JP3844538B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、半導体装置に利用される絶縁膜の構成、およびその作製方法に関する。特に、薄膜トランジスタの活性層の下地膜に利用される酸化珪素膜とゲイト絶縁膜に利用される酸化珪素膜に関する。またその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス基板や石英基板上に形成される薄膜トランジスタが注目されている。これは、ガラス基板や石英基板上に珪素薄膜をプラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法で成膜し、この珪素薄膜を利用して構成される。
【０００３】
また、薄膜トランジスタは、多層構造を有する集積回路にも利用することが考えられている。即ち、従来からの単結晶シリコンウエハーを利用した集積回路上に重ねてさらに適当な絶縁膜を介して薄膜トランジジスタを作製する構成が考えられている。即ち、薄膜トランジスタを利用して、３次元に集積化された構成を実現することが考えられている。
【０００４】
薄膜トランジスタの種類としては、非晶質珪素膜を用いたものが実用化されている。しかし、非晶質珪素膜を利用したものは、その特性が低く、またＰチャネル型が作製できない（特性が低すぎ、実用にならない）という問題がある。
【０００５】
この問題を解決するために、結晶性を有する珪素薄膜（結晶性珪素膜と称する）を利用した薄膜トランジスタの開発が行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタには、以下のような問題がある。まず第１にＯＦＦ電流値が大きいという問題がある。ＯＦＦ電流値とは、薄膜トランジスタがＯＦＦ動作時にソース／ドレイン間を流れてしまう電流のことである。
【０００７】
一般にＯＦＦ電流値は、ゲイト電極に逆バイアスを印加した状態において流れるドレイン電流として計測される。
【０００８】
また、結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタは、特性の経時変化が大きいという問題がある。さらに多数の薄膜トランジスタを同時に作製した場合、特性のばらつきが大きいという問題がある。
【０００９】
本明細書で開示する発明は、これらの問題を解決することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らの研究によれば、上記薄膜トランジスタにおける諸問題には、活性層（薄膜トランジスタを構成するソース／ドレイン領域やチャネル形成領域が形成される島状の半導体薄膜）の下面および上面における絶縁膜との界面における固定電荷や界面準位の存在が大きく関係していることが判明している。
【００１１】
即ち、上記の固定電荷や界面準位が存在することによって、電気的な特性の経時変化や特性の劣化が生じることが判明している。
【００１２】
また、ＯＦＦ電流も上記の固定電荷や界面準位の存在に大きく関係することが分かっている。
【００１３】
即ち、ＯＦＦ動作時においては、上記の準位を介してキャリアが移動することによりＯＦＦ電流が生じるのである。
【００１４】
特に通常利用されるアルゴン雰囲気中でのスパッタリングによる酸化珪素膜の成膜では、成膜中において膜の表面に高エネルギーを有したアルゴンイオンが衝突し、この衝突したアルゴンイオンに起因して固定電荷が準位が形成されてしまう。
【００１５】
こような知見に鑑み、本明細書で開示する発明においては、活性層の上面または下面に接する絶縁膜に酸素１００％雰囲気（またはそれに近い雰囲気）中でのスパッタリングによって得られた酸化珪素膜を用いる。
【００１６】
酸素１００％の雰囲気中でのスパッタリングによって成膜された酸化珪素膜は、非常に緻密な膜質を有し、内部に含まれる不純物や欠陥の密度が非常に少ないという特徴がある。固定電荷や準位は、不純物や欠陥が存在することで形成されるので、これらの密度が小さいことは非常に重要である。
【００１７】
また酸素１００％の雰囲気中でのスパッタリングによって成膜された酸化珪素膜は、その表面における欠陥の密度が小さい。これは、低い界面準位を実現するためには有用なものとなる。
【００１８】
しかし、酸素１００％の雰囲気中でのスパッタリングで成膜される酸化珪素膜は、その成膜速度が小さいという問題がある。具体的には、アルゴン１００％の雰囲気中でスパッタリングを行なう場合に比較して、酸素１００％の雰囲気中でのスパッタリングは、１０倍以上も成膜レートが遅い。
【００１９】
具体的な成膜レートは、成膜条件や成膜装置によって異なるものであるが、一例として示すならば、酸素１００％雰囲気中でのスパッタリングを行った場合の酸化珪素膜の成膜レートは２５Å／ｍｉｍである。おして、流量比でアルゴン：酸素＝３：１の場合の成膜レートは１３３Å／ｍｉｎである。そして、アルゴン１００％雰囲気中での成膜レートは５００Å／ｍｉｎである。
【００２０】
成膜レートの遅さは、半導体装置の生産性の低下きたし、コストを高くする大きな要因となる。
【００２１】
そこで本明細書で開示する発明においては、膜質が大きく問われる活性層との界面近傍を構成する酸化珪素膜の成膜を酸素１００％雰囲気中（または酸素１００％も見なせる雰囲気中）でのスパッタリングで行い、他の部分は酸素とアルゴンとの混合雰囲気中でのスパッタリングで成膜する構成とする。
【００２２】
このようにすることにより、酸素１００％の雰囲気中でのスパッタリングで成膜される酸化珪素膜を用いる有用性を得られると同時に、絶縁膜の形成に際する成膜時間を短いものとすることができる。即ち、高い生産性を同時に得ることができる。
【００２３】
なお、アルゴン１００％雰囲気中でのスパッタリングは、高い成膜レートを得ることができるが、酸化珪素膜の膜質が悪いので、酸素を混合させた方が好ましい。
【００２４】
本明細書で開示する発明の一つは、
酸化珪素膜上に形成された薄膜半導体を有し、
前記酸化珪素膜の上層におけるアルゴン原子の密度分布は、下層におけるものより低いことを特徴とする。
【００２５】
こような構成は、酸化珪素膜の成膜に際し、まず酸素とアルゴンとの混合雰囲気中でのスパッタリングを行い、ついて酸素雰囲気でのスパッタリングを行う結果として得られる。また、酸化珪素膜の成膜に際し、まず酸素とアルゴンとの混合雰囲気中でのスパッタリングを行い、ついて雰囲気の酸素濃度を高くしてスパッタリングを行う結果として得られる。
【００２６】
他の発明の構成は、
酸化珪素膜でなるゲイト絶縁膜を有し、
前記ゲイト絶縁膜の表面及び裏面におけるアルゴン原子の密度分布は、前記ゲイト絶縁膜の中央付近（膜厚方向における中央付近）に比較して低いことを特徴とする。
【００２７】
このよううな構成は、ゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素膜を成膜する際に、まず酸素雰囲気でのスパッタリングを行い、ついで酸素とアルゴンとの混合雰囲気中でのスパッタリングを行い、ついて酸素雰囲気でのスパッタリングを行う結果として得られる。
【００２８】
ゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素膜を成膜する際に、まず酸素雰囲気でのスパッタリングを行い、ついで雰囲気中にアルゴンを含有させてスパッタリングを行い、ついて再度酸素雰囲気でのスパッタリングを行う結果として得られる。
【００２９】
他の発明の構成は、
基板上にアルゴンと酸素とを含有した雰囲気中でのスパッタリングにより第１の酸化珪素膜を成膜する工程と、
前記酸化珪素膜上に酸素１００％の雰囲気中でのスパッタリングにより第２の酸化珪素膜を成膜する工程と、
前記第２の酸化珪素膜上に半導体薄膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【００３０】
他の発明の構成は、
半導体薄膜上にゲイト絶縁膜を成膜する工程と、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成する工程と、
を有し、
前記ゲイト絶縁膜を成膜する工程は、
酸素１００％の雰囲気中でのスパッタリングにより第１の酸化珪素膜を成膜する工程と、
アルゴンと酸素とを含有した雰囲気中でのスパッタリングにより第２の酸化珪素膜を成膜する工程と、
酸素１００％の雰囲気中でのスパッタリングにより第３の酸化珪素膜を成膜する工程と、
でなることを特徴とする。
【００３１】
他の発明の構成は、
半導体薄膜上にゲイト絶縁膜を成膜する工程と、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成する工程と、
を有し、
前記ゲイト絶縁膜を成膜する工程は、
酸素１００％の雰囲気中でのスパッタリングにより酸化珪素膜を成膜する工程と、
該工程に引き続いて雰囲気中にアルゴンを連続的または段階的に添加し、酸素とアルゴンとの混合雰囲気中でのスパッタリングに移行する工程と、
該工程に引き続いて雰囲気中のアルゴン含有比率を連続的または段階的に減少させ酸素１００％の雰囲気中でのスパッタリングに移行する工程と、
を有することを特徴とする。
【００３２】
他の発明の構成は、
スパッタリングにより酸化珪素膜を成膜する工程を有し、
成膜中においてスパッタリング雰囲気を酸素１００％雰囲気から酸素とアルゴンとの混合雰囲気とに切り換えること、または酸素とアルゴンとの混合雰囲気から酸素の濃度がより高い雰囲気へと切り換えること、
を特徴とする。
【００３３】
【発明の実施の形態】
薄膜トランジスタの活性層の下地として形成される酸化珪素膜の作製工程において以下のような構成を採用する。即ち、まず酸素とアルゴンとの混合雰囲気でのスパッタリングによって、比較的高い成膜レートでもって酸化珪素膜を成膜する。
【００３４】
そして最後に酸素１００％の雰囲気中においてスパッタリングを行い、膜質の優れた酸化珪素膜を成膜する。
【００３５】
このようにすることで、活性層との界面特性が重要視される下地酸化珪素膜の表面を膜質の優れた酸化珪素膜とすることができる。また最初、酸素とアルゴンの混合雰囲気中においてスパッタリングを行うことで、成膜レートをかせぐことができ、高い生産性を確保することができる。
【００３６】
またゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素膜の成膜の際に、まず酸素１００％の雰囲気中においてスパッタリングを行い、次に酸素とアルゴンとの混合雰囲気でスパッタリングを行い、さらに最後に酸素１００％の雰囲気中でのスパッタリングを行う。
【００３７】
このようにすることにより、ゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素膜において、高い界面特性が要求される活性層に接する面とゲイト電極に接する面とを良好な膜質を有する膜質とすることができる。また、酸素とアルゴンとの混合雰囲気でのスパッタリングを用いることで、成膜レートを早め、高い生産性を確保することができる。
【００３８】
【実施例】
〔実施例１〕
図１に本実施例の作製工程を示す。図１に示すのは、ガラス基板上に形成されるＮチャネル型の薄膜トランジスタの作製工程である。
【００３９】
まず、ガラス基板１０１上に下地膜としての酸化珪素膜をスパッタリング法で成膜する。本実施例においては、この酸化珪素膜を実質的に２層構造を有するものとして構成する。
【００４０】
まず、雰囲気を酸素とアルゴンの混合雰囲気としたスパッタリングを行い、１０２で示される酸化珪素膜でなる層を形成する。ここでは、アルゴンと酸素の流量比を３：１としてスパッタリング雰囲気を形成する。この酸化珪素膜１０２は、２８００Åの厚さに成膜する。
【００４１】
このスパッタリングが高周波マグネトロンスパッタ装置を用い、ターゲントとして人工石英を用いる。
【００４２】
次にスパッタリング装置のチャンバー内の雰囲気を酸素１００％に置換し、酸素１００％雰囲気内でのスパッタリングを行う。この工程で１０３で示される酸化珪素膜の層が形成される。この酸化珪素膜１０３の膜厚は２００Åとする。
【００４３】
こうして１０２と１０３で示される厚さ３０００Åの酸化珪素膜をガラス基板１０１上に成膜する。（図１（Ａ））
【００４４】
この２層構造でなる酸化珪素膜は、高い成膜レートを有し、かつ上層の活性層と接する表面は、緻密で固定電荷密度の低い膜質とすることができる。
【００４５】
また得られた２層でなる酸化珪素膜は、下層がアルゴン元素の含有濃度が高いものとなる。即ち、１０２で示される層中にアルゴン濃度は１０３で示される層中のアルゴン濃度に比較して高いものとなる。
【００４６】
なお、上記成膜方法において、雰囲気を段階的に変化させたり、連続的に変化させるようにしてもよい。
【００４７】
また、下地膜を構成する酸化珪素膜の成膜工程いおいて、雰囲気中に微量のハロゲン元素を添加してもよい。ハロゲン元素は、膜中の固定電荷の固定化に寄与させることができる。
【００４８】
次に後に薄膜トランジスタの活性層を構成することとなる図示しない非晶質珪素膜を減圧熱ＣＶＤ法で１０００Åの厚さに成膜する。減圧熱ＣＶＤ法以外の成膜方法としては、プラズマＣＶＤ法を利用することができる。
【００４９】
図示しない非晶質珪素膜を成膜したら、加熱処理またはレーザー光の照射を行うことにより、非晶質珪素膜を図示しない結晶性珪素膜に変成する。
【００５０】
そしてこの結晶性珪素膜をパターニングすることにより、図１（Ｂ）に示す島状のパターン１０４を得る。この島状のパターン１０４が薄膜トランジスタの活性層となる。
【００５１】
次にゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜の成膜を行う。まず最初に酸素１００％雰囲気中でのスパッタリングを行い１０５で示される酸化珪素膜の層を形成する。ここでは、酸化珪素膜１０５を１００Åの厚さに成膜する。
【００５２】
次に雰囲気を酸素とアルゴンの混合雰囲気に切り換え、この混合雰囲気中でのスパッタリングにより、１０６で示される酸化珪素膜の層を８００Åの厚さに成膜する。ここでは、アルゴンを雰囲気中に含有させることにより、成膜レートを高める。
【００５３】
次に雰囲気を酸素１００％に切り換え、スパッタリングを行う。こうして、１０７で示される酸化珪素膜の層を成膜する。この酸化珪素膜１０７の膜厚は、１００Åとする。
【００５４】
こうして、高い膜質を有した層で挟まれた酸化珪素膜を得る。即ち、実質的に１０５〜１０７で示される３層構造を有する酸化珪素膜を得る。（図１（Ｃ））
【００５５】
図１（Ｃ）に示す状態を得たら、ゲイト電極を構成する図示しないアルミニウム膜を４０００Åの厚さにスパッタ法で成膜する。このアルミニウム膜中には、後の工程においてヒロックやウィスカーが発生することを抑制するためにスカンジウムを0.1 重量％含有させる。スカンジウム以外にはイットリウムを利用することができる。
【００５６】
ヒロックやウィスカーというのは、加熱に従うアルミニウムの異常成長により形成される針状あるいは刺状の突起物のことをいう。
【００５７】
図示しないアルミニウム膜を成膜したら、このアルミニウム膜を陽極として陽極酸化を行い、図示しない陽極酸化膜を形成する。ここでは、電解溶液として３％の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液をアンモニアで中和したものを用い、この電解溶液中において、アルミニウム膜を陽極、白金を陰極としてアルミニウム膜の表面に陽極酸化膜を形成する。
【００５８】
この図示しない陽極酸化膜は、１００Å程度の厚さに成膜する。膜厚は、印加電圧によって制御することができる。この陽極酸化膜は緻密な膜質を有し、後に配置されるレジストマスク１０８の密着性を高める効能を有している。
【００５９】
陽極酸化膜を形成した後、レジストマスク１０８を配置する。そして、このレジストマスク１０８を用いてパターニングを行い、ゲイト電極１１０の原型となるパターンを形成する。
【００６０】
次に第２の陽極酸化を行う。ここでは、アルミニウムパターンを陽極とした陽極酸化を行う。ここでは、電解溶液として、３％のシュウ酸を含んだ水溶液を用いる。この工程においては、多孔質状（ポーラス状）の陽極酸化膜１０９が形成される。
【００６１】
この多孔質状の陽極酸化膜は、レジストマスク１０８が存在する関係でアルミニウムパターンの側面に選択的に形成される。この多孔質状の陽極酸化膜の膜厚は、陽極酸化時間で制御することができる。
【００６２】
ここでは、この多孔質状の陽極酸化膜１０９を５０００Åの厚さに成膜する。この膜厚の分でもって後に低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）を形成することができる。
【００６３】
こうして図１（Ｄ）に示す状態を得る。この状態において、不純物イオンの注入を行う。ここでは、Ｐ（リン）イオンの注入をプラズマドーピング法でもって行う。
【００６４】
この工程において、１１２と１１４で示される領域にＰイオンの注入が行われる。また、１１３で示される領域には、Ｐイオンの注入は行われない。
【００６５】
次にレジストマスク１０８を専用の剥離液で除去する。なお、レジストマスク１０８の除去後に上記のＰイオンの注入を行ってもよい。この方法を採用した場合、不純物イオンの衝撃によるレジストマスクの炭化等の問題を回避することができる。
【００６６】
次に３度目の陽極酸化を行う。この工程では、緻密な膜質を有する１度目の陽極酸化工程と同様な条件で陽極酸化膜の形成を行う。この工程では、電解溶液が多孔質状の陽極酸化膜の内部に侵入するので、ゲイト電極となるパターン１１０の周囲表面に緻密な膜質を有する陽極酸化膜１１１が形成される。
【００６７】
ここでは印加電圧を制御することにより、１１１で示される緻密な膜質を有する陽極酸化膜の膜厚を１０００Åとする。この陽極酸化膜１１１は、ゲイト電極１１０を電気的および機械的に保護する役割を有している。
【００６８】
緻密な膜質を有する陽極酸化膜１１１の形成後、多孔質状の陽極酸化膜１０９を除去する。こうして図１（Ｅ）に示す状態を得る。
【００６９】
この状態で再度のＰイオンの注入を行う。この工程においては、先のＰイオンの注入条件よりも１桁程度低いドーズ量でもってＰイオンの注入を行う。
【００７０】
この工程において、低濃度にＰイオンが注入された低濃度不純物領域１１５と１１７が形成される。また１１６で示されるチャネル形成領域が画定する。
【００７１】
次に層間絶縁膜として酸化珪素膜１１８をプラズマＣＶＤ法でもって７０００Åの厚さに成膜する。層間絶縁膜としては、窒化珪素膜と酸化珪素膜との積層膜を利用することができる。また、酸化珪素膜や窒化珪素膜と樹脂膜との積層膜を用いることができる。
【００７２】
層間絶縁膜を成膜した後、コンタクトホールの形成を行い、さたに金属膜でなるソース電極１１９とドレイン電極１２０を形成する。ここでは、ソース電極１１９及びドレイン電極１２０として、チタン膜とアルミニウム膜とチタン膜との３層膜を用いる。各膜の成膜はスパッタ法を用いて行う。
【００７３】
こうして図１（Ｅ）に示す状態を得る。最後に３５０℃の水素雰囲気中で１時間の加熱処理を行い薄膜トランジスタを完成させる。
【００７４】
本実施例に示す作製工程で作製された薄膜トランジスタは、活性層が酸素１００％のスパッタリングで形成された酸化珪素膜で挟まれた構成を有している。
【００７５】
酸素１００％のスパッタリング法で成膜された酸化珪素膜は、成膜レートが遅いという欠点があるが、固定電荷の存在密度が低い、緻密な膜質を有している。
【００７６】
従って、本実施例に示すような構成を採用することで、活性層の上面および下面における界面特性を高めることができ、それら界面付近の電気的な不安定性に起因する問題を抑制することができる。例えば、薄膜トランジスタの特性の経時変化や劣化を抑制することができる。さらにまた、ＯＦＦ電流値を低減させることができる。
【００７７】
〔実施例２〕
本実施例は、実施例１に示す薄膜トランジスタの作製工程において、１０２と１０３でなる下地酸化珪素膜の成膜後にプラズマ処理を行う場合の例を示す。
【００７８】
このプラズマ処理は、下地膜の表面に付着した有機物を除去するために行われる。このプラズマ処理は、水素と酸素との混合減圧雰囲気中で高周波エネルギーによりプラズマを発生させることによって行われる。
【００７９】
水素を用いるのは、水素イオンのエネルギーにより、有機物を分解するためである。そして分解された有機物は、酸素と結びつき、炭化物気体として除去される。
【００８０】
このプラズマ処理を行うことで、下地膜の表面に付着した有機物に起因するトラップ準位の密度を低くすることができる。
【００８１】
そして、活性層の下面近傍のトラップ準位を経由して伝導するキャリアを抑制することができ、ＯＦＦ電流値を低減することができる。
【００８２】
また、活性層を構成する非晶質珪素膜の成膜時に下地膜の表面に付着した有機物が再放出されることを抑制できるので、非晶質珪素膜中に含有される不純物濃度を低減させることができる。
【００８３】
〔実施例３〕
本実施例は、図１に示す実施例１の薄膜トランジスタの作製工程において、ゲイト絶縁膜の成膜前に活性層の表面に対して有機物除去のためのプラズマ処理を行う例に関する。
【００８４】
本実施例では、図１（Ｂ）の状態を得た後に酸素と水素との混合減圧雰囲気中でプラズマ処理を行う。プラズマ処理を行う装置には、通常の平行平板型の電極を有したプラズマＣＶＤ装置を利用することができる。
【００８５】
このプラズマ処理においても活性層の表面に存在する有機物を除去し、後に形成されるゲイト電極との界面において固定電荷が存在してしまうことを抑制することができる。
【００８６】
図２に示すのは、上記プラズマ処理の示す実験データである。このデータは、単結晶珪素ウエハーに対して上記プラズマ処理を行ったものと行わなかった試料を用意し、その表面に酸化珪素膜をスパッタリング法で成膜した際におけるＳＩＭＳ（２次イオン分析）データである。
【００８７】
図２（Ａ）に示すのは、酸素と水素との混合雰囲気中でのプラズマ処理を行った場合のデータである。図２（Ｂ）に示すのは、酸素と水素との混合雰囲気中でのプラズマ処理を行わなかった場合のデータである。なお、通常行う洗浄工程を省略してあるので、炭素濃度の絶対値は大きなものとなっている。
【００８８】
両図を比較すれば明らかなように、プラズマ処理を行うことにより、炭素成分の濃度分布が酸化珪素膜の厚さ方向の全域において、半減することが分かる。特に、珪素との界面付近においては、１桁近く低減できることが分かる。
【００８９】
〔実施例４〕
本実施例は、実施例１に示す構成を簡略化したものである。ゲイト絶縁膜と活性層との界面、およびゲイト絶縁膜とゲイト電極との界面、とを比較した場合、より重要なのは前者である。即ち、ゲイト絶縁膜と活性層との界面の特性が薄膜トランジスタの特性に与える影響は大きなものとなる。
【００９０】
そこで、本実施例に示す構成は、ゲイト絶縁膜の構成を以下のようにする。即ち、ゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素膜を２層構造とする。具体的には、下層を酸素１００％のスパッタリング法で成膜した酸化珪素膜とし、上層を酸素とアルゴンとの混合雰囲気でのスパッタリングで成膜した酸化珪素膜とする。
【００９１】
このようにすることにより、実施例１に示す構成に比較して、ゲイト絶縁膜とゲイト電極との間の界面特性の向上を計ることはできないが、作製工程の手間を省いたものとすることができる。即ち、高い生産性を得ることができる。
【００９２】
〔実施例５〕
本実施例は、本明細書に開示する発明を利用してＰチャネル型とＮチャネル型の薄膜トランジスタを同時に作製する例である。図３以下に本実施例の作製工程を示す。
【００９３】
まず、図３（Ａ）に示すように、ガラス基板５０１上に下地膜５０２として酸化珪化膜をスパッタ法によって３０００Åの厚さに成膜する。
【００９４】
この工程は、まず酸素とアルゴンとの混合雰囲気中でのスパッタリングによって、厚さ２８００Åの酸化珪素膜を成膜する。ついで、酸素１００％の雰囲気中でのスパッタリングによって２００Åの酸化珪素膜を成膜する。こうして厚さ３０００Åの酸化珪素膜を成膜する。
【００９５】
次に図示しない非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法でもって５００Åの厚さに成膜する。
【００９６】
そして加熱処理とレーザー光の照射を行うことにより、この非晶質珪素膜を結晶化させ、図示しない結晶性珪素膜を得る。さらにこの結晶性珪素膜をパターニングすることにより、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタの活性層５０３とＮチャネル型の薄膜トランジスタの活性層５０４を形成する。
【００９７】
図では、２つの薄膜トランジスタの活性層が形成されているのみであるが、実際には必要する数でもって薄膜トランジスタの活性層が形成される。
【００９８】
活性層を形成したら、それを覆うようにゲイト絶縁膜５０５を成膜する。ここでは、まず２００Å厚の第１の層を構成する酸化珪素膜を酸素１００％の雰囲気中でのスパッタリングによって成膜し、さらに７００Å厚の第２の層を構成する酸化珪素膜を酸素とアルゴンとの混合雰囲気中でのスパッタリングによって成膜し、さらに１００Å厚の第３の層を構成する酸化珪素膜を酸素１００％の雰囲気中でのスパッタリングによって成膜する。こうして３層の酸化珪素膜でなるゲイト絶縁膜５０５を成膜する。
【００９９】
ゲイト絶縁５０５を成膜したら、ゲイト電極を構成するための図示しないアルミニウム膜をスパッタ法でもって５０００Åの厚さに成膜する。このアルミニウム膜中には、アルミニウムの異常成長を抑制するためにスカンジウムを0.1 重量％含有させる。そしてこの図示しないアルミニウム膜の表面に極薄い緻密な膜質を有する陽極酸化膜を形成する。（この陽極酸化膜は５０７と５０８で示される）
【０１００】
この陽極酸化工程は、３％の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液をアンモニア水で中和したものを電解溶液として用いて行われる。陽極酸化はこの電解中において、アルミウム膜を陽極とし、白金を陰極として行う。ここで形成される陽極酸化膜はその膜厚を印加電圧によって制御することができる。
【０１０１】
この陽極酸化膜は、後に形成されるレジストマスクの密着性を高めるために機能する。
【０１０２】
次にレジストマスク５０９と５１０を配置し、アルミニウムでなるパターン５０６と５００を形成する。このアルミニウムパターンが後にゲイト電極を構成する原型となる。（図３（Ａ））
【０１０３】
図３（Ａ）において、５０７と５０８が先に形成された極薄い緻密な膜質を有する陽極酸化膜である。
【０１０４】
図３（Ａ）に示す状態を得たら、再度の陽極酸化を行う。この工程では、電解溶液として３％のしゅう酸水溶液を用いる。この工程で形成される電解溶液は、多孔質状（ポーラス状）を有するものとなる。
【０１０５】
この多孔質状の陽極酸化膜は、緻密な陽極酸化膜５０７と５０８、さらにレジストマスク５０９と５１０とが存在するために５１１や５１２で示されるようにアルミニウムパターンの側面に形成される。（図３（Ｂ））
【０１０６】
結果としてアルミニウムパターン５１３の側面に多孔質状の陽極酸化膜５１１が形成される。またアルミニウムパターン５１４の側面に多孔質状の陽極酸化膜５１２が形成される。
【０１０７】
この多孔質状の陽極酸化膜５１１と５１２は、その厚さを５０００Åとする。この多孔質状の陽極酸化膜の膜厚は、陽極酸化時間によって制御することができる。またこの多孔質状の陽極酸化膜の膜厚でもって、後に低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）を形成することができる。
【０１０８】
ここでアルミニウムパターン５１３がＰチャネル型の薄膜トランジスタのゲイト電極となる。また、アルミニウムパターン５１４がＮチャネル型の薄膜トランジスタのゲイト電極となる。
【０１０９】
こうして図３（Ｂ）に示す状態を得る。次に専用の剥離液でレジストマスク５０９と５１０を除去する。こうして図３（Ｃ）に示す状態を得る。
【０１１０】
次に緻密な膜質を有する陽極酸化膜を形成する条件で再度の陽極酸化膜の形成を行う。この工程においては、多孔質状の陽極酸化膜５１１と５１２の内部に電解溶液が侵入するので、図３（Ｄ）の５１５や５１６で示されるように緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。即ち、ゲイト電極５１３と５１４を覆うように緻密な陽極酸化膜５０５と５１６が形成される。
【０１１１】
この陽極酸化膜５１５と５１６は、最初の緻密な陽極酸化膜５０７や５０８と一体化してしまう。この陽極酸化膜５１５と５１６の膜厚は１０００Åとする。この緻密な膜質を有する陽極酸化膜の膜厚の制御は陽極酸化時の印加電圧の制御で行うことができる。
【０１１２】
図３（Ｄ）に示す状態を得たら、全面にＰ（リン）イオンの注入を行う。この工程において、５１７と５１９と５２０と５２２で示される領域にＰイオンが注入される。（図３（Ｅ））
【０１１３】
次に酢酸とリン酸とショウ酸とを混合した混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜５１１と５１２とを除去する。こうして図４（Ａ）に示す状態を得る。
【０１１４】
次に図５（Ｅ）におけるドーピングよりもライトドーピングの条件で再度Ｐイオンの注入を行う。（図４（Ｂ））
【０１１５】
このＰイオンの注入工程によって、５２３と５２５、さらに５２６と５２８の領域がＮ^- 型で表記される弱いＮ型領域（低濃度不純物領域）となる。また、５２４と５２７の領域がＰイオンの注入されないＩ型の領域となる。なお、５２４の領域がＰチャネル型の薄膜トランジスタのチャネル形成領域となる。また５２７の領域がＮチャネル型の薄膜トランジスタのチャネル形成領域となる。（図４（Ｂ））
【０１１６】
次にＮチャネル型の薄膜トランジスタとなる領域をレジストマスク５２９で覆う。そして、Ｂ（ボロン）イオンの注入を行う。この工程においては、先にＰイオンが注入されることによってＮ型化した領域を反転させるドーズ量でもってＢイオンの注入を行う。（図４（Ｃ））
【０１１７】
このＢイオンの注入工程の結果、Ｐ型領域５３０、５３１、さらに５３３、５３４が自己整合的に形成される。また、チャネル形成領域となる５３２で示される領域が自己整合的に形成される。
【０１１８】
こうして左側のＰチャネル型の薄膜トランジスタと右側のＮチャネル型の薄膜トランジスタとの原型が形成される。
【０１１９】
図４（Ｃ）に示すＢイオンの注入が終了したら、レジストマスク５２９を除去し、図５（Ａ）に示す状態を得る。そしてレーザー光の照射を行い、不純物イオンの注入によって損傷した領域のアニールと注入された不純物イオンの活性化とを行う。
【０１２０】
次に層間絶縁膜５３５として、窒化珪素膜と酸化珪素膜との積層膜をプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。こうして図５（Ｂ）に示す状態を得る。
【０１２１】
そしてコンタクトホールの形成を行い、チタン膜とアルミニウム膜とチタン膜との積層膜でもって、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタのソース電極５３６とドレイン電極５２７とを形成する。また同時にＮチャネル型の薄膜トランジスタのソース電極５３９とドレイン電極５２８とを形成する。（図５（Ｃ））
【０１２２】
ここで、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタのドレイン電極５３７とＮチャネル型の薄膜トランジスタのドレイン電極５３８とを接続すれば、相補型に構成されたＣＭＯＳ回路が得られる。
【０１２３】
図５（Ｃ）に示す構成は、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタのみに低濃度不純物領域５２６と５２８が形成されている。ここで、ドレイン領域５２０側の低濃度不純物領域５２６が一般にＬＤＤ（ライトドープドレイン）領域と称されている。
【０１２４】
このＬＤＤ領域を配置すると、ＯＦＦ電流値の低減、ホットキャリアによる劣化の抑制、移動度の低下、といった作用が得られる。
【０１２５】
〔実施例６〕
本実施例は、逆スタガー型の薄膜トランジスタの作製工程を示す。まず、ガラス基板６０１上に下地膜として酸化珪素膜６０２を３０００Åの厚さに成膜する。
【０１２６】
この酸化珪素膜６０２は、基板表面の平坦性を補正し、さらに基板からの不純物の侵入（上方の活性層への侵入）を防ぐために形成される。また、この酸化珪素膜は、活性層に接するものでないから、その界面特性の良さは特に要求されない。従って、ここでは酸化珪素膜６０２を酸素とアルゴンとの混合雰囲気でのスパッタリングのみによって成膜する。
【０１２７】
こうして６０２で示される３０００Åの厚さの酸化珪素膜を成膜する。次にゲイト電極６０３を構成する図示しない金属材料でなる薄膜を３０００Åの厚さに成膜する。ここでは、金属材料としてＭｏ（モリブデン）を利用する。
【０１２８】
そして図示しないモリブデンでなる金属材料薄膜をパターニングすることにより、ゲイト電極６０３を形成する。ゲイト電極６０３は、ゲイト配線から延在して形成される。こうして図６（Ａ）に示す状態を得る。
【０１２９】
次にゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜６０４を１０００Åの厚さに成膜する。ここでは、まず酸素１００％雰囲気中でのスパッタリングによって、２００Å厚さに第１層の酸化珪素膜を成膜する。さらに引き続いて、酸素とアルゴンとの混合雰囲気中でのスパッタリングによって、６００Å厚の第２層の酸化珪素膜を成膜する。さらに引き続いて、酸素１００％雰囲気中でのスパッタリングによって、２００Å厚の第３層の酸化珪素膜を成膜する。
【０１３０】
こうして３層でなる６０４で示されるゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜が成膜される。
【０１３１】
次に活性層を構成する珪素膜を成膜する。ここでは、まず非晶質珪素膜６０５をプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法でもって５００Åの厚さに成膜する。こうして図６（Ｂ）に示す状態を得る。
【０１３２】
非晶質珪素膜６０５を成膜したらレーザー光の照射により、非晶質珪素膜６０５を結晶化させる。レーザー光としては、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を用いることができる。
【０１３３】
非晶質珪素膜６０５を結晶化させたら、それをパターニングして６０６で示される島状の領域を形成する。６０６が薄膜トランジスタの活性層となる。
【０１３４】
次に図示しない窒化珪素膜を３０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。この窒化珪素膜をパターニングして６０７で示されるパターンを形成する。このパターン６０７は、ソース／ドレイン領域を自己整合的に形成するためのマスクとなる。（図６（Ｃ））
【０１３５】
図６（Ｃ）に示す状態を得たら、不純物イオンの注入を行う。ここでは、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタを形成するためにＰ（リン）イオンの注入を行う。なお、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタを形成するのであれば、Ｂ（ボロン）イオンの注入を行う。
【０１３６】
この不純物イオンの注入を行うことで、６０８と６１０で示される領域にＰイオンが注入される。また６０９の領域には、マスクパターン６０７がマスクとなることによってＰイオンが注入されない。（図６（Ｄ））
【０１３７】
この不純物イオンの注入を行うことにより、ソース領域６０８、チャネル形成領域６０９、ドレイン領域６１０が自己整合的に形成される。
【０１３８】
上記不純物イオンの注入後、レーザー光を照射し、注入された不純物イオンの活性化と不純物イオンの注入の衝撃によって損傷した領域（ソース／ドレイン領域）のアニールとを行う。
【０１３９】
次にチタン膜とアルミニウム膜とチタン膜との積層膜でもって、ソース電極６１１、とドレイン電極６１２とを形成する。こうして逆スタガー型の薄膜トランジスタが完成する。（図６（Ｅ））
【０１４０】
〔実施例７〕
本実施例は、スパッタリングによる酸化珪素膜の成膜の際に、雰囲気を連続的または段階的に変化させる場合の例に関する。
【０１４１】
このような構成とする場合、予め設定したプログラムに従い、酸素１００％雰囲気から酸素とアルゴンの混合雰囲気へ、または酸素とアルゴンの混合雰囲気から酸素１００％雰囲気へ、と移行する。
【０１４２】
この際、成膜条件等が所定のものとなるように、混合流量比は予め設定しておく。
【０１４３】
このような構成とすると、膜質的には多層構造を有する酸化珪素膜の成膜を連続した１つの成膜工程とすることができる。
【０１４４】
【発明の効果】
本明細書で開示する発明を利用することにより、特性の経時変化が小さく、またＯＦＦ電流値の小さい薄膜トランジスタを得ることができる。
【０１４５】
また多数の薄膜トランジスタを同時に作製した場合において、各薄膜トランジスタの特性のばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図２】 単結晶シリコンウエハー上に形成された酸化珪素膜中における炭素成分の濃度分布を示す図。
【図３】 Ｐチャネル型とＮチャネル型の薄膜トランジスタを同時に作製する工程を示す図。
【図４】 Ｐチャネル型とＮチャネル型の薄膜トランジスタを同時に作製する工程を示す図。
【図５】 Ｐチャネル型とＮチャネル型の薄膜トランジスタを同時に作製する工程を示す図。
【図６】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【符号の説明】
１０１ ガラス基板
１０２ 下地膜を構成する下層の酸化珪素膜
１０３ 下地膜を構成する上層の酸化珪素膜
１０４ 結晶性珪素膜でなる活性層
１０５ ゲイト絶縁膜を構成する第１の酸化珪素膜
１０６ ゲイト絶縁膜を構成する第２の酸化珪素膜
１０７ ゲイト絶縁膜を構成する第３の酸化珪素膜
１０８ レジストマスク
１０９ 多孔質状の陽極酸化膜
１１０ ゲイト電極
１１１ 緻密な膜質を有する陽極酸化膜
１１２ ソース領域
１１３ 不純物イオンが注入されない領域
１１４ ドレイン領域
１１５ 低濃度不純物領域
１１６ チャネル形成領域
１１７ 低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）
１１８ 層間絶縁膜
１１９ ソース電極
１２０ ドレイン電極

Claims (7)

1. 基板上に第１の酸化珪素膜を形成し、前記第１の酸化珪素膜上に接する半導体薄膜を形成し、前記半導体薄膜上に接する第２の酸化珪素膜を形成し、前記第２の酸化珪素膜上にゲイト電極を形成する半導体装置の作製方法であって、
   前記第１の酸化珪素膜は、酸素とアルゴンの混合雰囲気中でスパッタリングを行い、酸素とアルゴンの混合雰囲気中のアルゴン含有比率を連続的に減少させることにより酸素１００％雰囲気へ移行しながらスパッタリングを行い、酸素１００％雰囲気中でスパッタリングを行うことによって形成され、
   前記第２の酸化珪素膜は、酸素１００％雰囲気中でのスパッタリングを行い、酸素１００％雰囲気にアルゴンを添加して雰囲気中のアルゴン含有比率を連続的に増加させることにより酸素１００％雰囲気から酸素とアルゴンの混合雰囲気へ移行しながらスパッタリングを行い、酸素とアルゴンの混合雰囲気中でスパッタリングを行うことによって形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. 基板上に第１の酸化珪素膜を形成し、前記第１の酸化珪素膜上に接する半導体薄膜を形成し、前記半導体薄膜上に接する第２の酸化珪素膜を形成し、前記第２の酸化珪素膜上に接するゲイト電極を形成する半導体装置の作製方法であって、
   前記第１の酸化珪素膜は、酸素とアルゴンの混合雰囲気中でスパッタリングを行い、酸素とアルゴンの混合雰囲気中のアルゴン含有比率を連続的に減少させることにより酸素１００％雰囲気へ移行しながらスパッタリングを行い、酸素１００％雰囲気中でスパッタリングを行うことによって形成され、
   前記第２の酸化珪素膜は、酸素１００％雰囲気中でのスパッタリングを行い、酸素１００％雰囲気にアルゴンを添加して雰囲気中のアルゴン含有比率を連続的に増加させることにより酸素１００％雰囲気から酸素とアルゴンの混合雰囲気へ移行しながらスパッタリングを行い、酸素とアルゴンの混合雰囲気中でスパッタリングを行い、酸素とアルゴンの混合雰囲気中のアルゴン含有比率を連続的に減少させることにより酸素とアルゴンの混合雰囲気から酸素１００％雰囲気へ移行しながらスパッタリングを行い、酸素１００％雰囲気中でスパッタリングを行うことによって形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. 基板上に第１の酸化珪素膜を形成し、前記第１の酸化珪素膜上に接する半導体薄膜を形成し、前記半導体薄膜上に接する第２の酸化珪素膜を形成し、前記第２の酸化珪素膜上にゲイト電極を形成する半導体装置の作製方法であって、
   前記第１の酸化珪素膜は、酸素とアルゴンの混合雰囲気中でスパッタリングを行い、酸素とアルゴンの混合雰囲気中のアルゴン含有比率を連続的に減少させることにより酸素１００％雰囲気へ移行しながらスパッタリングを行い、酸素１００％雰囲気中でスパッタリングを行うことによって形成され、
   前記第１の酸化珪素膜の形成後に前記第１の酸化珪素膜の表面に対してプラズマ処理を行うことにより、前記第１の酸化珪素膜の表面に存在する有機物を除去し、
   前記第２の酸化珪素膜は、酸素１００％雰囲気中でのスパッタリングを行い、酸素１００％雰囲気にアルゴンを添加して雰囲気中のアルゴン含有比率を連続的に増加させることにより酸素１００％雰囲気から酸素とアルゴンの混合雰囲気へ移行しながらスパッタリングを行い、酸素とアルゴンの混合雰囲気中でスパッタリングを行うことによって形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. 基板上に第１の酸化珪素膜を形成し、前記第１の酸化珪素膜上に接する半導体薄膜を形成し、前記半導体薄膜上に接する第２の酸化珪素膜を形成し、前記第２の酸化珪素膜上に接するゲイト電極を形成する半導体装置の作製方法であって、
   前記第１の酸化珪素膜は、酸素とアルゴンの混合雰囲気中でスパッタリングを行い、酸 素とアルゴンの混合雰囲気中のアルゴン含有比率を連続的に減少させることにより酸素１００％雰囲気へ移行しながらスパッタリングを行い、酸素１００％雰囲気中でスパッタリングを行うことによって形成され、
   前記第１の酸化珪素膜の形成後に前記第１の酸化珪素膜の表面に対してプラズマ処理を行うことにより、前記第１の酸化珪素膜の表面に存在する有機物を除去し、
   前記第２の酸化珪素膜は、酸素１００％雰囲気中でのスパッタリングを行い、酸素１００％雰囲気にアルゴンを添加して雰囲気中のアルゴン含有比率を連続的に増加させることにより酸素１００％雰囲気から酸素とアルゴンの混合雰囲気へ移行しながらスパッタリングを行い、酸素とアルゴンの混合雰囲気中でスパッタリングを行い、酸素とアルゴンの混合雰囲気中のアルゴン含有比率を連続的に減少させることにより酸素とアルゴンの混合雰囲気から酸素１００％雰囲気へ移行しながらスパッタリングを行い、酸素１００％雰囲気中でスパッタリングを行うことによって形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 基板上に第１の酸化珪素膜を形成し、前記第１の酸化珪素膜上に接する半導体薄膜を形成し、前記半導体薄膜上に接する第２の酸化珪素膜を形成し、前記第２の酸化珪素膜上にゲイト電極を形成する半導体装置の作製方法であって、
   前記第１の酸化珪素膜は、酸素とアルゴンの混合雰囲気中でスパッタリングを行い、酸素とアルゴンの混合雰囲気中のアルゴン含有比率を連続的に減少させることにより酸素１００％雰囲気へ移行しながらスパッタリングを行い、酸素１００％雰囲気中でスパッタリングを行うことによって形成され、
   前記第２の酸化珪素膜の形成前に前記半導体薄膜の表面に対してプラズマ処理を施すことにより、前記半導体薄膜の表面に存在する有機物を除去し、
   前記第２の酸化珪素膜は、酸素１００％雰囲気中でのスパッタリングを行い、酸素１００％雰囲気にアルゴンを添加して雰囲気中のアルゴン含有比率を連続的に増加させることにより酸素１００％雰囲気から酸素とアルゴンの混合雰囲気へ移行しながらスパッタリングを行い、酸素とアルゴンの混合雰囲気中でスパッタリングを行うことによって形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. 基板上に第１の酸化珪素膜を形成し、前記第１の酸化珪素膜上に接する半導体薄膜を形成し、前記半導体薄膜上に接する第２の酸化珪素膜を形成し、前記第２の酸化珪素膜上に接するゲイト電極を形成する半導体装置の作製方法であって、
   前記第１の酸化珪素膜は、酸素とアルゴンの混合雰囲気中でスパッタリングを行い、酸素とアルゴンの混合雰囲気中のアルゴン含有比率を連続的に減少させることにより酸素１００％雰囲気へ移行しながらスパッタリングを行い、酸素１００％雰囲気中でスパッタリングを行うことによって形成され、
   前記第２の酸化珪素膜の形成前に前記半導体薄膜の表面に対してプラズマ処理を施すことにより、前記半導体薄膜の表面に存在する有機物を除去し、
   前記第２の酸化珪素膜は、酸素１００％雰囲気中でのスパッタリングを行い、酸素１００％雰囲気にアルゴンを添加して雰囲気中のアルゴン含有比率を連続的に増加させることにより酸素１００％雰囲気から酸素とアルゴンの混合雰囲気へ移行しながらスパッタリングを行い、酸素とアルゴンの混合雰囲気中でスパッタリングを行い、酸素とアルゴンの混合雰囲気中のアルゴン含有比率を連続的に減少させることにより酸素とアルゴンの混合雰囲気から酸素１００％雰囲気へ移行しながらスパッタリングを行い、酸素１００％雰囲気中でスパッタリングを行うことによって形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
7. 請求項３乃至６のいずれか一項において、
   前記プラズマ処理は、水素と酸素の混合雰囲気中で行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。

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