JP2001044132A

JP2001044132A - 半導体装置の作製方法

Info

Publication number: JP2001044132A
Application number: JP2000189653A
Authority: JP
Inventors: Hideto Onuma; 英人大沼; Nobuhiro Tanaka; 信洋田中; Hiroki Adachi; 広樹安達
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2000-01-01
Filing date: 2000-06-23
Publication date: 2001-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】信頼性および量産性に優れ、ばらつきが小
さく、歩留りの高いレーアーアニール方法を提供する。【解決手段】絶縁表面上に形成された半導体膜を結晶
化するために、パルスレーザー光を前記半導体膜に照射
する。そして、前記パルスレーザー光は、Ｎｄ：ＹＡＧ
レーザーの高調波を採用した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、信頼性および量産性に
優れ、ばらつきが小さく、歩留りの高いレーアーアニー
ル方法に関する。特に、本発明は、シリコン皮膜のアニ
ール方法に関し、非晶質もしくは非晶質に近い状態を結
晶化せしめる工程、もしくはイオン照射、イオン注入、
イオンドーピング等によってダメージを受け、結晶性が
著しく損なわれたシリコン被膜の活性化の工程に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子プロセスの低温化に関
して盛んに研究が進められている。その理由の１つは、
ガラス等の絶縁基板上に半導体素子を形成する必要が生
じたからである。レーザーアニール技術は究極の低温プ
ロセスと注目されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
レーザーアニールの条件等については、各装置や被膜の
条件によって異なるものとして、十分な検討がおこなわ
れなかった。その結果、レーザーアニール技術は、非常
にばらつきが大きくて、到底実用化には到らないという
コンセンサスができていた。本発明の目的は、このよう
な従来には認知されていなかった条件を提示し、よっ
て、レーザーアニールによって再現性のよい結果を得る
ことである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、特に初期状
態から、または、イオン照射、イオン注入、イオンドー
ピング等のダメージによって、被膜がアモルファス、あ
るいはそれに類した非常に結晶性の悪化した状態で、半
導体としても十分な特性の示せないないような被膜を結
晶化、活性化せしめる目的でレーザーアニールの条件の
最適化を探していたが、その際には、レーザー光のエネ
ルギーの条件ばかりではなく、パルスの幅や波長によっ
ても最適な条件が変動することを発見した。

【０００５】本発明では、活性化されるべき被膜は主と
してシリコンから構成される被膜で、その膜厚は２μｍ
以下である。これらの被膜をレーザーアニールする際に
は、透光性を考慮して４００ｎｍ以下の短い波長のレー
ザーを使用するとよいことが知られている。

【０００６】例えば、一般に、レーザーのエネルギー密
度が高ければ活性化が十分におこなわれ、シート抵抗が
低下するものと考えられている。しかし、実際には、レ
ーザー光に対する吸収特性やレーザーの不安定性のため
に、再現の良い結果が得られなかった。

【０００７】本発明人は、最適な条件を求めている際
に、レーザーのパルス幅が重要であることを見いだし
た。すなわち、５０ｎｓｅｃ以下のパルス幅では、極め
て再現性が悪かった。これは、レーザーのエネルギーが
５％程度変動することを差し引いても説明できないもの
であった。この事実についてはまだ、完全に説明できて
いるわけではないが、本発明人は、詳細な検討の結果、
瞬間的に高エネルギーのレーザーが照射されて結晶化が
進行する際に、欠陥が無秩序に発生しているためであろ
うという結論に達した。このような欠陥は、均等に存在
するものではなく、欠陥が生じると、それがさらなる欠
陥の発生源となるのであろうと推定した。この仮定を立
証するために、レーザーのパルス幅を様々に変化させて
実験をおこなったところ、パルス幅が５０ｎｓｅｃ以
上、好ましくは１００ｎｓｅｃ以上であれば極めて良好
な結果が得られることが明らかになった。

【０００８】また、レーザーアニールの際には、被膜が
大気中に露出しているのではなく、厚さ１０〜１００ｎ
ｍの透明な被膜によって覆われていることや減圧状態で
あると、より好ましい結果をもたらすことを見出した。

【０００９】また、レーザーアニールの効果は、不純物
の種類によっても変動することがわかった。すなわち、
不純物の種類によってレーザー光の吸収係数が異なるか
らである。上記の波長（４００ｎｍ以下）では、不純物
としては、燐やホウ素、砒素が適当であることがわかっ
た。もちろん、このことから他の不純物の使用が適さな
いという訳ではない。

【００１０】さらに、レーザー光の照射は基板の裏面か
らでも上面からでもよい。ただし、裏面からレーザー照
射をおこなう場合には、基板材料がレーザー光を透過す
ることが必要である。

【００１１】本発明を実施するための装置とその操作方
法の例を図１に示す。図１は概念的なものであるので、
当然のことながら、実際の装置においては、必要に応じ
て、その他の部品を具備することがある。以下、その使
用方法について概説する。

【００１２】図１において、試料１４は、試料ホルダー
１５上に設置される。最初に、チャンバー１１は、排気
装置に接続した排気系１７によって真空排気される。こ
の場合には、できるだけ高真空に排気することが望まれ
る。すなわち、大気成分である炭素や窒素、酸素は、半
導体にとっては一般に好ましくないからである。このよ
うな元素は、半導体中に取り込まれるが、同時に添加さ
れた不純物の活性度を低下させることがある。また、半
導体の結晶性を損ない、粒界における不対結合手の原因
となる。したがって、１０^-6ｔｏｒｒ以下、好ましくは
１０^-8ｔｏｒｒ以下にまでチャンバー内を真空引きする
ことが望まれる。

【００１３】また、排気と前後してヒーター１６を作動
させ、チャンバー内部に吸着した大気成分を追い出すこ
とも望ましい。現在の真空装置において使用されている
ように、チャンバー以外に予備室を設け、チャンバーが
直接、大気に触れないような構造とすることも望まし
い。当然のことながら、ロータリーポンプや油拡散ポン
プに比べて、炭素等の汚染の少ないターボ分子ポンプや
クライオポンプを用いることが望ましい。

【００１４】次に、窓１２を通して、レーザー光１３が
試料に照射される。このとき、試料は、ヒーターによっ
て、一定の温度に加熱されている。レーザー光は、１か
所に付き通常５〜５０パルス程度照射される。レーザー
パルスのエネルギーのばらつきが非常に大きく、かつ、
パルス数がすくない場合には、不良発生の確率が大き
い。一方、あまりにも多くのパルスを１か所に照射する
ことは、量産性（スループット）の面から望ましくな
い。本発明人の知見では、上記のパルス数が量産性から
も、歩留りの点からも妥当であった。

【００１５】この場合、例えばレーザーのパルスが１０
ｍｍ（ｘ方向）×３０ｍｍ（ｙ方向）の特定の長方形の
形状をしていた場合に、同じ領域にレーザーパルスを１
０パルスを照射し、終了後は、次の部分に移動するとい
う方法でもよいが、レーザーを１パルスにつき、ｘ方向
に１ｍｍづつ移動させていってもよい。レーザー光の形
状に関しては、図２に示すような長方形のもので、図２
に示すように、基板上を上下左右に移動させる形式のも
のであってもよい。

【００１６】レーザー照射が終了したら、チャンバー内
を真空排気し、試料を室温まで冷却して、試料を取り出
す。このように、本発明では、ドーピングの工程は極め
て簡単であり、かつ、高速である。

【００１７】

【実施例】〔実施例１〕図３には本発明のドーピング
処置装置の様子を示す。すなわち、チャンバー３１に
は、無水石英ガラス製のスリット状の窓３２が設けられ
ている。レーザー光は、この窓に合わせて細長い形状に
成形される。レーザーのビームは、例えば１０ｍｍ×３
００ｍｍの長方形とした。なお、レーザー光の位置は、
固定されている。チャンバーには、排気系３７、および
パッシベーションガスを導入するためのガス系３８が接
続されている。また、チャンバー内には、試料ホルダー
３５が設けられ、その上には、試料３４が乗せられ、試
料ホルダーの下には、赤外線ランプ（ヒーターとして機
能する）３６が設けられている。試料ホルダーは可動で
あり、試料をレーザーのショットに合わせて移動するこ
とができる。

【００１８】このように、試料の移動のための機構がチ
ャンバー内に組み込まれている際には、ヒーターによる
試料ホルダーの熱膨張によって狂いが生じるので、温度
制御には細心の注意が必要である。また、試料移送機構
によってホコリが生じるので、チャンバー内のメンテナ
ンスは面倒である。

【００１９】〔実施例２〕図４（Ａ）には本発明のド
ーピング処置装置の様子を示す。すなわち、チャンバー
４０には、無水石英ガラス製の窓４１が設けられてい
る。この窓は、実施例３の場合と異なり、試料４３全面
を覆うだけの広いものである。チャンバーには、排気系
４５、およびパッシベーションガスを導入するためのガ
ス系４６が接続されている。また、チャンバー内には、
試料ホルダー４４が設けられ、その上には、試料４３が
乗せられ、試料ホルダーは、ヒーターが内蔵されてい
る。試料ホルダーは、チャンバーに固定されている。チ
ャンバーの下部には、チャンバーの台４０ａが設けられ
ており、レーザーのパルスに合わせて、チャンバー全体
を移動させることによって、逐次、レーザー照射をおこ
なう。レーザーのビームは、実施例１の場合と同じく、
細長い形状である。例えば、５ｍｍ×１００ｍｍの長方
形とした。実施例１と同様、レーザー光の位置は固定さ
れている。本実施例では、実施例１と異なり、チャンバ
ー全体が移動する機構を採用する。したがって、チャン
バー内には、機械部分が存在せず、ホコリ等が生じない
のでメンテナンスが容易である。また、移送機構が、ヒ
ーターの熱の影響を受けることは少ない。

【００２０】本実施例では、実施例１に比べて上記のよ
うな点で優れているだけでなく、以下のような点でも優
れている。すなわち、実施例１の方式では、試料をチャ
ンバーに入れてから、十分な真空度まで真空排気できる
までレーザー放射をおこなえなかった。すなわち、デッ
ドタイムが多かった。しかし、本実施例では、図４
（Ａ）のようなチャンバーを多数用意し、それぞれ、順
次、試料装填、真空排気、レーザー照射、試料取り出
し、というように回転させてゆけば、上記のようなデッ
ドタイムは生じない。そのようなシステムを図４（Ｂ）
に示した。

【００２１】すなわち、未処理の試料を内蔵したチャン
バー４０Ａ、４０Ｂは、排気工程の間に連続的な搬送機
構５０Ａによって、精密な移動がおこなえるステージを
有する架台５０Ｂに向かう。ステージ上のチャンバー４
０Ｃには、レーザー装置４７から放射され、適当な光学
装置４８、４９で加工されたレーザー光が窓を通して中
の試料に照射される。ステージを動かすことによって、
必要なレーザー照射がおこなわれたチャンバー４０Ｃ
は、再び、連続的な搬送機構５０Ｃによって次の段階に
送られ、その間にチャンバー内のヒーターは消灯し、排
気され、十分温度が下がってから、試料が取り出され
る。

【００２２】このように、本実施例では、連続的な処理
がおこなえることによって、排気待ちの時間を削減する
ことができ、スループットを向上させられる。もちろ
ん、本実施例の場合には、スループットは向上するけれ
ども、その分、実施例１の場合よりチャンバーを多く必
要とするので、量産規模や投資規模を考慮して実施すべ
きである。

【００２３】〔実施例３〕本実施例は、ガラス基板上
に設けられたＮＴＦＴの作製に本発明の構成であるドー
ピング方を適用した例である。本実施例においては、基
板としてガラス基板また石英基板を用いた。まず、基板
であるガラス５１上にＳｉＯ₂膜を下地保護膜５２とし
て形成し、次に、プラズマＣＶＤ法によって実質的に真
性の水素化非晶質珪素半導体層５３を１００ｎｍの厚さ
に形成する。次に、デバイス分離パターニングを行っ
た。そして、試料を真空中（１０^-6Torr以下）で、４５
０度、１時間加熱し、水素出しを徹底的に行い、膜中の
ダングリングボンドを高密度で生成させた。その後、Ｒ
Ｆスパッタ法を用いてＳｉＯ₂膜５４を１００ｎｍ成膜
し、図５（Ａ）の形状を得た。そして、チャネルの部分
にのみ、酸化珪素マスク５４Ａを残置せしめた。そし
て、イオンドーピング法によって燐イオンを珪素膜中に
導入し、Ｎ型不純物領域５５Ａおよび５５Ｂを形成し
た。ただし、酸化珪素マスク５４Ａが存在するため、そ
の下部には燐は注入されない。

【００２４】ここで、図３に示す装置を用いて本発明の
構成であるレーザー光による不純物の活性化を行う。図
３に示す装置において、１０^-2ｔｏｒｒ以下の雰囲気下
で、試料（図５（Ｂ）の形状を有している）を加熱し、
レーザー光を照射してレーザーアニール（活性化）を行
った。レーザーとしては、ＸｅＦレーザー（波長３５０
ｎｍ、パルス幅７０ｎｓｅｃ）を使用した。この時、ソ
ース，ドレイン領域（図に示す５５Ａ、５５Ｂ）には燐
が活性化されるのでＮ型化すると同時に、チャネル形成
領域（図に示す５３Ａ）も酸化珪素マスク５４Ａがレー
ザーを透過し、結晶化する。

【００２５】上記ソース，ドレイン領域形成の後、酸化
珪素マスク５４Ａ（そのままゲイト酸化膜として使用さ
れる）上にゲイト電極５６を形成し、さらに、層間絶縁
膜としてＳｉＯ₂膜５７を１００ｎｍの厚さに成膜し、
コンタクト用の穴開けパターニングを行い、さらに、電
極となるアルミを蒸着してソース電極５８Ａとドレイン
電極５８Ｂを形成し、さらに、水素雰囲気中において３
５０度の温度で水素熱アニールを行うことによって、図
５（Ｃ）に示すように、ＮＴＦＴを完成した。

【００２６】本実施例では、セルフアライン的なソー
ス、ドレインの形成はできないが、レーザー結晶化と活
性化が同時におこなえ、また、ソースとチャネル形成領
域、ドレインとチャネル形成領域の接合部が連続的であ
るので、特性が良く、また、長期の信頼性に優れるもの
であった。

【００２７】〔実施例４〕図６を用いて、本発明を用
いた絶縁基板上の多層集積回路の作製実施例を説明す
る。本実施例では、基板６１としてコーニング社の７０
５９番ガラス基板を使用した。基板は、直径２インチの
円形とし、その厚さは１．１ｍｍであった。基板は、こ
の他にも様々な種類のものを使用することができるが、
半導体被膜中にナトリウム等の可動イオンが侵入しない
ように基板に応じて対処しなければならない。理想的な
基板は、アルカリ濃度の小さい合成石英基板であるが、
コスト的に利用することが難しい場合には、市販の低ア
ルカリガラスもしくは無アルカリカラスを使用すること
となる。本実施例では、基板６１上にはスパッタ法によ
って、厚さ２０〜１０００ｎｍ、例えば５０ｎｍの酸化
珪素膜６２を形成した。被膜６２の膜厚は、可動イオン
の侵入の程度、あるいは活性層への影響の程度に応じて
設計される。

【００２８】これらの皮膜の形成には、上記のようなス
パッタ法だけでなく、プラズマＣＶＤ法等の方法によっ
て形成してもよい。特にＴＥＯＳを利用してもよい。こ
の手段の選択は投資規模や量産性等を考慮して決定すれ
ばよい。

【００２９】その後、減圧ＣＶＤ法によって、モノシラ
ンを原料として、厚さ２０〜２００ｎｍ、例えば１００
ｎｍのアモルファスシリコン膜を形成した。基板温度
は、５２０〜５６０℃、例えば５５０℃とした。このよ
うにして得られたアモルファスシリコン膜を、６００℃
で２４時間熱アニールした。その結果、いわゆるセミア
モルファスシリコンと言われる結晶性シリコンを得た。

【００３０】さて、アモルファスシリコン膜を熱アニー
ルによって、結晶性シリコン膜としたのち、これを適当
なパターンにエッチングして、島状半導体領域６３を形
成した。その後、酸素雰囲気中での酸化珪素をターゲッ
トとするスパッタ法によって、ゲイト絶縁膜（酸化珪
素）６４を厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば１００ｎｍだ
け形成した。この厚さは、ＴＦＴの動作条件等によって
決定される。

【００３１】次に、スパッタ法によって、アルミニウム
皮膜を厚さ５００ｎｍだけ形成し、これを混酸（５％の
硝酸を添加した燐酸溶液）によってパターニングし、ゲ
イト電極・配線６５を形成した。エッチングレートは、
エッチングの温度を４０℃としたときに２２５ｎｍ／分
であった。このようにして、ＴＦＴの外形を整えた。こ
のときのチャネルの大きさは、いずれも長さ８μｍ、幅
２０μｍとした。

【００３２】さらに、陽極酸化法によってアルミニウム
配線の表面に酸化アルミニウムを形成した。陽極酸化の
方法としては、本発明人等の発明である特願平３−２３
１１８８もしくは特願平３−２３８７１３に記述される
方法を用いた。詳細な実施の様態については、目的とす
る素子の特性やプロセス条件、投資規模等によって変更
を加えればよい。本実施例では、陽極酸化によって、厚
さ２５０ｎｍの酸化アルミニウム被膜を形成した。

【００３３】その後、ゲイト酸化膜を通したイオン注入
法によって、Ｎ型ソース／ドレイン領域６６を形成し
た。不純物濃度は８×１０¹⁹ｃｍ^-3となるようにした。
イオン源としては、リンイオンを用い、加速電圧８０ｋ
ｅＶで注入した。加速電圧は、ゲイト酸化膜の厚さや半
導体領域６３の厚さを考慮して設定される。イオン注入
法のかわりに、イオンドーピング法を用いてもよい。イ
オン注入法では、注入されるイオンは質量によって分離
されるので、不必要なイオンは、注入されることがない
が、イオン注入装置で処理できる基板の大きさは限定さ
れる。一方、イオンドーピング法では、比較的大きな基
板（例えば対角３０インチ以上）も処理する能力を有す
るが、水素イオンやその他不必要なイオンまで同時に加
速されて注入されるので、基板が加熱されやすい。

【００３４】このようにして、オフセット領域を有する
ＴＦＴが作製された。さらに、レーザーアニール法によ
って、ゲイト電極部をマスクとしてソース／ドレイン領
域の再結晶化をおこなった。レーザーは、キセノンラン
プ励起のＮｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波（波長２６
５ｎｍ、パルス幅１５０ｎｓｅｃ）を使用した。エネル
ギー密度は２５０ｍＪ／ｃｍ²とし、ショット数は１０
ショットとした。そして、層間絶縁物６７として、酸化
珪素をＲＦプラズマＣＶＤ法で形成した。この様子を図
６（Ａ）に示す。

【００３５】なお、レーザー照射の際に、基板を３００
〜４００℃、例えば３５０℃に加熱しておくと、再現性
よく、高移動度のシリコン膜が得られた。例えば、基板
を３５０℃に加熱してレーザーを照射した場合には、シ
リコン膜の電子移動度は、平均値が８０ｃｍ²／Ｖｓ
で、７０〜９０ｃｍ²／Ｖｓの範囲に８０％が存在した
のに対し、基板温度を室温として、レーザーを照射した
場合には、平均値が６０ｃｍ²／Ｖｓで、５０〜７０ｃ
ｍ²／Ｖｓの範囲には、４０％しか存在しなかった。こ
のように、基板温度を適当な温度に保つことによって信
頼性を高めることができた。

【００３６】その後、層間絶縁物６７とゲイト絶縁膜６
４にコンタクトホールを形成し、スパッタ法によってア
ルミニウム膜を厚さ２５０〜1000ｎｍ、例えば５００ｎ
ｍ形成し、これをパターニングして第１の集積回路層の
配線６８を形成した。そして、スピンコーティング法に
よって、ポリイミド原料（例えば東レ製セミコファイ
ン）を塗布し、これを４５０〜５５０℃で縮合させて、
ポリイミド膜６９を厚さ０．５〜５μｍ、例えば３μｍ
形成した。その平坦度は、２インチウェファー内で０．
１μｍ以内となるようにした。ここまでの状態を図６
（Ｂ）に示す。

【００３７】その後、プラズマＣＶＤ法によって、基板
温度３００〜４００℃、例えば３２０℃でアモルファス
シリコン膜を堆積し、さらに、これを島状にパターニン
グした後、ゲイト酸化膜として、酸化膜６４と同じ条件
で酸化珪素膜７１を形成した。さらに、この状態で前記
レーザー光を照射して、島状半導体領域７０を結晶化し
た。この様子を図６（Ｃ）に示す。

【００３８】本実施例では、レーザーの照射にあたって
は、本実施例では、ソース／ドレイン６６の活性化や半
導体領域７０の結晶化においては、２インチウェファー
を図２に示すように３２分割し、番号の順番に、ほぼ正
方形のレーザー光（図の斜線部）を順番に照射した。レ
ーザーアニールは、熱アニールに比べて生産性が低いよ
うに思われるかもしれないが、本実施例で用いたＹＡＧ
レーザーの繰り返し周波数は２００Ｈｚであり、ウェフ
ァー上の１か所の処理に要する時間は、０．１秒であ
る。したがって、ウェファーが移動する時間を考慮して
も、１枚のウェファーを処理する時間は１０秒弱であ
り、ウェファーの自動搬送をおこなえば、１時間に２０
０枚以上のウェファーを処理することが出来る。

【００３９】ウェファーを大きくすることや、レーザー
の出力を大きくすることは、ウェファーの差換えを省略
し、また、レーザービームの面積を大きくすることが可
能で処理時間のさらなる短縮を可能とする。

【００４０】その後、第１の集積回路層と同じように、
アルミニウム（陽極酸化膜で覆われている）でゲイト配
線・電極７２を形成したのち、ボロンイオンの打ち込み
とレーザーアニールによってソース／ドレイン７３を形
成し、さらに、スパッタ法によって酸化珪素膜７４を堆
積してこれを層間絶縁物とした。この様子を図６（Ｄ）
に示す。

【００４１】ついで、層間絶縁物（酸化珪素）７４、ゲ
イト絶縁膜（酸化珪素）７１、層間絶縁物（ポリイミ
ド）６９を貫通して、コンタクトホール７５を形成した
（図６（Ｅ））。コンタクトホールの直径は、ポリイミ
ド層間絶縁物の厚さの２倍の６μｍとした。そして、ス
パッタ法によってアルミニウム被膜を厚さ２５０〜３０
００ｎｍ、例えば１５００ｎｍだけ形成し、コンタクト
ホールを完全に埋めてから、異方性エッチングによっ
て、１０００ｎｍだけエッチングした。その後、このア
ルミニウム膜をパターニングして、配線７６を形成し
た。この際、アルミニウムの膜厚が小さいと、コンタク
トホールにおいて、断線をおこしてしまうので注意が必
要である。

【００４２】このようにして、図６（Ｆ）に示すような
２層集積回路を形成することができた。さらに、多層の
集積回路を形成するには、以上の操作を繰り返せばよ
い。

【００４３】〔実施例５〕図７に本実施例を示す。本
実施例は、本発明を利用してＣＭＯＳ回路を作製したも
のである。まず、石英基板８０上に、スパッタ法によっ
て下地酸化膜８１を厚さ２０〜２００ｎｍ堆積した。さ
らに、その上にモノシランもしくはジシランを原料とす
るプラズマＣＶＤ法もしくは減圧ＣＶＤ法によって、ア
モルファスシリコン膜８２を厚さ１５０〜２５０ｎｍ堆
積した。このときには、アモルファスシリコン膜中の酸
素および窒素の濃度は、１０¹⁸ｃｍ^-2以下、好ましくは
１０¹⁷ｃｍ^-2以下とする。この目的には、減圧ＣＶＤ法
が適している。本実施例では、酸素濃度は１０¹⁷ｃｍ^-2
以下とした。

【００４４】そして、保護膜８３（酸化珪素膜、厚さ５
０〜１５０ｎｍ）を設け、アルゴンもしくは窒素の雰囲
気下で６００℃で４〜１００時間アニールをおこなっ
て、結晶化させた。この様子を図７（Ａ）に示す。

【００４５】その後、これらのＳｉ膜を島状にパターニ
ングし、図７（Ｂ）のように、ＰＭＯＳ領域８４ＡとＮ
ＭＯＳ領域８４Ｂを形成した。さらに、これらの島状領
域を覆って、スパッタ法によって酸化珪素膜（厚さ５０
〜１５０ｎｍ）を形成し、これをゲイト絶縁膜８５とし
た。その後、厚さ２００ｎｍ〜５μｍのアルミニウム膜
をスパッタ法によって形成して、これをパターニング
し、さらにこれに電解溶液中で通電して、膜の上面およ
び側面に陽極酸化膜を形成させた。以上の工程によって
各島状領域にゲイト電極部８６Ａ、８６Ｂを形成した。

【００４６】その後、イオンドーピング法によって、各
ＴＦＴの島状シリコン膜中に、ゲイト電極部をマスクと
して自己整合的に不純物を注入した。この際には、最初
に全面にフォスフィン（ＰＨ₃）をドーピングガスとし
て燐を注入し、その後、図の島状領域８４Ｂのみをフォ
トレジストで覆って、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）をドーピン
グガスとして、島状領域８４Ａに硼素を注入した。ドー
ズ量は、燐は２〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2、硼素は４〜１０×
１０¹⁵ｃｍ^-2とし、硼素のドーズ量が燐を上回るように
設定した。

【００４７】ドーピング工程によって、シリコン膜の結
晶性が破壊されたために、本発明によるレーザーアニー
ルによって、その活性化をおこなった。活性化は図３に
示す装置を用いておこなった。図３に示す装置におい
て、１０^-2ｔｏｒｒ以下の雰囲気下で、試料（図５
（Ｂ）の形状を有している）を加熱し、レーザー光を照
射してレーザーアニール（活性化）を行った。レーザー
としては、ＸｅＦレーザー（波長３５０ｎｍ、パルス幅
７０ｎｓｅｃ）を使用した。通常はレーザー光は、上面
から照射されるが、本実施例では、裏面から照射した。
このような裏面照射の場合には、基板材料がレーザー光
を透過するものとしなければならない。この時、ソー
ス，ドレイン領域（図に示す８７Ａ、８７Ｂ）には、レ
ーザー照射によって活性化すると同時に、チャネル形成
領域にもレーザー光が照射される。そのため、チャネル
形成領域とソース／ドレインの結晶性が境界においても
連続的となり、信頼性の向上に寄与する。

【００４８】以上の工程によって、Ｐ型の領域８７Ａ、
およびＮ型の領域８７Ｂが形成された。これらの領域の
シート抵抗は２００〜８００Ω／□であった。その後、
全面に層間絶縁物８８として、スパッタ法によって酸化
珪素膜を厚さ３００〜１０００ｎｍ形成した。これは、
プラズマＣＶＤ法による酸化珪素膜であってもよい。特
に、ＴＥＯＳを原料とするプラズマＣＶＤ法では、ステ
ップカバレージの良好な酸化珪素膜が得られる。

【００４９】その後、ＴＦＴのソース／ドレイン（不純
物領域）にコンタクトホールを形成し、アルミ配線８９
Ａ〜８９Ｄを形成した。最後に、水素中で２５０〜３５
０℃で２時間アニールして、シリコン膜のダングリング
ボンドを減らした。以上の工程によって得られたＴＦＴ
の典型的な移動度はＰＭＯＳ、ＮＭＯＳとも６０ｃｍ ²
／Ｖｓであった。

【００５０】

【発明の効果】本発明によって最適なレーザーアニール
をおこない、よって、ばらつきが少なく信頼性の高い半
導体膜を得ること、および信頼性の高い半導体素子を形
成することができた。このように本発明は工業上、有益
なものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するためのレーザーアニール装置
の概念図を示す。

【図２】本発明におけるレーザー処理の手順を示す。

【図３】実施例で使用されたレーザーアニール装置の例
を示す。

【図４】実施例で使用されたレーザーアニール装置の例
を示す。

【図５】実施例におけるＴＦＴの作製工程を示す。

【図６】実施例におけるＴＦＴの作製工程を示す。

【符号の説明】

１光学架台２レーザー装置（発振段）３レーザー装置（増幅段）４ビーム成形光学系５〜９全反射ミラー１０試料ステージおよび駆動機構１１試料（ガラス基板）

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【手続補正書】

【提出日】平成１２年６月２６日（２０００．６．２
６）

【手続補正１】

【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２】本発明におけるレーザー処理の手順を示す。

【図５】実施例におけるＴＦＴの作製工程を示す。

【図６】実施例におけるＴＦＴの作製工程を示す。

【図７】実施例におけるＴＦＴの作製工程を示す。

【符号の説明】１光学架台２レーザー装置（発振段）３レーザー装置（増幅段）４ビーム成形光学系５〜９全反射ミラー１０試料ステージおよび駆動機構１１試料（ガラス基板）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁表面上に半導体膜を形成し、前記半導体膜を結晶化するためにパルスレーザー光を前
記半導体膜に照射する半導体装置の作製方法において、前記レーザー光は、Ｎｄ：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】絶縁表面上に半導体膜を形成し、前記半導体膜を結晶化するためにパルスレーザー光を前
記半導体膜に照射する半導体装置の作製方法において、前記レーザー光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波
で波長が２６５ｎｍ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】絶縁表面上に燐、硼素、または砒素が注入
された半導体膜を形成し、パルスレーザー光を前記半導体膜に照射する半導体装置
の作製方法において、前記レーザー光は、Ｎｄ：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４】絶縁表面上に燐、硼素、または砒素が注入
された半導体膜を形成し、パルスレーザー光を前記半導体膜に照射する半導体装置
の作製方法において、前記レーザー光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波
で波長が２６５ｎｍ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】絶縁表面上に半導体膜を形成し、前記半導体膜中に不純物領域を形成するため、前記半導
体膜に不純物イオンを選択的に注入し、前記不純物領域をアニールするためにパルスレーザー光
を前記半導体膜に照射する半導体装置の作製方法におい
て、前記レーザー光は、Ｎｄ：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６】絶縁表面上に半導体膜を形成し、前記半導体膜中に不純物領域を形成するため、前記半導
体膜に不純物イオンを選択的に注入し、前記不純物領域をアニールするためにパルスレーザー光
を前記半導体膜に照射する半導体装置の作製方法におい
て、前記レーザー光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波
で波長が２６５ｎｍ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】絶縁表面上に半導体膜を形成し、前記半導体膜を結晶化するため、前記半導体膜に第１の
方向に長い矩形状のパルスレーザー光を半導体膜に照射
し、前記第１の方向に垂直な第２の方向に前記半導体膜を移
動させる半導体装置の作製方法において、前記レーザー光は、Ｎｄ：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８】絶縁表面上に半導体膜を形成し、前記半導体膜を結晶化するため、前記半導体膜に第１の
方向に長い矩形状のパルスレーザー光を半導体膜に照射
し、前記第１の方向に垂直な第２の方向に前記半導体膜を移
動させる半導体装置の作製方法において、前記レーザー光はＮｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波で
波長が２６５ｎｍ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】絶縁表面上にリン、ホウ素、またはヒ素が
注入された半導体膜を形成し、前記半導体膜に、第１の方向に長い矩形状のパルスレー
ザー光を照射し、前記第１の方向に垂直な第２の方向に前記半導体膜を移
動させる半導体装置の作製方法において、前記レーザー光は、Ｎｄ：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１０】絶縁表面上にリン、ホウ素、またはヒ素
が注入された半導体膜を形成し、前記半導体膜に、第１の方向に長い矩形状のパルスレー
ザー光を半導体膜に照射し、前記第１の方向に垂直な第２の方向に前記半導体膜を移
動させる半導体装置の作製方法において、前記レーザー光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波
で波長が２６５ｎｍ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】絶縁表面上に半導体膜を形成し、前記半導体膜中に不純物領域を形成するため、前記半導
体膜に不純物イオンを選択的に注入し、前記不純物領域をアニールするために、前記半導体膜に
第１の方向に長い矩形状のパルスレーザー光を照射し、前記第１の方向に垂直な第２の方向に前記半導体膜を動
かす半導体装置の作製方法において、前記レーザー光は、Ｎｄ：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１２】絶縁表面上に半導体膜を形成し、前記半導体膜中に不純物領域を形成するため、前記半導
体膜に不純物イオンを選択的に注入し、前記不純物領域をアニールするために、前記半導体膜
に、第１の方向に長い矩形状のパルスレーザー光を照射
し、前記第１の方向に垂直な第２の方向に移動させる半導体
装置の作製方法において、前記レーザー光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波
で波長が２６５ｎｍ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】請求項１乃至１２のいずれか一項におい
て、前記半導体膜は、非晶質珪素を含むことを特徴とする半
導体装置の作製方法。
【請求項１４】請求項１乃至１２のいずれか一項におい
て、前記半導体膜は、島状に形成されていることを特徴とす
る半導体装置の作製方法。
【請求項１５】請求項１乃至１２のいずれか一項におい
て、前記レーザー光が、前記半導体膜の一部に繰り返し照射
され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１乃至１２のいずれか一項におい
て、前記レーザー光は、正方形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１乃至１２のいずれかにおいて、前記半導体膜は、ガラス基板上に形成されていることを
特徴とする半導体装置の作製方法。