JP2000077353A

JP2000077353A - 半導体装置の作製方法

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Publication number: JP2000077353A
Application number: JP25571999A
Authority: JP
Inventors: Naoto Kusumoto; 直人楠本; Shunpei Yamazaki; 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1999-09-09
Filing date: 1999-09-09
Publication date: 2000-03-14
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: JP3630593B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光アニールによって結晶化させた半導体被膜
を用いて作製される薄膜トランジスタの特性、信頼性等
を向上させる。【解決手段】非晶質半導体膜をその最も狭い部分の幅
が１００μｍ以下になるようにエッチングし、島状半導
体領域を形成する。そして、これにレーザー等の強光を
照射することにより光アニールを施し、結晶化させる。
その後、前記半導体膜の端部（周辺部）のうち、少なく
とも薄膜トランジスタのチャネルを形成する部分、もし
くはゲイト電極の横断する部分をエッチングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
結晶性を有する薄膜半導体を用い、かつ、ゲイト電極を
有する半導体装置、例えば、薄膜トランジスタの作製方
法に関する。薄膜トランジスタの応用範囲としては、ア
クティブマトリクス型の液晶表示装置が知られている。
これは、マトリクス状に配置された数十万以上の画素の
それぞれにスイッチング素子として薄膜トランジスタを
配置し、微細で高精細の表示をおこなうものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラスや石英基板上に形成された
薄膜半導体を用いたトランジスタ（薄膜トランジスタや
ＴＦＴと称される）が注目されている。これは、ガラス
基板や石英基板の表面に数百〜数千Åの厚さを有する薄
膜半導体を形成し、この薄膜半導体を用いてトランジス
タ（絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ）を形成する技
術である。

【０００３】このような薄膜トランジスタは、非晶質珪
素（アモルファスシリコン）薄膜を用いたものと結晶性
珪素を用いたものが実用化されている。結晶性珪素を用
いた薄膜トランジスタは特性が優れているため、将来性
が期待されている。現在、実用化されている結晶性珪素
半導体を用いた薄膜トランジスタでは、結晶性珪素薄膜
は非晶質珪素博膜を熱アニールする方法、もしくは、直
接、結晶性珪素膜を気相成長法によって成膜する方法に
よって得られている。しかしながら、プロセスの低温化
という点ではレーザー等の強光を照射することによっ
て、非晶質珪素膜を結晶化せしめる光アニール法が有望
とされている。（例えば、特開平４−３７１４４）

【０００４】光アニールによって結晶性半導体薄膜を得
る場合には大きく分けて２つの方法がある。第１の方法
は半導体薄膜を形成する素子の形状にエッチングしてか
ら光アニールする方法である。他の方法は平坦な膜を光
アニールしたのち、形成する素子の形状にエッチングす
る方法である。一般に前者の方が後者よりも良好な特性
（特に電界効果移動度）が得られることが知られてい
た。これは前者の方法では、光アニールの結果、膜が収
縮し、パターンの中央部に応力が加わるためであると推
定されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この場
合にも問題は存在する。すなわち、初期特性は良いもの
の、長時間使用するにしたがって、急激に特性が悪化す
るという問題である。

【０００６】従来の方法によって特性の劣化が生じた原
因を図３を用いて説明する。最初、図３（Ａ）に示され
るような長方形３２の非晶質珪素の島状半導体領域３１
を形成したとする。これを光アニールすると結晶化によ
って膜が僅かだが収縮する（図の点線は光アニール前の
島状半導体領域の大きさを示す）。また、この収縮過程
において、島状領域領域の外周部に歪みが蓄積した領域
３３が形成される。このような領域３３の結晶性はそれ
ほど良好なものではない。（図３（Ｂ））

【０００７】このような島状領域を横断してゲイト電極
３４を形成した場合（図３（Ｃ））には、図３（Ｄ）に
そのゲイト電極に沿った（ａ−ｂ）断面を示すように、
ゲイト電極３４およびゲイト絶縁膜３５の下に歪みの蓄
積した領域３３が存在することとなる。ゲイト電極に電
圧を印加すると、領域３３とゲイト絶縁膜３５の界面特
性が良好でないために電荷がトラップされるようにな
り、この電荷による寄生チャネル等によって劣化が発生
する。（図３（Ｄ））

【０００８】本発明はこのような特性の劣化に鑑みてな
されたものであり、劣化の少ない絶縁ゲイト型半導体装
置の作製方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１は以下のよ
うな工程を有する。（１）非晶質半導体膜を、その最も狭い部分の幅が１
００μｍ以下である第１の形状にエッチングし、島状半
導体領域を形成する工程（２）前記半導体領域に光アニールを施して、結晶化
せしめる、もしくは、結晶性を高める工程（３）前記半導体領域の端部（もしくは周辺部）のう
ち、少なくとも半導体装置のゲイト電極もしくはチャネ
ルを形成する部分を端から１０μｍ以上エッチングし
て、第２の形状の半導体領域を形成する工程

【００１０】また、本発明の第２は以下のような工程を
有する。（１）非晶質半導体膜を、その最も狭い部分の幅が１
００μｍ以下である第１の形状にエッチングし、島状半
導体領域を形成する工程（２）前記半導体領域に光アニールを施して、結晶化
せしめる、もしくは、結晶性を高める工程（３）前記半導体領域の端部（もしくは周辺部）の一
部もしくは全部をエッチングする工程（４）前記半導体領域を覆って、ゲイト絶縁膜を形成
する工程（５）前記半導体領域の端部のうち、エッチングされ
た部分を横切ってゲイト電極を形成する工程（６）前記ゲイト電極をマスクとしてＮ型もしくはＰ
型不純物を導入する、もしくは拡散する工程

【００１１】上記本発明の第１および第２において、第
１の形状は長方形、正多角形、長円形（円を含む）のい
ずれか、より、一般的には、外周上のいかなる点におい
ても凹でない形状であると好ましい。

【００１２】上記構成において、非晶質半導体膜は、ガ
ラス基板や石英基板等の絶縁表面を有する基板上に形成
される。非晶質珪素膜は、プラズマＣＶＤ法や減圧熱Ｃ
ＶＤ法で形成される。また、光アニールには、ＫｒＦエ
キシマレーザー（波長２４８ｎｍ）やＸｅＣｌエキシマ
レーザー（波長３０８ｎｍ）等の各種エキシマレーザー
やＮｄ：ＹＡＧレーザー（波長１０６４ｎｍ）やその第
２高調波（波長５３２ｎｍ）、同第３高調波（波長３５
５ｎｍ）等を用いればよい。本発明では、光源がパルス
発振でも連続発振でもよい。また、特開平６−３１８７
０１に開示されるがごとく、光アニールに際して、珪素
の結晶化を助長する金属元素（例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｐｄ、Ｐｔ等）を利用して、結晶化を促進せしめて
もよい。

【００１３】また本明細書で開示する発明は、島状の半
導体領域を単結晶または単結晶と見なせる領域で構成す
る場合に特に有効である。単結晶または単結晶と見なせ
る領域は、後に実施例で詳細に説明するように、非晶質
珪素膜や結晶性を有する珪素膜に対して、線状にビーム
加工されたレーザー光を走査しながら照射することによ
って得ることができる。

【００１４】単結晶または単結晶と見なせる領域は、下
記の条件を満たしている領域として定義される。・結晶粒界が実質的に存在していない。・点欠陥を中和するための水素またはハロゲン元素を１
×１０^１５〜１×１０^２ ^０原子ｃｍ^−３の濃度で含んで
いる。・炭素および窒素の原子を１×１０^１６〜５×１０^１８
原子ｃｍ^−３の濃度で含んでいる。・酸素の原子を１×１０^１７〜５×１０^１９原子ｃｍ
^−３の濃度で含んでいる。なお、上記の元素の濃度は、ＳＩＭＳ（２次イオン分析
方法）で計測された計測値の最小値として定義される。

【００１５】

【実施形態】本明細書で開示する発明においては、半導
体装置の特性に大きな影響を及ぼすチャネルに隣接しな
いように、チャネル部分だけエッチングする。これはゲ
イト電極が横断する部分にこのような領域が残らないよ
うにエッチングすることとも同様である。

【００１６】図１には本発明の基本構成を示す。まず、
第１の形状として長辺ａ、短辺ｂの長方形１２の島状非
晶質半導体領域１１を複数（図では４つ）形成する。本
発明では、第１の形状の最も狭い部分の幅は１００μｍ
以下であることが必要である。それ以上では、光アニー
ルの際の膜の収縮による特性向上の効果が認められない
からである。したがって、ｂは１００μｍ以下である。
（図１（Ａ））

【００１７】次に、光アニールをおこなう。その結果、
島状半導体領域は結晶化すると同時に僅かだが収縮する
（図の点線は光アニール前の島状半導体領域の大きさを
示す）。新たな島状領域の周辺は１４で示される。ま
た、島状半導体領域の周辺部に収縮過程による歪みの蓄
積した領域１３ができる。（図１（Ｂ））その後、島状半導体領域１１の外周部をエッチングし、
目的とする素子を形成するための半導体領域１５を形成
し（図１（Ｃ））、ゲイト絶縁膜（図示せず）、ゲイト
電極１６を形成する。（図１（Ｄ））

【００１８】歪みの蓄積した領域を全て除去する必要が
ないことを考えれば、図２のような方法も可能である。
まず、長方形２２の非晶質半導体領域２１を形成し（図
２（Ａ））、これを光アニールすると、図１の場合と同
様に領域は収縮し、周辺部には歪みの蓄積された領域２
３が形成される。（図２（Ｂ））そして、ゲイト電極を形成する部分の周辺部を含む領域
２４をエッチングし（図２（Ｃ））、ゲイト絶縁膜（図
示せず）、ゲイト電極２６を形成する。ゲイト電極の下
部のチャネル２５には歪みの蓄積した領域が存在しない
ため、図１の場合と同様に劣化を低減できる。（図２
（Ｄ））

【００１９】本発明においては、光アニールの際の非晶
質半導体領域の形状（第１の形状）はできるだけ単純な
形状が好ましい。例えば、長方形や正多角形、円、楕円
を含む長円形等である。例えば、図４（Ａ）のように中
央部に凹部のある形状４２を有する半導体領域４１に光
アニールをおこなうと、膜の収縮の際に、中央の凹部４
４は上と下に引っ張られるため、当該部分にクラック等
が発生しやすい。（図４（Ｂ））

【００２０】これは、図４（Ｃ）に示す（矢印は収縮の
方向を示す）ように、膜の収縮が最も広い部分を中心に
して発生するためである。したがって、第１の形状とし
ては、くびれのあるようなものではなく、全ての点で凸
である、もしくは、いかなる点でも凹でない形状を用い
るのがよい。

【００２１】そのような観点からは、例えば、第１の形
状として図１のような長方形を採用するとしても、長辺
ａと短辺ｂの比率があまりに大きなものは好ましくな
い。本発明ではａ／ｂ≦１０とすると良い。

【００２２】また、島状の半導体領域を単結晶と見なせ
る領域、または実質的に単結晶と見なせる領域として構
成した場合、その結晶化の際に島状の半導体領域の周辺
部において、やはり歪みが蓄積してしまう。

【００２３】この歪みは、やはり島状の半導体領域の周
辺部に集中して存在するので、島状の半導体領域の周囲
を除去することにより、この歪みの悪影響を抑制するこ
とができる。

【００２４】

【実施例】〔実施例１〕図５を用いて本実施例を説明す
る。図５には２つの薄膜トランジスタの断面図が描かれ
ているが、左側のものは、薄膜トランジスタをゲイト電
極に垂直（図３のａ−ｂに垂直）に切った断面であり、
右側のものは、ゲイト電極に平行に（図３のａ−ｂにそ
って）切った断面である。なお、上方より見た様子は図
１を参考にするとよい。

【００２５】まず、ガラス基板５０１上に下地膜として
酸化珪素膜５０２を３０００Åの厚さにスパッタ法また
はプラズマＣＶＤ法によって形成した。次にプラズマＣ
ＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法により非晶質珪素膜５０３
を５００Åの厚さに成膜した。そして、非晶質珪素膜に
燐をドーピングし、薄膜トランジスタのソース／ドレイ
ンとなるＮ型不純物領域５０４、５０５を形成した。
（図５（Ａ））

【００２６】次にこの非晶質珪素膜５０３をエッチング
して、島状珪素領域５０６、５０７を形成した。（図５
（Ｂ））次に、ＫｒＦエキシマレーザー光を照射することによ
り、珪素膜の結晶化をおこなった。この際には、燐の導
入された領域５０４、５０５も同時に結晶化・活性化さ
れる。レーザーのエネルギー密度は１５０〜５００ｍＪ
／ｃｍ２が好ましかった。また、レーザー照射工程を
２回以上に分け、それぞれ異なったエネルギーのレーザ
ー光を照射してもよかった。

【００２７】本実施例では、最初、エネルギー密度２５
０ｍＪ／ｃｍ^２のレーザー光を２〜１０パルス照射し、
次に、エネルギー密度４００ｍＪ／ｃｍ^２のレーザー光
を２〜１０パルス照射した。レーザー照射時の基板温度
は２００℃とした。レーザーの最適なエネルギー密度
は、基板温度や非晶質珪素の膜質に依存する。この結
果、島状珪素領域５０６、５０７の端部に歪みの蓄積さ
れた領域５０８が形成された。（図５（Ｃ））

【００２８】次に、島状珪素領域の端部５０９をエッチ
ングし、新たに、島状珪素領域５１０、５１１を形成し
た。この工程でエッチングされた部分は図の点線５０９
で示される。（図５（Ｄ））そして、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ１２００Åの
酸化珪素膜５１２（ゲイト絶縁膜）を形成した。また、
その上に、厚さ５０００Åのアルミニウム膜（０．３％
のスカンジウム（Ｓｃ）を含む）をスパッタ法によって
堆積し、これをエッチングして、ゲイト電極５１３、５
１４を形成した。（図５（Ｅ））

【００２９】次に、プラズマＣＶＤ法によって厚さ５０
００Åの酸化珪素膜５１５（層間絶縁物）を堆積し、こ
れにコンタクトホールを開孔した。そして、スパッタ法
によって、厚さ５０００Åのアルミニウム膜を堆積し、
これをエッチングして、ソース／ドレインの電極・配線
５１６、５１７を形成した。（図５（Ｆ））以上の工程によって、薄膜トランジスタが完成した。特
性を安定させるため、コンタクトホール開孔工程以後に
１気圧の水素雰囲気（２５０〜３５０℃）でアニールす
るとよかった。

【００３０】〔実施例２〕図６を用いて本実施例を説明
する。図５と同様、図６には２つの薄膜トランジスタの
断面図が描かれており、左側のものは、薄膜トランジス
タをゲイト電極に垂直に切った断面であり、右側のもの
は、ゲイト電極に平行に切った断面である。なお、上方
より見た様子は図２を参考にするとよい。

【００３１】まず、ガラス基板６０１上に下地膜として
酸化珪素膜６０２を３０００Åの厚さにスパッタ法また
はプラズマＣＶＤ法によって形成した。次にプラズマＣ
ＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法により非晶質珪素膜６０３
を５００Åの厚さに成膜した。そして、その表面に１〜
１００ｐｐｍの酢酸ニッケル（もしくは酢酸コバルト）
を含有する水溶液を塗布して、酢酸ニッケル（酢酸コバ
ルト）層６０４を形成した。酢酸ニッケル（酢酸コバル
ト）層６０４は極めて薄いので膜状になっているとは限
らない。（図６（Ａ））

【００３２】次に、これを３５０〜４５０℃で２時間、
窒素雰囲気中で熱アニールして、酢酸ニッケル（酢酸コ
バルト）を分解せしめると同時に、ニッケル（もしくは
コバルト）を非晶質珪素膜６０３中に拡散させた。そし
て、非晶質珪素膜６０３をエッチングして、島状珪素領
域６０５、６０６を形成した。（図６（Ｂ））

【００３３】次に、ＫｒＦエキシマレーザー光を照射す
ることにより、光アニールによる珪素膜の結晶化をおこ
なった。本実施例では、最初、エネルギー密度２００ｍ
Ｊ／ｃｍ^２のレーザー光を２〜１０パルス照射し、次
に、エネルギー密度３５０ｍＪ／ｃｍ^２のレーザー光を
２〜１０パルス照射した。レーザー照射時の基板温度は
２００℃とした。

【００３４】レーザーの最適なエネルギー密度は、基板
温度や非晶質珪素の膜質に加え、添加されたニッケル
（コバルト）の濃度にも依存する。本実施例では、２次
イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法による分析の結果、１×
１０^１８〜５×１０^１８原子／ｃｍ^３の濃度のニッケル
（コバルト）が含有されていることが確認された。この
ように、結晶化を促進する触媒元素を用いて、光アニー
ルをおこなう方法に関しては、特開平６−３１８７０１
に開示されている。この結果、島状珪素領域６０５、６
０６の端部に歪みの蓄積された領域６０７が形成され
た。（図６（Ｃ））

【００３５】次に、島状珪素領域の端部６０７のうち、
ゲイト電極が横断する部分のみをエッチングし、新た
に、島状珪素領域を形成した。この工程でエッチングさ
れた部分は図の点線６０８で示される。（図６（Ｄ））そして、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ１２００Åの
酸化珪素膜６０９（ゲイト絶縁膜）を形成した。また、
その上に、厚さ５０００Åの多結晶珪素膜（１％の燐を
含む）を減圧ＣＶＤ法によって堆積し、これをエッチン
グして、ゲイト電極６１０、６１１を形成した。（図６
（Ｅ））

【００３６】次に、イオンドーピング法によって燐イオ
ンを珪素膜に、ゲイト電極をマスクとして導入した。本
実施例では、ドーピングガスとして水素で５％に希釈し
たフォスフィン（ＰＨ_３）を用いた。加速電圧は６０〜
１１０ｋＶが好ましかった。ドーズ量は１×１０^１４〜
５×１０^１５原子／ｃｍ^２とした。このようにして、Ｎ
型の不純物領域（＝ソース／ドレイン）６１２、６１３
を形成した。

【００３７】ドーピング後は、４５０℃で４時間の熱ア
ニールをおこなうことにより、不純物を活性化せしめる
ことができた。これは、半導体領域中にニッケル（コバ
ルト）が含有されているためである。（特開平６−２６
７９８９を参照のこと）活性化のための熱アニール工程の後、レーザー光等を照
射して光アニールを施してもよい。

【００３８】上記の工程の後、１気圧の水素雰囲気（２
５０〜３５０℃）でアニールすることにより、ゲイト絶
縁膜と半導体領域の界面の不対結合手を中和させた。
（図６（Ｆ））次に、プラズマＣＶＤ法によって厚さ５０００Åの酸化
珪素膜６１６（層間絶縁物）を堆積し、これにコンタク
トホールを開孔した。そして、スパッタ法によって、厚
さ５０００Åのアルミニウム膜を堆積し、これをエッチ
ングして、ソース／ドレインの電極・配線６１４、６１
５を形成した。（図６（Ｇ））

【００３９】〔実施例３〕本実施例は、非晶質珪素膜に
対して、珪素の結晶化を助長する金属元素を導入し、さ
らにレーザー光の照射を行うことにより、実質的に単結
晶と見なせる領域を形成し、この実質的に単結晶と見な
せる領域を用いて薄膜トランジスタの活性層を構成する
場合の例を示す。

【００４０】図７に本実施例に示す薄膜トランジスタの
一部の工程を示す。まずガラス基板７０１上に下地膜と
して酸化珪素膜７０２をプラズマＣＶＤ法またはスパッ
タ法により、３０００Åの厚さに成膜した。次に非晶質
珪素膜７０３を５００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法また
は減圧熱ＣＶＤ法で成膜した。

【００４１】そして試料を基板ごとスピナー７００の上
に配置する。この状態で所定のニッケル濃度に調整され
たニッケル酢酸塩溶液を塗布し、水膜７０４形成した。
この状態が図７（Ａ）に示されている。そして、スピナ
ーを用いたスピンドライを行うことにより、不要なニッ
ケル酢酸塩溶液を吹き飛ばし、微量のニッケル元素が非
晶質珪素膜の表面に接して保持された状態とした。

【００４２】次にパターニングを行うことにより、薄膜
トランジスタの活性層７０５を形成する。この状態にお
いては、活性層７０５は非晶質珪素膜で構成されてい
る。（図７（Ｂ））

【００４３】この状態でレーザー光を照射し、非晶質珪
素膜でなる活性層７０５を結晶化させた。ここで用いる
レーザー光は線状にビーム加工されたものある。レーザ
ー光の照射は、活性層の一方の辺から対向する辺に向か
って、線状レーザーが走査されながら照射されるよう行
う。またレーザー光としては、パルス発振のエキシマレ
ーザーを用いることが必要である。ここでは、ＫｒＦエ
キシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を用いる。

【００４４】このレーザー光の照射は、基板を５００℃
の温度に加熱しながら行う。これは、レーザー光の照射
に従う結晶構造の急激な変化を緩和するためである。こ
の加熱温度は、４５０℃〜ガラス基板の歪み点以下の温
度の範囲とすることが好ましい。

【００４５】非晶質珪素膜に対して線状のレーザー光が
照射されると、レーザー光が照射された領域が瞬間的に
溶融する。そして、この線状のレーザー光が走査されて
照射されることで、結晶成長が徐々に進行していき、単
結晶と見なせる領域を得ることができる。

【００４６】即ち、図７（Ｃ）に示すように非晶質珪素
膜で構成された活性層の一方の端部から線状のレーザー
光７０８が徐々に走査されながら照射されると、７０７
で示されるような単結晶と見なせる領域がレーザー光の
照射に伴って成長していき、最終的に活性層全体を単結
晶と見なせる状態とすることができる。

【００４７】このようにして、単結晶と見なせる珪素薄
膜で構成された活性層７０９が得られた。（図７
（Ｄ））

【００４８】ここで示す単結晶と見なせる領域というの
は、その領域中において、以下の条件を満たしているこ
とが必要とである。・結晶粒界が実質的に存在していない。・点欠陥を中和するための水素またはハロゲン元素を１
×１０^１５〜１×１０^２ ^０原子ｃｍ^−３の濃度で含んで
いる。・炭素および窒素の原子を１×１０^１６〜５×１０^１８
原子ｃｍ^−３の濃度で含んでいる。・酸素の原子を１×１０^１７〜５×１０^１９原子ｃｍ
^−３の濃度で含んでいる。

【００４９】また、本実施例で示すような珪素の結晶化
を助長する金属元素を利用している場合には、その膜中
に当該金属元素を１×１０^１６〜５×１０^１９ｃｍ^−３
の濃度で含んでいる必要がある。この濃度範囲の意味す
るところは、これ以上の濃度範囲では、金属としての特
性が表れてしまい半導体としての特性が得られず、また
この濃度範囲以下では、そもそも珪素の結晶化を助長す
る作用を得ることができないということである。

【００５０】これらのことより分かるように、上記のレ
ーザー光の照射によって得られる単結晶とみなせる珪素
膜の領域は、単結晶ウエハーのような一般的な単結晶と
は本質的に異なるものである。

【００５１】このレーザー光の照射による結晶化の際に
おいても膜の収縮が発生し、その歪みは活性層の周辺部
に行くほど蓄積する。即ち、図７（Ｄ）の７１０で示さ
れる部分に歪みが集中して蓄積してしまう。

【００５２】また、一般に活性層の厚さは、数百Å〜数
千Å程度である。またその大きさは数μｍ角〜数百μｍ
角である。即ち、非常に薄い薄膜状の形状を有してい
る。このような薄い薄膜状の状態において、図７（Ｃ）
に示すような結晶成長が進行すると、その周囲、即ち結
晶成長の成長終点付近やそれ以上結晶成長が進行しない
領域に歪みが集中して発生してしまう。

【００５３】このように主に２つの原因により、活性層
の周囲に歪みが集中して存在することとなってしまう。
活性層中にこのような歪みが集中している領域が存在す
ることは、薄膜トランジスタの動作において悪影響を及
ぼす原因ともなるもので、好ましいものではない。

【００５４】そこで、本実施例においても、活性層の周
囲全周をエッチングする。こうして図７（Ｅ）に示すよ
うな実質的に単結晶と見なせる領域で構成され、また応
力の影響が低減された活性層７１１を得ることができ
る。（図７（Ｅ））

【００５５】活性層を７１１を得た後、図８（Ａ）に示
すように、活性層７１１を覆ってゲイト絶縁膜７１２と
して酸化珪素膜を１０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法
で成膜した。さらにＰ（リン）を多量にドーピングした
多結晶珪素膜を減圧熱ＣＶＤ法で５０００Åの厚さに成
膜し、パターニングを施すことにより、ゲイト電極７１
３を形成した。（図８（Ａ））

【００５６】次にＰ（リン）イオンの注入をプラズマド
ーピング法またはイオン注入法により行い、自己整合的
にソース領域７１４とドレイン領域７１６を形成した。
そしてゲイト電極７１３がマスクとなることによって不
純物イオンが注入されない領域７１５をチャネル形成領
域として画定した。（図８（Ｂ））

【００５７】次に層間絶縁膜として酸化珪素膜７１７を
ＴＥＯＳガスを用いたプラズマＣＶＤ法で７０００Åの
厚さに成膜した。そしてコンタクトホールの形成後、チ
タンとアルミニウムの積層膜を用いて、ソース電極とド
レイン電極の形成を行った。また図面では示されない
が、ゲイト電極７１３へのコンタクト電極も同時に形成
した。そして最後に３５０℃の水素雰囲気中において１
時間の加熱処理を加えることにより、図８（Ｃ）に示す
ような薄膜トランジスタを完成させた。

【００５８】このようにして得られた薄膜トランジスタ
は、活性層が単結晶と見なせるような珪素膜で構成され
ているので、その電気的な特性もＳＯＩ技術等を利用し
て作製された単結晶珪素膜を用いた薄膜トランジスタに
匹敵するものとすることができる。

【００５９】〔実施例４〕本実施例は、実施例３に示し
た構成において、活性層を構成するべくパターニングさ
れた非晶質珪素膜に対するレーザー光の照射の仕方を工
夫し、より結晶化がし易いように工夫した例である。

【００６０】図９に示すのは、実施例３に示した工程に
おける活性層に対するレーザー光の照射方法である。こ
の場合、パターニングされた非晶質珪素膜９０１（後に
活性層となるので活性層と呼ぶこととする）の一方の辺
に平行に長手方向を有する線状のレーザー光を照射す
る。そして照射しつつ矢印の方向に走査することによっ
て、活性層９０１を単結晶と見なせる領域に変成する。

【００６１】本実施例に示す方法においては、図１０に
示すように活性層９０１の角の部分から結晶成長が進行
するように、線状のレーザー光９００の走査方向を設定
したことを特徴とする。図１０で示すレーザー光の照射
方法を採用した場合、図１１に示すように狭い領域から
徐々に広い領域へと結晶成長が進行していくことなるの
で、結晶成長がスムーズに進行し易い。そして、図９に
示すような状態でレーザー光を照射した場合に比較し
て、より単結晶と見なせる領域を形成し易く、またその
再現性も高いものとすることができる。

【００６２】

【発明の効果】本発明により、光アニールによって結晶
化させた半導体膜を用いて作製された絶縁ゲイト型半導
体装置の劣化を低減せしめることができた。実施例では
珪素半導体を中心に説明したが、同様な効果は他の半導
体（例えば、珪素ゲルマニウム合金半導体、硫化亜鉛半
導体、炭化珪素半導体他）においても得られる。このよ
うに本発明は工業的に価値を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作製工程の概念図（上方より見た
図）を示す。

【図２】本発明の作製工程の概念図（上方より見た
図）を示す。

【図３】従来法の作製工程例（上方より見た図と断
面）を示す。

【図４】光アニール時に薄膜半導体に加わる力につ
いて示す。

【図５】実施例１の作製工程断面図を示す。

【図６】実施例２の作製工程断面図を示す。

【図７】実施例２の作製工程断面図を示す。

【図８】実施例２の作製工程断面図を示す。

【図９】活性層（島上の半導体領域）に対する線状
のレーザー光の照射の状態を示す上面図。

【図１０】活性層（島上の半導体領域）に対する線状
のレーザー光の照射の状態を示す上面図。

【図１１】活性層（島上の半導体領域）に対する線状
のレーザー光の照射に従う結晶化の様子を示す。

【符号の説明】

１１島状半導体領域１２光アニール前の島状半導体領域の外
周１３光アニールによって歪みの蓄積した
領域１４光アニール後の島状半導体領域の外
周１５半導体素子を構成するための半導体
領域１６ゲイト電極２１島状半導体領域２２光アニール前の島状半導体領域の外
周２３光アニールによって歪みの蓄積した
領域２４光アニール後にエッチングした領域２５半導体素子のチャネル２６ゲイト電極３１島状半導体領域３２光アニール前の島状半導体領域の外
周３３光アニールによって歪みの蓄積した
領域３４ゲイト電極３５ゲイト絶縁膜４１島状半導体領域４２光アニール前の島状半導体領域の外
周４３光アニールによって歪みの蓄積した
領域５０１ガラス基板５０２下地膜（酸化珪素）５０３非晶質珪素膜５０４、５０５Ｎ型不純物領域５０６、５０７島状半導体領域５０８歪みの蓄積された領域５０９エッチングした部分５１０、５１１島状半導体領域５１２ゲイト絶縁膜（酸化珪素）５１３、５１４ゲイト電極（アルミニウム）５１５層間絶縁膜（酸化珪素）５１６、５１７ソース／ドレイン電極・配線（アル
ミニウム）６０１ガラス基板６０２下地膜（酸化珪素）６０３非晶質珪素膜６０４酢酸ニッケル（もしくはコバルト）
層６０５、６０６島状半導体領域６０７歪みの蓄積された領域６０８エッチングした部分６０９ゲイト絶縁膜（酸化珪素）６１０、６１１ゲイト電極（多結晶珪素）６１２、６１３ソース／ドレイン６１４、６１５ソース／ドレイン電極・配線（アル
ミニウム）６１４層間絶縁物（酸化珪素）７０１ガラス基板７０２下地膜（酸化珪素膜）７０３非晶質珪素膜７０４ニッケル酢酸塩溶液の水膜７０５活性層（島状の半導体領域）７０７結晶化された領域７０８レーザー光７０９結晶化された活性層７１０歪みの集中した領域７１１活性層（島状の半導体領域）７１２ゲイト絶縁膜（酸化珪素膜）７１３ゲイト電極７１４ソース領域７１５チャネル形成領域７１６ドレイン領域７１７層間絶縁膜（酸化珪素膜）７１８ソース電極７１９ドレイン電極９０１活性層（島状の半導体領域）９００線状のレーザービーム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体膜に線状レーザービームを照射する
半導体装置の作製方法であって、前記レーザービーム
は、ＹＡＧレーザーの高調波であることを特徴とする半
導体装置の作製方法。
【請求項２】半導体膜に線状レーザービームを照射する
半導体装置の作製方法であって、前記レーザービーム
は、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザーの第２高調波で
あることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】半導体膜に線状レーザービームを照射する
半導体装置の作製方法であって、前記レーザービームは
波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザーの第３高調波である
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項において、前
記ＹＡＧレーザーはパルス発振レーザーであることを特
徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】請求項１〜３のいずれか１項において、前
記ＹＡＧレーザーは連続発振レーザーであることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項において、前
記半導体膜は、アモルファスシリコンであることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】請求項１〜５のいずれか１項において、前
記半導体膜は、シリコンとゲルマニウムからなることを
特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項において、レ
ーザービームが照射された前記半導体膜の炭素濃度が、
５×１０¹⁸原子cm^-3以下であることを特徴とする半導体
装置の作製方法。
【請求項９】請求項１〜７のいずれか１項において、レ
ーザービームが照射された前記半導体膜の窒素濃度が、
５×１０¹⁸原子cm^-3以下であることを特徴とする半導体
装置の作製方法。
【請求項１０】請求項１〜７のいずれか１項において、
レーザービームが照射された前記半導体膜中の酸素濃度
が、５×１０¹⁹原子cm^-3以下であることを特徴とする半
導体装置の作製方法。
【請求項１１】請求項８〜１０のいずれか１項におい
て、前記濃度は2次イオン質量分析法で計測した値のこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】絶縁表面上の半導体膜に線状レーザー
ビームを照射し、前記レーザービームが照射された前記
半導体膜をエッチングし、島状半導体領域を形成し、前
記島状半導体領域上に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、不純物イオンを前記
島状半導体領域に導入する半導体装置の作製方法であっ
て、前記レーザービームはＹＡＧレーザーの高調波であるこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１３】絶縁表面上の半導体膜に線状レーザー
ビームを照射し、前記レーザービームが照射された前記
半導体膜をエッチングして島状半導体領域を形成し、前
記島状半導体領域上に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、不純物イオンを前記
島状半導体領域に導入する半導体装置の作製方法であっ
て、前記レーザービームは波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ
ーの第２高調波であることを特徴とする半導体装置の作
製方法。
【請求項１４】絶縁表面上の半導体膜に線状レーザー
ビームを照射し、前記レーザービームが照射された前記
半導体膜をエッチングして島状半導体領域を形成し、前
記島状半導体領域上に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、不純物イオンを前記
島状半導体領域に導入する半導体装置の作製方法であっ
て、前記レーザービームは波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ
ーの第３高調波であることを特徴とする半導体装置の作
製方法。
【請求項１５】請求項１２〜１４のいずれか１項におい
て、前記ＹＡＧレーザーはパルス発振レーザーであるこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】請求項１２〜１４のいずれか１項におい
て、前記ＹＡＧレーザーは連続発振レーザーであること
を特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】請求項１２〜１６のいずれか１項におい
て、前記半導体膜は、アモルファスシリコンであること
を特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１８】請求項１２〜１６のいずれか１項におい
て、前記半導体膜は、シリコンとゲルマニウムからなる
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１９】請求項１２〜１８のいずれか１項におい
て、前記島状半導体領域の炭素濃度が、５×１０¹⁸原子
cm^-3以下であることを特徴とする半導体装置の作製方
法。
【請求項２０】請求項１２〜１８のいずれか１項におい
て、前記島状半導体領域の窒素濃度が、５×１０¹⁸原子
cm^-3以下であることを特徴とする半導体装置の作製方
法。
【請求項２１】請求項１２〜１８のいずれか１項におい
て、前記島状半導体領域の酸素濃度が、５×１０¹⁹原子
cm^-3以下であることを特徴とする半導体装置の作製方
法。
【請求項２２】請求項１９〜２１のいずれか１項におい
て、前記濃度は2次イオン質量分析法で計測した値のこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。