JP3600890B2

JP3600890B2 - 絶縁ゲイト型トランジスタの作製方法

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Publication number: JP3600890B2
Application number: JP2000338042A
Authority: JP
Inventors: 宏勇張; 直明山口; 保彦竹村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2000-11-06
Filing date: 2000-11-06
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: JP2001185736A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス等の絶縁材料、あるいは珪素ウェハー上に酸化珪素等の絶縁被膜を形成した材料等の絶縁表面上に形成される絶縁ゲイト型トランジスタ（ＴＦＴ）およびその作製方法に関する。本発明は、特にガラス転移点（歪み温度、歪み点とも言う）が７５０℃以下のガラス基板上に形成されるＴＦＴに有効である。本発明による半導体装置は、液晶ディスプレー等のアクティブマトリクスやイメージセンサー等の駆動回路、あるいは３次元集積回路に使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、アクティブマトリクス型の液晶表示装置やイメージセンサー等の駆動の目的で、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を形成することが広く知られている。特に、最近は、高速動作の必要から、非晶質珪素を活性層に用いた非晶質珪素ＴＦＴにかわって、より電界移動度の高い結晶珪素ＴＦＴが開発されている。しかしながら、より高度な特性と高い耐久性が必要とされるようになると、半導体集積回路技術で利用されるような高抵抗領域（不純物の添加のないオフセットゲートを有するドレインもしくは低不純物濃度ドレイン（ＬＤＤ））を有することが必要とされた。しかしながら、公知の半導体集積回路技術とは異なって、ＴＦＴには解決すべき問題が多くあった。特に、素子が絶縁表面上に形成され、反応性イオン異方性エッチングが十分できないため、微細なパターンができないという大きな制約があった。
【０００３】
図３には、現在まで用いられているＨＲＤを作製する代表的なプロセスの断面図を示す。まず、基板３０１上に下地膜３０２を形成し、活性層を結晶珪素３０３によって形成する。そして、この活性層上に酸化珪素等の材料によって絶縁被膜３０４を形成する（図３（Ａ））。
【０００４】
次に、ゲイト電極３０５が多結晶珪素（燐等の不純物がンドーピングされている）やタンタル、チタン、アルミニウム等で形成される。さらに、このゲイト電極をマスクとして、イオンドーピング等の手段によって不純物元素（リンやホウ素）を導入し、自己整合的にドーピング量の少ない高抵抗領域（ＨＲＤ）３０６、３０７が活性層３０３に形成される。不純物が導入されなかったゲイト電極の下の活性層領域はチャネル形成領域となる（図３（Ｂ））。
【０００５】
そして、レーザーもしくはフラッシュランプ等の熱源によって、ドーピングされた不純物の活性化がおこなわれる。次に、プラズマＣＶＤ、ＡＰＣＶＤ等の手段によって酸化珪素等の絶縁膜３０８を形成（図３（Ｃ））し、これを異方性エッチングすることによって、ゲイト電極の側面に隣接して側壁３０９を形成する（図３（Ｄ））。
そして、再び、イオンドーピング等の手段によって不純物元素を導入し、ゲイト電極３０５および側壁３０９をマスクとして自己整合的に十分な高濃度の不純物領域（低抵抗不純物領域、ソース／ドレイン領域）３１０、３１１が活性層３０３に形成される。すなわち、２回の独立した不純物のドレインへの注入がおこなわれ、それぞれの注入工程の間には、異方性エッチングの工程が存在する（図３（Ｅ））。
【０００６】
そして、レーザーもしくはフラッシュランプ等の熱源によって、ドーピングされた不純物の活性化がおこなわれる。最後に、層間絶縁物３１２を形成し、さらに、層間絶縁物を通して、ソース／ドレイン領域にコンタクトホールを形成し、アルミニウム等の金属材料によって、ソース／ドレインに接続する配線・電極３１３、３１４を形成する（図３（Ｆ））。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上の方法は従来の半導体集積回路におけるＬＤＤ作製プロセスをそのまま踏襲したものであって、ガラス基板上のＴＦＴ作製プロセスにはそのまま適用することの困難な工程や、あるいは生産性の面で好ましくない工程がある。
【０００８】
第１には不純物注入工程、およびレーザー照射等による不純物の活性化が少なくとも２度必要な点である。しかも、これらの工程の間には、例えば、異方性エッチングのような工程が間に存在し、その度に基板を真空チャンバーから取り出す必要があった。このため生産性が低下した。特に、不純物の活性化については、従来の半導体集積回路においては不純物元素の活性化は熱アニールによっておこなわれていたため、不純物の活性化は不純物導入が全て終了してから（すなわち、図３（Ｅ）の工程が終了してから）まとめておこなわれた。
【０００９】
しかしながら、特にガラス基板上のＴＦＴにおいては、基板の温度制約から熱アニールをおこなうことは難しく、いきおい、レーザーアニール、フラッシュランプアニール（ＲＴＡあるいはＲＴＰ）に頼らざるをえない。しかしながら、これらの手法は被照射面が選択的にアニールされるため、例えば、側壁３０９の下の部分はアニールされない。したがって、不純物ドーピングの度にアニールが必要となる。
【００１０】
第２は側壁の形成の困難さである。絶縁膜３０８の厚さは０．５〜２μｍもある。通常、基板上に設けられる下地膜３０２の厚さは１０００〜３０００Åであるので、このエッチング工程において誤って、下地膜をエッチングしてしまって、基板が露出することがよくあり、歩留りが低下した。ＴＦＴの作製に用いられる基板は珪素半導体にとって有害な元素が多く含まれているので、基板まで達するオーバーエッチは、極力避けることが必要とされた。また、側壁の幅を均一に仕上げることも難しいことであった。これは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のプラズマドライエッチングの際に、半導体集積回路で用いられる珪素基板とは異なって、基板表面が絶縁性であるためにプラズマの微妙な制御が困難であったからである。
【００１１】
高抵抗ドレインは高抵抗であるので、その幅を可能な限り狭くする必要があるが、上記のばらつきによって量産化が困難であり、この工程において、自己整合的（すなわち、フォリソグラフィー法を用いることなく位置を決める）プロセスをいかに制御しやすくおこなうかが課題であった。
【００１２】
本発明は、上記のような問題を解決し、よりプロセスを簡略化して、高抵抗不純物領域を形成する方法およびそのようにして形成された高抵抗領域（高抵抗ドレイン、ＨＲＤ）を有するＴＦＴに関する。ここで、高抵抗ドレイン（ＨＲＤ）とは、低不純物濃度にして高抵抗化したドレインに加えて、不純物濃度に関わらず、炭素、酸素、窒素等を添加して不純物の活性化を妨げて、結果として高抵抗化したドレインのことも含む。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
高抵抗領域を形成するうえで、本発明ではゲイト電極の陽極酸化等の手段によって形成された酸化物層を積極的に用いることを特徴とする。特に陽極酸化物はその厚さの制御が精密におこなえ、また、その厚さも１０００Å以下の薄いものから５０００Å以上の厚いものまで幅広く、しかも均一に形成できるという特徴を有しているため、従来の異方性エッチングによる側壁に代替する材料として好ましい。
【００１４】
特に、いわゆるバリヤ型の陽極酸化物はフッ酸系のエッチャントでなければエッチングされないのに対し、多孔質型の陽極酸化物は燐酸等のエッチャントによって選択的にエッチングされる。このため、ＴＦＴを構成する他の材料、例えば、珪素、酸化珪素には何らダメージ（損傷）を与えることなく、処理することができるのが特徴である。また、バリヤ型、多孔質型とも陽極酸化物はドライエッチングでは極めてエッチングされにくい。特に、酸化珪素とのエッチングにおいては選択比が十分に大きいことも特徴である。
本発明は、以下のような作製工程によってＴＦＴ作製することを特徴とし、この工程を採用することによって、より一層、確実にＨＲＤを構成し、また、量産性を向上させることができる。
【００１５】
図１は本発明の基本的な工程を示している。まず、基板１０１上に下地絶縁膜１０２を形成し、さらに活性層１０３を結晶性半導体（本発明では単結晶、多結晶、セミアモルファス等、結晶が少しでも混在している半導体を結晶性半導体という）によって形成する。そして、これを覆って酸化珪素等の材料によって絶縁膜１０４を形成し、さらに陽極酸化可能な材料によって被膜を形成する。この被膜の材料としては、陽極酸化の可能なアルミニウム、タンタル、チタン、珪素等が好ましい。本発明では、これらの材料を単独で使用した単層構造のゲイト電極を用いてもよいし、これらを２層以上重ねた多層構造のゲイト電極としてもよい。例えば、アルミニウム上に珪化チタンを重ねた２層構造や窒化チタン上にアルミニウムを重ねた２層構造である。各々の層の厚さは必要とされる素子特性に応じて実施者が決定すればよい。
【００１６】
さらにその被膜を覆って、陽極酸化においてマスクとなる膜を形成し、この両者を同時にパターニング、エッチングして、ゲイト電極１０５とその上のマスク膜１０６を形成する。このマスク膜の材料としては通常のフォトリソグラフィー工程で用いられるフォトレジスト、あるいは感光性ポリイミド、もしくは通常のポリイミドでエッチングの可能なものを使用すればよい（図１（Ａ））。
【００１７】
次に、ゲイト電極１０５に電解溶液中で電流を印加することによってゲイト電極の側面に多孔質の陽極酸化物１０７を形成する。この陽極酸化工程は、３〜２０％のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性の水溶液を用いておこなう。この場合には、５〜３０Ｖ程度の低電圧で０．５μｍ以上の厚い陽極酸化物を形成することができる（図１（Ｂ））。
【００１８】
そして、ドライエッチング法、ウェットエッチング法等によって絶縁膜１０４をエッチングする。このエッチング深さは任意であり、下に存在する活性層が露出するまでエッチングをおこなっても、その途中でとめてもよい。しかし、量産性・歩留り・均一性の観点からは、活性層に至るまでエッチングすることが望ましい。この際には陽極酸化物１０７およびゲイト電極１０５に覆われた領域の下側の絶縁膜（ゲイト絶縁膜）にはもとの厚さの絶縁膜が残される。なお、ゲイト電極がアルミニウム、タンタル、、チタンを主成分とし、一方、絶縁膜１０４が酸化珪素を主成分とする場合において、ドライエッチング法を用いる場合には、フッ素系（例えばＮＦ_３、ＳＦ_６）のエッチングガスを用いて、ドライエッチングをおこなえば、酸化珪素である絶縁膜１０４は素早くエッチングされるが、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンのエッチングレートは十分に小さいので絶縁膜１０４を選択的にエッチングできる。
【００１９】
また、ウェットエッチングにおいては、１／１００フッ酸等のフッ酸系のエッチャントを用いればよい。この場合にも酸化珪素である絶縁膜１０４は素早くエッチングされるが、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンのエッチングレートは十分に小さいので絶縁膜１０４を選択的にエッチングできる（図１（Ｄ））。
【００２０】
その後、陽極酸化物１０７を除去する。エッチャントとしては、燐酸系の溶液、例えば、燐酸、酢酸、硝酸の混酸等が好ましい。しかし、例えばゲイト電極がアルミニウムの場合には燐酸系のエッチャントを用いると、同時にゲイト電極もエッチングされてしまう。このような場合には、その前の工程（図１（Ｃ））でゲイト電極に３〜１０％の酒石液、硼酸、硝酸が含まれたエチレングルコール溶液中で、電流を印加することによって、ゲイト電極の側面および上面にバリヤ型の陽極酸化物１０８を設けておくと良い。この陽極酸化工程においては、得られる陽極酸化物の厚さはゲイト電極１０５と対向の電極との間に印加される電圧の大きさによって決定される。
【００２１】
注目すべきは、バリヤ型の陽極酸化が後の工程であるにもかかわらず、多孔質の陽極酸化物の外側にバリヤ型の陽極酸化物ができるのではなく、バリヤ型の陽極酸化物１０８は多孔質陽極酸化物１０７とゲイト電極１０５の間に形成されることである。上記の燐酸系のエッチャントにおいては、多孔質陽極酸化物のエッチングレートはバリヤ型陽極酸化物のエッチングレートの１０倍以上である。したがって、適当な厚さのバリヤ型の陽極酸化物１０８は、燐酸系のエッチャントでは実質的にエッチングされないので、内側のゲイト電極を守ることができる。もちろん、多孔質陽極酸化物のエッチングに用いるエッチャントでゲイト電極がエッチングされないのであれば、このようなバリヤ型の陽極酸化物を設けなくともよいことはいうまでもない（図１（Ｃ）、（Ｅ））。
【００２２】
以上の工程によって、ゲイト電極の下側に選択的に絶縁膜１０４の一部（以下、これをゲイト絶縁膜と称することにする）が残存した構造を得ることができる。そして、このゲイト絶縁膜１０４’は、もともと多孔質陽極酸化物１０７の下側に存在していたので、ゲイト電極１０５、バリヤ型陽極酸化物１０８の下側のみならず、バリヤ型陽極酸化物１０８からｙの距離だけ離れた位置にまで存在し、その幅ｙは自己整合的（フォトリソグラフィー工程によることなく）に決定されることが特徴である。換言すれば、活性層１０３におけるゲイト電極下のチャネル形成領域の外側にはゲイト絶縁膜１０４’の存在する領域と、存在しない領域とが自己整合的に形成されるのである。
【００２３】
この構造で加速したＮ型もしくはＰ型の不純物のイオンを活性層に注入する。当然のことながら、ゲイト電極１０５（およびその周囲の陽極酸化物１０８）の下の活性層には実質的に注入されない。本発明では、不純物イオンの加速条件を少なくとも２つ用いる。例えば、高い加速エネルギーを得たイオン（高速イオン）と低い加速エネルギーを得たイオン（低速イオン）というような２種類の加速条件を設定する。そして、最初に低速イオンを注入すると、これは、活性層のうちゲイト絶縁膜１０４’で覆われた領域１１１、１１２には到達できず、主として、ゲイト絶縁膜で覆われていない領域１１０、１１３に注入される。次に、高速イオンを注入する。この時のエネルギーは、ゲイト絶縁膜１０４’を通過する程度のものとする。この場合には、ゲイト絶縁膜を通過して、領域１１１、１１２にもイオンが注入される。一方、領域１１０、１１３では多くのイオンは通過してしまい、結局、この場合には主として領域１１１、１１２に注入される（図１（Ｅ）、（Ｆ））。
【００２４】
そして、低速イオンのドーズ量を、高速イオンのドーズ量よりも大きくすれば、領域１１０、１１３は低抵抗領域、領域１１１、１１２は高抵抗領域となる。ドーズ量は、ドーピング時間やイオン発生量によって制御すればよい。以上のドーピング工程においては、不純物元素のイオン源はそのままで、加速電圧のみを変えればよい。そして、この場合も上記の例のように、最初に低速イオンで、後で高速イオンというようにしてもよいし、その逆でもよい。
【００２５】
さらに、図４（Ａ）に示すように加速電圧は段階的に変化させてもよいし、同図（Ｂ）のように連続的に変化させてもよい。しかし、いずれの方法でも、本発明では、基板をドーピング装置にセットしたら、一度も外部に取り出すことなく全てのドーピング工程が終了するという意味で、１回のドーピング工程によって高抵抗領域が形成されることを特徴としている。
【００２６】
このように、本発明では高抵抗不純物領域の幅を陽極酸化物１０７の厚さｙによって自己整合的に制御することに特徴がある。そして、さらにゲイト絶縁膜１０４’の端部１０９と高抵抗領域（ＨＲＤ）１１２の端部１１７を概略一致させることができる。図３に示した従来の方法ではこのような役割を果たす側壁の幅の制御は極めて困難であったが、本発明においては、陽極酸化物１０７の幅は、陽極酸化電流（電荷量）によって決定されるため、極めて微妙な制御が可能である。
【００２７】
さらに、上記の工程からも明らかなように、不純物ドーピングの工程が実質的に１回であっても、低抵抗領域、高抵抗領域を形成でき、さらに、その後の活性化の工程も当然、１回の処理で済む。このように本発明では、ドーピング、活性化の工程を減らすことにより量産性を高めることができる。従来から、ＨＲＤは抵抗が大きいため、電極とオーム接触させることが難しいこと、および、この抵抗のためドレイン電圧の低下をきたすことが問題となっていた。しかし、他方、ＨＲＤの存在により、ホットキャリヤの発生を抑止でき、高い信頼性を得ることができるというメリットも併せ持っていた。本発明はこの矛盾する課題を一挙に解決し、自己整合的に形成される０．１〜１μｍ幅のＨＲＤと、ソース／ドレイン電極に対してオーム接触を得ることができる。
【００２８】
また、本発明においては図１の陽極酸化物１０８の厚さを適切に利用することによって、ゲイト電極の端部と不純物領域の位置関係を任意に変更でき、いわゆるオフセット構造を得ることもできる。
一般にオフセット状態では、逆方向リーク電流が低下し、オン／オフ比が向上するという特徴を有し、例えば、アクティブマトリクス液晶ディスプレーの画素の制御に用いられるＴＦＴ（画素ＴＦＴ）のように、リーク電流の少ないことが必要とされる用途に適している。しかしながら、ＨＲＤの端部で発生したホットキャリヤが陽極酸化物にトラップされることによって、劣化するという欠点も合わせ持つ。
【００２９】
【発明の実施の形態】
〔実施形態１〕
図１に本実施の形態を示す。まず、基板（コーニング７０５９、３００ｍｍ×４００ｍｍもしくは１００ｍｍ×１００ｍｍ）１０１上に下地酸化膜１０２として厚さ１０００〜３０００Åの酸化珪素膜を形成した。この酸化膜の形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法を使用した。しかし、より量産性を高めるには、ＴＥＯＳをプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した膜を用いてもよい。
【００３０】
その後、プラズマＣＶＤ法やＬＰＣＶＤ法によって非晶質珪素膜を３００〜５０００Å、好ましくは５００〜１０００Å堆積し、これを、５５０〜６００℃の還元雰囲気に４〜２４時間放置して、結晶化せしめた。この工程は、レーザー照射によっておこなってもよい。そして、このようにして結晶化させた珪素膜をパターニングして島状領域１０３を形成した。さらに、この上にスパッタ法によって厚さ７００〜１５００Åの酸化珪素膜１０４を形成した。
【００３１】
その後、厚さ１０００Å〜３μｍのアルミニウム（１ｗｔ％のＳｉ、もしくは０．１〜０．３ｗｔ％のＳｃ（スカンジウム）を含む）膜を電子ビーム蒸着法もしくはスパッタ法によって形成した。そして、フォトレジスト（例えば、東京応化製、ＯＦＰＲ８００／３０ｃｐ）をスピンコート法によって形成した。フォトレジストの形成前に、陽極酸化法によって厚さ１００〜１０００Åの酸化アルミニウム膜を表面に形成しておくと、フォトレジストとの密着性が良く、また、フォトレジストからの電流のリークを抑制することにより、後の陽極酸化工程において、多孔質陽極酸化物を側面のみに形成するうえで有効であった。その後、フォトレジストとアルミニウム膜をパターニングして、アルミニウム膜と一緒にエッチングし、ゲイト電極１０５マスク膜１０６とした（図１（Ａ））。
【００３２】
さらにこれに電解液中で電流を通じて陽極酸化し、厚さ３０００〜６０００Å、例えば、厚さ５０００Åの陽極酸化物１０７を形成した。陽極酸化は、３〜２０％のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性水溶液を用いておこない、５〜３０Ｖの一定電流をゲイト電極に印加すればよい。本実施の形態ではシュウ酸溶液（３０℃）中で電圧を８Ｖとし、２０〜４０分、陽極酸化した。陽極酸化物の厚さは陽極酸化時間によって制御した。陽極酸化電圧は、レジスト塗布前の陽極酸化電圧よりも低いことが好ましかった（図１（Ｂ））。
【００３３】
次に、マスクを除去し、再び電解溶液中において、ゲイト電極に電流を印加した。今回は、３〜１０％の酒石液、硼酸、硝酸が含まれたエチレングルコール溶液を用いた。溶液の温度は１０℃前後の室温より低い方が良好な酸化膜が得られた。このため、ゲイト電極の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化物１０８が形成された。陽極酸化物１０８の厚さは印加電圧に比例し、印加電圧が１５０Ｖで２０００Åの陽極酸化物が形成された。陽極酸化物１０８の厚さは必要とされるオフセット幅によって決定したが、３０００Å以上の厚さの陽極酸化物を得るには２５０Ｖ以上の高電圧が必要であり、ＴＦＴの特性に悪影響を及ぼすので３０００Å以下の厚さとすることが好ましい。本実施の形態では８０〜１５０Ｖまで上昇させ、必要とする陽極酸化膜１０８の厚さによって電圧を選択した（図１（Ｃ））。
【００３４】
その後、ドライエッチング法によって酸化珪素膜１０４をエッチングした。このエッチングにおいては、等方性エッチングのプラズマモードでも、あるいは異方性エッチングの反応性イオンエッチングモードでもよい。ただし、珪素と酸化珪素の選択比を十分に大きくすることによって、活性層を深くエッチングしないようにすることが重要である。例えば、エッチングガスとしてＣＦ_４を使用すれば陽極酸化物はエッチングされず、酸化珪素膜１０４のみがエッチングされる。また、多孔質陽極酸化物１０７の下の酸化珪素膜１０４’はエッチングされずに残った（図１（Ｄ））。
【００３５】
その後、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて陽極酸化物１０７をエッチングした。このエッチングでは陽極酸化物１０７のみがエッチングされ、エッチングレートは約６００Å／分であった。その下のゲイト絶縁膜１０４’はそのまま残存した。そして、イオンドーピング法によって、ＴＦＴの活性層１０３に、ゲイト電極部（すなわちゲイト電極とその周囲の陽極酸化膜）およびゲイト絶縁膜をマスクとして自己整合的に不純物を注入し、低抵抗不純物領域（ソース／ドレイン領域）１１０、１１３、高抵抗不純物領域１１１、１１２を形成した。ドーピングガスとしてはフォスフィン（ＰＨ_３）を用いたため、Ｎ型の不純物領域となった。Ｐ型の不純物領域を形成するにはジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）をドーピングガスとして用いればよい。まず、加速エネルギーを１〜３０ｋｅＶ、例えば、５ｋＶでドーピングした。ドーズ量は５×１０^１４〜５×１０^１５ｃｍ^−２、例えば、１×１０^１５ｃｍ^−２とした。この結果、主として、ゲイト絶縁膜１０４’で覆われていない領域１１０、１１３に不純物がドーピングされ、低抵抗領域となった（図１（Ｅ））。
【００３６】
その後、基板をドーピング装置にセットしたまま、加速エネルギーを６５〜１１０ｋｅＶ、例えば、９０ｋＶに上昇させた。ドーズ量は５×１０^１２〜５×１０^１３ｃｍ^−２、例えば、１×１０^１３ｃｍ^−２とした。この結果、主として、ゲイト絶縁膜１０４’で覆われた領域１１１、１１２に不純物がドーピングされ、高抵抗領域となった（図１（Ｆ））。
その後、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化をおこなった。このようにして、高抵抗領域１１１、１１２を得ることができた。
【００３７】
〔実施形態２〕
図２に本実施の形態を示す。まず、絶縁表面を有する基板（例えばＮＨテクノグラス社製ＮＡ３５ガラス）２０１上に実施の形態１の図１（Ａ）、（Ｂ）の工程を用いて、下地酸化膜２０２、島状性珪素半導体領域（例えば結晶性珪素半導体）２０３、酸化珪素膜２０４、アルミニウム膜（厚さ２００ｎｍ〜１μｍ）のゲイト電極２０５とゲイト電極の側面に多孔質の陽極酸化物（厚さ３０００Å〜１μｍ、例えば５０００Å）２０６を形成した（図２（Ａ））。
そして、実施の形態１と同様にバリヤ型の厚さ１０００〜２５００Åの陽極酸化物２０７を形成した。さらに、多孔質陽極酸化物２０６をマスクとして、酸化珪素膜２０４をエッチングし、ゲイト絶縁膜２０４’を形成した（図２（Ｂ））。
【００３８】
その後、バリヤ型陽極酸化膜２０７をマスクとして、多孔質陽極酸化膜２０６をエッチング除去した。その後、ゲイト電極部（２０５、２０７）およびゲイト絶縁膜２０４’をマスクとしてイオンドーピング法によって窒素イオンを注入した。ドーピングガスは窒素ガス（Ｎ_２）を用いた。ドーズ量は１×１０^１４〜３×１０^１６ｃｍ^−２、例えば、２×１０^１５ｃｍ^−２、加速電圧は６５〜１１０ｋＶ、例えば、８０ｋＶとした。このドーピングにおいては、窒素イオンが高速であるため、ゲイト絶縁膜２０４’で覆われていない領域２０８、２１１では、イオンが通過してしまい、ほとんどドーピングされず（ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）法によると１×１０^１９ｃｍ^−２以下であった。）一方、ゲイト絶縁膜で覆われている領域２０９、２１０には５×１０^１９〜２×１０^２１ｃｍ^−３（深さによって異なる）の濃度の窒素が導入された（図２（Ｃ））。
【００３９】
次に、ドーピングチャンバーの雰囲気をフォスフィン（ＰＨ３）に変更し、燐イオンの注入をおこなった。まず、加速エネルギーを６５〜１１０ｋｅＶ、例えば、９０ｋＶとした。ドーズ量は５×１０^１２〜５×１０^１３ｃｍ^−２、例えば、１×１０^１３ｃｍ^−２とした。この結果、主として、ゲイト絶縁膜２０４’で覆われた領域２０８、２１１に不純物がドーピングされ、高抵抗領域となった（図２（Ｄ））。
その後、基板をドーピング装置にセットしたまま、加速エネルギーを１〜３０ｋｅＶ、例えば、５ｋＶでドーピングに低下させた。ドーズ量は５×１０^１４〜５×１０^１５ｃｍ^−２、例えば、１×１０^１５ｃｍ^−２とした。この結果、主として、ゲイト絶縁膜２０４’で覆われていない領域２０８、２１１に不純物がドーピングされ、低抵抗領域となった（図２（Ｅ））。
【００４０】
その後、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化をおこなった。レーザーとしては、ＸｅＣｌエキシマーレーザー（波長３０８ｎｍ、パルス幅５０ｎｓｅｃ）を用いてもよかった。
なおエキシマーレーザー以外に、他のレーザーを用いてもよいことはいうまでもない。パルスレーザーに関しては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（Ｑスイッチパルス発振が望ましい）のごとき赤外光レーザーやその第２高調波のごとき可視光レーザーが使用できるが、金属膜の上面からレーザー照射をおこなう場合には金属膜に反射されないような波長のレーザーを選択する必要がある。もっとも、金属膜が極めて薄い場合にはほとんど問題がない。また、レーザー光は、基板側から照射してもよい。この場合には下に存在する珪素半導体膜を透過するレーザー光を選択する必要がある。
【００４１】
また、レーザーの代わりに、可視光線もしくは近赤外光の照射によるランプアニールによるものでもよい。ランプアニールを行う場合には、被照射面表面が６００〜１０００℃程度になるように、６００℃の場合は数分間、１０００℃の場合は数１０秒間のランプ照射を行うようにする。近赤外線（例えば１．２μｍの赤外線）によるアニールは、近赤外線が珪素半導体に選択的に吸収され、ガラス基板をそれ程加熱せず、しかも一回の照射時間を短くすることで、ガラス基板に対する加熱を抑えることができ、極めて有用である。
【００４２】
最後に、図２（Ｆ）に示すように、全面に層間絶縁物２１２として、ＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ２０００Å〜１μｍ、例えば、３０００Å形成し、ＴＦＴのソース／ドレインにコンタクトホールを形成し、アルミニウム配線・電極２１３、２１４を２０００Å〜１μｍ、例えば５０００Åの厚さに形成した。このアルミニウム電極２１３、２１４と低抵抗領域２０８、２１１の間にバリヤメタルとして、例えば窒化チタンを形成するとより一層、信頼性を向上させることができる。
【００４３】
本実施の形態では、結果的に高抵抗領域２０９、２１０に選択的に窒素をドーピングすることができた。これは酸素、炭素、あるいはこれらの混合でもよい。このようにすることによってＴＦＴのリーク電流を抑制することができ、これは特に、本実施の形態のＴＦＴをアクティブマトリクス等の高い電荷保持特性が要求される用途には最適である。
本実施の形態におけるドーピングプロセスの様子を図４（Ｃ）に示す。このように最初に窒素ドープをおこなったのち、図４（Ｄ）のように後で窒素ドープをおこなってもよい。いずれにしても、本実施の形態では、燐ドープも窒素ドープも基板をドーピング装置にセットしたまま連続的におこなえることが特徴である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によって、実質的に１回のドーピングおよび１回のレーザーアニール、ＲＴＡ等の活性化工程によって、高抵抗領域（ＨＲＤ）を形成することができた。すなわち、従来のように２種類の同導電型領域を独立な工程によって形成する必要はなくなった。この工程の短縮化は量産性を高め、ＴＦＴ製造ラインへの投資額を減額するうえで有効である。また、本発明ではＨＲＤの幅が極めて精度良く形成されるので、歩留り、均一性の優れたＴＦＴが得られる。
【００４５】
本発明のＴＦＴは、半導体集積回路が形成された基板上に３次元集積回路を形成する場合でも、ガラスまたは有機樹脂等の上に形成される場合でも同様に形成されることはいうまでもないが、いずれの場合にも絶縁表面上に形成されることを特徴とする。特に周辺回路を同一基板上に有するモノリシック型アクティブマトリクス回路等の電気光学装置に対する本発明の効果は著しい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１によるＴＦＴの作製方法を示す。
【図２】実施の形態２によるＴＦＴの作製方法を示す。
【図３】従来法によるＴＦＴの作製方法を示す。
【図４】本発明におけるドーピング工程の様子を示す。
【符号の説明】
１０１絶縁基板
１０２下地酸化膜（酸化珪素）
１０３活性層（結晶珪素）
１０４絶縁膜（酸化珪素）
１０４’ ゲイト絶縁膜
１０５ゲイト電極（アルミニウム）
１０６マスク膜（フォトレジスト）
１０７陽極酸化物（多孔質酸化アルミニウム）
１０８陽極酸化物（バリヤ型酸化アルミニウム）
１０９ゲイト絶縁膜の端部
１１０、１１３低抵抗不純物領域
１１１、１１２高抵抗不純物領域（ＨＲＤ）

Claims

絶縁表面上に形成された活性層と、前記活性層のチャネル形成領域及び前記チャネル形成領域をはさむ一対の高抵抗領域の上方を覆うように形成されたゲイト絶縁膜と、前記ゲイト絶縁膜の前記チャネル形成領域に対応する領域の上方を覆うように形成されたゲイト電極とを有する絶縁ゲイト型トランジスタの作製方法において、
反応容器内で前記ゲイト電極および前記ゲイト絶縁膜をマスクとして前記活性層に第１の不純物を第１の加速電圧で添加することにより、前記活性層のうち前記ゲイト絶縁膜に覆われていない領域に低抵抗領域を形成し、
添加後の前記活性層を前記反応容器の外に取り出すことなく、前記反応容器内で前記ゲイト電極をマスクとして前記活性層に前記第１の不純物と同一導電型の第２の不純物を前記第１の加速電圧よりも高い第２の加速電圧で添加することにより、前記活性層のうち前記ゲイト絶縁膜に覆われた領域に高抵抗領域を形成することを特徴とする絶縁ゲイト型トランジスタの作製方法。
絶縁表面上に形成された活性層と、前記活性層のチャネル形成領域及び前記チャネル形成領域をはさむ一対の高抵抗領域の上方を覆うように形成されたゲイト絶縁膜と、前記ゲイト絶縁膜の前記チャネル形成領域に対応する部分の上方を覆うように形成されたゲイト電極とを有する絶縁ゲイト型トランジスタの作製方法において、
反応容器内で前記ゲイト電極をマスクとして前記活性層に第１の不純物を第１の加速電圧で添加することにより、前記活性層のうち前記ゲイト絶縁膜に覆われた領域に高抵抗領域を形成し、
添加後の前記活性層を前記反応容器の外に取り出すことなく、前記反応容器内で前記ゲイト電極および前記ゲイト絶縁膜をマスクとして前記活性層に前記第１の不純物と同一導電型の第２の不純物を前記第１の加速電圧よりも低い第２の加速電圧で添加することにより、前記活性層のうち前記ゲイト絶縁膜に覆われていない領域に低抵抗領域を形成することを特徴とする絶縁ゲイト型トランジスタの作製方法。
請求項１に記載の作製方法において、前記第１及び第２の不純物は燐または硼素であることを特徴とする絶縁ゲイト型トランジスタの作製方法。
請求項２に記載の作製方法において、前記第１及び第２の不純物は燐または硼素であることを特徴とする絶縁ゲイト型トランジスタの作製方法。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の作製方法において、前記第１の不純物と前記第２の不純物とは同一不純物であることを特徴とする絶縁ゲイト型トランジスタの作製方法。
請求項１乃至５に記載の作製方法において、前記高抵抗領域に窒素、酸素もしくは炭素または窒素、酸素及び炭素からなる混合物を添加することを特徴とする絶縁ゲイト型トランジスタの作製方法。