JP3147360B2 - Polysilicon film forming method - Google Patents
Polysilicon film forming methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 薄膜トランジスタなどの半導体膜として使用するポリ
シリコン膜の形成方法に関するものである。The present invention relates to a method for forming a polysilicon film used as a semiconductor film of a thin film transistor or the like.
[従来の技術] 薄膜トランジスタは、絶縁性の基板上に、ゲート電極
を形成し、その上に絶縁層を介してポリシリコン等の半
導体層を形成し、その半導体層にチャネル領域が形成さ
れる活性領域や低抵抗のソース領域やドレイン領域をそ
れぞれ形成し、FET(電界効果トランジスタ)を構成す
るようにしている。[Prior Art] A thin film transistor is an active device in which a gate electrode is formed on an insulating substrate, a semiconductor layer such as polysilicon is formed thereon via an insulating layer, and a channel region is formed in the semiconductor layer. A region and a low-resistance source region and a drain region are formed, respectively, to constitute an FET (field effect transistor).
このような薄膜トランジスタにおいては、薄膜半導体
層の上記活性領域の電気的特性が薄膜トランジスタの特
性を左右するため、特性の良い半導体層を得ることが、
薄膜トランジスタの性能向上には重要である。In such a thin film transistor, since the electrical characteristics of the active region of the thin film semiconductor layer affect the characteristics of the thin film transistor, it is possible to obtain a semiconductor layer having good characteristics.
It is important for improving the performance of the thin film transistor.
そのため、従来から特性のよい半導体層を形成するた
め、いろいろな形成方法が考えられてきた。Therefore, conventionally, various formation methods have been considered in order to form a semiconductor layer having good characteristics.
しかし、一般に、薄膜トランジスタで用いる基板は、
ガラスのような比較的低融点の材料を用いているため、
その形成方法に対して、温度の制約があるなど、条件の
点での制約があった。However, in general, the substrate used for the thin film transistor is
Because it uses a material with a relatively low melting point, such as glass,
The formation method has limitations in terms of conditions, such as limitations in temperature.
低温プロセスで半導体層の形成方法として、基板上に
CVD法(Chemical Vapor Deposition)によりポリシリコ
ン膜を直接形成した場合には、結晶粒径の小さいポリシ
リコンが形成され、電気的特性、特に実効移動度、閾値
電圧の点で十分とはいえない。As a method of forming a semiconductor layer in a low-temperature process,
When a polysilicon film is directly formed by a CVD method (Chemical Vapor Deposition), polysilicon having a small crystal grain size is formed, and electrical characteristics, particularly, effective mobility and threshold voltage are not sufficient.
そこで、基板上に非晶質シリコンを形成し、非晶質シ
リコン中に存在するシリコンの微結晶核を中心にグレイ
ン成長させることで、ポリシリコン膜を得る方法が考案
されていた。しかし、この場合でも、上記した方法に比
べ、多少はグレイン径が大きくなるものの、まだ、不十
分であった。Therefore, a method has been devised in which amorphous silicon is formed on a substrate and grain growth is performed centering on microcrystal nuclei of silicon present in the amorphous silicon, thereby obtaining a polysilicon film. However, even in this case, although the grain diameter is slightly larger than that of the above-described method, it is still insufficient.
また、この欠点を解決するための方法として、着膜し
た直後の非晶質シリコン層全面に、シリコンイオン注入
した後、炉アニールにより結晶化を行うものがある。Further, as a method for solving this defect, there is a method in which silicon ions are implanted into the entire surface of the amorphous silicon layer immediately after deposition, and then crystallization is performed by furnace annealing.
この方法を第5図に基づいて説明する。第6図は従来
のポリシリコン膜の形成方法を示した図である。This method will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a view showing a conventional method of forming a polysilicon film.
第6図(a)は基板に非晶質シリコン層を着膜した直
後の状態を示すもので、図中(4)は基板と非晶質シリ
コン層(2)界面に存在するシリコンの核(4)を示し
ている。核(4)は、直径数十Å程度のシリコンの微結
晶粒と考えられる。FIG. 6 (a) shows a state immediately after the deposition of the amorphous silicon layer on the substrate. In the figure, (4) shows a silicon nucleus existing at the interface between the substrate and the amorphous silicon layer (2). 4) is shown. The nucleus (4) is considered to be fine crystal grains of silicon having a diameter of about several tens of degrees.
この非晶質シリコン層に、シリコンイオン(7)を注
入し、これらの核の非晶質化をおこない、非晶質シリコ
ン層と基板との界面近傍の核密度を低減する(第6図
(b))。Silicon ions (7) are implanted into this amorphous silicon layer to make these nuclei amorphous, thereby reducing the nucleus density near the interface between the amorphous silicon layer and the substrate (FIG. 6 ( b)).
次に、基板全体を炉の中600℃、500hrアニールするこ
とで、これらの核を中心にグレイン成長をおこなわ行わ
せ、グレイン径の大きなポリシリコン膜(9)を得るこ
とができた(第6図(c))。Next, the entire substrate was annealed in a furnace at 600 ° C. for 500 hours to grow grains around these nuclei, thereby obtaining a polysilicon film (9) having a large grain diameter (No. 6). Figure (c).
[発明が解決する課題] 前記方法では、基板上の非晶質シリコン層にシリコン
イオンを全面に注入し、核密度をある程度、低下させる
ことで、隣接する核までの距離を大きくし、その結果大
きなグレインサイズのポリシリコン膜を得るものであ
る。[Problems to be Solved by the Invention] In the method, silicon ions are implanted into the entire surface of the amorphous silicon layer on the substrate to reduce the nucleus density to some extent, thereby increasing the distance to adjacent nuclei. This is to obtain a polysilicon film having a large grain size.
従って、非晶質シリコン層と基板との界面近傍の核密
度を低くした場合には、その後のアニール工程での大き
なグレインを得るためには、グレインの成長に長時間を
要してしまっていた。Therefore, when the nucleus density near the interface between the amorphous silicon layer and the substrate is reduced, it takes a long time to grow the grains in order to obtain large grains in the subsequent annealing step. .
また、核密度をあまり低くしなかった場合には、グレ
インの成長時間は前者よりも短くなるが、グレインサイ
ズが小さくなってしまうという欠点があった。If the nuclear density is not so low, the grain growth time is shorter than the former, but there is a disadvantage that the grain size becomes smaller.
このことを示したのが、第4図である。 This is shown in FIG.
第4図はアニール時間に対するポリシリコンの成長の
様子を示すものである。FIG. 4 shows how the polysilicon grows with respect to the annealing time.
すなわち、横軸にアニール時間を示し、縦軸にポリシ
リコンの成長を示すX線回折強度との関係を示してい
る。That is, the horizontal axis indicates the annealing time, and the vertical axis indicates the relationship with the X-ray diffraction intensity indicating the growth of polysilicon.
シリコンイオンの注入を行わないでアニールを行った
場合が第4図曲線Dである。この場合、核密度が比較的
高いためアニールと同時にグレイン成長が開始される。
しかし、それぞれのシリコン微結晶核の間の距離が比較
的短いため、グレインが成長しても隣接したグレインと
すぐにぶつかってしまっていた。そのため、グレイン成
長がすぐに止まってしまい、その結果、大きなグレイン
を得ることができなかった。Curve D in FIG. 4 shows the case where annealing is performed without implanting silicon ions. In this case, since the nucleus density is relatively high, grain growth starts simultaneously with annealing.
However, since the distance between each silicon microcrystal nucleus is relatively short, even if the grain grows, it immediately collides with the adjacent grain. Therefore, grain growth stopped immediately, and as a result, large grains could not be obtained.
また、全面にシリコンイオンを注入した方法では、第
4図曲線Eで示されるように、核密度が比較的低いた
め、ポリシリコンのグレインが成長を開始するまでにあ
る程度時間(第4図点Gで示される。)を要していた。Further, in the method in which silicon ions are implanted into the entire surface, as shown by the curve E in FIG. 4, since the nucleus density is relatively low, the polysilicon grains start growing for a certain period of time (point G in FIG. 4). Is shown).
その後、初めてポリシリコンのグレインの成長が始ま
りグレインの成長が完了するまでに、およそ50時間とい
う長い時間を要していた。After that, it took a long time, approximately 50 hours, for the polysilicon grain growth to begin for the first time.
本発明は、このような従来の問題点を解決し、結晶化
時間を短縮し、大きなグレインサイズのポリシリコン膜
を形成する方法を提供することを課題としている。It is an object of the present invention to solve such a conventional problem, to provide a method for reducing a crystallization time and forming a polysilicon film having a large grain size.
さらに、その半導体膜を用いた電気特性の良好な薄膜
トランジスタを得ることを課題としている。Another object is to obtain a thin film transistor having good electric characteristics using the semiconductor film.
[課題を解決するための手段] 本発明は、基板上に非晶質シリコン膜を堆積する工程
と、前記非晶質シリコン膜と前記非晶質シリコン膜が形
成された基板との界面に存在するシリコン微結晶粒から
なる核の数を減少させるようにシリコンイオンを加速
し、前記非晶質シリコン膜上に前記シリコンイオンの注
入を行う部分と、前記シリコンイオンの注入を行わない
部分とを区分して非晶質シリコン膜にシリコンイオンを
注入するシリコンイオン注入工程と、 該シリコンイオン注入工程の後に加熱処理工程を行う
加熱処理工程とを具備することを特徴とし、 前記したシリコンイオンの注入の区分を、前記非晶質
シリコン膜上に設けたシリコンイオンの通過を阻止する
イオン注入防止膜や、イオンの照射の有無により行うこ
とができる。[Means for Solving the Problems] The present invention relates to a step of depositing an amorphous silicon film on a substrate, and a method of forming an amorphous silicon film on an interface between the amorphous silicon film and the substrate on which the amorphous silicon film is formed. Silicon ions are accelerated so as to reduce the number of nuclei formed of silicon microcrystal grains, and a portion where the silicon ions are implanted on the amorphous silicon film and a portion where the silicon ions are not implanted are formed. A silicon ion implantation step of dividing and implanting silicon ions into the amorphous silicon film; and a heat treatment step of performing a heat treatment step after the silicon ion implantation step. Can be performed based on the ion implantation preventing film provided on the amorphous silicon film for blocking the passage of silicon ions, and the presence or absence of ion irradiation.
要するに、熱工程の前に、非晶質シリコン膜にシリコ
ンイオンを注入する際に、基板上に堆積された非晶質シ
リコン膜と基板との界面に存在するシリコン微結晶粒か
らなる核の数を減少させるようにシリコンイオンを加速
し、このシリコンイオンを非晶質シリコン膜の特定部分
についてのみ注入するものである。In short, the number of nuclei composed of silicon microcrystal grains existing at the interface between the amorphous silicon film deposited on the substrate and the substrate when silicon ions are implanted into the amorphous silicon film before the thermal process The silicon ions are accelerated so as to reduce the density, and the silicon ions are implanted only into a specific portion of the amorphous silicon film.
この特定の部分を規定する手段としては、非晶質シリ
コン上に設けた無機膜、有機膜などの、シリコンイオン
を通過させないイオン注入防止膜や、イオン注入装置自
体で注入領域を制御する方法が適用できる。Means for defining this specific portion include an ion implantation preventing film that does not allow silicon ions to pass through, such as an inorganic film and an organic film provided on amorphous silicon, and a method of controlling the implantation region with the ion implantation apparatus itself. Applicable.
前者のイオン注入防止膜としては、シリコンイオンを
通過させないものならば何でもよく、無機膜としてはSi
O2,SiN,SiOxNy,PSG,BPSG,BSG等があり、有機膜としては
ポリイミド、感光性レジスト等が挙げられる。As the former ion implantation prevention film, any material can be used as long as it does not allow silicon ions to pass through.
There are O 2 , SiN, SiO x N y , PSG, BPSG, BSG and the like, and examples of the organic film include polyimide, photosensitive resist and the like.
その無機膜や有機膜を、注入領域部分以外を残してエ
ッチング除去し、注入領域部分については、非晶質シリ
コン膜表面が露出した状態になるようにし、全面にシリ
コンイオンを注入することで、イオン注入を部分的に行
うことを可能とした。The inorganic film and the organic film are etched away except for the implantation region portion, and the implantation region portion is exposed to the amorphous silicon film surface, and silicon ions are implanted into the entire surface. Partial ion implantation is enabled.
また、さらに、イオンの照射の有無によってイオン注
入を部分的におこなう手段としては、一般的な方法が適
用出来、イオン注入装置を用いる方法などがある。Further, as a means for partially performing ion implantation depending on the presence or absence of ion irradiation, a general method can be applied, such as a method using an ion implantation apparatus.
この代表としてイオンビームの照射を制御して部分的
に照射をおこなうFIB(Focused Ion Beam)法がある。F
IB法によりイオンビームを走査し注入が必要な領域のみ
をイオン注入防止膜などのマスク無しで注入することが
できる。As a typical example, there is a focused ion beam (FIB) method in which the irradiation of the ion beam is controlled to partially perform the irradiation. F
The ion beam can be scanned by the IB method to implant only a region that requires implantation without a mask such as an ion implantation prevention film.
加熱工程においては、非晶質シリコンを表面に形成し
た基板全体を加熱するものであれば何でもよく、炉アニ
ール(ヒータ加熱)、ランプアニール、レーザアニール
等を使って加熱することが可能である。In the heating step, any method may be used as long as it heats the entire substrate having amorphous silicon formed on its surface, and the heating can be performed using furnace annealing (heater heating), lamp annealing, laser annealing, or the like.
[作用] 本発明について、シリコンイオンを非晶質シリコン膜
に注入するのに、イオン注入防止膜を設けることやイオ
ンビームの照射を制御することで、ある特定の部分を除
いてイオンの注入を行い、非晶質シリコン膜と基板の界
面に存在する核の数が、極端に減少してしまうのを防止
し、核の数をコントロールすることが可能である。[Operation] According to the present invention, in order to implant silicon ions into an amorphous silicon film, an ion implantation prevention film is provided and ion beam irradiation is controlled so that ion implantation can be performed except for a specific portion. By doing so, it is possible to prevent the number of nuclei existing at the interface between the amorphous silicon film and the substrate from being extremely reduced, and to control the number of nuclei.
すなわち、イオン注入が行われなかった部分のシリコ
ンの核密度を高く、イオンが注入が行われた部分の核密
度は低くすることができる。That is, it is possible to increase the nucleus density of silicon in a portion where ion implantation has not been performed and to lower the nucleus density of a portion where ion implantation has been performed.
ポリシリコンのグレインは膜厚方向と、膜と平行な方
向の2つの方向に成長するが、膜厚方向の成長速度のほ
うが、膜と平行な方向の成長速度に比べて大きい。Although the grains of polysilicon grow in two directions, a film thickness direction and a direction parallel to the film, the growth speed in the film thickness direction is higher than the growth speed in the direction parallel to the film.
その結果、イオン注入が行われなかった部分は、シリ
コン核密度が高いため、隣接するシリコン核の間の距離
が短くなっている。このことから、グレインが成長し隣
のグレインにぶつかり成長が停止してしまうまでの時間
が、イオン注入を行っていない部分に比較して短時間と
なる。As a result, since the silicon nucleus density is high in the portion where the ion implantation has not been performed, the distance between adjacent silicon nuclei is short. From this, the time required for the grain to grow and hit the adjacent grain to stop the growth is shorter than that in the portion where the ion implantation is not performed.
したがって、イオン注入を行っていない部分では、比
較的小さいグレインサイズのポリシリコンが形成され
る。Therefore, polysilicon having a relatively small grain size is formed in a portion where the ion implantation is not performed.
一方イオン注入を行った部分については、シリコン核
が少ないため、グレインの成長が極端に遅く、この領域
に最初にあった核がグレインに成長する前に、イオン注
入を行っていない部分のグレイン成長が完了し、このイ
オン注入を行っていない部分のグレインが中心となって
膜と平行な方向に成長し、この成長は、隣接したイオン
注入防止膜を設けた領域から成長してきたグレインと出
合うまで成長する。On the other hand, in the ion-implanted portion, the grain growth is extremely slow because of few silicon nuclei, and the grain growth in the non-ion-implanted portion before the first nucleus in this region grows to the grain. Is completed, and the grains in the non-ion-implanted portion are grown in the direction parallel to the film centered on the grain, and this growth is performed until the grain that has grown from the region provided with the adjacent ion-implantation prevention film is met. grow up.
したがって、隣接したイオン注入防止膜を設けた領域
の間隔をある程度大きくすることで、グレインの大きさ
をコントロールすることも可能である。Therefore, it is possible to control the size of the grains by increasing the interval between the regions provided with the adjacent ion implantation preventing films to some extent.
このように、本発明のグレインの成長は、加熱処理が
はじまるのと同時に開始される、成長時間の短縮が可能
となる。As described above, the growth of the grains of the present invention can be shortened, which is started at the same time when the heat treatment is started.
[実施例] 本発明の第一の実施例を以下、第1図、第2図、第5
図を参照しながら説明する。[Embodiment] A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
This will be described with reference to the drawings.
第1図(a)の石英基板(1)上に、減圧CVD法によ
り、アモルファスシリコン膜(2)を1000Å堆積する。
次いで第1図(b)に示すように、減圧CVD法により、
無機膜であるSiO2(3)膜を1000Å堆積し、フォトリソ
グラフィとエッチングにより、イオン注入を行うイオン
注入領域(5)についてSiO2(3)膜を除去し、非イオ
ン注入領域(6)を規定する(第1図(c))。An amorphous silicon film (2) is deposited on the quartz substrate (1) of FIG.
Next, as shown in FIG.
An SiO 2 (3) film, which is an inorganic film, is deposited at a thickness of 1000 、, and the SiO 2 (3) film is removed from the ion-implanted region (5) where ion implantation is to be performed by photolithography and etching. It is prescribed (FIG. 1 (c)).
本実施例においては、非イオン注入領域(6)を1例
として、1μm×1μmの矩形と規定し(第2図)、非
イオン注入領域(6)の間隔を5μmとした。しかし、
非イオン注入領域(6)の大きさ、間隔、及び形状につ
いては、これ以外のものでも良く、特に限定されるもの
ではなく、目的に応じて自由に変更できることはいうま
でもない。In the present embodiment, the non-ion-implanted region (6) is taken as an example and is defined as a rectangle of 1 μm × 1 μm (FIG. 2), and the interval between the non-ion-implanted regions (6) is 5 μm. But,
The size, interval, and shape of the non-ion-implanted region (6) may be other than these, and are not particularly limited. Needless to say, they can be freely changed according to the purpose.
次いで、第1図(d)に示すように、Siイオン(7)
を全面に注入することで、イオン注入領域(5)につい
てはSiイオンが注入され、非イオン注入領域(6)には
SiO2膜があるため、イオンが注入されず、アモルファス
シリコン膜と基板との境界付近に多く存在する核(4)
を無くすことがない。Next, as shown in FIG. 1 (d), Si ions (7)
Is implanted into the entire surface, so that Si ions are implanted in the ion-implanted region (5) and in the non-ion-implanted region (6).
Since there is a SiO 2 film, ions are not implanted, and nuclei (4) which are largely present near the boundary between the amorphous silicon film and the substrate
Is not lost.
したがって、核からグレインへの成長は、核のたくさ
ん存在するイオン注入領域(5)の方が、非イオン注入
領域(6)に比較して速く進行することになる。Therefore, the growth from the nucleus to the grains proceeds faster in the ion-implanted region (5) where many nuclei are present than in the non-ion-implanted region (6).
さらに、Siイオンを注入した後で、600℃,30時間窒素
雰囲気中でアニールをおこなった(第1図(e)
(f))。After Si ion implantation, annealing was performed in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. for 30 hours (FIG. 1E).
(F)).
その結果、まず最初に、核密度の高い非イオン注入領
域(6)において、核がグレインに成長する。As a result, first, nuclei grow to grains in the non-ion-implanted region (6) having a high nucleus density.
このとき、膜厚方向のグレインの成長の方が、横方向
の成長速度に対して大きいため、最初に非イオン注入領
域(6)の膜厚方向に成長が先行して進行及び完了
(8)した後で、横方向即ち、異なる非イオン注入領域
(6)間での成長が進行し、異なるイオン注入領域
(5)で成長したグレイン同士がぶつかるまで成長が継
続し、グレイン同士がぶつかった時点で、成長が停止す
る(第1図(f))。At this time, since the growth of the grains in the film thickness direction is larger than the growth rate in the horizontal direction, the growth first proceeds and completes in the film thickness direction of the non-ion-implanted region (6) (8). After that, the growth progresses in the lateral direction, that is, between the different non-ion-implanted regions (6), and the growth continues until the grains grown in the different ion-implanted regions (5) collide with each other. Then, the growth stops (FIG. 1 (f)).
このようにして、グレインの成長が起こりやすい場所
と、起こりにくい場所を形成しておくことで、比較的大
きなグレインのポリシリコン膜(9)を短時間のうちに
形成することができる。In this way, by forming a place where the growth of the grain is likely to occur and a place where the growth is less likely to occur, the polysilicon film (9) having a relatively large grain can be formed in a short time.
この関係を示したのが第5図で第5図曲線Fが第一の
実施例を示しており、第5図曲線Eは第4図曲線Eと同
じ従来技術におけるグレインの成長を示している。FIG. 5 shows this relationship, and FIG. 5 curve F shows the first embodiment, and FIG. 5 curve E shows the same conventional grain growth as FIG. 4 curve E. .
すなわち、第一の実施例では前述のとおり、アニール
と同時にグレインの成長が開始し、大きなグレインに成
長が完了するまで約30時間であった。これは、従来の約
2/3の時間でありアニール時間が大幅に短縮されたこと
を示している。That is, in the first embodiment, as described above, the growth of grains started simultaneously with annealing, and it took about 30 hours until the growth of large grains was completed. This is about the conventional
The time was 2/3, indicating that the annealing time was significantly reduced.
次に第二の実施例として、FIB法を用いたシリコンイ
オン注入を行った場合について第7図を基づいて説明す
る。Next, as a second embodiment, a case where silicon ion implantation is performed using the FIB method will be described with reference to FIG.
第7図にはイオン注入装置の概略の構成を示したもの
ある。FIG. 7 shows a schematic configuration of the ion implantation apparatus.
まず、ガス供給源(20)からイオン発生源(21)に、
SiH4またはSiF4のガスをイオン化したもの(Si+,SiH+,S
iH2 +,SiH3 +,…)を供給する。イオン発生源(21)では
発生したイオン・プラズマを、イオン発生源(21)に組
み込まれているDiffusion Pumpにより質量分離器(22)
に送り、必要なシリコンイオン(28Si+)のみ分離し、
イオン加速器(24)によりイオンのエネルギーをイオン
注入に必要なエネルギーレベルまで高めるため加速す
る。First, from the gas supply source (20) to the ion source (21),
Ionized SiH 4 or SiF 4 gas (Si + , SiH + , S
iH 2 + , SiH 3 + , ...). The ion plasma generated in the ion source (21) is separated into a mass separator (22) by a diffusion pump incorporated in the ion source (21).
To separate only the necessary silicon ions ( 28 Si + )
The ion accelerator (24) accelerates to increase the energy of the ions to the energy level required for ion implantation.
加速したイオンは、X偏向板(25)、Y偏向板(26)
を通すことで、基板(27)上に形成した非晶質シリコン
膜への注入の有無、および、注入の位置の決定する。The accelerated ions are X-deflecting plate (25), Y-deflecting plate (26)
The presence or absence of implantation into the amorphous silicon film formed on the substrate (27) and the position of the implantation are determined.
即ち、このX偏向板(25)、Y偏向板(26)をコント
ロールすることで、イオン注入する部分と、しない部分
を決定することが可能であり、選択的にイオンを注入す
ることが可能となる。That is, by controlling the X-deflecting plate (25) and the Y-deflecting plate (26), it is possible to determine a portion to be ion-implanted and a portion not to be ion-implanted. Become.
またこの時のイオン注入条件は、100KeV、2×1015cm
-2であった。The ion implantation conditions at this time are 100 KeV, 2 × 10 15 cm
-2 .
さらに、第三の実施例として、本発明の第一の実施例
の方法を用いて、薄膜トランジスタを形成した場合につ
いてその製造方法について第3図に従って説明する。Further, as a third embodiment, a method of manufacturing a thin film transistor using the method of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
石英基板(1)上にアモルファスシリコン膜(2)を
減圧CVD法を用いて、1000Å堆積する。その後、同様な
減圧CVD法によりSiO2膜(3)を1000Å堆積し(第3図
(a))、フォトリソグラフィーとエッチングにより、
非イオン注入領域は、1μm×1μmの正方形を、5μ
m間隔で形成した。(第3図(c))、次にシリコン+
イオン注入により、イオン注入領域(5)にシリコンイ
オンを打ち込む。注入条件は、100KeV、2×1015cm-2で
あった。イオン注入にあたっては、第7図に示したよう
に、SiH4またはSiF4のガスをイオン化し、質量分離器
(22)によりシリコンイオン(28Si+)のみ取り出し、
イオン加速(24)器にて加速し、X−Y走査(25)(2
6)しながら試料に注入する。An amorphous silicon film (2) is deposited on a quartz substrate (1) by using a low pressure CVD method at 1000Å. Thereafter, a SiO 2 film (3) is deposited at a thickness of 1000 ° by a similar low pressure CVD method (FIG. 3 (a)), and photolithography and etching are performed.
The non-ion-implanted area is 1 μm × 1 μm square, 5 μm
It was formed at m intervals. (FIG. 3 (c)) and then silicon +
By ion implantation, silicon ions are implanted into the ion implantation region (5). The injection conditions were 100 KeV, 2 × 10 15 cm −2 . In the ion implantation, as shown in FIG. 7, the gas of SiH 4 or SiF 4 is ionized, and only the silicon ions ( 28 Si + ) are taken out by the mass separator (22).
Accelerate with an ion accelerating (24) device, and perform XY scanning (25) (2
6) While injecting into the sample.
その後、非イオン注入領域(6)上のSiO2膜を35C、
6%BHF(バッファードフッ酸)で1分間エッチングし
て除去した後。600℃、30時間窒素雰囲気中で炉アニー
ルをおこなった(第3図(d))。After that, the SiO 2 film on the non-ion implanted region (6) is coated with 35C,
After removal by etching with 6% BHF (buffered hydrofluoric acid) for 1 minute. Furnace annealing was performed in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. for 30 hours (FIG. 3D).
このアニールにより、非イオン注入領域(6)におけ
る、シリコンの核が、矢印Aの方向に成長し、膜厚方向
の成長が先行して完了すると、矢印B方向に成長が進行
する。その結果、第3図(d)のように、イオン注入領
域において、大きなグレインのポリシリコン膜(9)が
形成することができる。As a result of this annealing, silicon nuclei in the non-ion-implanted region (6) grow in the direction of arrow A. When growth in the film thickness direction is completed in advance, growth proceeds in the direction of arrow B. As a result, a large grain polysilicon film (9) can be formed in the ion-implanted region as shown in FIG. 3 (d).
次に、薄膜トランジスタを形成する部分(C)以外を
除去するようポリシリコン膜を島状にパターニングした
後(第3図(e))、減圧CVD法により、SiO2膜(10)1
000Åを堆積し、さらに減圧CVD法によりにより、ポリシ
リコン膜(11)3000Åを堆積した。Next, after the polysilicon film is patterned into an island shape so as to remove the portion other than the portion (C) where the thin film transistor is to be formed (FIG. 3E), the SiO 2 film (10) 1 is formed by a low pressure CVD method.
Then, 3,000 ポ リ of a polysilicon film (11) was deposited by a low pressure CVD method.
その後P+イオン注入を120KeV、4×1015cm-2の条件で
おこなうことで、高濃度ドープを行った(第3図
(g))。Thereafter, high-concentration doping was performed by implanting P + ions under the conditions of 120 KeV and 4 × 10 15 cm −2 (FIG. 3 (g)).
そして、フォトリソグラフィーとエッチングにより、
ポリシリコンゲート(12)をパターニングし、さらに、
ポリシリコンゲートをマスクとし、P+イオンを110KeV、
2×1015cm-2の注入条件でイオン注入の後、600C,40時
間のアニールによりドーパントの活性化をおこなって、
ソース(13)、ドレイン(14)部を形成した(第3図
(h))。And by photolithography and etching,
Pattern the polysilicon gate (12),
Using the polysilicon gate as a mask, P + ions are 110 KeV,
After ion implantation under the conditions of 2 × 10 15 cm -2, the dopant is activated by annealing at 600 C for 40 hours.
Source (13) and drain (14) portions were formed (FIG. 3 (h)).
次に、パッシベーション膜としてSiO2膜(16)を、減
圧CVD法により8000Å堆積した後、コンタクト穴をソー
ス(13)およびドレイン(14)領域の上に開け、Al電極
(15)を形成して、第3図(i)の薄膜トランジスタを
形成した。Next, after depositing a SiO 2 film (16) as a passivation film by 8000 mm by a low pressure CVD method, a contact hole is opened on the source (13) and drain (14) regions to form an Al electrode (15). Then, the thin film transistor of FIG. 3 (i) was formed.
この実施例では、活性層の半導体として、グレインの
大きなポリシリコン膜を使って、薄膜トランジスタを形
成しているため、電気的特性、すなわち、オン電流が大
きく、閾値電圧が低い薄膜トランジスタを得ることがで
きた。In this embodiment, since a thin film transistor is formed using a polysilicon film having a large grain as a semiconductor of an active layer, it is possible to obtain a thin film transistor having a large electrical characteristic, that is, a large on-current and a low threshold voltage. Was.
第三の実施例では、薄膜トランジスタの構造としてプ
レーナ型のものを示したが、これにかぎることはなく、
ゲートを基板表面に形成する逆スタガ型についても同様
に、低温プロセスで薄膜トランジスタを形成することが
可能である。In the third embodiment, the structure of the thin film transistor is shown as a planar type, but is not limited thereto.
Similarly, for an inverted staggered type in which a gate is formed on a substrate surface, a thin film transistor can be formed by a low-temperature process.
[発明の効果] 本発明は、シリコンイオン注入を行う領域を選択的に
決定し、基板上に堆積された非晶質シリコン膜と基板と
の界面に存在するシリコン微結晶粒からなる核の数を減
少させるようにシリコンイオンを加速してからイオン注
入を行っているため、イオン注入を行っていないシリコ
ン核密度の高い部分、すなわち成長速度の速い部分をグ
レイン成長の中心とし、イオン注入を行ったシリコン核
密度の低い部分を大きなグレイン成長をさせる領域とし
たため、ポリシリコン形成のためのアニール時間が従来
のポリシリコン膜に比べて、大幅に短縮され、グレイン
の大きさも、長時間かけて、アニールしたものと同様の
大きさのものを得ることができた。[Effects of the Invention] The present invention selectively determines a region in which silicon ions are to be implanted, and determines the number of nuclei composed of silicon microcrystal grains present at the interface between the amorphous silicon film deposited on the substrate and the substrate. Since the ion implantation is performed after accelerating the silicon ions so as to reduce the ion concentration, the portion where the silicon nucleus density is high where the ion implantation is not performed, that is, the portion where the growth rate is fast is set as the center of the grain growth and the ion implantation is performed. Since the area where the silicon nucleus density is low is used as a region for large grain growth, the annealing time for forming polysilicon is greatly reduced compared to the conventional polysilicon film, and the size of the grain is also increased over a long time. The same size as the annealed one was obtained.
また、本発明のポリシリコン膜を用いた薄膜トランジ
スタは、その性能面でも、電気的特性として、オン電流
が大きく、閾値電圧が低い良好な電気特性の薄膜トラン
ジスタを得ることができた。In terms of the performance of the thin film transistor using the polysilicon film of the present invention, a thin film transistor having high on-current and low threshold voltage and good electric characteristics was obtained as an electric characteristic.
第1図から第3図までは、本発明の実施例を示してお
り、第1図(a)〜(f)は、第一の実施例におけるSi
イオン注入工程説明図、第2図は本発明におけるイオン
注入防止膜を基板上面から見た斜視図、第3図(a)〜
(i)は第2の実施例における薄膜トランジスタ製造工
程説明図、第4図は従来技術におけるアニール時間と、
ポリシリコンの成長の度合いを示すX線回折強度の関係
を示した図、第5図は従来技術および本発明との比較を
示したもので、アニール時間と、ポリシリコンの成長の
度合いを示すX線回折強度の関係を示した図、第6図
(a)〜(c)は従来のSiイオンの注入工程の説明図、
第7図は本発明の実施例で用いたイオン注入装置の概略
説明図である。 (1)……基板 (2)……非晶質シリコン膜 (3)……Siイオン注入防止膜 (4)……核FIGS. 1 to 3 show an embodiment of the present invention, and FIGS. 1 (a) to 1 (f) show Si in the first embodiment.
FIG. 2 is an explanatory view of an ion implantation step, FIG. 2 is a perspective view of the ion implantation prevention film according to the present invention as viewed from above the substrate, and FIGS.
(I) is an explanatory view of a thin film transistor manufacturing process in the second embodiment, and FIG.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the X-ray diffraction intensity showing the degree of polysilicon growth and FIG. 5 shows a comparison between the prior art and the present invention. FIGS. 6 (a) to 6 (c) are diagrams showing the relationship between X-ray diffraction intensities, and FIGS.
FIG. 7 is a schematic explanatory view of the ion implantation apparatus used in the embodiment of the present invention. (1) Substrate (2) Amorphous silicon film (3) Si ion implantation prevention film (4) Nucleus
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/20
Claims (1)
と、 前記非晶質シリコン膜と前記非晶質シリコン膜が形成さ
れた基板との界面に存在するシリコン微結晶粒からなる
核の数を減少させるようにシリコンイオンを加速し、前
記非晶質シリコン膜上に前記シリコンイオンの注入を行
う部分と、前記シリコンイオンの注入を行わない部分と
を区分して非晶質シリコン膜にシリコンイオンを注入す
るシリコンイオン注入工程と、 該シリコンイオン注入工程の後に加熱処理工程を行う加
熱処理工程とを具備することを特徴とするポリシリコン
膜形成方法。A step of depositing an amorphous silicon film on a substrate; and a nucleus comprising silicon microcrystal grains present at an interface between the amorphous silicon film and the substrate on which the amorphous silicon film is formed. Silicon ions are accelerated to reduce the number of silicon ions, and a portion where the silicon ions are implanted on the amorphous silicon film and a portion where the silicon ions are not implanted are separated from each other. 1. A method for forming a polysilicon film, comprising: a silicon ion implantation step of implanting silicon ions into a silicon substrate; and a heat treatment step of performing a heat treatment step after the silicon ion implantation step.
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JP08848490A JP3147360B2 (en) | 1990-04-03 | 1990-04-03 | Polysilicon film forming method |
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JPH03286521A JPH03286521A (en) | 1991-12-17 |
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---|---|---|---|---|
KR970005945B1 (en) * | 1993-08-09 | 1997-04-22 | 엘지반도체 주식회사 | Thin film transistor & method of manufacturing the same |
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