JP2001189464A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特性の良い半導体装置を提供する。 【解決手段】 絶縁表面上に形成された第一の濃度の不
純物領域、第二の濃度の不純物領域及びチャネル形成領
域を有する半導体膜と、前記半導体膜上に形成されたゲ
イト絶縁膜と、前記ゲイト絶縁膜上に形成されたゲイト
電極とを有する半導体装置において、前記第一の濃度は
前記第二の濃度よりも低く、前記チャネル形成領域は前
記第一の濃度の不純物領域の間に形成され、前記第一の
濃度の不純物領域は前記第二の濃度の不純物領域の間に
形成され、前記チャネル形成領域及び前記第一の濃度の
不純物領域は前記ゲイト絶縁膜を介して前記ゲイト電極
の下に形成されていることを特徴とする半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス等の絶縁材
料、あるいは珪素ウェハー上に酸化珪素等の絶縁被膜を
形成した材料等の絶縁表面上に形成される絶縁ゲイト型
トランジスタ（ＴＦＴ）およびその作製方法に関する。
本発明は、特にガラス転移点（歪み温度、歪み点とも言
う）が７５０℃以下のガラス基板上に形成されるＴＦＴ
に有効である。本発明による半導体装置は、液晶ディス
プレー等のアクティブマトリクスやイメージセンサー等
の駆動回路、あるいは３次元集積回路に使用されるもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、アクティブマトリクス型の液
晶表示装置やイメージセンサー等の駆動の目的で、ＴＦ
Ｔ（薄膜トランジスタ）を形成することが広く知られて
いる。特に、最近は、高速動作の必要から、非晶質珪素
を活性層に用いた非晶質珪素ＴＦＴにかわって、より電
界移動度の高い結晶珪素ＴＦＴが開発されている。しか
しながら、より高度な特性が必要とされるようになる
と、半導体集積回路技術で利用されるようなソース／ド
レインをシリサイドによって構成することによって、当
該部分のシート抵抗を低下させる構造（サリサイド構
造、例えば、Ｈ．Ｋａｎｅｋｏ他、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎ
ｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，ＥＤ−３３，
１７０２（１９８６））が必要とされた。

【０００３】しかしながら、公知の半導体集積回路技術
とは異なって、ＴＦＴには解決すべき問題が多くあっ
た。特に、素子が絶縁表面上に形成され、反応性イオン
異方性エッチングが十分できないため、微細なパターン
ができないという大きな制約があった。図６には、現在
まで用いられているサリサイドを作製する代表的なプロ
セスの断面図を示す。まず、基板（ガラスでも珪素ウェ
ハーでもよい）６０１上に下地膜６０２を形成し、活性
層を結晶珪素６０３によって形成する。そして、この活
性層上に酸化珪素等の材料によって絶縁被膜６０４を形
成する。（図６（Ａ））

【０００４】次に、ゲイト電極６０５が多結晶珪素（燐
等の不純物がンドーピングされている）やタンタル、チ
タン、アルミニウム等で形成される。さらに、このゲイ
ト電極をマスクとして、イオンドーピング等の手段によ
って不純物元素（リンやホウ素）を導入し、自己整合的
に不純物領域６０６が活性層６０３に形成される。不純
物が導入されなかったゲイト電極の下の活性層領域はチ
ャネル形成領域となる。（図６（Ｂ））

【０００５】次に、プラズマＣＶＤ、ＡＰＣＶＤ等の手
段によって酸化珪素等の絶縁膜６０７を形成（図６
（Ｃ））し、これを異方性エッチングすることによっ
て、ゲイト電極の側面に隣接して側壁６０８を形成す
る。（図６（Ｄ）） そして、全面にチタン、クロム、タングステン、モリブ
テン等のシリサイドを形成するための金属被膜を成膜し
（図６（Ｅ））、これを不純物領域６０６と反応させ
て、シリサイド領域６１０を形成する。側壁の下部（幅
ｘ）の不純物領域６０６はシリサイドが形成されないの
で、通常のソース／ドレイン６１１となる。（図６
（Ｆ）） 最後に、層間絶縁物６１２を形成し、さらに、層間絶縁
物を通して、ソース／ドレイン領域にコンタクトホール
を形成し、アルミニウム等の金属材料によって、ソース
／ドレインに接続する配線・電極６１３を形成する。
（図６（Ｇ））

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上の方法は従来の半
導体集積回路におけるサリサイド作製プロセスをそのま
ま踏襲したものであって、ガラス基板上のＴＦＴ作製プ
ロセスにはそのまま適用することの困難な工程や、ある
いは生産性の面で好ましくない工程がある。第１にはド
ーピング後に活性層表面をエッチングしなければならな
いことである。ＴＦＴの活性層は薄い方が良好な特性が
得られることが知られている。したがって、図６の工程
（Ｄ）において側壁６０８を形成する場合には活性層の
オーバーエッチングには留意する必要がある。

【０００７】しかしながら、活性層の厚さが１５００Å
以下、好ましくは、８００Å以下であるのに対し、側壁
を形成するための絶縁膜６０７の厚さはゲイト電極６０
５と同程度の厚さが必要であるため、３０００〜８００
０Åであり、若干のオーバーエッチングは避けられな
い。加えて、活性層に不純物がドーピングされたもの
（ドープド珪素）は、真性の珪素に比較するとはるかに
エッチングされやすいのである。そのため、通常の条件
では側壁の形成の際に活性層も大きくエッチングされ
る、あるいは、再現性よくエッチングできない、という
問題があった。

【０００８】第２は、側壁の形成の困難さである。絶縁
膜６０７の厚さは０．５〜２μｍもある。通常、基板上
に設けられる下地膜６０２の厚さは１０００〜３０００
Åであるので、このエッチング工程において誤って、下
地膜をエッチングしてしまって、基板が露出することが
よくあり、歩留りが低下した。特に、ＴＦＴの作製に用
いられるガラス基板は珪素半導体にとって有害な元素が
多く含まれているので、このようなオーバーエッチング
は避けることが必要とされた。また、側壁の幅を均一に
仕上げることも難しいことであった。これは反応性イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）等のプラズマドライエッチング
の際に、半導体集積回路で用いられる珪素基板とは異な
って、基板表面が絶縁性であるためにプラズマの微妙な
制御が困難であったからである。本発明は、上記のよう
な問題を解決し、よりプロセスを簡略化して、サリサイ
ド構造を形成する方法を提供することを目的とするもの
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、従来に用い
られたような側壁を用いずにシリサイドを形成すること
を特徴とする。すなわち、本発明では、シリサイドを形
成するための金属被膜を成膜したのち、ソース／ドレイ
ンのドーピングをおこなうことを基本とする。本発明の
第１は （Ａ）絶縁表面上に半導体活性層と、前記活性層上に第
１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上に陽極酸化可能な材
料によってゲイト電極材料の被膜ををそれぞれ形成する
工程 （Ｂ）前記ゲイト電極材料上に選択的にマスク膜を設
け、該マスク膜を用いて、前記ゲイト電極材料をエッチ
ングし、ゲイト電極を形成する工程 （Ｃ）前記ゲイト電極に電解溶液中で電流を印加するこ
とによって、主として該ゲイト電極の側面に多孔質の第
１の陽極酸化物を形成する工程と （Ｄ）前記マスク膜を除去する工程 （Ｅ）前記ゲイト電極に電解溶液中で電流を印加するこ
とによって、該ゲイト電極の側面および上面にバリヤ型
の第２の陽極酸化物を形成する工程 （Ｆ）前記第１の陽極酸化物をマスクとして、前記第１
の絶縁膜をエッチング除去することによって活性層の表
面を露出せしめ、同時にゲイト絶縁膜を形成する工程 （Ｇ）前記第１の陽極酸化物を選択的に除去する工程 （Ｈ）前記ゲイト電極およびゲイト絶縁膜を覆って、シ
リサイドを形成するための金属被膜を形成する工程 （Ｉ）前記ゲイト電極およびゲイト絶縁膜をマスクと
し、前記金属被膜を通して、前記活性層に選択的にＮ型
もしくはＰ型の不純物元素を導入する工程と （Ｊ）前記金属被膜を活性層と選択的に反応させること
によって、活性層中に選択的にシリサイド領域を形成す
る工程 （Ｋ）前記工程（Ｊ）で反応しなかった金属被膜を除去
する工程を有する。

【００１０】このうち、工程（Ａ）〜（Ｈ）までは順序
の入替えは不可能であるが、工程（Ｉ）〜（Ｋ）は、入
替え可能で、組み合わせることによって以下の２種類の
構成が可能である。すなわち、 第１の構成 工程Ｉ→工程Ｊ→工程Ｋ 第２の構成 工程Ｊ→工程Ｉ→工程Ｋ である。ここで、第１の構成では、工程Ｊにおいて、工
程ＩでドーピングされたＮ型もしくはＰ型の不純物を活
性化することも可能であるが、第２の構成では、工程Ｉ
と工程Ｋの間、もしくは工程Ｋの後に別に活性化の工程
を設けることが望ましい。上記の工程（Ｊ）において、
もしくは、その工程の後においては、レーザーもしくは
同等な強光を照射することによって、Ｎ型もしくはＰ型
の不純物の活性化をおこなってもよい。また、上記工程
（Ｊ）は、３００〜５００℃の熱アニールによっておこ
なってもよい。

【００１１】本発明の第２は、 （ａ）絶縁表面上に半導体活性層を形成する工程 （ｂ）前記活性層上に選択的にドーピングマスクを設け
る工程 （ｃ）前記活性層およびドーピングマスクを覆って、シ
リサイドを形成するための金属被膜を形成する工程 （ｄ）前記金属被膜を通して、前記活性層に選択的にＮ
型もしくはＰ型の不純物元素を導入する工程 （ｅ）前記金属被膜を活性層と選択的に反応させること
によって、活性層中に選択的にシリサイド領域を形成す
る工程 （ｆ）前記工程（ｅ）で反応しなかった金属被膜を除去
する工程 を有する。

【００１２】このうち、工程（ａ）〜（ｃ）までは順序
の入替えは不可能であるが、工程（ｄ）〜（ｆ）は、入
替え可能で、組み合わせることによって以下の２種類の
構成が可能である。すなわち、 第３の構成 工程ｄ→工程ｅ→工程ｆ 第４の構成 工程ｅ→工程ｄ→工程ｆ である。より、一般的には、本発明において、工程
（ｃ）は工程（ｄ）および（ｆ）の前にあり、かつ、工
程（ｄ）は工程（ｅ）の前にあることが条件とされる。
ここで、上記第３の構成では、工程ｅにおいて、工程ｄ
でドーピングされたＮ型もしくはＰ型の不純物を活性化
することも可能であるが、第４の構成では、工程ｄと工
程ｆの間、もしくは工程ｆの後に別に活性化の工程を設
けることが望ましい。

【００１３】上記工程（ｅ）において、もしくは、その
工程の後においては、レーザーもしくは同等な強光を照
射することによって、Ｎ型もしくはＰ型の不純物の活性
化をおこなってもよい。また、上記工程（ｅ）は、３０
０〜５００℃の熱アニールによっておこなってもよい。

【００１４】また、本発明の第２はボトムゲイト型ＴＦ
Ｔでもトップゲイト型ＴＦＴでもよいが、特にトップゲ
イト型ＴＦＴでは、上記のドーピングマスクとして、ゲ
イト電極およびゲイト絶縁膜とするとよい。一方、ボト
ムゲイト型ＴＦＴでは、ドーピングマスクはソース／ド
レインのドーピングのためのマスクを用いると良い。本
発明の第２の工程（ｄ）は、Ｎ型もしくはＰ型の不純物
元素を含むイオンを基板に対して３０°以上の傾きを有
せしめて照射することによって、ドーピングマスクの下
部の一部にまでドーピングさせるとよい。

【００１５】

【作用】本発明の第１において、バリヤ型陽極酸化物
は、一般には、概略中性の電解液において印加電圧を漸
増させることにより得られる陽極酸化物のことで、緻密
で耐圧が高い。一方、多孔質陽極酸化物は陽極酸化物の
形成とその局所的なエッチングを並行しておこなうこと
によって得られる陽極酸化物で、一般には、水素イオン
濃度ｐＨが２未満の酸性の電解液において、一定低電圧
を印加することによって得られる。

【００１６】特に、いわゆるバリヤ型の陽極酸化物はエ
ッチングが難しいのに対し、多孔質型の陽極酸化物は燐
酸等のエッチャントによって選択的にエッチングされ
る。このため、ＴＦＴを構成する他の材料、例えば、珪
素、酸化珪素には何らダメージ（損傷）を与えることな
く、処理することができるのが特徴である。また、バリ
ヤ型、多孔質型とも陽極酸化物はドライエッチングでは
極めてエッチングされにくい。特に、酸化珪素とのエッ
チングにおいては選択比が十分に大きいことも特徴であ
る。

【００１７】このように本発明の第１および第２におい
ては、異方性エッチングによって得られる側壁を用いな
いでサリサイド構造を得ることができる。本発明で特徴
的なことは、金属被膜を形成したのち、その金属被膜を
通して、不純物イオンを注入し、ソース／ドレインを形
成することである。すなわち、酸化珪素等とのエッチン
グの選択比の高い真性珪素の状態で酸化珪素を主成分と
するゲイト絶縁膜のエッチングをおこなうため、活性層
のオーバーエッチングがない。また、シリサイド領域に
Ｎ型／Ｐ型の不純物が注入され、より低濃度でもシリサ
イド領域と金属電極とのオーミックコンタクトを得るこ
とができる。

【００１８】

【実施例】〔実施例１〕 図１に本実施例を示す。ま
ず、基板（コーニング７０５９、３００ｍｍ×４００ｍ
ｍもしくは１００ｍｍ×１００ｍｍ）１０１上に下地酸
化膜１０２として厚さ１０００〜３０００Åの酸化珪素
膜を形成した。この酸化膜の形成方法としては、酸素雰
囲気中でのスパッタ法を使用した。しかし、より量産性
を高めるには、ＴＥＯＳをプラズマＣＶＤ法で分解・堆
積した膜を用いてもよい。

【００１９】その後、プラズマＣＶＤ法やＬＰＣＶＤ法
によって非晶質珪素膜を３００〜５０００Å、好ましく
は５００〜１０００Å堆積し、これを、５５０〜６００
℃の還元雰囲気に２４時間放置して、結晶化せしめた。
この工程は、レーザー照射によっておこなってもよい。
そして、このようにして結晶化させた珪素膜をパターニ
ングして島状領域１０３を形成した。さらに、この上に
スパッタ法によって厚さ７００〜１５００Åの酸化珪素
膜１０４を形成した。

【００２０】その後、厚さ１０００Å〜３μｍのアルミ
ニウム（１〜５ｗｔ％のＺｒ（ジルコニウム）、もしく
は０．１〜０．３ｗｔ％のＳｃ（スカンジウム）を含
む）膜を電子ビーム蒸着法もしくはスパッタ法によって
形成した。そして、フォトレジスト（例えば、東京応化
製、ＯＦＰＲ８００／３０ｃｐ）をスピンコート法によ
って形成した。このマスク膜の材料としては他に、感光
性ポリイミドや通常のポリイミドでエッチングの可能な
ものを使用してもよい。

【００２１】フォトレジストの形成前に、陽極酸化法に
よって厚さ１００〜１０００Åの酸化アルミニウム膜を
表面に形成しておくと、フォトレジストとの密着性が良
く、また、フォトレジストからの電流のリークを抑制す
ることにより、後の陽極酸化工程において、多孔質陽極
酸化物を側面のみに形成するうえで有効であった。その
後、フォトレジストとアルミニウム膜をパターニングし
て、マスク１０６を形成し、これを用いて、アルミニウ
ム膜をエッチングし、ゲイト電極１０５を形成した。マ
スク１０６はそのまま残して、次の工程に移行した。
（図１（Ａ））

【００２２】さらにこれに電解液中で電流を通じて陽極
酸化し、厚さ３０００〜６０００Å、例えば、厚さ５０
００Åの陽極酸化物１０７を形成した。陽極酸化は、３
〜２０％のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム
酸、硫酸等の酸性水溶液を用いておこない、１０〜３０
Ｖの一定電流をゲイト電極に印加すればよい。溶液の水
素イオン濃度ｐＨは２未満であることが望ましい。最適
なｐＨは電解溶液の種類に依存するが、シュウ酸の場合
には０．９〜１．０である。この場合には、１０〜３０
Ｖ程度の低電圧で０．５μｍ以上の厚い陽極酸化物を形
成することができる。本実施例ではｐＨ＝０．９〜１．
０のシュウ酸溶液（３０℃）中で電圧を１０Ｖとし、２
０〜４０分、陽極酸化した。陽極酸化物の厚さは陽極酸
化時間によって制御した。（図１（Ｂ））

【００２３】次に、マスク１０６を除去し、再び電解溶
液中において、電圧が１〜１０Ｖ／分で上昇するように
ゲイト電極に電流を印加した。今回は、３〜１０％の酒
石液、硼酸、硝酸の少なくとも１つが含まれたｐＨ＝
６．９〜７．１のエチレングルコールアンモニア溶液を
用いた。溶液の温度は１０℃前後の室温より低い方が良
好な酸化膜が得られた。このため、ゲイト電極の上面お
よび側面にバリヤ型の陽極酸化物１０８が形成された。
陽極酸化物１０８の厚さは印加電圧に比例し、印加電圧
が１５０Ｖで２０００Åの陽極酸化物が形成された。印
加電圧をより高くすれば、（図１（Ｃ））

【００２４】注目すべきは、バリヤ型の陽極酸化が後の
工程であるにもかかわらず、多孔質の陽極酸化物の外側
にバリヤ型の陽極酸化物ができるのではなく、バリヤ型
の陽極酸化物１０８は多孔質陽極酸化物１０７とゲイト
電極１０５の間に形成されることである。燐酸系のエッ
チャントに対しては、多孔質陽極酸化物のエッチングレ
ートはバリヤ型陽極酸化物のエッチングレートの１０倍
以上である。このため、後に燐酸系のエッチャントよっ
て、多孔質陽極酸化物をエッチングする際に、バリヤ型
の陽極酸化物１０８によって内側のゲイト電極を守るこ
とができる。

【００２５】その後、ドライエッチング法によって酸化
珪素膜１０４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、活性層を深くエッチングしないよ
うにすることが重要である。本発明では、活性層が真性
珪素であるため酸化珪素とのエッチングの選択比は十分
に大きい。例えば、エッチングガスとしてＣＦ ₄ を使用
すれば陽極酸化物はエッチングされず、酸化珪素膜１０
４のみがエッチングされる。また、多孔質陽極酸化物１
０７の下の酸化珪素膜（ゲイト絶縁膜）１１０はエッチ
ングされずに残った。（図１（Ｄ））

【００２６】本実施例では、ゲイト電極がアルミニウム
であるが、その他の材料（例えば、タンタル、、チタン
を主成分とる場合）であっても、絶縁膜１０４が酸化珪
素を主成分とする場合においては、フッ素系（例えばＮ
Ｆ₃ 、ＳＦ₆ ）のエッチングガスを用いて、ドライエッ
チングをおこなえば、酸化珪素である絶縁膜１０４は素
早くエッチングされるが、酸化タンタル、酸化チタンの
エッチングレートは十分に小さいので絶縁膜１０４を選
択的にエッチングできる。

【００２７】また、ウェットエッチングを用いることも
可能であり、１／１００フッ酸等のフッ酸系のエッチャ
ントを用いればよい。この場合にも酸化珪素である絶縁
膜１０４は素早くエッチングされるが、酸化アルミニウ
ム、酸化タンタル、酸化チタン等のエッチングレートは
十分に小さいので絶縁膜１０４を選択的にエッチングで
きる。その後、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて多孔質
陽極酸化物１０７をエッチングした。このエッチングで
は陽極酸化物１０７のみがエッチングされ、エッチング
レートは約６００Å／分であった。その下のゲイト絶縁
膜１１０はそのまま残存した。

【００２８】さらに、全面に適当な金属、例えば、チタ
ン、クロム、ニッケル、モリブテン、タングステン、白
金、パラジウム等の被膜、例えば、厚さ２００〜２００
０Åのチタン膜１１１をスパッタ法によって全面に形成
した。（図１（Ｅ））そして、イオンドーピング法によ
って、ＴＦＴの活性層１０３に、ゲイト電極部（すなわ
ちゲイト電極とその周囲の陽極酸化膜）およびゲイト絶
縁膜１１０をマスクとして自己整合的に不純物を注入し
た。

【００２９】本実施例では、ドーピングガスとしてはフ
ォスフィン（ＰＨ₃ ）を用いた。ドーズ量は５×１０¹⁴
〜５×１０¹⁵原子／ｃｍ² 、加速電圧は６０〜１２０ｋ
Ｖとした。このため、ドーピング不純物は主として幅ｙ
の領域１１３に注入され、該領域はＮ型の不純物領域と
なった。一方、領域１１２は多くの不純物が通過して、
かえって不純物濃度は低くなった。Ｐ型の不純物領域を
形成するにはジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）をドーピングガスと
して用いればよい。（図１（Ｆ））

【００３０】本実施例では、ドーピングは１回のみとし
たが、領域１１２にもドーピングされるように、電圧を
加減して、２回のドーピングをおこなってもよい。ま
た、領域１１３の不純物濃度が領域１１２の不純物濃度
よりも１〜３桁低くなるようにドーピングをおこなって
もよい。この後、４５０℃の熱アニールを１〜５時間お
こなった。この結果、ドーピング不純物が活性化される
とともに、チタン膜１１１と領域１１２の珪素が反応し
てシリサイド領域１１４が形成された。ドーピングされ
た珪素は反応性が高いため、４５０℃というような低温
でも十分にシリサイド化をおこなうことができた。一
方、チタン膜と接していない領域１１３はソース／ドレ
インとなった。

【００３１】この工程は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（Ｑス
イッチパルス発振が望ましい）のごとき赤外光レーザー
やその第２高調波のごとき可視光レーザー、ＫｒＦ、Ｘ
ｅＣｌ、ＡｒＦ等のエキシマーを使用する各種紫外光レ
ーザーを照射する、いわゆる光アニール法も使用できる
が、金属膜の上面からレーザー照射をおこなう場合には
金属膜に反射されないような波長のレーザーを選択する
必要がある。もっとも、金属膜が極めて薄い場合にはほ
とんど問題がない。また、レーザー光は、基板側から照
射してもよい。この場合には下に存在するシリコン半導
体膜を透過するレーザー光を選択する必要がある。

【００３２】また、非コヒーレントな可視光線もしくは
近赤外光の照射によるランプアニールによるものでもよ
い。ランプアニールをおこなう場合には、被照射面表面
が６００〜１０００℃程度になるように、６００℃の場
合は数分間、１０００℃の場合は数１０秒間のランプ照
射を行うようにする。近赤外線（例えば1.2 μｍの赤外
線）によるアニールは、近赤外線が珪素半導体に選択的
に吸収され、ガラス基板をそれ程加熱せず、しかも一回
の照射時間を短くすることで、ガラス基板に対する加熱
を抑えることができ、極めて有用である。

【００３３】上記のようにして、シリサイド領域１１４
を形成した後、過酸化水素とアンモニアと水とを５：
２：２で混合したエッチング液で未反応のチタン膜のエ
ッチングした。露出した活性層と接触した部分以外のチ
タン膜（例えば、ゲイト絶縁膜１１０や陽極酸化膜１０
８上に存在したチタン膜）はそのまま金属状態で残って
いたが、このエッチングで除去できた。一方、シリサイ
ド領域１１２の珪化チタンはエッチングされないので、
残存させることができた。

【００３４】最後に、全面に層間絶縁物１１５として、
ＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ３０００Å形成し
た。そして、ＴＦＴのソース／ドレインにコンタクトホ
ールを形成し、アルミニウム配線・電極１１６、１１７
を形成した。以上によって、Ｎチャネル型ＴＦＴが完成
された。アルミニウム配線がコンタクトする部分は珪化
チタンであり、アルミニウムとの界面の安定性が珪素の
場合よりも良好であるので、信頼性の高いコンタクトが
得られた。

【００３５】また、このアルミニウム電極１１６、１１
７と珪化物領域１１４の間にバリヤメタルとして、例え
ば窒化チタンを形成するとより一層、信頼性を向上させ
ることができる。本実施例では、シリサイド領域のシー
ト抵抗は１０〜５０Ω／□となった。この結果、周波数
特性が良く、かつ、高いドレイン電圧でもホットキャリ
ヤ劣化の少ないＴＦＴを作製することができた。（図１
（Ｇ））本実施例で開示した方法によって、同様にＰチ
ャネル型ＴＦＴやＣＭＯＳ回路も作製できる。

【００３６】〔実施例２〕 図３を用いて本実施例を説
明する。まず、ガラス基板３０１上に下地の酸化珪素膜
３０２を堆積し、さらに、結晶性珪素によって、厚さ５
００Åの非晶質珪素膜を成膜した。この後、これを５５
０〜６００℃の還元雰囲気に８〜２４時間放置して、結
晶化せしめた。この際には、ニッケル等の結晶化を助長
する触媒元素を微量添加しても構わない。このようにし
て結晶化せしめたシリコン膜にＫｒＦエキシマーレーザ
ー（波長２４８ｎｍ）を照射して、さらに結晶性を改善
した。レーザーのエネルギー密度はシリコン膜の結晶化
度に依存するが、２００〜３５０ｍＪ／ｃｍ² で好まし
い結果が得られた。また、最適なエネルギー密度はレー
ザー照射時の基板温度にも依存した。このようにして得
られた結晶性珪素膜をエッチングして、活性層３０３を
形成した。

【００３７】さらに、活性層３０３を覆って、厚さ１５
００Åの酸化珪素のゲイト絶縁膜３０４を成膜した。そ
して、０．１〜０．３ｗｔ％のＳｃを有する厚さ５００
０Åのアルミニウム膜をスパッタ法によって成膜し、こ
れをエッチングしてゲイト電極３０５を形成した。その
後、これを陽極酸化して、その上面および側面に陽極酸
化物３０６を形成した。陽極酸化は、アンモニアによっ
てｐＨ≒７に調整した１〜３％の酒石酸エチレングリコ
ール溶液に基板を浸し、白金を陰極、アルミニウムのゲ
イト電極３０５を陽極としておこなった。陽極酸化は、
最初一定電流で特定の電圧まで電圧を上げ、その状態で
１時間保持して終了させた。陽極酸化物３０６の厚さは
２０００Åとした。（図３（Ａ）））

【００３８】次に、酸化珪素膜３０４をゲイト電極と陽
極酸化物をマスクとしてエッチングした。エッチングに
はドライエッチング法を用い、その際のエッチングガス
としてはＣＨＦ₃ を用いた。陽極酸化物である酸化アル
ミニウムはドライエッチング法ではほとんどエッチング
されず、酸化珪素膜のみが選択的にエッチングされるの
で好ましい。もちろん、ウェットエッチング法を用いて
もよい。このようにして、Ｎチャネル型ＴＦＴの活性層
を露出させた。そして、厚さ２００〜２０００Åの白金
（プラチナ）膜３０８をスパッタ法によって形成した。
（図３（Ｂ））

【００３９】次に、斜めより不純物イオンを照射して、
不純物領域１０７を形成した。その結果、不純物領域は
陽極酸化物３０６の下にも回り込むこととなる。上記の
各工程において不純物領域を形成するには、加速した不
純物イオンを基板に対して斜めから照射することによっ
ておこなうことを特徴とする。その際には、基板をイオ
ン源の方向に対して傾けつつ、回転させることによって
おこなう方法（回転斜めイオン注入法）を用いた。

【００４０】回転斜めイオン注入法は、図２に示す装置
を用いた。図２に示す装置は、チャンバー２０１とその
内部に配置されたサンプルホルダー（基板ホルダー）２
０２、アノード電極２０３、アノード電極２０３に高電
圧を供給するための電源２０４、グリッド電極２０５を
有している。サンプルホルダー２０２は斜方向からのイ
オン注入が可能となるように、角度θが自在に変化でき
る。また、サンプルホルダーには回転機構が備わってお
り、イオン注入の際に回転できるようになっている。
（図２）

【００４１】また、アノード電極２０３には高電圧が印
加できるような構造となっている。最大電圧としては、
例えば、１２０ｋＶもしくはそれ以上の電圧が印加され
る。アノードに印加された電圧によって、グリッド電極
２０５の近傍においてＲＦ放電等によってイオン化され
た不純物イオン２０６は、サンプルホルダー２０２上に
配置された基板２０７（サンプル）の方向に加速され
る。その結果、基板には加速された不純物イオンが打ち
込まれることになる。（図２）

【００４２】本実施例では、ドーズ量は１×１０¹³〜５
×１０¹⁴原子／ｃｍ² 、加速電圧は６０〜１２０ｋＶ、
例えば、ドーズ量を４×１０¹³原子／ｃｍ² 、加速電圧
を１１０ｋＶとした。この結果、Ｎ型不純物領域３０９
が形成され、この領域はゲイト電極３０５にオーバーラ
ップするように形成された。（図３（Ｃ））

【００４３】そして、４００〜５５０℃、例えば、４５
０℃で１時間アニールをおこなった。この結果、白金膜
とシリコン膜が密着していた部分においてはシリサイド
が形成され、同時に、ドーピングされた不純物の活性化
もおこなわれた。また、白金膜と酸化珪素、酸化アルミ
ニウムは反応しなかったので、酸化珪素、陽極酸化物上
の白金膜は未反応のまま残存した。これは簡単に除去で
きた。このようにして、ソース／ドレインに相当する部
分にシリサイド領域３１１を形成した。また、Ｎ型不純
物領域３０９のうち、シリサイドにならなかった幅ｘの
部分がゲイト電極部にソース／ドレイン領域３１０とし
て残った。（図３（Ｄ））

【００４４】次に、層間絶縁膜３１２として，プラズマ
ＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ３０００Åに成膜し
た。そして、層間絶縁膜３１２をエッチングして、ＴＦ
Ｔのソース／ドレインにコンタクトホール形成した。そ
して、アルミニウム膜をスパッタリング法によって成膜
し、パターニング・エッチングをおこなってソース／ド
レイン電極３１３、３１４を形成した。（図３（Ｅ））

【００４５】上記のシリサイド化の工程において、シリ
サイド反応の進め方によって、図３（Ｄ）および（Ｅ）
のように、活性層の底までシリサイドが形成される場合
や、図３（Ｆ）のように活性層の表面のみにシリサイド
が形成される場合がある。当然のことながら、前者の方
が、ソース／ドレインに該当する部分のシート抵抗は小
さいのであるが、後者の場合でも十分に抵抗は低い。し
たがって、いずれの場合においても、ソース／ドレイン
のシート抵抗は、不純物領域３１０の幅ｘによってほぼ
決定される。

【００４６】上記のことと関連するが、シリサイドの厚
さは、ソース／ドレインに該当する領域に必要とされる
シート抵抗によって選択される。シート抵抗として１０
〜１００Ω／□を達成せんとすれば、シリサイドの比抵
抗は、０．１〜１ｍΩ・ｃｍであるので、シリサイドの
厚さは１００Å〜１μｍが適当である。また、シリサイ
ドを形成する際、熱アニール以外にレーザー等の強光を
金属膜に照射し、下に存在するシリコン半導体膜と反応
させてシリサイドとしてもよい。また、レーザー光は、
基板側から照射してもよい。レーザーを使用するのであ
れば、パルス状のレーザーが好ましい。連続発振レーザ
ーでは照射時間が長いので、熱によって被照射物が熱に
よって膨張することによって剥離するような危険がある
上、基板への熱的なダメージもある。

【００４７】〔実施例３〕 図４を用いて本実施例を説
明する。ガラス基板４０１上に、下地膜４０２、活性層
４０３、ゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜４０
４、陽極酸化可能なゲイト電極４０５を形成し、ゲイト
電極の上面および側面の陽極酸化をおこない、陽極酸化
物４０６を得た。さらに、酸化珪素膜４０４をエッチン
グして、ゲイト絶縁膜４０７を得た。そして、スパッタ
法によって、厚さ１０００Åのパラジウム膜４０８を全
面的に成膜した。（図４（Ｂ））

【００４８】そして、ゲイト電極および陽極酸化物をマ
スクとして、図２の装置を用い、斜めから不純物イオン
を照射して不純物領域４０９を活性層に設けた。このと
きの不樹物濃度は通常の場合に比較して低くした。例え
ば、ドーズ量は１×１０¹²〜５×１０¹⁴原子／ｃｍ² と
した。（図４（Ｃ）） 次に、今度はほぼ垂直方向から同じ導電型のイオンを照
射し、さらに、不純物濃度を、先に形成された不純物領
域４０９のものより高くした。この際のドーズ量は１×
１０¹⁴〜５×１０¹⁵原子／ｃｍ² が適当であった。この
結果、陽極酸化物の下には幅ｘの低濃度の不純物領域が
残り、その他の領域は高濃度不純物領域４１０となっ
た。（図４（Ｄ））

【００４９】その後、パラジウム膜と不純物領域を反応
させ、シリサイド領域４１２を形成した。しかし、陽極
酸化物の下の領域の不純物領域４０９まではシリサイド
反応が及ばず、不純物領域のまま残った。また、陽極酸
化物上に形成された金属被膜はほとんど反応しない状態
で残存するので、パラジウム膜４０８のうち、未反応の
ものは容易にエッチングできた。（図４（Ｅ）） その後、層間絶縁物４１３を堆積し、シリサイド領域に
コンタクトホールを形成して、金属配線・電極４１４、
４１５を形成してＴＦＴが完成した。（図４（Ｆ））

【００５０】本実施例では、ソース／ドレイン領域とし
て、低濃度の不純物をドーピングした。通常のＴＦＴに
おいて、このように低濃度の不純物をドーピングする
と、ドレイン近傍での電界が緩和され、ホットキャリヤ
注入による劣化が低下し、また、ソース／ドレイン間の
リーク電流も低下するのであるが、例えば、図３の不純
物領域３１０を低濃度にしたものでは、不純物濃度が低
濃度であるがため、ＮＩ接合（Ｐチャネル型ＴＦＴの場
合はＰＩ接合）が浅く、また、シリサイド領域間の距離
が短いために、ドレイン電圧が高い場合には、ソース／
ドレイン間のリーク電流が増加しやすい。それを防ぐた
めには、図４のように高濃度のドーピングをおこなうと
効果的である。

【００５１】〔実施例４〕 図５に本実施例を示す。ま
ず、基板（コーニング７０５９、１００ｍｍ×１００ｍ
ｍ）５０１上にゲイト配線・電極５０２、５０３を形成
した。ゲイト配線・電極は、厚さ３０００Åのタンタル
を用いた。ゲイト電極の表面は陽極酸化によって処理す
ることにより、絶縁性を高めてもよい。その後、プラズ
マＣＶＤ法によって厚さ３０００〜６０００Å、例え
ば、４０００Åの窒化珪素膜５０４を堆積した。これは
ゲイト絶縁膜としても機能する。そして、厚さ３００〜
１０００Å、例えば、５００Åの非晶質珪素膜をプラズ
マＣＶＤ法によって形成した。そして、これをエッチン
グして、活性層５０５を形成した。（図５（Ａ））

【００５２】さらに、プラズマＣＶＤ法によって厚さ３
０００〜６０００Å、例えば、２０００Åの酸化珪素膜
を堆積した。そして、全面にフォトレジストを塗布し、
基板裏面から露光することにより、ゲイト電極・配線５
０２、５０３をマスクとしてパターニングをおこなっ
た。そして、このパターンを用いて、酸化珪素膜をエッ
チングし、ドーピングマスク５０６、５０７を形成し
た。（図５（Ｂ））その後、厚さ５００Åのチタン膜５
０８をスパッタ法によって形成した。（図５（Ｃ））

【００５３】次に、図２の装置を用いた回転斜めイオン
ドーピング法によって、活性層５０５に、Ｎ型の不純物
を注入し、Ｎ型不純物領域（ソース／ドレイン領域）５
０９を形成した。ドーピングガスとしては、フォスフィ
ン（ＰＨ₃ ）を用いた。ドーズ量は５×１０¹⁴〜５×１
０¹⁵原子／ｃｍ² 、加速電圧は６０〜９０ｋＶとした。
（図５（Ｄ））

【００５４】そして、３００〜４５０℃、例えば、３５
０℃で１０〜６０分、熱アニールすることによって、チ
タンとシリコンを反応させ、シリサイド領域５１０を形
成した。この後、残ったチタン膜をエッチングした。
（図５（Ｅ）） さらに、全面にスパッタ法で厚さ５０００Åのアルミニ
ウム膜を形成し、これをエッチングして、配線５１１、
５１２を形成した。配線５１１、５１２は先に形成され
たシリサイド領域を接触する。以上によって、ＴＦＴが
完成された。（図５（Ｆ））

【００５５】〔実施例５〕 図７に本実施例を示す。実
施例１と同様に、ガラス基板７０１上に下地酸化膜７０
２と、結晶性珪素膜の島状領域７０３、厚さ１５００Å
の酸化珪素のゲイト絶縁膜７０４、アルミニウム（１〜
５ｗｔ％のＺｒ（ジルコニウム）を含む）のゲイト電極
７０５、バリヤ型の陽極酸化物７０６、多孔質の陽極酸
化物７０７を形成した。（図７（Ａ）、図１（Ｄ）に相
当） その後、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて多孔質陽極酸
化物７０７をエッチングした。さらに、全面に厚さ２０
０〜２０００Åのクロムの被膜をスパッタ法によって形
成した。スパッタ成膜時にクロムは活性層の珪素と反応
し、活性層の表面の２０〜１００Åはシリサイド（図示
せず）となった。（図７（Ｂ））

【００５６】この後、４５０℃の熱アニールを１〜５時
間おこなった。この結果、クロム膜７０８と活性層７０
３の珪素が反応してシリサイド領域７０９が形成され
た。一方、活性層のうちクロム膜と接していない領域で
はシリサイドは形成されなかった。（図７（Ｃ）） この工程は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（Ｑスイッチパルス
発振が望ましい）のごとき赤外光レーザーやその第２高
調波のごとき可視光レーザー、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ、Ａｒ
Ｆ等のエキシマーを使用する各種紫外光レーザーを照射
する、いわゆる光アニール法も使用できるが、金属膜の
上面からレーザー照射をおこなう場合には金属膜に反射
されないような波長のレーザーを選択する必要がある。
もっとも、金属膜が極めて薄い場合にはほとんど問題が
ない。また、レーザー光は、基板側から照射してもよ
い。この場合には下に存在するシリコン半導体膜を透過
するレーザー光を選択する必要がある。

【００５７】また、非コヒーレントな可視光線もしくは
近赤外光の照射によるランプアニールによるものでもよ
い。ランプアニールをおこなう場合には、被照射面表面
が６００〜１０００℃程度になるように、６００℃の場
合は数分間、１０００℃の場合は数１０秒間のランプ照
射を行うようにする。近赤外線（例えば1.2 μｍの赤外
線）によるアニールは、近赤外線が珪素半導体に選択的
に吸収され、ガラス基板をそれ程加熱せず、しかも一回
の照射時間を短くすることで、ガラス基板に対する加熱
を抑えることができ、極めて有用である。

【００５８】そして、イオンドーピング法によって、Ｔ
ＦＴの活性層７０３に、ゲイト電極部（すなわちゲイト
電極とその周囲の陽極酸化膜）およびゲイト絶縁膜７０
４をマスクとして自己整合的に不純物を注入した。本実
施例では、ドーピングガスとしてはフォスフィン（ＰＨ
₃ ）を用いた。ドーズ量は５×１０¹⁴〜５×１０¹⁵原子
／ｃｍ² 、加速電圧は６０〜１２０ｋＶとした。このた
め、ドーピング不純物は主としてゲイト絶縁膜７０４の
下の活性層領域７１０に注入され、該領域はＮ型の不純
物領域となった。（図７（Ｄ））

【００５９】本実施例では、ドーピングは１回のみとし
たが、領域７０９にもドーピングされるように、電圧を
加減して、２回のドーピングをおこなってもよい。ま
た、領域７１０の不純物濃度が領域７０９の不純物濃度
よりも１〜３桁低くなるようにドーピングをおこなって
もよい。そして、ドーピングされた不純物の活性化をお
こなった。本実施例では３００〜５００℃、例えば、４
５０℃の熱アニールを０．１〜２時間、例えば、１時間
おこなった。この工程は、上記のようなレーザーやＲＴ
Ａ法を用いておこなってもよい。このように、クロム膜
を設けたまま活性化をおこなったために、さらに、シリ
サイドの形成を促進することができた。

【００６０】その後、未反応のクロム膜のエッチング
し、全面に層間絶縁物７１１として、ＣＶＤ法によって
酸化珪素膜を厚さ３０００Å形成した。そして、ＴＦＴ
のソース／ドレインにコンタクトホールを形成し、アル
ミニウム配線・電極７１２、７１３を形成した。以上に
よって、Ｎチャネル型ＴＦＴが完成された。本実施例で
は、ドーピングされた不純物の活性化をクロム膜を除去
する前におこなったが、クロム膜を除去した後におこな
ってもよい。この場合には、特に、レーザーやＲＴＡ法
を用いる際には、クロム膜による光の反射を考慮しなく
ても良いので、効果的に活性化をおこなうことができ
る。

【００６１】

【発明の効果】本発明は、酸化珪素との選択比の低いド
ーピングされた珪素表面の酸化珪素をエッチングする工
程がないので、歩留り良くＴＦＴを作製することができ
る。本多雨名によって得られるＴＦＴの特性はもちろ
ん、従来のサリサイド構造のＴＦＴとなんら遜色のない
ものである。また、本発明では、陽極酸化、回転斜めイ
オン注入等の手段により、ソース／ドレイン（図１の領
域１１３や図３の領域３１０）の幅が極めて精度良く形
成されるので、均一性の優れたＴＦＴ回路が得られる。

【００６２】実施例ではガラス基板上のＴＦＴを中心に
説明したが、本発明のＴＦＴは、半導体集積回路が形成
された基板上に３次元集積回路を形成する場合でも、ガ
ラスまたは有機樹脂等の上に形成される場合でも同様に
形成されることはいうまでもないが、いずれの場合にも
絶縁表面上に形成されることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１によるＴＦＴの作製方法を示す。

【図２】 実施例２〜４に用いたドーピング装置の概念
図を示す。

【図３】 実施例２によるＴＦＴの作製方法を示す。

【図４】 実施例３によるＴＦＴの作製方法を示す。

【図５】 実施例４によるＴＦＴの作製方法を示す。

【図６】 従来法によるＴＦＴの作製方法を示す。

【図７】 実施例４によるＴＦＴの作製方法を示す。

【符号の説明】

１０１ 絶縁基板 １０２ 下地酸化膜（酸化珪素） １０３ 活性層 １０４ 絶縁膜（酸化珪素） １０５ ゲイト電極（アルミニウム） １０６ マスク膜（フォトレジスト） １０７ 陽極酸化物（多孔質） １０８ 陽極酸化物（バリヤ型） １０９ ゲイト絶縁膜の端部 １１０ ゲイト絶縁膜 １１１ 金属被膜（チタン） １１２、１１３ Ｎ型不純物領域 １１４ シリサイド領域 １１５ 層間絶縁物 １１６、１１７ 金属配線・電極（アルミニウム）

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

【手続補正書】

【提出日】平成１３年２月５日（２００１．２．５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/265 ６０４ Ｈ０１Ｌ 21/283 Ｃ 21/28 ３０１ 29/78 ６１６Ａ 21/283 ６１６Ｋ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁表面上に形成された第一の濃度の不
   純物領域、第二の濃度の不純物領域及びチャネル形成領
   域を有する半導体膜と、 前記半導体膜上に形成されたゲイト絶縁膜と、前記ゲイ
   ト絶縁膜上に形成されたゲイト電極とを有する半導体装
   置において、前記第一の濃度は前記第二の濃度よりも低
   く、前記チャネル形成領域は前記第一の濃度の不純物領
   域の間に形成され、前記第一の濃度の不純物領域は前記
   第二の濃度の不純物領域の間に形成され、前記チャネル
   形成領域及び前記第一の濃度の不純物領域は前記ゲイト
   絶縁膜を介して前記ゲイト電極の下に形成されているこ
   とを特徴とする半導体装置。