JP4503671B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、絶縁ゲイト型半導体装置、特に薄膜状の絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ
(TFT)の構造およびその作製方法に関するものである。
The present invention relates to an insulated gate semiconductor device, and more particularly to a structure of a thin-film insulated gate field effect transistor (TFT) and a manufacturing method thereof.
近年、薄膜状絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ(TFT)が盛んに研究されている。
例えば、本発明人等の発明である特願平4−30220や同4−38637には、ゲイト
電極として、アルミニウムやチタン、クロム、タンタル、シリコンを使用し、その周囲を
陽極酸化法によって形成した酸化アルミニウムで覆い、よって、ソース/ドレインとゲイ
ト電極の重なりを無くし、むしろオフセット状態とし、また、ソース/ドレイン領域をレ
ーザーアニールによって再結晶化せしめる作製方法およびTFTが記述されている。
In recent years, thin film insulated gate field effect transistors (TFTs) have been actively studied.
For example, in Japanese Patent Application Nos. 4-30220 and 4-38637 which are the inventions of the present inventors, aluminum, titanium, chromium, tantalum, and silicon are used as gate electrodes, and the periphery thereof is formed by an anodic oxidation method. A fabrication method and TFT are described that are covered with aluminum oxide, thus eliminating the overlap of the source / drain and gate electrodes, but rather in an offset state, and recrystallizing the source / drain regions by laser annealing.
このようなTFTは、従来のオフセットを有しないシリコンゲイトTFTやタンタルや
クロムのような高融点金属をゲイト電極とし、熱アニールによって活性化したTFTに比
較して優れた特性を示した。しかしながら、その特性を再現性よく得ることは困難であっ
た。
Such TFTs have excellent characteristics compared to conventional TFTs having no offset and silicon gate TFTs or high melting point metals such as tantalum and chromium as gate electrodes and activated by thermal annealing. However, it has been difficult to obtain the characteristics with good reproducibility.
原因の1つは、外部からのナトリウム等の可動イオンの侵入によるものであった。特に
アルミニウム等の金属材料からなるゲイト電極の形成(スパッタ法や電子ビーム蒸着法が
使用される)やその後の陽極酸化の際に、外部からナトリウムが侵入する危険があったた
めである。特にスパッタ法では、ナトリウムの汚染が大きかった。しかしながら、スパッ
タ法は電子ビーム蒸着法よりも量産性に優れた方法であるので、コスト削減のためにはぜ
ひとも使用することが望まれた方法であった。
One of the causes was due to intrusion of mobile ions such as sodium from the outside. This is because there is a risk that sodium may intrude from the outside during the formation of a gate electrode made of a metal material such as aluminum (sputtering or electron beam evaporation is used) and the subsequent anodic oxidation. Especially in the sputtering method, the contamination of sodium was large. However, since the sputtering method is superior in mass productivity to the electron beam evaporation method, it has been desired to be used by all means for cost reduction.
ナトリウムは、リンガラス等によってブロッキングされ、また、ゲッタリングされるこ
とが知られていた。したがって、ゲイト絶縁膜をリンガラスで形成することが一般にはお
こなわれていた。しかしながら、リンガラスを上記の特許の目的とする低温で作製するこ
とは困難であった。また、リンガラスをこのような低温で作製しようとすれば、酸化珪素
のゲイト絶縁膜に、例えばイオンドーピング法によって注入すると、ゲイト絶縁膜中に多
くの欠陥が生じ、かえって、TFTの特性を劣化させてしまうことがあった。
Sodium has been known to be blocked and gettered by phosphor glass or the like. Therefore, the gate insulating film is generally formed of phosphorous glass. However, it has been difficult to produce phosphorous glass at the low temperature that is the object of the above patent. If phosphorous glass is to be produced at such a low temperature, if it is implanted into the gate insulating film of silicon oxide by, for example, ion doping, many defects are generated in the gate insulating film, which deteriorates the characteristics of the TFT. There was something that would let me.
さらに、陽極酸化は100〜300Vもの高電圧を必要とし、ゲイト絶縁膜の破壊が懸
念される。すなわち、上記特許に示された技術範囲では、半導体被膜の上にゲイト絶縁膜
が形成され、その上にゲイト電極が存在するのであるが、陽極酸化時には、正に帯電した
ゲイト電極と浮遊状態の半導体被膜の間に電圧が生じ、ゲイト電極上の陽極酸化膜が厚く
なって、ゲイト電極と電解溶液間の抵抗が大きくなるにつれ、ゲイト電極からゲイト絶縁
膜、半導体被膜を介して電解溶液に流れる電流が増加する。そして、この電流のためにゲ
イト絶縁膜が破壊されてしまうことがある。
Furthermore, anodic oxidation requires a high voltage of 100 to 300 V, and there is a concern about the breakdown of the gate insulating film. That is, in the technical range shown in the above patent, a gate insulating film is formed on a semiconductor film and a gate electrode is present on the semiconductor film. However, during anodization, a positively charged gate electrode and a floating state are present. As a voltage is generated between the semiconductor film, the anodic oxide film on the gate electrode becomes thicker, and the resistance between the gate electrode and the electrolytic solution increases, it flows from the gate electrode to the electrolytic solution through the gate insulating film and the semiconductor film. The current increases. The gate insulating film may be destroyed due to this current.
本発明は、このような現状を鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は外部から
の可動イオンの侵入を防ぎ、さらに、ゲイト絶縁膜の破壊を防止して、信頼性を向上させ
ることを課題とする。
The present invention has been made in view of such a current situation. That is, it is an object of the present invention to improve the reliability by preventing the intrusion of mobile ions from the outside and further preventing the breakdown of the gate insulating film.
本発明の絶縁ゲイト型半導体装置は、絶縁基板上に少なくとも半導体層、絶縁膜層およ
びアルミニウム、クロム、チタン、タンタル、シリコンのいずれか、あるいはそれらの合
金またはそれらの多層からなるゲイト電極を有し、絶縁膜層は、酸化アルミニウム単層、
酸化珪素単層、窒化珪素単層、窒化アルミニウム単層、酸化アルミニウム層と窒化珪素層
の2層、酸化アルミニウム層と酸化珪素層の2層、窒化珪素層と酸化珪素層の2層、また
は酸化アルミニウム層と酸化珪素層と窒化珪素層の3層からなる。例えば、アルミニウム
ゲイト電極とゲイト絶縁膜の間に窒化珪素膜を介在させるものである。窒化珪素の組成は
シリコンを1としたとき、窒素の比率は1から4/3、より好ましくは1.2から4/3
の間が望ましい。もちろん、窒素とシリコン以外に水素や酸素が添加されていてもよい。
The insulated gate type semiconductor device of the present invention has at least a semiconductor layer, an insulating film layer, and a gate electrode made of aluminum, chromium, titanium, tantalum, silicon, an alloy thereof, or a multilayer thereof on an insulating substrate. , The insulating film layer is an aluminum oxide single layer,
Silicon oxide single layer, silicon nitride single layer, aluminum nitride single layer, two layers of aluminum oxide layer and silicon nitride layer, two layers of aluminum oxide layer and silicon oxide layer, two layers of silicon nitride layer and silicon oxide layer, or oxidation It consists of three layers, an aluminum layer, a silicon oxide layer, and a silicon nitride layer. For example, a silicon nitride film is interposed between an aluminum gate electrode and a gate insulating film. When the composition of silicon nitride is 1, the ratio of nitrogen is 1 to 4/3, more preferably 1.2 to 4/3.
Between is desirable. Of course, hydrogen or oxygen other than nitrogen and silicon may be added.
この窒化珪素被膜は、ナトリウム等の可動イオンをブロッキングする効果があるので、
ゲイト電極その他からチャネル領域に可動イオンが侵入することを防止する効果を有する
だけでなく、通常のゲイト絶縁膜である酸化珪素に比べて、導電性がよいのでゲイト電極
と、その下の半導体領域(チャネル領域)との間に過剰な電圧がかからず、ゲイト絶縁膜
の破壊が防げるという特徴をも有する。
Since this silicon nitride film has the effect of blocking mobile ions such as sodium,
Not only has the effect of preventing mobile ions from entering the channel region from the gate electrode and others, but also has better conductivity than silicon oxide, which is a normal gate insulating film, so the gate electrode and the semiconductor region below it An excessive voltage is not applied to the (channel region), and the gate insulating film can be prevented from being broken.
したがって、半導体領域とゲイト絶縁膜を形成し、その後に、前記窒化珪素膜を形成し
、しかる後にゲイト電極を形成するためのアルミニウム電極を形成する。アルミニウム電
極を陽極酸化している間には、この窒化珪素膜は、基板全面にわたって、一体として存在
していると、基板全面にわたって、陽極電位がほぼ一定に保たれるので望ましい。
また、本発明の絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法は、絶縁基板上に半導体領域を形成
する工程と、前記半導体領域上に、酸化アルミニウム単層、酸化珪素単層、窒化珪素単層
、窒化アルミニウム単層、酸化アルミニウム層と窒化珪素層の2層、酸化アルミニウム層
と酸化珪素層の2層、窒化珪素層と酸化珪素層の2層、または酸化アルミニウム層と酸化
珪素層と窒化珪素層の3層からなる絶縁膜層を形成する工程と、前記絶縁膜層上にアルミ
ニウム、クロム、チタン、タンタル、シリコンのいずれか、あるいはそれらの合金または
それらの多層を主体とする金属被膜を形成する工程と、前記金属被膜に、電解溶液中で電
流を通じて、その表面に酸化物層を形成する工程とを有することを特徴とする。
本発明の絶縁ゲイト型半導体装置およびその作製方法において、前記ゲイト電極(前記
金属被膜)が珪素とアルミニウムの合金からなるときは、前記ゲイト電極(前記金属被膜
)は珪素が0.5〜3%添加されたアルミニウム層からなる。
Therefore, a semiconductor region and a gate insulating film are formed, after which the silicon nitride film is formed, and then an aluminum electrode for forming a gate electrode is formed. While the aluminum electrode is anodized, it is desirable that this silicon nitride film is present over the entire surface of the substrate because the anodic potential is maintained substantially constant over the entire surface of the substrate.
The method for manufacturing an insulated gate semiconductor device of the present invention includes a step of forming a semiconductor region on an insulating substrate, and an aluminum oxide single layer, a silicon oxide single layer, a silicon nitride single layer, and an aluminum nitride on the semiconductor region. Single layer, two layers of an aluminum oxide layer and a silicon nitride layer, two layers of an aluminum oxide layer and a silicon oxide layer, two layers of a silicon nitride layer and a silicon oxide layer, or three of an aluminum oxide layer, a silicon oxide layer, and a silicon nitride layer A step of forming an insulating film layer comprising a layer, and a step of forming a metal film mainly composed of aluminum, chromium, titanium, tantalum, silicon, an alloy thereof, or a multilayer thereof on the insulating film layer; And a step of forming an oxide layer on the surface of the metal film through an electric current in an electrolytic solution.
In the insulated gate semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, when the gate electrode (the metal film) is made of an alloy of silicon and aluminum, the gate electrode (the metal film) is made of 0.5 to 3% of silicon. It consists of an added aluminum layer.
以上のように、ゲイト電極と半導体層(チャネル領域)の間に窒化珪素膜、酸化珪素膜
、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、またはそれらの多層膜を形成することによ
って、可動イオンの侵入を防止し、また、ゲイト電極の陽極酸化時のゲイト絶縁膜の破壊
を防止することができた。
As described above, mobile ions can be prevented from entering by forming a silicon nitride film, silicon oxide film, aluminum oxide film, aluminum nitride film, or a multilayer film thereof between the gate electrode and the semiconductor layer (channel region). In addition, it was possible to prevent the gate insulating film from being broken during the anodic oxidation of the gate electrode.
以下に実施例を示し、より詳細に本発明を説明する。 The following examples illustrate the invention in more detail.
図1には本実施例の作製工程断面図を示す。なお、本実施例の詳細な条件は、本発明人
らの出願した特願平4−30220、あるいは同4−38637とほとんど同じであるの
で、特別には詳述しない。まず、基板101として日本電気硝子社製のN−0ガラスを使
用した。このガラスは歪温度が高いけれども、リチウムが多く含まれ、また、ナトリウム
もかなりの量が存在する。そこで、基板からのこれら可動イオンの侵入を阻止する目的で
、プラズマCVD法もしくは減圧CVD法で窒化珪素膜102を厚さ10〜50nmだけ
形成する。さらに、下地の酸化珪素皮膜103を厚さ100〜800nmだけ、スパッタ
法によって形成した。その上にアモルファスシリコン被膜をプラズマCVD法によって2
0〜100nmだけ形成し、600℃で12〜72時間、窒素雰囲気中でアニールし、結
晶化させた。さらに、これをフォトリソグラフィー法と反応性イオンエッチング(RIE
)法によってパターニングして、図1(A)に示すように島状の半導体領域104(Nチ
ャネルTFT用)と105(PチャネルTFT用)とを形成した。
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a manufacturing process of this example. The detailed conditions of the present embodiment are almost the same as those of Japanese Patent Application No. 4-30220 or 4-38637 filed by the present inventors, and will not be specifically described in detail. First, N-0 glass manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd. was used as the
Only 0 to 100 nm was formed and annealed at 600 ° C. for 12 to 72 hours in a nitrogen atmosphere for crystallization. Furthermore, this is applied to photolithography and reactive ion etching (RIE).
) To form island-like semiconductor regions 104 (for N-channel TFTs) and 105 (for P-channel TFTs) as shown in FIG.
さらに、酸化珪素をターゲットとする酸素雰囲気中でのスパッタ法によって、ゲイト酸
化膜106を厚さ50〜200nmだけ堆積した。さらに、窒化珪素膜107をプラズマ
CVD法もしくは減圧CVD法によって、厚さ2〜20nm、好ましくは8〜11nmだ
け堆積した。
Further, a
次に、スパッタリング法もしくは電子ビーム蒸着法によってアルミニウム被膜を形成し
て、これを混酸(5%の硝酸を添加した燐酸溶液)によってパターニングし、ゲイト電極
・配線108〜111を形成した。このようにして、TFTの外形を整えた。
Next, an aluminum film was formed by sputtering or electron beam evaporation, and this was patterned with a mixed acid (phosphoric acid solution to which 5% nitric acid was added) to form gate electrodes / wirings 108-111. In this way, the outer shape of the TFT was adjusted.
さらに、電解溶液中でゲイト電極・配線108〜111に電流を通じ、陽極酸化法によ
って、酸化アルミニウム膜112〜115を形成した。陽極酸化の条件としては、本発明
人等の発明である特願平4−30220に記述された方法を採用した。ここまでの様子を
図1(B)に示す。
Furthermore,
次に、公知のイオン注入法によって、半導体領域104にはN型の不純物を、半導体領
域105にはP型の不純物を注入し、N型不純物領域(ソース、ドレイン)116とP型
不純物領域117を形成した。この工程は公知のCMOS技術を使用した。さらに、反応
性イオンエッチング法によってゲイト電極・配線部の下に存在するもの以外の窒化珪素1
07を除去した。この工程はウェットエッチングによっても代用できる。その際には、陽
極酸化膜である酸化アルミニウムと窒化珪素のエッチングレイトの違いを利用して、酸化
アルミニウムをマスクとしてセルフアライン的にエッチングできる。
Next, an N-type impurity is implanted into the
07 was removed. This process can be substituted by wet etching. In that case, the difference in etching rate between aluminum oxide, which is an anodic oxide film, and silicon nitride can be used to perform self-aligned etching using aluminum oxide as a mask.
このようにして、図1(D)に示されるような構造が得られた。なお、当然のことなが
ら、先のイオン注入によって不純物の注入された部分の結晶性は著しく劣化し、実質的に
非結晶状態(アモルファス状態、あるいはそれに近い多結晶状態)になっている。そこで
、レーザーアニールによって結晶性を回復させた。この工程は、600〜850℃の熱ア
ニールによってもよい。レーザーアニールの条件は、例えば、特願平4−30220に記
述されたものを使用した。レーザーアニール後は、250〜450℃の水素雰囲気(1〜
700torr、このましくは500〜700torr)で30分〜3時間、アニールを
おこない、半導体領域に水素を添加し、格子欠陥(ダングリングボンド等)を減らした。
In this way, a structure as shown in FIG. 1D was obtained. As a matter of course, the crystallinity of the portion into which the impurity has been implanted is significantly degraded by the previous ion implantation, and is substantially in an amorphous state (an amorphous state or a polycrystalline state close thereto). Therefore, crystallinity was recovered by laser annealing. This step may be performed by thermal annealing at 600 to 850 ° C. For example, the laser annealing conditions described in Japanese Patent Application No. 4-30220 were used. After laser annealing, a hydrogen atmosphere at 250 to 450 ° C. (1 to
Annealing was performed at 700 torr, preferably 500 to 700 torr for 30 minutes to 3 hours, and hydrogen was added to the semiconductor region to reduce lattice defects (such as dangling bonds).
このようにして、素子の形状を整えた。その後は、通常のように、酸化珪素のスパッタ
成膜によって層間絶縁物118を形成し、公知のフォトリソグラフィー技術によって電極
用孔を形成して、半導体領域あるいはゲイト電極・配線の表面を露出させ、最後に、第2
の金属被膜(アルミニウムあるいはクロム)を選択的に形成して、これを電極・配線11
9〜121とした。ここで、第1の金属配線108、111上を第2の金属配線119、
121が横断する。以上のようにして、NTFT122とPTFT123を形成できた。
In this way, the shape of the element was adjusted. Thereafter, as usual, an
A metal coating (aluminum or chromium) is selectively formed, and this is applied to the electrode / wiring 11.
9-121. Here, the second metal wiring 119, over the
121 crosses. As described above, NTFT 122 and
図2には本実施例の作製工程断面図を示す。なお、本実施例の詳細な条件は、本発明人
らの出願した特願平4−30220とほとんど同じであるので、特別には詳述しない。ま
ず、基板201として日本電気硝子社製のN−0ガラスを使用し、プラズマCVD法もし
くは減圧CVD法で窒化珪素膜202を厚さ10〜50nmだけ形成した。さらに、下地
の酸化珪素皮膜203を厚さ100〜800nmだけ、スパッタ法によって形成した。そ
の上にアモルファスシリコン被膜をプラズマCVD法によって20〜100nmだけ形成
し、600℃で12〜72時間、窒素雰囲気中でアニールし、結晶化させた。さらに、こ
れをパターニングして、図2(A)に示すように島状の半導体領域204(NチャネルT
FT用)と205(PチャネルTFT用)とを形成した。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of a manufacturing process of this example. The detailed conditions of the present embodiment are almost the same as those of Japanese Patent Application No. 4-30220 filed by the present inventors, and will not be specifically described in detail. First, N-0 glass manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd. was used as the
FT) and 205 (P channel TFT) were formed.
さらに、スパッタ法によって、ゲイト酸化膜206を厚さ50〜200nmだけ堆積し
た。さらに、窒化珪素膜207をプラズマCVD法もしくは減圧CVD法によって、厚さ
2〜20nm、好ましくは8〜11nmだけ堆積した。
Further, a
次に、スパッタリング法もしくは電子ビーム蒸着法によってアルミニウム被膜を形成し
て、これをパターニングし、ゲイト電極・配線208〜211を形成した。このようにし
て、図2(A)のようにTFTの外形を整えた。
Next, an aluminum film was formed by sputtering or electron beam evaporation, and this was patterned to form gate electrodes / wirings 208-211. In this way, the outer shape of the TFT was adjusted as shown in FIG.
さらに、電解溶液中でゲイト電極・配線208〜211に電流を通じ、陽極酸化法によ
って、酸化アルミニウム膜212〜215を形成した。陽極酸化の条件としては、本発明
人等の発明である特願平3−30220に記述された方法を採用した。ここまでの様子を
図2(B)に示す。
Further,
次に、図2(C)に示すように、反応性イオンエッチング法によってゲイト電極・配線
部の下に存在するもの以外の窒化珪素207および酸化珪素206を除去し、半導体領域
204、205を露出させた。この工程はウェットエッチングによっても代用できる。そ
の際には、陽極酸化膜である酸化アルミニウムと窒化珪素、酸化珪素のエッチングレイト
の違いを利用して、酸化アルミニウムをマスクとしてセルフアライン的にエッチングでき
る。さらに、本発明人等の発明であるレーザードーピング技術(特願平3−283981
)によって、半導体領域204にはN型の不純物を、半導体領域205にはP型の不純物
をドーピングし、N型不純物領域(ソース、ドレイン)216とP型不純物領域217を
形成した。この工程は特願平3−283981に記述されるようなCMOS技術を使用し
た。
Next, as shown in FIG. 2C, the
), The
このようにして、図2(D)に示されるような構造が得られた。なお、レーザードーピ
ング法では、不純物の注入とアニールが同時におこなわれるため、実施例1のようなレー
ザーアニールや熱アニールの工程は不要である。レーザードーピング後は、250〜45
0℃の水素雰囲気(1〜700torr、このましくは500〜700torr)で30
分〜3時間、アニールをおこない、半導体領域に水素を添加し、格子欠陥(ダングリング
ボンド等)を減らした。
In this way, a structure as shown in FIG. 2D was obtained. In the laser doping method, since impurity implantation and annealing are performed simultaneously, the laser annealing and thermal annealing steps as in the first embodiment are unnecessary. After laser doping, 250-45
30 in a hydrogen atmosphere (1 to 700 torr, preferably 500 to 700 torr) at 0 ° C.
Annealing was performed for minutes to 3 hours, and hydrogen was added to the semiconductor region to reduce lattice defects (dangling bonds, etc.).
このようにして、素子の形状を整えた。その後は、通常のように、酸化珪素のスパッタ
成膜によって層間絶縁物218を形成し、公知のフォトリソグラフィー技術によって電極
用孔を形成して、半導体領域あるいはゲイト電極・配線の表面を露出させ、最後に、第2
の金属被膜(アルミニウムあるいはクロム)を選択的に形成して、これを電極・配線21
9〜221とした。以上のようにして、NTFT222とPTFT223を形成できた。
In this way, the shape of the element was adjusted. Thereafter, as usual, an
A metal coating (aluminum or chromium) is selectively formed, and this is applied to the electrode / wiring 21.
9-221. As described above,
図3には本実施例の作製工程断面図を示す。なお、本実施例の詳細な条件は、本発明人
らの出願した特願平4−30220とほとんど同じであるので、特別には詳述しない。ま
ず、基板301として日本電気硝子社製のN−0ガラスを使用し、プラズマCVD法もし
くは減圧CVD法で窒化珪素膜302を厚さ10〜50nmだけ形成した。さらに、下地
の酸化珪素皮膜303を厚さ100〜800nmだけ、スパッタ法によって形成した。そ
の上にアモルファスシリコン被膜をプラズマCVD法によって20〜100nmだけ形成
し、600℃で12〜72時間、窒素雰囲気中でアニールし、結晶化させた。さらに、こ
れをパターニングして、図3(A)に示すように島状の半導体領域304(NチャネルT
FT用)と305(PチャネルTFT用)とを形成した。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the manufacturing process of this example. The detailed conditions of the present embodiment are almost the same as those of Japanese Patent Application No. 4-30220 filed by the present inventors, and will not be specifically described in detail. First, N-0 glass manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd. was used as the
FT) and 305 (P channel TFT) were formed.
さらに、スパッタ法によって、ゲイト酸化膜306を厚さ50〜200nmだけ堆積し
た。さらに、窒化珪素膜307をプラズマCVD法もしくは減圧CVD法によって、厚さ
2〜20nm、好ましくは8〜11nmだけ堆積した。
Further, a
次に、スパッタリング法もしくは電子ビーム蒸着法によってアルミニウム被膜を形成し
て、これをパターニングし、ゲイト電極・配線308〜311を形成した。このようにし
て、図3(A)のようにTFTの外形を整えた。
Next, an aluminum film was formed by sputtering or electron beam evaporation, and this was patterned to form gate electrodes /
さらに、電解溶液中でゲイト電極・配線308〜311に電流を通じ、陽極酸化法によ
って、酸化アルミニウム膜312〜315を形成した。陽極酸化の条件としては、本発明
人等の発明である特願平4−30220に記述された方法を採用した。ここまでの様子を
図3(B)に示す。
Furthermore,
次に、公知のプラズマイオンドーピング法によって、半導体領域304にはN型の不純
物を、半導体領域305にはP型の不純物を注入し、N型不純物領域(ソース、ドレイン
)316とP型不純物領域317を形成した。この工程は公知のCMOS技術を使用した
。プラズマからは、不純物元素以外に、ガスソースの希釈剤として用いられている水素も
イオン化し、半導体領域中に注入された。この工程は公知のイオン注入法によってもおこ
なえるが、後で示す理由から水素イオンも別に注入することが求められる。
Next, an N-type impurity is implanted into the
このようにして、図3(D)に示されるような構造が得られた。なお、当然のことなが
ら、先のイオン注入によって不純物の注入された部分の結晶性は著しく劣化し、実質的に
非結晶状態(アモルファス状態、あるいはそれに近い多結晶状態)になっている。そこで
、レーザーアニールによって結晶性を回復させた。この工程は、600〜850℃の熱ア
ニールによってもよい。レーザーアニールの条件は、例えば、特願平4−30220に記
述されたものを使用した。ただし、窒化珪素膜307は、波長250nm以下の短波長紫
外線を透過しないので、XeClレーザー(波長308nm)やXeFレーザー(波長3
51nm)を使用した。
In this way, a structure as shown in FIG. 3D was obtained. As a matter of course, the crystallinity of the portion into which the impurity has been implanted is significantly degraded by the previous ion implantation, and is substantially in an amorphous state (an amorphous state or a polycrystalline state close thereto). Therefore, crystallinity was recovered by laser annealing. This step may be performed by thermal annealing at 600 to 850 ° C. For example, the laser annealing conditions described in Japanese Patent Application No. 4-30220 were used. However, since the
51 nm) was used.
レーザーアニール後は、250〜450℃の水素雰囲気(1〜700torr、このま
しくは500〜700torr)で30分〜3時間、アニールをおこない、半導体中の格
子欠陥(ダングリングボンド等)を減らした。実際には、窒化珪素膜307が存在する為
に、半導体領域の内と外では水素のやりとりはほとんどない。したがって、例えば、プラ
ズマドーピング法では、水素原子も多量に半導体領域中に注入されるけれども、イオン注
入法では、別に水素イオン注入の工程を必要とする。また、プラズマドーピング法でも、
水素の量が不十分であれば、別に水素をドーピングしなければならない。
After laser annealing, annealing was performed in a hydrogen atmosphere at 250 to 450 ° C. (1 to 700 torr, preferably 500 to 700 torr) for 30 minutes to 3 hours to reduce lattice defects (dangling bonds, etc.) in the semiconductor. . Actually, since the
If the amount of hydrogen is insufficient, hydrogen must be doped separately.
このようにして、素子の形状を整えた。その後は、通常のように、酸化珪素のスパッタ
成膜によって層間絶縁物318を形成し、公知のフォトリソグラフィー技術によって電極
用孔を形成して、半導体領域あるいはゲイト電極・配線の表面を露出させ、最後に、第2
の金属被膜(アルミニウムあるいはクロム)を選択的に形成して、これを電極・配線31
9〜321とした。以上のようにして、NTFT322とPTFT323を形成できた。
In this way, the shape of the element was adjusted. Thereafter, as usual, an
A metal coating (aluminum or chromium) is selectively formed, and this is applied to the electrode /
9-321. As described above,
本発明人らの発明であり、平成4年2月25日出願の『薄膜状絶縁ゲイト型半導体装置
およびその作製方法』(出願人、株式会社半導体エネルギー研究所、整理番号P0020
42−01乃至P002044−03、以上3件)に記述される2層のチャネルを有する
TFTに関して、本発明を適用した例を図2に示す。
The invention of the present inventors, filed on Feb. 25, 1992, “Thin Film Insulated Gate Semiconductor Device and Method for Manufacturing the Same” (Applicant, Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd., Reference No. P0020)
FIG. 2 shows an example in which the present invention is applied to a TFT having a two-layer channel described in 42-01 to P002044-03, the above three).
すなわち、図4、図5、図6において、401、501、601はNチャネルTFT、
402、402、402はPチャネルTFTであり、その各図においてチャネル領域の第
1の層408、410、508、510、508、510はいずれも実質的にアモルファ
スシリコンからなっている。その厚さは20〜200nmであった。
4, 5, and 6, 401, 501, and 601 are N-channel TFTs,
また、407、409、507、509、607、609は実質的に多結晶もしくはセ
ミアモルファス状態のシリコンで、その厚さは20〜200nmである。さらに、404
、406、504、506、604、606は酸化珪素からできたゲイト絶縁膜であり、
厚さは50〜300nmである。そして、403、405、503、505、603、6
05は実施例1〜3と同じように形成された厚さ2〜20nmの窒化珪素膜である。これ
らの構造については、上記の特許出願あるいは実施例1の記述に基づいて作製された。
, 406, 504, 506, 604, 606 are gate insulating films made of silicon oxide,
The thickness is 50 to 300 nm. And 403, 405, 503, 505, 603, 6
Reference numeral 05 denotes a silicon nitride film having a thickness of 2 to 20 nm formed in the same manner as in Examples 1 to 3. About these structures, it produced based on description of said patent application or Example 1. FIG.
101 絶縁基板
102 ブロッキング層(窒化珪素)
103 ブロッキング層(酸化珪素)
104 半導体領域(NチャネルTFT用)
105 半導体領域(PチャネルTFT用)
106 ゲイト絶縁膜
107 窒化珪素膜
108〜111 ゲイト電極・配線(アルミニウム)
112〜115 陽極酸化物層
116 N型不純物領域
117 P型不純物領域
118 層間絶縁物
119〜121 第2層金属配線
122 NTFT
123 PTFT
101 Insulating
103 Blocking layer (silicon oxide)
104 Semiconductor region (for N-channel TFT)
105 Semiconductor region (for P-channel TFT)
106
112-115 Anodic oxide layer 116 N-type impurity region 117 P-
123 PTFT
Claims (3)
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成する第2の工程と、
N型又はP型の不純物及び水素をイオン化して前記半導体領域のソース領域及びドレイン領域となる箇所に同時に添加する第3の工程と、
前記半導体領域に第1のアニールを行うことにより前記半導体領域の結晶性を回復させる第4の工程と、
前記不純物及び前記水素が添加された前記半導体領域に第2のアニールを行うことにより前記半導体領域中のダングリングボンドを低減する第5の工程と、を有し、
前記ゲイト絶縁膜は窒素を含む絶縁膜を有し、
前記第3の工程は、前記窒素を含む絶縁膜が前記半導体領域を覆った状態で行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。 A first step of forming a gate insulating film on the semiconductor region;
A second step of forming a gate electrode on the gate insulating film;
A third step in which N-type or P-type impurities and hydrogen are ionized and simultaneously added to the source region and drain region of the semiconductor region;
A fourth step of recovering the crystallinity of the semiconductor region by performing a first annealing on the semiconductor region;
A fifth step of reducing dangling bonds in the semiconductor region by performing a second annealing on the semiconductor region to which the impurity and the hydrogen are added, and
The gate insulating film has an insulating film containing nitrogen,
The method for manufacturing a semiconductor device is characterized in that the third step is performed in a state where the insulating film containing nitrogen covers the semiconductor region.
前記ゲイト絶縁膜は、窒素を含む絶縁膜の単層、又は、窒素を含む絶縁膜を少なくとも一層含む多層であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 Oite to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the gate insulating film is a single layer of an insulating film containing nitrogen or a multilayer containing at least one insulating film containing nitrogen.
前記窒素を含む絶縁膜は、窒素を含む珪素膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
Oite to claim 1 or claim 2,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the insulating film containing nitrogen is a silicon film containing nitrogen.
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