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JP3239372B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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JP3239372B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3239372B2
JP3239372B2 JP07922591A JP7922591A JP3239372B2 JP 3239372 B2 JP3239372 B2 JP 3239372B2 JP 07922591 A JP07922591 A JP 07922591A JP 7922591 A JP7922591 A JP 7922591A JP 3239372 B2 JP3239372 B2 JP 3239372B2
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hydrogen plasma
high frequency
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淳史 佐藤
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は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 method for manufacturing a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】非晶質シリコン薄膜、微結晶シリコン薄
膜、多結晶シリコン薄膜等の非単結晶半導体薄膜には、
ダングリングボンドが多数存在する。例えば多結晶シリ
コン薄膜に関しては、結晶粒界に存在するダングリング
ボンド等の欠陥が、キャリアに対するトラップ準位とな
り、キャリアの伝導に対して障壁として働く(J.Y.W.Set
o,J.Appl.Phys.,46,p5247(1975))。キャリアの伝導が妨
げられた結果、多結晶シリコン薄膜をチャネル領域とし
て用いた多結晶シリコン薄膜トランジスタ(poly−
SiTFT)のON電流は減退し、またトラップ準位の
増加から電子−正孔対の生成が起こりpoly−SiT
FTのOFF電流が増大してしまう。
2. Description of the Related Art Non-single-crystal semiconductor thin films such as amorphous silicon thin films, microcrystalline silicon thin films, and polycrystalline silicon thin films include:
There are many dangling bonds. For example, in the case of a polycrystalline silicon thin film, defects such as dangling bonds existing at crystal grain boundaries serve as trap levels for carriers and act as barriers for carrier conduction (JYWSet).
o, J. Appl. Phys., 46, p5247 (1975)). As a result of the inhibition of carrier conduction, a polycrystalline silicon thin film transistor (poly-
The ON current of the Si-TFT decreases, and an increase in the trap level causes the generation of an electron-hole pair, so that the poly-SiT
The FT OFF current increases.

【0003】従って、poly−SiTFTの性能を向
上させるためには、前記欠陥を少なくする必要がある
(J.Appl.Phys.,53(2),p1193(1982))。
Therefore, in order to improve the performance of a poly-Si TFT, it is necessary to reduce the defects.
(J. Appl. Phys., 53 (2), p1193 (1982)).

【0004】この目的のために水素による前記欠陥の終
端化が行なわれており、この様な水素化の方法として
は、水素プラズマ処理、水素イオン注入法、或るいはプ
ラズマ窒化膜からの水素の拡散法等が知られている。
For this purpose, the above-mentioned defects are terminated with hydrogen. Examples of such a hydrogenation method include a hydrogen plasma treatment, a hydrogen ion implantation method, and a method of removing hydrogen from a plasma nitride film. Diffusion methods and the like are known.

【0005】水素イオン注入法に於いては、イオン注入
装置という高価な装置を必要とし、数百程度の多結晶シ
リコン層に水素を打ち込む際の制御性が悪い等の欠点が
ある。また、プラズマ窒化膜からの水素の拡散法に於い
ては、水素の供給が不十分であるために、水素プラズマ
処理に比して特性が十分には向上しない等の欠点があ
る。
In the hydrogen ion implantation method, an expensive apparatus such as an ion implantation apparatus is required, and there are disadvantages such as poor controllability in implanting hydrogen into about several hundred polycrystalline silicon layers. Further, in the method of diffusing hydrogen from a plasma nitride film, there is a drawback that characteristics are not sufficiently improved as compared with hydrogen plasma treatment due to insufficient supply of hydrogen.

【0006】水素プラズマ処理法は、大面積に亘って制
御性良く半導体装置の特性を向上できる水素化方法であ
る。水素プラズマ処理の方法としては、例えば平行平板
型のプラズマ発生装置では真空チェンバー内に被処理材
を保持する基板側電極と相対させて電極(対向電極)を
配置し、対向電極側に高周波を印加することにより真空
チェンバー内に導入した水素ガスを分解し被処理材に水
素ラジカルを供給する方法が一般的である。
[0006] The hydrogen plasma treatment method is a hydrogenation method capable of improving the characteristics of a semiconductor device over a large area with good controllability. As a method of the hydrogen plasma treatment, for example, in a parallel plate type plasma generator, an electrode (counter electrode) is arranged in a vacuum chamber so as to face a substrate side electrode holding a material to be processed, and a high frequency is applied to the counter electrode side. In general, a method of decomposing hydrogen gas introduced into a vacuum chamber to supply hydrogen radicals to a material to be treated is performed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし従来の水素プラ
ズマ処理法を用いた場合は、poly−SiTFTのゲ
ート耐圧不良やスレッシュホールド電圧シフトその他の
不良が発生することがある。
However, when a conventional hydrogen plasma processing method is used, there may occur a failure in gate voltage of the poly-Si TFT, a shift in threshold voltage, and other failures.

【0008】そこで、本発明は水素化によるTFT特性
の向上効果を維持しつつ不良の発生を防止するものであ
り、その目的とするところは、良好な特性となる半導体
装置の製造方法を提供するところにある。
Accordingly, the present invention is to prevent the occurrence of defects while maintaining the effect of improving the TFT characteristics by hydrogenation, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device having good characteristics. There.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上のトラ
ンジスタのチャネル領域の少なくとも一部が非単結晶半
導体膜からなる半導体装置の製造方法において、プラズ
マ発生装置内にそれぞれ制御回路を介して接続された第
1電極と第2電極を対向させ、前記第1電極には前記制
御回路を介して高周波数電極を印加し、前記第2電極に
は前記制御回路を介して0W/cm2とした状態で、前記
基板上の非単結晶半導体膜に水素プラズマ処理を施すこ
とを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device in which at least a part of a channel region of a transistor on a substrate is formed of a non-single-crystal semiconductor film. The connected first and second electrodes are opposed to each other, a high frequency electrode is applied to the first electrode via the control circuit, and 0 W / cm 2 is applied to the second electrode via the control circuit. In this state, the non-single-crystal semiconductor film on the substrate is subjected to a hydrogen plasma treatment.

【0010】[0010]

【実施例】本発明の実施例を、図1の本発明に於けるT
FTの工程図に従って説明する。図1(a)は、ガラ
ス、石英などの絶縁性非晶質基板若しくは基板上に積層
したSiO2等の絶縁性非晶質材料層などの絶縁性非晶
質材料からなる支持層100表面上に、多結晶シリコン
等の非単結晶シリコン薄膜101を積層し、その後ホト
リソグラフィー法により該非単結晶シリコン薄膜をパタ
ニングする工程である。該非単結晶シリコン薄膜の成膜
方法としては以下に述べるような方法がある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described according to the FT process chart. FIG. 1A shows the surface of a support layer 100 made of an insulating amorphous material such as an insulating amorphous substrate such as glass or quartz or an insulating amorphous material layer such as SiO 2 laminated on the substrate. Then, a non-single-crystal silicon thin film 101 such as polycrystalline silicon is laminated, and then the non-single-crystal silicon thin film is patterned by photolithography. As a method for forming the non-single-crystal silicon thin film, there is a method described below.

【0011】(1)減圧CVD法で580℃〜650℃
程度で多結晶シリコン薄膜を成膜する。
(1) 580 ° C. to 650 ° C. by low pressure CVD
A polycrystalline silicon thin film is formed in a degree.

【0012】(2)EB蒸着法、スパッタ法、プラズマ
CVD法等で非晶質シリコン薄膜を堆積後、550℃〜
650℃程度で2〜70時間程度固相成長アニールを行
ない、粒径1〜2μm以上の大粒径の多結晶シリコン薄
膜を成膜する。
(2) After depositing an amorphous silicon thin film by EB evaporation method, sputtering method, plasma CVD method, etc.
Solid-phase growth annealing is performed at about 650 ° C. for about 2 to 70 hours to form a polycrystalline silicon thin film having a large grain size of 1 to 2 μm or more.

【0013】(3)減圧CVD法等で多結晶シリコン薄
膜を堆積後、イオンインプランテーション法によりSi
等を打ち込み、該多結晶シリコン薄膜を非晶質化した
後、550℃〜650℃程度で固相成長アニールを行
い、粒径1〜2μm程度の大粒径多結晶シリコン薄膜を
成膜する。
(3) After depositing a polycrystalline silicon thin film by a low pressure CVD method or the like, Si is deposited by an ion implantation method.
After the polycrystalline silicon thin film is made amorphous, solid phase growth annealing is performed at about 550 ° C. to 650 ° C. to form a large grain polycrystalline silicon thin film having a grain size of about 1 to 2 μm.

【0014】尚、非単結晶シリコン薄膜101として
は、上述の多結晶シリコン薄膜以外にも微結晶シリコン
薄膜若しくは非晶質シリコン薄膜を用いてもよい。ま
た、成膜方法についても、上述の(1)〜(3)の方法
のみで限定されるものではない。次に図1(b)に示す
ように熱酸化法等によりゲート酸化膜102を形成す
る。ドライ酸化法を用いれば酸素雰囲気中で約1150
℃の熱処理を行なうことによって、絶縁耐圧の高いゲー
ト酸化膜を得ることが出来る。ウェット酸化法を用いれ
ば900℃程度の低温の熱処理でもゲート酸化膜が形成
されるが、ドライ酸化法で形成されたゲート酸化膜に比
べれば絶縁耐圧は低く、膜質は劣る。
Incidentally, as the non-single-crystal silicon thin film 101, a microcrystalline silicon thin film or an amorphous silicon thin film may be used in addition to the above-mentioned polycrystalline silicon thin film. Also, the film forming method is not limited only to the above-described methods (1) to (3). Next, as shown in FIG. 1B, a gate oxide film 102 is formed by a thermal oxidation method or the like. If the dry oxidation method is used, about 1150
By performing the heat treatment at ℃, a gate oxide film having a high withstand voltage can be obtained. Although the gate oxide film is formed by the heat treatment at a low temperature of about 900 ° C. when the wet oxidation method is used, the withstand voltage is low and the film quality is inferior to the gate oxide film formed by the dry oxidation method.

【0015】前記非単結晶シリコン薄膜101として多
結晶シリコン薄膜を用いた場合は、この熱酸化工程で熱
処理による結晶成長が進み、対体積結晶化率が向上し、
結晶粒径が拡大する。また、前記非単結晶シリコン薄膜
101として非晶質シリコン薄膜若しくは微結晶シリコ
ン薄膜を用いた場合にも、この熱酸化工程で熱処理によ
る結晶成長が進み、結晶粒径5000Åから数μmの大
きさの多結晶シリコンに結晶成長する。
When a polycrystalline silicon thin film is used as the non-single-crystal silicon thin film 101, crystal growth by heat treatment proceeds in this thermal oxidation step, and the crystallization ratio to volume is improved.
The crystal grain size increases. Also, in the case where an amorphous silicon thin film or a microcrystalline silicon thin film is used as the non-single-crystal silicon thin film 101, crystal growth by heat treatment proceeds in this thermal oxidation step, and a crystal grain size of 5000 μm to several μm is obtained. Crystal grows on polycrystalline silicon.

【0016】尚、ゲート酸化膜の形成方法としては上述
の熱酸化法に限らず、CVD法、プラズマCVD法、E
CRプラズマCVD法、光CVD法、スパッタ法等でS
iO2膜を形成する方法、プラズマ酸化法等で低温酸化
する方法等もある。これらの方法は、工程の温度を60
0℃程度以下の低温に出来るため、基板として安価なガ
ラス基板を用いることも可能となる点で優れている。
The method for forming the gate oxide film is not limited to the thermal oxidation method described above, but may be a CVD method, a plasma CVD method,
S by CR plasma CVD, light CVD, sputtering, etc.
There are a method of forming an iO 2 film, a method of low-temperature oxidation by a plasma oxidation method, and the like. These methods reduce the process temperature to 60
Since the temperature can be lowered to about 0 ° C. or less, an inexpensive glass substrate can be used as the substrate, which is excellent.

【0017】次に図1(c)に示すようにゲート電極1
03を形成する。該ゲート電極材料としては、一般的に
多結晶シリコンが用いられている。該多結晶シリコン層
の形成方法としては、減圧CVD法で多結晶シリコン層
を形成し、PClO3等を用いた熱拡散法により、n+
oly−Siを形成する方法、プラズマCVD法等で、
例えばB(ボロン)若しくはP(燐)を不純物としてド
ープした非晶質シリコン層を形成し、550℃〜650
℃程度の固相成長アニールを2時間〜70時間程度行
い、該非晶質シリコン層を多結晶化することで、p+
oly−Si層若しくはn+poly−Si層を形成す
る等の方法がある。続いて該ゲート電極103をマスク
として不純物元素をイオン注入して、ソース領域104
及びドレイン領域105を形成する(この工程に伴っ
て、チャネル領域106も自動的に形成される)。前記
不純物元素としては、P(燐)、As(砒素)、または
B(ボロン)等が用いられている。
Next, as shown in FIG.
03 is formed. Generally, polycrystalline silicon is used as the gate electrode material. As a method for forming the polycrystalline silicon layer, a polycrystalline silicon layer is formed by a low pressure CVD method, and n + p is formed by a thermal diffusion method using PCO 3 or the like.
a method of forming poly-Si, a plasma CVD method, etc.
For example, an amorphous silicon layer doped with B (boron) or P (phosphorus) as an impurity is formed.
C. for about 2 hours to 70 hours, and polycrystalline the amorphous silicon layer to obtain p + p
There is a method of forming an poly-Si layer or an n + poly-Si layer. Subsequently, an impurity element is ion-implanted using the gate electrode 103 as a mask to form a source region 104.
And a drain region 105 (the channel region 106 is also automatically formed with this step). P (phosphorus), As (arsenic), B (boron), or the like is used as the impurity element.

【0018】続いて図1(d)に示すように層間絶縁膜
107を積層する。ここで水素プラズマ処理を行う。水
素プラズマ処理を行うプラズマ発生装置としては、容量
結合型の平行平板型の装置を用いた。処理条件は以下の
ようにした。層間絶縁膜積層後の前記基板等(以下被処
理材)を基板側電極に装着し、水素ガスを導入し、対向
電極(相対電極の一種。平行平板型のプラズマ発生装置
では基板側電極と対向して配置しているのでこう呼称す
る。)及び基板側電極に13.56MHzの高周波を印
加して水素ガスをガス分解する。その時のRFパワーは
対向電極には250〜700mW/cm2、基板側電極
には0〜280mW/cm2であった。処理時間は5分
〜5時間、基板温度250℃〜350℃、水素ガス流量
100〜600sccm、電極間距離27〜45mmで
あった。但し処理条件はこれに限定されるものではな
い。この水素プラズマ処理により、プラズマによりガス
分解された原子状の水素が層間絶縁膜、ゲート絶縁膜、
多結晶シリコン中に拡散し、多結晶シリコン中のダング
リングボンドが終端化されるので、後述のように特性が
向上した多結晶シリコン薄膜トランジスタが得られる。
Subsequently, as shown in FIG. 1D, an interlayer insulating film 107 is laminated. Here, hydrogen plasma processing is performed. As a plasma generator for performing the hydrogen plasma processing, a capacitively-coupled parallel plate type apparatus was used. The processing conditions were as follows. The substrate after laminating the interlayer insulating film (hereinafter referred to as “material to be processed”) is mounted on the substrate-side electrode, hydrogen gas is introduced, and a counter electrode (a type of relative electrode. A high frequency of 13.56 MHz is applied to the substrate side electrode to decompose the hydrogen gas. RF power to the counter electrode is 250~700mW / cm 2 at that time, the substrate-side electrode was 0~280mW / cm 2. The processing time was 5 minutes to 5 hours, the substrate temperature was 250 ° C. to 350 ° C., the flow rate of hydrogen gas was 100 to 600 sccm, and the distance between the electrodes was 27 to 45 mm. However, the processing conditions are not limited to these. By this hydrogen plasma treatment, atomic hydrogen gas decomposed by plasma is converted into an interlayer insulating film, a gate insulating film,
Since the polycrystalline silicon is diffused into the polycrystalline silicon and the dangling bonds in the polycrystalline silicon are terminated, a polycrystalline silicon thin film transistor having improved characteristics as described later can be obtained.

【0019】尚、処理条件の中で基板側電極に0W/c
2のRFパワーで高周波を印加する場合があるが、こ
れは従来の対向電極のみに高周波を印加する装置の場合
とは条件が違う。その理由とするところは、従来の対向
電極のみに高周波を印加する装置では基板側電極は接地
電位である(図3)が、本発明で使用した基板側電極に
も高周波を印加できる装置では、高周波のマッチングボ
ックスを介して接地されている(図2)からである。
(マッチングボックスは一般に可変コンデンサ等を擁し
ているため基板側電極は接地されていない。)基板側電
極にも高周波を印加できる装置を用いた本発明の水素プ
ラズマ処理では、従来の対向電極のみに高周波を印加す
る装置を用いた水素プラズマ処理と比べて、水素イオン
や水素ラジカルを選択的に多結晶シリコン中へ拡散させ
ることができ、処理後のTFTのVg−Id特性のシフト
(スレッシュホールド電圧のシフト)量を少なくできる
という点で優れている。その際に重要な変数となるのは
基板側電極の電位VDCであるが詳細な条件については後
述する。
It is to be noted that, under the processing conditions, 0 W / c
In some cases, a high frequency is applied with an RF power of m 2 , but this is different from the condition of a conventional apparatus that applies a high frequency only to the counter electrode. The reason is that the substrate-side electrode is at the ground potential in the conventional device that applies a high frequency only to the counter electrode (FIG. 3), but in the device that can apply the high-frequency also to the substrate-side electrode used in the present invention, This is because it is grounded via a high-frequency matching box (FIG. 2).
(The matching box generally has a variable capacitor or the like, so the substrate side electrode is not grounded.) In the hydrogen plasma treatment of the present invention using a device capable of applying a high frequency also to the substrate side electrode, only the conventional counter electrode is used. compared with the hydrogen plasma treatment using an apparatus for applying a high frequency, it can be selectively diffused into the polycrystalline silicon in the hydrogen ions and hydrogen radicals, shifting V g -I d characteristics of the processed TFT (Suresh The advantage is that the amount of shift of the hold voltage can be reduced. An important variable at this time is the potential VDC of the substrate-side electrode, but detailed conditions will be described later.

【0020】基板側電極にも高周波を印加できる装置を
用いた本発明の水素プラズマ処理では、図2の基板側電
極マッチングボックス306内の可変コンデンサ等によ
り基板側電極の接地電位に対する交流インピーダンスを
変えることが可能であるので基板側電極に高周波を印加
しなくても(基板側電極に0W/cm2のRFパワーで
高周波を印加する場合でも)前記電位VDCを制御するこ
とができる。また、対向電極マッチングボックス304
および基板側電極マッチングボックス306の内部の回
路構造は、図2及び図3に於ける回路構造に限定される
ものではない。
In the hydrogen plasma processing of the present invention using a device capable of applying a high frequency also to the substrate side electrode, the AC impedance of the substrate side electrode with respect to the ground potential is changed by a variable capacitor or the like in the substrate side electrode matching box 306 in FIG. Therefore, the potential VDC can be controlled without applying a high frequency to the substrate-side electrode (even when applying a high frequency with 0 W / cm 2 RF power to the substrate-side electrode). Also, the counter electrode matching box 304
The circuit structure inside the substrate-side electrode matching box 306 is not limited to the circuit structure shown in FIGS.

【0021】高周波を印加する基板側電極や対向電極か
ら交流インピーダンスを介して接地されている構造であ
ることが重要である。水素プラズマ処理後にソース領域
及びドレイン領域のコンタクト電極108を形成すれば
薄膜トランジスタが完成する(図1(e))。該コンタ
クト電極材料としてはAl、Cr、Ni等の金属材料が
用いられている。本発明により形成した多結晶シリコン
TFT(poly−SiTFT)の電界効果易動度はN
chTFTで50cm2/V・s(減圧CVD法590
℃で多結晶シリコンを形成した場合)〜160cm2
V・s(プラズマCVD法で成膜した非晶質シリコンを
600℃で約17時間固相成長させて多結晶シリコンを
形成した場合)となり、水素ガス雰囲気中でアニールし
ただけの場合(〜10cm2/V・s)と比べて大幅な
特性向上が為された。
It is important that the substrate side electrode and the counter electrode to which a high frequency is applied are grounded via an AC impedance. If the contact electrodes 108 in the source region and the drain region are formed after the hydrogen plasma treatment, the thin film transistor is completed (FIG. 1E). Metal materials such as Al, Cr, and Ni are used as the contact electrode material. The field effect mobility of the polycrystalline silicon TFT (poly-Si TFT) formed according to the present invention is N
50 cm 2 / V · s (ch CVD method 590)
When polycrystalline silicon is formed at a temperature of about 160 ° C./160 cm 2 /
V · s (in the case where amorphous silicon formed by a plasma CVD method is subjected to solid phase growth at 600 ° C. for about 17 hours to form polycrystalline silicon), and only when annealed in a hydrogen gas atmosphere ((10 cm) 2 / V · s).

【0022】また本発明により形成したpoly−Si
TFTのON電流はトランジスタサイズL/W=5μm
/10μmのNchTFTで400μA、OFF電流は
同じサイズのNchTFTで10〜30fAであり、ス
イング(サブスレッシュホールド領域に於けるVg−Id
特性曲線の傾きの逆数)は0.35V/dec.であっ
た。また、従来の水素プラズマ処理によるTFTのスレ
ッシュホールド電圧のシフト量が−2V〜−5Vである
(図5)のに対し、基板側電極にも高周波を印加できる
装置を使用した本発明の水素プラズマ処理では該シフト
量は−1V以下であった(図4)。
The poly-Si formed according to the present invention
TFT ON current is transistor size L / W = 5 μm
/ 10 μm NchTFT is 400 μA, and OFF current is 10-30 fA for NchTFTs of the same size, and the swing (V g −I d in the sub-threshold region )
The reciprocal of the slope of the characteristic curve) is 0.35 V / dec. Met. Further, while the shift amount of the threshold voltage of the TFT by the conventional hydrogen plasma treatment is -2 V to -5 V (FIG. 5), the hydrogen plasma of the present invention using the device capable of applying a high frequency also to the substrate side electrode In the process, the shift amount was -1 V or less (FIG. 4).

【0023】尚、従来の水素プラズマ処理によるTFT
のスレッシュホールド電圧のシフト等のダメージは、例
えば50cm×50cm以上の広い電極面積を持つ大型
の量産装置で多発する傾向にあるが、基板側電極にも高
周波を印加できる装置を使用した本発明の水素プラズマ
処理では、前述の広い電極面積を持つ装置であってもダ
メージを皆無にすることができる。
It should be noted that a conventional TFT by hydrogen plasma treatment is used.
The damage such as the shift of the threshold voltage tends to occur frequently in a large-scale mass production apparatus having a large electrode area of, for example, 50 cm × 50 cm or more. In the hydrogen plasma treatment, damage can be completely eliminated even in the above-described apparatus having a large electrode area.

【0024】次に、従来の水素プラズマ処理で発生し易
いプラズマダメージによる不良が、基板側電極にも高周
波を印加できる装置を使用した本発明の水素プラズマ処
理では発生しにくい理由に関して述べる。水素プラズマ
処理で発生するダメージの原因は、今のところ明らかで
はないが、プラズマ雰囲気中に浸されたことにより基板
にチャージアップが起こり、ゲート−チャネル間に電圧
がかかった状態になり、また基板温度が300℃程度と
比較的高いため、疑似的にBTストレス(バイアス及び
温度ストレス)が加わるために、TFTに不良が生じた
とするモデルが現象をよく説明している。このモデルに
則ると、基板側電極にも高周波を印加できる装置を使用
した本発明の水素プラズマ処理では基板側電極の電位V
DCを基板側電極に高周波を印加することにより制御する
ことが可能であるので、基板にチャージアップが生じな
いようにすることが出来ると考えられる。そのため従来
の水素プラズマ処理で発生する前述のスレッシュホール
ド電圧のシフト等の不良を皆無とすることが出来るので
ある。
Next, the reason why a defect due to plasma damage which is easily generated in the conventional hydrogen plasma processing is unlikely to be generated in the hydrogen plasma processing of the present invention using an apparatus capable of applying a high frequency to the substrate side electrode will be described. Although the cause of the damage caused by the hydrogen plasma treatment is not clear at present, the substrate is charged up by being immersed in the plasma atmosphere, and a voltage is applied between the gate and the channel, and the substrate is exposed. Since the temperature is relatively high at about 300 ° C., BT stress (bias and temperature stress) is imitated, and a model in which a defect occurs in the TFT often explains the phenomenon. According to this model, in the hydrogen plasma treatment of the present invention using a device capable of applying a high frequency also to the substrate-side electrode, the potential V of the substrate-side electrode is
Since DC can be controlled by applying a high frequency to the substrate-side electrode, it is considered that charge-up of the substrate can be prevented. For this reason, it is possible to eliminate defects such as the shift of the threshold voltage which occur in the conventional hydrogen plasma processing.

【0025】前記電位VDCは従来の対向電極のみに高周
波を印加する装置を用いた水素プラズマ処理に於いては
恒に0Vであるが、基板側電極にも高周波を印加できる
装置を用いた本発明の水素プラズマ処理に於いては可変
である。前記電位VDCを10V〜−100Vとすること
により水素プラズマ処理後のTFTのスレッシュホール
ド電圧のシフト量を−1V以下とすることができる。ま
た、前記電位VDCを5V〜−50Vとすると特に望まし
く、この場合スレッシュホールド電圧のシフトはほとん
ど見られない。前記電位VDCを−100V以下とするこ
とにより更にスレッシュホールド電圧のシフト量は減る
と考えられるが、この時は電極がスパッタされてしまう
可能性が高くなるため、余り望ましくない。
The potential VDC is always 0 V in the conventional hydrogen plasma processing using a device for applying a high frequency only to the counter electrode, but the potential VDC is a voltage using a device capable of applying a high frequency also to the substrate side electrode. It is variable in the hydrogen plasma treatment of the invention. By setting the potential VDC to 10 V to -100 V, the shift amount of the threshold voltage of the TFT after the hydrogen plasma treatment can be reduced to -1 V or less. It is particularly desirable that the potential VDC be 5 V to -50 V. In this case, a threshold voltage shift is hardly observed. It is thought that the amount of shift of the threshold voltage is further reduced by setting the potential VDC to -100 V or less. However, at this time, the possibility that the electrode is sputtered increases, which is not desirable.

【0026】本実施例では、容量結合型の平行平板型の
プラズマ発生装置を用いた水素プラズマ処理の場合につ
いて説明したが、該装置の形状はこれに限定されるもの
ではない。水素プラズマ処理を施す被処理材を支える電
極に高周波を印加できる装置を用いた点が重要である。
尚、水素プラズマ処理は層間絶縁膜積層後ではなく、コ
ンタクト電極形成後に行ってもかまわない。
In this embodiment, the description has been given of the case of the hydrogen plasma processing using the capacitively coupled parallel plate type plasma generator, but the shape of the apparatus is not limited to this. It is important to use a device capable of applying a high frequency to the electrode supporting the material to be subjected to the hydrogen plasma treatment.
The hydrogen plasma treatment may be performed not after lamination of the interlayer insulating film but after formation of the contact electrode.

【0027】以上述べたように、本発明を応用すれば、
ON電流が大きくOFF電流が小さくサブスレッシュホ
ールド電圧の立ち上がりが急峻なトランジスタを、プラ
ズマダメージ等による不良を皆無にして製造可能とな
る。
As described above, if the present invention is applied,
A transistor having a large ON current, a small OFF current, and a steep rise of a sub-threshold voltage can be manufactured without any failure due to plasma damage or the like.

【0028】本発明の応用としては、例えば、非結晶シ
リコンを素子材としたTFTによって構成された液晶表
示パネル、密着型イメージセンサ、ドライバ内蔵型のサ
ーマルヘッド、有機系EL等を発光素子としたドライバ
内蔵型の光書き込み素子や表示素子、三次元IC等が考
えられる。本発明を用いることで、これらの素子の高速
化、高解像度化等の高性能化が実現される。
As an application of the present invention, for example, a liquid crystal display panel constituted by a TFT using amorphous silicon as an element material, a contact type image sensor, a thermal head with a built-in driver, and an organic EL are used as light emitting elements. An optical writing element or display element with a built-in driver, a three-dimensional IC, or the like can be considered. By using the present invention, high performance such as high speed and high resolution of these elements is realized.

【0029】尚、図1では、poly−SiTFT製造
工程に本発明を適用した場合を例としたが、本発明はこ
れに限定されるものではない。本発明は、チャネル領域
の少なくとも一部が多結晶である絶縁ゲート型電界効果
トランジスタ全てに対し有効である。また、チャネル領
域の少なくとも一部が微結晶である絶縁ゲート型トラン
ジスタや、チャネル領域の一部がスパッタ法や蒸着法等
で形成した水素化の不十分な非晶質半導体からなるトラ
ンジスタに於いても有効である。
Although FIG. 1 shows an example in which the present invention is applied to a poly-Si TFT manufacturing process, the present invention is not limited to this. The present invention is effective for all insulated gate field effect transistors in which at least a part of the channel region is polycrystalline. In an insulated gate transistor in which at least a part of a channel region is microcrystalline, or a transistor in which a part of a channel region is formed of an insufficiently hydrogenated amorphous semiconductor formed by a sputtering method, an evaporation method, or the like. Is also effective.

【0030】また、チャネル領域が単結晶であっても、
三次元ICのように再結晶化若しくは固相成長させたシ
リコン層に素子を形成する場合、結晶内に生じ易い、亜
粒界などの欠陥を、本発明に基づく半導体装置の製造方
法で、ダングリングボンドの終端化を行なうと特性の向
上に効果がある。
Further, even if the channel region is a single crystal,
When an element is formed in a recrystallized or solid-phase grown silicon layer like a three-dimensional IC, defects such as sub-grain boundaries which are likely to occur in the crystal are removed by the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention. Terminating the ring bond is effective in improving the characteristics.

【0031】更に、HBT(ヘテロバイポーラトランジ
スタ)等のヘテロ接合界面の欠陥密度の低減に対しても
本発明は有効である。特に、ヘテロ接合を形成する二つ
の半導体層のうちの少なくとも一方が非単結晶半導体よ
りなる場合には、本発明による水素化処理により、膜中
及び界面の欠陥を同時に低減することが出来る。
Further, the present invention is effective for reducing the defect density at the interface of a hetero junction such as an HBT (hetero bipolar transistor). In particular, when at least one of the two semiconductor layers forming a heterojunction is formed of a non-single-crystal semiconductor, the hydrogenation treatment according to the present invention can reduce defects in the film and at the interface at the same time.

【0032】また、非単結晶半導体を素子材とした太陽
電池・光センサやバイポーラトランジスタ、静電誘導ト
ランジスタをはじめとして、本発明は幅広く半導体プロ
セス全般に応用することが出来る。
The present invention can be widely applied to all semiconductor processes, including solar cells and optical sensors, bipolar transistors, and static induction transistors using a non-single-crystal semiconductor as an element material.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によればpo
ly−SiTFT等のチャネル領域の少なくとも一部が
非単結晶半導体よりなる絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタの高性能化を、プラズマダメージによる不良もなく
実現できる。また、本発明は絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタに限らず、半導体プロセス全般に亘り広く応用
することが出来、その効果はきわめて大きい。
As described above, according to the present invention, po
High performance of an insulated gate field effect transistor in which at least a part of a channel region of a ly-Si TFT or the like is made of a non-single-crystal semiconductor can be realized without a defect due to plasma damage. Further, the present invention can be widely applied not only to the insulated gate field effect transistor but also to all semiconductor processes, and the effect is extremely large.

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

【図1】(a)〜(e)は、本発明の実施例に於ける半
導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図である。
FIGS. 1A to 1E are process cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例に於ける対向電極にばかりでな
く基板側電極にも高周波を印加できる平行平板型水素プ
ラズマ処理装置の電気的な接地関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an electrical grounding relationship of a parallel plate type hydrogen plasma processing apparatus capable of applying a high frequency to not only a counter electrode but also a substrate side electrode in an embodiment of the present invention.

【図3】従来の対向電極のみに高周波を印加できる平行
平板型水素プラズマ処理装置の電気的な接地関係を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing an electrical grounding relationship of a conventional parallel plate type hydrogen plasma processing apparatus capable of applying a high frequency to only a counter electrode.

【図4】本発明の実施例に於ける対向電極にばかりでな
く基板側電極にも高周波を印加できる平行平板型水素プ
ラズマ処理装置を用いて水素プラズマ処理を施したNc
hTFTのVg−Id特性図である。
FIG. 4 shows Nc subjected to hydrogen plasma processing using a parallel plate type hydrogen plasma processing apparatus capable of applying a high frequency to not only the counter electrode but also the substrate side electrode in the embodiment of the present invention.
a V g -I d characteristic diagram of HTFT.

【図5】従来の対向電極のみに高周波を印加できる平行
平板型水素プラズマ処理装置を用いて水素プラズマ処理
を施したNchTFTのVg−Id特性図である。
FIG. 5 is a V g -I d characteristic diagram of an NchTFT subjected to hydrogen plasma processing using a conventional parallel plate type hydrogen plasma processing apparatus capable of applying a high frequency to only the counter electrode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 絶縁性支持層 101 非単結晶シリコン薄膜 102 ゲート酸化膜 103 ゲート電極 104 ソース領域 105 ドレイン領域 106 チャネル領域 107 層間絶縁膜 108 コンタクト電極 301 対向電極 302 基板側電極 303 チェンバー 304 対向電極マッチングボックス 305 対向電極高周波電源 306 基板側電極マッチングボックス 307 基板側電極高周波電源 REFERENCE SIGNS LIST 100 Insulating support layer 101 Non-single-crystal silicon thin film 102 Gate oxide film 103 Gate electrode 104 Source region 105 Drain region 106 Channel region 107 Interlayer insulating film 108 Contact electrode 301 Counter electrode 302 Substrate electrode 303 Chamber 304 Counter electrode matching box 305 Counter Electrode high frequency power supply 306 Substrate side electrode matching box 307 Substrate side electrode high frequency power supply

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上のトランジスタのチャネル領域
の少なくとも一部が非単結晶半導体膜からなる半導体装
置の製造方法において、 プラズマ発生装置内にそれぞれ制御回路を介して接続さ
れた第1電極と第2電極を対向させ、前記第1電極には
前記制御回路を介して高周波数電極を印加し、前記第2
電極には前記制御回路を介して0W/cm2とした状態
で、前記基板上の非単結晶半導体膜に水素プラズマ処理
を施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A method for manufacturing a semiconductor device in which at least a part of a channel region of a transistor on a substrate is formed of a non-single-crystal semiconductor film, wherein a first electrode connected to a first electrode connected to a first electrode connected via a control circuit in a plasma generator. Two electrodes are opposed to each other, and a high-frequency electrode is applied to the first electrode through the control circuit.
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a hydrogen plasma treatment is performed on a non-single-crystal semiconductor film on the substrate while the electrodes are kept at 0 W / cm 2 through the control circuit.
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