JPH04186735A - 半導体装置の製造方法 - 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、透光性基板上に低温（＜　６００℃）状態で
薄膜トランジスタ（以下ＴＰＴと称する）を形成するた
めの半導体装置の製造方法に関すいて多結晶シリコン薄
膜の形成方法には、石英等の基板上にＬ　Ｐ　−ＣＶ　
Ｄ　（Ｌｏｗ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　−Ｃｈｅｍｉｃａｌ
　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：低圧化学気相
堆積）法等により６００℃以上の温度で直接多結晶シリ
コン薄膜を堆積する方法と、レーザー光等のエネルギー
光を用いて水素化アモルファスシリコン薄膜等を溶融し
て結晶化させ多結晶シリコン薄膜を形成する方法等があ
る。

またレーザー光を用いて水素化アモルファスシリコン薄
膜等を溶融して結晶化を行ない多結晶シリコンＴＰＴを
作製する場合、素子の構成とじてはゲート電極が半導体
層よりも上部（チャネル領域が半導体層の上部）にある
類スタガ型かもしくはコプレーナ型が半導体層へのドー
ピングが容易に行なえるため主流となっている。

発明が解決しようとする課題 しかじなかぜら上記従来の構成では、直接基板上に多結
晶シリコン薄膜を堆積し多結晶シリコンＴＰＴを作製す
る場合、基板を最低でも６００℃程度に加熱する必要が
あり、ＴＰＴに用いる基板が限定されてしまう等の課題
がある。

また、従来の多結晶シリコンＴＰＴの素子構成の主流で
ある類スタガ型またはコプレーナ型ではゲート絶縁膜が
半導体層の上部に形成されるため、半導体層の堆積後に
ゲート絶縁膜を堆積することになるが、低温プロセスに
よるＴＰＴでは成膜時にダメージの少ない熱酸化膜等の
高温プロセスを用いることができない。そこで、例えば
プラズマＣＶＤ法等でゲート絶縁膜としてシリコン窒化
膜を堆積した場合、下地となる水素化アモルファスシリ
コン薄膜表面にシリコン窒化膜堆積時のプラズマがダメ
ージを与えることになり、良好なチャネルを形成するこ
とが困難となる。これは、スパッタ法等で二酸化シリコ
ン（ＳｉＯ２）や酸化タンタル（Ｔａ２０ｘ　）等を堆
積したときにも同様なことが言える。

また、現行の水素化アモルファスシリコンＴＰＴは多結
晶シリコンＴＰＴとは異なり、逆スタガ型を用いて作製
する場合が主流であり、この水素化アモルファスシリコ
ンＴＰＴの半導体層を多結晶シリコン薄膜に置き換えた
場合や多結晶シリコンＴＰＴと水素化アモルファスシリ
コンＴＰＴを同一基板上に構成する場合を考えると、類
スタガ型やコプレーナ型では現行のプロセスとの整合性
が悪いなどの課題がある。

さらに、レーザー光照射により形成される多結晶シリコ
ンＴＰＴではれチャネルまたはｐチャネルトランジスタ
を作製する際に、半導体薄膜堆積後、チャネル領域に不
純物をドープする工程を導入すると成膜プロセスが複雑
となり、マスク枚数が現行の逆スタガ型水素化アモルフ
ァスシリコンＴＰＴプロセスと比較してかなり増加する
という課題がある。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、低温プロセ
スにより多結晶シリコンＴＰＴを製造できる半導体装置
の製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 この目的を達成するために、本発明では逆スタガ型の構
造を採り、透光性基板の上に電極を形°成し、その上に
ゲート絶縁膜と第１の半導体薄膜（水素化アモルファス
シリコン薄膜等）を連続成膜しているが、ゲート絶縁膜
の上に堆積する第１の半導体薄膜に予め不純物を低濃度
でドープし、次にチャネル領域をマスク用薄膜で覆った
状態で高濃度の不純物を含んだ第２の半導体薄膜を極薄
く堆積させた後、マスク用薄膜をエツチングして半導体
薄膜をリフトオフし、レーザー光を照射する構成を有し
ている。

作用 この構成によって、低温（＜　６００℃）で多結晶シリ
コン薄膜を形成できるため透光性基板の選択範囲が広が
る。

また逆スタガ型構造を採ることにより、半導体薄膜がゲ
ート絶縁膜の後から形成されるためチャネル領域が半導
体薄膜の下部となり、プラズマのダメージを受けること
なく良好なチャネルを形成することが容易である。

さらに、ゲート絶縁膜上に堆積する第１の半導体薄膜に
予め不純物を低濃度でドープし、次にチャネル領域以外
に高濃度の不純物を含んだ第２の半導体薄膜を極薄く形
成することにより、その後のレーザー光照射による溶融
・結晶化で低濃度のチャネル領域と高濃度のソース・ド
レインｆ［を容易に形成することが可能である。また、
チャネル領域の不純物濃度の制御も堆積する半導体薄膜
の不純物濃度を変化させることにより容易に行なうこと
ができる。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図ｆａｔ〜（ｇｌは本発明の一実施例によるｎチャ
ネル多結晶シリコン窒化膜の製造工程図である。

第１図（ａｌは透光性基板１の上にスバ・ツタ法等によ
り金属薄膜を堆積した後、所定の形状にエツチングし、
ゲート電極２を形成したものである。透光性基板１には
ガラスや石英等を、金属薄膜にはクロム（Ｃｒ）等を用
いる。第１図（ｂｌは透光性基板１の上に絶縁性薄膜３
及び３′と第１の半導体薄膜４を堆積した後、マスク用
薄膜５をチャネル領域に形成したものである。絶縁性薄
膜３はスパッタ法または陽極酸化法等により形成したＴ
２０、か常圧ＣＶＤ法等で成膜した５ｉ０２等である。

絶縁性薄膜３′と第１の半導体薄膜４はプラズマＣＶＤ
法によりシリコン窒化膜（以下絶縁性薄膜３′と同じ符
号を使用する）と原材料としてＳｉＨ＜または５ｉ２Ｈ
ｓにＨ２とＢ２Ｈ，ｓを混合した混合ガスを用いＢ（ボ
ロン）を１０１４〜１０１７ＣＩＴｌ−３ドープした低
濃度のｐ型水素化アモルファスシリコン薄膜（以下第１
の半導体薄膜４と同じ符号を使用する）を連続成膜する
ことにより形成する。

ここでｎ型水素化アモルファスシリコン薄膜４の膜厚は
３００〜３０００人とする。このようにしてシリコン窒
化膜３′の上に水素化アモルファスシリコン薄膜４と連
続成膜することにより、シリコン窒化膜３′と水素化ア
モルファスシリコン薄膜４の界面を大気中にさらすこと
なく形成できるため自然酸化膜の影響がない。さらに、
通常プラズマＣＶＤ法でシリコン窒化膜３′と水素化ア
モルファスシリコン薄膜４を堆積する場合、典型的な高
周波電力密度は水素化アモルファスシリコン薄膜４の堆
積時に比べてシリコン窒化膜３′の堆積時の方が１０倍
程度大きいため、水素化アモルファスシリコン薄膜４の
上にシリコン窒化膜３’を堆積する場合に比べてシリコ
ン窒化膜３′の上に水素化アモルファスシリコン薄膜４
を堆積する場合の方が膜表面へのプラズマダメージが少
なく良好な界面を形成することができる。また、水素化
アモルファスシリコン薄膜４のＢ濃度を変化させること
によりチャネル領域の不純物濃度を制御することができ
る。マスク用薄膜５はフォトレジストやシリコン窒化膜
等の膜を用いる。第１図（Ｃ１は第２の半導体薄膜６を
堆積したものである。この第２の半導体薄膜６は原材料
としてＳｉＨ＜または５１２Ｈ６にＨ２とＢ２Ｈ６を混
合した混合ガスを用いプラズマＣＶＤ法によりＰ（リン
）を１０　”〜１０２’ｃｍ−３ドープした高濃度（７
）ｎ型水素化アルモファスシリコン薄膜（以下第２の半
導体薄膜６と同じ符号を使用する）を堆積したものであ
る。このｎ型水素化アモルファスシリコン薄膜６の膜厚
は３０〜３００人とする。なお、本実施例では、第１．
第２の半導体薄膜を形成するのにプラズマＣＶＤ法を用
いた例を示したが、他に熱分解または光分解によるＣＶ
Ｄ法を用いることができる。また、使用原材料もＳ　ｉ
　Ｈ，、Ｓ　１２Ｈ６に限るものではなく、用いるＣＶ
Ｄ法で分解し、シリコン膜が堆積できるものであればよ
い。また不純物を添加するためのガスもＰＨ３＋、Ｂ２
　Ｈ６以外のガスも使用できる。第１図（ｄｌは第１図
（Ｃ１のマスク用薄膜５をエツチングによりリフトオフ
してチャネル領域から高濃度のｎ型水素化アモルファス
シリコン薄膜６を取り除いたものである。

第１図ｔｅｌはレーザー光照射により第１の半導体薄膜
４と第２の半導体薄膜６を溶融・結晶化したものである
。レーザーには、エキシマレーザ−やＡｒレーザー等を
用いる。ここでレーザー光の照射前には透光性基板１を
真空容器中に保持した状態で排気しながら２００〜６０
０℃に加熱して水素化アモルファスシリコン薄膜５．６
中の脱水素処理を行なっておく必要がある。なお、この
脱水素処理は窒素雰囲気または水素雰囲気中で行なって
も同様の効果が得られる。これは、脱水素処理を行なわ
ない水素化アモルファスシリコン薄膜５，６をレーザー
光で溶融すると、膜中の水素が急激に加熱され膜外へ放
出する際に膜に大きなダメージを与えるためである。ま
た、レーザー光照射により形成される多結晶シリコン薄
膜は、形成された粒界にダングリングボンドが多数存在
しているために良好な電気特性を示さない。そこで、レ
ーザー光を照射した後の基板を１００〜４００℃で加熱
した状態で真空度を１０−３から１０Ｔｏｒｒの水素雰
囲気中または水素プラズマ雰囲気中で処理することによ
りダングリングボンドを減少サセ電気特性を向上させる
。以上のような処理を行なうことにより、高濃度ｎ型多
結晶シリコン薄膜（ソースまたはドレイン領域）８と低
濃度ｐ型子結晶シリコン薄膜（チャネル領域）９を形成
することができる。第１図（ｆｌはチャネル領域上に絶
縁膜１０を所定の形状に形成したものである。この絶縁
膜１０にはプラズマＣＶＤ法で堆積したシリコン窒化膜
等を用いる。第１図（ｇｌは絶縁膜１０を形成した透光
性基板１の上に金属薄膜を堆積した後、金属薄膜と多結
晶シリコン薄膜８．９を所定の形状にエツチングしてソ
ース電極１１及びドレイン電極１１を形成したものであ
る。この金属薄膜にはアルミ　（ＡＩ）、モリブデンシ
リサイド（ＭｏＳｉ）またはチタン（Ｔｉ）等を用いる
。

次に、ｐチャネル多結晶シリコン窒化膜の作製プロセス
について説明する。ｐチャネルＴＰＴの作製プロセスは
、第１図に示す第１の半導体薄膜４の代わりにＰを１０
　”〜１０　”ｏｎ−３ドープした低濃度のｎ型水素化
アモルファスシリコン薄膜を、また第２の半導体薄膜６
の代わりにＢを１０１７〜１−０１−０２１ａドープし
た高濃度のｐ量水素化アモルファスシリコン薄膜を用い
たもので、その他は第１図に示すチャネル多結晶シリコ
ンＴＰＴの実施例に記載したプロセスと同様である。

発明の効果 以上のように本発明では、 （１）水素化アモルファスシリコン薄膜ヲレーザー光に
より溶融し、結晶化して多結晶シリコンを形成すること
により低温（＜６００℃）プロセスが可能となり、透光
性基板の選択の幅が広がる。

（２）　　素子の構造を逆スタガ型とすることによりゲ
ート絶縁膜と半導体薄膜の界面を良好に形成することが
可能である。

（３）異なる濃度の不純物を含んだ２層の半導体層（水
素化アモルファスシリコーン薄膜）を所定の形状に形成
し、レーザー照射で溶融し、結晶化することにより所定
の不純物濃度のチャネル領域及びソース・ドレイン領域
を有する多結晶シリコンＴＰＴを容易に形成することか
可能である。

等の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ〜ｔｇ＋は本発明の一実施例によるｎチャ
ネルトランジスタの製造工程の図である。 １・・・・・・透光性基板、２・・・・・・ゲート電極
（電極）、３．３′・・・・・・絶縁性薄膜、４・・・
・・・第１の半導体薄膜、５・・・・・・マスク用薄膜
、６・・・・・・第２の半導体薄膜、７・・・・・・レ
ーザー光。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）透光性基板の上に電極を所定の形状に形成する第
   １の工程と、前記透光性基板と前記電極の上に絶縁性薄
   膜を堆積する第２の工程と、前記絶縁性薄膜の上に不純
   物を含む第１の半導体薄膜を堆積する第３の工程と、前
   記第１の半導体薄膜の上に前記電極を覆うマスク用薄膜
   を形成する第４の工程と、前記第１の半導体薄膜と前記
   マスク用薄膜の上に不純物を含む第２の半導体薄膜を堆
   積する第５の工程と、前記マスク用薄膜を除去する第６
   の工程と、前記第１、第２の半導体薄膜にレーザ光を照
   射する第７の工程とを少なくとも有することを特徴とす
   る半導体装置の製造方法。 （２）第１または第２の半導体薄膜は、シラン（ＳｉＨ
   ＿４）またはジシラン（Ｓｉ＿２Ｈ＿６）の主原料ガス
   と水素（Ｈ＿２）、フォスフィン（ＰＨ＿３）およびジ
   ボラン（Ｂ＿２Ｈ＿６）のうち少なくとも１種類以上と
   を含む混合ガスをプラズマ、熱または光を用いて分解し
   、堆積されることを特徴とする請求項１記載の半導体装
   置の製造方法。 （３）第１の半導体薄膜の不純物濃度よりも第２の半導
   体薄膜の不純物濃度を高くすることを特徴とする請求項
   １記載の半導体装置の製造方法。（４）真空中で絶縁性
   薄膜を堆積した後、真空状態を維持した状態で第１の半
   導体薄膜を堆積することを特徴とする請求項１記載の半
   導体装置の製造方法。 （５）第１と第２の半導体薄膜を堆積した後に、真空、
   窒素雰囲気または水素雰囲気のうち何れかの状態のもと
   で２００〜６００℃の温度範囲で熱処理を行なうことを
   特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。 （６）レーザー光を照射した後、基板温度を１００〜４
   ００℃、真空を１０＾−＾３〜１０Ｔｏｒｒの水素雰囲
   気中または水素プラズマ雰囲気中で処理を行なうことを
   特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。