 4×10²⁰원자 cm^-3으로 증가된다. 그러나 증가된 산소함량을 갖는 이런 막은 단지 700℃ 이상으로 어닐링 온도를 증가시키거나 또는 본 발명에 따른 공정의 5배 이상의 더오랜 기간동안 어닐링 함으로써 결정화될 수 있다.

산업공정의 관점에서 볼때, 700℃ 이하 온도에서의 처리, 바람직하게는 600℃ 이하 온도에서의 처리는 유리기판의 연화점을 고려하여 필수사항이고, 그것은 또한 공정시간을 짧게 하는데 중요하다.

그러나, 산소와 같은 불순물의 농도의 단순한 감소에 의해 450℃ 이하의 온도에서 아모르퍼스 실리콘 반도체막을 결정화하는 것이 실험적으로 불가능하다는 것을 알았다.

게다가, 본 발명은 고품질 스퍼터링 장치의 사용으로 실현된다. 따라서 막증착동안 산소농도를 1×10²⁰원자 cm^-3이상으로 증가시키는데 누출 또는 약간의 결함이 발생한다면, 본 발명에 따른 고품질의 반도체 막을 얻지 못할 수 있다.

반도체막내 7×10²⁸원자 cm^-3이하의 산소불순물 농도의 조절과 450~700℃의 온도범위에서 막의 결정화는 본 발명의 실현을 위해 필요하다는 것을 전술한 바로부터 알 수 있다.

게르마늄의 막 또는 게르마늄과 실리콘의 화합물 반도체를 제조하는데 있어서, 결정화에 대한 어닐링 온도는 상기 언급된 온도범위보다 약 100℃만큼 낮출 수 있다.

이렇게 얻어진 열결정화된 반도체막은 그안에 격자왜곡을 포함한다. 그와 같은 막의 레이저 라만 스펙트럼(Laser Raman Spectra)은 단결정 실리콘에 대한 스펙트럼(Spectrum)에서 얻어진 피크와 비교해서 낮은 파수쪽으로 이동된 피크를 가져오게 된다.(제4도를 참조) 절연게이트 전계효과 트랜지스터(FET)의 제조공정이 아래 언급되어 있다.

우선, 본 발명에 따른 열결정화된 실리콘 반도체막은 제1a도에 도시된 바와 같은 구조를 얻기위해 장치분리 패터닝을 받게된다. 이어서 50nm두께인 n⁺아모르퍼스 실리콘 반도체막(14)이 아래와 같은 조건하에 분압으로 10~99% 이상의 높은 수소(본 실시예에서 80%), 90% 이하의 아르곤(본 실시예에서 19%) 및 0.1~10% PH₃(본 실시예에서 1%)로 이루어진 분위기에서 단결정 실리콘 타깃트(1×10¹⁸원자 cm^-3의 산소함유)로부터 RF 마그네트론 스퍼터링에 의해 열결정화된 실리콘 반도체(13)상에 증착된다.

막증착온도 : 150℃

RF(13.56MHz)출력 : 400W

총 압력 : 0.5Pa

상기 언급된 n a-Si 반도체막은 달리는 PCVD 공정에 의해 증착될 수 있다. 게다가, 활성층의 형성후, 붕소(B), 인(P) 및 비소(As)와 같은 불순물의 도핑(doping)이 소오스(source)와 드레인(drain)을 제공하기 위해 이온주입에 의해 실행될 수 있다.

그렇게 얻어진 n a-Si 막(14)은, 이어서 제1b도에 도시된 구조를 얻도록 패터닝된다. 제1c도에 도시된 것처럼, 100nm 두께의 산화실리콘막(게이트 절연물)(15)이 아래와 같은 조건하에 100% 산소분위기에서 단결정 실리콘 타깃트 또는 합성된 수정 타깃트로부터의 RF 마그네트론 스퍼터링에 의해 그 위에 증착된다.

막증착온도 : 150℃

RF(13.56MHz)출력 : 400W

총 압력 : 0.5Pa

다음으로, 콘택트 홀이 제1d도에 도시된 것처럼 패터닝에 의해 막에서 뚫린다. TFT는 제1D도에 도시된 구조상에 진공증착에 의해 300nm두께의 알루미늄막(16)을 증착하고, 알루미늄 막을 패터닝하며, 30분동안 계속하여 375℃에서 100% 수소에서 전체구조를 열 어닐링함으로써 제1e도에 도시된 구조를 마무리된다. 수소에서 열 어닐링은 열 결정화된 실리콘 반도체막과 산화실리콘 절연막 사이에 계면레벨을 낮추어 장치특성을 개선하도록 장치에 적용된다.

제1e도를 참고하면, (S),(G) 및 (D)는 각각 소오스전극, 게이트전극과 드레인 전극을 나타낸다. 100×100㎛채널(channel) 영역(17)(제1e도)이 본 실시예의 TFT에서 제공된다.

본 발명에 따른 공정을 언급한 상기 실시예에 부가하여, 본 발명의 효과를 추가로 설명하기 위해 네개의 추가 실시예들이 아래 언급된다. 스퍼터링 분위기내 수소의 비율과 증착된 층에 포함된 산소의 농도를 실시예에 따라 변화시킨 RF 마그네트론 스퍼터링을 사용하는 a-Si층(13)(제1a도 참조)을 증착시키기 위한 조건으로 다음 실시예들에서 TFT가 제조된다.

[실시예 2]

아래와 같은 혼합가스 비율(분압에 대한)을 제공하기 위해 제1a도에서 채널형성영역(13)을 증착하기 위한 스퍼터링동안 분위기 조건을 바꾸는 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 같은 TFT 제조공정이 실행된다.

H₂/(H₂+Ar)=0%

그렇게 얻어진 증착된 막은 2×10²⁰원자 cm^-3의 농도로 산소를 포함한다.

[실시예 3]

아래와 같은 혼합가스비율(분압으로)을 제공하기 위해 제1a도의 채널형성영역(13)을 증착하기 위한 스퍼터링동안 분위기 조건을 바꾼 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 같은 TFT 제조공정이 실행된다.

H₂/(H₂+Ar)=20%

그렇게 얻어진 증착된 막은 7×10¹⁸원자 cm^-3의 농도의 산소를 포함한다.

[실시예 4]

아래와 같은 혼합 가스율(분압으로)을 제공하기 위해 제1a도에서 채널형성영역(13)을 증착하기 위한 스퍼터링동안 분위기 조건을 바꾼 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 같은 TFT 제조공정이 실행된다.

H₂/(H₂+Ar)=50%

그렇게 얻어진 증착된 막은 3×10¹⁸원자 cm^-3의 농도의 산소를 포함한다.

[실시예 5]

아래와 같은 혼합가스율(분압으로)을 제공하기 위해 제1a도에서 채널형성영역(13)을 증착하기 위한 스퍼터링동안 분위기 조건을 바꾼 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 TFT 제조공정이 실행된다.

H₂/(H₂+Ar)=80%

그렇게 얻어진 증착된 막은 1×10¹⁸원자 cm^-3의 농도의 산소를 포함한다.

상술한 실시예에서 얻어진 막의 전기적 성질이 아래와 같이 비교된다.

제2도는 실시예 1 내지 실시예 5의 각각의 TFT의 채널부(제1e도에서 부호(17)로 표시)에서 캐리어 전계이동도(μ)와 수소분압비율(P_H/P_Total=H₂/(H₂+Ar)) 사이의 관계를 도시한 그래프도이다. 제2도의 플롯과 그들의 상응한 실시예가 아래 표 1에 열거된다.

[표 1]

제2도에 따르면, 0%의 수소분압하에 증착된 막은 막의 산소농도가 2×10²⁰원자 cm^-3만큼이나 높기 때문에 3×10^-2㎠/Vsec만큼 낮은 전계이동도(μ)를 가져온다. 대조적으로, 2㎠/Vsec 또는 심지어 그 이상의 현저한 고전계 이동도(μ)가 20% 이하의 산소농도를 갖는 막에서 얻어질 수 있다. 그와 같은 효과는 수소의 첨가와 크라이오펌프에 기인하는 것으로 가정할 수 있다. 즉, 스퍼터링동안 챔버 내부에서 수소와 산소가 반응하여, 물을 생성하고, 그 결과로 얻게된 물은 크라이오펌프에 의해 효과적으로 제거된다.

제3도에 따르면, 역치전압대 수소분압비(P_H/P_TUTAL=H₂/(H₂+Ar))에 대한 그래프도가 도시되어 있다. 수소분압비(P_H/P_Total=H₂/(H₂+Ar))와 실시예의 상응번호를 상기 표 1에서 찾을 수 있다. 역치전압이 낮을수록, 게이트 전압은 낮게 성취될 수 있다. 그러므로 역치전압이 낮을수록 더욱 바람직한 장치라고 말할 수 있다. 제3도에 도시된 결과에 따르면, 8V 이하의 역치전압을 갖는 정상적인 오프상태(off state)는 20% 이상의 고수소분압을 함유한 분위기하에 수행된 스퍼터링에 의해 증착되는 막상에 얻어진다. 이것은 유리한 전기특성을 가져오는 장치(본 발명에 TFT)가 제1A도에 도시된 채널형성영역(13)으로서 일단 증착된 a-Si막을 결정화함으로써 얻어진 실리콘 반도체막을 사용하여 얻어질 수 있음을 의미한다.

a-Si 막을 열 결정화함으로써 얻어진 실리콘 반도체막의 레이져라만 스펙트럼은 제4도에 주어진다. 도면에서 스펙트럼에 부호들이 표시되고, 실시예의 상응번호와 여기서 사용된 수소분압이 아래 표 2에 목록으로 만들어져 있다.

[표 2]

제4도에 있어, 스펙트럼(43) 또는 (44)와 스펙트럼(42) 또는 (41)을 비교함으로써, 100% 수소하에 스퍼터된 막이 그것의 라만 스펙트럼에 의해 관찰된 것처럼 고결정도의 결정그레인을 생성하도록 명백히 결정화되고 상기 그레인이 스펙트럼의 반대역폭(helf band width)으로부터 계산된 것처럼 30~400Å의 평균직경, 바람직하게는 100~200Å의 평균 직경범위를 갖는다는 것을 알 수 있다. 이 막의 피크값이 단결정 실리콘의 피크(520cm^-1)에 대해 저파수쪽으로 이동되기 때문에 격자왜곡이 그레인들에 제공되는 것이 또한 명백하다. 이런 결과들은 본 발명의 특성을 가장 명료하게 부여준다. 즉, 수소 존재하의 분위기하에서 스퍼터링에 의해 증착된 a-Si 막은 열결정화를 받게될 때만 효과를 갖는다. 결정그레인의 격자가 왜곡되므로, 미세결정은 서로에 대해 압축력을 가하게 한다.

이것은 더욱 밀접한 그레인의 접촉이 그레인 입계에서 실현된다는 것을 의미하고, 그래서 산소와 같은 불소물의 축적과 캐리어에 대한 에너지벽의 발달이 그와 같은 그레인 입계에서 발생하는 것은 어려워진다. 따라서, 고캐리어 전계 이동도가 그런 막에서 기대될 수 있다.

본 발명에 따라 열결정화된 막은 상기 언급된 라만 스펙트럼의 반대역폭 대신 그것의 X-레이 회절 스펙트럼의 반대역폭으로부터 계산된 평균직경으로 또한 특징지워질 수 있다.

본 발명에 따라 열결정화된 막은 반도체막의 X-레이 회절스펙트럼의 반대역폭으로부터 계산될 평균직경은 30Å∼4㎛이고 바람직하게는 30Å∼400Å이다.

일반적으로, 전계효과 트랜지스터인 TFT에 있어서, 드레인전압(V_D)이 낮다면, 드레인전류(I_D)는, 다음 방정식에 의해 드레인전압(V_D)과 관련될 수 있다.[Solid State Electronics, Vol 24, No 11, (1981) PP, 1059, 영국에서 인쇄]

I_D=(W/L) μC(V₆-V_T)V_B

여기서, W는 채널폭을, L은 채널길이를, μ를 전계이동도를, C는 게이트산화막의 카페시턴스를, V₆는 게이트전압을, V_T는 역치전압을 나타낸다.

전술한 실시예에 있어, 아르곤이 스퍼터링에서 불활성 가스로 사용된다. 그러나 불활성가스는 그것에 한정되지 않고, 헬륨과 같은 다른 가스, 또한 SiH₄와 Si₂H과 같은 반응가스의 플라즈마가 부분적으로 스프터링 분위기에 첨가될 수 있다.

a-Si 막은 각 조건들이 다음 범위를 만족한다면 요구된 어떤 조건하에서 RF 마그네트론 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다.

수소분압비 : 10~100%, 막증착온도 : 실온~500℃, RF 출력 : 500~100GHz, 전원 100W~10MW.

게다가, 스퍼터링 장치는 펄스 에너지 발생기와 결합될 수 있다. 강력한 광빔(light beam)(100~500nm의 범위의 파장을 가짐)이 광 스퍼터링을 수행하도록 동시에 조사될 수 있다.

상기 제안된 공정들은 빛-중량 원자수로로부터 수소플라즈마의 생성을 가능하게 하며, 이로써 스퍼터링내 유용한 양이온을 효과적으로 생성할 수 있다.

그와 같은 방법으로, 수소 또는 수소원자는 스퍼터링에 의한 증착동안 막에 균일하게 분산될 수 있으며, 이는 7×10¹⁸원자 cm^-3이하, 바람직하게는 1×10¹⁸원자 cm^-3이하의 산소함량으로 감소된 막을 초래한다. 게다가 이전에 언급된 반응가스들이 마찬가지로 본 공정들에 사용될 수 있다.

전술한 실시예에 있어서, a-Si 막은 아모르퍼스 반도체막으로서 이용되었다. 그러나 본 발명은 게르마늄 또는 Si_xGe_1-M(0＜X＜1)로 나타난 화합물반도체의 막에 또한 적용될 수 있다. 이 막들은 P-형, N-형 또는 진성 반도체일 수 있다.

본 발명이 특별한 실시형태를 참고로하여 상세히 언급되는 동안, 본 분야의 기술에 숙련된 자라면 본 발명의 정신과 분야로부터 벗어남이 없이 본 발명에 다양한 변화와 수정을 할 수 있다는 것이 명백할 것이다.

Claims (27)

1. 절연게이트 전계효과 반도체 장치의 활성 영역으로서 절연표면상에 형성된 적어도 하나의 반도체섬과, 사이에 절연막을 갖는 상기 반도체 섬에 인접하게 제공된 게이트 전극을 포함하는 상기 전계효과 반도체 장치에 있어서, 상기 반도체 섬이 상기 섬의 X-레이 회절 및 라만스펙트럼 중 하나의 반대역 폭으로부터 계산된대로 30Å 내지 4㎛의 평균직경의 결정그레인을 갖는 그레인 구조를 갖는 실리콘을 포함하고 상기 반도체섬 내부에 7×10¹⁸원자 cm^-3이하의 산소농도를 함유하며, 상기 반도체섬의 라만 스팩트럼이 520cm^-1에 관하여 낮은 파수쪽으로 이동된 피크를 보여주고, 상기 절연막이 상기 반도체섬의 측면 에너지를 넘어 연장하는 절연게이트 전계효과 반도체 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 반도체섬이 5원자% 이하인 수소를 함유한 절연게이트 전계효과 반도체 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 반도체섬이 P형 반도체, n형 반도체와, 진성 반도체로 구성된 그룹으로부터 선택된 반도체로 이루어진 절연게이트 전계효과 반도체 장치.
4. 분압으로 10% 이상인 수소로 이루어진 분위기에서 5×10¹⁸원자 cm^-3이하 농도의 산소불순물을 포함한 반도체 타깃트를 스퍼터링하여 7×10¹⁸원자 cm^-3이하의 농도로 산소불순물을 함유한 아모르퍼스 반도체막을 형성하고, 450℃∼700℃의 온도에서 상기 아모르퍼스 반도체 막을 결정화하는 단계로 이루어진 반도체 장치의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 결정된 반도체막이 그안에 격자왜곡을 갖고, 상기 결정화된 반도체막의 상면에서 관찰된 바 30Å∼4㎛의 평균 직경을 갖는 결정 그레인으로 이루어진 반도체 장치의 제조방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 분위기가 분압으로 90% 이하의 불활성 가스로 추가로 이루어진 반도체 장치의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 불활성 가스가 아르곤과 헬륨으로 구성된 그룹으로부터 선택된 가스로 이루어진 반도체 장치의 제조방법.
8. 제4항에 있어서, 상기 반도체 타깃트가 실리콘으로 이루어진 반도체 장치의 제조방법.
9. 제5항에 있어서, 상기 평균직경이 상기 결정화 된 반도체막의 라만 스펙트럼의 반대역폭과 상기 결정화된 반도체막의 X-레이 회절 스펙트럼의 반대역폭으로 구성된 그룹에서 선택된 반대역폭으로부터 계산된 반도체 장치의 제조방법.
10. 1×10^-8토르 이하의 압력으로 챔버를 진공배기하고, 스퍼터링 압력으로 상기 챔버에 수소로 이루어진 가스를 주입하며, 5×10¹⁸원자 cm^-3이하의 농도로 산소불순물을 함유한 반도체 타깃트를 상기 스퍼터링 압력에서 스퍼터링하여 아모르퍼스 반도체막을 형성하고, 450℃∼700℃의 온도에서 상기 아모르퍼스 반도체막을 결정화하는 단계들로 이루어지고, 상기 스퍼터링이 분압으로 10% 이상의 수소로 이루어진 분위기에서 실행되는 반도체 장치의 제조방법.
11. 제10항에 있어서, 결정화된 반도체막이 격자왜곡을 내부에 갖고, 상기 결정화 된 반도체막의 상면에서 본 바 30Å∼4㎛의 평균직경을 갖는 결정그레인으로 이루어진 반도체 장치의 제조방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 가스가 불활성 가스로 추가로 이루어지고, 상기 분위기가 분압으로 90% 이하의 불활성 가스로 이루어진 반도체 장치의 제조방법.
13. 제12항에 있어서, 불활성 기체가 아르곤과 헬륨으로 구성된 그룹으로부터 선택된 가스로 이루어진 반도체 장치의 제조방법.
14. 제10항에 있어서, 상기 반도체 타깃트가 실리콘으로 이루어진 반도체 장치의 제조방법.
15. 제10항에 있어서, 상기 기체가 단지 수소로 이루어진 반도체 장치의 제조방법.
16. 제11항에 있어서, 상기 평균직경이 상기 결정화된 반도체막의 라만 스펙트럼의 반대역폭과 상기 결정화된 반도체막의 X-레이 회절 스펙트럼의 반대역폭으로 구성된 그룹에서 선택된 반대역폭으로부터 계산된 반도체 장치의 제조방법.
17. 제10항에 있어서, 상기 스퍼터링 압력이 10^-2내지 10^-4토르인 반도체 장치의 제조방법.
18. 제1항에 있어서, 상기 절연막이 상기 장치의 게이트 절연물을 구성하는 절연게이트 전계효과 반도체 장치.
19. 제1항에 있어서, 상기 절연막이 상기 반도체 섬이 위에 형성되는 상기 절연표면의 부분 이외의 일부분상에 연장하는 절연게이트 전계효과 반도체 장치.
20. 제1항에 있어서, 상기 절연막상에 형성된 게이트 전극을 추가로 포함하며, 상기 게이트 전극이 알루미늄을 포함하는 절연게이트 전계효과 반도체 장치.
21. 제1항에 있어서, 상기 반도체섬이 실리콘 및 게르마늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소를 포함하는 절연게이트 전계효과 반도체 장치.
22. 제1항에 있어서, 상기 반도체섬이 화합물 반도체 Si_xGe_1-M(0＜X＜1)를 포함하는 절연게이트 전계효과 반도체 장치.
23. 절연표면을 갖는 기판 ; 상기 절연표면상에 제공되며, 실리콘 및 게르마늄을 포함하는 반도체 섬 ; 및 사이에 절연막을 갖는 상기 반도체 섬에 인접하게 제공된 게이트 전극을 포함하며, 상기 절연막이 상기 반도체섬의 측면 에지를 넘어 연장하고, 상기 절연표면의 전체가 상기 반도체섬 및 상기 절연막에 의해 덮히는 절연게이트 전계효과 트랜지스터.
24. 절연표면을 갖는 기판 ; 상기 절연표면상에 제공되며, 실리콘 및 게르마늄을 포함하는 반도체 섬 ; 및 알루미늄을 포함하며, 사이에 절연막을 갖는 상기 반도체 섬에 인접하게 제공되는 게이트 전극을 포함하며, 상기 절연막이 상기 반도체 섬의 측면 에지를 넘어 외향으로 그리고 상기 반도체 섬이 위에 제공되는 상기 절연표면의 영역이외의 한 영역상에 연장하는 절연게이트 전계효과 트랜지스터.
25. 제23항에 있어서, 소오스 전극 및 드레인 전극이 절연막내의 적어도 하나의 개방을 통해 반도체 섬에 연결되고, 상기 절연막이 절연막내의 적어도 하나의 구멍을 통해 반도체 섬의 전체표면을 직접 덮고, 상기 절연막이 반도체 섬에의 소오스 및 드레인 전극의 연결을 제외한 반도체 섬의 전체표면을 직접 덮는 절연게이트 전계효과 트랜지스터.
26. 제4항에 있어서, 상기 결정화 단계가 결과적인 반도체 막에 5 내지 300㎠/Vsec의 전자이동도를 부여하는 방법으로 수행되는 반도체 장치의 제조방법.
27. 제10항에 있어서, 상기 결정화 단계가 결과적인 반도체막에 5 내지 300㎠/Vsec의 전자이동도를 부여하는 방법으로 수행되는 반도체 장치의 제조방법.