JPH033247A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は薄膜トランジスタの製造方法に関し、特に２層
の半導体層にレーザ光を照射して同時に溶融することに
よって一方の半導体層に不純物イオンを他方の半導体層
に導入する薄膜トランジスタの製造方法に関する。

（従来の技術） 従来、第３図に示すような薄膜トランジスタの製造方法
があった（例えば特開昭５６−８８３１７号公報参照）
。

すなわち、シリコン半導体基板１１上に例えば熱酸化法
によって二酸化シリコン膜１２を厚さ５０００人程度成
形成し、この二酸化シリコン膜１２上に、蒸着法、スパ
ッタリング法などによって非晶質シリコン膜１３を例え
ば厚さ１００００人程度形成型る（同図（ａ）参照）。

次に、通常のフォト・リングラフィ技術を適用して非晶
質シリコン膜１３のバターニングを行い、多数の島を形
成する（同図〈縁参照）。

次に、非晶質シリコン膜１３上に熱酸化法によって二酸
化シリコン膜１４を厚さ１０００人程度成形成する（同
図（ｃ）参照）。

次に、二酸化シリコン膜１４上からレーザ光を照射して
非晶質シリコン膜１３を単結晶化する（同図（（至）参
照）。

次に、単結晶シリコン膜１３°を能動層として通常の技
法にて各種素子を形成する（同図（ｅ）参照）（発明が
解決しようとする問題点） ところが、この従来の薄膜トランジスタの製造方法では
、非晶質シリコン膜１３にレーザ光を照射して結晶化さ
せるものの、結晶化させた後にさらにシリコン膜１３内
に予め混入させである不純物イオンとは異なる導電型の
不純物イオンを注入して半導体接合部を形成しなければ
ならず、この不純物イオンの注入は従来の半導体製造技
術と同様に後工程に熱処理を含むイオン注入法で行わな
−ければならなかった。その為に、大型の装置が必要で
製造にも長時間を要するという問題があった。

（発明の目的） 本発明は、このような従来方法の問題点に鑑みて案出さ
れたものであり、イオン注入装置のような大型の装置を
用いずにしかも短時間に異種導電型の不純物イオンを拡
散することができる薄膜トランジスタの製造方法を提供
することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 第１の発明に係る薄膜トランジスタの製造方法よれば、
絶縁基板上に第１の半導体層を形成し、該第１の半導体
層上に絶縁膜と厚みが１０００Å以下の高融点金属から
なるゲート電極を順次形成し、前記第１の半導体層及び
ゲート電極上に第１の半導体層とは異なる導電型の第２
の半導体層を形成し、該第２の半導体層上からレーザ光
を照射して前記第１及び第２の半導体層を同時に溶融し
て前記絶縁膜とゲート電極が形成された部分以外の第２
の半導体層内の不純物を前記第１の半導体層内に導入し
てソース領域とドレイン領域を形成すると同時に前記第
１及び第２の半導体層を結晶化し、しかる後前記第２の
半導体層を除去する工程を経て前記ソース領域とドレイ
ン領域上にソース電極とドレイン電極を形成することに
より上記目的が達成される。

また、第２の発明に係る薄膜トランジスタの製造方法に
よれば、絶縁基板上に第１の半導体層を形成し、該第１
の半導体層上に絶縁膜と厚みが１０００Å以上の高融点
金属からなるゲート電極とを順次形成し、前記ゲート電
極上からレーザ光を照射して前記第１の半導体層を加熱
することにより結晶化し、前記第１の半導体層及びゲー
ト電極上に第１の半導体層とは異なる導電型の第２の半
導体層を形成し、該第２の半導体層上からレーザ光を照
射して加熱溶融することにより前記絶縁膜とゲート電極
が形成された部分以外の第２の半導体層内の不純物を前
記第１の半導体層内に導入してソース領域とドレイン領
域を形成し、しかる後前記第２の半導体層を除去して前
記ソース領域とドレイン領域上にソース電極とドレイン
電極を形成することにより上記目的が達成される。

（実施例） 以下、実施例を添付図面に基づき詳細に説明する。

第１図は、第１の発明に係る薄膜トランジスタの製造方
法の一実施例を説明するための工程図である。

まず、ナトリウムイオンをほとんど含有しないホウケイ
酸ガラス、石英基板、或いは表面に絶縁膜を形成した半
導体基板等からなる絶縁基板１上に、第１の半導体層２
を形成する。

第１の半導体層２は、例えばシラン、ジシラン等のシリ
コン化合物ガスに例えばジボラン等のｐ型ドーピングガ
スを混入せしめてグロー放電によって分解するプラズマ
ＣＶＤ法によって非晶質シリコン膜２を不純物イオンの
ドーズ量が１０１４ｃｒａ−’〜１０１７ｃｍ−’とな
るように厚さ１００〜５０００人程度に形成す成型 酸化シリコン（Ｓｉ’０２）からなる絶縁膜３を厚み１
００〜２０００人に形成する。なお、この絶縁膜３は、
窒化シリコン（Ｓ　ｉ３　Ｎａ　）や酸化タンタル（Ｔ
ａＯ２）で形成してもよい、絶縁膜３を酸化シリコン又
は窒化シリコンで形成する場合は、基板温度を２００〜
６００℃に加熱したプラズマＣＶＤ或いは熱ＣＶＤで形
成するか、スバ・ツタリングで形成する。また、絶縁膜
３を酸化タンタルで形成する場合は、反応性スパッタリ
ングで形成する。

次に、絶縁膜３上に、ゲート電極４を形成する。

このゲート電極４は、例えばタングステン（Ｗ＞、タン
タル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ＞、プラチナ（ｐｔ）
、マンガン（Ｍａ）等の高融点金属で形成される。この
高融点金属層４は、０．５〜２０Ｗのアルゴンレーザ光
を例えば１〜５０％透過するように厚み５０人〜１００
０人成型に形成される。

次に、前記絶縁膜３及びゲート電極４を一部を残してフ
ッ素を含んだエツチング液でエツチング除去する。

次に、第１の半導体層２表面とゲート電極４上に例えば
ｎ型の不純物イオンを含有する第２の半導体膜５を５０
０〜５０００人形成する。この第２の半導体膜４は、例
えばシラン、ジシラン等のシリコン化合物ガスにフォス
フイン等のｎ型の不純物ガスを混入せしめてグロー放電
によって分解するプラズマＣＶＤ法によって非晶質シリ
コン膜を被着させることにより不純物イオンのドーズ量
が１０　”ｃｍ−’〜１０２°Ｃｍ−’となるように形
成される。

次に、前記第２の半導体層５上から連続発振アルゴンレ
ーザ等を０．５〜２０Ｗのパワーで照射して溶融し、こ
の第２の半導体層内の不純物イオン（Ｐ）と第１の半導
体層内の不純物イオンを半導体層が溶融することによっ
て混合させる。この場合、第１の半導体層のホウ素（Ｂ
）イオンのドーズ量は１０１４ｃｍ−’〜１０　”ａｍ
−’であるのに対して、第２の半導体層のリンイオンの
ドーズ量は１０１７ｃｍ−３〜１０　”ｃｍ−’である
ことから、第１及び第２の半導体層はともにｎ型となる
。

なお、絶縁膜３とゲート電極４の直下部の第１の半導体
層は第２の半導体層に接していないことから、第２の半
導体層の不純物イオンはこの部分では第１の半導体層に
導入されることはない、このようにして、第１の半導体
層内にｐ−ｎ接合が形成され、ソース領域２ａとドレイ
ン領域２ｂが形成される。また、絶縁膜３及びゲート電
極４を形成した後に第１の半導体層２内に第２の半導体
層内の不純物イオンを導入することから絶縁膜３と第１
の半導体層２の拡散部に重なりやオフセットを生じる事
なく厳密に位置整合状態に形成される。

上記ソース領域２ａとドレイン領域２ｂを形成すると同
時に、レーザ光によって第１の半導体層２を１４００℃
以上に加熱して溶融・固化させることによって第１の半
導体層２を結晶化させる。

この場合、ゲート電極３は、高融点金属で形成されてい
ることからレーザ照射時にゲート電８ｉ！３が溶融する
ことはなく、しかもこの高融点金属のレーザ光透過率で
レーザ光の面方向の強度分布を双峰型に改善して高融点
金属以外の部分のレーザ光が強くなり第１の半導体層内
に効率良く不純物イオンを拡散できると共に、第１の半
導体層２を単結晶化できる。

次に、前記第２の半導体層５をエツチング除去する。

最後に、ソース領域２ａとドレイン領域２ｂ上、及びゲ
ート電極４上にアルミニウム（Ａ１）や二・ツケル（Ｎ
ｉ）を蒸着法やスパッタリング法で例えば０．５μｍ程
度被着して所定部分を工・ンチング除去することにより
、ソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極を形成し
て完成する。

第２図は、第２の発明に係る実施例を説明するための図
である。

第２の発明も第１の発明とほぼ同様であるが、第２の発
明では非晶質シリコンなどから成る第１の半導体層２上
に絶縁膜３と高融点金属等から成るゲート電極４とを所
定のパターンで形成する工程の後に、ゲート電極４上か
らレーザ光を照射して第１の半導体層２の非晶質シリコ
ンを単結晶化して、第２の半導体層５を形成する工程に
進む。

この場合、高融点金属からなるゲート電極４は、厚みが
１０００Å以上であることがらレーザ光は透過せず、し
たがって、絶縁膜３とゲート電極４直下の第１の半導体
層は溶融しない。

このように第２の半導体層５を形成する前に、第１の半
導体層２を結晶化して置けば、この第１の半導体層２が
結晶的に安定することから後に不純物イオンを拡散させ
る際に、ゲート絶縁膜３とソース領域２ａ或いはドレイ
ン領域２ｂの位置をさらに精度よく整合させることがで
きる。

以上の説明はｎチャンネルの薄膜トランジスタを製造す
るものであるが、ｐチャンネルの薄膜トランジスタを製
造する場合は逆の不純物を用いれば良い。

（発明の効果） 以上のように、本発明に係る薄膜トランジスタの形成方
法によれば、絶縁基板上に第１の半導体層を形成し、該
第１の半導体層上に絶縁膜と高融点金属からなるゲート
電極を順次形成し、前記第１の半導体層及びゲート電極
上に第１の半導体層とは異なる導電型の第２の半導体層
を形成し、該第２の半導体層上にレーザ光を照射して溶
融することにより絶縁膜とゲート電極が形成された部分
以外の第２の半導体層内の不純物イオンを前記第１の半
導体層内に導入し、しかる後前記第２の半導体層を除去
してソース電極とドレイン電極を形成することから、イ
オン注入装置のような大型の装置を必要とせず、しかも
不純物の拡散工程を短時間で行うことができる。

また、レーザ光を用いて所謂セルファライン方式でソー
ス領域とドレイン領域を形成することから特製の優れた
薄膜トランジスタを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（（支）〜（ｊ）はそれぞれ第１の発明に係る、
薄膜トランジスタの製造方法を説明するための図、第２
図（ａ）〜（０はそれぞれ第２の発明に係る薄膜トラン
ジスタの製造方法を説明するための図、第３区（ω〜（
ｅ）はそれぞれ従来の薄膜トランジスタの製造方法を説
明するための図である。 １、絶縁基板　　　　　２、第１の半導体層３、絶縁ｉ
　　　　　　　４、ゲート電極５、第２の半導体層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁基板上に第１の半導体層を形成し、該第１の
   半導体層上に絶縁膜と厚みが１０００Å以下の高融点金
   属からなるゲート電極とを順次形成し、前記第１の半導
   体層及びゲート電極上に第１の半導体層とは異なる導電
   型の第２の半導体層を形成し、該第２の半導体層上から
   レーザ光を照射して前記第１及び第２の半導体層を同時
   に溶融して前記絶縁膜とゲート電極が形成された部分以
   外の第２の半導体層内の不純物を第１の半導体層内に導
   入してソース領域とドレイン領域を形成すると同時に前
   記第１及び第２の半導体層を結晶化し、しかる後前記第
   ２の半導体層を除去する工程を経て前記ソース領域とド
   レイン領域上にソース電極とドレイン電極を形成するこ
   とを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
2. （２）絶縁基板上に第１の半導体層を形成し、該第１の
   半導体層上に絶縁膜と厚みが１０００Å以上の高融点金
   属からなるゲート電極とを順次形成し、前記ゲート電極
   上からレーザ光を照射して前記第１の半導体層を加熱す
   ることにより結晶化し、前記第１の半導体層及びゲート
   電極上に第１の半導体層とは異なる導電型の第２の半導
   体層を形成し、該第２の半導体層上からレーザ光を照射
   して第１及び第２の半導体層を溶融することにより前記
   絶縁膜とゲート電極が形成された部分以外の第２の半導
   体層内の不純物を第１の半導体層内に導入してソース領
   域とドレイン領域を形成し、しかる後前記第２の半導体
   層を除去して前記ソース領域とドレイン領域上にソース
   電極とドレイン電極を形成することを特徴とする薄膜ト
   ランジスタの製造方法。