JP3472220B2

JP3472220B2 - 薄膜トランジスタの作製方法

Info

Publication number: JP3472220B2
Application number: JP2000026875A
Authority: JP
Inventors: 徹高山; 宏勇張; 舜平山崎; 保彦竹村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2003-12-02
Anticipated expiration: 2018-12-02
Also published as: JP3472226B2; JP2000188404A; JP2000269135A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜状の絶縁ゲイ
ト型電界効果トランジスタ（薄膜トランジスタもしくは
ＴＦＴ）等の薄膜デバイスに用いられる結晶性半導体を
得る方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜状の絶縁ゲイト型電界効果ト
ランジスタ（ＴＦＴ）等の薄膜デバイスに用いられる結
晶性シリコン半導体薄膜は、プラズマＣＶＤ法や熱ＣＶ
Ｄ法で形成されたアモルファスシリコン膜を電気炉等の
装置の中で６００℃以上の温度で１２時間以上の長時間
にわたって結晶化させて作製された。特に十分な特性
（高い電解効果移動度や高い信頼性）を得るためにはよ
り長時間の熱処理が求められていた。

【０００３】

【発明が解決しようする課題】しかしながら、このよう
な従来の方法は多くの課題を抱えていた。１つはスルー
プットが低く、したがって、コストが高くなることであ
る。例えば、この結晶化工程に２４時間の時間を要する
ものとすると、基板１枚当たりの処理時間を２分とすれ
ば７２０枚の基板を同時に処理しなければならなかっ
た。しかしながら、例えば、通常使用される管状炉で
は、１度に処理できる基板の枚数は５０枚がせいぜい
で、１つの装置（反応管）だけを使用した場合には１枚
当たり３０分も時間がかかってしまった。すなわち、１
枚当たりの処理時間を２分とするには、反応管を１５本
も使用しなければならなかった。このことは投資規模が
拡大することと、その投資の減価償却が大きく、製品の
コストに跳ね返ることを意味していた。

【０００４】もう１つの問題は、熱処理の温度であっ
た。通常、ＴＦＴの作製に用いられる基板は石英ガラス
のような純粋な酸化珪素からなるものと、コーニング社
７０５９番（以下、コーニング７０５９という）のよう
な無アルカリのホウ珪酸ガラスに大別される。このう
ち、前者は、耐熱性が優れており、通常の半導体集積回
路のウェファープロセスと同じ取扱いができるため、温
度に関しては何ら問題がない。しかしながら、そのコス
トが高く、基板面積の増加と共に指数関数的に急激に増
大する。したがって、現在のところ、比較的小面積のＴ
ＦＴ集積回路にのみ使用されている。

【０００５】一方、無アルカリガラスは、石英に比べれ
ばコストは十分に低いが、耐熱性の点で問題があり、一
般に歪み点が５５０〜６５０℃程度、特に入手しやすい
材料では６００℃以下であるので、６００℃の熱処理で
は基板に不可逆的な収縮やソリという問題が生じた。特
に基板が対角１０インチを越えるような大きなものでは
顕著であった。以上のような理由から、シリコン半導体
膜の結晶化に関しては、５５０℃以下、４時間以内とい
う熱処理条件がコスト削減に不可欠とされていた。本発
明はこのような条件をクリアする半導体の作製方法およ
び、そのような半導体を用いた半導体装置の作製方法を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板に絶縁被
膜を形成する工程と、前記絶縁被膜をプラズマにさらす
工程と、前記工程後、前記絶縁被膜上にアモルファス状
態のシリコン膜を形成する工程と、前記シリコン膜を４
００℃〜６００℃で処理する工程を有することを特徴と
する。また、本発明は、基板上に絶縁被膜を形成する工
程と、前記絶縁被膜をマスク材によって選択的に被覆す
る工程と、基板をプラズマにさらす工程と、前記工程
後、前記絶縁被膜上にアモルファス状態のシリコン膜を
形成する工程と、前記シリコン膜を４００℃〜６００℃
で処理する工程と、前記シリコン膜を選択的にエッチン
グする工程とを有する。

【０００７】さらに、本発明は、薄膜トランジスタを作
製する工程において、基板上に絶縁被膜を形成する工程
と、前記絶縁被膜をマスク材によって選択的に被覆する
工程と、基板をプラズマにさらす工程と、前記工程後、
前記絶縁被膜上にアモルファス状態のシリコン膜を形成
する工程と、前記シリコン膜を４００℃〜６００℃で処
理する工程と、前記シリコン膜を選択的にエッチングす
る工程と、先にマスク材で被覆された部分を薄膜トラン
ジスタのチャネル形成領域とする工程とを有することを
特徴とする。

【０００８】本発明人は鋭意研究を重ねた上、上記課題
を解決する方法を見出した。本発明人は、基板上に、基
板からの不純物が半導体層に侵入するのを防止するため
の下地の絶縁層を形成した後、一度、プラズマ中にこの
絶縁層をさらし、その後にアモルファスシリコンを堆積
し、熱結晶化することによって、その後に堆積したシリ
コン半導体膜が著しく結晶化しやすくなることを発見し
た。

【０００９】これは以下のように説明される。従来、６
００℃程度の熱結晶化にかように長時間が要されたの
は、１つには結晶核の発生に時間がかかるためであっ
た。この時間のことを、本発明人は潜伏時間と呼ぶ。本
発明人の観察では、２４時間の結晶化工程のうち、最初
の６時間には全く核が形成されず、したがって、ほとん
どアモルファスの状態である。次の６時間の間に核が自
然に発生し、その後に結晶化が始まる。すなわち、従来
の方法では、６〜１２時間の潜伏時間を要していた。し
かしながら、このようにして発生した核は極めて無秩序
で、核の密度は場所によってさまざまであった。したが
って、極めて結晶化が進行している領域があるかと思え
ば、全く結晶化が見られない領域もあった。さらに、時
間を重ねると、この結晶化が見られなかった領域にも核
が発生し、あるいは、結晶化した領域が拡がって、次第
に基板全面が結晶化するようになる。このようにして、
基板全面が結晶化するには、さらに１２時間以上の時間
が必要であった。

【００１０】プラズマで下地の絶縁膜を処理すると結晶
核を発生させる触媒というべき物質が形成される。結晶
核を発生させる触媒とは、例えば、プラズマのダメージ
によって生じた電荷や欠陥、あるいはチャンバーや基板
を構成する材料の被着物等である。具体的には、ニッケ
ル、鉄、コバルト、白金という触媒作用を有する材料が
特に顕著に効果を有することが明らかになった。このよ
うな触媒によって、結晶核の発生が容易となり、潜伏時
間が短縮される。また、この触媒物質の量が多いと、結
晶核が多数発生する。このことは、例えば、プラズマの
処理時間を長くすると、得られる結晶の粒径が微細にな
り、結晶核の密度が高いことから推測される。

【００１１】さらに、注目すべきは結晶核の発生密度が
極めて均等であることである。このことは、本発明によ
って結晶化させたシリコン膜の表面を軽くエッチングし
て観察することによっても知ることができる。プラズマ
処理後にアモルファスシリコン膜を堆積し、５５０℃で
４時間の熱処理をおこなった試料を、フッ硝酸によっ
て、少しエッチングして、光学顕微鏡、電子顕微鏡等で
表面を観察すると、クレーターのような穴がほぼ等間隔
で出来ていることがわかる。この穴は、エッチングされ
やすい材料が存在していた箇所と考えられ、すなわち、
シリコン膜中の結晶核の密度を示すものである。したが
って、結晶核を発生させる触媒もこの穴と同じ密度（濃
度）で分布していたものと推測される。

【００１２】プラズマ処理は、特に平行平板型のプラズ
マ発生装置においておこなうと良好な結果が得られる。
また、平行平板型以外にも、例えば陽光柱放電を利用す
るチャンバーにおいても、基板に適当なバイアスを印加
することによって良好な結果が得られる。いずれの場合
にも、プラズマ発生のための電極にニッケル、鉄、コバ
ルトを用いていると良好な結果が得られた。さらに、プ
ラズマ処理の際には基板を１００〜５００℃に加熱する
と結晶化が容易であった。具体的には２００℃以上に加
熱することが好ましい。これは上記の触媒物質が高温で
得られやすいからである。

【００１３】なお、プラズマを発生させる雰囲気として
は、窒素、酸素、アルゴン、ネオン、クリプトンを含む
雰囲気で、これらの割合が１０体積％以上であった場合
には特に好ましい結果が得られ、これらのガスを希釈し
て用いる場合には水素もしくはヘリウムで希釈すること
が好ましかった。また、特に良好な結果が得られたシリ
コン膜は真性、または実質的に真性で、公知の２次イオ
ン質量分析（ＳＩＭＳ）法によって、異元素を分析した
ところ、炭素、酸素、窒素の濃度はいずれも１×１０¹⁹
ｃｍ^-3以下であった。

【００１４】本発明は下地絶縁膜の表面をプラズマ処理
するのであるが、一度、プラズマ処理した基板を大気に
さらすとゴミや水分等が付着し、これがシリコン膜の結
晶性に悪影響を与える。すなわち基板内のばらつきが大
きくなる。このような問題を避けるためには、閉ざされ
た系の中で成膜やプラズマ処理をおこない、少なくとも
プラズマ処理された基板を大気にさらすことなく連続的
にアモルファスシリコン膜の成膜がおこなえるような環
境とすることが必要である。さらには、プラズマ処理す
る前には基板または絶縁被膜の表面を十分に清浄な状態
にすることが好ましく、例えば、紫外線照射やオゾン処
理、もしくは紫外線照射とオゾン処理を組み合わせるこ
とによって、表面に存在する炭素や有機物等を除去する
ことが好ましい。

【００１５】

【実施例】〔実施例１〕本実施例は、コーニング７０
５９ガラス基板上の平面状のアモルファスシリコン膜を
結晶化させる方法について記述する。まず、基板上にＲ
Ｆスパッタ法によってによって、厚さ２０００Åの下地
酸化珪素膜を堆積した。そして、この酸化珪素膜を窒素
プラズマ中で処理した。プラズマ処理装置は平行平板型
の装置で、その概要を図１に示す。なお、電極にはニッ
ケル合金を用いた。チャンバー・・１１、ガス導入系・・１２、排気系・・
・１３ＲＦ電源・・・１４、電極・・１５、１６、基板・・・
・１７ＲＦプラズマ・・１８

【００１６】プラズマ処理の条件は以下の通りである。ＲＦパワー２０Ｗもしくは６０Ｗ反応ガス窒素（流量は１００ＳＣＣＭ）反応時間５分基板温度２００℃ 反応圧力１０Ｐａ（到達真空度は１０^-3Ｐａ以
下）

【００１７】その後、プラズマＣＶＤ法によって厚さ１
５００Åのアモルファスシリコン膜を形成した。そし
て、４３０℃で１時間、水素出しをおこなった後、５０
０〜５８０℃で、１０分〜８時間の固相成長をおこなっ
た。

【００１８】なお、例えば、図５に示すような２つ以上
のチャンバーを有する装置において、上記の工程を連続
的におこなってもよい。特に上記の方法では、下地酸化
珪素膜をプラズマ処理した後、一度、大気にさらしてか
らアモルファスシリコンの成膜をおこなう。本発明は表
面の状態に敏感なものであるので、大気にさらされてい
る際に、ゴミなどが基板に付着すると得られる結晶性シ
リコン膜の特性にばらつきを生じさせる原因となる。

【００１９】図５の装置について簡単に説明すると、チ
ャンバー５０１はスパッタ装置であり、２つの電極（サ
ンプルホルダー）５０２と５０３（バッキングプレー
ト）にＲＦ電源５０４より電力を供給してプラズマを発
生させる。それぞれの電極の上には、試料の基板５０６
とターゲット５０５が置かれてあり、この場合、ターゲ
ットは酸化珪素である。このチャンバーには、酸素／ア
ルゴンの混合ガスを導入するガス系５０７と窒素ガスを
導入するガス系５０８が設けられ、酸化珪素の成膜中に
は前者より、また、プラズマ処理中には後者よりガスが
供給される。５０９は排気系である。

【００２０】チャンバー５２１は平行平板型プラズマＣ
ＶＤ装置であり、２つの電極５２２と５２３にＲＦ電源
５２４より電力を供給してプラズマを発生させる。電極
５２２の上には、試料の基板５２５が置かれてある。こ
のチャンバーには、シラン／水素の混合ガスを導入する
ガス系５２６が設けられ、プラズマ反応によって生成し
た被膜が基板５２５上に形成される。図には示されてい
ないが、これらのチャンバーにおいては基板が適当な温
度にまで加熱される機構となっている。この２つのプラ
ズマチャンバーの間には、予備室５１０が設けられ、そ
の中には基板５１１が置かれている。

【００２１】図５の装置では、チャンバー５０１で酸化
珪素のスパッタ成膜を終了した後、チャンバー内の雰囲
気を窒素にして、引き続き窒素プラズマ処理とする。こ
のときには酸化珪素のターゲットが存在していると、ス
パッタリングによってさらに酸化珪素膜が堆積すること
となる。この問題を避けるためには、ＲＦパワーを低く
するか、酸化珪素ターゲットがプラズマに触れないよう
にすればよい。幸いなことに、スパッタリングに必要な
ＲＦパワーは１００Ｗ以上であるのに対し、後で述べる
が、プラズマ処理に最適なパワーは６０Ｗ以下、好まし
くは２０Ｗであるので、窒素プラズマ処理中に酸化珪素
の堆積が生じることはほとんどなかった。しかし、より
安全を期すためには、酸化珪素成膜用のチャンバーとプ
ラズマ処理用のチャンバーとアモルファスシリコン用の
チャンバーをそれぞれ独立に設けることである。このよ
うにして成膜したアモルファスシリコン膜も上記の条件
で固相結晶化される。

【００２２】固相結晶成長終了後、Ａｒ⁺レーザーラマ
ン法によって、結晶化の度合いを評価した。その結果を
図６、図７に示す。いずれも縦軸は標準試料（シリコン
単結晶）のラマンピークの強度を１としたときの相対強
度である。プラズマ処理をおこなわなかった試料では５
８０℃以下、８時間以内ではいかなる結晶化もなかっ
た。しかしながら、プラズマ処理をおこなった試料で
は、ＲＦパワーが２０Ｗのものでも６０Ｗのものでもい
ずれも結晶化したことが観察された。

【００２３】注意深く観察すると結晶化の進行はＲＦパ
ワーに依存することがわかる。すなわち、低パワー（２
０Ｗ）では、比較的結晶化は進行しにくい。５５０℃で
結晶化するには少なくとも１時間アニールすることが必
要である。すなわち、潜伏時間は１時間である。しか
し、その後は急激に結晶化が進行し、２時間のアニール
でほぼ飽和状態となる。ラマンのピークは標準試料であ
るシリコン単結晶のものと同程度にまで結晶化が進行し
たことが分かる。

【００２４】一方、高パワー（６０Ｗ）のものでは、比
較的結晶化しやすい。例えば、４時間のアニールでは、
既に４８０℃で結晶化が観察され、５５０℃のアニール
でも１０分で結晶化（潜伏時間１０分）し、１時間で飽
和状態となることがわかる。しかし、結晶化の度合いは
低く、ラマン強度は低パワー（２０Ｗ）のものの７０％
弱である。

【００２５】この相違は結晶核発生密度の相違として説
明できる。すなわち、低パワーの条件では触媒物質の濃
度が低いため核の密度が低い。そのため、結晶化温度は
高く、かつ、時間も長くなる。しかし、核の密度が小さ
いために結晶性が良好であり、ラマン強度は強い。一
方、高パワーの条件では触媒物質の濃度が高く、核の密
度も高いために結晶化しやすい。しかし、そのために他
の核の妨害も受けやすく、結晶性は良くない。しかし、
いずれの場合もプラズマ処理をおこなわなかった場合に
比較すると低温で短時間の結晶化を達成することができ
た。これがプラズマ処理の効果であることは明らかであ
る。本実施例では、触媒物質の濃度を制御する方法とし
て、ＲＦパワーを制御する場合を取り上げたが、その他
にプラズマ処理時の圧力やガスの種類、成分、試料の温
度、処理時間等の要素も重要な制御項目である。

【００２６】〔実施例２〕本実施例はプラズマによる
下地酸化膜の処理を選択的におこなうことによって、選
択的に結晶化をおこなう方法に関するものである。図２
にその方法を示す。基板（コーニング７０５９）２１上
に厚さ２０００Åの酸化珪素膜２２をスパッタ法によっ
て形成し、さらに、耐熱性フォトレジスト２４をスピン
コートし、これをパターニングした。そして、この基板
を実施例１と同様に窒素プラズマ中にさらし、下地酸化
膜の露出した部分２３をプラズマ処理した。プラズマ処
理の条件としてはＲＦパワーを６０Ｗとした以外は実施
例１と同一の条件とした。（図２（Ａ））

【００２７】このとき、基板は２００℃以上の温度に保
持されるので、マスク材としては、少なくともそれに耐
えるだけの耐熱性があることが望まれる。また、マスク
材は除去する際に、プラズマを使用しないで除去できる
ことが望ましい。マスク材として耐熱性のフォトレジス
トを用いることは、これらの点で好ましい。また、窒化
チタン、酸化珪素、窒化珪素等の無機材料も使用でき
る。

【００２８】その後、減圧ＣＶＤ法によって、厚さ１５
００Åのアモルファスシリコン膜２５を堆積し、続い
て、５５０℃で４時間のアニールをおこない、結晶化を
おこなった。この結果、先のプラズマ処理の際にマスク
材で覆われていなかった部分を中心として結晶化が進行
し、結晶性シリコン２６が観察された。この結晶性シリ
コンは、マスク材で覆われた部分へも拡大し、約５μｍ
程度進行した。それ以外のマスク材で覆われていた領域
では結晶化は観察されなかった。

【００２９】注目すべきことは、プラズマ処理をおこな
った箇所とその周辺の５μｍの箇所の結晶性を比較した
際に、後者の方が前者よりも良好な結晶性が得られたと
いうことであった。これは前者では、複数の核が独立に
結晶を成長させ、それらが衝突して結晶成長を制約する
のに対し、後者には核がなく、結晶成長の方向が１方向
であり、いかなる結晶成長の制約も無いからである。

【００３０】〔実施例３〕本実施例は、特に高移動度
のＴＦＴを得るために、プラズマ処理を選択的におこな
った場合である。具体的にはＴＦＴのチャネル形成領域
（島状半導体領域のソースとドレインの中間の領域で、
ゲイト電極の下に存在する領域）を作製する部分にのみ
マスク材を形成し、プラズマが当たらないようにしたも
のである。ただし、実施例２にも示したように、結晶化
が進行する領域は、アニール温度・時間にも依存する
が、数〜１０μｍであるので、チャネル長、チャネル幅
がいずれも大きなものは適当でない。

【００３１】プラズマ処理では、プラズマの衝撃によっ
て下地の酸化珪素表面に欠陥が生じ、また、様々な被着
物が付着する。このような欠陥・被着物の一部は、本発
明の結晶核を発生させる触媒となる一方、ＴＦＴのチャ
ネル形成領域に存在するとリーク電流の原因となる。ま
た、高い移動度を得んとすれば結晶性が良好なものが好
ましく、実施例２に示したように、プラズマ処理された
部分よりも、その周辺の方が良好である。図３を用いて
本実施例の工程を説明する。

【００３２】基板（コーニング７０５９）３０上に酸化
珪素の下地膜３１（厚さ２０００Å）をスパッタ法によ
って形成した。そして、耐熱性フォトレジストを用いて
マスク３２Ａ、３２Ｂを形成した。マスクの大きさはチ
ャネルの大きさと同じで、いずれも５μｍ×１５μｍと
した。あるいはこのマスクのパターニングにはゲイト配
線のパターニングを用いてもよい。後で示すようにアモ
ルファスシリコン膜をパターニングしてから結晶化をお
こなうので、同じ効果が得られる。そして、基板をプラ
ズマ３３中に置き、図３（Ａ）に示すようにプラズマ処
理をおこなった。用いたプラズマ処理装置は実施例１と
同じである。処理条件は以下の通り。ＲＦパワー６０Ｗ反応ガス窒素（流量は１００ＳＣＣＭ）反応時間５分基板温度２００℃ 反応圧力１０Ｐａ（到達真空度は１０^-3Ｐａ以
下）

【００３３】プラズマ処理後、マスク３２Ａ、３２Ｂは
除去した。その後、減圧ＣＶＤ法によってアモルファス
シリコン膜を厚さ１５００Å形成した。原料ガスとして
はモノシラン（ＳｉＨ₄）を用いた。さらに、連続的に
５５０℃で４時間アニールをおこない、結晶化を進行さ
せた。次に、これをパターニングして、島状シリコン領
域３４Ａ、３４Ｂを形成した。さらに、プラズマＣＶＤ
法によってゲイト絶縁膜として厚さ１０００Åの酸化珪
素膜３５を形成した。原料ガスはＴＥＯＳ（テトラ・エ
トキシ・シラン）と酸素を用いた。そして、Ｎ型のポリ
シリコンを減圧ＣＶＤ法によって堆積し、これをパター
ニングしてゲイト配線・電極３６Ａ、３６Ｂを形成し
た。（図３（Ｂ））

【００３４】次に、プラズマドーピング法によって不純
物ドープをおこなった。ドーピングガスとしては、Ｎ型
にはフォスフィン（ＰＨ₃）を、Ｐ型にはジボラン（Ｂ
₂Ｈ₆）を用いた。加速電圧は、フォスフィンは８０ｋ
ｅＶ、ジボランは６５ｋｅＶとした。さらに５５０℃で
４時間アニールすることによって、不純物の活性化をお
こない、不純物領域３７を形成した。活性化にはレーザ
ーアニールもしくはフラッシュランプアニールのような
光エネルギーを使用する方法も用いることができる。
（図３（Ｃ））

【００３５】最後に、通常のＴＦＴ作製と同様に層間絶
縁物３８として、厚さ５０００Åの酸化珪素膜を堆積
し、これにコンタクトホールを形成してソース領域、ド
レイン領域に配線・電極３９Ａ、３９Ｂを形成した。
（図３（Ｄ））出来上がったＴＦＴ回路を上方から見た図を図３（Ｅ）
に示す。図の一点鎖線の断面が図３（Ａ）〜（Ｄ）であ
る。得られたＴＦＴの電解効果移動度はＮチャネル型で
４０〜６０ｃｍ²／Ｖｓ、Ｐチャネル型で３０〜５０ｃ
ｍ²／Ｖｓであった。

【００３６】〔実施例４〕本実施例は、アルミニウム
ゲイトのＴＦＴ作製を本発明を用いておこなった場合で
ある。図４を用いて本実施例の工程を説明する。基板
（コーニング７０５９）４０上に酸化珪素の下地膜４１
（厚さ２０００Å）をスパッタ法によって形成した。そ
して、基板をプラズマ４２中に置き、図４（Ａ）に示す
ようにプラズマ処理をおこなった。もちいたプラズマ処
理装置は実施例１と同じものである。処理条件は以下の
通り。ＲＦパワー２０Ｗ反応ガスアルゴン（流量は１００ＳＣＣＭ）反応時間５分基板温度２００℃ 反応圧力１０Ｐａ（到達真空度は１０^-3Ｐａ以
下）

【００３７】その後、減圧ＣＶＤ法によってアモルファ
スシリコン膜４３を厚さ１５００Å形成した。原料ガス
としてはモノシラン（ＳｉＨ₄）を用いた。さらに、５
５０℃で４時間アニールをおこない、結晶化を進行させ
た。（図４（Ｂ））そして、これをパターニングして、島状シリコン領域４
４を形成した。さらに、プラズマＣＶＤ法によってゲイ
ト絶縁膜として厚さ１０００Åの酸化珪素膜４５を形成
した。原料ガスはＴＥＯＳ（テトラ・エトキシ・シラ
ン）と酸素を用いた。そして、１％のシリコンを含むア
ルミニウム膜（厚さ５０００Å）をスパッタ法によって
堆積し、これをパターニングしてゲイト配線・電極４６
を形成した。（図４（Ｃ））

【００３８】次に、基板を３％の酒石酸のエチレングリ
コール溶液に浸し、白金を陰極として、アルミニウム配
線４６を陽極とし、これに電流を流して陽極酸化をおこ
なった。電流は最初は、２Ｖ／分で電圧が上昇するよう
に印加し、２２０Ｖに達したところで電圧を一定とし、
電流が１０μＡ／ｍ²以下になったところで電流を停止
した。この結果、厚さ２０００Åの陽極酸化物４７が形
成された。（図４（Ｄ））

【００３９】次に、プラズマドーピング法によって不純
物ドープをおこなった。ドーピングガスとしては、Ｎ型
にはフォスフィン（ＰＨ₃）を、Ｐ型にはジボラン（Ｂ
₂Ｈ₆）を用いた。加速電圧は、フォスフィンは８０ｋ
ｅＶ、ジボランは６５ｋｅＶとした。さらにこれをレー
ザーアニールすることによって、不純物の活性化をおこ
ない、不純物領域４８を形成した。使用したレーザー
は、ＫｒＦレーザー（波長２４８ｎｍ）で、２５０〜３
００ｍＪ／ｃｍ²のエネルギー密度のレーザー光を５シ
ョット照射した。（図４（Ｅ））

【００４０】最後に、通常のＴＦＴ作製と同様に層間絶
縁物４９として、厚さ５０００Åの酸化珪素膜を堆積
し、これにコンタクトホールを形成してソース領域、ド
レイン領域に配線・電極５０Ａ、５０Ｂを形成した。
（図３（Ｆ））得られたＴＦＴの電解効果移動度はＮチャネル型で４０
〜６０ｃｍ²／Ｖｓ、Ｐチャネル型で３０〜５０ｃｍ²
／Ｖｓであった。また、このＴＦＴを用いて作製された
シフトレジスタではドレイン電圧１７Ｖで６ＭＨｚ、２
０Ｖで１１ＭＨｚでの動作が確認された。

【００４１】

【発明の効果】以上、述べたように、本発明はアモルフ
ァスシリコン結晶化の低温化、短時間化を促進するとい
う意味で画期的なものであり、また、そのための設備、
装置、手法は極めて一般的で、かつ量産性に優れたもの
であるので、産業にもたらす利益は図りしえないもので
ある。

【００４２】例えば、従来の固相成長法においては、少
なくとも２４時間のアニールが必要とされたために、１
枚当たりの基板処理時間を２分とすれば、アニール炉は
１５本も必要とされたのであるが、本発明によって、４
時間以内に短縮することができたので、アニール炉の数
を１／６以下に削減することができる。このことによる
生産性の向上、設備投資額の削減は、基板処理コストの
低下につながり、ひいてはＴＦＴ価格の低下とそれによ
る新規需要の喚起につながるものである。このように本
発明は工業上、有益であり、特許されるにふさわしいも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する装置の例を示す。（実施
例１参照）

【図２】実施例２の工程を示す。（選択的に結晶化
する例）

【図３】実施例３によるＴＦＴの作製工程図（断面
図）を示す。

【図４】実施例４によるＴＦＴの作製工程図（断面
図）を示す。

【図５】本発明を実施する装置の例を示す。（実施
例１参照）

【図６】実施例１によってえられたシリコン膜のラ
マン散乱強度のアニール時間依存性を示す。（ピーク比
は、標準試料（単結晶シリコン）のラマン散乱強度を１
としたときの相対強度）

【図７】実施例１によってえられたシリコン膜のラ
マン散乱強度のアニール温度依存性を示す。（ピーク比
は、標準試料（単結晶シリコン）のラマン散乱強度を１
としたときの相対強度）

【符号の説明】

１１・・・チャンバー１２・・・ガス導
入系１３・・・排気系１４・・・ＲＦ電
源１５、１６・・・電極１７・・・基板
（試料）１８・・・ＲＦプラズマ２１・・・基板２２・・・下地酸
化珪素膜２３・・・プラズマ処理された面２４・・・マスク
材２５・・・アモルファスシリコン膜２６・・・結晶化
シリコン膜２７・・・結晶化していないシリコン膜３０・・・基板３１・・・下地酸
化珪素膜３２・・・マスク材３３・・・プラズ
マ３４・・・結晶性シリコン領域３５・・・ゲイト
絶縁膜（酸化珪素）３６・・・ゲイト電極（Ｎ型シリコン）３７・・・不純物領域（ソース、ドレイン）３８・・・層間絶縁物３９・・・ソース
電極、ドレイン電極４０・・・基板４１・・・下地酸
化珪素膜４２・・・プラズマ４３・・・アモル
ファスシリコン領域４４・・・結晶性シリコン領域４５・・・ゲイト
絶縁膜（酸化珪素）４６・・・ゲイト電極（アルミニウム）４７・・・陽極酸化物（酸化アルミニウム）４８・・・不純物領域（ソース、ドレイン）４９・・・層間絶縁物５０・・・ソース
電極、ドレイン電極５０１・・・スパッタチャンバー５０２・・・電極
（試料側）５０３・・・電極（ターゲット側）５０４・・・ＲＦ
電源５０５・・・ターゲット５０６・・・試料
（基板）５０７・・・ガス（酸素／Ａｒ）系５０８・・・ガス
（窒素）系５０９・・・排気系５１０・・・予備
室５１１・・・試料（基板）５２１・・・プラ
ズマＣＶＤチャンバー５２２・・・電極（試料側）５２３・・・電極
（対向側）５２４・・・ＲＦ電源５２５・・・試料
（基板）５２６・・・ガス（シラン／水素）系５２７・・・
排気系

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 21/336 H01L 21/20 H01L 21/205

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】チャネル形成領域、ソース領域およびドレ
イン領域を有する薄膜トランジスタの作製方法であっ
て、基板上に絶縁被膜を形成し、前記絶縁被膜をプラズマ処理することにより、結晶核を
発生させる触媒物質を形成し、前記絶縁被膜上にアモルファスシリコン膜を形成し、加熱により前記アモルファスシリコン膜を結晶化させ、
結晶性半導体膜とし、前記結晶性半導体膜のソース領域およびドレイン領域に
リンを導入した後、熱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２】チャネル形成領域、ソース領域およびドレ
イン領域を有する薄膜トランジスタの作製方法であっ
て、基板上に絶縁被膜を形成し、前記絶縁被膜をマスク材によって選択的に覆い、前記マスク材によって覆われていない絶縁被膜をプラズ
マ処理することにより、結晶核を発生させる触媒物質を
形成し、前記絶縁被膜上にアモルファスシリコン膜を形成し、加熱により前記アモルファスシリコン膜を前記結晶核が
発生した部分から一方向に結晶化させ、結晶性半導体膜
とし、前記結晶性半導体膜のソース領域およびドレイン領域に
リンを導入した後、熱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３】チャネル形成領域、ソース領域およびドレ
イン領域を有する薄膜トランジスタの作製方法であっ
て、基板上に絶縁被膜を形成し、前記絶縁被膜をマスク材によって選択的に覆い、前記マスク材によって覆われていない絶縁被膜をプラズ
マ処理することにより、結晶核を発生させる触媒物質を
形成し、前記絶縁被膜上にアモルファスシリコン膜を形成し、加熱により前記アモルファスシリコン膜を前記結晶核が
発生した部分から他の部分へ水平に結晶化させ、結晶性
半導体膜とし、前記結晶性半導体膜のソース領域およびドレイン領域に
リンを導入した後、熱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４】前記熱アニールは、５５０℃で４時間行わ
れることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記
載の薄膜トランジスタの作製方法。