JP2000058848A

JP2000058848A - 半導体素子からなる半導体回路を備えた半導体装置およびその作製方法

Info

Publication number: JP2000058848A
Application number: JP10229991A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Hiroki Adachi; 広樹安達; Hideaki Kuwabara; 秀明桑原
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、活性層、特にチャネル形成領域を
構成する領域とゲート絶縁膜との界面を良好なものとす
ることにより、ＴＦＴの特性を向上させるとともに均一
な特性を有する半導体素子からなる半導体回路を備えた
半導体装置およびその作製方法を提供するものである。【解決手段】上記目的を解決するため、本発明は、
絶縁表面上に初期半導体膜と第１のゲート絶縁膜を連続
的に形成し、次いで第１のゲート絶縁膜を介して赤外光
または紫外光（レーザー光）の照射による初期半導体膜
の結晶化を行った後、パターニングを行い所望の形状を
有する活性層及び第１のゲート絶縁膜を得た後、第２の
ゲート絶縁膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、絶縁ゲート型トラ
ンジスタ等の半導体素子からなる半導体回路を備えた半
導体装置の構造およびその作製方法に関する。特に、バ
ルブ金属膜で形成された配線を有する半導体素子からな
る半導体回路を備えた半導体装置の構造およびその作製
方法に関する。本発明の半導体装置は、薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）やＭＯＳトランジスタ等の素子だけでな
く、これら絶縁ゲート型トランジスタで構成された半導
体回路を有する表示装置やイメージセンサ等の電気光学
装置をも含むものである。加えて、本発明の半導体装置
は、これらの表示装置および電気光学装置を搭載した電
子機器をも含むものである。

【０００２】

【従来の技術】絶縁性を有する基板上に形成された薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ）により画素マトリクス回路およ
び駆動回路を構成したアクティブマトリクス型液晶ディ
スプレイが注目を浴びている。液晶ディスプレイは０．
５〜２０インチ程度のものまで表示ディスプレイとして
利用されている。

【０００３】現在、高精細な表示が可能な液晶ディスプ
レイを実現するために、ポリシリコンで代表される結晶
性半導体膜を活性層として用いるＴＦＴが注目されてい
る。アモルファスシリコンで代表される非晶質を有する
半導体膜を活性層とするＴＦＴと比較して結晶性半導体
膜を活性層とするＴＦＴは、動作速度や駆動能力が高い
一方、個々のＴＦＴの電気特性のバラツキが大きいとい
う問題があった。

【０００４】また、液晶ディスプレイ開発の１つの方向
に大面積化があるが、大面積化すると画素表示部となる
画素マトリクス回路も大面積化し、これに伴ってマトリ
クス状に配列されたソース配線およびゲート配線が長く
なるため、配線抵抗が増大している。さらに高精細化が
要求されるため、配線を細くする必要があり、配線抵抗
の増大がより顕在化されている。また、ソース配線およ
びゲート配線には画素毎にＴＦＴが接続され、画素数が
増大するため寄生容量の増大も問題となる。液晶ディス
プレイでは、一般にゲート配線とゲート電極は一体的に
形成されており、パネルの大面積化に伴ってゲート信号
の遅延が顕在化されている。

【０００５】従って、ゲート電極配線材料の抵抗率が低
ければ低いほどゲート配線を細く、且つ長くすることが
可能になり、これにより大面積化が図れる。従来、ゲー
ト電極配線材料としてＡｌ、Ｔａ、Ｔｉ等が用いられて
いるが、中でもＡｌが最も抵抗率が低く、陽極酸化可能
な金属であるため多用されている。しかしながら、Ａｌ
は陽極酸化膜の形成により、耐熱性を向上させることが
できるものの、３００℃〜４００℃のプロセス温度であ
っても、ウィスカーやヒロックの発生、配線の変形、絶
縁膜や活性層への拡散が生じ、ＴＦＴの動作不良、ＴＦ
Ｔ特性の低下の主な原因となっていた。

【０００６】また、陽極酸化処理を行うためには、陽極
酸化する電極及び配線を電圧供給配線に接続することが
必要であり、陽極酸化処理後は、電圧供給線や、この電
圧供給線との不要な接続部をエッチングにより除去する
必要もある。即ち、陽極酸化処理を用いて薄膜トランジ
スタを作製するには、電圧供給線を形成するスペース
と、エッチングマージンが必要とされ、回路の集積化の
障害となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】現在、ＴＦＴには高移
動度が求められており、ＴＦＴの活性層としては、非晶
質を有する半導体膜よりも移動度の高い結晶性半導体膜
を用いることが有力視されている。従来のＴＦＴは、以
下に概略説明するように作製される。

【０００８】まず、絶縁基板上にアモルファスシリコン
膜を成膜し、このアモルファスシリコン膜（非晶質珪素
膜）を加熱、またはレーザー光の照射等の結晶化処理を
施してポリシリコン膜（多結晶珪素膜）を形成する。次
いで、このポリシリコン膜を所望の形状にパターニング
した後、その上にゲート絶縁膜とゲート電極形成材料層
を堆積し、これらをパターニングしてゲート電極を形成
する。次いで、導電性を付与する不純物をポリシリコン
膜に選択的に導入してソース領域、ドレイン領域となる
不純物領域を形成する。続いて、層間絶縁膜を堆積し、
ソース領域、ドレイン領域上を露出させるコンタクトホ
ールを形成した後、金属膜を形成し、これをパターニン
グして、ソース領域、ドレイン領域と接触する金属配線
を形成する。こうして、ＴＦＴの作製工程を完了する。

【０００９】このように従来では、非晶質を有する半導
体膜の成膜後、幾つかの工程（例えば、結晶化工程、パ
ターニング工程）を施した後、ゲート絶縁膜を形成して
いる。

【００１０】そのため、ゲート絶縁膜の形成前に活性層
となる結晶性半導体膜の表面が大気中の不純物（酸素、
水分等）、またはゲート絶縁膜の形成前の工程で生じる
不純物により汚染または酸化されてしまっていた。この
汚染または酸化された表面を有する結晶性半導体膜上に
ゲート絶縁膜を形成すると、活性層、特にチャネル形成
領域とゲート絶縁膜との界面特性が低下し、ＴＦＴの電
気的特性のバラツキや低下を引き起こす原因となってい
た。

【００１１】本発明は、活性層、特にチャネル形成領域
を構成する領域とゲート絶縁膜との界面を良好なものと
することにより、ＴＦＴの特性を向上させるとともに均
一な特性を有する半導体素子からなる半導体回路を備え
た半導体装置およびその作製方法を提供するものであ
る。

【００１２】また、本発明では、陽極酸化用の電圧供給
配線を形成せずに、ゲート配線を陽極酸化することを可
能にする。さらに、加熱が原因となる配線からのアルミ
ニウム原子の拡散や、配線の変形を防止して、半導体素
子を歩留りよく作製することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するた
め、本発明は、絶縁表面上に初期半導体膜と第１のゲー
ト絶縁膜を連続的に形成し、次いで第１のゲート絶縁膜
を介して赤外光または紫外光（レーザー光）の照射によ
る初期半導体膜の結晶化を行った後、パターニングを行
い所望の形状を有する活性層及び第１のゲート絶縁膜を
得た後、第２のゲート絶縁膜を形成することを一つの特
徴としている。

【００１４】また、本発明は、絶縁表面上に下地膜と初
期半導体膜と第１のゲート絶縁膜とを連続的に形成し、
次いで赤外光または紫外光（レーザー光）の照射による
結晶化を行った後、パターニングを行い所望の形状を有
する活性層及び第１のゲート絶縁膜を得た後、第２のゲ
ート絶縁膜を形成することも一つの特徴としている。

【００１５】また、本明細書中で膜を連続的に形成する
とは、高真空を維持したまま、大気にさらすことなく順
次、膜を形成することを指しており、例えば、大気にさ
らすことなくチャンバー間を移動させて連続的に膜の形
成を行う、または同一チャンバー内で大気にさらすこと
なく反応ガスを変更させて連続的に膜の形成を行うこと
を指している。

【００１６】また、本発明は、ゲート電極を多層構造と
し、上層の配線層を低抵抗な材料、好ましくはアルミニ
ウムまたはアルミニウムを主成分とする材料で形成し、
下層の配線層を上層の配線層材料よりも融点が高いバル
ブ金属、好ましくはアルミニウムを主成分とする材料と
同じ電解溶液で陽極酸化可能なタンタルまたはタンタル
を主成分とする材料（ＴａＮ等）で構成することを一つ
の特徴としている。

【００１７】本明細書で開示する本発明の第１の構成
は、絶縁性を有する表面上に結晶性半導体膜からなる活
性層と、前記活性層の上面に接する第１の絶縁膜と、前
記活性層の側面に接し、且つ前記第１の絶縁膜の上面及
び側面に接する第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上に
接する多層構造を有するゲート配線とを有することを特
徴とする半導体素子からなる半導体回路を備えた半導体
装置である。

【００１８】また、本発明の他の構成（第２の構成）
は、絶縁性を有する表面上に結晶性半導体膜からなる活
性層と、前記活性層の上面に接する第１の絶縁膜と、前
記活性層の側面に接し、且つ前記第１の絶縁膜の上面及
び側面に接する第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上に
接する多層構造を有するゲート配線とを有し、前記第２
の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜と比較して膜厚が厚いこ
とを特徴とする半導体素子からなる半導体回路を備えた
半導体装置である。

【００１９】上記各構成において、前記結晶性半導体膜
は、絶縁性を有する表面上に初期半導体膜と第１の絶縁
膜を連続的に形成する工程と、前記第１の絶縁膜を介し
て赤外光または紫外光を照射することにより前記初期半
導体膜を溶融させることなく結晶化する工程とを少なく
とも経て形成された結晶性半導体膜であることを特徴と
している。

【００２０】また、上記各構成において、前記第１の絶
縁膜と前記活性層との界面における不純物濃度は、第１
の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面における不純物濃度よ
りも低いことを特徴としている。

【００２１】また、上記各構成において、前記活性層
は、ソース領域と、ドレイン領域と、前記ソース領域と
前記ドレイン領域の間に形成されたチャネル形成領域と
を有している。

【００２２】また、上記各構成において、前記第１の絶
縁膜の膜厚は、１〜５０ｎｍであることを特徴としてい
る。また、前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜との総
膜厚は、１００〜２００ｎｍであることを特徴としてい
る。

【００２３】また、本明細書で開示する本発明の作製方
法の第１の構成は、絶縁性を有する表面上に初期半導体
膜と第１の絶縁膜とを連続形成する工程と、前記第１の
絶縁膜を介して赤外光または紫外光を照射することによ
り前記初期半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を得る
工程と、前記結晶性半導体膜及び前記第１の絶縁膜をパ
ターニングして、前記結晶性半導体膜の端面と前記第１
の絶縁膜の端面を一致させる工程と、前記結晶性半導体
膜及び第１の絶縁膜を覆って第２の絶縁膜を形成する工
程と、前記絶縁膜上に多層構造を有するゲート配線を形
成する工程と、を有する半導体素子からなる半導体回路
を備えた半導体装置の作製方法である。

【００２４】また、本明細書で開示する本発明の作製方
法の第２の構成は、絶縁基板上に、下地膜と初期半導体
膜と第１の絶縁膜とを連続形成する工程と、前記第１の
絶縁膜を介して赤外光または紫外光を照射することによ
り前記初期半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を得る
工程と、前記結晶性半導体膜及び前記第１の絶縁膜をパ
ターニングして、前記結晶性半導体膜の端面と前記第１
の絶縁膜の端面を一致させる工程と、前記結晶性半導体
膜及び第１の絶縁膜を覆って第２の絶縁膜を形成する工
程と、前記絶縁膜上に多層構造を有するゲート配線を形
成する工程と、を有する半導体素子からなる半導体回路
を備えた半導体装置の作製方法である。

【００２５】上記作製方法の各構成において、多層構造
を有するゲート配線を形成する工程は、絶縁膜上に第１
の金属膜を形成する工程と、前記第１の金属膜上に接し
て第２の金属膜を形成する工程と、前記第２の金属膜を
パターニングして、前記第１の金属膜上に前記第２の配
線層を形成する工程と、前記第１の金属膜に電圧を印加
することによって、前記第２の配線層を陽極酸化すると
ともに、前記第１の金属膜を陽極酸化する工程と、前記
第１の金属膜の陽極酸化膜を選択的に除去して、第１の
配線層を形成する工程とを有している。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の半導体装置およびその作
製方法の実施形態を示す簡略断面図である図１〜図５を
用いて簡略に説明する。

【００２７】まず、基板１００を用意する。基板１００
としては、ガラス基板、石英基板、結晶性ガラス、セラ
ミックス基板、プラスチック基板などの絶縁性基板、ま
たは下地膜を有する半導体基板（シリコン基板等）、金
属基板（ステンレス基板等）等を用いることができる。
なお、基板１００上に絶縁表面を有する下地膜を形成す
ることが好ましい。下地膜としては、酸化珪素膜、窒化
珪素膜、窒化酸化珪素膜（ＳｉＯ_XＮ_y）、またはこれ
らの積層膜等を用いることができる。下地膜の形成方法
は、公知の技術、例えば減圧ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、プ
ラズマＣＶＤ法、スパッタ法等を用いることができる。
ただし、簡略化のため、図１〜図５では下地膜を図示し
ない。

【００２８】次いで、基板上または下地膜上に、初期半
導体膜１０１と第１のゲート絶縁膜１０２ａを連続的に
形成する。（図１（Ａ））また、好ましくは下地膜と初
期半導体膜１０１と第１のゲート絶縁膜１０２ａを連続
的に形成する。

【００２９】なお、本明細書で初期半導体膜とは、半導
体膜を総称しており、非晶質を有する半導体膜、代表的
には、非晶質半導体膜（非晶質珪素等）、微結晶を有す
る非晶質半導体膜、微結晶半導体膜を指し、これら半導
体膜は、Ｓｉ膜、Ｇｅ膜、化合物半導体膜〔例えば、Ｓ
ｉ_XＧｅ _1-X（０＜Ｘ＜１）で示される非晶質シリコン
ゲルマニウム膜等）からなる膜である。

【００３０】この初期半導体膜の成膜方法は、公知の技
術、例えば減圧ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ
法等を用いることができる。第１のゲート絶縁膜１０２
ａとしては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜
（ＳｉＯ_XＮ_y）、またはこれらの積層膜等を１ｎｍ〜
５０ｎｍの膜厚範囲で用いることができる。第１のゲー
ト絶縁膜の形成方法は、公知の技術、例えば減圧ＣＶＤ
法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法等を用
いることができる。加えて、第１のゲート絶縁膜とし
て、初期半導体膜１０１をプラズマ酸化、熱酸化して得
られる酸化膜あるいはプラズマ窒化して得られる窒化膜
を用いることも可能である。

【００３１】本発明においては、初期半導体膜を成膜
後、大気にさらすことなく連続的に第１のゲート絶縁膜
を積層形成することにより優れた界面特性を得ることが
できた。また、成膜時の温度を同一にすることで、積層
間での応力を緩和することが好ましい。加えて、上記の
連続形成の際、初期半導体膜の膜中における水素濃度を
低減させるために、成膜温度を４００〜５００℃で成膜
する工程、または、上記の連続形成後、熱処理を加える
工程とすることが好ましい。

【００３２】次に、第１のゲート絶縁膜１０２ａを透過
させて赤外光または紫外光の照射による結晶化（以下、
レーザー結晶化と呼ぶ）を行ない、初期半導体膜１０１
を結晶化させて結晶性半導体膜１０３を形成する。（図
１（Ｃ））

【００３３】本明細書で結晶性半導体膜とは、構造に秩
序性を有している半導体膜を総称しており、単結晶半導
体膜、多結晶半導体膜（多結晶珪素膜等）、微結晶半導
体膜さらには、部分的に秩序性を有した構造を有してい
る半導体膜を指している。

【００３４】結晶化技術として紫外光を用いる場合はエ
キシマレーザー光または紫外光ランプから発生する強光
を用いればよく、赤外光を用いる場合は赤外線レーザー
光または赤外線ランプから発生する強光を用いればよ
い。ここでは、基板（または下地膜）と非晶質を有する
半導体膜との界面または非晶質を有する半導体膜と第１
のゲート絶縁膜との界面から核成長が起こり、結晶成長
が進行して結晶性半導体膜が得られる。また、レーザー
結晶化の条件によっては、非晶質を有する半導体膜が溶
融状態を経過して結晶化する場合や、非晶質を有する半
導体膜が溶融せずに固相状態、もしくは固相と液相の中
間状態で結晶化する場合がある。なお、第１のゲート絶
縁膜の膜厚、非晶質を有する半導体膜の膜厚、基板温度
等を考慮して、レーザー結晶化の条件（レーザー光の波
長、照射強度、パルス幅、繰り返し周波数、照射時間
等）を適宜調節する。加えて、レーザー結晶化後、公知
の方法を用いて水素化処理を加える工程を加えてもよ
い。

【００３５】次に、第１のゲート絶縁膜及び結晶性半導
体膜を所望の形状とするためパターニングを施して、第
１のゲート絶縁膜１０２ｂと結晶性半導体膜からなる活
性層１０４を得る。（図１（Ｄ））

【００３６】次に、基板全面を覆って、第２のゲート絶
縁膜１０２ｃを成膜する。（図１（Ｅ））第２のゲート
絶縁膜としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒化酸化珪
素膜（ＳｉＯ_XＮ_y）、またはこれらの積層膜等を１０
０ｎｍ〜１７０ｎｍの膜厚範囲で用いることができる。

【００３７】次いで、第１の導電膜１０５と第２の導電
膜１０６との積層膜を形成する。（図２（Ａ））第１の
導電膜１０５としては、バルブ金属を主成分とする材
料、例えば、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ハフ
ニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔ
ｉ）、クロム（Ｃｒ）等を主成分とする材料を１〜５０
ｎｍ（好ましくは５〜３０ｎｍ、さらに好ましくは５〜
２０ｎｍ）の膜厚範囲で用いることができる。ここで
は、第１の導電膜としてタンタル（Ｔａ）膜を用いた例
を示して具体的に説明する。なお、タンタルはシリコン
と仕事関数が近いため、ＴＦＴのしきい値のシフトが少
なく好ましい材料の一つである。加えて、タンタルは、
アルミニウムを主成分とする材料と同じ電解溶液で陽極
酸化できるため、本発明に好ましい。

【００３８】本明細書中でバルブ金属とは、アノード的
に生成したバリア型陽極酸化膜がカソード電流は流すが
アノード電流は通さない、即ち弁作用を示すような金属
を指す。（電気化学便覧第４版；電気化学協会編，Ｐ
３７０，丸善，１９８５）

【００３９】また、第２の導電膜１０６としては、主と
して電荷の通路となる第２の配線層を形成するため低抵
抗な導電材料、例えば、アルミニウムまたはアルミニウ
ムを主成分とする材料を２００〜５００ｎｍの膜厚範囲
で用いることができる。ここでは、第２の導電膜として
アルミニウム膜を用いた例を示して具体的に説明する。

【００４０】次に、レジストマスク１０８を形成して第
２の導電膜１０６をパターニングし、第２の導電膜から
なる第２の配線層１０７ａを形成する。（図２（Ｂ））
なお、この第２の配線層１０７ａは、ゲート配線の上層
を構成する。

【００４１】次に、レジストマスク１０８を残したまま
陽極酸化装置のプローブを第１の導電膜１０５に接触さ
せて、第１の陽極酸化を行う。（図２（Ｃ））この第１
の陽極酸化では、第２の配線層の側面にポーラス型の陽
極酸化物（多孔質アルミナ）１０９が形成される。

【００４２】次に、レジストマスク１０８を除去した
後、再び陽極酸化装置のプローブを第１の導電膜に接触
させて、第２の陽極酸化を行う。（図２（Ｄ））この第
１の陽極酸化では、第２の配線層１０７ｃの表面にバリ
ア型の陽極酸化物（無孔質アルミナ）１１０が形成され
る。第１の導電膜においては、露出している領域および
ポーラス型の陽極酸化物１０９が存在している領域が陽
極酸化されて、タンタルオキサイド（ＴａＯx ）１１１
が形成される。なお、陽極酸化されなかった第１の導電
膜１１２が第１の配線層を構成する。

【００４３】図４（Ａ）に図２（Ｄ）の点線で囲った部
分の拡大断面図を示す。第１の導電膜が露出し陽極酸化
された領域は、タンタルオキサイド１１１ａ、１１１ｃ
が積層されている。また、ポーラス型の陽極酸化物１０
９と接している領域は、タンタル層１１２、タンタルオ
キサイド１１１ａ、１１１ｂが積層されている。１１１
ｃはポーラス型の陽極酸化物１０９と同一工程で酸化さ
れた領域である。１１１ａ、１１１ｂで示される領域は
バリア型の陽極酸化物１１０と同一工程で酸化された領
域である。なお、１１１ａで示される領域は陽極酸化物
１０９の下部に５〜２０ｎｍ程度進入している。また、
１１１ｂで示される領域はＡｌを含有したタンタルオキ
サイドもしくはＴａとＡｌとの合金の酸化物となってい
る。また、１１１ｃで示される領域は１１１ａで示され
る領域よりも膜質が緻密でない。

【００４４】次に、ポーラス型の陽極酸化膜をマスクと
してＣＦ₄ Ｏを用いたドライエッチングによりタンタル
オキサイドを除去する。（図２（Ｅ））この際、エッチ
ング条件によっては、第２のゲート絶縁膜の表面が多少
エッチングされるが、簡略化のため図示しない。また、
同様にエッチング条件によっては、陽極酸化物１０９の
下部の１１１が回り込んで多少エッチングされるが、簡
略化のため図示しない。

【００４５】次に、活性層１０４の表面をゲート絶縁膜
１０２ｂ、１０２ｃで覆ったままの状態で、導電性を付
与する不純物イオンを活性層に添加して、ソース領域ま
たはドレイン領域となるＰ型またはＮ型の高濃度不純物
領域１１３、１１４を形成する。（図３（Ａ））イオン
の添加は、イオン注入法、プラズマドーピング法、レー
ザードーピング法等の公知の手段を用いればよい。この
工程では、第１及び第２のゲート絶縁膜を通り抜けて不
純物イオンが活性層に添加されるようにドーピング条
件、ドーズ量、加速電圧等を調節する。ここでは、Ｐ型
の導電性を付与する不純物としてボロン、Ｎ型の導電性
を付与する不純物としてリンを用いた例を示して具体的
に説明する。

【００４６】図４（Ｂ）に図３（Ａ）の点線で囲った部
分の拡大断面図を示す。この構造のままでは、ＴＦＴを
オン状態とした時に、陽極酸化物１０９、１１１の下方
に存在しているＴａ層１１２の端部に電圧が集中して印
加されるため、ＴＦＴが劣化、破壊しやすい。従って、
陽極酸化物１０９、１１１の下方に存在しているＴａ層
１１２を選択的に除去または酸化する必要がある。

【００４７】そこで本発明では、活性層の表面をゲート
絶縁膜１０２ｂ、１０２ｃで覆ったままの状態で、ポー
ラス型の陽極酸化物１０９を除去する。（図３（Ｂ））
その後、さらに、ＣＨＦ₃ を用いたドライエッチングに
より１０９で示される領域の下方に存在していたタンタ
ルオキサイドおよびタンタル膜を除去する。（図３
（Ｃ））本発明の構成では、第２のゲート絶縁膜がエッ
チングストッパーとして機能し、活性層を保護するた
め、複数のエッチング処理を行うことを可能とする。こ
の際、エッチング条件によっては、第２のゲート絶縁膜
の表面が多少エッチングされるが、簡略化のため図示し
ない。また、エッチング条件によっては、陽極酸化物１
１０の下部の１１１または１１２で示される領域に回り
込んで多少エッチングされるが簡略化のため図示しな
い。

【００４８】次に、再度、導電性を付与する不純物イオ
ンを活性層に添加して、Ｐ型またはＮ型の低濃度不純物
領域を形成する。（図３（Ｄ））イオンの添加は、イオ
ン注入法、プラズマドーピング法、レーザードーピング
法等の公知の手段を用いればよい。また、１１２で示さ
れる第１の配線層がマスクとして機能し、ゲート配線の
下部の領域はチャネル形成領域１１９となる。

【００４９】次に、アニール処理またはレーザーアニー
ルを施す。この処理によって、ソース領域およびドレイ
ン領域における不純物の活性化効果、ドーピング工程で
損傷した活性層の結晶構造の回復効果が得られる。

【００５０】図４（Ｃ）に図３（Ｄ）の点線で囲った部
分の拡大断面図を示す。１１１ｄで示される陽極酸化物
は、１１１ａの一部である。図示されるように、活性層
の表面は、第１のゲート絶縁膜１０２ｂ、第２のゲート
絶縁膜１０２ｃで覆う構造とする。

【００５１】最後に、層間絶縁膜１２０を成膜し、ソー
ス領域、ドレイン領域上を露出させるコンタクトホール
を形成した後、金属膜を形成し、これをパターニングし
て、ソース領域、ドレイン領域と接触する金属配線１２
１、１２２を形成する。（図３（Ｅ））こうして、本発
明の実施の形態におけるＴＦＴの作製を完了する。

【００５２】なお、図５に図３（Ｅ）における断面図を
示す。図３（Ｅ）は、図５（Ｂ）と同一であり、図５
（Ｂ）におけるＺ−Ｚ’面での断面構造図は図５（Ａ）
に相当する。なお、図５（Ａ）で示される平面形状は、
矩形状として簡略化した。また、図５（Ａ）におけるＸ
−Ｘ’面での断面構造図は図５（Ｂ）に相当し、図５
（Ａ）におけるＹ−Ｙ’面での断面構造図は図５（Ｃ）
に相当する。

【００５３】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明するが、特にこ
れらの実施例に限定されないことは勿論である。

【００５４】〔実施例１〕本願発明を利用した半導体素
子からなる半導体回路を備えた半導体装置について、図
８（Ｂ）を用いてその構造の一例を説明する。なお、本
発明にかかる半導体装置は、同一基板上に周辺駆動回路
部と画素マトリクス回路部とを備えている。本実施例で
は図示を容易にするため、同一基板上に周辺駆動回路部
の一部を構成するＣＭＯＳ回路と、画素マトリクス回路
部の一部を構成する画素ＴＦＴ（Ｎチャネル型ＴＦＴ）
とが示されている。

【００５５】また、図９は図８（Ｂ）の上面図に相当す
る図であり、図９において、太線Ａ−Ａ’で切断した部
分が、図８（Ｂ）の画素マトリクス回路の断面構造に相
当し、太線Ｂ−Ｂ’で切断した部分が、図８（Ｂ）のＣ
ＭＯＳ回路の断面構造に相当する。なお、図１０が、同
一基板上に周辺駆動回路部と画素マトリクス回路部とを
備えたアクティブマトリクス基板の概略斜視図である。
アクティブマトリス基板は、基板２００上に形成され
た、画素マトリクス回路７０１、走査線駆動回路７０
２、信号線駆動回路７０３とを備え、走査線駆動回路７
０２、信号線駆動回路７０３はそれぞれ走査線６２１、
信号線６０３によって画素マトリクス回路７０１に接続
されている。走査線、信号線の交差部近傍には、各配線
に接続された画素ＴＦＴ７０４が形成され、画素ＴＦＴ
には画素電極６１３、付加容量７０５が接続されてい
る。

【００５６】図８（Ｂ）において、いずれのＴＦＴ（薄
膜トランジスタ）も基板２００上に設けられた下地膜２
０１上に形成されている。ＣＭＯＳ回路のＰチャネル型
ＴＦＴの場合には、活性層としてＰ型の高濃度不純物領
域（ソース領域又はドレイン領域）６１５、６１６と、
チャネル形成領域６１９と、前記高濃度不純物領域と前
記チャネル形成領域の間に低濃度不純物領域６１７、６
１８が形成されている。そして前記チャネル形成領域上
には、第１のゲート絶縁膜２０３ｂと第２のゲート絶縁
膜２０３ｃの積層膜を介してゲート配線が形成されてい
る。ゲート配線は、第１の配線層２１２と第２の配線層
２０７ｂとの積層構造を有しており、第２の配線層はバ
リア型の陽極酸化物２１０で保護されている。その上を
覆う第１の層間絶縁膜６０１にコンタクトホールを形成
して高濃度不純物領域に配線６０４、６０５が接続さ
れ、さらにその上に第２の層間絶縁膜６０７が形成さ
れ、配線６０５に引き出し配線６１０が接続されて、そ
の上を覆って第３の層間絶縁膜６１２が形成されてい
る。

【００５７】一方、Ｎチャネル型のＴＦＴは、活性層と
してＮ型の高濃度不純物領域（ソース領域又はドレイン
領域）５１０、５１１と、チャネル形成領域５１４と、
前記高濃度不純物領域と前記チャネル形成領域の間に低
濃度不純物領域５１２、５１３が形成されている。高濃
度不純物領域には配線６０５、６０６が接続され、さら
に配線６０６には引き出し配線６１１が接続されてい
る。活性層以外の部分は、上記Ｐチャネル型ＴＦＴと同
一構造である。

【００５８】画素マトリクス回路に形成されたＮチャネ
ル型ＴＦＴについては、第１の層間絶縁膜を形成する部
分まで、ＣＭＯＳ回路のＮチャネル型ＴＦＴと同一構造
である。そして、高濃度不純物領域５０１には配線６０
３が接続される一方、高濃度不純物領域５０２には配線
６０２が接続され、その上に第２の層間絶縁膜を形成
し、ブラックマスク６０９を形成する。このブラックマ
スクは画素ＴＦＴを覆い、且つ配線６０２と付加容量を
形成している。さらに、その上に第３の層間絶縁膜６１
２を形成し、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる画素電極６
１３が接続される。なお、本実施例では、画素マトリク
ス回路の画素ＴＦＴのゲート電極をダブルゲート構造と
しているが、オフ電流のバラツキを低減するために、ト
リプルゲート構造等のマルチゲート構造としても構わな
い。また、開口率を向上させるためにシングルゲート構
造としてもよい。

【００５９】本発明の構造において、チャネル形成領域
と第１のゲート絶縁膜との界面における（炭素、窒素、
酸素、Ｎａ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ等）不純物濃度
は、第１のゲート絶縁膜と第２のゲート絶縁膜との界面
における不純物濃度と比較して低いことを特徴としてい
る。特に、各ＴＦＴのチャネル形成領域５０４、５０
５、５１４、６１９と第１のゲート絶縁膜２０３ｂとの
界面における炭素、窒素、酸素等の不純物の濃度を１×
１０¹⁹atoms/cm³ 以下、好ましくは１×１０¹⁶atoms/cm
³ となるように不純物濃度を制御することができた。な
お、アルカリ金属不純物（Ｎａ等）および金属不純物
（Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ等）の濃度は１×１０¹⁵atoms/cm³
以下に制御することができた。ここでの不純物の濃度は
ＳＩＭＳデータの最低値で定義する。

【００６０】以下に、図６〜８を参照して、本発明の半
導体装置の作製方法の一例を詳細に説明する。

【００６１】まず、絶縁表面を有する基板２００を用意
する。本実施例においては基板２００としてガラス基板
（コーニング１７３７；歪点６６７℃）を用いた。その
基板表面に下地膜２０１と初期半導体膜２０２と第１の
ゲート絶縁膜２０３ａを連続的に成膜した。（図６
（Ａ））実施例では、下地膜の形成専用のチャンバー
と、初期半導体膜の形成専用のチャンバーと、第１のゲ
ート絶縁膜の形成専用のチャンバーとを用意し、高真空
状態として大気にさらすことなく、基板を各チャンバー
へ移動させて連続的に下地膜２０１と初期半導体膜２０
２と第１のゲート絶縁膜２０３ａとを成膜した。本実施
例では、ＣＶＤ法により酸化珪素膜からなる膜厚２００
ｎｍの下地膜と、減圧熱ＣＶＤ法により成膜ガスとして
ジシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）を用いた非晶質珪素膜からなる
膜厚５０ｎｍの初期半導体膜と、ＣＶＤ法により酸化珪
素膜からなる膜厚２０ｎｍの第１のゲート絶縁膜とを連
続形成した。なお、非晶質珪素膜２０２の膜中における
炭素、窒素、酸素等の不純物の濃度は５×１０¹⁸atoms/
cm³ 以下となるように不純物濃度を制御する。

【００６２】続いて、第１のゲート絶縁膜２０３ａを上
面に有したまま、初期半導体膜２０２を紫外光または赤
外光の照射により結晶化して結晶性珪素膜２０４を得
た。（図６（Ｂ））本実施例では、ＸｅＣｌレーザー光
（λ＝３０８ｎｍ）を用いた。本実施例では、非晶質を
有する半導体膜が溶融しない結晶化条件でパルスレーザ
ー光を照射して、触媒元素から結晶成長させることによ
り結晶性半導体膜を得た。この結晶化工程では、まず非
晶質を有する珪素膜と第１のゲート絶縁膜との界面また
は下地膜と非晶質を有する半導体膜との界面から核生成
が起こり、次第に核が成長して膜全体が結晶化する。な
お、非晶質を有する半導体膜と第１のゲート絶縁膜との
界面における（炭素、窒素、酸素、Ｎａ、Ｆｅ、Ｃｒ
等）の不純物濃度は、第１のゲート絶縁膜と第２のゲー
ト絶縁膜との界面における不純物濃度と比較して低い。

【００６３】次に、図６（Ｃ）に示すように結晶性珪素
膜と第１のゲート絶縁膜をドライエッチング法を用いて
パターニングを施し、活性層２０５、第１のゲート絶縁
膜２０３ｂを形成した。

【００６４】次に、膜厚１００ｎｍの第２のゲート絶縁
膜２０３ｃを基板全面を覆って成膜した後、第１の導電
膜としてＴａ膜２０６を２０ｎｍ、第２の導電膜として
２ｗｔ％のスカンジウムを含有した厚さ４０ｎｍのＡｌ
膜との積層膜を形成する。そして、レジストマスク２０
８を形成してＡｌ膜をパターニングし、第２の配線層２
０７ａを形成した。（図７（Ａ））

【００６５】次に、レジストマスク２０８を残したま
ま、陽極酸化装置のプローブをＴａ膜に接触させて、第
１の陽極酸化を行った。陽極酸化条件は、電解溶液に３
％のシュウ酸水溶液（温度１０℃）を用い、到達電圧８
Ｖ、電圧印加時間４０分、供給電流２０ｍＡ／１基板と
した。この工程によりポーラス型の陽極酸化物２０９が
形成された。次いで、レジストマスク２０８を除去した
後、再度、陽極酸化装置のプローブをＴａ膜に接触させ
て、第２の陽極酸化を行った。陽極酸化条件は、電解溶
液に３％の酒石酸を含むエチレングリコール溶液を用
い、電解溶液温度１０℃、到達電圧８０Ｖ、電圧印加時
間３０分、供給電圧３０ｍＡ／１基板とした。この工程
により、バリア型の陽極酸化物２１０、タンタルオキサ
イド２１１が形成された。（図７（Ｂ））実際には、タ
ンタルオキサイドに変成した領域の膜厚は増加するが、
簡略化のため図示しない。

【００６６】次に、タンタルオキサイドを酸素系のエッ
チャントガス、例えばＣＦ₄ Ｏを用いてエッチングによ
り除去した後、Ｐチャネル型ＴＦＴをレジスト（図示し
ない）で覆って、イオン注入法によりＮ型の導電性を付
与する不純物イオンの一種であるリンをゲート絶縁膜２
０３ｂ、２０３ｃを通過させて活性層（２１３〜２１
５、２２０、２２１で示される領域）に添加し、次にＮ
チャネル型ＴＦＴをレジスト（図示しない）で覆って、
イオン注入法によりＰ型の導電性を付与する不純物イオ
ンの一種であるボロンを同様にして活性層（２１７、２
１８で示される領域）に添加した。（図７（Ｃ））上記
工程において、タンタルオキサイドをエッチングして除
去する際、第２のゲート絶縁膜がエッチングストッパー
としての役割を果たす。

【００６７】次に、ポーラス型の陽極酸化物２０９を公
知の方法によりエッチングして除去し、さらにフッ素系
のエッチャントガス（例えばＣＨＦ₃ ）を用いたエッチ
ング処理を施して陽極酸化物２０９の下方に存在してい
た２１２で示される箇所を除去した後、上記不純物添加
工程と同様にゲート絶縁膜を通過させて、図７（Ｃ）で
示される工程における不純物濃度よりも低濃度の不純物
の添加を行い、Ｎ型の導電性を有する低濃度不純物領域
３０６〜３１１及びＰ型の導電性を有する低濃度不純物
領域４０４、４０５を形成した。（図８（Ａ））上記工
程においてもエッチングする際、第２のゲート絶縁膜が
エッチングストッパーとしての役割を果たす。

【００６８】Ｎ型の高濃度不純物領域に、１×１０²⁰〜
８×１０²¹atoms ／ｃｍ³ 、Ｎ型の低濃度不純物領域の
リン濃度が、１×１０¹⁵〜１×１０¹⁷atoms ／ｃｍ³ に
なるように調節する。また、リンイオン、ボロンイオン
が注入されなかった領域が後にキャリアの移動経路とな
る真性または実質的に真性なチャネル形成領域となる。

【００６９】なお、本明細書中で真性とは、シリコンの
フェルミレベルを変化させうる不純物を一切含まない領
域を指し、実質的に真性な領域とは、電子と正孔が完全
に釣り合って導電型を相殺させた領域、即ち、しきい値
制御が可能な濃度範囲（１×１０¹⁵〜１×１０¹⁷atoms
／ｃｍ³ ）でＮ型またはＰ型を付与する不純物を含む領
域、または意図的に逆導電型不純物を添加することによ
り導電型を相殺させた領域を示す。

【００７０】その後、公知の方法、例えばレーザーアニ
ールまたは熱アニールを行って、不純物イオンを活性化
させる。

【００７１】そして、基板全面に第１の層間絶縁膜を酸
化珪素膜でもって形成する。ここでは、ＣＶＰ法でもっ
て膜厚１μｍの第１の層間絶縁膜６０１を形成する。ま
た、他の層間絶縁膜の材料としては、窒化珪素膜、酸化
窒化珪素膜、透明性有機樹脂膜、例えばアクリル樹脂、
ポリイミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）を用いるこ
とができる。

【００７２】そして、コンタクトホールの形成を行い、
シリサイド化するための金属膜を選択的に設け、加熱処
理を施し、５００〜５０２、５１０、５１１、６１５、
６１６で示された領域をシリサイド化させた後、金属膜
だけを除去した。この工程を加えることによりの低抵抗
化を図り、数ＧＨｚレベルの動作周波数を実現すること
が可能となる。シリサイド化するための金属膜として
は、コバルト、チタン、タンタル、タングステン、モリ
ブデン等を主成分とする材料からなる膜を用いることが
可能である。次に、コンタクト電極を構成するための図
示しない金属膜を成膜する。ここでは、この金属膜とし
てチタン膜とアルミニウム膜とチタン膜との３層膜をス
パッタ法により成膜する。そしてこの金属膜をパターニ
ングすることにより６０２〜６０６で示される配線を形
成する。本実施例では、シリサイド化する工程を加えた
が、特になくともよい。

【００７３】次に第２の層間絶縁膜１２５として有機樹
脂膜を膜厚１μｍの厚さにスピンコート法でもって形成
する。そして、補助容量を形成するために、所定の箇所
６０８だけエッチングを施し薄くする。そして、Ｔｉか
らなる金属膜３００ｎｍを成膜した。そして、この金属
膜にパターニングを施してブラックマスク６０９と引出
し配線６１０、６１１を形成した。

【００７４】そして、第３の層間絶縁膜６１２をアクリ
ル樹脂でもって形成する。ここでは、スピンコート法で
もって膜厚１μｍの第３の層間絶縁膜６１２を形成す
る。樹脂膜を利用した場合には、図示されるようにその
表面を平坦にすることができる。

【００７５】次にコンタクトホールの形成を行い、画素
電極６１３を形成する。ここでは、まずＩＴＯ膜を１０
０ｎｍの厚さにスパッタ法でもって成膜し、これをパタ
ーニングすることにより、６１３で示される画素電極を
形成する。

【００７６】最後に３５０℃の水素雰囲気中において、
１時間の加熱処理を行い、半導体層中の欠陥を減少させ
る。こうして図８（Ｂ）に示す状態を得る。

【００７７】本実施例に示したＴＦＴ構造は、トップゲ
ート型の一例であり、特に本実施例の構造に限定される
ものではない。また、本実施例では透過型ＬＣＤを作製
した例を示したが、半導体装置の一例を示したにすぎな
い。なお、ＩＴＯに代えて画素電極を反射性の高い金属
膜で構成し、画素電極のパターニングの変更を実施者が
適宜行うことによって反射型ＬＣＤを作製することは容
易にできる。また、反射型ＬＣＤを作製する場合、下地
膜として耐熱性金属膜上に絶縁膜を積層する構造または
窒化アルミニウム上に絶縁膜を積層する構造を用いる
と、絶縁膜下の金属膜が放熱層として働き有効である。
なお、上記工程順序を実施者が適宜変更することは可能
である。

【００７８】〔実施例２〕本実施例は、実施例１とは
異なる方法により結晶性珪素膜を得る例である。本実施
例では、連続的に下地膜と初期半導体膜と第１のゲート
絶縁膜を成膜する工程において、成膜温度を４００〜５
００℃として第１のゲート絶縁膜を成膜後、レーザー結
晶化処理により結晶性珪素膜を得る方法に関する。基本
的な構成は実施例１とほぼ同様であるので、相違点のみ
に着目して説明する。

【００７９】本実施例は、下地膜と初期半導体膜（ＲＦ
─ＰＣＶＤを用いた膜厚５０ｎｍの非晶質珪素膜）と第
１のゲート絶縁膜を連続的に成膜した。この際、各膜の
成膜温度を４００〜５００℃、本実施例では４５０℃と
して全ての成膜温度を同一に制御した。このような成膜
温度とすることで、下地膜の熱処理及び非晶質を有する
半導体膜中の水素濃度の低減処理（脱水素化）を成膜と
同時に行った。さらに、第１のゲート絶縁膜の成膜と同
時に、非晶質を有する半導体膜中で核成長させた。ま
た、同じ成膜温度にすることで、各積層膜間における応
力の緩和を図ることができた。

【００８０】その後、第１のゲート絶縁膜を介してレー
ザー光を照射すると、速やかに膜全体の結晶化が行わ
れ、結晶性珪素膜を得ることができた。また、レーザー
光の照射に代えて強光の照射、例えばＲＴＡ、ＲＴＰを
用いてもよい。本実施例では、波長３０８ｎｍのエキシ
マレーザー光を用いて結晶性珪素膜を得た。実施例１に
おいては、非晶質を有する半導体膜が溶融しない条件で
パルスレーザー光を照射して、結晶成長させることによ
り結晶性半導体膜を得た。

【００８１】以降の工程は同一であるため、省略する。
こうすることにより、ＴＦＴ特性が良好なＴＦＴを作製
することができた。

【００８２】〔実施例３〕本実施例は、実施例１とは
異なる方法により結晶性珪素膜を得る例である。本実施
例では、レーザービーム形状を長方形または正方形に成
形し、一度の照射で数ｃｍ² 〜数百ｃｍ² の領域に均一
なレーザー結晶化処理により結晶性珪素膜を得る方法に
関する。基本的な構成は実施例１とほぼ同様であるの
で、相違点のみに着目して説明する。

【００８３】本実施例は、下地膜の成膜後、連続的に非
晶質珪素膜と第１のゲート絶縁膜を形成する。その後、
不活性または酸化性雰囲気中においてエキシマレーザー
光（波長２４８〜３０８ｎｍ）を照射することによって
結晶性珪素膜を得た。なお、加熱処理と同時におこなっ
てもよい。また、レーザー光の照射に代えて強光の照
射、例えばＲＴＡ、ＲＴＰを用いてもよい。

【００８４】本実施例では、波長２４８ｎｍのレーザー
ビーム形状を長方形または正方形に成形し、一度の照射
で数ｃｍ² 〜数百ｃｍ² の領域に均一なレーザー装置
（ソプラ社製のＳＡＥＬＣ）を用いて、結晶性珪素膜を
得た。このレーザー装置は、シングルショットで大面積
をアニール処理することが可能であり、且つ大出力エネ
ルギーをもっているため、核成長及び膜全体の結晶化を
行うことができる。

【００８５】以降の工程は同一であるため、省略する。
こうすることにより、ＴＦＴ特性が良好なＴＦＴを作製
することができた。

【００８６】なお、本実施例を実施例２と組み合わせる
ことは可能である。

【００８７】〔実施例４〕本実施例は、実施例１とは
異なる方法で、低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）を形成
する例を示す。本実施例では、陽極酸化物１０９を除去
後の工程において、加熱温度を４５０〜６５０℃、０．
５〜５時間として１０９の下部に存在していたＴａ膜を
全て熱酸化させる。基本的な構成は実施例１とほぼ同様
であるので、相違点のみに着目して説明する。

【００８８】本実施例は、図３（Ｂ）に示す工程までは
同一であるため省略する。図３（Ｂ）で示した状態を得
た後、酸化性雰囲気で加熱温度を４５０℃、２時間とし
て１０９の下部に存在していたＴａ膜を全て熱酸化させ
てタンタルオキサイドに変質させた。こうすることによ
り、Ｔａ膜をタンタルオキサイドで保護する構成とし
た。

【００８９】その後、タンタルオキサイドと、第１、第
２のゲート絶縁膜を介して、活性層に導電型を付与する
不純物を添加して低濃度不純物領域を形成した。なお、
本実施例では、２度の不純物イオンの添加を行ったが、
１度の不純物イオンの添加により同時に高濃度不純物領
域と低濃度不純物領域を形成すると、工程が短縮できる
ため好ましい。

【００９０】以降の工程は同一であるため、省略する。
こうすることにより、ＴＦＴ特性が良好なＴＦＴを作製
することができた。

【００９１】なお、本実施例を実施例２または３と組み
合わせることは可能である。

【００９２】〔実施例５〕本実施例は、実施例１とは
異なる方法により第１のゲート絶縁膜を得る例である。
基本的な構成は実施例１とほぼ同様であるので、相違点
のみに着目して説明する。

【００９３】本実施例では、連続的に下地膜と、非晶質
を有する半導体膜を得た後、大気にさらさずに酸化させ
て、酸化膜からなる第１のゲート絶縁膜を得る例であ
る。

【００９４】本実施例では、連続的に下地膜と、非晶質
珪素膜を得た直後に、大気にさらさずにＨｅを添加した
酸素ガスを用いてプラズマ酸化して第１のゲート絶縁膜
を得た。なお、各工程において、成膜温度を４５０℃±
２０℃の範囲で行うことが好ましい。加えて、その上に
ＰＣＶＤ法により絶縁膜を積層し、積層構造を有する第
１のゲート絶縁膜を構成してもよい。

【００９５】以降の工程は同一であるため、省略する。
こうすることにより、ＴＦＴ特性が良好なＴＦＴを作製
することができた。

【００９６】なお、本実施例を実施例２〜４と組み合わ
せることは可能である。

【００９７】〔実施例６〕本実施例は、実施例１とは
異なる方法により結晶性珪素膜および第１のゲート絶縁
膜を得る例である。本実施例では、連続的に下地膜と、
初期半導体膜として微結晶半導体膜とを成膜し、連続的
に第１のゲート絶縁膜（Ｈｅを添加した酸素ガスを用い
てプラズマ酸化）を形成する。この工程において、形成
温度を４００〜５００℃として第１のゲート絶縁膜を形
成後、レーザー結晶化処理により結晶性珪素膜を得る方
法に関する。基本的な構成は実施例１とほぼ同様である
ので、相違点のみに着目して説明する。

【００９８】本実施例は、下地膜と、微結晶を含む非晶
質を有する珪素膜と、第１のゲート絶縁膜（ＨｅとＯ₂
を用いてプラズマ酸化した酸化珪素膜）とを連続的に形
成した。なお、プラズマ窒化して得られる酸化窒化珪素
膜を用いてもよい。

【００９９】その後、第１のゲート絶縁膜を介してレー
ザー光を照射すると、膜中の微結晶から速やかに膜全体
の結晶化が行われ、結晶性珪素膜を得ることができた。
また、レーザー光の照射に代えて強光の照射、例えばＲ
ＴＡ、ＲＴＰを用いてもよい。本実施例では、波長３０
８ｎｍのエキシマレーザー光を用いて結晶性珪素膜を得
た。実施例１においては、非晶質を有する半導体膜が溶
融しない条件でパルスレーザー光を照射して、結晶成長
させることにより結晶性半導体膜を得た。

【０１００】以降の工程は同一であるため、省略する。
こうすることにより、ＴＦＴ特性が良好なＴＦＴを作製
することができた。

【０１０１】なお、本実施例を実施例２〜５と組み合わ
せることは可能である。

【０１０２】〔実施例７〕本実施例は、実施例１とは
異なる方法により第１のゲート絶縁膜および第２のゲー
ト絶縁膜を得る例である。基本的な構成は実施例１とほ
ぼ同様であるので、相違点のみに着目して説明する。

【０１０３】本実施例では、連続的に下地膜と、非晶質
を有する半導体膜と、第１のゲート絶縁膜（窒化珪素
膜）を成膜する。そして、レーザー結晶化処理により結
晶性珪素膜を得た後、第２のゲート絶縁膜（酸化珪素
膜）を成膜する。本実施例においては、ＰＣＶＤ法を用
い、ＳｉＨ₄ 、ＮＨ₃ 、Ｎ₂ を反応ガスとして成膜した
窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）からなる第１のゲート絶縁膜を
形成し、レーザー照射後、ＰＣＶＤ法を用い、ＴＥＯＳ
と酸素を反応ガスとして成膜した第２のゲート絶縁膜を
形成した。なお、酸化窒化珪素膜（ＳｉＯｘＮ_y）を形
成してもよい。なお、さらに３層以上の積層からなるゲ
ート絶縁膜としてもよい。

【０１０４】第２のゲート絶縁膜の成膜後、高速駆動を
優先する回路の領域においては、第２のゲート絶縁膜を
選択的に除去し、第１のゲート絶縁膜のみとした。この
時、第１のゲート絶縁膜と第２のゲート絶縁膜とのエッ
チング比が異なるため、第１のゲート絶縁膜をエッチン
グストッパーとして、容易に選択的に第２のゲート絶縁
膜のみ除去することができる。なお、高耐圧を優先する
回路の領域においては、第１のゲート絶縁膜と第２のゲ
ート絶縁膜が積層されている。

【０１０５】このように異なる膜質の積層からなるゲー
ト絶縁膜を構成とすることで、結晶性珪素膜と第１のゲ
ート絶縁膜との界面特性を良好なものとするとともに選
択的にＴＦＴのゲート絶縁膜の電気耐圧を向上させるこ
とができる。

【０１０６】以降の工程は概略同一であるため、省略す
る。こうすることにより、ゲート絶縁膜の膜厚が異なる
ＴＦＴを同一基板上に作製することができた。

【０１０７】なお、本実施例を実施例２〜６と組み合わ
せることは可能である。

【０１０８】〔実施例８〕実施例１〜７に示したアク
ティブマトリクス基板を、公知の技術により液晶を介し
て対向基板と貼り合わせて作製されたＡＭＬＣＤは、様
々な電子機器のディスプレイとして利用される。なお、
本実施例に挙げる電子機器とは、半導体回路を搭載した
半導体装置と定義する。

【０１０９】その様な電子機器としては、ビデオカメ
ラ、スチルカメラ、プロジェクター、プロジェクション
ＴＶ、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーショ
ン、パーソナルコンピュータ（ノート型を含む）、携帯
情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話等）などが
挙げられる。それらの一例を図１１に示す。

【０１１０】図１１（Ａ）はモバイルコンピュータ（モ
ービルコンピュータ）であり、本体２００１、カメラ部
２００２、受像部２００３、操作スイッチ２００４、表
示装置２００５で構成される。本願発明は受像部２００
３、表示装置２００５等に適用できる。

【０１１１】図１１（Ｂ）はヘッドマウントディスプレ
イであり、本体２１０１、表示装置２１０２、バンド部
２１０３で構成される。本発明は表示装置２１０２に適
用することができる。

【０１１２】図１１（Ｃ）は携帯電話であり、本体２２
０１、音声出力部２２０２、音声入力部２２０３、表示
装置２２０４、操作スイッチ２２０５、アンテナ２２０
６で構成される。本願発明は音声出力部２２０２、音声
入力部２２０３、表示装置２２０４等に適用することが
できる。

【０１１３】図１１（Ｄ）はビデオカメラであり、本体
２３０１、表示装置２３０２、音声入力部２３０３、操
作スイッチ２３０４、バッテリー２３０５、受像部２３
０６で構成される。本願発明は表示装置２３０２、音声
入力部２３０３、受像部２３０６に適用することができ
る。

【０１１４】図１１（Ｅ）はリア型プロジェクターであ
り、本体２４０１、光源２４０２、表示装置２４０３、
ミラー（偏光ビームスプリッタ等）２４０４、２４０
５、スクリーン２４０６で構成される。本発明は表示装
置２４０３に適用することができる。

【０１１５】図１１（Ｆ）は携帯書籍であり、本体２５
０１、表示装置２５０２、２５０３、記憶媒体２５０
４、操作スイッチ２５０５、アンテナ２５０６で構成さ
れる。記憶媒体（ＭＤ、ＤＶＤ等）に記憶されたデータ
またはアンテナ（たとえば衛星アンテナ等）から得られ
るデータを表示する。本発明は表示装置２５０２、２５
０３に適用することができる。

【０１１６】以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広
く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能であ
る。また、他にも電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ
などにも活用することができる。

【０１１７】〔実施例９〕上記実施例１〜７に示した
ＴＦＴは、ＡＭＬＣＤに適用した例を示したが、ＡＭＬ
ＣＤ以外にも他の様々な電気光学装置や半導体回路に適
用できる。

【０１１８】ＡＭＬＣＤ以外の電気光学装置としては、
ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置やイメージ
センサ等を挙げることができる。

【０１１９】また、半導体回路としては、ＩＣチップで
構成されるマイクロプロセッサのような演算処理回路、
携帯機器の入出力信号を扱う高周波モジュール（ＭＭＩ
Ｃ等）が挙げられる。

【０１２０】このように、本発明は絶縁ゲート型ＴＦＴ
からなる回路によって機能する全ての半導体装置に対し
て適用することが可能である。

【０１２１】

【発明の効果】本発明を利用した半導体装置は、活性
層、特にチャネル形成領域と第１のゲート絶縁膜との界
面特性を良好なものとすることができるため、電気特性
の高い半導体装置を得ることができる。

【０１２２】また、従来のアルミニウムの単層ゲート配
線では、アルミニウム材料の耐熱性が低かったため、４
５０℃程度の加熱処理しか施せなかった。加えて、従来
の構成では、４５０℃程度の加熱処理であってもアルミ
ニウム原子がゲート絶縁膜や活性層に拡散している可能
性が大きく、ＴＦＴ特性の低下やバラツキが生じてい
た。

【０１２３】しかし、本発明はゲート配線の第２配線層
をバリア型の陽極酸化物と第１配線層とで保護する構造
とするため、第２配線層の変形及びＡｌ原子の拡散を防
止することができ、ゲート配線形成以後の加熱温度の上
限を５００〜６５０℃程度に設定することができた。

【０１２４】従って、ゲート配線形成以後、ソース領域
およびドレイン領域における不純物の活性化のための加
熱処理、ドーピング工程で損傷した活性層の結晶構造の
回復のための加熱処理を行うことが可能となった。

【０１２５】加えて、第２配線層からの金属元素の拡散
が第１配線層でブロッキングされているため、活性層、
特にチャネル形成領域と第１のゲート絶縁膜との界面の
不純物濃度を非晶質を有する半導体膜の成膜直後の状態
と概略同一の不純物濃度とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作製工程の一例を示す断面図（実
施の形態）

【図２】本発明の作製工程の一例を示す断面図（実
施の形態）

【図３】本発明の作製工程の一例を示す断面図（実
施の形態）

【図４】本発明の作製工程の一例を示す断面拡大図
（実施の形態）

【図５】本発明の作製工程の一例を示す上面図及び
断面図（実施例１）

【図６】本発明の作製工程の一例を示す断面図（実
施例１）

【図７】本発明の作製工程の一例を示す断面図（実
施例１）

【図８】本発明の作製工程の一例を示す断面図（実
施例１）

【図９】本発明の作製工程の一例を示す断面図（実
施例１）

【図１０】アクティブマトリクス基板の外観図

【図１１】電気機器

【符号の説明】

１００基板１０１非晶質を有する半導体膜１０２ａ第１のゲート絶縁膜１０２ｂ第１のゲート絶縁膜（パターニング
後）１０２ｃ第２のゲート絶縁膜１０３結晶性半導体膜１０４活性層１０５第１の導電膜１０６第２の導電膜１０７ａ第２の配線層１０８レジスト１０９ポーラス型の陽極酸化物１１０バリア型の陽極酸化物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１８Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性を有する表面上に結晶性半導体膜か
らなる活性層と、前記活性層の上面に接する第１の絶縁
膜と、前記活性層の側面に接し、且つ前記第１の絶縁膜
の上面及び側面に接する第２の絶縁膜と、前記第２の絶
縁膜上に接する多層構造を有するゲート配線とを有する
ことを特徴とする半導体素子からなる半導体回路を備え
た半導体装置。
【請求項２】絶縁性を有する表面上に結晶性半導体膜か
らなる活性層と、前記活性層の上面に接する第１の絶縁
膜と、前記活性層の側面に接し、且つ前記第１の絶縁膜
の上面及び側面に接する第２の絶縁膜と、前記第２の絶
縁膜上に接する多層構造を有するゲート配線とを有し、
前記第２の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜と比較して膜厚
が厚いことを特徴とする半導体素子からなる半導体回路
を備えた半導体装置。
【請求項３】請求項１または請求項２において、前記結
晶性半導体膜は、絶縁性を有する表面上に初期半導体膜
と第１の絶縁膜を連続的に形成する工程と、前記第１の
絶縁膜を介して赤外光または紫外光を照射することによ
り前記初期半導体膜を溶融させることなく結晶化する工
程とを少なくとも経て形成された結晶性半導体膜である
ことを特徴とする半導体素子からなる半導体回路を備え
た半導体装置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか一において、前
記第１の絶縁膜と前記活性層との界面における不純物濃
度は、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面における不
純物濃度よりも低いことを特徴とする半導体素子からな
る半導体回路を備えた半導体装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか一において、前
記多層構造を有するゲート配線は、アルミニウム、タン
タル、モリブデン、チタン、クロム、シリコンから選ば
れた一種の元素を主成分とする層を少なくとも一層含む
ことを特徴とする半導体素子からなる半導体回路を備え
た半導体装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれか一において、前
記ゲート配線は第１の導電膜上に第２の導電膜が積層さ
れた多層構造を有しており、前記第１の導電膜は、タン
タルまたはタンタルを主成分とする材料からなり、前記
第２の導電膜は、アルミニウムまたはアルミニウムを主
成分とする材料からなることを特徴とする半導体素子か
らなる半導体回路を備えた半導体装置。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれか一において、前
記活性層は、ソース領域と、ドレイン領域と、前記ソー
ス領域と前記ドレイン領域の間に形成されたチャネル形
成領域とを有していることを特徴とする半導体素子から
なる半導体回路を備えた半導体装置。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれか一において、ソ
ース領域及びドレイン領域上には、第１の絶縁膜または
第２の絶縁膜を有していることを特徴とする半導体素子
からなる半導体回路を備えた半導体装置。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれか一において、前
記第１の絶縁膜の膜厚は、１〜５０ｎｍであることを特
徴とする半導体素子からなる半導体回路を備えた半導体
装置。
【請求項１０】請求項１乃至９のいずれか一において、
前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜との総膜厚は、１
００〜２００ｎｍであることを特徴とする半導体素子か
らなる半導体回路を備えた半導体装置。
【請求項１１】請求項１乃至１０のいずれか一におい
て、前記ソース領域およびドレイン領域の少なくとも一
部は、シリサイドであることを特徴とする半導体素子か
らなる半導体回路を備えた半導体装置。
【請求項１２】絶縁性を有する表面上に初期半導体膜と
第１の絶縁膜とを連続形成する工程と、前記第１の絶縁
膜を介して赤外光または紫外光を照射することにより前
記初期半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を得る工程
と、前記結晶性半導体膜及び前記第１の絶縁膜をパター
ニングして、前記結晶性半導体膜の端面と前記第１の絶
縁膜の端面を一致させる工程と、前記結晶性半導体膜及
び第１の絶縁膜を覆って第２の絶縁膜を形成する工程
と、前記絶縁膜上に多層構造を有するゲート配線を形成
する工程と、を有する半導体素子からなる半導体回路を
備えた半導体装置の作製方法。
【請求項１３】絶縁基板上に、下地膜と初期半導体膜と
第１の絶縁膜とを連続形成する工程と、前記第１の絶縁
膜を介して赤外光または紫外光を照射することにより前
記初期半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を得る工程
と、前記結晶性半導体膜及び前記第１の絶縁膜をパター
ニングして、前記結晶性半導体膜の端面と前記第１の絶
縁膜の端面を一致させる工程と、前記結晶性半導体膜及
び第１の絶縁膜を覆って第２の絶縁膜を形成する工程
と、前記絶縁膜上に多層構造を有するゲート配線を形成
する工程と、を有する半導体素子からなる半導体回路を
備えた半導体装置の作製方法。
【請求項１４】請求項１２または請求項１３において、
多層構造を有するゲート配線を形成する工程は、絶縁膜
上に第１の金属膜を形成する工程と、前記第１の金属膜
上に接して第２の金属膜を形成する工程と、前記第２の
金属膜をパターニングして、前記第１の金属膜上に前記
第２の配線層を形成する工程と、前記第１の金属膜に電
圧を印加することによって、前記第２の配線層を陽極酸
化するとともに、前記第１の金属膜を陽極酸化する工程
と、前記第１の金属膜の陽極酸化膜を選択的に除去し
て、第１の配線層を形成する工程とを有する半導体素子
からなる半導体回路を備えた半導体装置の作製方法。
【請求項１５】請求項１２乃至１４のいずれか一におい
て、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜を介して、導電型を
付与する不純物イオンを前記結晶性半導体膜に添加する
工程を有することを特徴とする半導体素子からなる半導
体回路を備えた半導体装置の作製方法。
【請求項１６】請求項１２乃至１５のいずれか一におい
て、結晶性半導体膜を得る工程は、前記初期半導体膜を
溶融させることなく前記初期半導体膜を結晶化させるこ
とを特徴とする半導体素子からなる半導体回路を備えた
半導体装置の作製方法。