JP2006093745A - 半導体装置及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜トランジスタにおいて、ソース／ドレイン領域に高抵抗不純物領域（ＨＲＤまたは低濃度不純物領域）を自己整合的に形成する方法を提供する。
【解決手段】ゲイト電極１０５上面にマスク１０６を残し、比較的低い電圧でポーラスな第１の陽極酸化膜１０７をゲイト電極の側面に成長させる。この陽極酸化膜をマスクとしてゲイト絶縁膜１０４’をエッチングする。必要に応じては比較的高い電圧でバリア型の第２の陽極酸化膜１０８をゲイト電極の側面および上面に形成する。第１の陽極酸化膜を選択的にエッチングする。不純物ドーピングをおこなうと、ゲイト電極の下部にはドーピングされず、ゲイト電極に近い領域では、不純物濃度の低い高抵抗領域１１１，１１２となる。ゲイト電極から遠い領域では、不純物濃度の高い低抵抗領域１１０，１１３となる。
【選択図】図１

Description

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（以下、ＴＦＴという）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。

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、ＴＦＴ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、より高度な特性と高い耐久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高抵抗不純物領域（高抵抗ドレイン（ＨＲＤ）もしくは低濃度ドレイン（ＬＤＤ））を有することが必要とされた。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ＨＲＤを作製する代表的なプロセスの断面図を示す。まず、基板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））

次に、ゲイト電極６０５が多結晶珪素（燐等の不純物が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、自己整合的にドーピング量の少ない高抵抗な不純物領域（ＨＲＤ）６０６、６０７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。そして、レーザーもしくはフラッシュランプ等の熱源によって、ドーピングされた不純物の活性化がおこなわれる。（図６（Ｂ））

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６０８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６０９を形成する。（図６（Ｄ））
そして、再び、イオンドーピング等の手段によって不純物元素を導入し、ゲイト電極６０５および側壁６０９をマスクとして自己整合的に十分な高濃度の不純物領域（低抵抗不純物領域、ソース／ドレイン領域）６１０、６１１が活性層６０３に形成される。そして、レーザーもしくはフラッシュランプ等の熱源によって、ドーピングされた不純物の活性化がおこなわれる。（図６（Ｅ））

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、６１４を形成する。（図６（Ｆ））

以上の方法は従来の半導体集積回路におけるＬＤＤ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にはレーザー等の照射による不純物の活性化が２度必要な点である。このため生産性が低下する。従来の半導体集積回路においては不純物元素の活性化は熱アニールによっておこなわれていた。そのため、不純物の活性化は不純物導入が全て終了してからまとめておこなわれた。

しかしながら、特にガラス基板上のＴＦＴにおいては、基板の温度制約から熱アニールをおこなうことは難しく、いきおい、レーザーアニール、フラッシュランプアニール（ＲＴＡあるいはＲＴＰ）に頼らざるをえない。しかしながら、これらの手法は被照射面が選択的にアニールされるため、例えば、側壁６０９の下の部分はアニールされない。したがって、不純物ドーピングの度にアニールが必要となる。

第２は側壁の形成の困難さである。絶縁膜６０８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１００〜３００ｎｍ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。ＴＦＴの作製に用いられる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、このような不良は極力、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。

高抵抗不純物領域のドレインは高抵抗のため、その幅を可能な限り狭くする必要があるが、上記のばらつきによって量産化が困難であり、この自己整合的（すなわち、フォリソグラフィー法を用いることなく位置を決める）プロセスをいかに制御しやすくおこなうかが課題であった。また、従来の方法ではドーピングが最低、２回必要とされたが、このドーピング回数を減らすこともまた、解決すべき課題であった。

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、高抵抗不純物領域を形成する方法およびそのようにして形成された高抵抗不純物領域（高抵抗ドレイン、ＨＲＤ）を有するＴＦＴに関する。ここで、高抵抗ドレイン（ＨＲＤ）という言い方をするのは、低不純物濃度にして高抵抗化したドレインに加えて、不純物濃度は比較的高いものの、炭素、酸素、窒素等を添加して不純物の活性化を妨げて、結果として高抵抗化したドレインのことも含むからである。

高抵抗領域を形成するうえで、本発明ではゲイト電極の陽極酸化等の手段によって形成された酸化物層を積極的に用いることを特徴とする。特に陽極酸化物はその厚さの制御が精密に行え、また、その厚さも１００ｎｍ以下の薄いものから５００ｎｍ以上の厚いものまで幅広く、しかも均一に形成できるという特徴を有しているため、従来の異方性エッチングによる側壁に代替する材料として好ましい。

特に、いわゆるバリヤ型の陽極酸化物はフッ酸系のエッチャントでなければエッチングされないのに対し、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。
本発明は、以下のような作製工程によってＴＦＴ作製することを特徴とし、この工程を採用することによって、より一層、確実にＨＲＤを構成し、また、量産性を向上させることができる。

図１は本発明の基本的な工程を示している。まず、基板１０１上に下地絶縁膜１０２を形成し、さらに活性層１０３を結晶性半導体（本発明では単結晶、多結晶、セミアモルファス等、結晶が少しでも混在している半導体を結晶性半導体という）によって形成する。そして、これを覆って酸化珪素等の材料によって絶縁膜１０４を形成し、さらに陽極酸化可能な材料によって被膜を形成する。この被膜の材料としては、陽極酸化の可能なアルミニウム、タンタル、チタン、珪素等が好ましい。本発明では、これらの材料を単独で使用した単層構造のゲイト電極を用いてもよいし、これらを２層以上重ねた多層構造のゲイト電極としてもよい。例えば、アルミニウム上に珪化チタンを重ねた２層構造や窒化チタン上にアルミニウムを重ねた２層構造である。各々の層の厚さは必要とされる素子特性に応じて実施者が決定すればよい。

さらにその被膜を覆って、陽極酸化においてマスクとなる膜を形成し、この両者を同時にパターニング、エッチングして、ゲイト電極１０５とその上のマスク膜１０６を形成する。このマスク膜の材料としては通常のフォトリソグラフィー工程で用いられるフォトレジスト、あるいは感光性ポリイミド、もしくは通常のポリイミドでエッチングの可能なものを使用すればよい。（図１（Ａ））

次に、ゲイト電極１０５に電解溶液中で電圧を印加することによってゲイト電極の側面に多孔質の陽極酸化物１０７を形成する。この陽極酸化工程は、３〜２０％のクエン酸もしくはシュウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性の水溶液を用いておこなう。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、１０〜３０Ｖ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。（図１（Ｂ））

そして、ドライエッチング法、ウェットエッチング法等によって絶縁膜１０４をエッチングする。このエッチング深さは任意であり、下に存在する活性層が露出するまでエッチングをおこなっても、その途中でとめてもよい。しかし、量産性・歩留り・均一性の観点からは、活性層に至るまでエッチングすることが望ましい。この際には陽極酸化物１０７およびゲイト電極１０５に覆われた領域の下側の絶縁膜（ゲイト絶縁膜）にはもとの厚さの絶縁膜が残される。なお、ゲイト電極がアルミニウム、タンタル、チタンを主成分とし、一方、絶縁膜１０４が酸化珪素を主成分とする場合において、ドライエッチング法を用いる場合には、フッ素系（例えばＮＦ_３、ＳＦ_６）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、酸化アルミニウム、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。

また、ウェットエッチングにおいては、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。（図１（Ｃ））

その後、陽極酸化物１０７を除去する。エッチャントとしては、燐酸系の溶液、例えば、燐酸、酢酸、硝酸の混酸等が好ましい。しかし、単に、例えばゲイト電極がアルミニウムの場合には燐酸系のエッチャントを用いると、同時にゲイト電極もエッチングされてしまう。そこで、本発明においては、その前の工程でゲイト電極に３〜１０％の酒石液、硼酸、硝酸が含まれたエチレングルコール溶液中で、電圧を印加することによって、ゲイト電極の側面および上面にバリヤ型の陽極酸化物１０８を設けておくと良い。この陽極酸化工程においては、電解溶液のｐＨは２以上、好ましくは３以上、さらに好ましくは６．９〜７．１とするとよい。このような溶液を得るにはアンモニア等のアルカリ溶液を用いて中和させると良い。このようにして得られる陽極酸化物の厚さはゲイト電極１０５と対向の電極との間に印加される電圧の大きさによって決定される。

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。上記の燐酸系のエッチャントにおいては、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。したがって、バリヤ型の陽極酸化物１０８は、燐酸系のエッチャントでは実質的にエッチングされないので、内側のゲイト電極を守ることができる。（図１（Ｄ）、（Ｅ））

以上の工程によって、ゲイト電極の下側に選択的に絶縁膜１０４の一部（以下、これをゲイト絶縁膜と称することにする）が残存した構造を得ることができる。そして、このゲイト絶縁膜１０４’は、もともと多孔質陽極酸化物１０７の下側に存在していたので、ゲイト電極１０５、バリヤ型陽極酸化物１０８の下側のみならず、バリヤ型陽極酸化物１０８からｙの距離だけ離れた位置にまで存在し、その幅ｙは自己整合的に決定されることが特徴である。換言すれば、活性層１０３におけるゲイト電極下のチャネル形成領域の外側にはゲイト絶縁膜１０４’の存在する領域と、存在しない領域とが自己整合的に形成されるのである。

この構造で加速したＮ型もしくはＰ型の不純物のイオンを活性層に注入すると、絶縁膜１０４が存在しない（もしくは薄い）領域には多くのイオンが注入され、（相対的に）高濃度の不純物領域（低抵抗不純物領域）１１０、１１３が形成される。一方、ゲイト絶縁膜１０４’が存在する領域では、このゲイト絶縁膜中にイオンが注入され、それを透過したイオンのみが半導体に注入されるため、そのイオン注入量は相対的に減少して、低濃度の不純物領域（高抵抗不純物領域）１１１、１１２が形成される。低濃度の不純物領域１１１、１１２と高濃度の不純物領域１１０、１１３との不純物濃度の違いは、絶縁膜１０４の厚さ等によって異なるが、通常、０．５〜３桁、前者の方が小さい。また、ゲイト電極の下の領域には実質的には不純物が注入されず、真性または実質的に真性な状態が保たれ、すなわちチャネル形成領域となる。不純物注入後にはレーザーもしくはそれと同等な強光を照射することによって不純物の活性化をおこなえばよいが、この工程は、いうまでもなく実質的に１回で十分である。（図１（Ｅ））

このように、本発明では高抵抗不純物領域の幅を陽極酸化物１０７の厚さｙによって自己整合的に制御することに特徴がある。そして、さらにゲイト絶縁膜１０４’の端部１０９と高抵抗領域（ＨＲＤ）１１２の端部１１７を概略一致させることができる。図６に示した従来の方法ではこのような役割を果たす側壁の幅の制御は極めて困難であったが、本発明においては、陽極酸化物１０７の幅は、陽極酸化電流（電荷量）によって決定されるため、極めて微妙な制御が可能である。

さらに、上記の工程からも明らかなように、不純物ドーピングの工程が実質的に１回であっても、低抵抗領域、高抵抗領域を形成でき、さらに、その後の活性化の工程も１回の処理で済む。このように本発明では、ドーピング、活性化の工程を減らすことにより量産性を高めることができる。従来から、ＨＲＤは抵抗が大きいため、電極とオーム接触させることが難しいこと、および、この抵抗のためドレイン電圧の低下をきたすことが問題となっていた。しかし、他方、ＨＲＤの存在により、ホットキャリヤの発生を抑止でき、高い信頼性を得ることができるというメリットも併せ持っていた。本発明はこの矛盾する課題を一挙に解決し、自己整合的に形成される０．１〜１μｍ幅のＨＲＤと、ソース／ドレイン電極に対してオーム接触を得ることができる。

また、本発明においては図１の陽極酸化物１０８の厚さを適切に利用することによって、ゲイト電極の端部と不純物領域の位置関係を任意に変更できる。この例を図４に示す。例えば、イオンドーピング法（プラズマドーピングともいう）のようにイオンが実質的に質量分離されないまま注入される方法では、イオンの進入角度がまちまちであるので、不純物の横方向への広がりもかなりあり、すなわち、イオンの進入付加さ程度の横方向への広がりが見込まれる。以下の例では活性層４０４の厚さを８０ｎｍとする。

したがって、図４（Ａ）に示すように、金属のゲイト電極４０１の外側に陽極酸化物４０２（図１、１０８に対応）の厚さ（例えば８０ｎｍ）が活性層４０４と同程度の厚さであれば、ほとんどゲイト電極４０１の端部４０５と高抵抗不純物領域４０７の端部４０６が重なりもせず、離れもしない一致状態となる。図４（Ｂ）のように陽極酸化物４０２の厚さが、例えば３００ｎｍと活性層の厚さ８０ｎｍより大きな場合には、ゲイト電極の端部４０５と高抵抗不純物領域の端部４０６が離れたオフセット状態となる。逆に図４（Ｃ）のように陽極酸化物４０２の厚さが小さくなれば、ゲイト電極と高抵抗不純物領域が重なりあうオーバーラップの状態となる。このオーバーラップは、図４（Ｄ）のようにゲイト電極４０１の周囲に陽極酸化物が存在しない状態で最大となる。

一般にオフセット状態では、逆方向リーク電流が低下し、オン／オフ比が向上するという特徴を有し、例えば、アクティブマトリクス液晶ディスプレーの画素の制御に用いられるＴＦＴ（画素ＴＦＴ）のように、リーク電流の少ないことが必要とされる用途に適している。しかしながら、ＨＲＤの端部で発生したホットキャリヤが陽極酸化物にトラップされることによって、劣化するという欠点も合わせ持つ。

オーバーラップ状態のものでは上記のようなホットキャリヤのトラップによる劣化は減少し、また、オン電流が増加するが、リーク電流が増加するという欠点がある。このため、大きな電流駆動能力の要求される用途、例えば、モノリシック型アクティブマトリクスの周辺回路にもちいられるＴＦＴ（ドライバーＴＦＴ）に適している。実際に使用するＴＦＴを図４（Ａ）〜（Ｄ）のいずれのものとするかは、ＴＦＴの用途によって決定されればよい。

本発明によって、実質的に１回のドーピングおよび１回のレーザーアニール、ＲＴＡ等の活性化工程によって、高抵抗不純物領域（ＨＲＤ）を形成することができた。この工程の短縮化は量産性を高め、ＴＦＴ製造ラインへの投資額を減額するうえで有効である。また、本発明ではＨＲＤの幅が極めて精度良く形成されるので、歩留り、均一性の優れたＴＦＴが得られる。

なお、本発明においてはより特性を向上させるためには、より多くのドーピングやレーザーアニール、ＲＴＡをおこなってもよく、必ずしもドーピングの回数やレーザーアニール、ＲＴＡの回数を１回に限定するものではない。
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。特に周辺回路を同一基板上に有するモノリシック型アクティブマトリクス回路等の電気光学装置に対する本発明の効果は著しい。

また、本発明において、ＰまたはＮ型の不純物のイオン注入またはイオンドープに加えて、炭素、酸素、窒素を同時に添加してもよい。かくすると、逆方向リーク電流が低減し、また、耐圧も向上する。例えばアクティブマトリクス回路の画素ＴＦＴとして用いる場合に有効である。この場合には、図５のＴＦＴ３の陽極酸化物層の厚さをＴＦＴ１、ＴＦＴ２と同じ厚さとできる。

以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。

図１に本実施例を示す。まず、基板（コーニング７０５９、３００ｍｍ×４００ｍｍもしくは１００ｍｍ×１００ｍｍ）１０１上に下地酸化膜１０２として厚さ１００〜３００ｎｍ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。

その後、プラズマＣＶＤ法やＬＰＣＶＤ法によって非晶質珪素膜を３０〜５００ｎｍ、好ましくは５０〜１００ｎｍ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７０〜１５０ｎｍの酸化珪素膜１０４を形成した。

その後、厚さ１００ｎｍ〜３μｍのアルミニウム（１ｗｔ％のＳｉ、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。フォトレジストの形成前に、陽極酸化法によって厚さ１０〜１００ｎｍ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、アルミニウム膜と一緒にエッチングし、ゲイト電極１０５マスク膜１０６とした。（図１（Ａ））

さらにこれに電解液中で電流を通じて陽極酸化し、厚さ３００〜６００ｎｍ、例えば、厚さ５００ｎｍ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、１０〜３０Ｖの一定電流をゲイト電極に印加すればよい。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、２０〜４０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））

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。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１０４のみがエッチングされる。また、多孔質陽極酸化物１０７の下の酸化珪素膜１０４’はエッチングされずに残った。（図１（Ｃ））

次に、再び電解溶液中において、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２００ｎｍの陽極酸化物が形成された。陽極酸化物１０８の厚さは図４に示されるような必要とされるオフセット、オーバーラップの大きさによって決定したが、３００ｎｍ以上の厚さの陽極酸化物を得るには２５０Ｖ以上の高電圧が必要であり、ＴＦＴの特性に悪影響を及ぼすので３００ｎｍ以下の厚さとすることが好ましい。本実施例では８０〜１５０Ｖまで上昇させ、必要とする陽極酸化膜１０８の厚さによって電圧を選択した。（図１（Ｄ））

その後、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて陽極酸化物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６０ｎｍ／分であった。その下のゲイト絶縁膜１０４’はそのまま残存した。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をマスクとして自己整合的に不純物を注入し、低抵抗不純物領域（ソース／ドレイン領域）１１０、１１３、高抵抗不純物領域１１１、１１２を形成した。ドーピングガスとしてはフォスフィン（ＰＨ_３）を用いたため、Ｎ型の不純物領域となった。Ｐ型の不純物領域を形成するにはジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）をドーピングガスとして用いればよい。ドーズ量は５×１０¹⁴〜５×１０¹⁵ｃｍ^-2、加速エネルギーは１０〜３０ｋｅＶとした。その後、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化をおこなった。

ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）の結果によると、領域１１０、１１３の不純物濃度は１×１０²⁰〜２×１０²¹ｃｍ^-3、領域１１１、１１２では１×１０¹⁷〜２×１０¹⁸ｃｍ^-3であった。ドーズ量換算では、前者は５×１０¹⁴〜５×１０¹⁵ｃｍ^-2、後者は２×１０¹³〜５×１０¹⁴ｃｍ^-2であった。この違いはゲイト絶縁膜１０４’の有無によってもたらされたのであって、一般的には、低抵抗不順部鵜領域の不純物濃度は、高抵抗不純物領域のものより０．５〜３桁大きくなる。（図１（Ｅ））

最後に、全面に層間絶縁物１１４として、ＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ３００ｎｍ形成した。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１１５、１１６を形成した。さらに２００〜４００℃で水素アニールをおこなった。以上によって、ＴＦＴが完成された。（図１（Ｆ））

図１に示した手法を用いて、１枚の基板上に複数のＴＦＴを形成した例を図５（Ａ）に示す。この例ではＴＦＴはＴＦＴ１〜３の３つを形成した。ＴＦＴ１および２はドライバーＴＦＴとして用いられるもので、図１の陽極酸化物１０８に相当する酸化物５０１、５０２の厚さを２０〜１００ｎｍ、例えば５０ｎｍの薄いものとし、若干、ゲイト電極と高抵抗領域（ＨＲＤ）がオーバーラップとなるようにした。図では、ＴＦＴ１のドレインとＴＦＴ２のソースとを互いに接続し、また、ＴＦＴ１のソースを接地し、ＴＦＴ２のドレインを電源に接続して、ＣＭＯＳインバータとなるように構成した例を示す。周辺回路としては、この他にもさまざまな回路があるが、それぞれの仕様にしたがって、このようなＣＭＯＳ型の回路とすればよい。

一方、ＴＦＴ３は画素ＴＦＴとして用いられるものであり、陽極酸化物５０３を２００ｎｍと厚くして、オフセット状態（図４（Ｂ）に対応）とし、リーク電流を抑制した。ＴＦＴ３のソース／ドレイン電極の一方はＩＴＯの画素電極５０１に接続されている。このように陽極酸化物の厚さを変えるには、それぞれのＴＦＴのゲイト電極の電圧を独立に制御できるように分離しておけばよい。なお、ＴＦＴ１およびＴＦＴ３はＮチャネル型ＴＦＴ、ＴＦＴ２はＰチャネル型ＴＦＴである。

図２に本実施例を示す。まず、絶縁表面を有する基板（例えばコーニング７０５９）２０１上に実施例１の（Ａ）〜（Ｃ）の工程を用いて、下地酸化膜２０２、島状性珪素半導体領域（例えば結晶性珪素半導体）２０３、ゲイト絶縁膜２０４、アルミニウム膜（厚さ２００ｎｍ〜１μｍ）によるゲイト電極２０５とゲイト電極の側面に多孔質の陽極酸化物（厚さ３００ｎｍ〜１μｍ、例えば５００ｎｍ）２０６を形成した。（図２（Ａ））
そして、実施例１と同様にバリヤ型の厚さ１００〜２５０ｎｍの陽極酸化物２０７を形成した。（図２（Ｂ））

さらにこのバリヤ型陽極酸化膜２０７をマスクとして、多孔質陽極酸化膜２０６をエッチング除去した。その後、ゲイト電極部（２０５、２０７）およびゲイト絶縁膜２０４をマスクとしてイオンドーピング法によって不純物注入をおこない、低抵抗不純物領域２０８、２１１、高抵抗不純物領域２０９、２１０を形成した。ドーズ量は１〜５×１０¹⁴ｃｍ^-2、加速電圧は３０〜９０ｋＶとした。不純物としては燐を用いた。（図２（Ｃ））

さらに、全面に適当な金属、例えば、チタン、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５〜５０ｎｍのチタン膜２１２をスパッタ法によって全面に形成した。この結果、金属膜（ここではチタン膜）２１２は低抵抗不純物領域２０８、２１１に密着して形成された。（図２（Ｄ））

そして、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、ドーピングされた不純物の活性化とともに、金属膜（ここではチタン）と活性層の珪素を反応させ、金属珪化物（ここでは珪化チタン）の領域２１３、２１４を形成した。レーザーのエネルギー密度は２００〜４００ｍＪ／ｃｍ² 、好ましくは２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ² が適当であった。また、レーザー照射時には基板を２００〜５００℃に加熱しておくと、チタン膜の剥離を抑制することはできた。

なお、本実施例では上記の如く、エキシマーレーザーを用いたが、他のレーザーを用いてもよいことはいうまでもない。ただし、レーザーを用いるにあたっては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。

パルスレーザーに関しては、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、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ、ＡｒＦ等のエキシマーを使用する各種紫外光レーザーが使用できるが、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。

また、アニールは、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。ランプアニールを行う場合には、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１．２μｍ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。

この後、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Ｔｉ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２０４や陽極酸化膜２０７上に存在したチタン膜）はそのまま金属状態で残っているが、このエッチングで除去できる。一方、金属珪化物である珪化チタン２１３、２１４はエッチングされないので、残存させることができる。（図２（Ｅ））

最後に、図２（Ｆ）に示すように、全面に層間絶縁物２１７として、ＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ２００ｎｍ〜１μｍ、例えば、３００ｎｍ形成し、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２１８、２１９を２００ｎｍ〜１μｍ、例えば５００ｎｍの厚さに形成した。本実施例においては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。また、このアルミニウム電極２１８、２１９と珪化物領域２１３、２１４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、珪化物領域のシート抵抗は１０〜５０Ω／□となった。一方、高抵抗不純物領域２０９、２１０では１０〜１００ｋΩ／□となり、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。

本実施例では、低抵抗不純物領域２１１と金属珪化物領域とを概略一致させるこができた。特にゲイト絶縁膜２０４の端部２１５と高抵抗不純物領域２１０と低抵抗不純物領域２１１の境界２１６を概略一致せしめ、同時にこの端部２１５と金属珪化物領域２１４の端部とを概略一致せしめた結果、図４（Ａ）〜（Ｄ）における低抵抗不純物領域を金属珪化物領域として置き換えればよいことは明らかであろう。

図２に示した手法を用いて、１枚の基板上に複数のＴＦＴを形成した例を図５（Ｂ）に示す。この例ではＴＦＴはＴＦＴ１〜３の３つを形成した。ＴＦＴ１および２はドライバーＴＦＴとしてＣＭＯＳ化した構成、ここではインバータ構成として用いたもので、図２の陽極酸化物２０７に相当する酸化物５０５、５０６の厚さを２０〜１００ｎｍ、例えば５０ｎｍの薄いものとし、若干、オーバーラップとなるようにした。一方、ＴＦＴ３は画素ＴＦＴとして用いられるものであり、陽極酸化物５０３を２００ｎｍと厚くして、オフセット状態とし、リーク電流を抑制した。ＴＦＴ３のソース／ドレイン電極の一方はＩＴＯの画素電極５０２に接続されている。このように陽極酸化物の厚さを変えるには、それぞれのＴＦＴのゲイト電極の電圧を独立に制御できるように分離しておけばよい。なお、ＴＦＴ１およびＴＦＴ３はＮチャネル型ＴＦＴ、ＴＦＴ２はＰチャネル型ＴＦＴである。

本実施例ではイオンドーピングの工程の後にチタン膜成膜の工程を配したが、この順番を逆にしてもよい。この場合には、イオン照射の際にチタン膜が全面を被覆しているので、絶縁基板で問題となった異状帯電（チャージアップ）防止の上で効果が大である。また、イオンドーピング後にレーザー等によってアニールしてから、チタン膜を形成して、レーザー等の照射、あるいは熱アニールによって、珪化チタンを形成してもよい。

図３に本実施例を示す。まず、基板（コーニング７０５９）３０１上に実施例１の（Ａ）〜（Ｃ）の工程を用いて、下地酸化膜３０２、島状結晶性半導体領域、例えば珪素半導体領域３０３、ゲイト絶縁膜３０４、アルミニウム膜（厚さ２００ｎｍ〜１μｍ）によるゲイト電極３０５とゲイト電極の側面に多孔質の陽極酸化物（厚さ６００ｎｍ）３０６を形成した。（図３（Ａ））
そして、実施例１と同様にバリヤ型の厚さ１００〜２５０ｎｍの陽極酸化物３０７を形成した。（図３（Ｂ））

さらに、多孔質陽極酸化物３０６を選択的にエッチングして、ゲイト絶縁膜３０４の一部を露出せしめた。その後、全面に適当な金属、例えば、厚さ５〜５０ｎｍのチタン膜３０８をスパッタ法によって全面に形成した。（図３（Ｃ））
そして、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、チタンと活性層の珪素を反応させ、珪化チタン領域３０９、３１０を形成した。レーザーのエネルギー密度は２００〜４００ｍＪ／ｃｍ² 、好ましくは２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ² が適当であった。また、レーザー照射時には基板を２００〜５００℃に加熱しておくと、チタン膜の剥離を抑制することはできた。この工程は、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。

この後、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Ｔｉ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３０４や陽極酸化膜３０７上に存在したチタン膜）はそのまま金属状態で残っているが、このエッチングで除去できる。一方、珪化チタン３０９、３１０はエッチングされないので、残存させることができる。（図３（Ｄ））

その後、ゲイト電極部およびゲイト絶縁膜３０４をマスクとしてイオンドーピング法によって不純物注入をおこない、低抵抗不純物領域（≒珪化チタン領域）３１１、３１４、高抵抗不純物領域３１２、３１３を形成した。ドーズ量は１〜５×１０¹⁴ｃｍ^-2、加速電圧は３０〜９０ｋＶとした。不純物としては燐を用いた。（図３（Ｅ））

そして、再びＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、ドーピングされた不純物の活性化をおこなった。この工程は、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。 最後に、ゲイト電極部（３０５、３０７）をマスクとしてゲイト絶縁膜３０４をエッチングした。これはゲイト絶縁膜３０４にドーピングされた不純物による不安定性を避けるためにおこなった。その結果、ゲイト電極部の下部にのみゲイト絶縁膜３０４’が残存した。

そして、図３（Ｆ）に示すように、全面に層間絶縁物３１５として、ＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ６００ｎｍ形成し、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３１６、３１７を形成した。
以上の工程によって、ＴＦＴが完成された。

実施例１によるＴＦＴの作製方法を示す図。 実施例２によるＴＦＴの作製方法を示す図。 実施例３によるＴＦＴの作製方法を示す図。 本発明におけるオフセット、オーバーラップの関係について示す図。 実施例１および２によって得られたＴＦＴの集積回路の例を示す図。 従来法によるＴＦＴの作製方法を示す図。

符号の説明

１０１ 絶縁基板
１０２ 下地酸化膜（酸化珪素）
１０３ 活性層（結晶珪素）
１０４ 絶縁膜（酸化珪素）
１０４’ ゲイト絶縁膜
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（多孔質酸化アルミニウム）
１０８ 陽極酸化物（バリヤ型酸化アルミニウム）
１０９ ゲイト絶縁膜の端部
１１０、１１３ 低抵抗不純物領域
１１１、１１２ 高抵抗不純物領域（ＨＲＤ）
１１４ 層間絶縁膜（酸化珪素）
１１５、１１６ 金属配線・電極（アルミニウム）
１１７ 低抵抗不純物領域と高抵抗不純物領域の境界

Claims (14)

1. 島状の珪素膜と、ゲイト絶縁膜と、ゲイト電極とを有する薄膜トランジスタを有し、
   前記島状の珪素膜は、チャネル形成領域と、前記チャネル形成領域を挟むように設けられた一対の高抵抗不純物領域と、前記一対の高抵抗不純物領域を介して前記チャネル形成領域を挟むように設けられた一対の金属珪化物領域とを有し、
   前記ゲイト電極は、前記ゲイト絶縁膜を介して前記チャネル形成領域と重なるように設けられ、
   前記一対の金属珪化物領域及び前記一対の高抵抗不純物領域にはＮ型またはＰ型の不純物が添加され、前記一対の高抵抗不純物領域は前記一対の金属珪化物領域よりも前記不純物の濃度が低いことを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１において、
   前記一対の金属珪化物領域は、チタン、ニッケル、モリブデン、タングステン、白金またはパラジウムの珪化物でなることを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記一対の金属珪化物領域のシート抵抗は、１０〜５０Ω／□であることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
   前記一対の高抵抗不純物領域のシート抵抗は、１０〜１００ｋΩ／□であることを特徴とする半導体装置。
5. 島状の珪素膜と、第１のゲイト絶縁膜と、第１のゲイト電極とを有するＮチャネル型の薄膜トランジスタと、前記島状の珪素膜と、第２のゲイト絶縁膜と、第２のゲイト電極とを有するＰチャネル型の薄膜トランジスタとを有し、
   前記島状の珪素膜は、
   第１のチャネル形成領域と、前記第１のチャネル形成領域を挟むように設けられた第１の一対の高抵抗不純物領域と、前記第１の一対の高抵抗不純物領域を介して前記第１のチャネル形成領域を挟むように設けられた第１の一対の金属珪化物領域とを有する第１の領域と、
   第２のチャネル形成領域と、前記第２のチャネル形成領域を挟むように設けられた第２の一対の高抵抗不純物領域と、前記第２の一対の高抵抗不純物領域を介して前記第２のチャネル形成領域を挟むように設けられた第２の一対の金属珪化物領域とを有する第２の領域とを含み、
   前記第１の一対の金属珪化物領域の一方と前記第２の一対の金属珪化物領域の一方とは前記島状の珪素膜の内部において接しており、
   前記第１の一対の金属珪化物領域の一方と前記第２の一対の金属珪化物領域の一方とを接続する電極を有し、
   前記第１のゲイト電極は、前記第１のゲイト絶縁膜を介して前記第１のチャネル形成領域と重なるように設けられ、
   前記第２のゲイト電極は、前記第２のゲイト絶縁膜を介して前記第２のチャネル形成領域と重なるように設けられ、
   前記第１の一対の金属珪化物領域にはＮ型の不純物が添加され、前記第１の一対の高抵抗不純物領域は前記第１の一対の金属珪化物領域よりも前記Ｎ型の不純物の濃度が低く、
   前記第２の一対の金属珪化物領域にはＰ型の不純物が添加され、前記第２の一対の高抵抗不純物領域は前記第２の一対の金属珪化物領域よりも前記Ｐ型の不純物の濃度が低いことを特徴とする半導体装置。
6. 請求項５において、
   前記第１の一対の金属珪化物領域及び前記第２の一対の金属珪化物領域は、チタン、ニッケル、モリブデン、タングステン、白金またはパラジウムの珪化物でなることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項５または請求項６において、
   前記第１の一対の金属珪化物領域及び前記第２の一対の金属珪化物領域のシート抵抗は、１０〜５０Ω／□であることを特徴とする半導体装置。
8. 請求項５乃至請求項７のいずれか一項において、
   前記第１の一対の高抵抗不純物領域及び前記第２の一対の高抵抗不純物領域のシート抵抗は、１０〜１００ｋΩ／□であることを特徴とする半導体装置。
9. 絶縁表面上に、島状の珪素膜と、前記島状の珪素膜上において前記島状の珪素膜の端部より内側に端部が設けられたゲイト絶縁膜と、前記ゲイト絶縁膜上において前記ゲイト絶縁膜の端部より内側に端部が設けられたゲイト電極とを形成し、
   前記ゲイト電極をマスクとして、前記島状の珪素膜にＮ型またはＰ型の不純物を添加し、
   前記島状の珪素膜上の前記ゲイト絶縁膜と重ならない領域に接するように、金属膜を形成し、
   前記島状の珪素膜と前記金属膜を反応させることによって、前記島状の珪素膜に金属珪化物領域を形成し、
   前記金属膜を除去したのち、前記金属珪化物領域と接するように電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
10. 絶縁表面上に、島状の珪素膜と、前記島状の珪素膜上において前記島状の珪素膜の端部より内側に端部が設けられたゲイト絶縁膜と、前記ゲイト絶縁膜上において前記ゲイト絶縁膜の端部より内側に端部が設けられたゲイト電極とを形成し、
    前記ゲイト電極をマスクとして、前記島状の珪素膜にＮ型またはＰ型の不純物を添加すると同時に、炭素、酸素、窒素を添加し、
    前記島状の珪素膜上の前記ゲイト絶縁膜と重ならない領域に接するように、金属膜を形成し、
    前記島状の珪素膜と前記金属膜を反応させることによって、前記島状の珪素膜に金属珪化物領域を形成し、
    前記金属膜を除去したのち、前記金属珪化物領域と接するように電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
11. 請求項９または請求項１０において、
    前記金属膜は、チタン、ニッケル、モリブデン、タングステン、白金またはパラジウムであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
12. 請求項９乃至請求項１１のいずれか一項において、
    前記金属膜の厚さは、５〜５０ｎｍであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
13. 請求項９乃至請求項１２のいずれか一項において、
    レーザーを照射することによって、前記島状の珪素膜と前記金属膜を反応させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
14. 請求項９乃至請求項１２のいずれか一項において、
    可視光線または近赤外光を照射することによって、前記島状の珪素膜と前記金属膜を反応させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
    

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