JPH04305940A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクティブマトリック
ス方式の液晶ディスプレイや、イメージセンサや液晶シ
ャッターアレイや、三次元集積素子などに応用される薄
膜トランジスタの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、単結晶絶縁基板上の半導体薄膜は
、ＳＯＳ（サファイア上のシリコン）にみられるように
バルク半導体に比べ、次のような利点を有することが知
られている。■島上に切断あるいは誘電体分離をすると
き、素子間の分離を容易かつ確実にできる。■Ｐ−Ｎ接
合面積を小さくすることにより、浮遊容量を小さくでき
る。

【０００３】また、サファイア等の単結晶絶縁基板が高
価であることから、これに代わるものとして、溶融水晶
板や、Ｓｉ基板を１０００℃以上温度で酸化して形成し
た非晶質ＳｉＯ２　膜やＳｉ基板上に堆積した非晶質Ｓ
ｉＯ２　膜あるいは非晶質ＳｉＮ膜を用い、これらの上
に半導体薄体を形成する方法が提案されている。ところ
が、これらＳｉＯ２　膜やＳｉＮ膜は単結晶でないため
、その上シリコン層を被着形成し１０００℃以上の温度
のプロセスで結晶化すると基板上には多結晶が成長する
。この多結晶の粒径は数１０ｎｍであり、このうえにＭ
ＯＳトランジスタを形成しても、そのキャリア移動度は
バルクシリコン上のＭＯＳトランジスタの数分の１程度
である。

【０００４】また、液晶表示体のアクティブマトリック
ス基板用に、歪点が８５０℃以下の安価なガラス基板上
のＭＯＳトランジスタでは、１０００℃以上のプロセス
を利用することが出来ないので、減圧化学気相成長法で
シリコン層を堆積しても、多結晶の粒径は高々数ｎｍで
あるため、この上にＭＯＳトランジスタを形成しても、
そのキャリア移動度は、バルクシリコン上のＭＯＳトラ
ンジスタの数十分の１程度である。

【０００５】そこで最近、レーザービームや電子ビーム
等をシリコン薄膜上を走査し、該薄膜の溶融再固化を行
うことにより、結晶粒径を増大させ単結晶化する方法が
検討されている。この方法によれば、絶縁基板上に高品
質シリコン単結晶相を、または高品質多結晶を形成でき
、それを用いて作成した素子の特性も向上し、バルグシ
リコンに作成した素子の特性と同程度まで改善される。 さらにこの方法では、素子を積層化することが可能とな
りいわゆる三次元ＩＣの実現が可能となる。そして高密
度、高速、多機能などの特徴を持つ回路が得られるよう
になる。

【０００６】レーザービームをＭＯＳトランジスタの能
動領域のシリコン層の結晶化に応用し、ＭＯＳトランジ
スタの高性能化を試みた従来例の第１の例としてＪＡＰ
ＡＮＥＳＥ　　ＪＯＵＲＮＡＬ　　ＯＦ　　ＡＰＰＬＩ
ＥＤ　　ＰＨＹＳＩＣＳ　　ＶＯＬ．２８，ＮＯ．１０
，ＯＣＴＯＢＥＲ，１９８９，ＰＰ．１７８９−１７９
３「ＸｅＣｌ　　Ｅｘｃｉｍｅｒ　　Ｌａｓｅｒ　　Ａ
ｎｎｅａｌｉｎｇ　　Ｕｓｅｄｔｏ　　Ｆａｂｒｉｃａ
ｔｅｄ　　Ｐｏｌｙ−Ｓｉ　　ＴＦＴ′ｓ」が挙げられ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記に挙げた論文の方
法にあっては次のような問題点があった。すなわち、薄
膜トランジスタの活性領域となるシリコン層を３０８ｎ
ｍの波長のＸｅＣｌエキシマレーザーで結晶化している
。該シリコン層がモノシランを高周波によるグロー放電
による方法で形成しているため、シリコン層中の水素の
含有量が１％以上と多い。レーザービームを照射すると
きに水素の爆発的な気化によるシリコン層の表面の凹凸
の発生を防止するため、予め水素が爆発的な気化が生じ
ない程度のエネルギーを有するレーザービームを照射し
て、シリコン薄膜中から水素を離脱させ、ついで適度な
エネルギーのレーザービームを照射する方法によって該
シリコン層の結晶化を試みている。しかしながらこの方
法では、複数の異なるエネルギーのレーザービームを照
射しなければならず、薄膜トランジスタの製作工程の増
加をもたらす欠点があった。。

【０００８】また、ゲート絶縁膜をレーザービームによ
るシリコン層の結晶化の後に形成しているため、ゲート
絶縁膜と活性層シリコン膜が構成する界面の界面準位が
大きくなり、薄膜トランジスタの特性を悪化させる欠点
があった。

【０００９】また、該シリコン層表面が真空である状態
、あるいは該シリコン層の表面が気体に接触している状
態、すなわちシリコン層表面に接触している空間領域が
、シリコン層よりも屈折率が小さい物理的状態でレーザ
ービームを該シリコン層に照射しているため、レーザー
ビームの一部が、シリコン層表面で反射してしまい、レ
ーザービームのエネルギーが有効に利用されない欠点が
あった。

【００１０】本発明は、上記の点に鑑み、薄膜トランジ
スタの製造工程をやみくもに増やさないで、レーザービ
ームの照射によって結晶化したシリコン層で構成された
薄膜トランジスタの製造方法を提供するものである。ま
た、本発明は、活性層シリコン層とゲート絶縁膜が構成
する界面に存在する界面準位を減少させ、薄膜トランジ
スタの特性を向上させる薄膜トランジスタの製造方法を
提供するものである。また、本発明は、該活性層を構成
するシリコン層よりも屈折率の高い絶縁膜を該活性シリ
コン層に被着形成することによって、レーザービームの
エネルギーを有効に利用する薄膜トランジスタの製造方
法を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁基板上に
減圧化学気相成長法によりシリコン層を被着形成する工
程と、該シリコン層上に該シリコン層より屈折率が小さ
い絶縁薄膜を被膜形成する工程と、該絶縁薄膜にレーザ
ービームを照射して、該シリコン層を結晶化する工程と
を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造を提供
するものである。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。実施例１を図１に、実施例２を図２に、実施
例３を図３にそれぞれ記載した。

【００１３】図１ａ〜ｈは本発明に関わる薄膜トランジ
スタの製造工程を示す断面図である。図１ａに示すが如
くあらかじめ洗浄した絶縁性基板上１０１に例えば透明
なガラス基板上に常圧化学気相成長法によって二酸化珪
素膜１０２を基板温度２００〜３５０℃の温度で２００
ｎｍの厚さで被着形成する。

【００１４】次に、例えば減圧化学気相成長法によって
基板温度６００℃で膜厚１５０ｎｍのｎ型の多結晶シリ
コン層を被着形成する。該ｎ型の多結晶シリコン層に含
まれる不純物としては、リン、ヒ素、アンチモンが挙げ
られる。ついで該ｎ型の多結晶シリコン層をパターニン
グして、薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領
域となる島状の領域１０３及び１０４を形成する。

【００１５】上記ソース領域１０３及びドレイン領域１
０４の形成法は上記に限られるものでなく、例えば、該
二酸化珪素膜１０２上にｉ型のシリコン層を減圧化学気
相成長法で基板温度５５０〜６５０℃で、膜厚１５０ｎ
ｍの厚さで被着形成する。上記ｉ型のシリコン層を形成
する原料ガスとして、ＳｉＨ４　もしくはＳｉ２　Ｈ４
　もしくは、ＳｉＨ４　とＳｉ２　Ｈ４　の混合ガスが
使用できる。 ついで該ｉ型のシリコン層中に、イオン注入法によって
例えば、加速電圧１２０ＫｅＶで、１０１５〜１０１６
ｃｍ−２の濃度で不純物を導入する。ついで、上記シリ
コン中にイオン注入された不純物を活性化するために、
例えば基板温度６００℃で窒素雰囲気中で２時間の熱ア
ニールをする。ついで、該シリコン層をパターニングし
てソース領域１０３及びドレイン領域を形成する。ｐ型
の薄膜トランジスタを形成する場合には、前記のイオン
注入の工程に於いて、ｎ型の不純物の代わりにｐ型の不
純物例えばホウ素をイオン注入してソース領域１０３及
びドレイン領域１０４を形成すればよい。

【００１６】次に、純水で希釈された例えば重量濃度３
％のＨＦ溶液で該ソース領域及びドレイン領域の表面に
形成された自然酸化膜を除去する。

【００１７】次に、図１ａのように薄膜トランジスタの
能動領域となるシリコン層を例えば減圧化学気相成長法
でば基板温度５５０〜６５０℃で膜厚１５ｎｍ〜７０ｎ
ｍで前記ソース領域１０３及びドレイン領域１０４が形
成された基板を覆うように被着形成する。該シリコン層
を形成するための原料ガスとして、ＳｉＨ４　、もしく
はＳｉ２　Ｈ４　、もしくはＳｉＨ４　とＳｉ２　Ｈ４
　の混合ガスが使用できる。

【００１８】該シリコン層を減圧化学気相成長法で形成
するときの基板温度は５５０℃以上であるため、形成さ
れた該シリコン層に含まれる水素は１％以下であり、グ
ロー放電によりＳｉＨ４　を分解して堆積して形成され
たシリコン層よりも遥かに水素原子の含有量が少ない。

【００１９】本実施例で製作する薄膜トランジスタの闘
値を制御するために、該シリコン層を形成後、例えばイ
オン打ち込み法により必要量の不純物を注入する。

【００２０】次に、該シリコン層を、該ソース領域１０
３と該ドレイン領域１０４の架け橋となるように図１ｄ
の如く島上にパターニングし、シリコン層１０５を形成
する。

【００２１】次に、図１ｃに示すように、該シリコン層
１０５上に、ゲート絶縁膜１０６を被着形成する。ゲー
ト絶縁膜１０６として、例えば二酸化珪素膜を常圧化学
気相成長法、あるいはスパッタ法、減圧化学気相成長法
、電子サイクロトロン共鳴法（ＥＣＲ法）によって被着
形成する。該二酸化珪素膜の屈折率は１．２〜１．５４
であり、該ｉ型シリコン層よりも小さい。該二酸化珪素
膜の厚さは、１００ｎｍ〜２５０ｎｍである。該二酸化
珪素膜の厚さにより、該シリコン層１０５が受けるレー
ザービームエネルギーが変化する。

【００２２】次に、図１ｄに示すように、該シリコン層
１０５にレーザービーム１０７を照射して結晶化する。 該レーザービーム１０７には、波長３０８ｎｍのＸｅＣ
ｌエキシマパルスレーザーを用いる。この時のアニール
条件は、パルスレーザーのパルス幅は５０ｎｓｅｃであ
り、該二酸化珪素膜の直前のパルスレーザーの個々のパ
ルスのエネルギー強度は２５０〜４５０ｍＪｃｍ−２で
ある。該ｉ型シリコン層１０５の同一箇所に照射される
パルスの回数は複数回であっても構わない。ビームアニ
ールしているとき、該ゲート絶縁膜１０６上の雰囲気は
大気である。

【００２３】減圧化学気相成長法によって形成された該
シリコン層が含有する水素は１％未満であるため、該レ
ーザービーム１０７の照射による水素の爆発的な気化に
よる該シリコン層１０５の表面には、凹凸が生じない。

【００２４】また、レーザービームのエネルギーを有効
に利用するため、該ゲート絶縁膜１０６の厚さを該レー
ザービーム１０７の半波長の正数倍にする。図４に、６
００℃の基板温度で形成した２５ｎｍの厚みの多結晶シ
リコン層に、基板温度１８０℃の電子サイクロトロン共
鳴ＣＶＤ法（ＥＣＲＣＶＤ法）で、厚さ１５４ｎｍある
いは２０５ｎｍの二酸化珪素膜を被着形成した場合の可
視紫外光の吸光度を示す。該レーザービーム１０７の波
長が３０８ｎｍであれば、該ゲート絶縁膜の厚さが１５
４ｎｍの正数倍の厚さである場合、該シリコン層１０５
が効率よく該エネルギービームを吸収することが分かる
。必要に応じて適宜ゲート絶縁膜の厚さを変更できるこ
とは言うまでもない。

【００２５】該レーザービームはＸｅＣｌエキシマパル
スレーザーに限ることはなく、ＡｒＦエキシマレーザー
、ＫｒＦエキシマレーザー、ＹＡＧレーザー、ルビーレ
ーザーなどを該シリコン層１０５の結晶化に使用するこ
とができる。前記のように、レーザービームのエネルギ
ーを有効に利用するには、前記と同様にそれぞれのレー
ザービームの波長の半分の長さの正数倍の厚さの二酸化
珪素膜を該シリコン層１０５上に被着形成すれば良い。

【００２６】また、ゲート絶縁膜は上記の二酸化珪素に
限ることなく、該シリコン層１０５よりも小さな屈折率
を有する絶縁膜例えばＳｉＮｘ　、ＳｉＯＮなどを使用
することができる。

【００２７】またシリコン層１０５が大気に接触しない
ため、レーザービームが照射されて加熱しているシリコ
ン層と大気中の酸素あるいは窒素などの気体分子と反応
しないため、良質な結晶を形成することができる。さら
に、該ゲート絶縁膜１０６と該シリコン層１０５が形成
する界面がレーザービームの照射によって良質化する。

【００２８】該ビームアニールにより、図１ｅに示すよ
うに該シリコン層１０５は大粒径化した多結晶シリコン
層１０８になる。

【００２９】次に、図１ｆに示すようにゲート電極１０
９を形成する。例えばクロム薄膜をスパッタ法で例えば
１５０ｎｍの膜厚で、該ゲート絶縁膜１０８を覆うよう
に被着形成し、ついでパターニングする。図１ｆではソ
ース領域１０３とゲート電極１０９の一部が重なり、ド
レイン領域１０４の一部とゲート電極１０９の一部が重
なる非自己整合型の例を示している。

【００３０】次に、層間絶縁膜１１０をゲート電極１０
９が形成された基板上に被着形成する。層間絶縁膜の材
料として、例えば、常圧化学気相成長法で形成された膜
厚５００ｎｍの二酸化珪素膜がある。さらに、電子サイ
クロトロン共鳴法、スパッタ法、減圧化学気相成長法な
どにより形成された二酸化珪素膜や、ＰＳＧ、ＳｉＮｘ
　、ＳｉＯＮ、耐熱性高分子膜などを層間絶縁膜１１０
としても良い。

【００３１】次に、図１ｆに示すように該ソース領域１
０３および該ドレイン領域１０４に該層間絶縁膜１１０
と該ゲート絶縁膜１０８を貫くようにコンタクト用の窓
部を設けた後、電極となる金属薄膜例えばアルミニウム
薄膜を被着形成し、パターニングしてソース電極１１１
およびドレイン電極１１２をそれぞれ形成する。薄膜ト
ランジスタを、アクティブマトリックス方式の液晶表示
体の絵素に用いる場合には、該ドレイン電極１１２の構
成材料として例えば、インジウム−スズの酸化物（ＩＴ
Ｏ）を材料にした透明電極を用いることができる。該Ｉ
ＴＯ薄膜をスパッタ法により被着形成し、パターンエッ
チングし、ついでソース電極材料であるアルミニウム薄
膜をスパッタ法により被着形成しパターンエッチングに
よりソース電極を形成する。

【００３２】次に、図１ｈに示すように、該ソース電極
１１１および該ドレイン電極１１２が形成された基板を
覆うように、パッシベーション膜１１３を例えば窒化膜
を５０ｎｍを被着形成する。該パッシベーション膜は一
層に限ることはなく材料が異なった薄膜を重ねた複数の
層が積み重なったものでも良い。たとえば、まずスパッ
タ法によって厚さ２００ｎｍの二酸化珪素膜を該ソース
電極１１１及びドレイン電極１１２を覆うように被着形
成し、続いて有機高分子膜を被着形成してパッシベーシ
ョン膜として用いることもできる。該パッシベーション
膜１１３は薄膜トランジスタの外界からの汚染を防止す
るために、さらにこの薄膜トランジスタがアクティブマ
トリックス方式の液晶表示体の絵素に用いられる場合に
は、液晶分子に薄膜トランジスタが発生する直流電圧の
印加を低減する目的がある。

【００３３】さらにこの次に、水素を含んだ気体中で例
えば３００℃で１時間の熱処理を施して図１ｇのように
目的とする薄膜トランジスタを得る。ただし、パッシベ
ーション膜に３００℃で分解する有機高分子膜を使用す
る場合には、該有機高分子膜を形成する前に上記の水素
処理をすることが必要である。

【００３４】なお上例では非自己整合型の実施例を示し
たが、次の図２及び図３に示した実施例のようにソース
領域とドレイン領域がゲート電極に対して自己整合的に
構成される場合でも本発明は適用できる。

【００３５】図２ａ〜ｉは本発明に関わる薄膜トランジ
スタの製造工程を示す断面図である。図２ａに示すが如
くあらかじめ洗浄した絶縁性基板上２０１に例えば透明
なガラス基板上に常圧化学気相成長法によって二酸化珪
素膜２０２を基板温度２００〜３５０℃の温度で２００
ｎｍの厚さで被着形成する。

【００３６】次に、例えば減圧化学気相成長法によって
基板温度６００℃で膜厚１５０ｎｍのｎ型の多結晶シリ
コン層を被着形成する。該ｎ型の多結晶シリコン層に含
まれる不純物としては、リン、ヒ素、アンチモンが挙げ
られる。ついで該ｎ型のシリコン層をパターニングして
、図２ａに示すように薄膜トランジスタのソース領域２
０３及びドレイン領域２０４を形成する。上記ソース領
域２０３及びドレイン領域２０４の形成法は上記に限ら
れるものでなく、例えば、該二酸化珪素膜２０２上に、
ｉ型の多結晶シリコン層を例えば減圧化学気相成長法で
基板温度５５０〜６５０℃で、例えば膜厚１５０ｎｍの
厚さで被着形成する。上記ｉ型多結晶シリコン層を形成
する原料ガスとして、ＳｉＨ４　もしくはＳｉ２　Ｈ４
　もしくは、ＳｉＨ４　とＳｉ２　Ｈ４　の混合ガスが
使用できる。ついで該ｉ型のシリコン層中に、イオン注
入法によって例えば、加速電圧１２０ＫｅＶで、１０１
５〜１０１６ｃｍ−２の濃度で不純物を導入する。つい
で、上記シリコン中にイオン注入された不純物を活性化
するために、例えば基板温度６００℃で２時間の熱アニ
ールをする。ついで、該シリコン層をパターニングして
ソース領域２０３及びドレイン領域２０４を形成する。 ｐ型の薄膜トランジスタを形成する場合には、前記のイ
オン注入の工程に於いて、ｎ型の不純物の代わりにｐ型
の不純物を、例えばホウ素をイオン注入してソース領域
２０３及びドレイン領域２０４を形成すればよい。　　
次に、純水で希釈された例えば重量濃度３％のＨＦ溶液
で該ソース領域２０３及びドレイン領域の表面に形成さ
れた自然酸化物を除去する。次に、図２ｂに示すように
、薄膜トランジスタの能動領域となるシリコン層を例え
ば減圧化学気相成長法で例えば基板温度５５０〜６５０
℃で膜厚１５ｎｍ〜７０ｎｍで前記ソース領域２０３及
びドレイン領域２０４が形成された基板を覆うように被
着形成する。該シリコン層を形成するための原料ガスと
して、ＳｉＨ４　、もしくはＳｉ２　Ｈ４　、もしくは
ＳｉＨ４　とＳｉ２　Ｈ４　の混合ガスが使用できる。

【００３７】該シリコン層を減圧化学気相成長法で形成
するときの基板温度は５５０℃以上であるため、形成さ
れた該ｉ型多結晶シリコン層に含まれる水素は１％以下
であり、グロー放電によりＳｉＨ４　を分解して堆積し
て形成されたシリコン層よりも遥かに水素原子の含有量
が少ない。

【００３８】本実施例で製作する薄膜トランジスタの闘
値を制御するために、該シリコン層を形成後、例えばイ
オン打ち込み法により必要量の不純物を注入する。

【００３９】次に、該シリコン層を、該ソース領域２０
３と該ドレイン領域２０４の架け橋となるように図２ｂ
の如く島上にパターニングし、シリコン層２０５を形成
する。

【００４０】次に、図２ｃに示すように、該シリコン層
２０５上に、ゲート絶縁膜２０６を被着形成する。ゲー
ト絶縁膜２０６として、例えば二酸化珪素膜を常圧化学
気相成長法、あるいはスパッタ法、減圧化学気相成長法
、電子サイクロトロン共鳴法（ＥＣＲ法）によって被着
形成する。該二酸化珪素膜の屈折率は１．２〜１．５４
であり、該シリコン層１０５よりも小さい。該二酸化珪
素膜の厚さは、１００ｎｍ〜２５０ｎｍである。該ゲー
ト絶縁膜２０６の厚さにより、次に説明するように該シ
リコン層２０５が受けるレーザービームエネルギーが変
化する。

【００４１】次に、図２ｄに示すように、該シリコン層
２０５にレーザービーム２０７を照射して結晶化する。 該レーザービーム２０７には、波長３０８ｎｍのＸｅＣ
ｌエキシマパルスレーザーを用いる。この時のアニール
条件は、パルスレーザーのパルス幅は５０ｎｓｅｃであ
り、該ゲート絶縁膜２０６の直前のパルスレーザーの個
々のパルスのエネルギー強度は２５０〜４５０ｍＪｃｍ
−２である。該シリコン層２０５の同一箇所に照射され
るパルスの回数は複数回であっても構わない。ビームア
ニールしているとき、該ゲート絶縁膜２０６上の雰囲気
は大気である。減圧化学気相成長法によって形成された
該シリコン層２０５が含有する水素は１％未満であるた
め、該レーザービーム２０７の照射による水素の爆発的
な気化による該シリコン層２０５の表面には、凹凸が生
じない。

【００４２】また、該ゲート絶縁膜の厚さを、図１に示
した実施例と同様な理由で該レーザービーム２０７の波
長の正数倍にすると、該レーザービーム２０７のエネル
ギーを有効に使用することができる。

【００４３】また、図１の実施例と同様な理由で該シリ
コン層２０５は良質な結晶状態にある。該ビームアニー
ルにより、図２ｅに示すように該シリコン層２０５は大
粒径化した多結晶シリコン層２０８層になる。

【００４４】次に、図２ｆのように、金属薄膜または半
導体でゲート電極２０９を形成する。該ゲート電極２０
９と該ソース領域２０３、さらに該ゲート電極２０９と
該ドレイン領域２０４は、薄膜の積み重ね方向について
重なる領域を形成しない、いわゆるオフセット構造とす
る。ゲート電極の材料には、例えばリンを含むシリコン
層を使用することができ、膜厚は３５０ｎｍである。

【００４５】次に、図２ｇのように、該ゲート電極２０
８を貫いて、該多結晶シリコン層のオフセット構造部分
に、該ゲート電極２０９に対して自己整合的にイオン注
入２１０する。製作する薄膜トランジスタがｎ型の場合
には、イオン注入するイオンは、リン、ヒ素、アンチモ
ンである。例えばリンの場合、該ゲート絶縁膜２０６の
厚さが１５０ｎｍであれば、イオン注入する条件は加速
電圧１２０ＫｅＶでイオン注入量が１×１０１５〜１×
１０１６ｃｍ−３　である。また、製作する薄膜トラン
ジスタがｐ型の場合には、イオン注入するイオン種は、
ホウ素などである。例えばホウ素の場合には、該ゲート
絶縁膜２０６の厚さが１５０ｎｍであれば、イオン注入
する条件は加速電圧４０ＫｅＶで、イオン注入量が１×
１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３である。図２ｇに示す
ように、ゲート電極２０９に対して自己整合的に不純物
が注入された領域２１１および２１２が形成される。

【００４６】次に、該領域２１１及び２１２に含まれて
いる不純物を活性化する。イオン注入した不純物がリン
の場合、該領域２１１及び２１２の膜厚が２５ｎｍの場
合では、窒素雰囲気中で６００℃で６５時間の熱アニー
ルを行う。もしくは７００℃で２時間のアニールを行う
。リンを注入したシリコン層の膜厚が２５ｎｍよりも厚
い場合には、リンの活性化に必要とする時間は短くなる
。イオン注入した不純物がホウ素の場合、ホウ素を注入
したシリコンの膜厚が２５ｎｍの場合では、窒素雰囲気
中で６００℃で６０分の熱アニールで十分活性化する。 上記の条件で、ｎ型の薄膜トランジスタとｐ型の薄膜ト
ランジスタを同一基板上に製作する場合には、６００℃
で６５時間の熱アニールによって活性化すれば良い。

【００４７】次に、層間絶縁膜２１３を例えば常圧化学
気相成長法によって二酸化珪素膜を５００ｎｍの厚さで
、該ゲート電極２０９を覆うように被着形成する。

【００４８】次に、該層間絶縁膜２１３と該ゲート絶縁
膜２０８を貫いて、該ソース領域２０３に達するように
、および、該ドレイン領域２０４に達するようにソース
電極及びドレイン電極の配線のための窓部を、パターン
エッチングによって開ける。

【００４９】次に、例えばスパッタ法によって例えば銅
及びシリコンを含むアルミニウム薄膜を８００ｎｍの厚
さで上記配線のための窓部を埋めるように被着形成し、
パターンエッチングしてドレイン電極２１５及びソース
電極２１４を形成する。

【００５０】薄膜トランジスタを、アクティブマトリッ
クス方式の液晶表示体の絵素の駆動素子として用いる場
合には、該ドレイン電極２１５を例えばＩＴＯのような
透明電極で構成することができる。

【００５１】次に図２ｉに示すように、該ソース電極２
１４および該ドレイン電極２１５が形成された基板を覆
うように、パッシベーション膜２１６を例えば窒化膜を
５０ｎｍを被着形成する。該パッシベーション膜２１６
は一層に限ることはなく材料が異なった薄膜を重ねた複
数の層が積み重なったものでも良い。たとえば、まずス
パッタ法によって厚さ２００ｎｍの二酸化珪素膜を該ソ
ース電極２１４及びドレイン電極２１５を覆うように被
着形成し、続いて有機高分子膜を被着形成してパッシベ
ーション膜として用いることもできる。該パッシベーシ
ョン膜２１６は薄膜トランジスタの外界からの汚染を防
止するために、さらにこの薄膜トランジスタがアクティ
ブマトリックス方式の液晶表示体の絵素に用いられる場
合には、液晶分子に薄膜トランジスタが発生する直流電
圧の印加を低減する目的がある。

【００５２】さらにこの次に、水素を含んだ気体中で例
えば３００℃で１時間の熱処理を施して図２ｉのように
目的とする薄膜トランジスタを得る。ただし、パッシベ
ーション膜に有機高分子膜を使用する場合には、該有機
高分子膜を形成する前に上記の水素処理をすることが必
要である。

【００５３】上記第２の実施例では自己整合型の薄膜ト
ランジスタの製造例であるが、該ドレイン電極２１５を
該ソース電極と同じ配線材料にして、ｎ型の薄膜トラン
ジスタとｐ型の薄膜トランジスタを同一基板上に形成し
、適当に各々の薄膜トランジスタのゲート電極とソース
電極あるいはドレイン電極を接続することによって、Ｃ
−ＭＯＳ回路を構成することができる。

【００５４】図３ａ〜ｈは本発明に関わる薄膜トランジ
スタの製造工程を示す断面図である。図３ａに示すが如
くあらかじめ洗浄した絶縁性基板上３０１に例えば透明
なガラス基板上に常圧化学気相成長法によって二酸化珪
素膜３０２を基板温度２００〜３５０℃の温度で２００
ｎｍの厚さで被着形成する。

【００５５】次に、薄膜トランジスタの能動領域となる
シリコン層を例えば減圧化学気相成長法で例えば基板温
度５５０〜６５０℃で例えば膜厚１５ｎｍ〜７０ｎｍで
該二酸化珪素膜３０２を覆うように被着形成する。該ｉ
型多結晶シリコン層を形成するための原料ガスとして、
ＳｉＨ４　もしくはＳｉ２Ｈ４　もしくは、ＳｉＨ４　
とＳｉ２　Ｈ４　の混合ガスが使用できる。

【００５６】該シリコン層を減圧化学気相成長法で形成
するときの基板温度は５５０℃以上であるため、形成さ
れた該ｉ型多結晶シリコン層に含まれる水素は１％以下
であり、グロー放電によりＳｉＨ４　を分解して堆積し
て形成されたシリコン層よりも遥かに水素原子の含有量
が少ない。

【００５７】本実施例で製作する薄膜トランジスタの闘
値を制御するために、該シリコン層を形成後、例えばイ
オン打ち込み法により必要量の不純物を注入する。次に
、該シリコン層を、図３ａの如く島上にパターニングし
、シリコン層３０３を形成する。

【００５８】次に、図３ｂに示すように、該シリコン層
３０３上に、ゲート絶縁膜３０４を被着形成する。該ゲ
ート絶縁膜３０４として、例えば二酸化珪素膜を常圧化
学気相成長法、あるいはスパッタ法、減圧化学気相成長
法、電子サイクロトロン共鳴法（ＥＣＲ法）によって被
着形成する。該二酸化珪素膜の屈折率は１．２〜１．５
４であり、該シリコン層３０３よりも小さい。該ゲート
絶縁膜３０４の厚さは、１００ｎｍ〜２５０ｎｍである
。該ゲート絶縁膜３０４の厚さにより、該シリコン層３
０３が受けるレーザービームのエネルギーが変化する。

【００５９】次に、図３ｂに示すように、該シリコン層
３０３にレーザービーム３０５を照射して結晶化する。 該レーザービーム３０５には、波長３０８ｎｍのＸｅＣ
ｌエキシマパルスレーザーを用いる。この時のアニール
条件は、パルスレーザーのパルス幅は５０ｎｓｅｃであ
り、該ゲート絶縁膜３０４の直前のパルスレーザーの個
々のパルスのエネルギー強度は２５０〜４５０ｍＪｃｍ
−２である。該シリコン層３０３の同一箇所に照射され
るパルスの回数は複数回であっても構わない。ビームア
ニールしているとき、該二酸化珪素膜上の雰囲気は大気
である。

【００６０】減圧化学気相成長法によって形成された該
シリコン層が含有する水素は１％未満であるため、該レ
ーザービーム３０５の照射による水素の爆発的な気化に
よる該シリコン３０３の表面には、凸凹が生じない。

【００６１】また、該ゲート絶縁膜の厚さを、図１に示
した実施例と同様な理由で該レーザービーム３０７の波
長の正数倍すると、該レーザービーム３０７のエネルギ
ーを有効に使用することができる。

【００６２】また、図１の実施例と同様な理由でシリコ
ン層３０３は良質な結晶を有するシリコン層に変化する
。該ビームアニールにより、図３ｄに示すように該シリ
コン層３０３は大粒径化した多結晶シリコン層３０６に
なる。

【００６３】次に、図３ｅのように、金属薄膜または半
導体でゲート電極３０７を形成する。ゲート電極の材料
には、例えばリンを含むシリコン層を使用することがで
き、膜厚は３５０ｎｍである。

【００６４】次に、図３ｇのように、該ゲート電極３０
４を貫いて、該ゲート電極３０７に対して、自己整合的
にイオン注入３０８する。製作する薄膜トランジスタが
ｎ型の場合には、イオン注入するイオン種として、リン
、ヒ素、アンチモンである。例えばリンの場合、該ゲー
ト絶縁膜３０４の厚みが１５０ｎｍならば、イオン注入
する条件は加速電圧１２０ＫｅＶでイオン注入量が１×
１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３　である。また、製作
する薄膜トランジスタがｐ型の場合には、イオン注入す
るイオン種として、ホウ素などである。例えばホウ素の
場合には、該ゲート絶縁膜３０４の厚みが１５０ｎｍな
らば、イオン注入する条件は加速電圧４０ＫｅＶで、イ
オン注入量が１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３であ
る。

【００６５】次に、該シリコン層３０３にイオン注入さ
れた不純物を活性化する。イオン注入した不純物がリン
の場合、該シリコン層３０３領域の膜厚が２５ｎｍの場
合では、窒素雰囲気中で６００℃で６５時間の熱アニー
ルを行う。もしくは７００℃で２時間のアニールを行う
。リンを注入したシリコン層の膜厚が２５ｎｍよりも厚
い場合には、リンの活性化に必要とする時間は短くなる
。イオン注入した不純物がホウ素の場合、ホウ素を注入
したシリコン層の膜厚が２５ｎｍの場合では、窒素雰囲
気中で６００℃で６０分の熱アニールで十分活性化する
。上記の条件で、ｎ型の薄膜トランジスタとｐ型の薄膜
トランジスタを同一基板上に製作する場合には、６００
℃で６５時間の熱アニールによって活性化すれば良い。 上記不純物の活性化により、図３ｆに示すようにソース
領域３０９及びドレイン領域３１０が形成される。

【００６６】次に、層間絶縁膜３１１を例えば常圧化学
気相成長法によって例えば二酸化珪素膜を５００ｎｍの
厚さで、該ゲート電極３０７を覆うように被着形成する
。次に、該層間絶縁膜３１１と該ゲート絶縁膜３０４を
貫いて、該ソース領域３１２に達するように、および、
該ドレイン領域３１３に達するようにソース電極及びド
レイン電極の配線のための窓部をパターンエッチングに
よって開ける。

【００６７】次に、例えばスパッタ法によって例えば銅
およびシリコンを含むアルミニウム薄膜を８００ｎｍの
厚さで上記配線のための窓部を埋めるように被着形成し
、パータンエッチングしてドレイン電極３１２およびソ
ース電極３１３を形成する。

【００６８】薄膜トランジスタを、アクティブマトリッ
クス方式の液晶表示体の絵素の駆動素子として用いる場
合には、該ドレイン電極３１３を例えばＩＴＯのような
透明電極で構成することができる。

【００６９】次に、図３ｈに示すように該ソース電極３
１２および該ドレイン電極３１３がが形成された基板を
覆うように、パッシベーション膜３１４を例えば窒化膜
を５０ｎｍを被着形成する。該パッシベーション膜３１
４は一層に限ることはなく材料が異なった薄膜を重ねた
複数の層が積み重なったものでも良い。例えば、まずス
パッタ法によって厚さ２００ｎｍの二酸化珪素膜を該ソ
ース電極３１２およびドレイン電極３１３を覆うように
被着形成し、続いて有機高分子膜を被着形成してパッシ
ベーション膜として用いることもできる。該パッシベー
ション膜２１６は薄膜トランジスタの外界からの汚染を
防止するために、さらにこの薄膜トランジスタがアクテ
ィブマトリックス方式の液晶表示体の絵素に用いられる
場合には、液晶分子に薄膜トランジスタが発生する直流
電圧の印加を低減する目的がある。

【００７０】さらにこの次に、水素を含んだ気体中で例
えば３００℃で１時間の熱処理を施して図３ｈのように
目的とする薄膜トランジスタを得る。ただし、パッシベ
ーション膜に有機高分子膜を使用する場合には、該有機
高分子膜を形成する前に上記の水素処理をする必要があ
る。

【００７１】上記第３の実施例では自己整合型の薄膜ト
ランジスタの製造例であるが、該ドレイン電極３１３を
該ソース電極と同じ配線材料にして、ｎ型の薄膜トラン
ジスタとｐ型の薄膜トランジスタを同一基板上に形成し
、適当に各々の薄膜トランジスタのゲート電極とソース
電極あるいはドレイン電極を接続することによって、Ｃ
−ＭＯＳ回路を構成することができる。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明薄膜トラン
ジスタの製造方法は、活性層シリコン層に減圧化学気相
成長法による水素含有量の少ないシリコン層を使用して
いるため、エネルギー密度の異なるレーザービームを照
射しなくても、凸凹のない良好な表面を有する活性シリ
コン層を得ることができる。

【００７３】また、ゲート絶縁膜を形成してから、レー
ザービームを活性シリコン層に照射しているため、レー
ザービームのエネルギーを有効にシリコン層の結晶化に
利用することができるため、ゲート絶縁膜を透過しない
で直接シリコン層をレーザービームを照射することに比
べ、より小さなエネルギー密度でシリコン層を結晶化す
ることができる。

【００７４】また、レーザービームがゲート絶縁膜を透
過して活性層シリコン層を結晶化しているため、ゲート
絶縁膜と活性シリコン層の界面の状態が良好なため、移
動度が大きくリーク電流の少ない薄膜トランジスタを製
造することができる。

【００７５】さらに、レーザービームによる移動度の大
きな自己整合型の薄膜トランジスタによってＣ−ＭＯＳ
回路をガラス基板上に形成できる。よって、本発明によ
りアクティブマトリックス法の液晶表示体の駆動回路を
、絵素トランジスタが形成されている同一基板上に被着
形成できるので、アクティブマトリックス方式の安価な
液晶表示体を製造することができる。

【００７６】さらに、本発明は高性能の三次元素子の製
造にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜トランジスタの製造方法を実現す
る第１の実施例の工程図である。

【図２】本発明の薄膜トランジスタの製造方法を実現す
る第２の実施例の工程図である。

【図３】本発明の薄膜トランジスタの製造方法を実現す
る第３の実施例での工程図である。

【図４】シリコン層上に形成した二酸化珪素膜の厚みに
対する、３０８ｎｍの波長の光に関するシリコン層の吸
光度を表わした図である。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１　　絶縁基板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基板上に減圧化学気相成長法によりシ
   リコン層を被着形成する工程と、該シリコン層上に絶縁
   薄膜を被着形成する工程と、該絶縁薄膜にレーザービー
   ムを照射して、該不純物を含まない多結晶シリコン層を
   結晶化する工程とを含むことを特徴とする薄膜トランジ
   スタの製造方法。
2. 【請求項２】前記絶縁薄膜の屈折率が前記シリコン層の
   屈折率より小さいことを特徴とする請求項第１記載の薄
   膜トランジスタの製造方法。