JP3071940B2

JP3071940B2 - 絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法

Info

Publication number: JP3071940B2
Application number: JP4115503A
Authority: JP
Inventors: 舜平山崎; 保彦竹村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1992-04-07
Filing date: 1992-04-07
Publication date: 2000-07-31
Anticipated expiration: 2015-07-31
Also published as: JPH05291575A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、絶縁ゲイト型半導体装
置、特に薄膜状の絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ
（ＴＦＴ）の作製方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄膜状絶縁ゲイト型電界効果トラ
ンジスタ（ＴＦＴ）が盛んに研究されている。例えば、
本発明人等の発明である特願平４−３０２２０や同４−
３８６３７には、ゲイト電極として、アルミニウムやチ
タン、クロム、タンタル、シリコンを使用し、その周囲
を陽極酸化法によって形成した酸化物で覆い、よって、
ソース／ドレインとゲイト電極の重なりを無くし、むし
ろオフセット状態とし、また、ソース／ドレイン領域を
レーザーアニールによって再結晶化せしめる作製方法お
よびＴＦＴが記述されている。

【０００３】このようなＴＦＴは、従来のオフセットを
有しないシリコンゲイトＴＦＴやタンタルやクロムのよ
うな高融点金属をゲイト電極とし、熱アニールによって
活性化したＴＦＴに比較して優れた特性を示した。しか
しながら、その特性を再現性よく得ることは困難であっ
た。

【０００４】原因の１つは、陽極酸化時にはゲイト電極
に５０〜３００Ｖもの高電圧を印加するので、下地の半
導体被膜の間に過大な電圧がかかり、あいだのゲイト絶
縁膜にトラップ準位が形成されるためであった。半導体
領域には外部から電圧が印加されていないのであるが、
微妙な電界分布によって、２０〜１５０Ｖ程度の電圧が
かかっているものと推定される。

【０００５】すなわち、図１（Ａ）に示すように絶縁基
板１０１上の半導体領域１０２は電気的に浮遊状態にあ
る。もし、ゲイト絶縁膜１０３上のゲイト電極１０４に
正の電圧が印加されたとすると、最初のうちは最も大き
な電圧は、ゲイト電極と電解溶液の間に生じる。そし
て、半導体領域とゲイト電極の間の電界は無視できるほ
ど小さい。このため、ゲイト電極の表面に陽極酸化膜１
０５が形成される。しかし、ある程度、陽極酸化膜が厚
くなるとその抵抗のため、むしろ電解溶液と半導体領
域、半導体領域とゲイト絶縁膜を挟んでゲイト電極の間
の電界が無視できない大きさとなって、ゲイト電極の下
のゲイト絶縁膜に電子１０６が注入されることとなる。

【０００６】例えば、ゲイト絶縁膜の厚さを１００ｎｍ
とすると、特願平４−３０２２０や同４−３８６３７に
記述される陽極酸化によって、アルミニウムのゲイト電
極の周囲には約３００〜４００ｎｍの酸化アルミニウム
の被膜が形成される。したがって、ゲイト絶縁膜である
酸化珪素と、陽極酸化によってできた酸化アルミニウム
の抵抗率が同じであるとすると、電解溶液からゲイト絶
縁膜と半導体領域と再びゲイト絶縁膜を経由してゲイト
電極に到る場合の電界とゲイト電極と電解溶液間の電界
とは同じ値をとるので、陽極酸化膜に印加される電界密
度よりもゲイト電極の下のゲイト絶縁膜に印加される電
界密度の方が大きくなる。実際には半導体領域はＩ型な
ので、その部分での電圧降下があるが、通常のＴＦＴの
使用におけるゲイトと半導体領域の間の電界よりも大き
くなる。そして、このような状態では、さらに陽極酸化
を進めようとしても、ゲイト絶縁膜が破壊されて使用で
きなくなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
現状を鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は
陽極酸化過程におけるゲイト絶縁膜の不良を回復し、信
頼性を向上させることを課題とする。

【０００８】

【問題を解決するための手段】本発明は、ゲイト電極の
陽極酸化後、あるいはその工程の間に、負の適当な電圧
を印加することを特徴とする。本発明の原理を図１
（Ｂ）〜（Ｅ）に示す。まず、図１（Ｂ）に示すよう
に、ゲイト電極に正の電圧を印加して陽極酸化をおこな
う。このときには、チャネル領域（半導体領域）とゲイ
ト電極の間に大きな電位差が生じ、半導体領域から電子
がゲイト電極の方に向かい、一部はゲイト絶縁膜中にト
ラップされる。あるいはこのような高速の電子によって
負に帯電した欠陥が生じる。このような電子のトラップ
あるいは欠陥は特に半導体領域とゲイト絶縁膜の界面で
は著しい。また、このような電子のトラップあるいはそ
の他の欠陥はゲイト絶縁膜に窒化珪素等が使用されてい
る場合には著しい。

【０００９】このようにゲイト絶縁膜中にトラップされ
た電子あるいはその他の欠陥は陽極酸化が終了してゲイ
ト電極の正の電圧が取り除かれた後も図１（Ｃ）のよう
に、残留し、チャネル領域に影響を及ぼす。すなわち、
この電子の影響で、チャネル領域の上部にはＰ型の反転
層が生じる。もし、ＰチャネルＴＦＴであれば、この反
転層によってリーク電流が発生し、ＮチャネルＴＦＴで
あれば、しきい値電圧が正の方向にシフトする。

【００１０】そこで、図１（Ｄ）のように逆にゲイト電
極に負の電圧を印加する。このときにはゲイト絶縁膜に
トラップされた電子がチャネル形成領域に戻る。あるい
はその他の欠陥にはホールが注入されて中和される。こ
のときには、紫外線を照射するとより大きな効果が得ら
れる。この操作によってゲイト絶縁膜に生じた欠陥を除
去し、図１（Ｅ）に示すようにチャネル形成領域のバン
ドを適切な形状に戻し、ＴＦＴの特性を回復させること
ができる。上記図１（Ｄ）の工程の後、再び陽極酸化の
工程をおこなってもよい。すなわち、陽極酸化と負電圧
印加とを交互に複数回繰り返してもよい。

【００１１】また、このようにゲイト電極に負電圧を印
可する際には、陽極酸化のときのように電解溶液中であ
っても、そうでなくてもよい。しかし、電解溶液以外で
上記の操作をおこなうには、半導体領域が正となるよう
に電気的に接続されていなければならない。電解溶液中
では、陽極酸化の場合と同じく、電解溶液を通じて正の
対向電極に接続されるので、このような問題はない。

【００１２】量産的には、陽極酸化工程では、多数の島
状の半導体領域は独立して設けられているので、これら
の島状半導体領域を正にバイアスするには、新たに層間
絶縁物を形成して立体配線を形成しなければならないの
で、きわめて厄介である。逆に電解溶液に浸す方法は低
コスト、高歩留りに寄与する。

【００１３】さらに、電解溶液中でゲイト電極に負の電
圧を印加すると、半導体領域内やゲイト絶縁膜に水素が
侵入する。このような水素は、半導体材料やゲイト絶縁
膜中のダングリングボンドをターミネイトする上で非常
に効果的である。

【００１４】本発明では、ゲイト電極に負の電圧を印加
するが、電解溶液中では本発明を実施すると、ゲイト電
極の酸化物（陽極酸化膜）が還元されやすい材料であれ
ば、陽極酸化膜が還元され、あるいはゲイト電極が溶出
してしまうことがある。ゲイト電極をアルミニウム、ク
ロム、チタン、タンタル、シリコン又はそれらいずれか
の合金で形成した場合には、それらの酸化物は還元され
にくいので問題はないが、銅、亜鉛、銀の酸化物は容易
に還元されるので、電解溶液中で行うことは避けねばな
らない。

【００１５】

【実施例】〔実施例１〕図２には本実施例の作製工程
断面図を示す。なお、本実施例の詳細な条件は、本発明
人らの出願した特願平４−３０２２０、あるいは同４−
３８６３７とほとんど同じであるので、特別には詳述し
ない。まず、基板２０１として日本電気硝子社製のＮ−
０ガラスを使用した。このガラスは歪温度が高いけれど
も、リチウムが多く含まれ、また、ナトリウムもかなり
の量が存在する。そこで、基板からのこれら可動イオン
の侵入を阻止する目的で、プラズマＣＶＤ法もしくは減
圧ＣＶＤ法で窒化珪素膜２０２を厚さ１０〜５０ｎｍだ
け形成する。さらに、下地の酸化珪素皮膜２０３を厚さ
１００〜８００ｎｍだけ、スパッタ法によって形成し
た。その上にアモルファスシリコン被膜をプラズマＣＶ
Ｄ法によって２０〜１００ｎｍだけ形成し、６００℃で
１２〜７２時間、窒素雰囲気中でアニールし、結晶化さ
せた。さらに、これをフォトリソグラフィー法と反応性
イオンエッチング（ＲＩＥ）法によってパターニングし
て、図２（Ａ）に示すように島状の半導体領域２０４
（ＮチャネルＴＦＴ用）と２０５（ＰチャネルＴＦＴ
用）とを形成した。

【００１６】さらに、酸化珪素をターゲットとする酸素
雰囲気中でのスパッタ法によって、ゲイト酸化膜２０６
を厚さ５０〜２００ｎｍだけ堆積した。さらに、窒化珪
素膜２０７をプラズマＣＶＤ法もしくは減圧ＣＶＤ法に
よって、厚さ２〜２０ｎｍ、好ましくは８〜１１ｎｍだ
け堆積した。

【００１７】次に、スパッタリング法もしくは電子ビー
ム蒸着法によってアルミニウム被膜を形成して、これを
混酸（５％の硝酸を添加した燐酸溶液）によってパター
ニングし、ゲイト電極・配線２０８〜２１１を形成し
た。このようにして、ＴＦＴの外形を整えた。

【００１８】さらに、電解溶液中でゲイト電極・配線２
０８〜２１１に電流を通じ、陽極酸化法によって、酸化
アルミニウム膜２１２〜２１５を形成した。陽極酸化の
条件としては、本発明人等の発明である特願平４−３０
２２０に記述された方法を採用した。すなわち、最大電
圧としてゲイト電極に３００Ｖの電圧を印加した。この
結果、得られた酸化アルミニウム膜の厚さは約３５０ｎ
ｍであった。ここまでの様子を図２（Ｂ）に示す。

【００１９】ついで、ゲイト電極に負の電圧を印加し
た。その際には、１０Ｖ／分の割合で電圧を上げてゆ
き、３００Ｖに達した状態で１時間ホールドした。その
後、１０Ｖ／分の割合で電圧を下げた。

【００２０】次に、公知のイオン注入法によって、半導
体領域２０４にはＮ型の不純物を、半導体領域２０５に
はＰ型の不純物を注入し、Ｎ型不純物領域（ソース、ド
レイン）２１６とＰ型不純物領域２１７を形成した。こ
の工程は公知のＣＭＯＳ技術を使用した。

【００２１】このようにして、図２（Ｃ）に示されるよ
うな構造が得られた。なお、当然のことながら、先のイ
オン注入によって不純物の注入された部分の結晶性は著
しく劣化し、実質的に非結晶状態（アモルファス状態、
あるいはそれに近い多結晶状態）になっている。そこ
で、レーザーアニールによって結晶性を回復させた。こ
の工程は、６００〜８５０℃の熱アニールによってもよ
い。レーザーアニールの条件は、例えば、特願平４−３
０２２０に記述されたものを使用した。レーザーアニー
ル後は、２５０〜４５０℃の水素雰囲気（１〜７００ｔ
ｏｒｒ、このましくは５００〜７００ｔｏｒｒ）で３０
分〜３時間、アニールをおこない、半導体領域に水素を
添加し、格子欠陥（ダングリングボンド等）を減らし
た。

【００２２】このようにして、素子の形状を整えた。そ
の後は、通常のように、酸化珪素のスパッタ成膜によっ
て層間絶縁物２１８を形成し、公知のフォトリソグラフ
ィー技術によって電極用孔を形成して、半導体領域ある
いはゲイト電極・配線の表面を露出させ、最後に、第２
の金属被膜（アルミニウムあるいはクロム）を選択的に
形成して、これを電極・配線２１９〜２２１とした。以
上のようにして、ＮＴＦＴ２２２とＰＴＦＴ２２３を形
成できた。

【００２３】〔実施例２〕図３に本発明を用いたＣＭ
ＯＳの作製実施例を説明する。本実施例では基板３０１
としてコーニング社の７０５９番ガラス基板を使用し
た。基板３０１上には基板からの可動イオンの侵入を阻
止する目的で、厚さ５〜２００ｎｍ、例えば１０ｎｍの
窒化珪素膜３０２をＲＦプラズマＣＶＤ法で形成した。
さらに、窒化珪素膜上に、ＲＦプラズマＣＶＤ法によっ
て、厚さ２０〜１０００ｎｍ、例えば５０ｎｍの酸化珪
素膜３０３を形成した。これらの被膜の膜厚は、可動イ
オンの侵入の程度、あるいは活性層への影響の程度に応
じて設計される。また、これらの皮膜の形成には、上記
のようなプラズマＣＶＤ法だけでなく、減圧ＣＶＤ法や
スパッタ法等の方法によって形成してもよい。それらの
手段の選択は投資規模や量産性等を考慮して決定すれば
よい。これらの被膜は連続的に成膜されてもよいことは
いうまでもない。

【００２４】その後、減圧ＣＶＤ法によって、モノシラ
ンを原料として、厚さ２０〜２００ｎｍ、例えば１００
ｎｍのアモルファスシリコン膜３０４を形成した。基板
温度は４３０〜４８０℃、例えば４５０℃とした。さら
に、連続的に基板温度を変化させ、５２０〜５６０℃、
例えば５５０℃で、厚さ５〜２００ｎｍ、例えば１０ｎ
ｍのアモルファスシリコン膜３０５を形成した。基板温
度は後の結晶化の際に重要な影響を与えることが本発明
人等の研究の結果、明らかにされた。例えば、４８０℃
以下で成膜したものは結晶化させることが難しかった。
逆に５２０℃以上の温度で成膜したものは結晶化しやす
かった。このようにして得られたアモルファスシリコン
膜は、６００℃で２４時間熱アニールした。その結果、
シリコン膜３０５のみが結晶化し、いわゆるセミアモル
ファスシリコンと言われる結晶性シリコンを得た。一
方、シリコン膜３０４はアモルファス状態のままであっ
た。

【００２５】シリコン膜３０５の結晶化を促進するため
には膜中に含まれている炭素、窒素、酸素の濃度は、い
ずれも７×１０¹⁹ｃｍ^-3以下であることが望ましい。本
実施例では、ＳＩＭＳ分析によって１×１０¹⁷ｃｍ^-3以
下であることを確認した。

【００２６】従来のＴＦＴにおいては、酸化珪素膜３０
３の上には半導体被膜の活性層が形成されるため、その
作製には細心の注意が必要であった。例えば、酸化珪素
膜３０３に可動イオンが存在することは絶対にあっては
ならないことであったが、それにもまして、トラップ準
位が存在することは致命的であった。可動イオンの侵入
はプロセスの清浄化によってある程度は解決できるもの
であったが、トラップ準位の問題はプロセスの制約から
ある一定以上の改善は不可能であった。特に酸化珪素膜
とその上の半導体活性層間の界面準位密度はそのＴＦＴ
の特性を左右する重要なファクターであった。通常の単
結晶半導体のＭＯＳＩＣで使用される熱酸化のゲイト酸
化膜（酸化珪素）と単結晶半導体の界面の準位密度は１
０¹⁰ｃｍ^-2程度であったが、例えば本実施例のようなＲ
ＦプラズマＣＶＤ法あるいは大気圧ＣＶＤ法（ＡＰＣＶ
Ｄ法）や減圧ＣＶＤ法（ＬＰＣＶＤ法）によって作製し
た酸化珪素膜とその上の多結晶シリコン膜との界面準位
密度は１０¹²ｃｍ^-2以上であり、とても実用に耐えるも
のではなかった。

【００２７】すなわち、このように界面準位密度が大き
いと、様々な電荷がトラップされ、これらの電荷によっ
て活性層の導電型が、ゲイト電圧に依存しないで決定さ
れてしまい、リーク電流の増加を招いた。このため、従
来はこのような下地の酸化膜であってもゲイト酸化膜と
同じだけの高い品位が要求された。熱酸化方式が採用で
きない低温プロセスや中温プロセスにあっては、スパッ
タ法やＥＣＲプラズマＣＶＤ法が採用されたが、これら
の方法によって得られる界面での準位密度は、熱酸化法
よりも１桁程度大きなものであった。

【００２８】しかしながら、本実施例では後のプロセス
において、酸化珪素膜３０３上の半導体膜のうち、酸化
珪素膜に接する部分はアモルファスシリコン膜であり、
従来に問題とされたようなことはほとんど生じない。す
なわち、酸化珪素膜３０３にどのようなトラップ準位が
存在して、どのような電荷がトラップされたとしても、
アモルファスシリコンはチャネルとしてはほとんど機能
しないので、電荷のトラップによって、半導体膜の導電
型が依存することはない。本発明人等の研究によると、
酸化珪素膜３０３とその上のアモルファスシリコン膜と
の界面準位密度は５×１０¹²ｃｍ^-2程度まで問題がない
ことがわかった。

【００２９】したがって、先のようなＲＦプラズマＣＶ
Ｄ法やＬＰＣＶＤ法、ＡＰＣＶＤ法によって酸化珪素膜
を形成することができる。これらのＣＶＤ法は、スパッ
タ法やＥＣＲプラズマＣＶＤ法に比べて量産性に優れた
方法である。すなわち、スパッタ法ではバッチ方式が採
用できず、量産性に欠ける上、ターゲットに可動イオン
が付着しないように細心の注意を払わなくてはならな
い。また、ターゲットのサイズをむやみに大きくできな
いので大面積化には不適当である。ＥＣＲプラズマＣＶ
Ｄ法は、装置に対する投資が巨額となり、また、一度に
処理できる基板の枚数や大きさも大きな制約を受ける。

【００３０】さて、アモルファスシリコン膜３０５を熱
アニールによって、結晶性シリコン膜としたのち、これ
を適当なパターンにエッチングして、ＮＴＦＴ用の島状
半導体領域３０７とＰＴＦＴ用の島状半導体領域３０６
とを形成する。各島状半導体領域の上部は実質的に真性
であった。

【００３１】その後、酸素雰囲気中での酸化珪素をター
ゲットとするスパッタ法によって、ゲイト絶縁膜（酸化
珪素）３１０を厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば１５０ｎ
ｍだけ形成した。この厚さは、ＴＦＴの動作条件等によ
って決定される。

【００３２】次にスパッタ法によって、アルミニウム皮
膜を厚さ５００ｎｍだけ形成し、これを混酸（５％の硝
酸を添加した燐酸溶液）によってパターニングし、ゲイ
ト電極・配線３１１および３１２を形成した。エッチン
グレートは、エッチングの温度を４０℃としたときに２
２５ｎｍ／分であった。このようにして、ＴＦＴの外形
を整えた。このときのチャネルの大きさは、いずれも長
さ８μｍ、幅２０μｍとした。このときの状態を図３
（Ｂ）に示す。

【００３３】さらに、陽極酸化法によってアルミニウム
配線の表面に酸化アルミニウムを形成した。陽極酸化の
方法としては、本発明人等の発明である特願平３−２３
１１８８もしくは特願平３−２３８７１３に記述される
方法を用いた。詳細な実施の様態については、目的とす
る素子の特性やプロセス条件、投資規模等によって変更
を加えればよい。本実施例では、陽極酸化によって、厚
さ３５０ｎｍの酸化アルミニウム被膜３１３および３１
４を形成した。

【００３４】ついで、ゲイト電極に負の電圧を印加し
た。その際には、１０Ｖ／分の割合で電圧を上げてゆ
き、３００Ｖに達した状態で１時間ホールドした。その
後、１０Ｖ／分の割合で電圧を下げた。

【００３５】その後、ゲイト酸化膜を通したイオン注入
法によって、公知のＣＭＯＳ作製技術を援用し、Ｎ型ソ
ース／ドレイン領域３１６とＰ型ソース／ドレイン領域
３１５を形成した。いずれも不純物濃度は８×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3となるようにした。イオン源としては、Ｐ型はフッ
化ホウ素イオンを、Ｎ型はリンイオンを用い、前者は加
速電圧８０ｋｅＶで、後者は加速電圧１１０ｋｅＶで注
入した。加速電圧はゲイト酸化膜の厚さや半導体領域３
０６、３０７の厚さを考慮して設定される。イオン注入
法のかわりに、イオンドーピング法を用いてもよい。イ
オン注入法では注入されるイオンは質量によって分離さ
れるので、不必要なイオンは注入されることがないが、
イオン注入装置で処理できる基板の大きさは限定され
る。一方、イオンドーピング法では、比較的大きな基板
（例えば対角３０インチ以上）も処理する能力を有する
が、水素イオンやその他不必要なイオンまで同時に加速
されて注入されるので、基板が加熱されやすい。この場
合にはイオン注入法で使用するようなフォトレジストを
マスクとした選択的な不純物注入は難しい。

【００３６】このようにして、オフセット領域を有する
ＴＦＴが作製された。その様子を図３（Ｃ）に示す。最
後に、レーザーアニール法によって、ゲイト電極部をマ
スクとしてソース／ドレイン領域の再結晶化をおこなっ
た。レーアーアニールの条件は、例えば特願平３−２３
１１８８や同３−２３８７１３に記述されている方法を
使用した。そして層間絶縁物３１９として、酸化珪素を
ＲＦプラズマＣＶＤ法で形成し、これに電極形成用の穴
を開け、アルミニウム配線３２０〜３２２を形成して、
素子を完成させた。

【００３７】本実施例では、レーザーアニールによっ
て、もともと結晶性シリコンであった、被膜３０６、３
０７のみならず、アモルファスシリコンであった被膜３
０８、３０９までもが結晶化される。これは、レーアー
アニールが強力だからである。その結果、図３（Ｄ）に
示すように初期のアモルファス領域３０８、３０９はチ
ャネルの下の部分３１７、３１８以外は全てソース／ド
レインとおなじ結晶性を有する材料に変換されてしまっ
た。その結果、ソース／ドレインの厚さは島状半導体領
域３０７、３０８と実質的に同じとなった。しかしなが
ら、実質的なチャネルの厚さは図から明らかなように、
約１０ｎｍというようにソース／ドレイン領域よりも薄
かった。その結果、ソース／ドレインのシート抵抗は小
さく、また、チャネルが薄い分だけＯＦＦ電流が少ない
という優れた特性を示すことができた。

【００３８】〔実施例３〕図４には本実施例の作製工
程断面図を示す。なお、本実施例の詳細な条件は、本発
明人らの出願した特願平４−３０２２０とほとんど同じ
であるので、特別には詳述しない。まず、基板４０１と
して日本電気硝子社製のＮ−０ガラスを使用し、プラズ
マＣＶＤ法もしくは減圧ＣＶＤ法で下地の酸化珪素皮膜
４０２を厚さ１００〜８００ｎｍだけ、スパッタ法によ
って形成した。その上にアモルファスシリコン被膜をプ
ラズマＣＶＤ法によって２０〜１００ｎｍだけ形成し、
６００℃で１２〜７２時間、窒素雰囲気中でアニール
し、結晶化させた。さらに、これをパターニングして、
図４（Ａ）に示すように島状の半導体領域４０３（Ｎチ
ャネルＴＦＴ用）と４０４（ＰチャネルＴＦＴ用）とを
形成した。さらに、スパッタ法によって、ゲイト酸化膜
４０５を厚さ５０〜２００ｎｍだけ堆積した。

【００３９】次に、スパッタリング法もしくは電子ビー
ム蒸着法によってアルミニウム被膜を形成して、これを
パターニングし、ゲイト電極・配線４０６、４０７を形
成した。このようにして、図４（Ａ）のようにＴＦＴの
外形を整えた。

【００４０】さらに、電解溶液中でゲイト電極・配線４
０６、４０７に電流を通じ、陽極酸化法によって、酸化
アルミニウム膜４０８、４０９を形成した。陽極酸化の
条件としては、本発明人等の発明である特願平３−３０
２２０に記述された方法を採用した。ここまでの様子を
図４（Ｂ）に示す。

【００４１】次に、図４（Ｃ）に示すように、ゲイト酸
化膜に電極形成用の穴４１０を形成し、クロムによって
配線４１１、４１２を形成した。そして、配線４１２を
アースとし、配線４１１を正に接続して電流を通じた。
このときには配線４１１と配線４１２の間の電位差は３
０〜１００Ｖ、好ましくは３５〜５０Ｖとした。このよ
うな状況では電流の自己発熱とエレクトロマイグレーシ
ョン効果によって、半導体領域４０３、４０４がアニー
ルされる。

【００４２】さらに、ゲイト電極には負の電圧を印加し
た。ゲイト電極には−３０〜−１００Ｖ、好ましくは−
３５〜−５０Ｖの電圧を印加した。この状態を１時間継
続した。さらに、ゲイト電極に負の電圧を印加している
あいだに、基板４０１の裏面から波長３００〜３５０ｎ
ｍの紫外光（パワー密度は、例えば、１００〜３００ｍ
Ｗ／ｃｍ²）を照射した。

【００４３】例えば、半導体領域中にナトリウム等の可
動イオンがあったとしても、このような電圧の印加によ
って掃き出されてしまう。また、このような電界の存在
によって、自由な水素イオンが半導体領域の中を流さ
れ、半導体（シリコン）中のダングリングボンドにトラ
ップされて、そのダングリングボンドをターミネイトす
る。このような効果は、本発明人等の発明である特公平
３−１９６９４に記述されている。しかしながら、この
発明では半導体内のバルクの欠陥を改善することは可能
であるが、特に絶縁ゲイト型半導体素子（キャパシタを
含む）では重要とされるゲイト絶縁膜と半導体領域の界
面の改善については特に記述されていなかった。また、
電界の印加だけでは除去することが困難な欠陥について
は、上記の紫外線照射が有効である。

【００４４】その後、配線４１１、４１２を除去し、さ
らに、イオン注入法によって、半導体領域４０３にはＮ
型の不純物を、半導体領域４０４にはＰ型の不純物をド
ーピングし、Ｎ型不純物領域（ソース、ドレイン）４１
３とＰ型不純物領域４１４を形成した。この工程は公知
のＣＭＯＳ技術を使用した。

【００４５】このようにして、図４（Ｄ）に示されるよ
うな構造が得られた。その後、実施例１と同様にレーザ
ーアニールをおこない、レーザーアニール後は、２５０
〜４５０℃の水素雰囲気（１〜７００ｔｏｒｒ、このま
しくは５００〜７００ｔｏｒｒ）で３０分〜３時間、ア
ニールをおこない、半導体領域に水素を添加し、格子欠
陥（ダングリングボンド等）を減らした。

【００４６】このようにして、素子の形状を整えた。そ
の後は、通常のように、酸化珪素のスパッタ成膜によっ
て層間絶縁物４１５を形成し、公知のフォトリソグラフ
ィー技術によって電極用孔を形成して、半導体領域ある
いはゲイト電極・配線の表面を露出させ、最後に、第２
の金属被膜（アルミニウムあるいはクロム）を選択的に
形成して、これを電極・配線４１６〜４１８とした。以
上のようにして、ＮＴＦＴとＰＴＦＴを形成できた。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、ゲイト電極の陽極酸化
後、ゲイト電極に負の電圧を印加することによって、陽
極酸化時にゲイト絶縁膜に形成される欠陥を除去するこ
とができた。このような工程を経ることによって、ゲイ
ト絶縁膜の信頼性を高め、歩留りを向上させることが出
来た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明する。

【図２】本発明による半導体装置の作製工程図（断面）
を示す。

【図３】本発明による半導体装置の作製工程図（断面）
を示す。

【図４】本発明による半導体装置の作製工程図（断面）
を示す。

【符号の説明】

１０１絶縁基板１０２半導体領域１０３ゲイト絶縁膜１０４ゲイト電極・配線１０５陽極酸化物層１０７トラップされた電子等の欠陥

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁表面を有する基板上に半導体領域を形
成する第１の工程と、前記半導体領域上にゲイト絶縁膜を形成する第２の工程
と、前記ゲイト絶縁膜上にアルミニウム、クロム、チタン、
タンタル、シリコン又はそれらいずれかの合金でなるゲ
イト電極を形成する第３の工程と、電解溶液中において前記ゲイト電極に正の電圧を印加し
て該ゲイト電極の表面に酸化物を形成する第４の工程
と、前記第４の工程の後、電解溶液中において前記ゲイト電
極に負の電圧を印加する第５の工程と、を有することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作
製方法。
【請求項２】絶縁表面を有する基板上に半導体領域を形
成する第１の工程と、前記半導体領域上にゲイト絶縁膜を形成する第２の工程
と、前記ゲイト絶縁膜上にアルミニウム、クロム、チタン、
タンタル、シリコン又はそれらいずれかの合金でなるゲ
イト電極を形成する第３の工程と、電解溶液中において前記ゲイト電極に正の電圧を印加し
て該ゲイト電極の表面に酸化物を形成する第４の工程
と、前記第４の工程の後、前記半導体領域に電流を通じつ
つ、前記ゲイト電極に負の電圧を印加する第５の工程
と、を有することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作
製方法。
【請求項３】請求項１または請求項２において、前記第
５の工程は紫外光を照射した状態で行われることを特徴
とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
【請求項４】絶縁表面を有する基板上に半導体領域を形
成する第１の工程と、前記半導体領域上にゲイト絶縁膜を形成する第２の工程
と、前記ゲイト絶縁膜上にアルミニウム、クロム、チタン、
タンタル、シリコン又はそれらいずれかの合金でなるゲ
イト電極を形成する第３の工程と、電解溶液中において前記ゲイト電極に正の電圧および負
の電圧を交互に印加して該ゲイト電極の表面に酸化物を
形成する第４の工程と、を有することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作
製方法。
【請求項５】絶縁表面を有する基板上に半導体領域を形
成する第１の工程と、前記半導体領域上にゲイト絶縁膜を形成する第２の工程
と、前記ゲイト絶縁膜上にアルミニウム、クロム、チタン、
タンタル、シリコン又はそれらいずれかの合金でなるゲ
イト電極を形成する第３の工程と、前記半導体領域に電流を通じつつ、前記ゲイト電極に正
の電圧および負の電圧を交互に印加して該ゲイト電極の
表面に酸化物を形成する第４の工程と、を有することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作
製方法。
【請求項６】請求項４または請求項５において、前記第
４の工程は紫外光を照射した状態で行われることを特徴
とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。