JP2004006952A - 薄膜半導体装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】　ソース／ドレイン間のリーク電流を減少させ、また、劣化等を防止する薄膜半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。
【解決手段】　シリコン膜上に、３〜６ｎｍ以下の厚さの酸化珪素膜を介して、フォトレジストのマスクを形成し、フォトレジストのマスクを用いて前記シリコン膜をパターニングして、端部がテーパー状の島状シリコン領域を形成し、前記島状シリコン領域を用いて薄膜トランジスタの活性層を形成することを特徴とする薄膜半導体装置の作製方法。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、薄膜集積回路に用いる回路素子、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の作製方法に関するものである。本発明によって作製される薄膜トランジスタは、ガラス等の絶縁基板上、単結晶シリコン等の半導体基板上に形成された絶縁体上、いずれにも形成され、例えば、液晶ディスプレーのアクティブマトリクス回路やイメージセンサーの駆動回路等に用いられる。

　最近、７５０℃以下の温度で薄膜トランジスタを形成することが要求されるようになった。薄膜トランジスタは、酸化珪素や窒化珪素等の絶縁被膜上に形成されたシリコン半導体薄膜を島状にエッチングして、島状シリコン領域（活性層）を形成した後、ゲイト絶縁膜とゲイト電極を形成するのであるが、このような低温では従来の半導体集積回路技術のように熱酸化法によってゲイト絶縁膜を得ることは不可能であり、もっぱら、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）や物理的気相成長法（ＰＶＤ法）によって絶縁被膜を形成していた。ＣＶＤ法やＰＶＤ法においては、通常はプラズマを用いるプラズマＣＶＤ法やスパッタリング法が一般的であった。

　しかし、ＣＶＤ法やＰＶＤ法で形成される絶縁被膜はステップカバレージ（段差被覆性）が悪く、信頼性や歩留り、特性に悪影響を及ぼすことがあった。すなわち、エッヂ部の断面がほぼ垂直であった場合には、ゲイト絶縁膜の被覆性が著しく悪く、典型的には平坦部の厚さの半分しか厚みが存在しない状態となることもあった。

　島状シリコン領域は、シリコン膜をドライエッチングすることによって得られていたが、通常のドライエッチング法では、シリコンと下地の酸化珪素あるいは窒化珪素の選択比を向上させる必要から反応性イオンエッチング法が採用された。通常の場合は、断面はほぼ垂直となるが、条件を適当に定めることによって、斜めの断面を有する形状（テーパー状）とすることも可能である。こうして、絶縁被膜のステップカバレージが多少悪くとも、問題がなくすることができる。

　図４にはテーパー状のエッヂを有する典型的なＴＦＴを上から見た図、およびその図面のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’に沿った断面図を示す。基板上に形成されたＴＦＴの薄膜シリコン半導体領域は不純物領域（ソース、ドレイン領域、Ｐ型もしくはＮ型の導電型を示す）４４、４５とゲイト電極４３の下に位置し、実質的に真性のチャネル形成領域４１に分けられる。また、このシリコン半導体領域を覆って、ゲイト絶縁膜４２が設けられる。図には示されていないが、さらにこれらを覆って層間絶縁物４９が設けられ、その上に配線が形成される。この配線は層間絶縁物に形成されたコンタクトホールを介して、不純物領域４４、４５に接続される。

　図４から明らかなように、シリコン半導体領域のエッヂ部をテーパー状とすることにより、ゲイト絶縁膜４２はエッヂ部においても平坦部とほぼ同じ厚さを保つことができ、エッヂ部における耐圧を向上させることができた。また、この結果、ＴＦＴの特性および製造歩留りを著しく向上させることができる。

　なお、確かにテーパー状とすることにより、断線は減少したが、解決できない問題も多かった。その最大のものはソース／ドレイン間のリーク電流である。ＴＦＴのソース／ドレイン間に所定のドレイン電圧を印加しても、ゲイト電極の電位がソースと同じであれば、チャネルが形成されないのでソース／ドレイン間には実質的に電流が流れないはずである。すなわち、オフ電流は、計算上は０．１ｐＡ以下のはずであった。

　しかし、現実には１０ｐＡ以上のリーク電流（以下、オフ電流という）が観察された。しかも、奇妙なことにこの電流はＴＦＴのチャネル幅によらずほぼ同じであることも明らかになった。このようなオフ電流は、特にアクティブマトリクス回路のスイッチングトランジスタに用いる場合には致命的なものであり、オフ電流を１０ｐＡ以下、好ましくは２ｐＡ以下とすることが必要であった。

　そこで、シリコン膜上に３〜２０ｎｍの酸化珪素や窒化珪素、酸化窒化珪素を主成分とする層を形成し、その上の全面にフォトレジストを塗布して、公知のフォトリソグラフィー法によってレジストのマスクを形成し、これを用いてその下層の酸化珪素や窒化珪素、酸化窒化珪素を主成分とする層をエッチングしてマスク膜を形成する。これを用いて、島状シリコン領域をパターニングする。この工程はフォトレジストが直接、シリコン膜に触れないという特徴があり、好ましい工程である。

　本発明は、
シリコン膜上に、６ｎｍ以下の厚さの酸化珪素膜を介して、フォトレジストのマスクを形成し、
フォトレジストのマスクを用いて前記シリコン膜をパターニングして、端部がテーパー状の島状シリコン領域を形成し、
前記島状シリコン領域を用いて薄膜トランジスタの活性層を形成することを特徴とする薄膜半導体装置の作製方法である。

　本発明は、
シリコン膜上に、３〜６ｎｍの厚さの酸化珪素膜を介して、フォトレジストのマスクを形成し、
フォトレジストのマスクを用いて前記シリコン膜をパターニングして、端部がテーパー状の島状シリコン領域を形成し、
前記島状シリコン領域を用いて薄膜トランジスタの活性層を形成することを特徴とする薄膜半導体装置の作製方法である。

　本発明は、
絶縁表面上に、アモルファスシリコン膜を形成し、
前記アモルファスシリコン膜に結晶化を助長する触媒元素を添加し、
前記アモルファスシリコン膜を熱アニールし、更にレーザーを照射して結晶化し、
フォトレジストのマスクを用いて前記結晶化されたシリコン膜をパターニングして、端部がテーパー状の島状シリコン領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。

　本発明は、
絶縁表面上に、アモルファスシリコン膜を形成し、
前記アモルファスシリコン膜表面に、６ｎｍ以下の厚さの酸化珪素膜を形成し、
前記アモルファスシリコン膜に選択的に燐を添加し、Ｎ型の不純物領域と、実質的に真性な領域とを形成し、
前記アモルファスシリコン膜に結晶化を助長する触媒元素を添加し、
前記アモルファスシリコン膜を５００〜５８０℃のアニールをして結晶化し、
フォトレジストのマスクを用いて前記結晶化されたシリコン膜をパターニングして、一対のＮ型の不純物領域とチャネル形成領域とを有する、端部がテーパー状の島状シリコン領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。

　本発明は、
絶縁表面上に、アモルファスシリコン膜を形成し、
前記アモルファスシリコン膜表面に、６ｎｍ以下の厚さの酸化珪素膜を形成し、
前記アモルファスシリコン膜に選択的に燐を添加し、Ｎ型の不純物領域と、実質的に真性な領域とを形成し、
前記アモルファスシリコン膜に結晶化を助長する触媒元素を添加し、
前記アモルファスシリコン膜を５００〜５８０℃のアニールをして結晶化し、
フォトレジストのマスクを用いて前記結晶化されたシリコン膜をパターニングして、一対のＮ型の不純物領域とチャネル形成領域とを有する、端部がテーパー状の島状シリコン領域を形成し、
前記フォトレジストのマスクを除去し、
前記島状シリコン領域上に、酸化珪素膜でなる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、
前記ゲイト電極上に、前記絶縁表面全体を覆うように窒化珪素膜を形成することを特徴とする薄膜半導体装置の作製方法である。

　前記モルファスシリコン膜に形成する６ｎｍ以下の厚さの酸化珪素膜は、３〜６ｎｍの厚さであってもよいし、前記アモルファスシリコン膜の５００〜５８０℃のアニールは、２〜１２時間行ってもよいし、前記結晶化を助長する触媒元素は、ニッケル、コバルト、鉄、白金、パラジウムであってもよい。

　本発明は、
絶縁表面上に、アモルファスシリコン膜を形成し、
レーザーを用いて、前記アモルファスシリコン膜を結晶化し、
フォトレジストのマスクを用いて前記結晶化されたシリコン膜をパターニングして、端部がテーパー状の島状シリコン領域を形成し、
前記島状シリコン領域を用いて薄膜トランジスタの活性層を形成することを特徴とする薄膜半導体装置の作製方法である。

　本発明は、
絶縁表面上に、アモルファスシリコン膜を形成し、
レーザーを用いて、前記アモルファスシリコン膜を結晶化し、
フォトレジストのマスクを用いて前記結晶化されたシリコン膜をパターニングして、端部がテーパー状の島状シリコン領域を形成し、
前記フォトレジストのマスクを除去し、
前記島状シリコン領域に、燐を添加し、Ｎ型の不純物領域と、チャネル形成領域とを形成し、
前記島状シリコン領域を４５０〜５５０℃でアニールすることを特徴とする薄膜半導体装置の作製方法である。

　本発明は、
絶縁表面上に、アモルファスシリコン膜を形成し、
レーザーを用いて、前記アモルファスシリコン膜を結晶化し、
フォトレジストのマスクを用いて前記結晶化されたシリコン膜をパターニングして、端部がテーパー状の島状シリコン領域を形成し、
前記フォトレジストのマスクを除去し、
前記島状シリコン領域に、燐を添加し、Ｎ型の不純物領域と、チャネル形成領域とを形成し、
前記島状シリコン領域を４５０〜５５０℃でアニールし、
前記島状シリコン領域上に、酸化珪素膜でなる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、
前記ゲイト電極上に、前記絶縁表面全体を覆うように窒化珪素膜を形成することを特徴とする薄膜半導体装置の作製方法である。

　本発明によって、薄膜半導体装置の歩留りを向上させ、また、その信頼性を高め、最大限を特性を引き出すことが可能となった。本発明の薄膜半導体装置は、特に、ソース−ドレイン間のリーク電流（オフ電流）が低いため液晶ディスプレーのアクティブマトリクス回路における画素制御用のトランジスタとして好ましい。

　本発明ではＮチャネル型のＴＦＴを例にとって説明したが、Ｐチャネル型ＴＦＴや同一基板上にＮチャネル型とＰチャネル型の混在した相捕型の回路の場合も同様に実施できることは言うまでもない。また、実施例に示したような簡単な構造のものばかりではなく、例えば、特開平６−１２４９６２に示されるようなソース／ドレインにシリサイドを有するような構造のＴＦＴに用いてもよい。本発明はＴＦＴを中心として説明した。しかし、他の回路素子、例えば、１つの島状半導体領域に複数のゲイト電極を有する薄膜集積回路、スタックトゲイト型ＴＦＴ、ダイオード、抵抗、キャパシタにも適用できることは言うまでもない。このように本発明は工業上、有益な発明である。

　実施例では、シリコン膜をエッチングする作用を有する液体（例えば、ＮＨ₂基を有するヒドラジン（ＮＨ₂ＮＨ₂）やエチレンジアミン（ＮＨ₂（Ｃ₂Ｈ₄）ＮＨ₂）等）を有するエッチャントによるウェットエッチング法、もしくは非電離状態でシリコンをエッチングする作用を有する気体（例えば、各種フッ化塩素）によるガスエッチング法によってシリコン膜をエッチングすることにより、プラズマを用いないで島状シリコン領域を形成し、その後、非プラズマのＣＶＤ法（例えば、熱ＣＶＤ法）によってゲイト絶縁膜を成膜する薄膜半導体装置の作製方法について示す。

　すなわち
（１）　絶縁表面上に形成された厚さ１０〜１００ｎｍのシリコン膜上に、マスク膜を選択的に形成する工程
（２）　シリコンをエッチングする作用を有する液体もしくは気体によって、前記マスクを用いてシリコン膜をエッチングすることにより島状の薄膜シリコン半導体領域を形成する工程
（３）　非プラズマの化学的気相成長法により前記シリコン半導体領域を覆ってゲイト絶縁膜を形成する工程
のうちの、少なくとも工程（１）と（２）あるいは工程（２）と（３）を有する。

　上記において、ウェットエッチングをおこなうための液体としてＮＨ₂基を有する物質を用いる場合には、溶液中に水（Ｈ₂Ｏ）を適当な比率で混合し、また、プロパノール、ブタノール、イソプロパノール（ＣＨ₃ＣＨＯＨＣＨ₃）やパイロカテコール（Ｃ₆Ｈ₄（ＯＨ）₂）を併せて使用すると効果がよい。

　上記において、ガスエッチングをおこなう場合には、フッ化作用の極めて強い各種フッ化塩素、例えば、一フッ化塩素（ＣｌＦ）、三フッ化塩素（ＣｌＦ₃）、五フッ化塩素（ＣｌＦ₅）等が好ましい。すなわち、シリコンはこれらの気体に接するとフッ化されて、気体のフッ化珪素化合物等になり、エッチングされる。中でも三フッ化塩素は化学的に安定で貯蔵しやすく、利用しやすい。さらに、酸化珪素とほとんどエッチングしないためマスクとして酸化珪素を用いることができる。

　上記工程（１）において、マスク膜はフォトジストや酸化珪素膜もしくは窒化珪素膜、あるいは酸化窒化珪素膜を有するとよい。一般にヒドラジンを用いる場合には、フォトレジスト等の有機物は剥離してしまい、マスク膜として用いるのには好ましくないが、三フッ化塩素ではフォトレジストもマスクとして使用できる。厳密には三フッ化塩素でもフォトレジストはエッチングされるのであるが、そのエッチングレートがシリコンとほぼ同じであるため、十分にマスクとして機能する。そして、この性質をうまく利用すれば、フォトレジストのエッチング後退とシリコン膜のエッヂの後退がほぼ同じ速度で進行することによりテーパー状のエッヂを形成することもできる。

　上記工程（１）において、ヒドラジン等をエッチングをおこなうための液体として用いる場合には、シリコン上に厚さ１〜２００ｎｍ、好ましくは、３〜２０ｎｍの酸化珪素や窒化珪素、酸化窒化珪素を主成分とする層を形成し、その上の全面にフォトレジストを塗布して、公知のフォトリソグラフィー法によってレジストのマスクを形成し、これを用いてその下層の酸化珪素や窒化珪素、酸化窒化珪素を主成分とする層をエッチングして、これをマスク膜として用いればよい。

　この工程はフォトレジストが直接、シリコン膜に触れないという特徴があり、その点で、ヒドラジン以外の、例えば、各種フッ化塩素を用いたエッチングにおいても好ましい工程である。上記の酸化珪素や窒化珪素、酸化窒化珪素を主成分とする層を形成するには、非プラズマプロセス、例えば、熱ＣＶＤ法や熱酸化法を用いればよい。もし、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法を用いる場合でも、その後に、４５０℃以上、好ましくは、５５０℃以上の加熱工程があれば、プラズマのダメージは回復する。

　このようにして酸化珪素や窒化珪素、酸化窒化珪素を主成分とする層をエッチングした後は、レジストのマスクは不要であるのだが、フォトレジストを剥離する際にはシリコン表面がごく薄く酸化され、本発明のように、シリコンと酸化珪素のエッチングレートが非常に異なる場合にはエッチング作用が低下する。ヒドラジンではフォトレジスト等の有機物は相当なダメージを受けるが、十分なエッチング作用を得るためには、フォトレジストのマスクをつけたまま、エッチングさせる必要がある。

　上記工程（３）においては、特に、ゲイト絶縁膜をシランと酸素もしくは各種酸化窒素（例えば、二酸化窒素、一酸化窒素、一酸化二窒素）を原料とする熱ＣＶＤ法によって形成すると好ましい特性が得られた。また、ゲイト絶縁膜を成膜した後、一酸化二窒素雰囲気で４５０〜６００℃のアニール処理を施すことによってさらに良好な特性が得られた。

　上記工程（１）においてシリコン膜の厚さを１０〜１００ｎｍと限定するのはエッヂの断面が十分になだらかになるようにするためであり、シリコン膜の厚さが１００ｎｍ以上ではエッヂ断面の形状が垂直に近いものとなり、本発明の目的とする島状シリコン領域を得られないからである。しかしながら、適切な条件のもとでは以下の実施例にも示すように理想的なテーパー状のエッヂが形成される。そのような場合には、上記の厚さの限定は不要となる。

　上記のようなウェットエッチング法あるいは非電離状態の気体を用いるガスエッチング法、および非プラズマのＣＶＤ法ではプラズマダメージが生じない。また、良く知られているようにウェットエッチング法は等方性をエッチングであり、また、ガスエッチング法も、本発明人の検討の結果、ウェットエッチングと同等な等方性を示すので、上記の厚さのシリコン膜であれば、エッチング断面は極めてなだらかな形状となる。この結果、ゲイト電極の断線は生じず、かつ、オフ電流も十分に低減できた。より段差被覆性を向上させて歩留りを上げるには、島状シリコン領域の上に形成するゲイト絶縁膜の厚さをシリコン膜の２〜１０倍とすると良い。

　図１（Ａ）〜（Ｄ）に本実施例の作製工程を示す。まず、ガラス基板コーニング社７０５９番上に厚さ１００〜５００ｎｍ、例えば、２００ｎｍの酸化珪素膜をスパッタ法によって成膜して形成した絶縁性表面１１上にプラズマＣＶＤ法によって、厚さ３０〜１５０ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアモルファス状態のシリコン膜１２を成膜した。原料ガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ₄）を用いた。さらに、その上に厚さ１０〜５０ｎｍ、例えば、２０ｎｍの酸化珪素膜１３をスパッタ法によって成膜した。

　そして、窒素雰囲気において、５５０〜６００℃で４〜４８時間の熱アニールをおこない、シリコン膜１２を結晶化した。この工程においては、シリコン膜にニッケル、パラジウム、コバルト、鉄、白金等のアモルファスシリコンの結晶化を助長する金属元素を微量添加して、結晶化を促進せしめてもよい。また、熱アニールによる結晶化の後、レーザーもしくはそれと同等な強光を照射して、結晶性を改善せしめてもよい。その後、公知のフォトリソグラフィー工程によってフォトレジストを用いてフォトレジストのマスク１４を形成した。（図１（Ａ））
　そして、フォトレジストのマスク１４を用いてウェットエッチング法によって、酸化珪素膜１３をエッチングした。ここでは、エッチャントとして、フッ酸とフッ化アンモニウムの混合溶液（緩衝フッ酸）を用いた。比率はフッ酸１に対してフッ化アンモニウム１０のもの（以下、１／１０ＢＨＦと記す）を用いたが、その他の比率でも同様にエッチングできる。このようにして、酸化珪素のマスク膜１５を形成した。このエッチング工程では、酸化珪素膜が残らないようにエッチングすることが肝要である。少しでも酸化珪素膜が残存していると、その後のヒドラジンでのエッチングでシリコン膜のエッチングに不均一性が発生する。（図１（Ｂ））
　その後、フォトレジストのマスクをつけたままヒドラジン水和物（ヒドラジンと水の等モル混合液）に基板を浸し、シリコン膜１２をエッチングした。エッチャントには、０〜８０ｍｏｌ％のイソプロピルアルコールを混合してもよい。このようにして、島状のシリコン領域１６を形成した。フォトレジストのマスク１４はヒドラジンによって溶解した。（図１（Ｃ））
　その後、酸化珪素膜１５を１／１０ＢＨＦによってエッチングした。この際には、下地の酸化珪素膜もオーバーエッチングされた。本実施例では、酸化珪素膜１３（＝１５）も下地の酸化珪素膜もスパッタ法によって成膜されたので、オーバーエッチングの深さは、酸化珪素膜１５の厚さの１．２〜２倍であった。

　その後、熱ＣＶＤ法によってゲイト絶縁膜（酸化珪素）１７を形成した。熱ＣＶＤ法の原料ガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ₄）と酸素を用いた。基板温度は４００〜６００℃、例えば、４３０℃とした。（図１（Ｄ））
　その後、一酸化二窒素雰囲気（大気圧）で４５０〜６００℃、例えば、５５０℃の熱アニールをおこなった。このようにして、概略テーパー状のエッヂ断面を有する活性層（島状シリコン領域）とゲイト絶縁膜を形成した。

　図２に本実施例を示す。まず、ガラス基板（図示せず）上にスパッタリング法によって厚さ２００ｎｍの酸化珪素の下地膜２１を形成した。さらに、減圧ＣＶＤ法によって、厚さ１０〜１００ｎｍ、例えば５０ｎｍのアモルファス状態のシリコン膜２２を堆積した。ＣＶＤ法の原料ガスとしては、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）を用いた。シリコン膜は３５０〜５５０℃で０．５〜８時間アニールすることにより膜に含まれる過剰な水素を放出させた。

　そして、ＫｒＦエキシマーレーザー光（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、シリコン膜２２を結晶化させた。レーザーのエネルギー密度としては２５０〜４００ｍＪ／ｃｍ²が適切であった。

　結晶化工程の後、全面にフォトレジストを塗布し、公知のフォトリソグラフィー法によってフォトレジストをパターニングして、レジストのマスク２４を形成した。（図２（Ａ））
　そして、基板を１〜１００ｔｏｒｒ、例えば、６ｔｏｒｒに減圧した常温の石英管中に置き、石英管に三フッ化塩素（ＣｌＦ₃）と窒素の混合気体を流した。本実施例では両気体の流量は、ともに５００ｓｃｃｍとした。本実施例では、１〜２分の三フッ化塩素を供給した後、三フッ化塩素の供給を停止し、窒素パージをおこなった。エッチングレートは約１００ｎｍ／分であるので、シリコン膜は十分にエッチングされた。このようにして、島状シリコン領域２４を得ることができた。なお、このときのエッチングの終点の判定としては、シリコン膜のエッチングの進行による基板の透明度の変化を光学センサーによって判定してもよい。

　また、本実施例のエッチングの特徴としては、極めて理想的な、３０〜６０°の傾きを有するテーパー状のエッヂが得られることである。これは、図に示すようにシリコン膜とともに、フォトレジストもエッチングされ、フォトレジストのエッヂの後退がシリコンのエッヂの後退とほぼ同じ速度によって進行するからである（図２（Ｂ）、点線および矢印参照）。実施例２（図１）でもテーパー状のエッヂが得られたが、シリコン膜の上部では断面の傾きが急角度となる。これに対し、本実施例ではエッヂのほぼ全域にわたって３０〜６０°の角度を維持できた。（図２（Ｂ））
　その後、レジストのマスク２３を剥離し、さらに熱ＣＶＤ法によって、厚さ１００〜１５０ｎｍ、例えば、１２０ｎｍの酸化珪素膜２５を成膜した。原料ガス、成膜温度は実施例２と同じとした。（図２（Ｃ））
　本実施例では、マスク膜としてフォトレジストがそのまま使用できたので、実施例２で問題となったような段差はほとんど生じなかった。これは三フッ化塩素によるシリコンと酸化珪素（下地）の選択比が非常に大きいためである。

　図３に本実施例を示す。まず、ガラス基板（図示せず）上に厚さ２００ｎｍの酸化珪素の下地膜３１、厚さ５０ｎｍのアモルファス状態のシリコン膜３２を堆積した。酸化珪素膜３１はスパッタ法、シリコン膜３２はジシランを原料とする減圧ＣＶＤ法によって成膜した。そして、酸素雰囲気中、５５０℃で１時間の熱アニールをおこなうことによりシリコン膜表面に極めて薄い酸化珪素の保護膜３３を形成した。そして、１〜１００ｐｐｍの濃度の酢酸ニッケルの水溶液をスピンコーティング法によって塗布した。

　ニッケルはアモルファスシリコンの結晶化を促進させる元素（触媒元素）であり、１×１０¹⁷原子／ｃｍ³以上の濃度の触媒元素をシリコン膜に添加することにより、結晶化温度を低下させ、また、結晶化時間を短縮させることが可能であった。触媒元素としては、この他に、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等がある。本実施例では、５５０℃で０．５〜８時間アニールすることによりシリコン膜３２を結晶化させた。結晶化工程の後、公知のフォトリソグラフィー法によってレジストのマスク３４を形成した。（図３（Ａ））
　次に、このフォトレジストのマスク３４を用いて、１／１０ＢＨＦによって、酸化珪素の保護膜３３をエッチングし、酸化珪素のマスク膜３５を形成した。このマスク膜３５は極めて薄い。（図３（Ｂ））
　その後、レジストのマスク３４をつけたまま、基板を３．５ｔｏｒｒに減圧した常温の石英管中に置き、石英管に三フッ化塩素（ＣｌＦ₃）と窒素の混合気体を流した。本実施例では、三フッ化塩素の流量は３００ｓｃｃｍ、窒素の流量は９００ｓｃｃｍとした。この状態で、２〜５分放置し、その後、三フッ化塩素の供給を停止した。

　この結果、シリコン膜が酸化珪素膜をマスクとしてエッチングされた。この際には、フォトレジストとシリコン膜の間に酸化珪素膜が存在していたが、極めて薄いため、実施例２（図１）のように明確なマスクとしては機能せず、シリコンおよびフォトレジストのエッチングとともにエッチングされ、実施例３（図２）と同様なテーパー状のエッヂを形成することができた。（図３（Ｃ））
　その後、レジストのマスク３４を剥離した。さらに、１／１０ＢＨＦで酸化珪素のマスク膜３５をエッチングした。本実施例ではマスク膜３５は３〜６ｎｍと極めて薄いと推定され、下地のオーバーエッチングの深さは実施例２に比較すると極めて小さかった。

　その後、実施例３と同様に熱ＣＶＤ法によって、厚さ１２０ｎｍの酸化珪素膜３７を成膜した。このようにして成膜した酸化珪素膜３７をゲイト絶縁膜として形成した。（図３（Ｄ））

　図５に本発明によって島状シリコン領域を形成し、これを用いてアクティブマトリクス回路のスイッチングトランジスタとして用いられるＴＦＴを作製する工程の断面図を示す。まず、ガラス基板（コーニング７０５９）５０１上にスパッタリング法によって厚さ２００ｎｍの酸化珪素の下地膜５０２を形成した。さらに、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ３０〜１５０ｎｍ、例えば１００ｎｍのアモルファス状態のシリコン膜５０３を堆積した。連続して、スパッタリング法によって、厚さ２０ｎｍの酸化珪素膜５０４を保護膜として堆積した。

　そして、還元雰囲気下、６００℃で４８時間アニールすることによってシリコン膜５０３を結晶化させた。結晶化工程はレーザー等の強光を用いる方式でもよい。そして、全面にフォトレジストを塗布し、公知のフォトリソグラフィー法によってフォトレジストをパターニングして、レジストのマスク５０５を形成した。（図５（Ａ））
　次に、このフォトレジストのマスク５０５を用いて、まず、１／１０ＢＨＦによって、酸化珪素の保護膜５０４をエッチングし、酸化珪素の保護膜５０７を形成した。（図５（Ｂ））
　次にレジストのマスク５０５をつけたまま、シリコン膜５０３をエチレンジアミンのパイロカテコール溶液を用いてエッチングし、テーパー状のエッヂを有する島状シリコン領域５０６を形成した。エッチング工程において、レジストのマスク５０５の一部はエッチングした。エッチング終了後には、レジストのマスク５０５を完全に剥離した。（図５（Ｃ））
　その後、１／１０ＢＨＦで酸化珪素の保護膜５０７をエッチングした。本実施例では下地の酸化珪素膜５０２と保護膜５０７が同じスパッタリング法によって成膜され、１／１０ＢＨＦ（２３℃）によるエッチング速度は９０〜１００ｎｍ／分であったので、このエッチングの際の下地酸化膜のエッチングされる深さは、オーバーエッチングを考慮しても、保護膜の厚さと同程度の２５〜３５ｎｍであった。

　その後、熱ＣＶＤ法によって、厚さ１００〜１５０ｎｍ、例えば、１２０ｎｍの酸化珪素膜５０８を成膜した。原料ガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ₄）と酸素を用い、成膜温度は４００〜６００℃、例えば、４８０℃とした。このようにして成膜した酸化珪素膜５０８をゲイト絶縁膜として用いた。

　さらに、減圧ＣＶＤ法によって燐をドーピングして導電性を高めた多結晶シリコン膜を成膜し、これをエッチングして、ゲイト電極５０９を形成した。そして、ゲイト電極５０９をマスクとして自己整合的にＮ型不純物（燐）をイオンドーピング法によって島状シリコン領域に導入し、Ｎ型不純物領域５１０を形成した。その後、４５０〜５５０℃でアニールすることによりＮ型不純物の活性化をおこなった。（図５（Ｄ））
　その後、プラズマＣＶＤ法によって層間絶縁物（窒化珪素５０ｎｍ／酸化珪素４００ｎｍの多層膜）５１２を厚さ４００ｎｍ堆積し、その上に厚さ５０ｎｍの透明導電膜を選択的に形成して、画素電極５１３を形成した。

　そして、層間絶縁物５１２にコンタクトホールを形成し、厚さ５０ｎｍのチタン膜と厚さ４００ｎｍのアルミニウム膜をスパッタ法によって堆積し、これをエッチングすることにより、ＴＦＴのソース／ドレインに電極５１４、５１５を形成した。このようにして、アクティブマトリクス回路を形成することができた。（図５（Ｅ））

　図６に本発明を用いて島状シリコン領域を形成する実施例の作製工程の断面図を示す。ガラス基板６０１上には、実施例５と同様に厚さ２００ｎｍの下地酸化珪素膜６０２と厚さ３０〜１００ｎｍ、例えば５０ｎｍのアモルファス状態のシリコン膜６０３を堆積した。そして、これを５００〜６００℃、例えば、５５０℃の酸素雰囲気で１時間熱処理することにより、その表面にごく薄い酸化珪素の保護膜（図示せず）を形成せしめた。

　そして、シリコン膜に選択的に燐をドーピングして、Ｎ型不純物領域６０４を形成した。Ｎ型不純物領域の間に挟まれた実質的に真性な領域６０５は後にＴＦＴのチャネル形成領域となる。

　その後、１〜１００ｐｐｍの濃度の酢酸ニッケル水溶液をスピンコーティング法で塗布することにより、基板表面に極めて薄い酢酸ニッケル膜を形成した。そして、これを５００〜５８０℃、２〜１２時間、例えば、５５０℃、４時間熱アニールすることにより、ニッケルをアモルファスシリコン膜に拡散させ、シリコン膜の結晶化をおこなった。また、この結晶化の工程において同時に、先にドーピングされたＮ型不純物（燐）の活性化をおこなうこともできた。

　以上の工程の後、公知のフォトリソグラフィー法によってフォトレジストをパターニングして、レジストのマスク６０６を形成した。（図６（Ａ））
　次に、このフォトレジストのマスク６０６を用いて、１／１０ＢＨＦによって先の熱酸化で形成された酸化珪素をエッチングし、シリコン表面を露出させた。

　そして、基板を石英管に置き、常温、６ｔｏｒｒで石英管に三フッ化塩素（ＣｌＦ３ ）と窒素の混合気体を流した。本実施例では両気体の流量は、ともに５００ｓｃｃｍとした。このエッチングによって、実施例４と同様にテーパー状のエッヂを有する島状シリコン領域６０８が形成された。また、工程において、フォトレジストのマスク６０６は一部、エッチングされた。（図６（Ｂ））
　その後、残存したフォトジレストのマスク６０７を剥離し、さらに、１／１０ＢＨＦでシリコン領域表面を洗浄した。（図６（Ｃ））
　そして、熱ＣＶＤ法によって、厚さ１００〜１５０ｎｍ、例えば、１２０ｎｍの酸化珪素膜６０９を成膜した。原料ガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ₄）と酸素を用いた。このようにして成膜した酸化珪素膜をゲイト絶縁膜として用いた。

　続いて、スパッタリング法によって厚さ３００〜６００ｎｍ、例えば、５００ｎｍのアルミニウム膜を堆積し、これをエッチングしてゲイト電極６１０を形成した。アルミニウム膜には、微量のシリコンやスカンジウム（Ｓｃ）、ジルコニウム（Ｚｒ）を含有せしめると耐熱性が向上した。また、ゲイト電極は図に示すようにソースとはオーバーラップするように、ドレインとは距離ｚだけ離れるように形成した。これは、オフ電流を低減するためである。また、上部配線との短絡を防止するために、ゲイト電極の上面や側面を陽極酸化物で被覆することも有効であった。（図６（Ｄ））
　その後、第１の層間絶縁物６１１として厚さ５０ｎｍの窒化珪素膜と厚さ４００ｎｍの酸化珪素膜からなる２層膜をプラズマＣＶＤ法によって形成した。そして、これにコンタクトホールを形成した。次に、スパッタ法によって厚さ４５０ｎｍ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６１２、６１３を形成した。

　さらに、第２の層間絶縁物６１４として厚さ２００ｎｍの酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって形成した。そして、先に形成されたコンタクトホール５１２の内部にコンタクトホールを形成した。次に、スパッタ法によって厚さ５０ｎｍのインディウム酸化物の透明導電膜を堆積し、これをエッチングして画素電極６１５を形成した。以上によって、アクティブマトリクス回路のスイッチングトランジスタおよびそれに付随する画素電極を形成できた。（図６（Ｅ））

実施例２の作製工程断面を示す。 実施例３の作製工程断面を示す。 実施例４の作製工程断面を示す。 ＴＦＴの上面図及び断面図を示す。 実施例５のＴＦＴの作製工程断面を示す。 実施例６のＴＦＴの作製工程断面を示す。

符号の説明

　１１　・・・絶縁表面
　１２　・・・シリコン膜
　１３　・・・酸化珪素膜
　１４　・・・レジストのマスク
　１５　・・・酸化珪素膜のマスク
　１６　・・・島状シリコン領域（活性層）
　１７　・・・ゲイト絶縁膜

Claims (11)

1. シリコン膜上に、６ｎｍ以下の厚さの酸化珪素膜を介して、フォトレジストのマスクを形成し、
   フォトレジストのマスクを用いて前記シリコン膜をパターニングして、端部がテーパー状の島状シリコン領域を形成し、
   前記島状シリコン領域を用いて薄膜トランジスタの活性層を形成することを特徴とする薄膜半導体装置の作製方法。
2. シリコン膜上に、３〜６ｎｍの厚さの酸化珪素膜を介して、フォトレジストのマスクを形成し、
   フォトレジストのマスクを用いて前記シリコン膜をパターニングして、端部がテーパー状の島状シリコン領域を形成し、
   前記島状シリコン領域を用いて薄膜トランジスタの活性層を形成することを特徴とする薄膜半導体装置の作製方法。
3. 絶縁表面上に、アモルファスシリコン膜を形成し、
   前記アモルファスシリコン膜に結晶化を助長する触媒元素を添加し、
   前記アモルファスシリコン膜を熱アニールし、更にレーザーを照射して結晶化し、
   フォトレジストのマスクを用いて前記結晶化されたシリコン膜をパターニングして、端部がテーパー状の島状シリコン領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. 絶縁表面上に、アモルファスシリコン膜を形成し、
   前記アモルファスシリコン膜表面に、６ｎｍ以下の厚さの酸化珪素膜を形成し、
   前記アモルファスシリコン膜に選択的に燐を添加し、Ｎ型の不純物領域と、実質的に真性な領域とを形成し、
   前記アモルファスシリコン膜に結晶化を助長する触媒元素を添加し、
   前記アモルファスシリコン膜を５００〜５８０℃のアニールをして結晶化し、
   フォトレジストのマスクを用いて前記結晶化されたシリコン膜をパターニングして、一対のＮ型の不純物領域とチャネル形成領域とを有する、端部がテーパー状の島状シリコン領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 絶縁表面上に、アモルファスシリコン膜を形成し、
   前記アモルファスシリコン膜表面に、６ｎｍ以下の厚さの酸化珪素膜を形成し、
   前記アモルファスシリコン膜に選択的に燐を添加し、Ｎ型の不純物領域と、実質的に真性な領域とを形成し、
   前記アモルファスシリコン膜に結晶化を助長する触媒元素を添加し、
   前記アモルファスシリコン膜を５００〜５８０℃のアニールをして結晶化し、
   フォトレジストのマスクを用いて前記結晶化されたシリコン膜をパターニングして、一対のＮ型の不純物領域とチャネル形成領域とを有する、端部がテーパー状の島状シリコン領域を形成し、
   前記フォトレジストのマスクを除去し、
   前記島状シリコン領域上に、酸化珪素膜でなる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、
   前記ゲイト電極上に、前記絶縁表面全体を覆うように窒化珪素膜を形成することを特徴とする薄膜半導体装置の作製方法。
6. 前記モルファスシリコン膜に形成する６ｎｍ以下の厚さの酸化珪素膜は、３〜６ｎｍの厚さであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の薄膜半導体装置の作製方法。
7. 前記アモルファスシリコン膜の５００〜５８０℃のアニールは、２〜１２時間行うことを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の薄膜半導体装置の作製方法。
8. 前記結晶化を助長する触媒元素は、ニッケル、コバルト、鉄、白金、パラジウムであることを特徴とする請求項３乃至請求項７のいずれか一項に記載の半導体装置の作製方法。
9. 絶縁表面上に、アモルファスシリコン膜を形成し、
   レーザーを用いて、前記アモルファスシリコン膜を結晶化し、
   フォトレジストのマスクを用いて前記結晶化されたシリコン膜をパターニングして、端部がテーパー状の島状シリコン領域を形成し、
   前記島状シリコン領域を用いて薄膜トランジスタの活性層を形成することを特徴とする薄膜半導体装置の作製方法。
10. 絶縁表面上に、アモルファスシリコン膜を形成し、
    レーザーを用いて、前記アモルファスシリコン膜を結晶化し、
    フォトレジストのマスクを用いて前記結晶化されたシリコン膜をパターニングして、端部がテーパー状の島状シリコン領域を形成し、
    前記フォトレジストのマスクを除去し、
    前記島状シリコン領域に、燐を添加し、Ｎ型の不純物領域と、チャネル形成領域とを形成し、
    前記島状シリコン領域を４５０〜５５０℃でアニールすることを特徴とする薄膜半導体装置の作製方法。
11. 絶縁表面上に、アモルファスシリコン膜を形成し、
    レーザーを用いて、前記アモルファスシリコン膜を結晶化し、
    フォトレジストのマスクを用いて前記結晶化されたシリコン膜をパターニングして、端部がテーパー状の島状シリコン領域を形成し、
    前記フォトレジストのマスクを除去し、
    前記島状シリコン領域に、燐を添加し、Ｎ型の不純物領域と、チャネル形成領域とを形成し、
    前記島状シリコン領域を４５０〜５５０℃でアニールし、
    前記島状シリコン領域上に、酸化珪素膜でなる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、
    前記ゲイト電極上に、前記絶縁表面全体を覆うように窒化珪素膜を形成することを特徴とする薄膜半導体装置の作製方法。
    
    

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