JP3315191B2 - 薄膜トランジスタの作製方法 - Google Patents
薄膜トランジスタの作製方法Info
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有する薄膜トランジスタ(TFT)の作製方法に関する
ものである。本発明によって作製される薄膜トランジス
タは、ガラス等の絶縁基板上、単結晶シリコン等の半導
体基板上、いずれにも形成される。
(活性領域ともいう)を有する絶縁ゲイト型の半導体装
置の研究がなされている。特に、薄膜状の絶縁ゲイトト
ランジスタ、いわゆる薄膜トランジスタ(TFT)が熱
心に研究されている。これらは、利用する半導体の材料
・結晶状態によって、アモルファスシリコンTFTや結
晶性シリコンTFTというように区別されている。
電界移動度が大きく、したがって、高速動作が可能であ
る。また、結晶性シリコンでは、NMOSのTFTだけ
でなく、PMOSのTFTも同様に得られるのでCMO
S回路を形成することが可能である。このため、特に最
近では結晶シリコンを使用したTFTが盛んに研究され
ている。
で長時間のアニールによって得られ、また、イオン注
入、イオンドーピング等の方法によって不純物のドーピ
ングされた結晶シリコンにおいて、ドーピング不純物の
活性化をおこなうにも同様な温度での熱処理が必要とさ
れてきた。しかしながら、このような高温での熱処理は
基板やTFTの構成材料の選択の余地を狭めることとな
るのでより低温での処理が求められている。
化の手段として、レーザーもしくはそれと同等な強力な
光をシリコン膜に照射することによってシリコンの結晶
化、活性化をおこなうことが提案されている。このよう
な方法を光源の名称によってレーザーアニール、もしく
はランプアニールと称する。以下では、これらの方法を
全てレーザーアニールと総称することとする。
ーピング不純物の活性化プロセスを有するTFTの作製
工程の例を図2に示す。まず、基板21上に下地絶縁膜
22を堆積し、その上に結晶シリコン領域23を形成す
る。シリコン膜の結晶化には熱アニール、レーザーアニ
ールいずれもが使用される。そして、このシリコン領域
を覆って、ゲイト絶縁膜24が堆積される。さらに、ゲ
イト電極25がその上に形成される。(図2(A))
よって酸化する。これは不純物領域(ソース、ドレイ
ン)とゲイト電極がオフセット状態となることによっ
て、より良い特性を得るためである。もちろん、このよ
うな陽極酸化物26を形成することは必ずしも必要なわ
けではない。(図2(B))
法等の手段によって、ゲイト絶縁膜24を通して、シリ
コン領域23に不純物が導入される。このときには不純
物の導入はゲイト絶縁膜を通すことが歩留りを上げるう
えで必要である。こうして、ソース、ドレイン27a、
27bが形成される。先に述べた通り、不純物領域とゲ
イト電極は重なりあうことがなく、わずかに陽極酸化物
27の幅だけ離れた状態(オフセット状態)となってい
る。(図2(C))
光によって、ドーピングされた不純物の活性化をおこな
う。このときには、レーザーエネルギーによってドーピ
ング不純物(燐やホウ素)、シリコン、酸化珪素が化合
して、厚さ30〜500Åの非化学量論比の酸化珪素系
の被膜28がシリコン領域とゲイト絶縁膜24の境界に
形成される。(図2(D))
ース、ドレインに金属電極30a、30bを形成するの
であるが、この際に、先に形成された非化学量論比の酸
化珪素系の被膜28は、酸化剤を含まないフッ化水素酸
系のエッチャントでは十分に除去できない。一方、ドラ
イエッチングでは、酸化珪素とシリコンのエッチング比
がそれほど大きくないので、特にシリコン領域が薄い場
合には、コンタクトホールがシリコン領域を貫通してし
まうことがあった。(図2(E))
膜28は抵抗が高く、TFTのコンタクト不良の原因で
あった。本発明はこのような非化学量論比の酸化珪素系
の被膜のないコンタクトを作製する方法を提供すること
を目的とする。
ールをおこなう前に、層間絶縁物とコンタクトホールを
予め形成し、しかるのちにレーザーアニールをおこなう
ことを特徴とする。そのため、コンタクトホールの領域
では反応すべき酸化珪素が存在しないので、上記のよう
な非化学量論比の酸化珪素系の被膜は形成されない。そ
の後、このコンタクトホールに金属電極を形成すること
によって確実なコンタクトが形成される。以下に実施例
を用いて、より詳細に本発明を説明する。
まず、基板(コーニング7059)11上にスパッタリ
ング法によって厚さ2000Åの酸化珪素の下地膜32
を形成した。さらに、プラズマCVD法によって、厚さ
500〜1500Å、例えば1500Åの真性(I型)
のアモルファスシリコン膜を、さらにその上にスパッタ
リング法によって厚さ200Åの酸化珪素膜を堆積し
た。そして、このアモルファスシリコン膜を窒素雰囲気
中、600℃、48時間アニールして結晶化させた。
なってもよい。レーザーとしては各種エキシマーレーザ
ーが使用できる。レーザーのエネルギー密度は、200
〜500mJ/cm2 、例えば350mJ/cm2 と
し、1か所につき2〜10ショット照射し、レーザー照
射時には基板を100〜450℃に加熱すればよい。
して、島状シリコン領域13を形成し、さらに、スパッ
タリング法によって厚さ1000Åの酸化珪素膜14を
ゲイト絶縁膜として堆積した。スパッタリングには、タ
ーゲットとして酸化珪素を用い、スパッタリング時の基
板温度は200〜400℃、例えば250℃、スパッタ
リング雰囲気は酸素とアルゴンで、アルゴン/酸素=0
〜0.5、例えば0.1以下とした。
シリコンを0.5〜3%、例えば2%含むアルミニウム
膜を厚さ1000〜10000Å、例えば5000Å堆
積した。なお、この酸化珪素とアルミニウム膜の成膜工
程は連続的におこなうことが望ましい。そして、アルミ
ニウム膜をパターニングして、ゲイト電極15を形成し
た。アルミニウムの代わりにシリコン、チタン、タンタ
ル、モリブテン、タングステン等の他の金属・半導体材
料、あるいはそれらの珪化物でもよい。また、単層の膜
ではなく、異種の被膜を重ねた多層の膜でもよい。(図
1(A))
(1〜5%、アンモニアによって中性にする)に基板を
浸漬して、ゲイト電極に電流を通じ、ゲイト電極の表面
に陽極酸化物(酸化アルミニウム)層16を成長させ
た。陽極酸化物の厚さは1000〜5000Å、特に2
000〜3000Åが好ましかった。ここでは2500
Åとした。(図1(B))
リコン領域にゲイト電極とその周囲の陽極酸化物をマス
クとして不純物(燐)を注入した。ドーピングガスとし
て、フォスフィン(PH3 )を用い、加速電圧を60〜
90kV、例えば80kVとした。ドーズ量は1×10
15〜8×1015cm-2、例えば、2×1015cm-2とし
た。この結果、N型の不純物領域17a、17bが形成
された。(図1(C))
を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成し、
これにコンタクトホール19a、19bを形成した。そ
の後、レーザー光を照射し、レーザーアニールをおこな
った。レーザーとしてはKrFエキシマーレーザー(波
長248nm、パルス幅20nsec)を用いたが、そ
の他のレーザー、例えば、XeFエキシマーレーザー
(波長353nm)、XeClエキシマーレーザー(波
長308nm)、ArFエキシマーレーザー(波長19
3nm)等を用いてもよい。ただし、レーザー光が層間
絶縁物18を十分に透過することが必要とされる。レー
ザーのエネルギー密度は、200〜500mJ/c
m2 、例えば250mJ/cm2 とし、1か所につき2
〜10ショット、例えば2ショット照射した。レーザー
照射時に、基板を100〜450℃、例えば250℃に
加熱した。こうして、不純物の活性化をおこなった。
(図1(D))
アルミニウムの多層膜によってTFTのソース領域、ド
レイン領域の電極・配線20a、20bを形成した。金
属材料のデポジションの前に基板を薄いフッ化水素酸で
洗浄することによって、コンタクト部分に生じたシリコ
ンの自然酸化膜を除去すると、より完全なコンタクトが
形成された。最後に、1気圧の水素雰囲気で350℃、
30分のアニールをおこなった。以上の工程によって薄
膜トランジスタが完成した。(図1(E))
ンタクトの良好なTFTを得ることができた。これによ
って、TFTの作製歩留りは格段に向上し、また、特性
ばらつきも著しく減らすことができた。このように本発
明は工業上有益な発明である。
ム)
Claims (12)
- 【請求項1】絶縁表面上に結晶性半導体膜を形成し、 前記結晶性半導体膜上に第1の絶縁膜を形成し、 前記第1の絶縁膜上に、ゲイト電極を形成し、 前記ゲイト電極をマスクとして前記第1の絶縁膜を通し
て前記結晶性半導体膜に不純物を添加し、 前記ゲイト電極上に第2の絶縁膜を形成し、 前記不純物を添加した領域上の前記第1の絶縁膜及び前
記第2の絶縁膜に、コンタクトホールを形成し、 前記不純物を添加した領域にレーザを照射することを特
徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 【請求項2】絶縁表面上に結晶性半導体膜を形成し、 前記結晶性半導体膜上に第1の絶縁膜を形成し、 前記第1の絶縁膜上に、ゲイト電極を形成し、 前記ゲイト電極をマスクとして前記第1の絶縁膜を通し
て前記結晶性半導体膜に不純物を添加し、 前記ゲイト電極上に第2の絶縁膜を形成し、 前記不純物を添加した領域上の前記第1の絶縁膜及び前
記第2の絶縁膜に、コンタクトホールを形成し、 前記不純物を添加した領域にレーザを照射し、 ソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とす
る薄膜トランジスタの作製方法。 - 【請求項3】絶縁表面上に非晶質半導体膜を形成し、 前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を形成
し、 前記結晶性半導体膜上に第1の絶縁膜を形成し、 前記第1の絶縁膜上に、ゲイト電極を形成し、 前記ゲイト電極をマスクとして、前記第1の絶縁膜を通
して前記結晶性半導体膜に不純物を添加し、 前記ゲイト電極上に第2の絶縁膜を形成し、 前記不純物を添加した領域上の前記第1の絶縁膜及び前
記第2の絶縁膜に、コンタクトホールを形成し、 前記不純物を添加した領域にレーザを照射することを特
徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 【請求項4】絶縁表面上に非晶質半導体膜を形成し、 前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を形成
し、 前記結晶性半導体膜上に第1の絶縁膜を形成し、 前記第1の絶縁膜上に、ゲイト電極を形成し、 前記ゲイト電極をマスクとして、前記第1の絶縁膜を通
して前記結晶性半導体膜に不純物を添加し、 前記ゲイト電極上に第2の絶縁膜を形成し、 前記不純物を添加した領域上の前記第1の絶縁膜及び前
記第2の絶縁膜に、コンタクトホールを形成し、 前記不純物を添加した領域にレーザを照射し、 ソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とす
る薄膜トランジスタの作製方法。 - 【請求項5】請求項1乃至4のいずれか一において、 前記不純物を添加した領域にレーザを照射することによ
り、前記不純物を添加した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作製方法。 - 【請求項6】絶縁表面上に結晶性半導体膜を形成し、 前記結晶性半導体膜上に第1の絶縁膜を形成し、 前記第1の絶縁膜上に、ゲイト電極を形成し、 前記ゲイト電極をマスクとして前記第1の絶縁膜を通し
て前記結晶性半導体膜に不純物を添加し、 前記ゲイト電極上に第2の絶縁膜を形成し、 前記不純物を添加した領域上の前記第1の絶縁膜及び前
記第2の絶縁膜に、コンタクトホールを形成し、 前記不純物を添加した領域をランプアニールすることを
特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 【請求項7】絶縁表面上に結晶性半導体膜を形成し、 前記結晶性半導体膜上に第1の絶縁膜を形成し、 前記第1の絶縁膜上に、ゲイト電極を形成し、 前記ゲイト電極をマスクとして前記第1の絶縁膜を通し
て前記結晶性半導体膜に不純物を添加し、 前記ゲイト電極上に第2の絶縁膜を形成し、 前記不純物を添加した領域上の前記第1の絶縁膜及び前
記第2の絶縁膜に、コンタクトホールを形成し、 前記不純物を添加した領域をランプアニールし、 ソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とす
る薄膜トランジスタの作製方法。 - 【請求項8】絶縁表面上に非晶質半導体膜を形成し、 前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を形成
し、 前記結晶性半導体膜上に第1の絶縁膜を形成し、 前記第1の絶縁膜上に、ゲイト電極を形成し、 前記ゲイト電極をマスクとして、前記第1の絶縁膜を通
して前記結晶性半導体膜に不純物を添加し、 前記ゲイト電極上に第2の絶縁膜を形成し、 前記不純物を添加した領域上の前記第1の絶縁膜及び前
記第2の絶縁膜に、コンタクトホールを形成し、 前記不純物を添加した領域をランプアニールすることを
特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 【請求項9】絶縁表面上に非晶質半導体膜を形成し、 前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を形成
し、 前記結晶性半導体膜上に第1の絶縁膜を形成し、 前記第1の絶縁膜上に、ゲイト電極を形成し、 前記ゲイト電極をマスクとして、前記第1の絶縁膜を通
して前記結晶性半導体膜に不純物を添加し、 前記ゲイト電極上に第2の絶縁膜を形成し、 前記不純物を添加した領域上の前記第1の絶縁膜及び前
記第2の絶縁膜に、コンタクトホールを形成し、 前記不純物を添加した領域をランプアニールし、 ソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とす
る薄膜トランジスタの作製方法。 - 【請求項10】請求項6乃至9のいずれか一において、 前記不純物を添加した領域をランプアニールすることに
より、前記不純物を添加した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作製方法。 - 【請求項11】請求項1乃至10のいずれか一におい
て、 第1の絶縁膜はゲイト絶縁膜であることを特徴とする薄
膜トランジスタの作製方法。 - 【請求項12】請求項1乃至11のいずれか一におい
て、 前記不純物はリン又はホウ素であることを特徴とする薄
膜トランジスタの作製方法。
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