JP3564505B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ等の薄膜デバイスに用いられるゲイト絶縁膜を650℃以下の低温で得る方法およびそのようにして得られた絶縁被膜に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、薄膜型の絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ(TFT)等の薄膜デバイスにおいては、結晶シリコンを形成した後、この表面を900〜1100℃の高温で熱酸化することによって、特性の良好な酸化珪素を作製し、これをゲイト絶縁膜として用いることがなされてきた。
【0003】
このような熱酸化膜の特徴は、界面準位密度が極めて低いことと結晶シリコンの表面に一様な厚さで形成できることに集約される。すなわち、前者は良好なオン/オフ特性やバイアス/温度に対する長期の信頼性をもたらし、また、後者は島状の半導体領域のエッヂ部分でのゲイト電極と半導体領域(活性層)の短絡を少なくすることによって歩留りを向上させた。
【0004】
【発明が解決しようする課題】
しかしながら、このような熱酸化膜を用いる場合には基板材料として高温に耐える材料を選択しなければならなかった。この点に関しては、安価なガラス材料(コーニング7059等の無アルカリガラス)を用いることができず、したがって、特に大面積基板を用いる場合にコストが増大する点で不利であった。近年、無アルカリガラス基板上にTFTを形成する技術が開発途上にあるが、このような技術においては熱酸化膜を使用することができず、スパッタ法やプラズマCVD法、減圧CVD法等の物理的あるいは化学的気相成長法によってゲイト絶縁膜を形成していた。
【0005】
しかし、このような手段によって形成された酸化珪素膜は、熱酸化膜に比べると特性の見劣りは否めなかった。すなわち、一般に界面準位密度は大きく、また、ナトリウム等のアルカリイオンが成膜中に侵入する危険が常に付きまとっていた。また、ステップカバレージ(段差被覆性)がそれほど良好でないので、島状の半導体領域のエッヂ部分でのゲイト電極と活性層との短絡が頻発した。このため、特性、信頼性、歩留りの全てを満足させるものを得ることは極めて難しかった。
【0006】
本発明はこのような諸問題の少なくとも1つを解決せんとしてなされたものである。すなわち、本発明においては、ステップカバレージの良好な酸化珪素膜を作製する方法を提供し、また、本発明においては、アルカリイオンやその他の好ましくない不純物に対して耐性を有する酸化珪素被膜およびそれを作製する方法を提供する。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1は、ゲイト絶縁膜として、エトキシ基を有する有機シランと、酸素と、塩化水素もしくは塩素を含む炭化水素とを含む混合ガスを材料ガスとするプラズマCVD法によって得られた酸化珪素を主成分とする膜を用いることを特徴とする。
本発明の第2は、ゲイト絶縁膜として、エトキシ基を有する有機シランと、酸素と、弗素含有ガス(例えば、NF3 、C2 F6 )とを含む混合ガスを材料ガスとするプラズマCVD法によって得られた酸化珪素を主成分とする膜を用いることを特徴とする。
【0008】
ここで、エトキシ基を有する有機シランとしては、化学式Si(OC2 H5 )4 (テトラ・エトキシ・シラン、以下、TEOSという)、Si2 O(OC2 H5 )6 、Si3 O2 (OC2 H5 )8 、Si4 O3 (OC2 H5 )10、Si5 O4 (OC2 H5 )12で表現される物質が好ましい。このような有機シラン材料は、基板表面を泳動する時間が長く、表面での分解によって酸化珪素膜を形成するので、凹部への回り込みが良好でステップカバレージの優れた被膜が得られる。
【0009】
また、塩素を含む炭化水素としては、化学式C2 HCl3 (トリクロロエチレン)、C2 H3 Cl3 (トリクロロエタン)、CH2 Cl2 (ジクロールメタン)で表される物質が好ましい。このような塩素を含むガスは主として気相中で分解されて、成膜雰囲気中に存在するナトリウム等のアルカリ元素と化合して基板から離れて、酸化珪素膜中からのアルカリ元素の離脱を促進する。一部の塩素原子は酸化珪素膜へ残存するが、これはその後に外部から侵入するアルカリ元素に対するバリヤ(障壁)として機能する。この結果、TFTの信頼性を向上せしめることが可能となる。この塩素を含む炭化水素の濃度は全体の0.01〜1%が好ましい。1%以上の濃度を添加すると特性に悪影響を及ぼす。
【0010】
以上の方法によって得られた酸化珪素を主成分とする絶縁被膜においては、2次イオン質量分析法で不純物元素として、ハロゲン元素(例えば、弗素または塩素)が1×1017〜5×1020cm−3検出され、一方、炭素も5×1019cm−3以下の濃度である。特に界面準位密度を低くするには炭素の濃度を1×1018cm−3以下とすることが望まれる。炭素の濃度を低下させるには、成膜時の基板温度を200℃以上、好ましくは300℃以上とすればよい。
【0011】
さらに、このようにして形成される絶縁被膜は、その形成の初期にはダングリングボンドが多く析出する傾向があるので、事前に下地の半導体(シリコンを主成分とするものが好ましい)膜を酸素を含むプラズマ雰囲気中にさらしておくとよい。この結果、界面準位密度が低下すると共に、バイアス/温度試験におけるフラットバンド電圧の変動が小さくなり、信頼性が向上する。また、この際には、酸素以外に塩化水素もしくはトリクロロエチレン、トリクロロエタン、ジクロールメタン等の塩素を有する材料を混入させてもより一層の効果を得ることができる。
【0012】
一方、上記の手法によって酸化珪素を主成分とする絶縁被膜を形成した後、200〜650℃で熱処理することによってもフラットバンド電圧の変動を減少せしめることができた。この際には、アルゴンもしくは窒素等の酸素を有しない雰囲気で処理することが好ましかった。フラットバンド電圧の変動は、特に450℃以上の熱処理によって顕著に減少し、600℃以上で飽和した。
【0013】
本発明の第3はシリコンを主成分とする島状の非単結晶半導体領域を酸素と、塩化水素もしくは塩素を含む炭化水素を含むプラズマ雰囲気中にさらした後、前記非単結晶半導体領域を覆って、エトキシ基を有する有機シランと酸素とを材料としてプラズマCVD法によって酸化珪素を主成分とする膜を形成することを特徴とする。
【0014】
この場合には主として、プラズマ処理の間にチャンバー内に塩化水素もしくは塩素を含む炭化水素が蓄積され、続く酸化珪素の成膜時に、第1の発明で塩化水素や塩素を含む炭化水素を混入するのと同じ効果をもたらす。また、プラズマ処理による信頼性の向上は先に述べたのと同じである。さらに、得られる酸化珪素膜中の塩素、炭素の濃度も第1の発明の場合と同様な値になるようにすると良い結果が得られた。また、酸化珪素を主成分とする被膜形成後に200〜650℃、好ましくは450〜600℃で熱処理するとさらに良好な結果が得られた。
【0015】
本発明においては用いられるプラズマCVD装置は、一般に用いられる平行平板型(すなわち、1組の平板状の電極をチャンバー中で対向させ、一方もしくは双方の電極上に試料基板を配置した構造を有するもの)を用いても、あるいは実施例に示すように陽光柱方式のものでもよい。
【0016】
後者が前者に優る点は、大きく2点ある。すなわち、第1に前者では一度に処理できる基板の量が電極の面積によって決定されるのに対して、後者は放電体積によって決定されるため、後者の方が同時に多量に処理できること。第2に前者は基板表面でのプラズマのダメージが大きいのに対して、後者では電位勾配がほとんどないのでプラズマのダメージが著しく少なく、また、均一性も良好なため、TFTの特性、歩留りに悪影響を及ぼすことが少ないことである。
【0017】
なお、成膜に用いられるプラズマCVD装置のチャンバーは十分にクリーニングして、ナトリウム等のアルカリ元素を減らしておくことが要求される。チャンバーのクリーニングには、チャンバー内に塩素、塩化水素、もしくは上記に示したような塩素を含む炭化水素と、酸素を導入した上で、プラズマを発生させればよい。また、その際にはチャンバー内を150℃以上、好ましくは300℃以上に加熱しておくと一層の効果が得られる。
【0018】
【実施例】
本実施例は、陽光柱方式のプラズマCVD法によって、島状のシリコンの非単結晶半導体被膜上にゲイト絶縁膜としての酸化珪素膜を形成する方法、および得られた酸化珪素膜の主として電気的な特性に関するものである。用いられたプラズマCVD装置は図1に示すような垂直断面(図1上に示した断面図)および水平断面(図1下に示した上面図)を有している。陽光柱方式は、プラズマ放電における陽光柱領域に基板を配置して、被膜を形成することを特徴とする。
【0019】
プラズマを発生させる電力はRF電源102および103から供給される。使用される周波数としては13.56MHzに代表されるラジオ波が一般的である。この2つの電源から供給される電力は位相シフター104、およびマッチングボックス105、106によってプラズマの状態が最良になるように調整される。RF電源から供給される電力はチャンバー101の内部に平行に配置され、電極カバー112、113で保護された1組の電極107、108に到達し、この電極間に放電が生じる。電極107、108間には基板がセッティングされる。量産性を高めるために基板111はコンテナー109に入れられ、コンテナー内のサンプルホルダー110の両面にセットされる。基板は電極間に水平に配置されることが特徴である。基板は赤外線ランプ114によって加熱され、適当な温度に保たれる。図には示されないが、この装置には排気装置、ガス供給装置も設けられている。
【0020】
まず、成膜条件と得られる膜の特性について説明する。基板温度は300℃とした。また、チャンバー内には、酸素を300SCCM、TEOSを15SCCM、トリクロロエチレン(以下、TCEという)を2SCCM導入した。RFパワーは75W、全圧は5Paである。また、成膜後に350℃、35分の水素雰囲気でのアニールをおこなった。
【0021】
図3は高抵抗シリコンウェファー上に本装置を用いて成膜した厚さ1000Åの酸化珪素膜の絶縁破壊試験の結果である。酸化珪素膜上には1mmφのアルミニウム電極を形成して電圧−電流の関係をプロットした。図3(C)は基板に特別な処理をおこなわないで、成膜したもので絶縁耐圧が低い。しかしながら、基板をチャンバーにセットした後、基板温度300℃、酸素を400SCCM、TCEを0〜5SCCM流し、全圧5Paの雰囲気、RFパワー150Wで10分間プラズマ雰囲気にさらした(この工程では気相反応では被膜は形成されない)後に、引き続いて酸化珪素膜を堆積すると図3(A)に示すように良好な耐圧を示す酸化珪素膜が得られた。
しかしながら、酸化珪素成膜時のTCEの流量を4SCCM以上、例えば、5SCCMに増やすと図3(B)に示すように耐圧の劣る被膜になってしまった。この結果から、TCEの濃度には最適な値があることが明らかになった。
【0022】
図4(A)は、信頼性試験の1つとして、バイアス/温度印加試験によるフラットバンド電圧(VFB)の変動(ΔVFB)と基板前処理の関係を示したものである。バイアス/温度試験では、150℃で試料に+17Vの電圧を1時間印加した後、室温でそのC−V特性を測定し、さらに、150℃で−17Vの電圧を1時間印加した後、室温でそのC−V特性を測定し、この2回の測定でのVFBの差をΔVFBとして評価した。
【0023】
前処理を行わなかった試料(図4(A)において、(a)と表示)では、ΔVFBは5V前後で比較的大きな値を示した。しかし、前処理をおこなうことによってそれは改善された。図4(A)の(b)、(c)の前処理条件を以下に示す。
試料 (b) (c)
基板温度 300℃ 300℃
TCE/酸素 0/400 0.5/400
RFパワー 150W 150W
処理時間 10分 10分
図4から、TCEを用いて基板の前処理をおこなうことによって、より一層の改善が見られることが確かめられた。
【0024】
同様な改善は成膜後にアニールをおこなうことによって得られる。アニールは1気圧のアルゴン雰囲気で300〜570℃で、1時間おこなった。アニール温度とΔVFBの関係を図4(B)に示す。特に450℃以下の温度でΔVFBの低減が観測され、600℃に近づくにつれて一定の値に漸近する傾向がうかがえる。このことから、成膜後のアニールは信頼性向上に寄与することが明らかにされた。
【0025】
以上の実験から得られた結果を用いて、TFTを作製した。その工程を図2に示す。まず、基板(コーニング7059)201上に厚さ2000Åの下地の酸化珪素膜202をTEOS、酸素、TCEを原料とする陽光柱方式プラズマCVD法によって形成した。用いた装置は図1に示したものと同じである。主な条件は以下の通りである。
【0026】
その後、プラズマCVD法によって、厚さ500nmのアモルファスシリコン膜を堆積し、これをパターニングして、島状シリコン領域203を形成した。さらに、窒素雰囲気に400℃、30分放置することによって、水素出しをおこなった。そして、図2(A)に示すようにレーザーアニールをおこなって、結晶化させた。レーザーにはKrFエキシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)を用いた。エネルギー密度は200〜350mJ/cm2 とした。また、レーザー照射時には基板温度を300〜500℃、例えば450℃に保った。
【0027】
その後、図2(B)に示すように、この島状シリコン領域203を覆って、ゲイト絶縁膜として厚さ1000Åの酸化珪素膜204をTEOS、酸素、TCEを原料とする陽光柱方式プラズマCVD法によって形成した。成膜に先立って、基板の前処理をおこなった。用いた装置は図1に示したものと同じである。前処理の主な条件を以下に示す。
続いて、成膜をおこなった。主な成膜条件は以下の通りである。また、成膜後、アルゴン雰囲気、550℃で1時間のアニールをおこなった。
【0028】
次に、シリコンを2%ドープしたアルミニウム膜を6000Å堆積し、これをパターニングしてゲイト電極205を形成した。そして、図2(C)に示すように不純物イオン(燐やホウ素)をプラズマドーピング法によって、ゲイト電極205をマスクとして自己整合的に導入し、不純物領域206、207を形成した。不純物が形成されなかった領域はチャネル形成領域208となる。ドーピングはゲイト絶縁膜を通しておこなわれるので、燐の場合は80kVの、また、ホウ素の場合は65kVの加速電圧が必要であった。また、ドーズ量は1×1015〜4×1015cm−2が適当であった。
【0029】
その後、図2(D)に示すように、再びレーザーアニール法によって、不純物の活性化をおこなった。レーザーにはKrFエキシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)を用いた。エネルギー密度は200〜350mJ/cm2 とした。また、レーザー照射時には基板温度を300〜500℃に保ってもよい。レーザー照射終了後、0.1〜1気圧の分圧の水素雰囲気、350℃で35分間のアニールをおこなった。
【0030】
次に、層間絶縁物として厚さ5000Åの酸化珪素膜209を堆積した。酸化珪素膜209はTEOS、酸素、TCEを原料とする陽光柱方式プラズマCVD法によって形成した。用いた装置は図1に示したものと同じである。主な成膜条件は以下の通りである。
【0031】
そして、層間絶縁物にコンタクトホール210、211を形成し、アルミニウムによってTFTのソース、ドレインに電極212、213を形成した。アルミニウムの代わりにチタン、窒化チタンを用いてもよい。以上によってTFTを完成することができた。得られたTFTの歩留りはゲイト絶縁膜のステップカバレージが改善されたことと、ゲイト絶縁膜の信頼性が向上したために歩留りが著しく改善された。
【0032】
【発明の効果】
本発明によって、得られる酸化珪素膜がゲイト絶縁膜として十分に信頼性に優れていることは以上に述べたとおりである。しかも、信頼性だけでなく、歩留りの向上にも寄与することが明らかになった。また、特に実施例に示したような陽光柱方式のプラズマCVD装置を用いることによって量産性も改善できる。このように本発明は産業上、有益な発明である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に用いられた陽光柱方式CVD装置の概念図を示す。
【図2】実施例におけるTFTの作製工程図を示す。
【図3】実施例において得られた絶縁被膜の耐圧特性を示す。
【図4】実施例において得られた絶縁被膜のΔVFB特性を示す。
【符号の説明】
101 ・・・チャンバー
102、103・・・RF電源
104 ・・・位相シフター
105、106・・・マッチングボックス
107、108・・・電極
109 ・・・コンテナー
110 ・・・基板ホルダー
111 ・・・基板
112、113・・・電極ホルダー
114、115・・・ヒーター(赤外線ランプ)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for obtaining a gate insulating film used in a thin film device such as an insulating gate type field effect transistor at a low temperature of 650 ° C. or less, and an insulating film thus obtained.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a thin film device such as a thin film type insulated gate field effect transistor (TFT), after forming crystalline silicon, the surface is thermally oxidized at a high temperature of 900 to 1100 ° C. to obtain silicon oxide having good characteristics. And using it as a gate insulating film.
[0003]
The features of such a thermal oxide film are summarized in that the interface state density is extremely low and that it can be formed with a uniform thickness on the surface of crystalline silicon. That is, the former provides good on / off characteristics and long-term reliability for bias / temperature, and the latter reduces short circuits between the gate electrode and the semiconductor region (active layer) at the edge of the island-like semiconductor region. As a result, the yield was improved.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when such a thermal oxide film is used, a material that can withstand high temperatures must be selected as a substrate material. In this regard, an inexpensive glass material (non-alkali glass such as Corning 7059) could not be used, and this was disadvantageous in that the cost increased particularly when a large-area substrate was used. In recent years, a technology for forming a TFT on an alkali-free glass substrate is under development. However, in such a technology, a thermal oxide film cannot be used, and a physical method such as a sputtering method, a plasma CVD method, or a reduced pressure CVD method is used. A gate insulating film has been formed by chemical or chemical vapor deposition.
[0005]
However, the characteristics of the silicon oxide film formed by such means were inferior to those of the thermal oxide film. That is, the interface state density is generally large, and there is always a danger that alkali ions such as sodium may enter during film formation. In addition, since step coverage (step coverage) was not so good, short-circuiting between the gate electrode and the active layer at the edge of the island-shaped semiconductor region frequently occurred. For this reason, it has been extremely difficult to obtain a material that satisfies all of the characteristics, reliability, and yield.
[0006]
The present invention has been made to solve at least one of these problems. That is, in the present invention, a method for producing a silicon oxide film having good step coverage is provided. In the present invention, a silicon oxide film having resistance to alkali ions and other undesired impurities and a silicon oxide film having the same are provided. Methods for making are provided.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of the present invention is that silicon oxide obtained by a plasma CVD method using a mixed gas containing an organic silane having an ethoxy group, oxygen, and hydrogen chloride or a hydrocarbon containing chlorine as a material gas as a gate insulating film. Is characterized by using a film containing as a main component.
A second aspect of the present invention is a plasma CVD method in which a mixed gas containing an organic silane having an ethoxy group, oxygen, and a fluorine-containing gas (for example, NF 3 or C 2 F 6 ) is used as a gate insulating film. Characterized by using a film containing silicon oxide as a main component obtained by the method described above.
[0008]
Here, examples of the organic silane having an ethoxy group include a chemical formula of Si (OC 2 H 5 ) 4 (tetraethoxysilane, hereinafter referred to as TEOS), Si 2 O (OC 2 H 5 ) 6 , and Si 3 O 2 ( Substances represented by OC 2 H 5 ) 8 , Si 4 O 3 (OC 2 H 5 ) 10 , and Si 5 O 4 (OC 2 H 5 ) 12 are preferable. Such an organic silane material takes a long time to migrate on the surface of the substrate and forms a silicon oxide film by decomposition on the surface. Therefore, a coating film having good wraparound to the concave portion and excellent step coverage can be obtained.
[0009]
Further, as the hydrocarbon containing chlorine, a substance represented by a chemical formula of C 2 HCl 3 (trichloroethylene), C 2 H 3 Cl 3 (trichloroethane), or CH 2 Cl 2 (dichloromethane) is preferable. Such a gas containing chlorine is mainly decomposed in the gas phase and combines with an alkali element such as sodium existing in the film formation atmosphere to separate from the substrate and accelerate the desorption of the alkali element from the silicon oxide film. I do. Some of the chlorine atoms remain in the silicon oxide film, which functions as a barrier against alkali elements that subsequently enter from the outside. As a result, the reliability of the TFT can be improved. The concentration of the hydrocarbon containing chlorine is preferably 0.01 to 1% of the whole. Addition of a concentration of 1% or more adversely affects the characteristics.
[0010]
In the insulating film containing silicon oxide as a main component obtained by the above method, a halogen element (for example, fluorine or chlorine) as an impurity element in secondary ion mass spectrometry is 1 × 10 17 to 5 × 10 20 cm. -3 , while carbon is also present at a concentration of 5 × 10 19 cm −3 or less. In particular, in order to lower the interface state density, it is desired that the concentration of carbon be 1 × 10 18 cm −3 or less. In order to reduce the concentration of carbon, the substrate temperature during film formation may be set to 200 ° C. or higher, preferably 300 ° C. or higher.
[0011]
Furthermore, since the insulating film formed in this manner tends to cause a large number of dangling bonds to precipitate in the early stage of its formation, the underlying semiconductor film (preferably one containing silicon as a main component) is preliminarily treated with oxygen. Should be exposed to a plasma atmosphere containing As a result, the interface state density is reduced, the fluctuation of the flat band voltage in the bias / temperature test is reduced, and the reliability is improved. In this case, even more effects can be obtained by mixing a material containing hydrogen chloride or chlorine such as trichloroethylene, trichloroethane, or dichloromethane in addition to oxygen.
[0012]
On the other hand, after forming an insulating film containing silicon oxide as a main component by the above-described method, a heat treatment at 200 to 650 ° C. could also reduce the fluctuation of the flat band voltage. In this case, it is preferable to perform the treatment in an atmosphere having no oxygen such as argon or nitrogen. The fluctuation of the flat band voltage was remarkably reduced particularly by the heat treatment at 450 ° C. or higher, and was saturated at 600 ° C. or higher.
[0013]
A third aspect of the present invention is to cover the non-single-crystal semiconductor region after exposing the island-shaped non-single-crystal semiconductor region containing silicon as a main component to a plasma atmosphere containing oxygen and a hydrocarbon containing hydrogen chloride or chlorine. In addition, a film containing silicon oxide as a main component is formed by a plasma CVD method using an organic silane having an ethoxy group and oxygen as materials.
[0014]
In this case, hydrocarbons containing hydrogen chloride or chlorine are mainly accumulated in the chamber during the plasma treatment, and hydrocarbons containing hydrogen chloride or chlorine are mixed in the first invention during the subsequent film formation of silicon oxide. Has the same effect as The improvement in reliability by the plasma processing is the same as described above. Further, good results were obtained when the concentrations of chlorine and carbon in the obtained silicon oxide film were set to the same values as in the first invention. Further, when a heat treatment is performed at 200 to 650 ° C., preferably 450 to 600 ° C. after the formation of the film containing silicon oxide as a main component, even better results are obtained.
[0015]
The plasma CVD apparatus used in the present invention has a generally used parallel plate type (that is, a structure in which a set of plate electrodes are opposed to each other in a chamber, and a sample substrate is disposed on one or both electrodes). ) Or a positive column type as shown in the embodiment.
[0016]
The latter has two advantages over the former. That is, first, in the former, the amount of the substrate that can be processed at one time is determined by the area of the electrode, whereas in the latter, the amount is determined by the discharge volume. Second, in the former, plasma damage on the substrate surface is large, whereas in the latter, plasma potential is scarce because there is almost no potential gradient, and since uniformity is good, the TFT characteristics and yield are adversely affected. Is less likely to occur.
[0017]
Note that a chamber of a plasma CVD apparatus used for film formation needs to be sufficiently cleaned to reduce alkali elements such as sodium. To clean the chamber, plasma may be generated after introducing chlorine, hydrogen chloride, or a hydrocarbon containing chlorine as described above and oxygen into the chamber. In this case, if the inside of the chamber is heated to 150 ° C. or higher, preferably 300 ° C. or higher, a further effect can be obtained.
[0018]
【Example】
In this embodiment, a method of forming a silicon oxide film as a gate insulating film on a non-single-crystal semiconductor film of island-shaped silicon by a positive column type plasma CVD method, and mainly an electrical It is related to various characteristics. The used plasma CVD apparatus has a vertical section (cross section shown in FIG. 1) and a horizontal section (top view shown in FIG. 1) as shown in FIG. The positive column system is characterized in that a substrate is arranged in a positive column region in plasma discharge to form a coating.
[0019]
Power for generating plasma is supplied from
[0020]
First, the film forming conditions and the characteristics of the obtained film will be described. The substrate temperature was 300 ° C. Further, 300 SCCM of oxygen, 15 SCCM of TEOS, and 2 SCCM of trichlorethylene (hereinafter, referred to as TCE) were introduced into the chamber. The RF power is 75 W and the total pressure is 5 Pa. After the film formation, annealing was performed at 350 ° C. for 35 minutes in a hydrogen atmosphere.
[0021]
FIG. 3 shows the results of a dielectric breakdown test of a 1000-nm-thick silicon oxide film formed on a high-resistance silicon wafer using this apparatus. A 1 mmφ aluminum electrode was formed on the silicon oxide film, and the voltage-current relationship was plotted. FIG. 3C shows a film formed without performing any special treatment on the substrate and having a low withstand voltage. However, after setting the substrate in the chamber, the substrate temperature was set to 300 ° C., oxygen was supplied at 400 SCCM, TCE was flown at 0 to 5 SCCM, and the substrate was exposed to a plasma atmosphere at a total pressure of 5 Pa and an RF power of 150 W for 10 minutes (gas phase reaction in this step). After that, a film was not formed.) Then, when a silicon oxide film was successively deposited, a silicon oxide film having a good withstand voltage was obtained as shown in FIG.
However, when the flow rate of TCE at the time of forming the silicon oxide film was increased to 4 SCCM or more, for example, 5 SCCM, a film having a low withstand voltage was obtained as shown in FIG. From this result, it became clear that there is an optimum value for the concentration of TCE.
[0022]
FIG. 4A shows, as one of the reliability tests, the relationship between the variation (ΔV FB ) of the flat band voltage (V FB ) by the bias / temperature application test and the substrate pretreatment. In the bias / temperature test, a voltage of +17 V was applied to the sample at 150 ° C. for 1 hour, then its CV characteristics were measured at room temperature, and further a voltage of −17 V was applied at 150 ° C. for 1 hour, and then at room temperature. The CV characteristics were measured, and the difference between V FB in the two measurements was evaluated as ΔV FB .
[0023]
In the sample not subjected to the pretreatment (in FIG. 4A, indicated by (a)), ΔV FB showed a relatively large value at around 5V. However, it was improved by performing pretreatment. The preprocessing conditions of (b) and (c) of FIG. 4A are shown below.
Sample (b) (c)
TCE /
RF power 150W 150W
Processing
[0024]
Similar improvements can be obtained by performing annealing after film formation. Annealing was performed for 1 hour at 300 to 570 ° C. in an argon atmosphere at 1 atm. FIG. 4B shows the relationship between the annealing temperature and ΔV FB . In particular, a decrease in ΔV FB is observed at a temperature of 450 ° C. or less, and it can be seen that there is a tendency to approach a constant value as the temperature approaches 600 ° C. From this, it was clarified that annealing after film formation contributed to improvement in reliability.
[0025]
Using the results obtained from the above experiment, a TFT was manufactured. The process is shown in FIG. First, an underlying
[0026]
Thereafter, an amorphous silicon film having a thickness of 500 nm was deposited by a plasma CVD method, and this was patterned to form an island-shaped
[0027]
Thereafter, as shown in FIG. 2B, a
Subsequently, a film was formed. The main film forming conditions are as follows. After the film formation, annealing was performed at 550 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere.
[0028]
Next, an aluminum film doped with 2% of silicon was deposited at 6000 ° and this was patterned to form a gate electrode 205. Then, as shown in FIG. 2C, impurity ions (phosphorus or boron) were introduced in a self-aligned manner by a plasma doping method using the gate electrode 205 as a mask to form
[0029]
After that, as shown in FIG. 2D, the impurity was activated again by the laser annealing method. The laser used was a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec). The energy density was 200 to 350 mJ / cm 2 . During laser irradiation, the substrate temperature may be kept at 300 to 500 ° C. After the laser irradiation, annealing was performed at 350 ° C. for 35 minutes in a hydrogen atmosphere of a partial pressure of 0.1 to 1 atm.
[0030]
Next, a 5000 nm thick
[0031]
Then, contact
[0032]
【The invention's effect】
As described above, the silicon oxide film obtained by the present invention has sufficiently high reliability as a gate insulating film. And it became clear that it contributes not only to reliability but also to improvement in yield. In particular, mass productivity can be improved by using a positive column type plasma CVD apparatus as shown in the embodiment. Thus, the present invention is an industrially useful invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a conceptual diagram of a positive column CVD apparatus used in Examples.
FIG. 2 shows a manufacturing process of a TFT in an example.
FIG. 3 shows withstand voltage characteristics of an insulating film obtained in an example.
FIG. 4 shows a ΔV FB characteristic of an insulating film obtained in an example.
[Explanation of symbols]
101:
Claims (11)
前記半導体領域上に酸化珪素を主成分とし、炭素の濃度が5×1019cm−3以下、ハロゲン元素の濃度が1×1017〜5×1020cm−3であるゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記ゲイト電極上に酸化珪素を主成分とする層間絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜及び前記層間絶縁膜は、有機シランを用いて形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。Forming a semiconductor region on the substrate,
Forming a gate insulating film having silicon oxide as a main component and a carbon concentration of 5 × 10 19 cm −3 or less and a halogen element concentration of 1 × 10 17 to 5 × 10 20 cm −3 on the semiconductor region; ,
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming an interlayer insulating film containing silicon oxide as a main component on the gate electrode,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the gate insulating film and the interlayer insulating film are formed using organic silane.
前記下地絶縁膜上に半導体領域を形成し、
前記半導体領域上に酸化珪素を主成分とし、炭素の濃度が5×1019cm−3以下、ハロゲン元素の濃度が1×1017〜5×1020cm−3であるゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記ゲイト電極上に酸化珪素を主成分とする層間絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜及び前記層間絶縁膜は、有機シランを用いて形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。Forming a base insulating film on the substrate,
Forming a semiconductor region on the base insulating film,
Forming a gate insulating film having silicon oxide as a main component and a carbon concentration of 5 × 10 19 cm −3 or less and a halogen element concentration of 1 × 10 17 to 5 × 10 20 cm −3 on the semiconductor region; ,
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming an interlayer insulating film containing silicon oxide as a main component on the gate electrode,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the gate insulating film and the interlayer insulating film are formed using organic silane.
前記下地絶縁膜上に半導体領域を形成し、
前記半導体領域上に酸化珪素を主成分とし、炭素の濃度が5×1019cm−3以下、ハロゲン元素の濃度が1×1017〜5×1020cm−3であるゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記ゲイト電極上に酸化珪素を主成分とする層間絶縁膜を形成し、
前記下地絶縁膜、前記ゲイト絶縁膜及び前記層間絶縁膜は、有機シランを用いて形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。Forming a base insulating film containing silicon oxide as a main component on the substrate,
Forming a semiconductor region on the base insulating film,
Forming a gate insulating film having silicon oxide as a main component and a carbon concentration of 5 × 10 19 cm −3 or less and a halogen element concentration of 1 × 10 17 to 5 × 10 20 cm −3 on the semiconductor region; ,
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming an interlayer insulating film containing silicon oxide as a main component on the gate electrode,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the base insulating film, the gate insulating film, and the interlayer insulating film are formed using organic silane.
前記下地絶縁膜上に半導体領域を形成し、
前記半導体領域に密着するように、酸化珪素を主成分とし、炭素の濃度が5×1019cm−3以下、ハロゲン元素の濃度が1×1017〜5×1020cm−3であるゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記ゲイト電極上に酸化珪素を主成分とする層間絶縁膜を形成し、
前記下地絶縁膜、前記ゲイト絶縁膜及び前記層間絶縁膜は、有機シランを用いて形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。Forming a base insulating film containing silicon oxide as a main component on the substrate,
Forming a semiconductor region on the base insulating film,
A gate insulating layer containing silicon oxide as a main component and having a carbon concentration of 5 × 10 19 cm −3 or less and a halogen element concentration of 1 × 10 17 to 5 × 10 20 cm −3 so as to be in close contact with the semiconductor region. Forming a film,
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming an interlayer insulating film containing silicon oxide as a main component on the gate electrode,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the base insulating film, the gate insulating film, and the interlayer insulating film are formed using organic silane.
前記下地絶縁膜上に半導体領域を形成し、
前記半導体領域に密着するように、酸化珪素を主成分とし、炭素の濃度が5×1019cm−3以下、ハロゲン元素の濃度が1×1017〜5×1020cm−3であるゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記ゲイト電極上に酸化珪素を主成分とする層間絶縁膜を形成し、
前記下地絶縁膜、前記ゲイト絶縁膜及び前記層間絶縁膜は、有機シランを用い、プラズマCVDによって形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。Forming a base insulating film containing silicon oxide as a main component on the substrate,
Forming a semiconductor region on the base insulating film,
A gate insulating layer containing silicon oxide as a main component and having a carbon concentration of 5 × 10 19 cm −3 or less and a halogen element concentration of 1 × 10 17 to 5 × 10 20 cm −3 so as to be in close contact with the semiconductor region. Forming a film,
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming an interlayer insulating film containing silicon oxide as a main component on the gate electrode,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the base insulating film, the gate insulating film, and the interlayer insulating film are formed by plasma CVD using organosilane.
前記下地絶縁膜上に半導体領域を形成し、
前記半導体領域上に酸化珪素を主成分とし、炭素の濃度が5×1019cm−3以下、ハロゲン元素の濃度が1×1017〜5×1020cm−3であるゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記ゲイト電極上に酸化珪素を主成分とする層間絶縁膜を形成し、
前記下地絶縁膜、前記ゲイト絶縁膜及び前記層間絶縁膜は、有機シラン、酸素及びハロゲン含有ガスを含む混合雰囲気において形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。Forming a base insulating film containing silicon oxide as a main component on the substrate,
Forming a semiconductor region on the base insulating film,
Forming a gate insulating film having silicon oxide as a main component and a carbon concentration of 5 × 10 19 cm −3 or less and a halogen element concentration of 1 × 10 17 to 5 × 10 20 cm −3 on the semiconductor region; ,
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming an interlayer insulating film containing silicon oxide as a main component on the gate electrode,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the base insulating film, the gate insulating film, and the interlayer insulating film are formed in a mixed atmosphere containing an organic silane, oxygen, and a halogen-containing gas.
前記下地絶縁膜上に半導体領域を形成し、
前記半導体領域上に酸化珪素を主成分とし、炭素の濃度が5×1019cm−3以下、ハロゲン元素の濃度が1×1017〜5×1020cm−3であるゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記ゲイト電極上に酸化珪素を主成分とする層間絶縁膜を形成し、
前記下地絶縁膜、前記ゲイト絶縁膜及び前記層間絶縁膜は、有機シラン、酸素及び塩素を含む炭化水素を含む混合雰囲気において形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。Forming a base insulating film containing silicon oxide as a main component on the substrate,
Forming a semiconductor region on the base insulating film,
Forming a gate insulating film having silicon oxide as a main component and a carbon concentration of 5 × 10 19 cm −3 or less and a halogen element concentration of 1 × 10 17 to 5 × 10 20 cm −3 on the semiconductor region; ,
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming an interlayer insulating film containing silicon oxide as a main component on the gate electrode,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the base insulating film, the gate insulating film, and the interlayer insulating film are formed in a mixed atmosphere containing a hydrocarbon containing organic silane, oxygen, and chlorine.
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