JP2001284253A

JP2001284253A - 半導体装置の作製方法

Info

Publication number: JP2001284253A
Application number: JP2000097397A
Authority: JP
Inventors: Masao Moriguchi; 正生守口
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2001-10-12

Abstract

(57)【要約】【課題】アモルファスシリコン膜の結晶化を助長する
金属元素を利用した半導体装置の特性を向上し、安価で
安定に半導体装置を作製する方法を提供する。【解決手段】ガラス基板１０１およびベースコート膜
１０２上に形成されたアモルファスシリコン膜１０３を
レーザ照射することにより結晶化して得られる結晶性シ
リコン膜を利用する半導体装置で、レーザ照射は活性化
領域に対応してレーザ光を通過させるようにパターニン
グされたマスクを介して行われる。レーザ光が照射され
た領域は結晶性シリコン膜１０３ａとなり、照射されな
い領域はアモルファスシリコン膜１０３ｂのままの状態
にある。続いて、熱酸化処理を加えることでアモルファ
スシリコン膜領域１０３ｂを熱酸化して除去すること
で、活性化領域１０３ａのパターニングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の作製
方法に関し、より詳しくは、アモルファスシリコン膜を
結晶化した結晶化シリコン膜を活性領域とする半導体装
置の作製方法に関する。特に本発明は、絶縁表面を有す
る基板上に設けられた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用
いた半導体装置に有効であり、アクティブマトリクス型
液晶表示装置、密着型イメージセンサ、三次元ＩＣなど
に利用できる。

【０００２】

【従来の技術】近年、大型で高解像度の液晶表示装置、
高速で高解像度の密着型イメージセンサ、三次元ＩＣな
どへの実現に向けて、ガラス等の絶縁基板上に高性能な
半導体素子を形成することが試みられている。これらの
装置に用いられる半導体素子には、薄膜状のシリコン半
導体を用いるのが一般的である。薄膜状のシリコン半導
体としては、アモルファスシリコン半導体（ａ−Ｓｉ）
からなるものと、結晶性を有するシリコン膜からなるも
のの２つに大別される。

【０００３】アモルファスシリコン半導体は作製温度が
低く、気相法で比較的容易に作製することが可能で量産
性に富むため最も一般的に用いられているが、導電性等
の物性が結晶性を有するシリコン半導体に比べて劣るた
め、今後より一層の高速特性を得るためには、結晶性を
有するシリコン半導体からなる半導体装置の作製方法の
確立が強く求められていた。なお、結晶性を有するシリ
コン半導体としては、多結晶シリコン、微結晶シリコン
等が知られている。

【０００４】これら結晶性を有する薄膜状のシリコン半
導体を得る方法として、（１）成膜時に結晶性を有する膜を直接成膜する。（２）アモルファスな半導体膜を成膜しておき、熱エネ
ルギーを加えることにより結晶性を持たせる。（３）アモルファスな半導体膜を成膜しており、強光を
照射して、そのエネルギーにより結晶性を持たせる。と
いった方法が知られている。

【０００５】しかしながら、上記（１）の方法では、成
膜工程と同時に結晶化が進行するので、大粒径の結晶性
シリコンを得るには厚膜化が不可欠であり、良好な半導
体物性を有する膜を基板上に全面にわたって成膜するこ
とが技術的に困難である。上記（２）の方法は、結晶化
には６００℃以上の高温で数十時間にわたる加熱処理が
必要である。すなわち、安価なガラス基板の使用とスル
ープットの向上には、加熱温度を下げ、さらに短時間で
結晶化させるという相反する問題を同時に解決しなけれ
ばならない。上記（３）の方法では、溶融固化過程の結
晶化現象を利用するため、小粒径ながら粒界が良好に処
理され、高品質な結晶性シリコンが得られ、またレーザ
で照射した場合に高温になるのはシリコン層のみで基板
は高温にはならないので安価なガラス基板を使用でき、
現在最も一般的に利用されている。

【０００６】上記（３）の方法にて得られた結晶性シリ
コン膜は、一般に、フォトリソグラフィ法により半導体
装置の活性領域（すなわち素子領域）のパターニングが
なされ、ドライエッチング法によりエッチングされる。
さらに、プラズマＣＶＤ法により絶縁膜を成膜し、この
絶縁膜上にゲート電極を形成してＭＯＳ型ＴＦＴが作製
される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、レーザ照射
を用いて結晶化を行った結晶性シリコン膜を用いてＴＦ
Ｔを作製する場合の以下に述べる問題点を解決してＴＦ
Ｔ特性改善および特性安定を図り、さらに作製プロセス
を短縮するものである。

【０００８】ＴＦＴ特性を向上し安定化させるには、シ
リコン膜と絶縁膜の界面が清浄で欠陥が少ないことが不
可欠であるが、従来のフォトリソグラフィ法を用いて半
導体装置の活性層のパターニングをする際にはフォトレ
ジストをシリコン表面に塗布する必要があり、これによ
りシリコン表面にカーボン等の有機物汚染が生じてしま
う。さらに、エッチングは微細加工が要求される場合に
はドライエッチング法で行われるが、この際にシリコン
表面にプラズマダメージや装置の金属汚染等が生じてし
まう。また、この後に絶縁膜をプラズマＣＶＤ法により
成膜した場合、さらにシリコン表面にプラズマダメージ
が生じてしまう。さらにまた、レーザ照射により得られ
た結晶性シリコン膜中には、結晶粒界に多数の欠陥が存
在し、また結晶粒内にも欠陥が存在する。この欠陥はト
ラップとして働くため、ＴＦＴの特性を低下させる原因
となる。

【０００９】このように従来のレーザ照射により結晶化
した結晶性シリコン膜を用いてＴＦＴを作製する際に
は、シリコン表面の有機物汚染、金属汚染およびプラズ
マダメージが避けられず、これがＴＦＴ特性の悪化およ
び不安定化の原因となる。また、フォトリソグラフィ法
で活性領域を作製する場合、フォトレジスト塗布、露
光、現像、エッチング、フォトレジスト剥離というプロ
セスが必要で、工程数が非常に多いという問題点があ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、レー
ザ照射によりアモルファスシリコン膜を結晶化したとき
に生じる上述した大きな問題点を解決するためになされ
たものであり、絶縁表面を有する基板上に、非常に高性
能で高信頼性を有する半導体装置を歩留まりよく作製す
る作製方法を提供するものである。

【００１１】本発明は、以下の特徴を有する。（１）基板上に形成されたアモルファスシリコン膜をレ
ーザ照射することにより結晶化して得られる結晶性シリ
コン膜を利用する半導体装置の作製方法において、前記
レーザ照射はパターニングされたマスクを介して行わ
れ、前記レーザ照射後に熱酸化処理を行うことを特徴と
する。（２）前記マスクは半導体装置の活性領域すなわち素子
領域に応じてパターニングされていることを特徴とす
る。（３）前記パターニングされたマスクを介してレーザ照
射が行われた領域を半導体装置の活性領域とすることを
特徴とする。（４）前記熱酸化工程は水蒸気雰囲気にて行われること
を特徴とする。（５）前記熱酸化工程は高圧酸化処理にて行われること
を特徴とする。（６）前記高圧酸化処理時の圧力は５〜３０気圧の範囲
内であることを特徴とする。（７）前記高圧酸化処理時の圧力は、特に２０気圧であ
ることを特徴とする。（８）前記酸化処理は、前記パターニングされたマスク
によりレーザ照射されていない領域のシリコン膜が全て
酸化されるまで行うことを特徴とする。（９）前記レーザ照射工程はエキシマレーザにより行う
ことを特徴とする。（１０）前記エキシマレーザの中でも特にＡｒＦレー
ザ、ＫｒＦレーザ、ＸｅＣｌレーザを用いて行うことを
特徴とする。

【００１２】具体的には、基板上に形成されたアモルフ
ァスシリコン膜を、パターニングされたマスクを介して
レーザ照射して結晶化する。このとき、マスクによりレ
ーザ光が通過した部分は結晶化が起こり、レーザ光が通
過しない部分はアモルファスシリコンのままである。こ
の状態で熱酸化処理を行うと、結晶性シリコン膜に比べ
てアモルファスシリコン膜の酸化速度が速いため、アモ
ルファスシリコン膜の領域が結晶性シリコン膜よりも先
にシリコン膜が消失する。

【００１３】レーザ照射時に用いるパターニングされた
マスクのパターンを半導体装置の活性領域（すなわち素
子領域）のパターンとすると、レーザ結晶化後には活性
領域は結晶化され、その他の部分はアモルファスシリコ
ン膜のままとなる。この状態で、アモルファスシリコン
膜が消失するまで熱酸化処理を行うことで、活性領域の
パターニングを行うことができる。

【００１４】このように本発明の半導体装置の作製方法
では、レーザ結晶化後にシリコン表面へのフォトレジス
ト塗布工程やドライエッチング工程を行う必要がなく、
有機物汚染、金属汚染およびプラズマダメージを一切生
じることなく活性層のパターニングを行うことができ、
工程を短縮することもできる。また、熱酸化膜をそのま
ま絶縁膜に用いることで、新たにプラズマＣＶＤ法等で
成膜する必要がなく、これによってもプラズマダメージ
を生じることがない。

【００１５】前記パターニングされたマスクはレーザ照
射時に非常に高温になるため、液体窒素を用いた冷却機
構を設けることにより、その耐久性を高くすることがで
きる。

【００１６】酸化を行う場合、温度が高いほど酸化時間
は少なくて済むが、安価なガラス基板を用いる場合、６
５０℃以上には高温にすることができない。通常の酸素
のみの酸化（ドライＯ₂酸化）では、６５０℃では酸化
反応がほとんど起きない。そこで、酸化雰囲気を水蒸気
とすることで６５０℃以下の温度でも酸化処理を行うこ
とができる。

【００１７】さらに、酸化速度は酸化雰囲気の圧力が高
いほど速くなるため、酸化時の圧力を５〜３０気圧の高
圧雰囲気とすることで、６５０℃以下の低温でもより短
時間で酸化処理を行うことができる。この圧力範囲内で
も特に２０気圧の高圧雰囲気で行うことで、制御性と酸
化速度を両立した処理を行うことができる。特に高圧酸
化では常圧に比べて酸化速度はシリコン膜の結晶状態に
より大きく依存するするため、結晶性シリコン膜とアモ
ルファスシリコン膜の酸化の選択比が高くなる。

【００１８】ここで、シリコンを熱酸化する際、化学量
論的に過剰シリコンが発生する。この過剰シリコンは、
結晶性シリコンの粒界および粒内にある結晶欠陥を埋め
る働きがあり、熱酸化工程により結晶性は著しく向上す
る。特に高圧雰囲気では化学反応が非常に活性化される
ためこの効果が大きく期待できる。これにより、キャリ
アのトラップ数は著しく減少し、ＴＦＴ特性を向上する
ことができる。

【００１９】パターニングされたマスクを介してレーザ
照射する場合に、より微細なパターンを実現するにはそ
の解像度はレーザの波長で決まるため、レーザ光の波長
は短い方が有利であり、その点でエキシマレーザは波長
の短い紫外光を発生することができる。エキシマレーザ
の中でもＡｒＦレーザは１９３ｎｍと短波長であり、微
細なパターンには非常に有利である。この他にも、Ｘｅ
Ｃｌレーザ（波長３０８ｎｍ）やＫｒＦレーザ（波長２
４８ｎｍ）を使用してもよい。一方、レーザ光は高波長
の方がパワーを高くでき、またレンズ等の光学系のダメ
ージも少ない。解像度と装置の性能を両立するには、前
述のＡｒＦレーザ、ＸｅＣｌレーザおよびＫｒＦレーザ
のいずれかが最も好ましいと考えられる。アモルファス
シリコンは紫外光に強い吸収性があり、紫外光を用いる
ことでアモルファスシリコンのみを加熱することができ
るため効率が良く、基板も低温で処理することができ
る。

【００２０】

【作用】本発明の主旨は、ガラスなどの絶縁基板上にＴ
ＦＴをレーザ照射により結晶化されたシリコン膜で作製
するものである。これは、アモルファスシリコン膜にマ
スクを介してレーザ照射を行い、所定の領域のみを結晶
化し、結晶化されていない領域を熱酸化工程により選択
的にエッチングするものである。これにより、ＴＦＴ作
製プロセス上で最も重要であるシリコンと絶縁膜の界面
を不純物や欠陥の少ないものにすることが可能になる。
また、作製工程数を削減することができる。さらに、熱
酸化時に同時に結晶性を向上させることができ、ＴＦＴ
特性を高くすることができる。これらのことから、本発
明では、ＴＦＴを高性能で従来法より少ない工程数で安
定して作製することが可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】まず、本発明にかかる第１の実施
形態では、ガラス基板上にＮ型ＴＦＴを作製する工程に
おいて本発明を利用した場合について説明する。本実施
形態のＴＦＴは、アクティブマトリクス型のドライバ回
路や画素部分は勿論、薄膜集積回路を構成する素子とし
ても利用可能である。しかし、本実施形態では、それら
の代表として、基板上に数十万から数百万のＮ型ＴＦＴ
を特に均一に作製する必要がある液晶表示装置用アクテ
ィブマトリクス基板上の画素用ＴＦＴを例にとって説明
する。

【００２２】図１（Ａ）〜（Ｄ）は、アクティブマトリ
クス基板上の画素ＴＦＴ作製工程の概要を示す平面図で
ある。実際には数十万個以上のＴＦＴで構成されるが、
ここでは３行×４列の１２個のＴＦＴに簡略化して説明
する。また、図２は、図１における任意の１個のＴＦＴ
の断面図であり、（Ａ）〜（Ｅ）の順に作製工程が進行
する。

【００２３】まず、図２（Ａ）に示すように、ガラス基
板（コーニング１７３７を使用）１０１上にベースコー
ト膜として、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜
（ＳｉＯ₂膜）１０２を例えば３００ｎｍ（１００〜４
００ｎｍの範囲内が好ましい）の厚さに成膜し、さらに
その上に真性（Ｉ型）のアモルファスシリコン膜（ａ−
Ｓｉ膜）１０３をプラズマＣＶＤ法により例えば７５ｎ
ｍ（４０〜９０ｎｍの範囲内が好ましい）の厚さに成膜
する。

【００２４】そして、図２（Ｂ）に示すように、活性領
域に対応する孔１０５ａがマトリクス状にパターニング
されたマスク１０５を介してレーザ光１０４を前記アモ
ルファスシリコン膜１０３に照射する。このとき、マス
ク１０５はレーザ照射により加熱されるので液体窒素で
冷却する。マスク１０５の孔１０５ａを通過したレーザ
光１０４はアモルファスシリコン膜１０３に照射され、
その照射部が結晶化しすることにより図１（Ａ）に示す
ように島状の結晶性シリコン膜１０３ａが形成される。
一方、マスク１０５によりレーザ照射を受けていない領
域１０３ｂはアモルファスシリコン膜の状態のままであ
る。ここで、レーザ光には、ＡｒＦエキシマレーザ（波
長１９３ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を用いた。レー
ザ光の照射条件としては、照射時に基板１０１を例えば
４００℃（２００〜４５０℃の範囲内が好ましい）に加
熱した状態で照射した。また、ビームサイズはマスク１
０５上で１５０ｍｍ×１ｍｍの長尺形状に成型されてお
り、長尺方向に対して垂直方向に０．１ｍｍのステップ
幅で順次走査を行った。

【００２５】次に、高圧水蒸気酸化により、レーザ非照
射領域のアモルファスシリコン膜１０３ｂを除去して活
性領域のパターニングを行う。高圧水蒸気酸化の条件と
しては、酸化温度を６００℃、炉内圧力を２０気圧とし
て４時間の処理を行った。この条件での酸化速度は、結
晶性シリコン膜１０３ａでは約０．３５μｍ／ｍｉｎ
で、アモルファスシリコン膜１０３ｂでは約１．２μｍ
／ｍｉｎである。この処理により、アモルファスシリコ
ン膜１０３ｂの領域は完全に熱酸化されて熱酸化膜であ
るシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）１０６となり、結晶性
シリコン膜１０３ａの領域は熱酸化が途中で終了してい
るので、結晶性シリコン膜１０３ａ上には熱酸化膜であ
るシリコン酸化膜１０６が他の領域１０３ｂよりもやや
薄い膜厚８５ｎｍで形成される。この状態が図１（Ｂ）
および図２（Ｃ）に示される。

【００２６】続いて、スパッタリング法によって、例え
ば６００ｎｍ（４００〜８００ｎｍの範囲内が好まし
い）の厚さのアルミニウム膜を成膜し、これをパターニ
ングしてゲイト電極１０７を形成する。さらにアルミニ
ウム電極１０７を陽極酸化して表面に酸化物層１０８を
形成する。この状態が図２（Ｄ）に示される。ゲイト電
極１０７は、平面的にはゲイトバスラインを同時構成し
ており、この状態を平面的に見ると図１（Ｃ）に示す状
態になっている。陽極酸化は、酒石酸が１〜５％含まれ
たエチレングリコール溶液中で行い、最初一定電流で２
２０Ｖまで電圧を上げ、この状態で１時間保持して終了
させる。得られた酸化物層１０８の厚さは２００ｎｍで
あり、これは後のイオンドーピング工程においてオフセ
ットゲート領域を形成する厚さとなるので、オフセット
領域の長さをこの陽極酸化工程で決めることができる。

【００２７】その後、図２（Ｄ）に示すように、イオン
ドーピング法により、ゲイト電極１０７とその周りの酸
化物層１０８をマスクとして不純物（リン）１０９を注
入する。ドーピングガスとしてホスフィン（ＰＨ₃）を
用い、加速電圧を例えば８０ｋＶ（６０〜９０ｋＶの範
囲内が好ましい）、ドーズ量を例えば２×１０¹⁵ｃｍ ^-2
（１×１０¹⁵〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2の範囲内が好ましい）
として行う。この工程で、結晶性シリコン膜１０３ａの
うち、不純物が注入された領域１１１，１１２が、後に
ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域となり、ゲイト
電極１０７とその周りの酸化物層１０８でマスクされる
ことで不純物が注入されていない領域１１０が、後にＴ
ＦＴチャネル領域となる。

【００２８】次に、レーザ光照射によるアニールでイオ
ン注入した不純物の活性化を行うと同時に、不純物導入
により結晶性が劣化した領域の結晶性改善を行う。この
際、レーザとしてＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８
ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ）を用い、例えば２５０ｍ
Ｊ／ｃｍ²（１５０〜４００ｍＪ／ｃｍ²の範囲内が好ま
しい）のエネルギー密度で照射した。ここで、Ｎ型不純
物（リン）領域１１１，１１２のシート抵抗は、２００
〜８００Ω／ｃｍ²であった。

【００２９】続いて、厚さ６００ｎｍ程度の酸化シリコ
ン膜または窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法で成膜し
て層間絶縁膜１１３を形成する。そして、層間絶縁膜１
１３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二層膜によって前記コンタ
クトホールを介してソース領域１１１およびドレイン領
域１１２にそれぞれ電気的に接続するＴＦＴソース電極
配線１１４およびドレイン電極配線１１６を形成する。
本実施形態におけるＴＦＴは画素電極をスイッチングす
る素子であるので、ドレイン電極配線１１６には透明電
極であるＩＴＯなどの画素電極１１５を設ける。最後
に、１気圧の水素雰囲気で３５０℃、３０分のアニール
を行い、図１（Ｄ）および図２（Ｅ）に示すＴＦＴ１１
７が完成する。なお、ＴＦＴ１１７を保護するため、Ｔ
ＦＴ１１７上に窒化シリコン膜などからなる保護膜を必
要に応じて形成してもよい。

【００３０】次に、本発明にかかる第２実施形態につい
て説明する。本実施形態では、アクティブマトリクス型
の液晶周辺回路や、一般の薄膜集積回路を形成するＮ型
ＴＦＴとＰ型ＴＦＴを相補的に構成したＣＭＯＳ構造の
回路をガラス基板上の作製する工程について説明する。

【００３１】図３は、本実施形態で説明するＴＦＴ作製
工程の概要を示す平面図である。図４，５は、図３のＡ
−Ａ線断面図であり、（Ａ）〜（Ｇ）の順で工程が進行
する。

【００３２】まず、図４（Ａ）に示すように、ガラス基
板（コーニング１７３７を使用）２０１上にベースコー
ト膜として、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜
（ＳｉＯ₂）２０２を例えば３００ｎｍ（１００〜４０
０ｎｍの範囲内が好ましい）の厚さに成膜し、さらにそ
の上にプラズマＣＶＤ法により真性（Ｉ型）のアモルフ
ァスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）２０３を例えば５５ｎｍ
（４０〜９０ｎｍの範囲内が好ましい）の厚さに成膜す
る。

【００３３】続いて、図４（Ｂ）に示すように、活性領
域に対応する孔２０５ａがパターニングされたマスク２
０５を介してレーザ光２０４を照射することで、活性領
域となる島状結晶性シリコン膜２０３ａの結晶化を行
う。マスクはレーザ照射時に加熱されるため液体窒素で
冷却する。マスクによりレーザ照射を受けていない領域
２０３ｂはアモルファスシリコン膜のままの状態にあ
る。このときレーザ光としては、ＸｅＣｌエキシマレー
ザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ）を用い
た。レーザ光の照射条件は、照射時に基板２０１を例え
ば４００℃（２００〜４５０℃の範囲内が好ましい）に
加熱し、例えば３６０ｍＪ／ｃｍ²（２５０〜４５０ｍ
Ｊ／ｃｍ²の範囲内が好ましい）のエネルギー密度で照
射した。ビームサイズは、マスク２０５上で１５０ｍｍ
×１ｍｍの長尺形状になるように成型されており、長尺
方向に対して垂直方向に０．１ｍｍのステップ幅で順次
走査を行った。すなわち、島状結晶性シリコン膜２０３
の任意の一点において、計１０回の照射が行われること
になる。

【００３４】その後、高圧水蒸気酸化により、アモルフ
ァスシリコン膜２０３ｂを除去して活性領域のパターニ
ングを行う。高圧水蒸気酸化の条件としては、酸化温度
を６００℃、炉内圧力を２０気圧として２．５時間で処
理を行った。この処理により、図４（Ｃ）に示すよう
に、アモルファスシリコン膜２０３ｂの領域は完全に酸
化されて熱酸化膜であるシリコン酸化膜２０６となり、
結晶性シリコン膜２０３ａの領域は熱酸化が途中で終了
しているので、結晶性シリコン膜２０３ａ上には熱酸化
膜であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）２０６が他の領
域２０３ｂよりもやや薄い膜厚５０ｎｍで形成される。
この後、シリコン酸化膜２０６をバッファードフッ酸で
除去してから、減圧ＣＶＤにより新たにシリコン酸化膜
を成膜して図４（Ｄ）に示すようにゲイト絶縁膜２０７
を形成する。結晶性シリコン膜２０３ａとゲイト絶縁膜
２０７の界面特性を改善するため、６００℃で２時間の
窒素雰囲気アニール処理を行った。

【００３５】そして、図５（Ｅ）に示すように、スパッ
タリング法によって例えば６００ｎｍ（４００〜８００
ｎｍの範囲内が好ましい）の厚さのアルミニウム膜を成
膜し、これをパターニングしてゲイト電極２０８を形成
する。さらに、ゲイト電極２０８を陽極酸化して表面に
酸化物層２０９を形成する。ゲイト電極２０８は、平面
的にはゲイトバスラインを同時構成しており、これを平
面的に見ると図１（Ｃ）のゲートバスライン１０７と同
じ状態になっている。陽極酸化は、酒石酸が１〜５％含
まれたエチレングリコール溶液中で行い、最初一定電流
で２２０Ｖまで電圧を上げ、その状態で１時間保持して
終了させる。これにより得られた酸化物層２０９の厚さ
は２００ｎｍであり、これは後のイオンドーピング工程
において、オフセットゲート領域を形成する厚さとなる
ので、オフセット領域の長さをこの陽極酸化工程で決め
ることができる。

【００３６】次に、図５（Ｅ），（Ｆ）に示すように、
イオンドーピング法により結晶性シリコン膜２０３ａ
に、ゲイト電極２０８をマスクとして不純物であるリン
２１０およびホウ素２１１を注入する。ドーピングガス
としてホスフィン（ＰＨ₃）およびジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）
を用い、ホスフィンドーピング時は加速電圧を例えば８
０ｋＶ（６０〜９０ｋＶの範囲内が好ましい）で、ドー
ズ量を例えば２×１０¹⁵ｃｍ^-2（１×１０¹⁵〜８×１０
¹⁵ｃｍ^-2の範囲内が好ましい）とし、ジボランドーピン
グ時は加速電圧を例えば６５ｋＶ（４０〜８０ｋＶの範
囲内が好ましい）で、ドーズ量を例えば５×１０¹⁵ｃｍ
^-2（１×１０¹⁵〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2の範囲内が好まし
い）として行った。ドーピングに際しては、ドーピング
が不要な領域をフォトレジスト２１２，２１３でそれぞ
れ覆うことにより、それぞれの元素を選択的にドーピン
グする。この工程で、結晶性シリコン膜２０３ａのう
ち、不純物としてリンが注入された領域は、後にＴＦＴ
のソース領域２１５ｎおよびドレイン領域２１６ｎとな
り、不純物としてホウ素が注入された領域は、後にＴＦ
Ｔのソース領域２１５ｐおよびドレイン領域２１６ｐと
なり、ゲイト電極２０８でマスクされて不純物注入され
ていない領域は、後にＴＦＴチャネル領域２１４とな
る。

【００３７】その後、レーザ光照射によりアニールで、
イオン注入した不純物の活性化を行うと同時に、不純物
導入により結晶性が劣化した領域の結晶性改善を行う。
この際、レーザとしてＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３
０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ）を用い、例えば２５
０ｍＪ／ｃｍ²（１５０〜４００ｍＪ／ｃｍ²の範囲内が
好ましい）のエネルギー密度で照射した。この処理は、
ＲＴＡ法（Rapid Thermal Anneal）で行ってもよい。

【００３８】続いて、図５（Ｇ）に示すように、厚さ６
００ｎｍ程度の酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を
プラズマＣＶＤ法で成膜して層間絶縁膜２１７を形成す
る。そして、この層間絶縁膜２１７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
ムの二層膜によってＴＦＴの電極・配線２１８，２１
９，２２０を形成する。最後に、１気圧の水素雰囲気で
３５０℃、３０分のアニールを行うことにより、Ｎチャ
ネル型ＴＦＴ２２１とＰチャネル型ＴＦＴ２２２が完成
する。ＴＦＴ２２１，２２２を保護するために、ＴＦＴ
２２１，２２２上に窒化シリコン膜などからなる保護膜
を必要に応じて形成してもよい。

【００３９】以上、本発明に基づく２つの実施形態につ
いて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変
形が可能である。例えば、上記各実施形態では高圧水蒸
気酸化によるアモルファスシリコン部と結晶性シリコン
部の選択的熱酸化を行ったが、常圧の水蒸気酸化やドラ
イＯ₂酸化でもよい。また、上記各実施形態では熱酸化
膜や減圧ＣＶＤ膜をゲイト絶縁膜として用いたが、プラ
ズマＣＶＤ膜でもよい。さらに、プラズマＣＶＤ膜もし
くは減圧ＣＶＤ膜を成膜した後、熱酸化を行いＣＶＤ膜
と熱酸化膜の２層膜を絶縁膜としてもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、特性が高く安定した高性能半導体素子が実現で
き、さらに集積度の高い高性能半導体装置が、簡便な製
造プロセスにて得られる。また、その製造工程において
工程数を減らすことができるのでスループットと良品率
を大きく向上でき、商品の低コスト化が図れる。特に液
晶表示装置においては、アクティブマトリクス基板に要
求される高性能化、高集積化を同時に満足し、同一基板
上にアクティブマトリクス部と周辺駆動回路部を構成す
るドライバモノリシック型アクティブマトリクス基板を
実現でき、モジュールのコンパクト化、高性能化、低コ
スト化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の概要を示す平面図。

【図２】第１実施形態の作製工程を示す断面図。

【図３】第２実施形態の概要を示す平面図。

【図４】第２実施形態の作製工程を示す断面図。

【図５】第２実施形態の作製工程を示す断面図、図４
の続き。

【符号の説明】

１０１，２０１ガラス基板１０２，２０２ベースコート膜１０３，２０３アモルファスシリコン膜（レー
ザ照射前）１０３ａ，２０３ａ結晶性シリコン膜（レーザ照射
後）１０３ｂ，２０３ｂアモルファスシリコン膜（レー
ザ照射後）１０４，２０４レーザ光１０５，２０５マスク１０６，２０６熱酸化膜２０７シリコン酸化膜１０７，２０８ゲイト電極１０８，２０９酸化物層１０９，２１０不純物（リン）２１１不純物（ホウ素）２１２フォトレジスト２１３フォトレジスト１１０，２１４チャネル領域１１１，２１５ｎ，２１５ｐソース領域１１２，２１６ｎ，２１６ｐドレイン領域１１３，２１７層間絶縁膜１１４ソース電極１１５画素電極１１６ドレイン電極１１７画素ＴＦＴ２１８，２１９，２２０電極・配線２２１Ｎチャネル型ＴＦＴ２２２Ｐチャネル型ＴＦＴ

フロントページの続きＦターム(参考） 5F052 AA02 BA12 DA02 DB03 FA25 HA03 JA01 JA04 5F110 AA16 BB02 BB04 BB10 BB11 CC02 DD02 DD13 EE03 EE34 EE44 FF02 FF23 GG02 GG13 GG25 GG35 GG45 HJ01 HJ12 HJ23 HL01 HL03 HL11 HM14 NN04 NN23 NN24 NN35 NN62 NN65 NN72 PP02 PP03 PP04 PP10 PP27 PP38 PP40 QQ01 QQ24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成されたアモルファスシリコ
ン膜をレーザ照射することにより結晶化して得られる結
晶性シリコン膜を利用する半導体装置の作製方法におい
て、前記レーザ照射はパターニングされたマスクを介して行
われ、前記レーザ照射後に熱酸化処理を行うことを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】請求項１において、前記マスクは、半導体装置の活性領域のみに対応してレ
ーザ光が通過するようにパターニングされていることを
特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】請求項１において、前記パターニングされたマスクを介してレーザ照射が行
われた領域を半導体装置の活性領域として用いることを
特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】請求項１において、前記熱酸化工程は水蒸気雰囲気にて行われることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】請求項１または請求項４において、前記熱酸化工程は高圧酸化処理にて行われることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】請求項５において、前記高圧酸化処理時の圧力は、５〜３０気圧の範囲内で
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６において、前記高圧酸化処理時の圧力は、特に２０気圧であること
を特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】請求項１において、前記酸化処理は、前記パターニングされたマスクにより
レーザ照射されていない領域のシリコン膜が全て酸化さ
れるまで行う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において、前記レーザ照射工程はエキシマレーザにより行うことを
特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】請求項９において、前記エキシマレーザの中でも特にＡｒＦレーザ、ＫｒＦ
レーザおよびＸｅＣｌレーザのいずれかを用いて行うこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１１】絶縁表面を有する基板上にアモルファ
スシリコン膜を形成する工程と、該アモルファスシリコン膜に半導体装置の活性領域のパ
ターニングされたマスクを介してレーザ照射する工程
と、前記パターニングされたマスクによりレーザ照射されて
いない領域のシリコン膜が全て酸化するまで熱酸化する
工程と、完全に酸化されずに残っているレーザ照射領域のシリコ
ン膜を半導体装置の活性領域とする工程と、熱酸化工程で得られた熱酸化膜を絶縁膜として用いる工
程と、を少なくとも有することを特徴とする半導体装置
の作製方法。
【請求項１２】絶縁表面を有する基板上にアモルファ
スシリコン膜を形成する工程と、該アモルファスシリコン膜に半導体装置の活性領域のパ
ターニングされたマスクを介してレーザ照射する工程
と、前記パターニングされたマスクによりレーザ照射されて
いない領域のシリコン膜が全て酸化するまで熱酸化する
工程と、完全に酸化されずに残っているレーザ照射領域のシリコ
ン膜を半導体装置の活性領域とする工程と、前記熱酸化処理により形成された熱酸化膜を除去する工
程と、を少なくとも有す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１１または請求項１２におい
て、前記熱酸化工程は高圧水蒸気酸化により行われることを
特徴とする半導体装置の作製方法。