JP3211340B2 - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタの製造方法

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JP3211340B2 JP06987092A JP6987092A JP3211340B2 JP 3211340 B2 JP3211340 B2 JP 3211340B2 JP 06987092 A JP06987092 A JP 06987092A JP 6987092 A JP6987092 A JP 6987092A JP 3211340 B2 JP3211340 B2 JP 3211340B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は薄膜トランジスタの製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】薄膜トランジスタの製造方法には、ガラ
ス基板等からなる絶縁基板の上面にアモルファスシリコ
ン薄膜を堆積し、このアモルファスシリコン薄膜にCW
レーザを照射することにより該アモルファスシリコン薄
膜を多結晶化してポリシリコン薄膜とし、このポリシリ
コン薄膜のソース・ドレイン形成領域にリンイオンやボ
ロンイオン等の不純物を注入して不純物注入領域を形成
し、この不純物注入領域を活性化するために再度CWレ
ーザを照射し、以下所定の工程を経て薄膜トランジスタ
を製造する方法がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
このような薄膜トランジスタの製造方法では、アモルフ
ァスシリコン薄膜を多結晶化するためのCWレーザ照射
と不純物注入領域を活性化するためのCWレーザ照射の
2回のCWレーザ照射を行っているので、製造工程数が
多くなるという問題があった。また、CWレーザ照射に
よる多結晶化は固相成長であるので、ポリシリコン薄膜
の結晶構造が悪く、このため移動度が10cm2/V・
sec程度と比較的小さいという問題があった。この発
明の目的は、製造工程数を少なくすることができ、また
ポリシリコン薄膜の結晶構造を良くすることのできる薄
膜トランジスタの製造方法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】この発明は、絶縁基板上
にアモルファスシリコン薄膜を堆積し、このアモルファ
スシリコン薄膜のソース・ドレイン形成領域に不純物を
注入して不純物注入領域を形成した後、前記アモルファ
スシリコン薄膜のチャネル形成領域及び前記不純物注入
領域に直接的にエキシマレーザを照射することにより、
前記アモルファスシリコン薄膜を多結晶化すると同時に
前記不純物注入領域を活性化するようにしたものであ
る。
【0005】
【作用】この発明によれば、アモルファスシリコン薄膜
のソース・ドレイン形成領域に不純物を注入して不純物
注入領域を形成した後、エキシマレーザを照射して、ア
モルファスシリコン薄膜を多結晶化すると同時に不純物
注入領域を活性化しているので、多結晶化と活性化を一
度のエキシマレーザ照射で同時に行うことができ、した
がって製造工程数を少なくすることができる。また、エ
キシマレーザ照射による多結晶化は液相成長であるの
で、ポリシリコン薄膜の結晶構造を良くすることができ
る。
【0006】
【実施例】図1〜図7はそれぞれこの発明の一実施例に
おける薄膜トランジスタの各製造工程を示したものであ
る。そこで、これらの図を順に参照しながら、薄膜トラ
ンジスタの製造方法について説明する。
【0007】まず、図1に示すように、ガラス基板等か
らなる絶縁基板1の上面にSiH4とH2との混合ガスを
用いたプラズマCVDにより水素化アモルファスシリコ
ン薄膜2を堆積する。この場合、絶縁基板1の温度を2
00〜350℃程度望ましくは250℃程度とし、10
〜20SCCM程度のSiH4とその10倍程度のH2
の混合ガスを用いて、水素化アモルファスシリコン薄膜
2の膜厚が400〜1000Å程度望ましくは500Å
程度となるようにする。すると、水素化アモルファスシ
リコン薄膜2の水素含有量が10〜20atomic%
程度となる。次に、後の工程でエキシマレーザ照射によ
り高エネルギを与えたとき水素が突沸して欠陥が生じる
のを回避するために、脱水素処理を行う。この場合、N
2雰囲気中において450℃程度の温度で1時間程度の
熱処理を行い、水素含有量が3atomic%以下望ま
しくは1atomic%以下となるようにする。この脱
水素処理は、数十枚〜数百枚の絶縁基板1に対して一度
に行うことができる。
【0008】次に、図2に示すように、脱水素処理後の
アモルファスシリコン薄膜3のソース・ドレイン形成領
域3a以外の領域に対応する部分の上面にフォトレジス
ト膜4をパターン形成する。次に、このフォトレジスト
膜4をマスクとしてアモルファスシリコン薄膜3のソー
ス・ドレイン形成領域3aにリンイオンやボロンイオン
等の不純物を注入して不純物注入領域5を形成する。こ
の後、フォトレジスト膜4を除去する。
【0009】次に、図3に示すように、波長308nm
のXeClエキシマレーザをエネルギ密度250〜35
0mJ/cm2程度、パルス幅50nsec程度で照射
すると、アモルファスシリコン薄膜3が多結晶化してポ
リシリコン薄膜6になると同時に不純物注入領域5が活
性化される。このように、アモルファスシリコン薄膜3
を多結晶化すると同時に不純物注入領域5を活性化して
いるので、多結晶化と活性化を一度のエキシマレーザ照
射で同時に行うことができ、したがって製造工程数を少
なくすることができる。また、エキシマレーザ照射によ
る多結晶化は液相成長であるので、ポリシリコン薄膜6
の結晶構造を良くすることができ、ひいては移動度を大
きくすることができる。なお、波長308nmのXeC
lエキシマレーザのほかに、波長248nmのKrF、
波長193nmのArF、波長175nmのArCl、
波長353nmのXeF等のエキシマレーザを用いても
よいことはもちろんである。
【0010】次に、図4に示すように、素子分離によ
り、不要な部分のポリシリコン薄膜6を除去する。この
状態では、ポリシリコン薄膜6の中央部はチャネル領域
6aとされ、その両側は活性化不純物領域からなるソー
ス・ドレイン領域6bとされている。次に、図5に示す
ように、全表面に酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とか
らなるゲート絶縁膜7を形成する。すなわち、まず全表
面にスパッタにより酸化シリコン膜を堆積し、次いでこ
の酸化シリコン膜の表面にSiH4とNH3とN2とから
なる混合ガスを用いたプラズマCVDにより窒化シリコ
ン膜を堆積する。プラズマCVDにより窒化シリコン膜
を堆積する場合、絶縁基板1の温度を250℃程度と
し、SiH4を30SCCM程度とし、NH3を60SC
CM程度とし、N2を390SCCM程度とし、出力6
00W程度、圧力0.5Torr程度で行うと、同時に
ポリシリコン薄膜6が水素化されてそのダングリングボ
ンドが減少する。次に、チャネル領域6aに対応する部
分のゲート絶縁膜7の上面にCrからなるゲート電極8
をパターン形成する。
【0011】次に、図6に示すように、全表面に窒化シ
リコン等からなる層間絶縁膜9を形成する。次に、ソー
ス・ドレイン領域6bに対応する部分の層間絶縁膜9お
よびゲート絶縁膜7にコンタクトホール10を形成す
る。次に、図7に示すように、コンタクトホール10を
介してソース・ドレイン領域6bと接続されるAlから
なるソース・ドレイン電極11を層間絶縁膜9の上面に
パターン形成する。かくして得られた電界効果型の薄膜
トランジスタはその移動度が80cm2/V・sec以
上であり、ポリシリコン薄膜6の結晶構造が極めて良好
であることが確認された。
【0012】なお、上記実施例では、プラズマCVDに
より水素化アモルファスシリコン薄膜2を堆積した後脱
水素処理を行っているが、これに限定されるものではな
く、例えばLPCVDにより水素を含有しないアモルフ
ァスシリコン薄膜を堆積するようにしてもよい。この場
合、LPCVDにより水素を含有しないアモルファスシ
リコン薄膜を堆積する際の絶縁基板1の温度を500〜
600℃程度とし、多結晶化および活性化するためのエ
キシマレーザのエネルギ密度を400mJ/cm2程度
とする。したがって、この場合には脱水素処理を行う必
要はないが、絶縁基板1の温度を500〜600℃程度
と比較的高温とすることになるので、基板温度の昇温に
時間が余計にかかることになる。
【0013】また、上記実施例では、この発明を通常の
MOS構造の薄膜トランジスタに適用した場合について
説明したが、通常のMOS構造の薄膜トランジスタと比
較して、耐圧の向上等を図って高信頼化したLDD構造
の薄膜トランジスタにも適用することができる。例え
ば、図7と同一名称部分には同一の符号を付した図8に
示すLDD構造の薄膜トランジスタでは、ポリシリコン
薄膜6の中央部をチャネル領域6aとされ、その両側を
不純物濃度の低いソース・ドレイン領域6bとされ、さ
らにその両側を不純物濃度の高いソース・ドレイン領域
6cとされた構造となっている。このLDD構造の薄膜
トランジスタを製造する場合には、例えば図2に示すよ
うな状態において、不純物濃度の低いソース・ドレイン
領域6bおよび不純物濃度の高いソース・ドレイン領域
5cを形成すべき部分に低濃度の不純物を注入し、次い
でフォトレジスト膜4を除去し、次いで不純物濃度の高
いソース・ドレイン領域6cを形成すべき部分以外の部
分の上面に別のフォトレジスト膜を形成し、この別のフ
ォトレジスト膜をマスクとして不純物濃度の高いソース
・ドレイン領域6cを形成すべき部分に高濃度の不純物
を注入するようにすればよい。
【0014】さらに、上記実施例では、この発明をトッ
プゲート型のコプラナ構造の薄膜トランジスタに適用し
た場合について説明したが、スタガ構造やバックゲート
型のコプラナまたはスタガ構造の薄膜トランジスタにも
適用し得ることはもちろんである。バックゲート型の場
合、絶縁基板の上面にゲート電極およびゲート絶縁膜を
形成し、その上にアモルファスシリコン薄膜を堆積し、
このアモルファスシリコン薄膜を多結晶化してポリシリ
コン薄膜とする。また、ポリシリコン薄膜を水素化する
場合には、パッシベーション膜をプラズマCVDにより
堆積する際に同時に行うことができる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、アモルファスシリコン薄膜のソース・ドレイン形成
領域に不純物を注入して不純物注入領域を形成した後、
エキシマレーザを照射して、アモルファスシリコン薄膜
を多結晶化すると同時に不純物注入領域を活性化してい
るので、多結晶化と活性化を一度のエキシマレーザ照射
で同時に行うことができ、したがって製造工程数を少な
くすることができる。また、エキシマレーザ照射による
多結晶化は液相成長であるので、ポリシリコン薄膜の結
晶構造を良くすることができ、ひいては移動度を大きく
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例における薄膜トランジスタ
の製造に際し、絶縁基板の上面に水素化アモルファスシ
リコン薄膜を堆積した状態の断面図。
【図2】同薄膜トランジスタの製造に際し、脱水素処理
後のアモルファスシリコン薄膜のソース・ドレイン形成
領域に不純物を注入した状態の断面図。
【図3】同薄膜トランジスタの製造に際し、エキシマレ
ーザを照射することにより、アモルファスシリコン薄膜
を多結晶化すると同時に不純物注入領域を活性化した状
態の断面図。
【図4】同薄膜トランジスタの製造に際し、素子分離に
より、不要な部分のポリシリコン薄膜を除去した状態の
断面図。
【図5】同薄膜トランジスタの製造に際し、ゲート絶縁
膜およびゲート電極を形成した状態の断面図。
【図6】同薄膜トランジスタの製造に際し、層間絶縁膜
をおよびコンタクトホールを形成した状態の断面図。
【図7】同薄膜トランジスタの製造に際し、ソース・ド
レイン電極を形成した状態の断面図。
【図8】この発明をLDD構造の薄膜トランジスタに適
用した場合の図7同様の断面図。
【符号の説明】
1 絶縁基板 3 アモルファスシリコン薄膜 3a ソース・ドレイン形成領域 4 フォトレジスト膜 5 不純物注入領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 21/20 H01L 21/265 602 H01L 21/336

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁基板上にアモルファスシリコン薄膜
    を堆積し、このアモルファスシリコン薄膜のソース・ド
    レイン形成領域に不純物を注入して不純物注入領域を形
    成した後、前記アモルファスシリコン薄膜のチャネル形
    成領域及び前記不純物注入領域に直接的にエキシマレー
    ザを照射することにより、前記アモルファスシリコン薄
    膜を多結晶化すると同時に前記不純物注入領域を活性化
    することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記アモルファスシリコン薄膜の膜厚は
    400〜1000Å程度であることを特徴とする請求項
    1記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記エキシマレーザのエネルギ密度は2
    50〜350mJ/cm2程度であることを特徴とする
    請求項2記載の薄膜トランジスタの製造方法。
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