JP3330255B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多結晶シリコンを用い
た薄膜トランジスタ（以下ポリシリコンＴＦＴという）
などを有する半導体装置およびその製造方法に関し、特
に、このポリシリコンＴＦＴの応用例の一つとしてスイ
ッチングアレイおよびこれらのアレイのドライバ回路、
また、プリンタヘッドや２次元センサーアレイおよび３
次元回路、高密度メモリなどＳＯＩトランジスタなどに
も応用することができる半導体装置およびその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の半導体装置におけるポリシ
リコンＴＦＴの断面図である。

【０００３】図４において、絶縁性基板１上に保護層２
を設け、保護層２上にＴＦＴのソース領域３ａおよびド
レイン領域３ｂが設けられるとともに、ソース領域３ａ
とドレイン領域３ｂの間にチャネル領域である半導体層
３が設けられている。これらソース領域３ａおよびドレ
イン領域３ｂ、半導体層３さらに保護層２上にゲート絶
縁膜４が設けられている。さらに、半導体層３の上方の
ゲート絶縁膜４上にゲート電極５が設けられている。こ
れらゲート絶縁膜４およびゲート電極５上に層間絶縁膜
６が設けられている。この層間絶縁膜６上には、ゲート
絶縁膜４および層間絶縁膜６に設けられたコンタクトホ
ールを介してソース領域３ａに接続されるソース電極７
が設けられ、また、ゲート絶縁膜４および層間絶縁膜６
に設けられたコンタクトホールを介してドレイン領域３
ｂに接続されるドレイン電極８が設けられている。これ
ら層間絶縁膜６、ソース電極７およびドレイン電極８上
に保護膜９が設けられている。

【０００４】以上によりポリシリコンＴＦＴが構成さ
れ、以下のようにして製造することができる。

【０００５】まず、ガラス、石英、シリコンウエハーな
どの絶縁性基板１上に、酸化シリコンなどの保護層２を
形成し、この上に減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法など
でアモルファスシリコン膜を成膜する。さらに、このア
モルファスシリコン膜をレーザーアニールすることによ
り多結晶シリコン膜とし、さらに、ホトリソグラフィー
により、島状の半導体層３を形成する。

【０００６】次に、この半導体層３上にゲート絶縁膜４
となる酸化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により成膜す
る。さらに、ゲート絶縁膜４上にアルミニウムなどの金
属などを成膜し、パターニングしてゲート電極５を形成
する。このゲート電極５をマスクとしてゲート電極５の
両端から出ている半導体層３上に、上方から自己整合的
に不純物元素（Ｎｃｈの場合はリン、Ｐｃｈの場合はボ
ロン）をイオン注入し、５５０℃の温度で活性化を行う
ことによりＴＦＴのソース領域３ａおよびドレイン領域
３ｂを形成する。

【０００７】さらに、ゲート絶縁膜４およびゲート電極
５上に酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜６を成膜す
る。ソース領域３ａおよびドレイン領域３ｂ上のゲート
絶縁膜４および層間絶縁膜６にそれぞれコンタクトホー
ルを形成した後、例えばアルミニウムを成膜してパター
ニングし、ソース領域３ａに接続されるソース電極７、
および、ドレイン領域３ｂに接続されるドレイン電極８
とする。さらに、保護膜９として、層間絶縁膜６、ソー
ス電極７およびドレイン電極８上に窒化シリコン膜を形
成し、この窒化シリコン膜に、これらソース電極７およ
びドレイン電極８のコンタクトホール（図示せず）を設
ける。

【０００８】この段階でポリシリコンＴＦＴの構成は出
来上がるが、一般に多結晶シリコンで作ったＴＦＴは、
結晶粒界または粒内の欠陥に起因する禁制帯中のエネル
ギー準位が多く、特性が優れない。この主たる欠陥とし
ては、シリコン原子のダングリングボンド（未結合手）
が有り、これを水素原子と結合させることにより、特性
への影響を軽減する方法が開示されている。

【０００９】例えば、特公平４−５７０９８号公報に
は、前述した保護膜９に用いる窒化シリコン膜として、
プラズマＣＶＤ法により水素を含む窒化シリコン膜を形
成し、その後、アニールすることにより、この窒化シリ
コン膜に含まれる水素を放出させ、半導体層３に用いる
多結晶シリコン膜中のダングリングボンドを水素化する
ことが開示されている。

【００１０】また、特公昭６２−４５７１２号公報に
は、半導体装置におけるＴＦＴを水素プラズマにさらす
ことにより、水素化を行うことが開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の半導体装置
におけるＴＦＴでは、保護膜９に用いる窒化シリコン膜
からの水素化を行った場合、水素の抜けた窒化シリコン
膜の緻密性は低下し、保護膜９としての機械的強度や耐
湿性などの特性が損なわれるという問題が有った。

【００１２】また、水素プラズマ処理については、プラ
ズマによる膜の損傷が生じ、特性が低下するという問題
が有った。

【００１３】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
で、保護膜としての特性劣化や損傷がない半導体装置お
よびその製造方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
チャネル部に多結晶シリコンが用いられた薄膜トランジ
スタと、該薄膜トランジスタを保護するために該薄膜ト
ランジスタ上に設けられた保護膜とを有する半導体装置
において、水素元素の含有および放出能力を有する金属
または合金材料を有する層を、該チャネル部の下方また
は上方に設けており、該金属または合金材料を含む層
は、該薄膜トランジスタの遮光膜であり、そのことによ
り上記目的が達成される。

【００１５】

【００１６】さらに、好ましくは、本発明の半導体装置
における金属または合金材料は、Ｔｉ₂Ｃｕ、Ｔｉ₂Ｎ
ｉ、ＬａＮｉ₅、ミッシュメタル、Ｍｇ₂Ｎｉ、Ｍｇ₂Ｃ
ｕ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉのうち少なくとも１つの化
合物または元素である。

【００１７】

【００１８】

【００１９】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
多結晶シリコンのソース領域とドレイン領域間の多結晶
シリコンのチャネル部上方に、絶縁膜を介してゲート電
極を形成し、該ソース領域に接続するソース電極を形成
し、該ドレイン領域に接続するドレイン電極を形成し
た、該多結晶シリコンの上面または下面のうち少なくと
も何れかに絶縁膜との界面を有する薄膜トランジスタ上
を保護する保護膜を形成した半導体装置の製造方法にお
いて、該多結晶シリコンの下方または上方に、該薄膜ト
ランジスタの遮光膜であり、水素元素の含有および放出
能力を有する金属または合金材料を形成する工程と、該
金属または合金材料に水素を含有させる工程と、該金属
または合金材料から水素を放出させて固相拡散させるこ
とにより、該多結晶シリコン中または該界面に該水素を
含ませる工程とを有するものであり、そのことにより上
記目的が達成される。また、本発明の半導体装置は、チ
ャネル部に多結晶シリコンが用いられた薄膜トランジス
タと、該多結晶シリコンの上面、下面、側面のいずれか
に設けられた絶縁膜と、該薄膜トランジスタを保護する
ために該薄膜トランジスタ上に設けられた保護膜とを有
する半導体装置において、該チャネル部の下方または上
方に、該薄膜トランジスタの遮光膜として、水素元素の
含有能力および放出能力を有する金属または合金材料を
有する層が設けられており、前記チャネル部の多結晶シ
リコン中または該多結晶シリコンと絶縁膜との間の界面
に水素が含有されているものであり、そのことにより上
記目的が達成される。

【００２０】さらに、好ましくは、本発明の半導体装置
の製造方法における金属または合金材料を形成する工程
は、スパッタリング法またはフラッシュ蒸着法により薄
膜層として形成する。

【００２１】さらに、好ましくは、本発明の半導体装置
の製造方法における金属または合金材料に水素を含有さ
せる工程は、該金属または合金材料を形成した後、５０
０ｋＰａ以上の水素圧力雰囲気中にさらすことにより水
素を含有させる。

【００２２】さらに、好ましくは、本発明の半導体装置
の製造方法における水素を放出させて界面に該水素を含
ませる工程は２００℃以上の熱処理を含む。

【００２３】

【作用】本発明においては、多結晶シリコンの下方およ
び上方、側方のうち何れかに位置する、水素元素の含有
および放出能力を有する金属または合金材料、即ち、Ｔ
ｉ₂Ｃｕ、Ｔｉ₂Ｎｉ、ＬａＮｉ₅、ミッシュメタル、Ｍ
ｇ₂Ｎｉ、Ｍｇ₂Ｃｕ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉのうち少
なくとも１つの材料を含む薄膜層から活性水素を供給し
て固相拡散させ、この活性水素が多結晶シリコンの内部
および他の膜との界面に存在するダングリングボンドと
結合することにより、多結晶シリコンのバンド構造にお
ける禁制帯に存在するトラップ準位の状態密度が減少
し、ＴＦＴのリーク電流の低減および信頼性の向上が得
られ、かつ、従来のように保護膜の性能低下やプラズマ
によるダメージなどの好ましくない副作用が生じない。

【００２４】また、この合金または金属材料からなる薄
膜層は、ＴＦＴの遮光膜や電極として用いることで製造
工程の複雑化が軽減される。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００２６】（実施例１）図１は本発明の実施例１の半
導体装置におけるポリシリコンＴＦＴの断面図である。

【００２７】図１において、絶縁性基板としてのガラス
基板１１上に保護層としてのベースコート層１２を設
け、このベースコート層１２上にＴＦＴのソース領域１
３ａおよびドレイン領域１３ｂが設けられるとともに、
ソース領域１３ａとドレイン領域１３ｂの間にチャネル
領域である半導体層１３が設けられている。これらソー
ス領域１３ａおよびドレイン領域１３ｂ、半導体層１３
さらにベースコート層１２上にゲート絶縁膜１４が設け
られている。さらに、半導体層１３の上方のゲート絶縁
膜１４上にゲート電極１５が設けられ、その表面は陽極
酸化による酸化保護膜１５ａとされている。これらゲー
ト絶縁膜１４および酸化保護膜１５ａ上に層間絶縁膜１
６が設けられ、ソース領域１３ａおよびドレイン領域１
３ｂ上のゲート絶縁膜１４および層間絶縁膜１６にコン
タクトホールがそれぞれ設けられている。この層間絶縁
膜１６上には、ゲート絶縁膜１４および層間絶縁膜１６
に設けられたコンタクトホールを介してソース領域１３
ａに接続されるソース電極１７が設けられ、このソース
電極１７は、その下層の、水素を吸蔵させたＴｉ₂Ｃｕ
膜１７ａと、上層のアルミニウム層１７ｂよりなってい
る。また、ゲート絶縁膜１４および層間絶縁膜１６に設
けられたコンタクトホールを介してドレイン領域１３ｂ
に接続されるドレイン電極１８が設けられ、このドレイ
ン電極１８は、その下層の、水素を吸蔵させたＴｉ₂Ｃ
ｕ膜１７ａと、上層のアルミニウム層１７ｂよりなって
いる。これら層間絶縁膜１６、ソース電極１７およびド
レイン電極１８上にＴＦＴを保護する保護膜１９が設け
られている。

【００２８】以上により本実施例１の半導体装置におけ
るポリシリコンＴＦＴが構成され、以下のようにして製
造することができる。

【００２９】まず、絶縁性基板としてのガラス基板（７
０５９：コーニング社製）１１上に酸化シリコンのベー
スコート層１２を形成し、さらに、プラズマＣＶＤ法に
より、基板温度３５０℃で膜厚５０ｎｍのアモルファス
シリコン（Ｓｉ）膜を形成する。これに対して、４００
℃で脱水素のためのアニール処理を１時間程度行い、Ｋ
ｒＦ、ＸｅＣｌなどを用いたエキシマレーザーにより、
アモルファスＳｉを熔融再結晶化して多結晶シリコンと
し半導体層１３とした。この半導体層１３を島状のパタ
ーンにパターニングし、その上にゲート絶縁膜１４とな
る酸化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により約１００ｎ
ｍ成膜し、５５０℃で６時間アニールすることにより膜
の緻密化を行った。

【００３０】次に、半導体層１３の上方のゲート絶縁膜
１４上に、膜厚３００ｎｍ程度のアルミニウム膜をスパ
ッタリング法で成膜し、ドライエッチングを用いてパタ
ーニングしてゲート電極１５を形成し、その表面に陽極
酸化による酸化保護膜１５ａを約１００ｎｍの膜厚で形
成した。

【００３１】このゲート電極１５をマスクとしてゲート
電極１５から出た半導体層１３に、上方から自己整合的
に不純物元素（Ｎｃｈの場合はリン、Ｐｃｈの場合はボ
ロン）を１×１０¹⁵ｉｏｎ／ｃｍ²、４０ｋｅＶ程度で
イオン注入し、上方よりエキシマレーザーで照射し、活
性化を行うことによりＴＦＴのソース領域１３ａおよび
ドレイン領域１３ｂを形成した。

【００３２】さらに、プラズマＣＶＤ法により厚さ５０
０ｎｍ程度の酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜１６を
成膜し、ソース領域１３ａおよびドレイン領域１３ｂ上
の層間絶縁膜１６およびゲート絶縁膜１４にコンタクト
ホールを形成した。

【００３３】その後、層間絶縁膜１６およびそのコンタ
クトホール上に、膜厚１５０ｎｍ程度のＴｉ₂Ｃｕ膜１
７ａを成膜し、約５００ｋＰａの水素雰囲気中で約１時
間放置することにより、Ｔｉ₂Ｃｕ膜１７ａ中に水素を
吸蔵させた。さらに、その上に膜厚１５０ｎｍのアルミ
ニウム層１７ｂを成膜し、パターニングして、Ｔｉ₂Ｃ
ｕ層１７ａおよびアルミニウム層１７ｂの２層から成る
ソース電極１７およびドレイン電極１８を形成した。次
いで、さらに保護膜１９として、この上層にプラズマＣ
ＶＤ法により、窒化シリコン膜を成膜するが、このデポ
ジション前におよそ１０Ｐａの減圧下で約３０分間、３
００℃でアニールすることにより、Ｔｉ₂Ｃｕ膜１７ａ
から活性水素が放出される。この放出された水素は固相
拡散により、ゲート絶縁膜１４と多結晶シリコン膜であ
るソース領域１３ａおよびドレイン領域１３ｂとの界面
および多結晶シリコン膜中に入り、ダングリングボンド
を終端する。この水素化処理の後、基板温度３００℃で
窒化シリコン膜を形成し、ソース電極１７およびドレイ
ン電極１８のコンタクトホール（図示せず）を設け、Ｔ
ＦＴを完成させた。

【００３４】このように、ＴＦＴを構成する構成要素と
してのソース電極１７およびドレイン電極１８に、水素
元素の含有および放出能力を有する金属または合金材料
としてのＴｉ₂Ｃｕ膜１７ａを用いたため、Ｔｉ₂Ｃｕ膜
１７ａから活性水素を供給して、ゲート絶縁膜１４と多
結晶シリコン膜であるソース領域１３ａおよびドレイン
領域１３ｂとの界面および多結晶シリコン膜中に活性水
素が入り、ダングリングボンドを終端することができ、
従来生じていた保護膜としての特性劣化や損傷はなくな
る。

【００３５】なお、本実施例１では、５００ｋＭＰａ以
上の高圧水素雰囲気中にさらすことを含む工程で水素を
吸蔵し、２００℃以上の熱アニールを含む工程で吸蔵し
た水素を放出する材料として、Ｔｉ₂Ｃｕを一例に挙げ
たが、本発明はこれに限定されず、Ｔｉ₂Ｎｉ、ＬａＮ
ｉ₅、ミッシュメタル、Ｍｇ₂Ｎｉ、Ｍｇ₂Ｃｕ、Ｍｇ、
Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉなどのうち少なくとも何れかの材料を
用いても良く、その選択は、多結晶シリコン形成プロセ
ス条件により変動する多結晶シリコン膜およびこれとゲ
ート絶縁膜界面の欠陥状態に適合するものを実験的に求
めれば良い。

【００３６】（実施例２）図２は本発明の実施例２の半
導体装置におけるポリシリコンＴＦＴの断面図である。

【００３７】図２において、絶縁性基板としてのガラス
２１上に保護層としてのベースコート層２２が設けら
れ、このベースコート層２２上に水素を吸蔵させたＬａ
Ｎｉ₅膜の島状パターン３０を設けている。これらベー
スコート層２２および島状パターン３０上に層間絶縁膜
２２ａが設けられ、島状パターン３０の上方の層間絶縁
膜２２ａ上にＴＦＴのソース領域２３ａおよびドレイン
領域２３ｂが設けられるとともに、ソース領域２３ａと
ドレイン領域２３ｂの間にチャネル領域である半導体層
２３が設けられている。これらソース領域２３ａおよび
ドレイン領域２３ｂ、半導体層２３さらに層間絶縁膜２
２ａ上にゲート絶縁膜２４が設けられている。さらに、
半導体層２３の上方のゲート絶縁膜２４上にゲート電極
２５が設けられ、その表面は陽極酸化による酸化保護膜
２５ａとされている。これらゲート絶縁膜２４および酸
化保護膜２５ａ上に層間絶縁膜２６が設けられ、ソース
領域２３ａおよびドレイン領域２３ｂ上のゲート絶縁膜
２４および層間絶縁膜２６にコンタクトホールがそれぞ
れ設けられている。この層間絶縁膜２６上には、ゲート
絶縁膜２４および層間絶縁膜２６に設けられたコンタク
トホールを介してソース領域２３ａに接続されるソース
電極２７が設けられ、また、ゲート絶縁膜２４および層
間絶縁膜２６に設けられたコンタクトホールを介してド
レイン領域２３ｂに接続されるドレイン電極２８が設け
られている。これら層間絶縁膜２６、ソース電極２７お
よびドレイン電極２８上にＴＦＴを保護する保護膜２９
が設けられている。

【００３８】以上により本実施例２の半導体装置におけ
るポリシリコンＴＦＴが構成され、以下のようにして製
造することができる。

【００３９】まず、絶縁性基板としてのガラス基板（７
０５９：コーンング社製）２１上に酸化シリコンのベー
スコート層２２を形成し、その上にＬａＮｉ₅膜を１０
０ｎｍの膜厚でスパッタリング法で成膜し、ドライエッ
チング法により所望に形状にパターンニングして島状パ
ターン３０を形成した。この島状パターン３０は基板裏
面からの光を遮断する遮光膜としても機能する。これら
ベースコート層２２および島状パターン３０上に、層間
絶縁膜２２ａとして酸化シリコン膜を３００ｎｍの膜厚
で形成し、さらに、この層間絶縁膜２２ａ上に、プラズ
マＣＶＤ法により、基板温度３５０℃で膜厚５０ｎｍの
アモルファスシリコン膜を形成する。さらに、４００℃
で脱水素のためのアニール処理を１時間程度行い、Ｋｒ
Ｆ、ＸｅＣｌなどを用いたエキシマレーザにより、アモ
ルファスシリコンを熔融再結晶化して多結晶シリコンと
し半導体層２３とした。この半導体層２３を島状パター
ンにパターニングし、その上にゲート絶縁膜２４となる
酸化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により約１００ｎｍ
の膜厚で成膜し、５５０℃で６時間アニールすることに
より膜の緻密化を行った。

【００４０】次に、ゲート絶縁膜２４上に膜厚３００ｎ
ｍ程度のアルミニウム膜をスパッタリング法で成膜し、
ドライエッチングを用いてパターニングして半導体層２
３の上方にゲート電極２５を形成し、その表面に酸化保
護膜２５ａを形成した。

【００４１】このゲート電極２５をマスクとしてゲート
電極２５から出た半導体層２３に、その上方から自己整
合的に不純物元素（Ｎｃｈの場合はリン、Ｐｃｈの場合
はボロン）を１×１０¹⁵ｉｏｎ／ｃｍ²、４０ｋｅＶ程
度でイオン注入し、エキシマレーザの照射により活性化
を行い、ＴＦＴのソース領域２３ａおよびドレイン領域
２３ｂを形成した。

【００４２】さらに、約５００ｋＰａの水素雰囲気中で
約１時間放置することにより、酸化シリコン膜を通し
て、島状パターン３０のＬａＮｉ₅膜中に水素を吸蔵さ
せた。

【００４３】さらに、ゲート絶縁膜２４およびゲート電
極２５上に、プラズマＣＶＤ法により厚さ５００ｎｍ程
度の酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜２６を基板温度
３００℃で成膜するが、このデポジション前におよそ１
０Ｐａの減圧下で約３０分間、３００℃でアニールする
ことにより、島状パターン３０のＬａＮｉ₅膜から活性
水素が放出される。この放出された水素は上部の層間絶
縁膜２２ａを固相拡散により通って、多結晶シリコン膜
中および、ゲート絶縁膜２４と多結晶シリコン膜の界面
に入り、ダングリングボンドを終端する。この水素化処
理後、酸化シリコン膜の層間絶縁膜２６を成膜した。

【００４４】さらに、これらソース領域２３ａおよびド
レイン領域２３ｂ上のゲート絶縁膜２４および層間絶縁
膜２６にコンタクトホールを形成した後、層間絶縁膜２
６およびコンタクトホール上にチタンとアルミニウムか
らなる合金を成膜し、これをパターニングして、ソース
電極２７およびドレイン電極２８とする。さらに、保護
膜２９として、この上層にプラズマＣＶＤにより、基板
温度３００℃で窒化シリコン膜を形成し、さらに、この
窒化シリコン膜にソース電極２７およびドレイン電極２
８のコンタクトホール（図示せず）を設けてＴＦＴを完
成させた。

【００４５】このように、水素元素の含有および放出能
力を有する金属または合金材料としての島状パターン３
０のＬａＮｉ₅膜を、チャネル部である半導体層２３の
下方部に設けたため、そのＬａＮｉ₅膜から活性水素を
供給して、多結晶シリコン膜中および、ゲート絶縁膜２
４と多結晶シリコン膜の界面に活性水素が入り、ダング
リングボンドを終端することができ、従来生じていた保
護膜としての特性劣化や損傷はなくなる。

【００４６】なお、本実施例２では、５００ｋＰａ以上
の高圧水素雰囲気中にさらすことを含む工程で水素を吸
蔵し、２００℃以上の熱アニールを含む工程で吸蔵した
水素を放出する材料として、島状パターン３０のＬａＮ
ｉ₅を一例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、Ｔ
ｉ₂Ｃｕ、Ｔｉ₂Ｎｉ、ミッシュメタル、Ｍｇ₂Ｎｉ、Ｍ
ｇ₂Ｃｕ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉなどのうち少なくと
も何れかの材料を用いても良く、その選択は、多結晶シ
リコン形成プロセス条件により変動する多結晶シリコン
膜およびこれとゲート絶縁膜界面の欠陥状態に適合する
ものを実験的に求めれば良い。

【００４７】（実施例３）図３は本発明の実施例３の半
導体装置におけるポリシリコンＴＦＴの断面図である。

【００４８】図３において、絶縁性基板としてのガラス
３１上に保護層としてのベースコート層３２を設け、こ
のベースコート層３２上にＴＦＴのソース領域３３ａお
よびドレイン領域３３ｂが設けられるとともに、ソース
領域３３ａとドレイン領域３３ｂの間にチャネル層であ
る半導体層３３が設けられている。これらソース領域３
３ａおよびドレイン領域３３ｂ、半導体層３３さらにベ
ースコート層３２上にゲート絶縁膜３４が設けられてい
る。さらに、半導体層３３の上方のゲート絶縁膜３４上
にゲート電極３５が設けられ、ゲート電極３５は、水素
を供給するＴｉ₂Ｃｕ層３５ａとアルミニウム層３５ｂ
の２層からなっている。このゲート電極３５の表面は陽
極酸化による酸化保護膜３５ａとされている。これらゲ
ート絶縁膜３４および酸化保護膜３５ａ上に層間絶縁膜
３６が設けられ、ソース領域３３ａおよびドレイン領域
３３ｂ上のゲート絶縁膜３４および層間絶縁膜３６にコ
ンタクトホールが設けられている。この層間絶縁膜３６
上には、ゲート絶縁膜３４および層間絶縁膜３６に設け
られたコンタクトホールを介してソース領域３３ａに接
続されるソース電極３７が設けられ、また、ゲート絶縁
膜３４および層間絶縁膜３６に設けられたコンタクトホ
ールを介してドレイン領域３３ｂに接続されるドレイン
電極３８が設けられている。これら層間絶縁膜３６、ソ
ース電極３７およびドレイン電極３８上にＴＦＴを保護
する保護膜３９が設けられている。

【００４９】以上により本実施例３の半導体装置におけ
るポリシリコンＴＦＴが構成され、以下のようにして製
造することができる。

【００５０】まず、絶縁性基板としてのガラス基板（７
０５９：コーニング社製）３１上に酸化シリコンのベー
スコート層３２を形成し、さらに、このベースコート層
３２上に、プラズマＣＶＤ法により、基板温度３５０℃
で膜厚５０ｎｍのアモルファスシリコン膜を形成する。
さらに、４００℃で脱水素のためのアニール処理を１時
間程度行い、ＫｒＦ、ＸｅＣｌなどを用いたエキシマレ
ーザにより、アモルファスシリコンを熔融して再び結晶
化して多結晶シリコンとし半導体層３３とした。この半
導体層３３を島状のパターンにパターニングし、その上
にゲート絶縁膜３４となる酸化シリコン膜をプラズマＣ
ＶＤ法により約１００ｎｍの膜厚で成膜した。

【００５１】次に、この半導体層３３の上方のゲート絶
縁膜３４上に膜厚１５０ｎｍのＴｉ₂Ｃｕ膜３５ａを成
膜し、約５００ｋＰａの水素雰囲気中で約１時間放置す
ることにより、Ｔｉ₂Ｃｕ膜３５ａ中に水素を吸蔵させ
た。さらに、膜厚１５０ｎｍのアルミニウム膜３５ｂを
成膜し、これをドライエッチングを用いてパターニング
し、Ｔｉ₂Ｃｕ層３５ａおよびアルミニウム層３５ｂの
２層からなるゲート電極３５を形成し、その表面に陽極
酸化による酸化保護膜３５ｃを約５０ｎｍの膜厚で形成
した。

【００５２】このゲート電極３５をマスクとしてゲート
電極３５から出た半導体層３３上に、上方から自己整合
的に不純物元素（Ｎｃｈの場合はリン、Ｐｃｈの場合は
ボロン）を１×１０¹⁵ｉｏｎ／ｃｍ²、４０ｋｅＶ程度
でイオン注入し、上方よりエキシマレーザで照射し、活
性化を行うことによりＴＦＴのソース領域３３ａおよび
ドレイン領域３３ｂを形成した。

【００５３】さらに、ゲート絶縁膜３４上にプラズマＣ
ＶＤ法により厚さ５００ｎｍ程度の酸化シリコン膜から
なる層間絶縁膜３６を成膜するが、このデポジション前
におよそ１０Ｐａの減圧下で約３０分間、３００℃でア
ニールすることにより、Ｔｉ₂Ｃｕ膜３５ａから活性水
素が放出される。この放出された水素は、固相活性によ
り、下部のゲート絶縁膜３４を通って、ゲート絶縁膜３
４と半導体層３３の多結晶シリコン膜の界面および多結
晶シリコン膜中に入り、ダングリングボンドを終端す
る。この水素化処理の後、層間絶縁膜３６を形成し、ソ
ース領域３３ａおよびドレイン領域３３ｂ上のゲート絶
縁膜３４および層間絶縁膜３６にコンタクトホールを形
成した。

【００５４】その後、層間絶縁膜３６およびコンタクト
ホール上に、膜厚３００ｎｍ程度のチタンとアルミニウ
ムの合金膜を用いて、ソース電極３７およびドレイン電
極３８を形成した。さらに、保護膜３９として、この上
層にプラズマＣＶＤにより、基板温度３００℃を窒化シ
リコン膜を形成し、さらに、ソース電極３７およびドレ
イン電極３８のコンタクトホール（図示せず）を形成し
て、ＴＦＴを完成させた。

【００５５】このように、ＴＦＴを構成する構成要素と
してのゲート電極３５に、水素元素の含有および放出能
力を有する金属または合金材料としてのＴｉ₂Ｃｕ膜３
５ａを用いたため、Ｔｉ₂Ｃｕ膜３５ａから活性水素を
供給して、ゲート絶縁膜３４と半導体層３３の多結晶シ
リコン膜の界面および多結晶シリコン膜中に活性水素が
入り、ダングリングボンドを終端することができ、従来
生じていた保護膜としての特性劣化や損傷はなくなる。

【００５６】なお、本実施例３では、５００ｋＰａ以上
の高圧水素雰囲気中にさらすことを含む工程で水素を吸
蔵し、２００℃以上の熱アニールを含む工程で吸蔵した
水素を放出する材料として、Ｔｉ₂Ｃｕを例に挙げた
が、本発明はこれに限定されず、Ｔｉ₂Ｎｉ、ＬａＮ
ｉ₅、ミッシュメタル、Ｍｇ₂Ｎｉ、Ｍｇ₂Ｃｕ、Ｍｇ、
Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉなどの材料を用いても良く、その選択
は、多結晶シリコン形成プロセス条件により変動する多
結晶シリコン膜及びこれとゲート絶縁膜界面の欠陥状態
に適合するものを実験的に求めれば良い。

【００５７】したがって、上記実施例１〜３において、
多結晶シリコン内部及び他の膜との界面に生じるダング
リングボンドに結合する水素を、多結晶シリコンの下方
または上方または側方に位置する水素元素の含有および
放出能力を有する金属材料または合金材料の薄膜層から
供給し、固相拡散させて活性水素を多結晶シリコンの内
部および他の膜との界面に存在するダングリングボンド
と結合させることにより、多結晶シリコンのバンド構造
における禁制帯に存在するトラップ準位の状態密度が減
少し、ＴＦＴのリーク電流の低減および信頼性の向上が
得られ、かつ、保護膜から水素化を行うことや水素プラ
ズマ処理の必要はなくなり、従来生じていた保護膜の性
能低下やプラズマによるダメージなどの好ましくない副
作用は生じない。このとき、この水素含有および放出能
力を有する合金材料または金属材料からなる薄膜層は、
ポリシリコンＴＦＴの遮光膜や電極としても用いること
で工程の複雑化を軽減することができる。

【００５８】また、水素を含有させる工程は、水素元素
の含有および放出能力を有する金属または合金材料を形
成した後、５００ｋＰａ以上の水素圧力雰囲気中にさら
すことにより実施する。また、水素を放出させる工程は
２００℃以上の熱アニールを行うことで実施する。

【００５９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、多結晶シ
リコンを用いたＴＦＴにおいて、多結晶シリコン膜およ
びこれとゲート絶縁膜界面に生じるダングリングボンド
を、保護膜の劣化やプラズマ処理によるダメージを回避
しつつ、水素により終端できるため、従来のような保護
膜の特性劣化や損傷がなく、そのＴＦＴ特性は極めて優
れており、産業上与える効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の半導体装置におけるポリシ
リコンＴＦＴの断面図である。

【図２】本発明の実施例２の半導体装置におけるポリシ
リコンＴＦＴの断面図である。

【図３】本発明の実施例３の半導体装置におけるポリシ
リコンＴＦＴの断面図である。

【図４】従来の半導体装置におけるポリシリコンＴＦＴ
の断面図である。

【符号の説明】

１３，２３，３３ 半導体層 １３ａ，２３ａ，３３ａ ソース領域 １３ｂ，２３ｂ，３３ｂ ドレイン領域 １４，２４，３４ ゲート絶縁膜 １５，２５，３５ ゲート電極 １７，２７，３７ ソース電極 １７ａ，３５ａ Ｔｉ₂Ｃｕ膜 １７ｂ，３５ｂ アルミニウム層 １８，２８，３８ ドレイン電極 １９，２９，３９ 保護膜 ３０ ＬａＮｉ₅膜の島状パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７Ｇ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多結晶シリコンのソース領域とドレイン
   領域間の多結晶シリコンのチャネル部上方に、絶縁膜を
   介してゲート電極を形成し、該ソース領域に接続するソ
   ース電極を形成し、該ドレイン領域に接続するドレイン
   電極を形成した、該多結晶シリコンの上面および下面、
   側面のうち少なくとも何れかに絶縁膜との界面を有する
   薄膜トランジスタ上を保護する保護膜を形成した半導体
   装置の製造方法において、 該多結晶シリコンの下方または上方に、該薄膜トランジ
   スタの遮光膜であり、水素元素の含有および放出能力を
   有する金属または合金材料を形成する工程と、 該金属または合金材料に水素を含有させる工程と、 該金属または合金材料から水素を放出させて固相拡散さ
   せることにより、該多結晶シリコン中または該界面に該
   水素を含ませる工程とを有する半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記金属または合金材料を形成する工程
   は、スパッタリング法またはフラッシュ蒸着法により薄
   膜層として形成する請求項１記載の半導体装置の製造方
   法。
3. 【請求項３】 前記金属または合金材料に水素を含有さ
   せる工程は、該金属または合金材料を形成した後、５０
   ０ｋＰａ以上の水素圧力雰囲気中にさらすことにより水
   素を含有させる請求項１記載の半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記水素を放出させて前記界面に該水素
   を含ませる工程は、２００℃以上の熱処理を含む請求項
   １記載の半導体装置の製造方法。