JP2805590B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
半導体装置の作製方法Info
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Description
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。
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。
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))
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))
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))
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))
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。
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。
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。
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1000〜3000Å
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。
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。
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。
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おこな
え、また、その厚さも1000Å以下の薄いものから5
000Å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。
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。
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。
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。そして、この陽極酸化可能な被膜をパ
ターニング、エッチングして、ゲイト電極105を形成
する。(図1(A))
流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106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、10〜30
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。(図1(B))
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106およびゲイト電極10
5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NF3 、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。
/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
(D))
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、電流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107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。
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107は多孔質陽極酸化物106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
107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(C))
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106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107の下側のみ
ならず、バリヤ型陽極酸化物107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。
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)108、111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)109、
110が形成される。低濃度の不純物領域109、11
0と高濃度の不純物領域108、111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))
を陽極酸化物106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1
04’の端部112と高抵抗領域(HRD)110の端
部113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106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。
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。
107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4
04の厚さを800Åとする。
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800Å)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4
01の端部405と高抵抗不純物領域407の端部40
6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30
00Åと活性層の厚さ800Å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。
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。
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TF
T)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。
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。
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70〜150nmの酸化珪素膜
104を形成した。
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、アル
ミニウム膜をパターニング、エッチングし、ゲイト電極
105を形成した。(図1(A))
酸化し、厚さ3000〜6000Å、例えば、厚さ50
00Åの陽極酸化物106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。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))
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107が形成された。陽極酸化物107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。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、3000Å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3000Å
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107の
厚さによって電圧を選択した。(図1(C))
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CF4 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106の下の酸化珪素膜104’はエ
ッチングされずに残った。(図1(D))
陽極酸化物106をエッチングした。このエッチングで
は陽極酸化物106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10
7)およびゲイト絶縁膜104’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)108、111、高抵抗不純物領域10
9、110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(B2
H6 )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1
0〜30kV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。
によると、領域108、111の不純物濃度は1×10
20〜2×1021cm-3、領域109、110では1×1
017〜2×1018cm-3であった。ドーズ量換算では、
前者は5×1014〜5×1015cm-2、後者は2×10
13〜5×1014cm-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))
CVD法によって酸化珪素膜を厚さ3000Å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))
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。TFT
1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200〜1000Å、例えば500Åの
薄いものとし、若干、ゲイト電極と高抵抗領域(HR
D)がオーバーラップとなるようにした。図では、TF
T1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。
れるものであり、陽極酸化物503を2000Å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TF
T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。
ず、絶縁表面を有する基板(例えばコーニング705
9)201上に実施例1の(A)、(B)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、酸化珪素膜204、アルミ
ニウム膜(厚さ200nm〜1μm)によるゲイト電極
205とゲイト電極の上面および側面に多孔質の陽極酸
化物(厚さ3000Å〜1μm、例えば5000Å)2
06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1000〜2
500Åの陽極酸化物207を形成した。そして、ドラ
イエッチング法によって、陽極酸化物206をマスクと
して酸化珪素膜204を自己整合的にエッチングし、ゲ
イト絶縁膜204’を形成した。(図2(B))
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2
08、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3
0〜90kVとした。不純物としては燐を用いた。(図
2(C))
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50〜500Å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))
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/cm
2 、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。
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。
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、Kr
F、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。
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1.2 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。
5:2:2で混合したエッチング液でチタン膜のエッチ
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))
層間絶縁物217として、CVD法によって酸化珪素膜
を厚さ2000Å〜1μm、例えば、3000Å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200
0Å〜1μm、例えば5000Å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21
8、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10〜100
kΩ/□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TF
Tを作製することができた。
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21
0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。
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。TFT
1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200〜1000Å、例えば500Å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2000Å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TF
T3はNチャネル型TFT、TFT2はPチャネル型T
FTである。
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。
ず、基板(コーニング7059)301上に実施例1の
(A)、(B)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、酸
化珪素膜304、アルミニウム膜(厚さ2000Å〜1
μm)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6000Å)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1000〜2
500Åの陽極酸化物307を形成した。そして、ドラ
イエッチング法によって、陽極酸化物306をマスクと
して酸化珪素膜304を自己整合的にエッチングし、ゲ
イト絶縁膜304’を形成した。(図3(B))
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50〜5
00Å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。
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3
09、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))
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、31
3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))
(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30
4’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新た
にゲイト絶縁膜304”が残存した。
層間絶縁物315として、CVD法によって酸化珪素膜
を厚さ6000Å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3
16、317を形成した。以上の工程によって、TFT
が完成された。
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、TF
T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。
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。
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。
の関係について示す。
集積回路の例を示す。
ム) 107 陽極酸化物(バリヤ型酸化アルミニウ
ム) 108、111 低抵抗不純物領域 110、111 高抵抗不純物領域(HRD) 112 ゲイト絶縁膜の端部 113 低抵抗不純物領域と高抵抗不純物領域
の境界 114 層間絶縁膜(酸化珪素) 115、116 金属配線・電極(アルミニウム)
Claims (8)
- 【請求項1】 絶縁表面上に活性層を形成する第1の工
程と、 前記活性層上に絶縁膜を形成する第2の工程と、 前記絶縁膜上にゲイト電極材料の被膜を形成する第3の
工程と、 前記ゲイト電極材料の被膜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の被膜を
エッチングし、ゲイト電極を形成する第4の工程と、 前記マスク膜を除去する第5の工程と、 前記ゲイト電極に電解溶液中で電圧を印加することによ
って、該ゲイト電極の上面および側面に第1の陽極酸化
物層を形成する第6の工程と、 前記第1の陽極酸化物層をマスクとして、前記絶縁膜を
エッチングし薄くする、またはエッチングし除去するこ
とによってゲイト絶縁膜とする第7の工程と、 前記第1の陽極酸化物層を選択的に除去する第8の工程
と、 前記ゲイト電極およびゲイト絶縁膜をマスクとして、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
入し、前記ゲイト絶縁膜の下に高抵抗不純物領域を、前
記高抵抗不純物領域の外側に低抵抗不純物領域を形成す
る第9の工程とを有することを特徴とする半導体装置の
作製方法。 - 【請求項2】 絶縁表面上に活性層を形成する第1の工
程と、 前記活性層上に絶縁膜を形成する第2の工程と、 前記絶縁膜上にゲイト電極材料の被膜を形成する第3の
工程と、 前記ゲイト電極材料の被膜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の被膜を
エッチングし、ゲイト電極を形成する第4の工程と、 前記マスク膜を除去する第5の工程と、 前記ゲイト電極に電解溶液中で電圧を印加することによ
って、主として該ゲイト電極の上面および側面に第1の
陽極酸化物層を形成する第6の工程と、 前記第1の陽極酸化物層をマスクとして、前記絶縁膜を
除去することによって活性層の表面を露出せしめ、ゲイ
ト絶縁膜を形成する第7の工程と、 前記第1の陽極酸化物層を選択的に除去する第8の工程
と、前記ゲイト電極およびゲイト絶縁膜をマスクとして、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
入し、前記ゲイト絶縁膜の下に高抵抗不純物領域を、前
記高抵抗不純物領域の外側に低抵抗不純物領域を形成す
る第9の工程と、 前記第9の工程の前または後に、 前記露出した活性層全
面に金属被膜を密着させ、前記露出した活性層を反応さ
せることによって、活性層に選択的に金属珪化物領域を
形成する第10の工程と、 を有す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または2において、第6の工程
と第7の工程の間に、ゲイト電極を陽極酸化することに
よってバリヤ型の第2の陽極酸化物を形成することを特
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、第9の工程の後、レ
ーザーもしくは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う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2において、第10の工程におい
て、前記露出した活性層と前記金属被膜の反応は、レー
ザーもしくは同等な強光を照射することによって選択的
に反応させ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2において、高抵抗不純物領域上
のゲイト絶縁膜を除去する第11の工程をさらに有する
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1または2において、第1の陽極
酸化物層はpH=2未満の酸性の電解溶液中で得られる
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3において、バリヤ型の第2の陽
極酸化物層はpH=3以上の電解溶液中で得られること
を特徴とする半導体装置の作製方法。
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