JP4128552B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ガラス等の絶縁基板上に形成された非晶質(アモルファス)珪素膜や結晶性シリコン膜に対し、レーザーアニールを施して、結晶化させる、あるいは結晶性を向上させる方法に関する。
本発明は、結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタのしきい値制御に関する。
絶縁表面を有する基板上に設けられた非単結晶珪素膜を、水素雰囲気中でレーザーアニールする第1の工程と、
前記非単結晶珪素膜上に、ゲイト絶縁膜となる絶縁膜を形成する第2の工程とを有し、
前記第1の工程と前記第2の工程とが連続して行われることを特徴する半導体装置の作製方法である。
レーザー照射室、基板搬送室、処理室を有し、前記各室は気密性を有する連続処理装置を用い、
前記レーザー処理室において、絶縁表面を有する基板上に設けられた非単結晶珪素膜を、水素雰囲気中でレーザーアニールする工程と、
前記基板搬送室を介して前記基板を前記処理室に運ぶ工程と、
前記処理室において、前記非単結晶珪素膜上に、ゲイト絶縁膜となる絶縁膜を形成する工程とでなることを特徴とする半導体装置の作製方法である。
本発明は、非単結晶珪素膜にレーザーアニールを施して、結晶化また結晶性を向上させるに際し、非単結晶珪素膜を、水素を含有する雰囲気中に配置した状態で、レーザー照射を行うものである。
実施例1では、水素雰囲気中でのレーザーアニール工程の例を示す。
図2に、実施例の作製工程を示す。まず、基板201として、127mm角のコーニング1737上に、下地膜としての酸化珪素膜202が200nm、その上に、非晶質珪素膜が、50nm、共にプラズマCVD法にて、連続的に成膜される。
実施例2では、実施例1におけるレーザーアニール時の水素含有雰囲気を実施例1より低下させ、0.5%とし、他は同様として結晶性珪素膜を形成する。
この結晶性珪素膜を用いて作製されたTFTは、S値は実施例1のものとほとんど変わらない。また、従来の空気雰囲気でレーザーアニールされたものよりは、しきい値が正(+)側にシフトされているが、実施例1のTFTより少ないシフト量となる。すなわち、レーザーアニール時の雰囲気中の水素含有量により、しきい値のシフトの程度が制御できることがわかる。
実施例3では、実施例4以降で使用する連続処理装置の例を示す。図8に実施例における連続処理装置の上面図を示す。図8の装置は、図3に示した装置に、プラズマ処理室を2つ加えた構成を有する。この装置を用いて、水素雰囲気中でのレーザーアニール工程に連続してゲイト絶縁膜を形成することができる。
実施例4では、結晶性珪素膜に対する水素雰囲気でのレーザーアニールとゲイト絶縁膜の形成を連続的に行う例を示す。
本実施例では、実施例4に示した薄膜トランジスタの作製工程において、ゲイト絶縁膜を、第1の絶縁膜として酸化珪素(SiO2 )、第2の絶縁膜として窒化珪素(SiN)を用いた例を示す。ゲイト絶縁膜の構成以外は、実施例4と同じである。以下に本実施例を図6、図8を用いて説明する。
実施例6では、第1の絶縁膜として結晶性珪素膜の上面を窒化して形成される窒化珪素膜を用いた例を示す。ゲイト絶縁膜の構成以外は、実施例4と同じである。
102 レーザー発振装置
103 ミラー
104 窓
105 被処理基板
106 台
107 移動機構
108 真空排気ポンプ
109、110 気体供給管
111 ステージ
112 光学系
201 基板
202 酸化珪素膜(下地膜)
203 結晶化珪素膜
205 島状領域
206 ゲイト絶縁膜
207 ゲイト電極
208 ソース
209 ドレイン
210 チャネル形成領域
211 層間絶縁膜
212 ソース電極・配線
213 ドレイン電極・配線
301 ゲイトバルブ
302 基板搬送室
303 アライメント室
305 ロボットアーム
306 ロード/アンロード室
307 ゲイトバルブ
308 予備加熱室
309 ゲイトバルブ
310 徐冷室
311 ゲイトバルブ
312 カセット
Claims (5)
- 基板上に下地膜を形成し、前記下地膜上に非晶質珪素膜を連続形成し、
前記非晶質珪素膜上に酢酸ニッケル水溶液をスピンコート法にて塗布して、前記非晶質珪素膜上に酢酸ニッケル層を形成し、
熱アニールによって前記非晶質珪素膜を結晶性珪素膜にし、
水素含有雰囲気において、前記結晶性珪素膜にレーザーアニールを行って前記結晶性珪素膜の結晶性を向上させ、
前記結晶性珪素膜を島状の結晶性珪素膜にし、
前記島状の結晶性珪素膜上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極をドーピングマスクとして、n型又はp型の不純物をドープして前記島状の結晶性珪素膜にソース領域及びドレイン領域を形成し、
レーザーアニール及び窒素雰囲気下での熱アニールを行って前記ドーピングされた不純物を活性化し、
前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁膜上に層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜に、前記ソース領域及び前記ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、
金属膜を形成、エッチングしてソース電極及びドレイン電極を形成し、
水素雰囲気下で熱アニールを行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 基板上に下地膜を形成し、前記下地膜上に非晶質珪素膜を連続形成し、
前記非晶質珪素膜上に酢酸ニッケル水溶液をスピンコート法にて塗布して、前記非晶質珪素膜上に酢酸ニッケル層を形成し、
熱アニールによって前記非晶質珪素膜を結晶性珪素膜にし、
前記結晶性珪素膜を島状の結晶性珪素膜にし、
水素含有雰囲気において、前記島状の結晶性珪素膜にレーザーアニールを行って前記島状の結晶性珪素膜の結晶性を向上させ、
前記レーザーアニール後、大気に曝すことなく、前記島状の結晶性珪素膜上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極をドーピングマスクとして、n型又はp型の不純物をドープして前記島状の結晶性珪素膜にソース領域及びドレイン領域を形成し、
レーザーアニール及び窒素雰囲気下での熱アニールを行って前記ドーピングされた不純物を活性化し、
前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁膜上に層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜に、前記ソース領域及び前記ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、
金属膜を形成、エッチングしてソース電極及びドレイン電極を形成し、
水素雰囲気下で熱アニールを行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項2において、前記水素含有雰囲気でのレーザーアニール後、大気に曝すことなく、前記島状の結晶性珪素膜上に酸化珪素膜を形成し、前記酸化珪素膜上に窒化珪素膜を形成して、前記酸化珪素膜及び前記窒化珪素膜の積層膜からなるゲート絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
- 請求項2において、前記水素含有雰囲気でのレーザーアニール後、大気に曝すことなく、活性化されたアンモニア雰囲気において、前記島状の結晶性珪素膜の表面にプラズマ窒化処理をすることにより、窒化珪素膜を形成してゲート絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
- 請求項1乃至4のいずれか一において、前記水素含有雰囲気は水素と窒素の混合気体雰囲気であり、水素が1%以上含有されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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