JP2000068522A

JP2000068522A - Ｍｉｓ型半導体装置

Info

Publication number: JP2000068522A
Application number: JP11220092A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Yasuhiko Takemura; 保彦竹村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1993-01-18
Filing date: 1999-08-03
Publication date: 2000-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】ＭＩＳ型半導体素子の信頼性を向上せしめ
る。【解決手段】第１の薄膜トランジスタを含むアクティ
ブマトリクス回路と、第２の薄膜トランジスタを含むド
ライバー回路と、第３の薄膜トランジスタを含む制御回
路とを有するＭＩＳ型半導体装置であって、第１、第２
及び第３の薄膜トランジスタは、活性領域と、オフセッ
ト領域と、ソース領域及びドレイン領域とを有する半導
体膜と、配線と、配線の少なくとも側面に形成された陽
極酸化膜とをそれぞれ有しており、オフセット領域上に
は絶縁膜を介して陽極酸化膜が存在しており、絶縁膜は
ソース領域及びドレイン領域上には設けられていないこ
とを特徴とするＭＩＳ型半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属（Ｍ）−絶縁
物（Ｉ）−半導体（Ｓ）型半導体装置、いわゆるＭＩＳ
型半導体装置（絶縁ゲイト型半導体装置ともいう）の作
製方法に関する。ＭＩＳ型半導体装置には、例えば、Ｍ
ＯＳトランジスタ、薄膜トランジスタ等が含まれる。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＭＩＳ型半導体装置は自己整合法
（セルフアライン法）を用いて作製されてきた。この方
法は半導体基板もしくは半導体被膜上にゲイト絶縁膜を
介してゲイト配線（電極）を形成し、このゲイト配線を
マスクとして、前記半導体基板もしくは半導体被膜中に
不純物を導入するものである。不純物を導入する手段と
しては、熱拡散法、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が用いられる。このような手
段によって、ゲイト電極との端部と不純物領域（ソー
ス、ドレイン）の端部がほぼ一致し、ゲイト電極と不純
物領域が重なるオーバーラップ状態（寄生容量の発生の
原因）やゲイト電極と不純物領域が離れるオフセット状
態（実効移動度の低下の原因）をなくすことができた。

【０００３】ただし、従来の工程では、不純物領域と、
それに隣接し、ゲイト電極の下部にある活性領域（チャ
ネル形成領域）のキャリヤ濃度の空間的変化が大きすぎ
て、著しく大きな電界を生じせしめ、特にゲイト電極に
逆バイアス電圧を印加した場合のリーク電流（ＯＦＦ電
流）が増大するという問題があった。この問題に対して
は、本発明人らは、ゲイト電極と不純物領域とをわずか
にオフセット状態とすることによって改善できることを
見出した。そして、このオフセット状態を実現せしめる
ために、ゲイト電極を陽極酸化可能な材料によって形成
し、陽極酸化の結果、生成された陽極酸化膜をもマスク
として不純物導入をおこなうことによって、一定の大き
さのオフセット状態を再現性よく得ることを見出した。

【０００４】また、イオン注入法、プラズマドーピング
法のごとき高速イオンを半導体基板もしくは半導体被膜
に照射することによって不純物導入をおこなう方法にお
いては、イオンの侵入した部分の半導体基板もしくは半
導体被膜の結晶性が損なわれるため、結晶性を改善せし
めること（活性化）が必要とされた。従来は、主として
６００℃以上の温度において熱的に結晶性の改善をおこ
なったが、近年にはプロセスの低温化が求められる傾向
にあり、本発明人等は、レーザーもしくはそれと同等な
強光を照射することによっても活性化をおこなえるこ
と、およびその量産性が優れていることをも示した。

【０００５】図２に示すのは、上記の思想に基づいた薄
膜トランジスタの作製工程である。まず、基板２０１上
に下地絶縁膜２０２を堆積し、さらに、島状の結晶性半
導体領域２０３を形成し、これを覆って、ゲイト絶縁膜
として機能する絶縁膜２０４を形成する。そして、陽極
酸化可能な材料を用いてゲイト配線２０５を形成する。
（図２（Ａ））

【０００６】次に、ゲイト配線を陽極酸化し、ゲイト配
線の表面に適当な厚さ、例えば、３００ｎｍ以下、好ま
しくは２５０ｎｍ以下の陽極酸化物２０６を形成する。
そして、この陽極酸化物をマスクとして、イオン注入
法、イオンドーピング法等の手段によって、自己整合的
に不純物（例えば、燐（Ｐ））を照射し、不純物領域２
０７を形成する。（図２（Ｂ））その後、上面からレーザー光等の強光を照射することに
よって不純物の導入された領域の活性化をおこなう。
（図２（Ｃ））最後に、層間絶縁物２０８を堆積し、不純物領域にコン
タクトホールを形成して、これに接続する電極２０９を
形成して、薄膜トランジスタが完成する。（図２
（Ｄ））

【０００７】

【発明が解決しようする課題】しかしながら、上記に示
した方法では、不純物領域と活性領域（ゲイト電極の直
下の半導体領域で不純物領域に挟まれている）の境界
（図２（Ｃ）において、Ｘで指示する）の物性が不安定
であり、長時間の使用においてはリーク電流の増大等の
問題が生じ、信頼性が低下することが明らかになった。
すなわち、工程から明らかなように、活性領域は実質的
に、最初から結晶性は変化しない。一方、活性領域に隣
接する不純物領域は、最初、活性領域と同じ結晶性を有
しているが、多量（〜１０１５ｃｍ−２）の不純物導入
の過程で結晶性が破壊される。不純物領域は後のレーザ
ー照射工程によって回復されるが、当初の結晶性と同じ
状態を再現することは難しく、特に不純物領域の中でも
活性領域に接する部分は、レーザー照射の際に影となる
可能性が高く、十分な活性化がおこなえないことが明ら
かになった。

【０００８】すなわち、不純物領域と活性領域の結晶性
が不連続であり、このためトラップ準位等が発生しやす
い。特に不純物の導入方法として高速イオンを照射する
方式を採用した場合には、不純物イオンが散乱によっ
て、ゲイト電極部の下に回り込み、その部分の結晶性を
破壊する。そして、このようなゲイト電極部の下の領域
はゲイト電極部が影となってレーザー等によって活性化
することが不可能であった。

【０００９】この問題点を解決する一つの方法は、裏面
からレーザー等の光照射をおこなって、活性化すること
である。この方法では、ゲイト配線が影とならないの
で、活性領域と不純物領域の境界も十分に活性化され
る。しかし、この場合には基板材料が光を透過すること
が必要であり、当然のことながら、シリコンウェファー
等を用いる場合には利用できない。また、多くのガラス
基板は３００ｎｍ以下の紫外光を透過することは難しい
ので、例えば、量産性に優れたＫｒＦエキシマーレーザ
ー（波長２４８ｎｍ）は利用できない。本発明は、かか
る問題点を顧みてなされたものであり、活性領域と不純
物領域の結晶性の連続性を達成することによって、信頼
性の高いＭＩＳ型半導体装置、例えば、ＭＯＳトランジ
スタや薄膜トランジスタを得ることを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザーもし
くはフラッシュランプ等の強力な光源より発せられる光
エネルギーを上面より不純物領域に照射してこれを活性
化せしめる際に、不純物領域のみでなくそれに隣接する
活性領域の一部、特に不純物領域と活性領域の境界部分
にも光エネルギーを照射するものであり、かかる目的を
遂行するために不純物導入の前もしくは後に、ゲイト電
極部を構成する材料の一部を除去することによって、該
境界部を照射される光に対して実質的に透明な状態とす
ることを特徴とする。

【００１１】本発明は、結晶性の半導体基板もしくは半
導体被膜上にゲイト絶縁膜として機能する絶縁被膜を形
成したのち、陽極酸化可能な材料によってゲイト配線
（ゲイト電極）を形成し、これを陽極酸化し、その表面
に陽極酸化物（第１の陽極酸化物）を形成する工程と、
このようにして陽極酸化可能な材料とその陽極酸化物よ
りなるゲイト電極部、あるいはゲイト電極部に由来する
ものをマスクとして自己整合的に不純物を半導体基板も
しくは半導体被膜中に導入する工程と、前記不純物導入
工程の前もしくは後で先に形成された第１の陽極酸化物
の一部もしくは全部を除去して、不純物領域と活性領域
の境界もしくはその近傍に光エネルギーが照射できる状
態とし、この状態で光エネルギーを照射して、不純物領
域の活性化をおこなう工程とを有する。

【００１２】さらに必要であれば、ゲイト電極を再び陽
極酸化することによってその表面を絶縁性の高い陽極酸
化物（第２の陽極酸化物）で被覆し、また、層間絶縁物
等を設けて上部配線との容量結合を低下させる構造とし
てもよいことはいうまでもない。陽極酸化を使用するに
おいては、通常は電解溶液を利用する湿式法を用いる
が、その他に公知の減圧プラズマ中での方式（乾式法）
を用いてもよいことはいうまでもない。さらに、湿式法
によって得られる陽極酸化物としても、緻密で耐圧の高
いバリヤ型であっても、多孔質で耐圧の低い多孔質型で
あってもよく、これらを適当に組み合わせてもよい。

【００１３】また、本発明において用いることが好まし
い陽極酸化可能な材料としては、アルミニウム、チタ
ン、タンタル、シリコン、タングステン、モリブテンで
ある。これらの材料の単体もしくは合金を単層もしくは
多層構造としてゲイト電極とするとよい。これらの材料
にさらに微量の他の元素を加えてもよいことは言うまで
もない。さらに陽極酸化以外の他の適切な酸化方法を用
いて配線を酸化してもよいことは言うまでもない。

【００１４】さらに、本発明において用いられる光エネ
ルギーの源泉（ソース）としては、ＫｒＦレーザー（波
長２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌレーザー（３０８ｎｍ）、Ａ
ｒＦレーザー（１９３ｎｍ）、ＸｅＦレーザー（３５３
ｎｍ）等のエキシマーレーザーや、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
ー（１０６４ｎｍ）およびその第２、第３、第４高調
波、炭酸ガスレーザー、アルゴンイオンレーザー、銅蒸
気レーザー等のコヒーレント光源、およびキセノンフラ
ッシュランプ、クリプトンアークランプ、ハロゲンラン
プ等の非コヒーレント光源が適している。

【００１５】このような工程で得られたＭＩＳ型半導体
装置は、上方から見たときに、不純物領域（ソース、ド
レイン）の接合とゲイト電極部（ゲイト電極もしくはこ
れに付随している陽極酸化物を含む）が実質的に同一形
状であり（相似形であること）、しかも、ゲイト電極
（導伝面を境界とする。陽極酸化物等の付随物は含まな
い）と不純物領域がオフセット状態となっていることが
特徴である。また、第２の陽極酸化物等の酸化物を有し
ない場合にはゲイト電極の周囲には陽極酸化物がなく、
かつ、不純物領域とゲイト電極がオフセット状態となっ
ている。オフセットの幅は０．１〜０．５μｍが好まし
い。

【００１６】本発明においては第１の陽極酸化物を形成
したのち、その一部を残存せしめ、これを挟んで上部配
線を形成して、第１の陽極酸化物を絶縁材料とするキャ
パシタを構成することもできる。この場合にはＭＩＳ型
半導体装置のゲイト電極として機能している部分のゲイ
ト電極部における陽極酸化物の厚さとキャパシタ部分の
酸化物の厚さが異なることがあり、それぞれの厚さはそ
れぞれの目的に応じて決定すればよい。同様に、第２の
陽極酸化物等の酸化物を形成する工程で、例えば、配線
ごとに印加電圧を加減することによって同一基板上であ
っても陽極酸化物の厚さを変更することもできる。この
場合にもゲイト電極部の陽極酸化物等の酸化物の厚さと
キャパシタ（あるいは配線の交差する部分）の酸化物の
厚さを異なるものとしてもよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】

【００１８】

【実施例】〔実施例１〕図１に本実施例を示す。本実
施例は絶縁基板上に薄膜トランジスタを形成するもので
ある。基板１０１は、ガラス基板で、例えば、コーニン
グ７０５９等の無アルカリガラス基板や石英基板等を使
用できる。コストを考慮して、ここではコーニング７０
５９基板を用いた。これに下地の酸化膜として酸化珪素
膜１０２を堆積した。酸化珪素膜の堆積方法は、例え
ば、スパッタ法や化学的気相成長法（ＣＶＤ法）を使用
できる。ここでは、ＴＥＯＳ（テトラ・エトキシ・シラ
ン）と酸素を材料ガスとして用いて、プラズマＣＶＤ法
によって成膜をおこなった。基板温度は２００〜４００
℃とした。この下地酸化珪素膜の厚さは、５００〜２０
００Åとした。

【００１９】次いで、アモルファスシリコン膜を堆積
し、これを島状にパターニングした。アモルファスシリ
コン膜の堆積方法としてはプラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶ
Ｄ法が用いられる。ここでは、モノシラン（ＳｉＨ４）
を材料ガスとして、プラズマＣＶＤ法によってアモルフ
ァスシリコン膜を堆積した。このアモルファスシリコン
膜の厚さは２００〜７００Åとした。そして、これにレ
ーザー光（ＫｒＦレーザー、波長２４８ｎｍ、パルス幅
２０ｎｓｅｃ）を照射した。レーザー照射前には基板を
真空中で０．１〜３時間、３００〜５５０℃に加熱し
て、アモルファスシリコン膜に含有されている水素を放
出させた。レーザーのエネルギー密度は２５０〜４５０
ｍＪ／ｃｍ２とした。また、レーザー照射時には、基板
を２５０〜５５０℃に加熱した。この結果、アモルファ
スシリコン膜は結晶化し、結晶性シリコン膜となった。

【００２０】次いで、ゲイト絶縁膜として機能する酸化
珪素膜１０４を厚さ８００〜１２００Å形成した。ここ
ではその作製方法は下地酸化珪素膜１０２と同じ方法を
採用した。さらに、陽極酸化可能な材料、例えば、アル
ミニウム、タンタル、チタン等の金属、シリコン等の半
導体、窒化タンタル、窒化チタン等の導電性金属窒化物
を用いてゲイト電極１０５を形成した。ここではタンタ
ルを使用し、その厚さは２０００〜１００００Åとし
た。（図１（Ａ））

【００２１】その後、ゲイト電極を陽極酸化し、その表
面に厚さ１５００〜２５００Åの陽極酸化物（第１の陽
極酸化物）１０６を形成した。陽極酸化は、１〜５％の
クエン酸のエチレングリコール溶液中に基板を浸し、全
てのゲイト配線を統合して、これを正極とし、一方、白
金を負極として、印加する電圧を１〜５Ｖ／分で昇圧す
ることによっておこなった。さらに、プラズマドーピン
グ法によって、ボロン（Ｂ）もしくは燐（Ｐ）のイオン
を照射して不純物領域１０７を形成した。イオンの加速
エネルギーはゲイト絶縁膜１０４の厚さによって変更さ
れるが、典型的にはゲイト絶縁膜が１０００Åの場合に
は、ボロンでは５０〜６５ｋｅＶ、燐では６０〜８０ｋ
ｅＶが適していた。また、ドーズ量は２×１０１４ｃｍ
−２〜６×１０１５ｃｍ−２が適していたが、ドーズ量
が低いほど信頼性の高い素子が得られることが明らかに
なった。このように陽極酸化物が存在する状態で不純物
の導入をおこなった結果、ゲイト電極（タンタル）と不
純物領域はオフセットの状態となった。なお、図で示し
た不純物領域の範囲は名目的なもので、実際にはイオン
の散乱等によって回り込みがあることはいうまでもな
い。（図１（Ｂ））

【００２２】さて、不純物ドーピングが終了した後、第
１の陽極酸化物１０６のみをエッチングした。エッチン
グは、四フッ化炭素（ＣＦ４）と酸素のプラズマ雰囲気
中でおこなった。四フッ化炭素（ＣＦ４）と酸素の比率
（流量比）は、ＣＦ４／Ｏ２＝３〜１０とした。このよ
うな条件ではタンタルの陽極酸化物である五酸化二タン
タルはエッチングされるが、酸化珪素はエッチングされ
ない。このようにして、ゲイト配線１０５およびゲイト
絶縁膜である酸化珪素膜１０４をエッチングすることな
く、陽極酸化物１０６のみをエッチングすることができ
た。その結果、図１（Ｃ）に示すように不純物領域１０
７とそれにはさまれた活性領域の境界（ｘと指示）が現
れた。そして、このような状態でレーザー照射によって
不純物領域の活性化をおこなった。レーザーはＫｒＦエ
キシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓ
ｅｃ）を使用し、レーザーのエネルギー密度は２５０〜
４５０ｍＪ／ｃｍ２とした。また、レーザー照射時に
は、基板を２５０〜５５０℃に加熱すると、より効果的
に活性化できた。典型的には、燐がドープされたもので
ドーズ量が１×１０１５ｃｍ−２、基板温度２５０℃、
レーザーエネルギー３００ｍＪ／ｃｍ２で５００〜１０
００Ω／□のシート抵抗が得られた。

【００２３】また、本実施例では不純物領域と活性領域
の境界（ｘと指示）もレーザーによって照射されるの
で、従来の作製プロセスで問題となった境界の部分の劣
化による信頼性の低下は著しく減少した。なお、本工程
では露出されたゲイト配線にレーザー光が照射するの
で、配線表面は十分にレーザー光を反射するか、あるい
は配線自体が十分な耐熱性を有していることが望まれ
る。タンタルは融点が３０００℃以上であるので問題は
なかったが、アルミニウムのごとき融点の低い材料をも
ちいる場合には注意が必要で、上面に耐熱材料を設ける
等の工夫をすることが望まれる。（図１（Ｃ））

【００２４】その後、再びゲイト配線に電流を通じて陽
極酸化をおこない、陽極酸化物（第２の陽極酸化物）１
０８を厚さ１０００〜２５００Å形成した。この陽極酸
化物１０８は導体面が後退することによって、薄膜トラ
ンジスタのオフセットの大きさを決定するとともに、上
部配線との短絡を防止するためのものでもあるので、そ
の目的に適切な厚さが選択される必要がある。もちろ
ん、場合によってはこのような陽極酸化物を形成せずと
もよい。（図１（Ｄ））最後に層間絶縁物として酸化珪素膜１０９を厚さ２００
０〜１０００Å、例えばＴＥＯＳを材料ガスとしたプラ
ズマＣＶＤ法によって形成し、これにコンタクトホール
を穿って金属等の材料、例えば厚さ２００Åの窒化チタ
ンと厚さ５０００Åのアルミニウムの多層膜からなる電
極１１０を不純物領域に接続して、薄膜トランジスタが
完成された。（図１（Ｅ））

【００２５】〔実施例２〕図３および図４に本実施例
を示す。図３は、図４（上面図）の一点鎖線での断面図
である。まず、基板（コーニング７０５９）３０１上に
下地の酸化珪素膜を形成し、さらに、アモルファスシリ
コン膜を厚さ１０００〜１５００Å形成した。そして、
窒素もしくはアルゴン雰囲気において、６００℃で２４
〜４８時間アニールすることにより、アモルファスシリ
コンを結晶化せしめた。このようにして結晶性の島状シ
リコン３０２を形成した。さらに、ゲイト絶縁膜として
機能する厚さ１０００Åの酸化珪素膜３０３を堆積し、
タンタルの配線（厚さ５０００Å）３０４、３０５、３
０６を形成した。（図３（Ａ））

【００２６】そして、これらの配線３０４〜３０６に電
流を通じ、その表面に厚さ２０００〜２５００Åの第１
の陽極酸化物３０７、３０８、３０９を形成した。そし
て、このような処理がなされた配線をマスクとして、プ
ラズマドーピング法によってシリコン膜３０２中に不純
物を導入し、不純物領域３１０を形成した。（図３
（Ｂ）および図４（Ａ））次に第１の陽極酸化物３０７〜３０９のみをエッチング
して、配線の表面を露出させ、この状態でＫｒＦエキシ
マーレーザー光を照射することによって活性化をおこな
った。（図３（Ｃ））

【００２７】その後、配線３０６のうち、コンタクトホ
ールを形成する部分にのみ厚さ１〜５μｍのポリイミド
の被膜３１１を設けた。ポリイミドとしては、パターニ
ングの容易さから感光性のものが使用しやすい。（図３
（Ｄ）および図４（Ｂ））そして、この状態で配線３０４〜３０６に電流を通じ、
厚さ２０００〜２５００Åの第２の陽極酸化物３１２、
３１３、３１４を形成した。ただし、先にポリイミドが
設けられた部分は陽極酸化されず、コンタクトホール３
１５が残る。（図３（Ｅ））

【００２８】最後に層間絶縁物として厚さ２０００〜５
０００Åの酸化珪素膜３１６を堆積し、コンタクトホー
ルを形成した。また、配線３０５の一部（図４（Ｃ）の
点線で囲まれた部分３１９）では層間絶縁物を全て除去
して第２の陽極酸化物３１３を露出せしめた。そして、
窒化タンタル（厚さ５００Å）とアルミニウム（厚さ３
５００Å）の多層膜を用いた配線・電極３１７、３１８
を形成し、回路を完成させた。このとき、配線３１８は
３１９で配線３０５とキャパシタンスを構成し、さら
に、コンタクト３２０で配線３０６に接続している。
（図３（Ｆ）および図４（Ｃ））

【００２９】〔実施例３〕図５に本実施例を示す。基
板（コーニング７０５９）５０１上に下地の酸化珪素膜
を形成し、さらに、アモルファスシリコン膜を厚さ１０
００〜１５００Å形成した。そして、窒素もしくはアル
ゴン雰囲気において、６００℃で２４〜４８時間アニー
ルすることにより、アモルファスシリコンを結晶化せし
めた。このようにして結晶性の島状シリコン５０２を形
成した。さらに、ゲイト絶縁膜として機能する厚さ１０
００Åの酸化珪素膜５０３を堆積し、タンタルの配線
（厚さ５０００Å）５０４、５０５、５０６を形成し
た。（図５（Ａ））

【００３０】そして、これらの配線を陽極酸化し、配線
の側面および上面に厚さ５００〜１５００Åの陽極酸化
物被膜５０７、５０８、５０９を形成した。そして、こ
のように処理された配線をマスクとして、プラズマドー
ピング法によってシリコン膜５０２中に不純物を導入
し、不純物領域５１０を形成した。（図５（Ｂ））

【００３１】次に陽極酸化物５０７〜５０９のみをエッ
チングして、不純物領域５１０と不純物領域に挟まれた
活性領域の境界を露出させ、この状態でＫｒＦエキシマ
ーレーザー光を照射することによって活性化をおこなっ
た。（図５（Ｃ））その後、配線５０４を覆って、厚さ１〜５μｍのポリイ
ミドの被膜を設けた。ポリイミドとしては、パターニン
グの容易さから感光性のものが使用しやすい。（図５
（Ｄ））そして、この状態で配線５０４〜５０６に電流を通じ、
厚さ２０００〜２５００Åの陽極酸化物５１３、５１４
を形成した。ただし、配線５０４のうち先にポリイミド
が設けられた部分５１２は陽極酸化されなかった。（図
５（Ｅ））

【００３２】最後に層間絶縁物として厚さ２０００〜５
０００Åの酸化珪素膜５１５を堆積し、不純物領域５１
０にコンタクトホールを形成した。また、配線５０６の
一部では層間絶縁物を全て除去して陽極酸化物５１４を
露出せしめた。そして、窒化チタン（厚さ５００Å）と
アルミニウム（厚さ３５００Å）の多層膜を用いた配線
・電極５１６、５１７を形成し、回路を完成させた。こ
のとき、配線５１７は５１８で配線５０６と陽極酸化物
５１４を誘電体とするキャパシタを構成する。（図５
（Ｆ））

【００３３】〔実施例４〕図６に本実施例を示す。本
実施例は絶縁基板上に薄膜トランジスタを形成するもの
である。基板６０１上に下地の酸化膜として酸化珪素膜
６０２を堆積した。次いで、アモルファスシリコン膜を
堆積し、これを島状にパターニングした。そして、これ
にレーザー光（ＫｒＦレーザー、波長２４８ｎｍ、パル
ス幅２０ｎｓｅｃ）を照射した。レーザー照射前には基
板を真空中で０．１〜３時間、３００〜５５０℃に加熱
して、アモルファスシリコン膜に含有されている水素を
放出させた。レーザーのエネルギー密度は２５０〜４５
０ｍＪ／ｃｍ２とした。また、レーザー照射時には、基
板を２５０〜５５０℃に加熱した。この結果、アモルフ
ァスシリコン膜は結晶化し、結晶性シリコン膜６０３と
なった。

【００３４】次いで、ゲイト絶縁膜として機能する酸化
珪素膜６０４を厚さ８００〜１２００Å形成した。さら
に、アルミニウムを用いてゲイト電極６０５を形成し
た。その厚さは２０００〜１００００Åとした。（図６
（Ａ））その後、ゲイト電極を陽極酸化し、その表面に厚さ１５
００〜２５００Åの陽極酸化物（第１の陽極酸化物）６
０６を形成した。陽極酸化は、１〜５％の酒石酸酸のエ
チレングリコール溶液中に基板を浸し、全てのゲイト配
線を統合して、これを正極とし、一方、白金を負極とし
て、印加する電圧を１〜５Ｖ／分で昇圧することによっ
ておこなった。さらに、プラズマドーピング法によっ
て、ボロン（Ｂ）もしくは燐（Ｐ）のイオンを照射して
不純物領域６０７を形成した。（図６（Ｂ））

【００３５】不純物ドーピングが終了した後、第１の陽
極酸化物６０６のみをエッチングした。エッチングは、
四フッ化炭素（ＣＦ４）と酸素のプラズマ雰囲気中でお
こなった。四フッ化炭素（ＣＦ４）と酸素の比率（流量
比）は、ＣＦ４／Ｏ２＝３〜１０とした。このような条
件ではアルミニウムの陽極酸化物はエッチングされる
が、酸化珪素はエッチングされない。このようにして、
ゲイト配線６０５およびゲイト絶縁膜である酸化珪素膜
６０４をエッチングすることなく、陽極酸化物６０６の
みをエッチングすることができた。このエッチング工程
によって陽極酸化物の厚さを減らし、５００〜１５００
Å（陽極酸化物６０８）とした。

【００３６】その結果、図６（Ｃ）に示すように不純物
領域６０７とそれにはさまれた活性領域の境界（ｘと指
示）が現れた。そして、このような状態でレーザー照射
によって不純物領域の活性化をおこなった。レーザーは
ＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅
２０ｎｓｅｃ）を使用し、レーザーのエネルギー密度は
２５０〜４５０ｍＪ／ｃｍ２とした。また、レーザー照
射時には、基板を２５０〜５５０℃に加熱すると、より
効果的に活性化できた。本実施例では不純物領域と活性
領域の境界（ｘと指示）もレーザーによって照射される
ので、従来の作製プロセスで問題となった境界の部分の
劣化による信頼性の低下は著しく減少した。（図６
（Ｃ））

【００３７】その後、再びゲイト配線に電流を通じて陽
極酸化をおこない、陽極酸化物（第２の陽極酸化物）６
０９を厚さ２０００〜３０００Åとした。この陽極酸化
物６０９の厚さは、陽極酸化の際の導体面の後退によっ
て薄膜トランジスタのオフセットの大きさを決定すると
同時に、上部配線との短絡を防止する効果を有するの
で、その目的に適切な厚さが選択されればよく、場合に
よってはこのような陽極酸化物を形成せずともよい。
（図６（Ｄ））

【００３８】最後に層間絶縁物として酸化珪素膜６１０
を厚さ２０００〜１０００Å形成し、これにコンタクト
ホールを穿って厚さ２００Åの窒化チタンと厚さ５００
０Åのアルミニウムの多層膜からなる電極６１１を不純
物領域に接続して、薄膜トランジスタが完成された。
（図６（Ｅ））

【００３９】〔実施例５〕本実施例は、陽極酸化物と
して、多孔質のものと、バリヤ型のものとの２種類を組
み合わせる例を示す。すなわち、本実施例では、ゲイト
電極の側面に、比較的低い電圧で形成される多孔質の陽
極酸化物を、０．２μｍ以上、好ましくは０．５μｍ以
上形成し、一方、ゲイト電極の上面には、絶縁性の良好
なバリヤ型の陽極酸化物を形成する。

【００４０】多孔性の陽極酸化物は、３〜２０％のクエ
ン酸もしくはシュウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の水溶
液中において、陽極酸化をおこなうことによって得られ
る。一方、バリヤ型の陽極酸化物は、３〜１０％の酒石
酸、硼酸、硝酸等のエチレングリコール溶液等の有機溶
媒を用いて陽極酸化をおこなうことによって得られる。
ゲイト電極の上面に形成されるバリヤ型の陽極酸化物
は、可能な限り（上部配線との絶縁性が保たれる限り）
薄い方が好ましく、０．２μｍ以下、好ましくは０．１
μｍ以下が望まれる。

【００４１】このように、２種類の陽極酸化物を形成す
るには、ゲイト電極の上面にマスク材を形成し、この状
態で最初に多孔質の陽極酸化物を形成し、続いて、マス
ク材を除去して、ゲイト電極の上面を中心としてバリヤ
型の陽極酸化物を形成すればよい。このような目的に用
いるマスク材としては、陽極酸化の電圧に耐えることが
必要で、例えば、ポリイミド等が適している。特に、フ
ォトニース（感光性ポリイミド）やＡＺ１３５０等の感
光性の材料であれば、ゲイト電極のパターニング時にこ
のマスク材を用いて、パターニングすればよい。また、
通常のフォトリソグラフィー工程で用いられるフォトレ
ジスト（例えば、東京応化製、ＯＦＰＲ８００／３０ｃ
ｐ）等では、絶縁性が不十分であるので、多孔質陽極酸
化をおこなっていると、次第にレジストが剥離するとい
う欠点があるが、これを解決するには、レジストの塗布
前に、バリヤ型陽極酸化の条件で、厚さ５０〜１０００
Åの酸化物被膜を形成しておけばよい。

【００４２】図７に本実施例の作製工程の断面図を示
す。まず、基板（コーニング７０５９）７０１上にスパ
ッタリング法によって厚さ２０００Åの酸化珪素の下地
膜７０２を形成した。さらに、プラズマＣＶＤ法によっ
て、厚さ２００〜１０００Å、例えば５００Åの真性
（Ｉ型）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、エッチングして、島状シリコン領域７０３
を形成し、レーザー光（ＫｒＦエキシマーレーザー）を
照射して、結晶化させた。さらに、スパッタリング法に
よって厚さ１０００Åの酸化珪素膜７０４をゲイト絶縁
膜として堆積した。

【００４３】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ３０００〜８０００Å、例えば４０００Åのアルミ
ニウム膜（０．１〜０．３重量％のスカンジウムを含
む）を堆積した。そして、基板を、３％の酒石酸をアン
モニアによって中和し、ｐＨ≒７としたエチレングルコ
ール溶液中に浸し、１０〜３０Ｖの電圧を印加すること
によって、アルミニウム膜の表面に厚さ１００〜４００
Åの薄い陽極酸化物を形成した。そして、このように処
理したアルミニウム膜上に、スピンコート法によって厚
さ１μｍ程度のフォトレジスト（例えば、東京応化製、
ＯＦＰＲ８００／３０ｃｐ）を形成した。そして、公知
のフォトリソグラフィー法によって、ゲイト電極７０５
を形成した。ゲイト電極上には、フォトレジストのマス
ク７０６が残存する。フォトレジストの代わりに、例え
ば、東レ製ＵＲ３８００のような感光性ポリイミド（フ
ォトニース）を用いても同様な効果が得られる。（図７
（Ａ））

【００４４】次に、基板を１０％クエン酸水溶液に浸漬
し、５〜５０Ｖ、例えば８Ｖの定電圧で１０〜５００
分、例えば２００分陽極酸化をおこなうことによって、
厚さ約５０００Åの多孔質の陽極酸化物７０７を±２０
０Å以下の精度でゲイト電極の側面に形成することがで
きた。ゲイト電極の上面にはマスク材７０６が存在して
いたので、陽極酸化はほとんど進行しなかった。（図７
（Ｂ））

【００４５】次に、マスク材を除去して、ゲイト電極上
面を露出させ、３％酒石酸のエチレングリコール溶液
（アンモニアで中性にｐＨ調整したもの）中に基板を浸
漬し、これに電流を流して、１〜５Ｖ／分、例えば４Ｖ
／分で電圧を１００Ｖまで上昇させて、陽極酸化をおこ
なった。この際には、ゲイト電極上面のみならず、ゲイ
ト電極側面も陽極酸化されて、緻密なバリヤ型陽極酸化
物７０８が厚さ１０００Å形成された。この陽極酸化物
の耐圧は５０Ｖ以上であった。（図７（Ｃ））

【００４６】次に、ドライエッチング法によって、酸化
珪素膜７０４をエッチングした。このエッチングにおい
ては、等方性エッチングのプラズマモードでも、あるい
は異方性エッチングの反応性イオンエッチングモードで
もよい。ただし、珪素と酸化珪素の選択比を十分に大き
くすることによって、シリコン領域７０３を深くエッチ
ングしないようにすることが重要である。例えば、エッ
チングガスとしてＣＦ４を使用すれば陽極酸化物７０７
および７０８はエッチングされず、酸化珪素膜のみがエ
ッチングされる。また、陽極酸化物の下の酸化珪素膜は
エッチングされずにゲイト絶縁膜７１０として残った。
そして、プラズマドーピング法によって、シリコン領域
７０３に、ゲイト電極７０５および側面の多孔質陽極酸
化物７０７をマスクとして不純物（燐）を注入した。ド
ーピングガスとして、フォスフィン（ＰＨ３）を用い、
加速電圧を５〜３０ｋＶ、例えば１０ｋＶとした。ドー
ズ量は１×１０１４〜８×１０１５ｃｍ−２、例えば、
２×１０１５ｃｍ−２とした。この結果、Ｎ型の不純物
領域７０９が形成された。（図７（Ｄ））

【００４７】次に、燐酸、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用
いて多孔質陽極酸化物７０７をエッチングし、バリヤ型
陽極酸化物７０８を露出させた。そして、上面からレー
ザー光を照射して、レーザーアニールをおこない、ドー
ピングされた不純物を活性化した。レーザー照射におい
ては、ドーピングされた不純物領域とドーピングされて
いない領域の境界７１１にもレーザー光が照射される。
（図７（Ｅ））レーザーのエネルギー密度は１００〜４００ｍＪ／ｃｍ
２、例えば、１５０ｍＪ／ｃｍ２とし、２〜１０ショッ
ト、例えば２ショット照射した。レーザー照射時には基
板を２００〜３００℃、例えば２５０℃に加熱してもよ
い。本実施例では、レーザー照射の際に、シリコン領域
の表面が露出されるので、レーザーのエネルギー密度
は、やや低い方が望ましい。

【００４８】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜７１
２を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成
し、これにコンタクトホールを形成して、金属材料、例
えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってＴＦ
Ｔのソース領域、ドレイン領域の電極・配線７１３を形
成した。最後に、１気圧の水素雰囲気で３５０℃、３０
分のアニールをおこなった。以上の工程によって薄膜ト
ランジスタが完成した。なお、本実施例ではオフセット
幅ｘは、多孔質陽極酸化物の幅５０００Åに、バリヤ型
陽極酸化物の厚さ１０００Åを加えた約６０００Åであ
った。（図７（Ｆ））本実施例では、陽極酸化の際にゲイト絶縁膜に過大な電
圧が印加されないため、ゲイト絶縁膜の界面準位密度が
小さく、そのため、ＴＦＴのサブスレシュホールド特性
（Ｓ値）が極めて小さく、この結果、ＯＮ／ＯＦＦ特性
の立ち上がりが急峻な特性が得られた。

【００４９】〔実施例６〕図８に本実施例の作製工程
の断面図を示す。まず、基板（コーニング７０５９）８
０１上に厚さ２０００Åの酸化珪素の下地膜８０２と厚
さ２００〜１５００Å、例えば８００Åの真性（Ｉ型）
の結晶性シリコンの島状領域８０３、および島状シリコ
ン領域を覆って、厚さ１０００Åの酸化珪素膜８０４を
形成した。引き続いて、スパッタリング法によって、厚
さ３０００〜８０００Å、例えば６０００Åのアルミニ
ウム膜（０．１〜０．３重量％のスカンジウムを含む）
を堆積した。そして、実施例５と同様にして、アルミニ
ウム膜の表面に厚さ１００〜４００Åの薄い陽極酸化物
を形成した。そして、このように処理したアルミニウム
膜上に、スピンコート法によって厚さ１μｍ程度のフォ
トレジストを形成した。そして、公知のフォトリソグラ
フィー法によって、ゲイト電極８０５を形成した。ゲイ
ト電極上には、フォトレジストのマスク８０６が残存す
る。（図８（Ａ））

【００５０】次に、基板を１０％シュウ酸水溶液に浸漬
し、５〜５０Ｖ、例えば８Ｖの定電圧で１０〜５００
分、例えば２００分陽極酸化をおこなうことによって、
厚さ約５０００Åの多孔質の陽極酸化物８０７をゲイト
電極の側面に形成した。ゲイト電極の上面にはマスク材
８０６が存在していたので、陽極酸化はほとんど進行し
なかった。（図８（Ｂ））次に、マスク材を除去して、ゲイト電極上面を露出さ
せ、３％酒石酸のエチレングリコール溶液（アンモニア
で中性にｐＨ調整したもの）中に基板を浸漬し、これに
電流を流して、１〜５Ｖ／分、例えば４Ｖ／分で電圧を
１００Ｖまで上昇させて、陽極酸化をおこなった。この
際には、ゲイト電極上面と側面が陽極酸化されて、緻密
なバリヤ型陽極酸化物８０８が厚さ１０００Å形成され
た。この陽極酸化物の耐圧は５０Ｖ以上であった。

【００５１】次に、ドライエッチング法によって、酸化
珪素膜８０４をエッチングした。このエッチングにおい
ては、陽極酸化物８０７および８０８はエッチングされ
ず、酸化珪素膜のみがエッチングされた。また、陽極酸
化物の下の酸化珪素膜はエッチングされずにゲイト絶縁
膜８０９として残った。（図８（Ｃ））次に、燐酸、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて多孔質陽
極酸化物８０７をエッチングし、無孔質陽極酸化物８０
８を露出させた。そして、プラズマドーピング法によっ
て、シリコン領域８０３にゲイト電極８０５および側面
の多孔質陽極酸化物８０７によって画定されたゲイト絶
縁膜８０９をマスクとして不純物（燐）を注入した。ド
ーピングガスとして、フォスフィン（ＰＨ３）を用い、
加速電圧を５〜３０ｋＶ、例えば１０ｋＶとした。ドー
ズ量は１×１０１４〜８×１０１５ｃｍ−２、例えば、
２×１０１５ｃｍ−２とした。

【００５２】このドーピング工程においては、ゲイト絶
縁膜８０９で被覆されていない領域８１０には高濃度の
燐が注入されたが、ゲイト絶縁膜８０９で表面の覆われ
た領域８１１においては、ゲイト絶縁膜が障害となっ
て、ドーピング量は少なく、本実施例では、領域８１０
の０．１〜５％の不純物しか注入されなかった。この結
果、Ｎ型の高濃度不純物領域８１０および低濃度不純物
領域８１１が形成された。（図８（Ｄ））

【００５３】その後、上面からレーザー光を照射して、
レーザーアニールをおこない、ドーピングされた不純物
を活性化した。この場合には、低濃度不純物領域８１１
と活性領域の境界に十分にレーザー光が照射されるとは
言いがたい。しかしながら、低濃度不純物領域８１１へ
のドーピング量は上述のように微量であるので、シリコ
ン結晶に対するダメージも小さく、したがって、レーザ
ー照射による結晶性改善の必要はそれほど大きくない。
これに対し、高濃度不純物領域８１０と低濃度不純物領
域８１１の境界は十分にレーザー照射がなされる必要が
ある。というのも、高濃度不純物領域８１１には多量の
不純物イオンが導入されているために、結晶欠陥も大き
いからである。本実施例に関しては、図から明らかなよ
うに境界部にもレーザー光が透過するような構造となっ
ている。（図８（Ｅ））

【００５４】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜８１
２を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成
し、これにコンタクトホールを形成して、金属材料、例
えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってＴＦ
Ｔのソース領域、ドレイン領域の電極・配線８１３を形
成した。最後に、１気圧の水素雰囲気で３５０℃、３０
分のアニールをおこなった。以上の工程によって薄膜ト
ランジスタが完成した。（図８（Ｆ））

【００５５】本実施例では、いわゆる低濃度ドレイン
（ＬＤＤ）構造と同じ構造を得ることができた。ＬＤＤ
構造はホットキャリヤによる劣化を抑制するうえで有効
であることが示されているが、本実施例で作製したＴＦ
Ｔでも同じ効果が得られた。しかしながら、公知のＬＤ
Ｄを得るプロセスに比較すると、本実施例では１回のド
ーピング工程によって、ＬＤＤが得られることに特徴が
ある。また、本実施例では多孔質陽極酸化物８０７によ
って画定されたゲイト絶縁膜８０９を利用することによ
って高濃度不純物領域８１０が画定されていることに特
徴がある。すなわち、多孔質陽極酸化物８０７によっ
て、間接的に不純物領域が画定されるのである。そし
て、本実施例で明らかなように、ＬＤＤ領域の幅ｘは、
実質的に多孔質陽極酸化物の幅によって決定される。

【００５６】本実施例、あるいは先の実施例５で示した
ＴＦＴの作製方法を用いて、より高度な集積化を実行す
ることができる。そして、その際には、ＴＦＴの必要と
される特性に応じてオフセット領域あるいはＬＤＤ領域
の幅ｘを変化させるとより都合がよい。図９には、１枚
のガラス基板上にディスプレーから、ＣＰＵ、メモリー
まで搭載した集積回路を用いた電気光学システムののブ
ロック図を示す。

【００５７】ここで、入力ポートとは、外部から入力さ
れた信号を読み取り、画像用信号に変換する。補正メモ
リーは、アクティブマトリクスパネルの特性に合わせて
入力信号等を補正するためのパネルに固有のメモリーで
ある。特に、この補正メモリーは、各画素固有の情報を
不揮発性メモリー内に有し、個別に補正するためのもの
である。すなわち、電気光学装置の画素に点欠陥のある
場合には、その点の周囲の画素にそれに合わせて補正し
た信号を送り、点欠陥をカバーし、欠陥を目立たなくす
る。または、画素が周囲の画素に比べて暗い場合には、
その画素により大きな信号を送って、周囲の画素同じ明
るさとなるようにするものである。ＣＰＵとメモリーは
通常のコンピュータのものと同様で、特にメモリーは各
画素に対応した画像メモリーをＲＡＭとして持ってい
る。また、画像情報に応じて、基板を裏面から照射する
バックライトを変化させることもできる。

【００５８】そして、これらの回路のそれぞれに適した
オフセット領域あるいはＬＤＤ領域の幅を得るために、
３〜１０系統の配線を形成し、個々に陽極酸化条件を変
えられるようにすればよい。典型的には、アクティブマ
トリクス回路のＴＦＴ（９１）においては、チャネル長
が１０μｍで、ＬＤＤ領域の幅は０．４〜１μｍ、例え
ば、０．６μｍ。ドライバーにおいては、Ｎチャネル型
ＴＦＴで、チャネル長８μｍ、チャネル幅２００μｍと
し、ＬＤＤ領域の幅は０．２〜０．３μｍ、例えば、
０．２５μｍ。同じくＰチャネル型ＴＦＴにおいては、
チャネル長５μｍ、チャネル幅５００μｍとし、ＬＤＤ
領域の幅は０〜０．２μｍ、例えば、０．１μｍ。デコ
ーダーにおいては、Ｎチャネル型ＴＦＴで、チャネル長
８μｍ、チャネル幅１０μｍとし、ＬＤＤ領域の幅は
０．３〜０．４μｍ、例えば、０．３５μｍ。同じくＰ
チャネル型ＴＦＴにおいては、チャネル長５μｍ、チャ
ネル幅１０μｍとし、ＬＤＤ領域の幅は０〜０．２μ
ｍ、例えば、０．１μｍとすればよい。さらに、図９に
おける、ＣＰＵ、入力ポート、補正メモリー、メモリー
のＮＴＦＴ、ＰＴＦＴは高周波動作、低消費電力用のデ
コーダーと同様にＬＤＤ領域の幅を最適化すればよい。
かくして、電気光学装置９４を絶縁表面を有する同一基
板上に形成することができた。

【００５９】

【発明の効果】本発明によって、低温プロセスによって
作製されるＭＯＳトランジスタ、薄膜トランジスタ等の
ＭＩＳ型半導体素子の信頼性を向上せしめることができ
た。具体的には、ソースを接地し、ドレインもしくはゲ
イトの一方もしくは双方に＋２０Ｖ以上、もしくは−２
０Ｖ以下の電位を加えた状態で１０時間以上放置した場
合でもトランジスタの特性には大きな影響はなかった。
実施例は薄膜トランジスタが中心であったが、いまでも
なく、本発明の効果は、単結晶半導体基板上に作製され
るＭＩＳ型半導体装置でも同じく得られるものであり、
また、半導体材料に関しても、実施例で取り上げたシリ
コン以外にも、シリコン−ゲルマニウム合金、炭化珪
素、ゲルマニウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウ
ム、砒化ガリウム等においても同等な効果が得られる。
以上のように、本発明は工業上有益な発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す。（実施例１、断面
図）

【図２】従来の技術の実施例を示す。（断面図）

【図３】本発明の実施例を示す。（実施例２、断面
図）

【図４】本発明の実施例を示す。（実施例２、上面
図）

【図５】本発明の実施例を示す。（実施例３、断面
図）

【図６】本発明の実施例を示す。（実施例４、断面
図）

【図７】本発明の実施例を示す。（実施例５、断面
図）

【図８】本発明の実施例を示す。（実施例６、断面
図）

【図９】集積化された回路のブロック図を示す。
（実施例６）

【符号の説明】

１０１・・・基板１０２・・・下地絶縁膜１０３・・・島状半導体領域１０４・・・ゲイト絶縁膜１０５・・・ゲイト配線（ゲイト電極）１０６・・・第１の陽極酸化物１０７・・・不純物領域１０８・・・第２の陽極酸化物１０９・・・層間絶縁物１１０・・・電極（配線）

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年８月３日（１９９９．８．３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の詳細な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００７】

【発明が解決しようする課題】しかしながら、上記に示
した方法では、不純物領域と活性領域（ゲイト電極の直
下の半導体領域で不純物領域に挟まれている）の境界
（図２（Ｃ）において、Ｘで指示する）の物性が不安定
であり、長時間の使用においてはリーク電流の増大等の
問題が生じ、信頼性が低下することが明らかになった。
すなわち、工程から明らかなように、活性領域は実質的
に、最初から結晶性は変化しない。一方、活性領域に隣
接する不純物領域は、最初、活性領域と同じ結晶性を有
しているが、多量（〜１０ ¹⁵ ｃｍ ^-2 ）の不純物導入の過
程で結晶性が破壊される。不純物領域は後のレーザー照
射工程によって回復されるが、当初の結晶性と同じ状態
を再現することは難しく、特に不純物領域の中でも活性
領域に接する部分は、レーザー照射の際に影となる可能
性が高く、十分な活性化がおこなえないことが明らかに
なった。

【００１０】

【００１７】

【発明の実施の形態】

【００１８】

【００１９】次いで、アモルファスシリコン膜を堆積
し、これを島状にパターニングした。アモルファスシリ
コン膜の堆積方法としてはプラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶ
Ｄ法が用いられる。ここでは、モノシラン（ＳｉＨ ₄ ）
を材料ガスとして、プラズマＣＶＤ法によってアモルフ
ァスシリコン膜を堆積した。このアモルファスシリコン
膜の厚さは２００〜７００Åとした。そして、これにレ
ーザー光（ＫｒＦレーザー、波長２４８ｎｍ、パルス幅
２０ｎｓｅｃ）を照射した。レーザー照射前には基板を
真空中で０．１〜３時間、３００〜５５０℃に加熱し
て、アモルファスシリコン膜に含有されている水素を放
出させた。レーザーのエネルギー密度は２５０〜４５０
ｍＪ／ｃｍ ² とした。また、レーザー照射時には、基板
を２５０〜５５０℃に加熱した。この結果、アモルファ
スシリコン膜は結晶化し、結晶性シリコン膜となった。

【００２１】その後、ゲイト電極を陽極酸化し、その表
面に厚さ１５００〜２５００Åの陽極酸化物（第１の陽
極酸化物）１０６を形成した。陽極酸化は、１〜５％の
クエン酸のエチレングリコール溶液中に基板を浸し、全
てのゲイト配線を統合して、これを正極とし、一方、白
金を負極として、印加する電圧を１〜５Ｖ／分で昇圧す
ることによっておこなった。さらに、プラズマドーピン
グ法によって、ボロン（Ｂ）もしくは燐（Ｐ）のイオン
を照射して不純物領域１０７を形成した。イオンの加速
エネルギーはゲイト絶縁膜１０４の厚さによって変更さ
れるが、典型的にはゲイト絶縁膜が１０００Åの場合に
は、ボロンでは５０〜６５ｋｅＶ、燐では６０〜８０ｋ
ｅＶが適していた。また、ドーズ量は２×１０ ¹⁴ ｃｍ ^-2
〜６×１０ ¹⁵ ｃｍ ^-2 が適していたが、ドーズ量が低いほ
ど信頼性の高い素子が得られることが明らかになった。
このように陽極酸化物が存在する状態で不純物の導入を
おこなった結果、ゲイト電極（タンタル）と不純物領域
はオフセットの状態となった。なお、図で示した不純物
領域の範囲は名目的なもので、実際にはイオンの散乱等
によって回り込みがあることはいうまでもない。（図１
（Ｂ））

【００２２】さて、不純物ドーピングが終了した後、第
１の陽極酸化物１０６のみをエッチングした。エッチン
グは、四フッ化炭素（ＣＦ ₄ ）と酸素のプラズマ雰囲気
中でおこなった。四フッ化炭素（ＣＦ ₄ ）と酸素の比率
（流量比）は、ＣＦ ₄ ／Ｏ ₂ ＝３〜１０とした。このよ
うな条件ではタンタルの陽極酸化物である五酸化二タン
タルはエッチングされるが、酸化珪素はエッチングされ
ない。このようにして、ゲイト配線１０５およびゲイト
絶縁膜である酸化珪素膜１０４をエッチングすることな
く、陽極酸化物１０６のみをエッチングすることができ
た。その結果、図１（Ｃ）に示すように不純物領域１０
７とそれにはさまれた活性領域の境界（ｘと指示）が現
れた。そして、このような状態でレーザー照射によって
不純物領域の活性化をおこなった。レーザーはＫｒＦエ
キシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓ
ｅｃ）を使用し、レーザーのエネルギー密度は２５０〜
４５０ｍＪ／ｃｍ ² とした。また、レーザー照射時に
は、基板を２５０〜５５０℃に加熱すると、より効果的
に活性化できた。典型的には、燐がドープされたもので
ドーズ量が１×１０ ¹⁵ ｃｍ ^-2 、基板温度２５０℃、レー
ザーエネルギー３００ｍＪ／ｃｍ ² で５００〜１０００
Ω／□のシート抵抗が得られた。

【００３３】〔実施例４〕図６に本実施例を示す。本
実施例は絶縁基板上に薄膜トランジスタを形成するもの
である。基板６０１上に下地の酸化膜として酸化珪素膜
６０２を堆積した。次いで、アモルファスシリコン膜を
堆積し、これを島状にパターニングした。そして、これ
にレーザー光（ＫｒＦレーザー、波長２４８ｎｍ、パル
ス幅２０ｎｓｅｃ）を照射した。レーザー照射前には基
板を真空中で０．１〜３時間、３００〜５５０℃に加熱
して、アモルファスシリコン膜に含有されている水素を
放出させた。レーザーのエネルギー密度は２５０〜４５
０ｍＪ／ｃｍ ² とした。また、レーザー照射時には、基
板を２５０〜５５０℃に加熱した。この結果、アモルフ
ァスシリコン膜は結晶化し、結晶性シリコン膜６０３と
なった。

【００３５】不純物ドーピングが終了した後、第１の陽
極酸化物６０６のみをエッチングした。エッチングは、
四フッ化炭素（ＣＦ ₄ ）と酸素のプラズマ雰囲気中でお
こなった。四フッ化炭素（ＣＦ ₄ ）と酸素の比率（流量
比）は、ＣＦ ₄ ／Ｏ ₂ ＝３〜１０とした。このような条
件ではアルミニウムの陽極酸化物はエッチングされる
が、酸化珪素はエッチングされない。このようにして、
ゲイト配線６０５およびゲイト絶縁膜である酸化珪素膜
６０４をエッチングすることなく、陽極酸化物６０６の
みをエッチングすることができた。このエッチング工程
によって陽極酸化物の厚さを減らし、５００〜１５００
Å（陽極酸化物６０８）とした。

【００３６】その結果、図６（Ｃ）に示すように不純物
領域６０７とそれにはさまれた活性領域の境界（ｘと指
示）が現れた。そして、このような状態でレーザー照射
によって不純物領域の活性化をおこなった。レーザーは
ＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅
２０ｎｓｅｃ）を使用し、レーザーのエネルギー密度は
２５０〜４５０ｍＪ／ｃｍ ² とした。また、レーザー照
射時には、基板を２５０〜５５０℃に加熱すると、より
効果的に活性化できた。本実施例では不純物領域と活性
領域の境界（ｘと指示）もレーザーによって照射される
ので、従来の作製プロセスで問題となった境界の部分の
劣化による信頼性の低下は著しく減少した。（図６
（Ｃ））

【００４６】次に、ドライエッチング法によって、酸化
珪素膜７０４をエッチングした。このエッチングにおい
ては、等方性エッチングのプラズマモードでも、あるい
は異方性エッチングの反応性イオンエッチングモードで
もよい。ただし、珪素と酸化珪素の選択比を十分に大き
くすることによって、シリコン領域７０３を深くエッチ
ングしないようにすることが重要である。例えば、エッ
チングガスとしてＣＦ ₄を使用すれば陽極酸化物７０７
および７０８はエッチングされず、酸化珪素膜のみがエ
ッチングされる。また、陽極酸化物の下の酸化珪素膜は
エッチングされずにゲイト絶縁膜７１０として残った。
そして、プラズマドーピング法によって、シリコン領域
７０３に、ゲイト電極７０５および側面の多孔質陽極酸
化物７０７をマスクとして不純物（燐）を注入した。ド
ーピングガスとして、フォスフィン（ＰＨ ₃ ）を用い、
加速電圧を５〜３０ｋＶ、例えば１０ｋＶとした。ドー
ズ量は１×１０ ¹⁴ 〜８×１０ ¹⁵ ｃｍ ^-2 、例えば、２×１
０ ¹⁵ ｃｍ ^-2 とした。この結果、Ｎ型の不純物領域７０９
が形成された。（図７（Ｄ））

【００４７】次に、燐酸、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用
いて多孔質陽極酸化物７０７をエッチングし、バリヤ型
陽極酸化物７０８を露出させた。そして、上面からレー
ザー光を照射して、レーザーアニールをおこない、ドー
ピングされた不純物を活性化した。レーザー照射におい
ては、ドーピングされた不純物領域とドーピングされて
いない領域の境界７１１にもレーザー光が照射される。
（図７（Ｅ））レーザーのエネルギー密度は１００〜４
００ｍＪ／ｃｍ ² 、例えば、１５０ｍＪ／ｃｍ ² とし、
２〜１０ショット、例えば２ショット照射した。レーザ
ー照射時には基板を２００〜３００℃、例えば２５０℃
に加熱してもよい。本実施例では、レーザー照射の際
に、シリコン領域の表面が露出されるので、レーザーの
エネルギー密度は、やや低い方が望ましい。

【００５０】次に、基板を１０％シュウ酸水溶液に浸漬
し、５〜５０Ｖ、例えば８Ｖの定電圧で１０〜５００
分、例えば２００分陽極酸化をおこなうことによって、
厚さ約５０００Åの多孔質の陽極酸化物８０７をゲイト
電極の側面に形成した。ゲイト電極の上面にはマスク材
８０６が存在していたので、陽極酸化はほとんど進行し
なかった。（図８（Ｂ））次に、マスク材を除去して、
ゲイト電極上面を露出させ、３％酒石酸のエチレングリ
コール溶液（アンモニアで中性にｐＨ調整したもの）中
に基板を浸漬し、これに電流を流して、１〜５Ｖ／分、
例えば４Ｖ／分で電圧を１００Ｖまで上昇させて、陽極
酸化をおこなった。この際には、ゲイト電極上面と側面
が陽極酸化されて、緻密なバリヤ型陽極酸化物８０８が
厚さ１０００Å形成された。この陽極酸化物の耐圧は５
０Ｖ以上であった。

【００５１】次に、ドライエッチング法によって、酸化
珪素膜８０４をエッチングした。このエッチングにおい
ては、陽極酸化物８０７および８０８はエッチングされ
ず、酸化珪素膜のみがエッチングされた。また、陽極酸
化物の下の酸化珪素膜はエッチングされずにゲイト絶縁
膜８０９として残った。（図８（Ｃ））次に、燐酸、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて多孔質陽
極酸化物８０７をエッチングし、無孔質陽極酸化物８０
８を露出させた。そして、プラズマドーピング法によっ
て、シリコン領域８０３にゲイト電極８０５および側面
の多孔質陽極酸化物８０７によって画定されたゲイト絶
縁膜８０９をマスクとして不純物（燐）を注入した。ド
ーピングガスとして、フォスフィン（ＰＨ ₃ ）を用い、
加速電圧を５〜３０ｋＶ、例えば１０ｋＶとした。ドー
ズ量は１×１０ ¹⁴ 〜８×１０ ¹⁵ ｃｍ ^-2 、例えば、２×１
０ ¹⁵ ｃｍ ^-2 とした。

【００５９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す。（実施例１、断面
図）

【図２】従来の技術の実施例を示す。（断面図）

【図３】本発明の実施例を示す。（実施例２、断面
図）

【図４】本発明の実施例を示す。（実施例２、上面
図）

【図５】本発明の実施例を示す。（実施例３、断面
図）

【図６】本発明の実施例を示す。（実施例４、断面
図）

【図７】本発明の実施例を示す。（実施例５、断面
図）

【図８】本発明の実施例を示す。（実施例６、断面
図）

【符号の説明】１０１・・・基板１０２・・・下地絶縁膜１０３・・・島状半導体領域１０４・・・ゲイト絶縁膜１０５・・・ゲイト配線（ゲイト電極）１０６・・・第１の陽極酸化物１０７・・・不純物領域１０８・・・第２の陽極酸化物１０９・・・層間絶縁物１１０・・・電極（配線）

【提出日】平成１１年９月１７日（１９９９．９．１
７）

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す。（実施例１、断面
図）

【図２】従来の技術の実施例を示す。（断面図）

【図３】本発明の実施例を示す。（実施例２、断面
図）

【図４】本発明の実施例を示す。（実施例２、上面
図）

【図５】本発明の実施例を示す。（実施例３、断面
図）

【図６】本発明の実施例を示す。（実施例４、断面
図）

【図７】本発明の実施例を示す。（実施例５、断面
図）

【図８】本発明の実施例を示す。（実施例６、断面
図）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の薄膜トランジスタを含むアクティ
ブマトリクス回路と、前記アクティブマトリクス回路を
駆動し第２の薄膜トランジスタを含むドライバー回路
と、第３の薄膜トランジスタを含む制御回路とを有する
ＭＩＳ型半導体装置であって、前記制御回路は、メモリー、ＣＰＵ、補正メモリー及び
入力ポートを有しており、前記第１の薄膜トランジスタ、前記第２の薄膜トランジ
スタ及び第３の薄膜トランジスタは、活性領域と、前記活性領域に接するオフセット領域と、
前記オフセット領域に接するソース領域及びドレイン領
域とを有する半導体膜と、絶縁膜を介して前記活性領域上に形成された配線と、前記配線の少なくとも側面に形成された陽極酸化膜と、
をそれぞれ有しており、前記オフセット領域上には前記絶縁膜を介して前記陽極
酸化膜が存在しており、前記絶縁膜は前記ソース領域及びドレイン領域上には設
けられていないことを特徴とするＭＩＳ型半導体装置。
【請求項２】請求項１において、前記半導体膜は結晶
性シリコンを有していることを特徴とするＭＩＳ型半導
体装置。
【請求項３】請求項１または請求項２において、前記
配線はアルミニウム、チタン、タンタル、シリコン、タ
ングステンまたはモリブデンのうちのいずれか１つ、ま
たは複数有していることを特徴とするＭＩＳ型半導体装
置。
【請求項４】請求項１または請求項２において、前記
配線の融点は３０００℃以上であることを特徴とするＭ
ＩＳ型半導体装置。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか１項に
おいて、前記第１の薄膜トランジスタが有する陽極酸化
膜の厚さは１０００Åであることを特徴とするＭＩＳ型
半導体装置。
【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれか１項に
おいて、前記第２の薄膜トランジスタが有する陽極酸化
膜の厚さは５０００Åであることを特徴とするＭＩＳ型
半導体装置。