JP3173758B2 - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス等の絶縁基板、
あるいは各種基板上に形成された絶縁性被膜上に設けら
れた非単結晶珪素膜を用いた絶縁ゲイト構造を有する半
導体装置、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や薄膜
ダイオード（ＴＦＤ）、またはそれらを応用した薄膜集
積回路、特にアクティブ型液晶表示装置（液晶ディスプ
レー）用薄膜集積回路、およびその作製方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラス等の絶縁基板上にＴＦＴを
有する半導体装置、例えば、ＴＦＴを画素の駆動に用い
るアクティブ型液晶表示装置やイメージセンサー等が開
発されている。

【０００３】これらの装置に用いられるＴＦＴには、薄
膜状の非単結晶珪素半導体を用いるのが一般的である。
薄膜状の珪素半導体としては、非晶質珪素半導体（ａ−
Ｓｉ）からなるものと結晶性を有する多結晶もしくは実
質的に多結晶の珪素半導体からなるものの２つに大別さ
れる。非晶質珪素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、電界効果移動度、導電率
等の物性が結晶性を有する珪素半導体に比べて劣るた
め、今後、より高速特性を得るためには、多結晶性を有
する珪素半導体からなるＴＦＴの作製方法の確立が強く
求められている。

【０００４】移動度の小さな非晶質珪素を用いたＴＦＴ
の場合には、ゲイト絶縁膜の特性はあまり問題とならな
かった。例えば、非晶質珪素を用いたＴＦＴでは、ゲイ
ト絶縁膜として酸化珪素よりも電気的特性に劣る窒化珪
素膜が用いられる。しかし、移動度の高い結晶性の珪素
膜を用いたＴＦＴでは、珪素膜自体の特性と同じくらい
ゲイト絶縁膜の特性が大きな問題であった。ゲイト絶縁
膜として好ましいものとしては熱酸化膜が知られてい
る。例えば、石英基板のように高温に耐える基板上であ
れば、熱酸化法を用いてゲイト絶縁膜を得ることができ
た。（例えば、特公平３−７１７９３）

【０００５】熱酸化法によって、ゲイト絶縁膜として使
用するに足る酸化珪素膜を得るには、９５０℃以上の高
温が必要であった。しかしながら、このような高温処理
に耐えうる基板材料は石英の他にはなく、石英基板は高
価であり、かつ、融点が高いために大面積化が困難であ
るという問題があった。また、いわゆる３次元集積回
路、立体集積回路のように、ＴＦＴ等の半導体装置を多
層に有する装置においては、上層の熱酸化工程の際に９
００℃以上の高温になると、下層に存在するＮ型もしく
はＰ型不純物が意図されている以上に拡散するという問
題もあった。さらに、９５０℃以上もの高温を得るため
には装置において困難な点があり、特に量産性を満足さ
せることは難しかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような問題から、
最高プロセス温度を８５０℃以下とすることが求められ
ていた。しかしなから、８５０℃以下の温度では熱酸化
は実質的に進行せず、そのため、ゲイト絶縁膜はスパッ
タ法等の物理的気相成長（ＰＶＤ）法、あるいはプラズ
マＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法等の化学的気相成長（ＣＶＤ）
法を用いて作製せざるを得なかった。

【０００７】しかしながら、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法によっ
て作製した絶縁膜は不対結合手や水素の濃度が高く、ま
た、界面特性も良くなかった。そのため、ホットキャリ
ヤ等の注入に対しても弱く、不対結合手や水素が原因と
なり、電荷捕獲中心が形成されやすかった。このため、
ＴＦＴのゲイト絶縁膜として用いた場合に電界移動度や
サブスレシュホールド特性値（Ｓ値）が、良くないとい
う問題点、あるいはゲイト電極のリーク電流が多く、オ
ン電流の低下（劣化・経時変化）がひどいという問題点
があった。

【０００８】例えば、ＰＶＤ法であるスパッタ法を用い
る場合には、高純度の酸素と珪素からなる合成石英をタ
ーゲットとすれば、原理的には酸素と珪素の化合物の被
膜のみが形成される。しかし、得られる被膜の酸素と珪
素の比率が化学量論比に近く、かつ、不対結合手の少な
い酸化珪素膜を得ることは極めて難しかった。例えば、
スパッタガスとして酸素が好ましかった。しかし、酸素
は原子量が小さく、このため、スパッタ速度（堆積速
度）が小さく、量産を考慮した場合には、不適切であっ
た。

【０００９】さらに、アルゴン等の雰囲気においては、
十分な成膜速度が得られたものの、酸素と珪素の比率が
化学量論比と異なり、ゲイト絶縁膜としては極めて不適
当なものであった。また、スパッタ雰囲気をどのように
しても珪素の不対結合手を低減することは難しく、成膜
後に水素アニールをおこなうことによって、珪素の不対
結合手Ｓｉ・もしくはＳｉＯ・をＳｉ−Ｈ、Ｓｉ−ＯＨ
として、安定化させることが必要であった。しかしなが
ら、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−ＯＨ結合は不安定で、加速した電
子によって、容易に切断され、もとの珪素の不対結合手
に変化してしまった。このような弱い結合Ｓｉ−Ｈ、Ｓ
ｉ−ＯＨの存在が上述のホットキャリヤ注入による劣化
の要因となったものである。

【００１０】同様にプラズマＣＶＤ法を用いて作製され
た酸化珪素膜にもＳｉ−Ｈ、Ｓｉ−ＯＨの形で多くの水
素が含有されており、上記の問題の源泉となっていた。
加えて、比較的扱いやすい珪素源として、テトラ・エト
キシ・シラン（ＴＥＯＳ）を用いた場合には、炭素が酸
化珪素膜中に含まれるという問題もあった。本発明は、
上記の問題を解決する手段を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、最初にＰＶ
Ｄ法もしくはＣＶＤ法によって、島状の結晶性珪素を覆
って、酸化珪素膜を形成した後、窒化水素（例えば、ア
ンモニア（ＮＨ₃ ）、ヒドラジン（Ｎ₂ Ｈ₄ ）等）を含
む雰囲気において、６００〜８５０℃、好ましくは６５
０〜８００℃でアニールすることによって、酸化珪素膜
の特性、特に珪素との界面の特性を改質する。

【００１２】本発明においては、例えば、ＰＶＤ法とし
てはスパッタ法、ＣＶＤ法としては、プラズマＣＶＤ
法、減圧ＣＶＤ法、大気圧ＣＶＤ法を用いればよい。そ
の他の成膜方法を用いることも可能である。プラズマＣ
ＶＤ法、減圧ＣＶＤ法としては、ＴＥＯＳを原料とする
方法を用いてもよい。プラズマＣＶＤ法によってＴＥＯ
Ｓと酸素を原料として酸化珪素膜を堆積する場合には、
基板温度を２００〜５００℃とするとよい。減圧ＣＶＤ
法においてＴＥＯＳとオゾンを用いた反応は比較的低温
（例えば、３７５℃±２０℃）で進行し、プラズマによ
るダメージが無い酸化珪素膜を得ることができる。同様
に、減圧ＣＶＤ法によってモノシラン（ＳｉＨ₄ ）と酸
素（Ｏ₂ ）を主たる原料として反応させてもプラズマに
よるダメージが無い酸化珪素膜を得られる。。また、プ
ラズマＣＶＤ法のうち、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共
鳴）条件の放電を用いるＥＣＲ−ＣＶＤ法は、プラズマ
によるダメージが小さいので、より良好なゲイト絶縁膜
を形成することができる。

【００１３】本発明において活性層となる結晶性珪素を
形成するには、プラズマＣＶＤ法等によって得られる非
晶質珪素膜を出発材料として用いるが、結晶か方法とし
ては大きく分けて２通りの方法がある。第１は、非晶質
珪素膜を形成した後、５００〜６５０℃の温度で適切な
時間の熱アニールを実施することにより、結晶化せしめ
る方法である。結晶化の際に、ニッケル、鉄、白金、パ
ラジウム、コバルト等の非晶質珪素の結晶化を促進する
元素を添加してもよい。これらの元素を添加すると、結
晶化温度を低下させ、また、結晶化時間を短縮すること
ができる。

【００１４】これらの元素は高濃度に含有されていると
珪素の半導体特性を損なうので、結晶化に十分で、か
つ、半導体特性にほとんど影響のない、１×１０¹⁷〜１
×１０¹⁹原子／ｃｍ³ の濃度で含有されることが好まし
い。第２の方法としては、非晶質珪素膜にレーザー等の
強光を照射することによって結晶化させる、いわゆるレ
ーザーアニール法がある。上記、第１、第２の方法のう
ち、いずれの方法を選択するかは本発明を実施するもの
が必要とするＴＦＴの特性、利用できる装置、設備投資
額等を勘案して決定すればよい。

【００１５】また、第１の方法と第２の方法を組み合わ
せてもよい。例えば、熱アニールによって結晶化させた
後、レーザーアニール法によってさらに結晶性を高める
方法を用いてもよい。特に、ニッケル等の結晶化促進元
素を添加して熱アニールをおこなった場合には、結晶粒
界等に非晶質部分が残されることが観察されたが、この
ような非晶質部分を結晶化させるにはレーザーアニール
法が有効である。逆に、レーザーアニール法によって結
晶化させた珪素膜を熱アニールすることにより、レーザ
ーアニールによって生じた膜の応力歪みを緩和させるこ
とができる。

【００１６】

【作用】ＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法によって成膜した酸
化珪素膜を６００〜８５０℃のアンモニア（ＮＨ₃ ）、
ヒドラジン（Ｎ₂ Ｈ₄ ）等の窒化水素雰囲気で処理する
と、窒素によって不対結合手が埋められたり、酸化珪素
中のＳｉ−Ｈ結合は窒化され、Ｓｉ≡Ｎ、あるいはＳｉ
₂ ＝Ｎ−Ｏ結合に変化する。Ｓｉ−ＯＨ結合も同様に変
化する。特にこの反応は酸化珪素と珪素の界面で進行し
やすく、結果として窒素は酸化珪素−珪素界面に集中す
る。このような手段で界面付近に集中して添加される窒
素の量は、酸化珪素膜の平均的な濃度の１０倍以上にな
る。酸化珪素中に０．１〜１０原子％、代表的には、１
〜５原子％の窒素が含有せしめるとゲイト絶縁膜として
好ましい。

【００１７】なお、同様な現象は熱酸化によって得られ
た酸化珪素膜においては期待できない。すなわち、熱酸
化膜は極めて緻密であるため、窒化水素による窒化作用
が進行するためには９５０℃以上の高温としなければな
らないからである。ＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法によって
成膜した酸化珪素膜は熱酸化膜に比較して不完全である
ため、上記のような８５０℃以下の温度で反応が進行す
るのである。そして、この反応の結果、ＣＶＤ法もしく
はＰＶＤ法によって成膜したものであっても熱酸化膜に
劣らない緻密な酸化珪素膜となり、また、酸化珪素と珪
素の界面に多く生じていた界面準位（その多くは不対結
合手やＳｉ−Ｈ結合等に由来する）を減少せしめること
ができるのである。

【００１８】本発明をスパッタ法によって成膜した酸化
珪素膜（特に、スパッタ雰囲気をアルゴン等とすること
により、酸素濃度が化学量論比より少ない酸化珪素膜）
に適用した場合には特に効果が顕著である。すなわち、
このような膜をＮＨ₃ 、Ｎ₂Ｈ₄ 等の窒化水素の雰囲気
において、６００〜８５０℃、好ましくは、６５０〜８
００℃で加熱処理することにより、不対結合手を窒化
し、化学量論比に対して不足している酸素の代わりに窒
素を結合させて、不対結合手を低減させ、結合の原子間
の結合の強い酸化窒化膜とすることができる。

【００１９】上記のことはスパッタ法による酸化珪素膜
の成膜が不利でないことを示すものである。すなわち、
従来、スパッタ法によって酸化珪素膜を形成するには、
組成を化学量論比に近づけるため、限られた条件の雰囲
気でしかおこなえなかった。例えば、雰囲気として、酸
素とアルゴンの混合雰囲気の系を考えると、酸素／アル
ゴン＞１という条件を満たすことが必要で、好ましく
は、純粋な酸素雰囲気でおこなうことが望まれた。その
ため、成膜速度が低く、量産に適さなかった。また、酸
素は反応性のガスであり、真空装置、チャンバー等が酸
化されることも問題であった。

【００２０】しかしながら、本発明によって、化学量論
組成より離れた組成の酸化珪素膜であっても、ゲイト絶
縁膜として用いるに適する酸化窒化珪素膜に変換できる
ので、酸素とアルゴンの混合雰囲気の系においても、酸
素／アルゴン≦１というように、成膜速度に関してより
有利な条件で実施することができる。例えば、純粋なア
ルゴン雰囲気のように極めて成膜速度が高く、安定した
条件で成膜することも可能となった。

【００２１】本発明を、ニッケル、コバルト、鉄、白
金、パラジウム等の非晶質珪素膜の結晶化を促進する元
素を添加して結晶化させた結晶性珪素膜からなる活性層
に適用した場合には格別の効果を有する。このような結
晶化促進元素を添加して結晶化させた珪素膜の結晶性は
ことのほか良好であり、電界効果移動度も非常に高いも
のが得られたが、それだけにゲイト絶縁膜としても特性
のよいものが望まれていた。本発明によるゲイト絶縁膜
はそれにふさわしいものである。また、本発明によっ
て、窒化水素の雰囲気でアニールすることにより、結晶
粒界等に残存する非晶質領域も結晶化でき、さらに結晶
性を改善できる。

【００２２】本発明をレーザーアニールを施した珪素膜
からなる活性層に対して適用した場合には、本発明の窒
化水素雰囲気でのアニールの際に、該アニールによって
ゲイト絶縁膜の特性が改善される効果に加えて、レーザ
ーアニールによって発生した珪素膜に対する歪みを該ア
ニール工程において同時に緩和できるという効果も有す
る。

【００２３】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例を図１に示す。本実施例は、ゲイ
ト絶縁膜としてスパッタ法によって形成された酸化珪素
膜を使用し、本発明による熱アニールを施してＮチャネ
ル型ＴＦＴを形成した例である。まず、基板１０１（コ
ーニング１７３３、１００ｍｍ×１００ｍｍ）上に下地
の酸化膜１０２として、スパッタ法で酸化珪素膜を１０
００〜３０００Å、例えば２０００Å成膜した。この下
地の酸化珪素膜１０２は基板からの汚染を防ぐためのも
のである。

【００２４】次に、プラズマＣＶＤ法によって非晶質珪
素膜を１００〜１５００Å、例えば５００Å成膜した。
その後、ニッケル、鉄、白金、パラジウム、コバルト等
の結晶化を促進させる元素を非晶質珪素膜に微量添加し
て熱アニールし、結晶性珪素膜１０３を得た。本実施例
においては、酢酸ニッケル溶液を非晶質珪素膜上に滴下
して、スピンドライをおこなって、非晶質珪素膜上に酢
酸ニッケルの膜を形成した。その後、窒素雰囲気中にお
いて、５５０℃、４時間の熱アニールを施すことによっ
てニッケルを非晶質珪素膜に導入し、結晶化せしめた。
以上の工程の後、さらに、得られた結晶性珪素膜の結晶
性を向上させるためにレーザーアニールを施してもかま
わない。（図１（Ａ））

【００２５】次に、結晶性珪素膜１０３のエッチングを
おこなって島状珪素膜１０４を形成した。この島状珪素
膜１０４は、後に、ＴＦＴの活性層を形成するものであ
る。そして、この島状珪素膜１０４を覆うように、ゲイ
ト絶縁膜１０５として厚さ２００〜１５００Å、例えば
１０００Åの酸化珪素膜を形成した。本実施例において
は、酸素雰囲気中において合成石英のターゲットを用い
たスパッタ法によって酸化珪素膜を形成した。本実施例
においてはガス圧を１Ｐａ、投入電力を３５０Ｗ、基板
温度を２００℃の条件で成膜をおこなった。スパッタガ
スとしてはアルゴンを用いてもよい。

【００２６】ゲイト絶縁膜１０５を形成したのち、本発
明のアニール処理をおこなってゲイト絶縁膜、特に、ゲ
イト絶縁膜と活性層の界面の特性を向上させた。本実施
例においては、アンモニア（ＮＨ₃ ）雰囲気中におい
て、６００〜８５０℃、０．５〜６時間、例えば６３０
℃、３時間の熱アニールをおこなった。この結果、酸化
珪素膜中および珪素膜との界面において窒素の濃度が増
加した。これは、酸化珪素膜中および珪素膜との界面に
おける不対結合手や珪素−水素結合が窒化されたためで
ある。（図１（Ｂ））

【００２７】その後、厚さ３０００Å〜２μｍ、例えば
５０００Åのアルミニウム（１ｗｔ％のＳｉ、もしくは
０．１〜０．３ｗｔ％のＳｃを含む）膜をスパッタ法に
よって形成して、これをパターニングしてゲイト電極１
０６を形成した。次に、ｐＨ≒７、１〜３％の酒石酸の
エチレングリコール溶液に基板を浸し、白金を陰極、こ
のアルミニウムのゲイト電極１０６を陽極として、陽極
酸化をおこなった。陽極酸化は、最初一定電流で１５０
Ｖまで電圧を上げ、その状態で１時間保持して終了させ
た。このようにして、厚さ１５００〜３５００Å、例え
ば２０００Åの陽極酸化物を形成した。（図１（Ｃ））

【００２８】その後、イオンドーピング法によって、島
状珪素膜１０４にゲイト電極１０６をマスクとして自己
整合的に不純物として燐を注入した。このときドーズ量
は１×１０¹⁴〜８×１０¹⁵原子／ｃｍ² 、加速電圧は５
０〜９０ｋＶ、例えばドーズ量を１×１０¹⁵原子／ｃｍ
² 、加速電圧は８０ｋＶとした。この結果、Ｎ型の不純
物領域（ソース／ドレイン領域）１０７が形成された。
（図１（Ｄ））

【００２９】さらに、レーザー光の照射によってドーピ
ングされた不純物領域の活性化をおこなった。レーザー
光としては、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎ
ｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を使用し、エネルギー密度
は２００〜４００ｍＪ／ｃｍ²、例えば２５０ｍＪ／ｃ
ｍ² とした。

【００３０】その後、全面に層間絶縁膜１０８として酸
化珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって３０００Å形成
し、この層間絶縁膜１０８とゲイト絶縁膜１０５をエッ
チングしてソース／ドレイン領域１０７にコンタクトホ
ールを形成した。さらに、アルミニウム膜をスパッタ法
によって５０００Å成膜して、エッチングをおこない、
ソース／ドレイン電極１０９を形成して、Ｎチャネル型
のＴＦＴを作製した。（図１（Ｄ））

【００３１】このようにして形成されたＴＦＴは、ゲイ
ト絶縁膜の耐性が優れているため、劣化に強く、特性の
優れたＴＦＴが得られた。例えば、ドレイン電圧を＋１
４Ｖに固定し、ゲイト電圧を−１７〜＋１７Ｖまで、変
動させ、ＴＦＴの特性の劣化を評価した。最初に測定し
て得られた電界効果移動度μ₀ と、上記の電圧印加の後
に測定して得られた電界効果移動度μ₁₀において、１−
（μ₁₀／μ₀ ）を劣化率と定義すると、本実施例で得ら
れたＴＦＴの劣化率は１．５％であった。比較のため
に、本発明のゲイト絶縁膜の熱アニール工程をアンモニ
ア雰囲気ではなく、窒素雰囲気で、８００℃／１時間の
アニール処理をおこなったものでは、他の作製条件が全
く同じでも、劣化率は５２．３％もあった。

【００３２】〔実施例２〕本実施例を図２に示す。本実
施例は、ゲイト絶縁膜としてＴＥＯＳを原料ガスとした
プラズマＣＶＤ法によって形成された酸化珪素膜を使用
し、本発明による熱アニールを施してＣＭＯＳ型のＴＦ
Ｔを形成した例である。まず、基板２０１（石英、１０
０ｍｍ×１００ｍｍ）上に下地の酸化膜２０２として、
スパッタ法で酸化珪素膜を２０００Å成膜した。

【００３３】次に、プラズマＣＶＤ法によって非晶質珪
素膜を５００Å成膜した。その後、実施例１と同様に、
酢酸ニッケル溶液をスピンドライをおこなうことによっ
て、非晶質珪素膜上に酢酸ニッケルの膜を形成し、その
後、窒素雰囲気中において、５５０℃、４時間の熱アニ
ールを施すことによって非晶質珪素膜にニッケルを導入
し、結晶化せしめた。その後、さらに結晶性を向上させ
るためにＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ）
を用いて、レーザーアニールを施した。レーザーのエネ
ルギー密度は２５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ² が適当であっ
た。本実施例では３００ｍＪ／ｃｍ² とした。（図２
（Ａ））

【００３４】次に、結晶性珪素膜２０３のエッチングを
おこなって島状珪素膜２０４、２０５を形成した。この
島状珪素膜２０４、２０５はＴＦＴの活性層となるもの
である。そして、この島状珪素膜２０４、２０５を覆う
ように、ゲイト絶縁膜２０６として厚さ２００〜１５０
０Å、例えば１０００Åの酸化珪素膜を形成した。本実
施例においては、ＴＥＯＳおよび酸素を原料ガスとし
て、プラズマＣＶＤ法によって酸化珪素膜を形成した。
このとき、成膜条件としては、ガス圧を４Ｐａ、投入電
力を１５０Ｗ、基板温度を３５０℃とした。

【００３５】ゲイト絶縁膜を形成したのち、本発明のア
ニール処理をおこなってゲイト絶縁膜、特に、ゲイト絶
縁膜と活性層の界面特性を向上させた。本実施例におい
ては、ヒドラジン（Ｎ₂ Ｈ₄ ）雰囲気中において、８０
０℃、１時間の熱アニールをおこなった。この結果、酸
化珪素膜中および珪素膜との界面における不対結合手お
よび水素が窒化されて窒素の濃度が増加した。この結
果、ゲイト絶縁膜として、好ましい酸化珪素膜を作製す
ることが出来た。（図２（Ｂ））

【００３６】その後、厚さ６０００Åのアルミニウム膜
をスパッタ法によって形成して、これをパターニングし
てゲイト電極２０７、２０８を形成した。次に、ｐＨ≒
７、１〜３％の酒石酸のエチレングリコール溶液に基板
を浸し、白金を陰極、このアルミニウムのゲイト電極２
０７、２０８を陽極として、陽極酸化をおこなった。陽
極酸化は、最初一定電流で１５０Ｖまで電圧を上げ、そ
の状態で１時間保持して終了させた。このようにして、
厚さ２０００Åの陽極酸化物を形成した。（図２
（Ｃ））

【００３７】その後、イオンドーピング法によって、島
状珪素膜２０４、２０５にゲイト電極２０７、２０８を
マスクとして自己整合的に不純物を注入した。まず、Ｐ
チャネル型のＴＦＴを形成する領域をフォトレジストの
マスク２０９で覆って燐を注入し、Ｎ型不純物領域２１
０（ソース／ドレイン領域）を形成した。このときドー
ズ量は１×１０¹⁴〜８×１０¹⁵原子／ｃｍ² 、加速電圧
は５０〜９０ｋＶ、例えばドーズ量を５×１０¹⁴原子／
ｃｍ² 、加速電圧は８０ｋＶとした。（図２（Ｄ））

【００３８】その後、Ｎチャネル型のＴＦＴを形成する
領域をフォトレジストのマスク２１１で覆って硼素を注
入し、Ｐ型不純物領域２１２（ソース／ドレイン領域）
を形成した。このときドーズ量は１×１０¹⁴〜８×１０
¹⁵原子／ｃｍ² 、加速電圧は４０〜８０ｋＶ、例えばド
ーズ量を１×１０¹⁵原子／ｃｍ² 、加速電圧は６５ｋＶ
とした。（図２（Ｅ）） さらに、レーザー光の照射によってドーピングされた不
純物領域２１０、２１２の活性化をおこなった。レーザ
ー光としては、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎ
ｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を使用し、エネルギー密度
は２００〜４００ｍＪ／ｃｍ² 、例えば２５０ｍＪ／ｃ
ｍ² とした。

【００３９】その後、全面に層間絶縁膜２１３として酸
化珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって３０００Å形成
し、この層間絶縁膜２１３とゲイト絶縁膜２０６をエッ
チングしてソース／ドレイン領域２１０、２１２にコン
タクトホールを形成した。さらに、アルミニウム膜をス
パッタ法によって５０００Å成膜して、エッチングをお
こない、ソース／ドレイン電極２１４を形成して、ＣＭ
ＯＳ型のＴＦＴを作製した。（図２（Ｆ））

【００４０】〔実施例３〕本実施例を図３に示す。本実
施例は、ＥＣＲ−ＣＶＤ法によって形成された酸化珪素
膜を使用し、本発明による熱アニールを施してＰチャネ
ル型の画素ＴＦＴを形成した例である。まず、石英基板
３０１（１００ｍｍ×１００ｍｍ）上に下地の酸化膜３
０２として、スパッタ法で酸化珪素膜を３０００Å成膜
した。

【００４１】次に、プラズマＣＶＤ法によって非晶質珪
素膜を５００Å成膜した。その後、実施例１と同様に、
酢酸ニッケル溶液をスピンドライをおこなうことによっ
て、非晶質珪素膜上に酢酸ニッケルの膜を形成し、その
後、窒素雰囲気中において、５５０℃、４時間の熱アニ
ールを施すことによってニッケルを導入し、結晶化せし
めた。その後、結晶性を向上させるためにレーザーアニ
ールを施してもかまわない。（図３（Ａ））

【００４２】次に、結晶性珪素膜３０３のパターニング
をおこなって島状珪素膜３０４を形成した。この島状珪
素膜３０４は後にＴＦＴの活性層を形成するものであ
る。そして、この島状珪素膜を覆うように、ゲイト絶縁
膜として厚さ１０００Åの酸化珪素膜を形成した。本実
施例においては、ＳｉＨ₄ を原料ガスとし、Ｎ₂ Ｏを酸
化剤として用いた、ＥＣＲ−ＣＶＤ法によって酸化珪素
膜を形成した。このとき、酸化剤として一酸化二窒素以
外に、酸素（Ｏ₂ ）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素
（ＮＯ₂ ）等を使用してもかまわない。また、このとき
の成膜条件としては、基板加熱をおこなわず、マイクロ
波（周波数２．４５ＭＨｚ）の投入電力を４００Ｗでお
こなった。

【００４３】ゲイト絶縁膜を形成したのち、本発明のア
ニール処理をおこなってゲイト絶縁膜、特に、ゲイト絶
縁膜と活性層の界面特性を向上させた。本実施例におい
ては、アンモニア雰囲気中において８００℃、１時間の
熱アニールをおこなった。この結果、酸化珪素膜中およ
び珪素膜との界面における不対結合手および水素が窒化
されて、酸化珪素膜中および珪素膜との界面において窒
素の濃度が増加した。このようにして、ゲイト絶縁膜と
して、より特性の優れた酸化珪素膜を作製することが出
来た。（図３（Ｂ））

【００４４】その後、厚さ６０００Åの多結晶シリコン
膜を減圧ＣＶＤ法によって形成して、これをパターニン
グしてゲイト電極３０６を形成した。多結晶シリコン膜
には導電性を向上せしめるために微量の燐を添加した。
（図３（Ｃ）） その後、イオンドーピング法によって、島状珪素膜３０
４にゲイト電極３０６をマスクとして自己整合的に不純
物として硼素を注入した。このときドーズ量は１〜８×
１０¹⁵原子／ｃｍ² 、加速電圧は４０〜８０ｋＶ、例え
ばドーズ量を５×１０¹⁵原子／ｃｍ² 、加速電圧は６５
ｋＶとした。この結果、Ｐ型不純物領域３０７（ソース
／ドレイン領域）が形成された。（図３（Ｄ））

【００４５】さらに、レーザー光の照射によってドーピ
ングされた不純物領域３０７の活性化をおこなった。レ
ーザー光としては、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４
８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を使用し、エネルギー
密度は２００〜４００ｍＪ／ｃｍ² 、例えば２５０ｍＪ
／ｃｍ² とした。その後、全面に層間絶縁膜３０８とし
て酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって３０００Å形
成し、この層間絶縁膜３０８とゲイト絶縁膜３０５をエ
ッチングしてソース領域にコンタクトホールを形成し
た。さらに、アルミニウム膜をスパッタ法によって５０
００Å成膜して、エッチングをおこない、ソース電極３
０９を形成した。（図３（Ｅ））

【００４６】その後、パッシベーション膜３１０として
窒化珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって２０００Å形成
し、これと層間絶縁膜３０８とゲイト絶縁膜３０５をエ
ッチングしてコンタクトホールを形成した。さらに、Ｉ
ＴＯ膜をスパッタ法によって形成し、エッチングをおこ
なって画素電極３１１を形成して画素ＴＦＴを作製し
た。（図３（Ｆ））

【００４７】〔実施例４〕本実施例を図３に示す。本実
施例は、減圧ＣＶＤ法によって形成された酸化珪素膜を
使用し、本発明による熱アニールを施してＰチャネル型
の画素ＴＦＴを形成した例である。まず、石英基板３０
１（１００ｍｍ×１００ｍｍ）上に下地の酸化膜３０２
として、スパッタ法で酸化珪素膜を３０００Å成膜し
た。

【００４８】次に、プラズマＣＶＤ法によって非晶質珪
素膜を５００Å成膜した。その後、窒素雰囲気中におい
て、６００℃、１２時間の熱アニールを施すことによっ
て結晶化せしめた。その後、さらに、結晶性を向上させ
るためにレーザーアニールを施した。レーザーのエネル
ギー密度は２５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ² が適当であっ
た。本実施例では３００ｍＪ／ｃｍ² とした。（図３
（Ａ））

【００４９】次に、結晶性珪素膜３０３のパターニング
をおこなって島状珪素膜３０４を形成した。この島状珪
素膜３０４は後にＴＦＴの活性層を形成するものであ
る。そして、この島状珪素膜を覆うように、ゲイト絶縁
膜として厚さ１０００Åの酸化珪素膜を形成した。本実
施例においては、モノシラン（ＳｉＨ₄ ）を原料ガスと
し、酸素ガスを酸化剤として用いた、減圧ＣＶＤ法によ
って酸化珪素膜を形成した。このとき、酸化剤として酸
素ガス以外に、一酸化二窒素（Ｎ₂ Ｏ）、一酸化窒素
（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ₂ ）等を使用してもかまわ
ない。本実施例においては、圧力０．１〜１０ｔｏｒ
ｒ、温度３００〜５００℃、例えば、圧力１．５ｔｏｒ
ｒ、温度４００℃で成膜をおこなった。

【００５０】ゲイト絶縁膜を形成したのち、本発明のア
ニール処理をおこなってゲイト絶縁膜、特に、ゲイト絶
縁膜と活性層の界面の特性を向上させた。本実施例にお
いては、アンモニア雰囲気において８００℃、２時間の
熱アニールを施した。この結果、酸化珪素膜中に存在す
る不対結合手やＳｉ−Ｈ結合、Ｓｉ−ＯＨ結合等を窒化
することができた。このようにして、ゲイト絶縁膜とし
て、より特性の優れた酸化珪素膜を作製することが出来
た。（図３（Ｂ））

【００５１】その後、厚さ６０００Åの多結晶シリコン
膜を減圧ＣＶＤ法によって形成して、これをパターニン
グしてゲイト電極３０６を形成した。多結晶シリコン膜
には導電性を向上せしめるために微量の燐を添加した。
（図３（Ｃ）） その後、イオンドーピング法によって、島状珪素膜３０
４にゲイト電極３０６をマスクとして自己整合的に不純
物として硼素を注入した。このときドーズ量は１〜８×
１０¹⁵原子／ｃｍ² 、加速電圧は４０〜８０ｋＶ、例え
ばドーズ量を５×１０¹⁵原子／ｃｍ² 、加速電圧は６５
ｋＶとした。この結果、Ｐ型不純物領域３０７（ソース
／ドレイン領域）が形成された。（図３（Ｄ））

【００５２】さらに、５００〜６５０℃、３〜２４時
間、例えば、６００℃、１２時間の熱アニールをおこな
い、不純物イオンの活性化をおこなった。その後、全面
に層間絶縁膜３０８として酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ
法によって３０００Å形成し、この層間絶縁膜３０８と
ゲイト絶縁膜３０５をエッチングしてソース領域にコン
タクトホールを形成した。さらに、アルミニウム膜をス
パッタ法によって５０００Å成膜して、エッチングをお
こない、ソース電極３０９を形成した。（図３（Ｅ））

【００５３】その後、パッシベーション膜３１０として
窒化珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって２０００Å形成
し、これと層間絶縁膜３０８とゲイト絶縁膜３０５をエ
ッチングしてコンタクトホールを形成した。さらに、Ｉ
ＴＯ膜をスパッタ法によって形成し、エッチングをおこ
なって画素電極３１１を形成して画素ＴＦＴを作製し
た。（図３（Ｆ））

【００５４】

【発明の効果】上述のように、本発明によって、ＴＦＴ
の特性が大幅に改善された。特に、ホットキャリヤ注入
に対してゲイト絶縁膜が耐性を示し、劣化が低減し、信
頼性が向上した。実施例では、ガラス基板上のＴＦＴを
中心に説明したが、多層集積回路等（すなち、立体集積
回路、３次元集積回路）にも本発明を適用しても優れた
効果が得られることは明らかである。このように本発明
は工業上有益な発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１の工程を示す。

【図２】 実施例２の工程を示す。

【図３】 実施例３、４の工程を示す。

【符号の説明】

１０１・・・・基板 １０２・・・・下地酸化膜 １０３・・・・結晶性珪素膜 １０４・・・・島状珪素膜 １０５・・・・ゲイト絶縁膜 １０６・・・・ゲイト電極 １０７・・・・不純物領域（ソース／ドレイン領域） １０８・・・・層間絶縁膜 １０９・・・・ソース／ドレイン電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹村 保彦 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 審査官 棚田 一也 (56)参考文献 特開 平５−74763（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 29/786 H01L 21/336

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 島状の結晶性珪素膜を覆ってＣＶＤ法も
   しくはＰＶＤ法によって酸化珪素膜を堆積し、 前記酸化珪素膜を６００℃以上８５０℃以下の窒化水素
   雰囲気において加熱することを特徴とする半導体装置の
   作製方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記窒化水素雰囲気
   は、アンモニア雰囲気であることを特徴とする半導体装
   置の作製方法。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２において、前記
   島状の結晶性珪素膜には、１×１０¹⁷〜１×１０¹⁹原子
   ／ｃｍ³の結晶化促進元素が含まれていることを特徴と
   する半導体装置の作製方法。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記結晶化促進元素
   は、ニッケル、鉄、白金、パラジウムまたはコバルトで
   あることを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか一にお
   いて、前記酸化珪素膜はスパッタ法によって堆積される
   ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項４のいずれか一にお
   いて、前記酸化珪素膜はＥＣＲ−ＣＶＤ法によって堆積
   されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項４のいずれか一にお
   いて、前記酸化珪素膜はテトラ・エトキシ・シラン（Ｔ
   ＥＯＳ）を原料とするＣＶＤ法によって堆積されること
   を特徴とする半導体装置の作製方法。
8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項４のいずれか一にお
   いて、前記酸化珪素膜はモノシランと酸素を主たる原料
   とする減圧ＣＶＤ法によって堆積されることを特徴とす
   る半導体装置の作製方法。