JPH07135318A

JPH07135318A - 半導体装置の作製方法

Info

Publication number: JPH07135318A
Application number: JP5301176A
Authority: JP
Inventors: Kouyuu Chiyou; 宏勇張; Naoaki Yamaguchi; 直明山口; Yasuhiko Takemura; 保彦竹村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1993-11-05
Filing date: 1993-11-05
Publication date: 1995-05-23
Anticipated expiration: 2013-05-28
Also published as: JP2759415B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】薄膜トランジスタにおいて、ソース／ドレイ
ン領域に高抵抗領域（ＨＲＤ）を自己整合的に形成する
方法を提供する。【構成】ゲイト電極の近くの領域ではゲイト絶縁膜が
存在し、より遠い領域ではゲイト絶縁膜のない状態が得
られる。この状態で、ゲイト電極部をマスクとした、イ
オン注入による自己整合的な不純物ドーピングをおこな
う。この際、高速イオンを低ドーズ量で注入すると、ゲ
イト電極の近くのゲイト絶縁膜に覆われた領域に、主と
してドーピングがおこなわれ、低濃度の不純物領域とな
る。そして、連続的に、同じ導電型の低速イオンを高ド
ーズ量で注入すると、前記のゲイト絶縁膜で覆われた領
域にはほとんど注入されず、ゲイト絶縁膜で覆われてい
ない領域に主として注入され、高濃度の不純物領域とな
る。すなわち、自己整合的に高抵抗領域が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス等の絶縁材料、
あるいは珪素ウェハー上に酸化珪素等の絶縁被膜を形成
した材料等の絶縁表面上に形成される絶縁ゲイト型トラ
ンジスタ（ＴＦＴ）およびその作製方法に関する。本発
明は、特にガラス転移点（歪み温度、歪み点とも言う）
が７５０℃以下のガラス基板上に形成されるＴＦＴに有
効である。本発明による半導体装置は、液晶ディスプレ
ー等のアクティブマトリクスやイメージセンサー等の駆
動回路、あるいは３次元集積回路に使用されるものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、アクティブマトリクス型の液
晶表示装置やイメージセンサー等の駆動の目的で、ＴＦ
Ｔ（薄膜トランジスタ）を形成することが広く知られて
いる。特に、最近は、高速動作の必要から、非晶質珪素
を活性層に用いた非晶質珪素ＴＦＴにかわって、より電
界移動度の高い結晶珪素ＴＦＴが開発されている。しか
しながら、より高度な特性と高い耐久性が必要とされる
ようになると、半導体集積回路技術で利用されるような
高抵抗領域（不純物の添加のないオフセットゲートを有
するドレインもしくは低不純物濃度ドレイン（ＬＤ
Ｄ））を有することが必要とされた。しかしながら、公
知の半導体集積回路技術とは異なって、ＴＦＴには解決
すべき問題が多くあった。特に、素子が絶縁表面上に形
成され、反応性イオン異方性エッチングが十分できない
ため、微細なパターンができないという大きな制約があ
った。

【０００３】図３には、現在まで用いられているＨＲＤ
を作製する代表的なプロセスの断面図を示す。まず、基
板３０１上に下地膜３０２を形成し、活性層を結晶珪素
３０３によって形成する。そして、この活性層上に酸化
珪素等の材料によって絶縁被膜３０４を形成する。（図
３（Ａ））

【０００４】次に、ゲイト電極３０５が多結晶珪素（燐
等の不純物がンドーピングされている）やタンタル、チ
タン、アルミニウム等で形成される。さらに、このゲイ
ト電極をマスクとして、イオンドーピング等の手段によ
って不純物元素（リンやホウ素）を導入し、自己整合的
にドーピング量の少ない高抵抗領域（ＨＲＤ）３０６、
３０７が活性層３０３に形成される。不純物が導入され
なかったゲイト電極の下の活性層領域はチャネル形成領
域となる。（図３（Ｂ））

【０００５】そして、レーザーもしくはフラッシュラン
プ等の熱源によって、ドーピングされた不純物の活性化
がおこなわれる。次に、プラズマＣＶＤ、ＡＰＣＶＤ等
の手段によって酸化珪素等の絶縁膜３０８を形成（図３
（Ｃ））し、これを異方性エッチングすることによっ
て、ゲイト電極の側面に隣接して側壁３０９を形成す
る。（図３（Ｄ））そして、再び、イオンドーピング等
の手段によって不純物元素を導入し、ゲイト電極３０５
および側壁３０９をマスクとして自己整合的に十分な高
濃度の不純物領域（低抵抗不純物領域、ソース／ドレイ
ン領域）３１０、３１１が活性層３０３に形成される。
すなわち、２回の独立した不純物のドレインへの注入が
おこなわれ、それぞれの注入工程の間には、異方性エッ
チングの工程が存在する。（図３（Ｅ））

【０００６】そして、レーザーもしくはフラッシュラン
プ等の熱源によって、ドーピングされた不純物の活性化
がおこなわれる。最後に、層間絶縁物３１２を形成し、
さらに、層間絶縁物を通して、ソース／ドレイン領域に
コンタクトホールを形成し、アルミニウム等の金属材料
によって、ソース／ドレインに接続する配線・電極３１
３、３１４を形成する。（図３（Ｆ））

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上の方法は従来の半
導体集積回路におけるＬＤＤ作製プロセスをそのまま踏
襲したものであって、ガラス基板上のＴＦＴ作製プロセ
スにはそのまま適用することの困難な工程や、あるいは
生産性の面で好ましくない工程がある。

【０００８】第１には不純物注入工程、およびレーザー
照射等による不純物の活性化が少なくとも２度必要な点
である。しかも、これらの工程の間には、例えば、異方
性エッチングのような工程が間に存在し、その度に基板
を真空チャンバーから取り出す必要があった。このため
生産性が低下した。特に、不純物の活性化については、
従来の半導体集積回路においては不純物元素の活性化は
熱アニールによっておこなわれていたため、不純物の活
性化は不純物導入が全て終了してから（すなわち、図３
（Ｅ）の工程が終了してから）まとめておこなわれた。

【０００９】しかしながら、特にガラス基板上のＴＦＴ
においては、基板の温度制約から熱アニールをおこなう
ことは難しく、いきおい、レーザーアニール、フラッシ
ュランプアニール（ＲＴＡあるいはＲＴＰ）に頼らざる
をえない。しかしながら、これらの手法は被照射面が選
択的にアニールされるため、例えば、側壁３０９の下の
部分はアニールされない。したがって、不純物ドーピン
グの度にアニールが必要となる。

【００１０】第２は側壁の形成の困難さである。絶縁膜
３０８の厚さは０．５〜２μｍもある。通常、基板上に
設けられる下地膜３０２の厚さは１０００〜３０００Å
であるので、このエッチング工程において誤って、下地
膜をエッチングしてしまって、基板が露出することがよ
くあり、歩留りが低下した。ＴＦＴの作製に用いられる
基板は珪素半導体にとって有害な元素が多く含まれてい
るので、基板まで達するオーバーエッチは、極力避ける
ことが必要とされた。また、側壁の幅を均一に仕上げる
ことも難しいことであった。これは反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）等のプラズマドライエッチングの際に、
半導体集積回路で用いられる珪素基板とは異なって、基
板表面が絶縁性であるためにプラズマの微妙な制御が困
難であったからである。

【００１１】高抵抗ドレインは高抵抗であるので、その
幅を可能な限り狭くする必要があるが、上記のばらつき
によって量産化が困難であり、この工程において、自己
整合的（すなわち、フォリソグラフィー法を用いること
なく位置を決める）プロセスをいかに制御しやすくおこ
なうかが課題であった。

【００１２】本発明は、上記のような問題を解決し、よ
りプロセスを簡略化して、高抵抗不純物領域を形成する
方法およびそのようにして形成された高抵抗領域（高抵
抗ドレイン、ＨＲＤ）を有するＴＦＴに関する。ここ
で、高抵抗ドレイン（ＨＲＤ）とは、低不純物濃度にし
て高抵抗化したドレインに加えて、不純物濃度に関わら
ず、炭素、酸素、窒素等を添加して不純物の活性化を妨
げて、結果として高抵抗化したドレインのことも含む。

【００１３】

【課題を解決するための手段】高抵抗領域を形成するう
えで、本発明ではゲイト電極の陽極酸化等の手段によっ
て形成された酸化物層を積極的に用いることを特徴とす
る。特に陽極酸化物はその厚さの制御が精密におこな
え、また、その厚さも１０００Å以下の薄いものから５
０００Å以上の厚いものまで幅広く、しかも均一に形成
できるという特徴を有しているため、従来の異方性エッ
チングによる側壁に代替する材料として好ましい。

【００１４】特に、いわゆるバリヤ型の陽極酸化物はフ
ッ酸系のエッチャントでなければエッチングされないの
に対し、多孔質型の陽極酸化物は燐酸等のエッチャント
によって選択的にエッチングされる。このため、ＴＦＴ
を構成する他の材料、例えば、珪素、酸化珪素には何ら
ダメージ（損傷）を与えることなく、処理することがで
きるのが特徴である。また、バリヤ型、多孔質型とも陽
極酸化物はドライエッチングでは極めてエッチングされ
にくい。特に、酸化珪素とのエッチングにおいては選択
比が十分に大きいことも特徴である。本発明は、以下の
ような作製工程によってＴＦＴ作製することを特徴と
し、この工程を採用することによって、より一層、確実
にＨＲＤを構成し、また、量産性を向上させることがで
きる。

【００１５】図１は本発明の基本的な工程を示してい
る。まず、基板１０１上に下地絶縁膜１０２を形成し、
さらに活性層１０３を結晶性半導体（本発明では単結
晶、多結晶、セミアモルファス等、結晶が少しでも混在
している半導体を結晶性半導体という）によって形成す
る。そして、これを覆って酸化珪素等の材料によって絶
縁膜１０４を形成し、さらに陽極酸化可能な材料によっ
て被膜を形成する。この被膜の材料としては、陽極酸化
の可能なアルミニウム、タンタル、チタン、珪素等が好
ましい。本発明では、これらの材料を単独で使用した単
層構造のゲイト電極を用いてもよいし、これらを２層以
上重ねた多層構造のゲイト電極としてもよい。例えば、
アルミニウム上に珪化チタンを重ねた２層構造や窒化チ
タン上にアルミニウムを重ねた２層構造である。各々の
層の厚さは必要とされる素子特性に応じて実施者が決定
すればよい。

【００１６】さらにその被膜を覆って、陽極酸化におい
てマスクとなる膜を形成し、この両者を同時にパターニ
ング、エッチングして、ゲイト電極１０５とその上のマ
スク膜１０６を形成する。このマスク膜の材料としては
通常のフォトリソグラフィー工程で用いられるフォトレ
ジスト、あるいは感光性ポリイミド、もしくは通常のポ
リイミドでエッチングの可能なものを使用すればよい。
（図１（Ａ））

【００１７】次に、ゲイト電極１０５に電解溶液中で電
流を印加することによってゲイト電極の側面に多孔質の
陽極酸化物１０７を形成する。この陽極酸化工程は、３
〜２０％のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム
酸、硫酸等の酸性の水溶液を用いておこなう。この場合
には、５〜３０Ｖ程度の低電圧で０．５μｍ以上の厚い
陽極酸化物を形成することができる。（図１（Ｂ））

【００１８】そして、ドライエッチング法、ウェットエ
ッチング法等によって絶縁膜１０４をエッチングする。
このエッチング深さは任意であり、下に存在する活性層
が露出するまでエッチングをおこなっても、その途中で
とめてもよい。しかし、量産性・歩留り・均一性の観点
からは、活性層に至るまでエッチングすることが望まし
い。この際には陽極酸化物１０７およびゲイト電極１０
５に覆われた領域の下側の絶縁膜（ゲイト絶縁膜）には
もとの厚さの絶縁膜が残される。なお、ゲイト電極がア
ルミニウム、タンタル、、チタンを主成分とし、一方、
絶縁膜１０４が酸化珪素を主成分とする場合において、
ドライエッチング法を用いる場合には、フッ素系（例え
ばＮＦ₃、ＳＦ₆）のエッチングガスを用いて、ドライ
エッチングをおこなえば、酸化珪素である絶縁膜１０４
は素早くエッチングされるが、酸化アルミニウム、酸化
タンタル、酸化チタンのエッチングレートは十分に小さ
いので絶縁膜１０４を選択的にエッチングできる。

【００１９】また、ウェットエッチングにおいては、１
／１００フッ酸等のフッ酸系のエッチャントを用いれば
よい。この場合にも酸化珪素である絶縁膜１０４は素早
くエッチングされるが、酸化アルミニウム、酸化タンタ
ル、酸化チタンのエッチングレートは十分に小さいので
絶縁膜１０４を選択的にエッチングできる。（図１
（Ｄ））

【００２０】その後、陽極酸化物１０７を除去する。エ
ッチャントとしては、燐酸系の溶液、例えば、燐酸、酢
酸、硝酸の混酸等が好ましい。しかし、例えばゲイト電
極がアルミニウムの場合には燐酸系のエッチャントを用
いると、同時にゲイト電極もエッチングされてしまう。
このような場合には、その前の工程（図１（Ｃ））でゲ
イト電極に３〜１０％の酒石液、硼酸、硝酸が含まれた
エチレングルコール溶液中で、電流を印加することによ
って、ゲイト電極の側面および上面にバリヤ型の陽極酸
化物１０８を設けておくと良い。この陽極酸化工程にお
いては、得られる陽極酸化物の厚さはゲイト電極１０５
と対向の電極との間に印加される電圧の大きさによって
決定される。

【００２１】注目すべきは、バリヤ型の陽極酸化が後の
工程であるにもかかわらず、多孔質の陽極酸化物の外側
にバリヤ型の陽極酸化物ができるのではなく、バリヤ型
の陽極酸化物１０８は多孔質陽極酸化物１０７とゲイト
電極１０５の間に形成されることである。上記の燐酸系
のエッチャントにおいては、多孔質陽極酸化物のエッチ
ングレートはバリヤ型陽極酸化物のエッチングレートの
１０倍以上である。したがって、適当な厚さのバリヤ型
の陽極酸化物１０８は、燐酸系のエッチャントでは実質
的にエッチングされないので、内側のゲイト電極を守る
ことができる。もちろん、多孔質陽極酸化物のエッチン
グに用いるエッチャントでゲイト電極がエッチングされ
ないのであれば、このようなバリヤ型の陽極酸化物を設
けなくともよいことはいうまでもない。（図１（Ｃ）、
（Ｅ））

【００２２】以上の工程によって、ゲイト電極の下側に
選択的に絶縁膜１０４の一部（以下、これをゲイト絶縁
膜と称することにする）が残存した構造を得ることがで
きる。そして、このゲイト絶縁膜１０４’は、もともと
多孔質陽極酸化物１０７の下側に存在していたので、ゲ
イト電極１０５、バリヤ型陽極酸化物１０８の下側のみ
ならず、バリヤ型陽極酸化物１０８からｙの距離だけ離
れた位置にまで存在し、その幅ｙは自己整合的（フォト
リソグラフィー工程によることなく）に決定されること
が特徴である。換言すれば、活性層１０３におけるゲイ
ト電極下のチャネル形成領域の外側にはゲイト絶縁膜１
０４’の存在する領域と、存在しない領域とが自己整合
的に形成されるのである。

【００２３】この構造で加速したＮ型もしくはＰ型の不
純物のイオンを活性層に注入する。当然のことながら、
ゲイト電極１０５（およびその周囲の陽極酸化物１０
８）の下の活性層には実質的に注入されない。本発明で
は、不純物イオンの加速条件を少なくとも２つ用いる。
例えば、高い加速エネルギーを得たイオン（高速イオ
ン）と低い加速エネルギーを得たイオン（低速イオン）
というような２種類の加速条件を設定する。そして、最
初に低速イオンを注入すると、これは、活性層のうちゲ
イト絶縁膜１０４’で覆われた領域１１１、１１２には
到達できず、主として、ゲイト絶縁膜で覆われていない
領域１１０、１１３に注入される。次に、高速イオンを
注入する。この時のエネルギーは、ゲイト絶縁膜１０
４’を通過する程度のものとする。この場合には、ゲイ
ト絶縁膜を通過して、領域１１１、１１２にもイオンが
注入される。一方、領域１１０、１１３では多くのイオ
ンは通過してしまい、結局、この場合には主として領域
１１１、１１２に注入される。（図１（Ｅ）、（Ｆ））

【００２４】そして、低速イオンのドーズ量を、高速イ
オンのドーズ量よりも大きくすれば、領域１１０、１１
３は低抵抗領域、領域１１１、１１２は高抵抗領域とな
る。ドーズ量は、ドーピング時間やイオン発生量によっ
て制御すればよい。以上のドーピング工程においては、
不純物元素のイオン源はそのままで、加速電圧のみを変
えればよい。そして、この場合も上記の例のように、最
初に低速イオンで、後で高速イオンというようにしても
よいし、その逆でもよい。

【００２５】さらに、図４（Ａ）に示すように加速電圧
は段階的に変化させてもよいし、同図（Ｂ）のように連
続的に変化させてもよい。しかし、いずれの方法でも、
本発明では、基板をドーピング装置にセットしたら、一
度も外部に取り出すことなく全てのドーピング工程が終
了するという意味で、１回のドーピング工程によって高
抵抗領域が形成されることを特徴としている。

【００２６】

【作用】このように、本発明では高抵抗不純物領域の幅
を陽極酸化物１０７の厚さｙによって自己整合的に制御
することに特徴がある。そして、さらにゲイト絶縁膜１
０４’の端部１０９と高抵抗領域（ＨＲＤ）１１２の端
部１１７を概略一致させることができる。図３に示した
従来の方法ではこのような役割を果たす側壁の幅の制御
は極めて困難であったが、本発明においては、陽極酸化
物１０７の幅は、陽極酸化電流（電荷量）によって決定
されるため、極めて微妙な制御が可能である。

【００２７】さらに、上記の工程からも明らかなよう
に、不純物ドーピングの工程が実質的に１回であって
も、低抵抗領域、高抵抗領域を形成でき、さらに、その
後の活性化の工程も当然、１回の処理で済む。このよう
に本発明では、ドーピング、活性化の工程を減らすこと
により量産性を高めることができる。従来から、ＨＲＤ
は抵抗が大きいため、電極とオーム接触させることが難
しいこと、および、この抵抗のためドレイン電圧の低下
をきたすことが問題となっていた。しかし、他方、ＨＲ
Ｄの存在により、ホットキャリヤの発生を抑止でき、高
い信頼性を得ることができるというメリットも併せ持っ
ていた。本発明はこの矛盾する課題を一挙に解決し、自
己整合的に形成される０．１〜１μｍ幅のＨＲＤと、ソ
ース／ドレイン電極に対してオーム接触を得ることがで
きる。

【００２８】また、本発明においては図１の陽極酸化物
１０８の厚さを適切に利用することによって、ゲイト電
極の端部と不純物領域の位置関係を任意に変更でき、い
わゆるオフセット構造を得ることもできる。一般にオフ
セット状態では、逆方向リーク電流が低下し、オン／オ
フ比が向上するという特徴を有し、例えば、アクティブ
マトリクス液晶ディスプレーの画素の制御に用いられる
ＴＦＴ（画素ＴＦＴ）のように、リーク電流の少ないこ
とが必要とされる用途に適している。しかしながら、Ｈ
ＲＤの端部で発生したホットキャリヤが陽極酸化物にト
ラップされることによって、劣化するという欠点も合わ
せ持つ。

【００２９】

【実施例】

〔実施例１〕図１に本実施例を示す。まず、基板（コ
ーニング７０５９、３００ｍｍ×４００ｍｍもしくは１
００ｍｍ×１００ｍｍ）１０１上に下地酸化膜１０２と
して厚さ１０００〜３０００Åの酸化珪素膜を形成し
た。この酸化膜の形成方法としては、酸素雰囲気中での
スパッタ法を使用した。しかし、より量産性を高めるに
は、ＴＥＯＳをプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した膜を
用いてもよい。

【００３０】その後、プラズマＣＶＤ法やＬＰＣＶＤ法
によって非晶質珪素膜を３００〜５０００Å、好ましく
は５００〜１０００Å堆積し、これを、５５０〜６００
℃の還元雰囲気に４〜２４時間放置して、結晶化せしめ
た。この工程は、レーザー照射によっておこなってもよ
い。そして、このようにして結晶化させた珪素膜をパタ
ーニングして島状領域１０３を形成した。さらに、この
上にスパッタ法によって厚さ７００〜１５００Åの酸化
珪素膜１０４を形成した。

【００３１】その後、厚さ１０００Å〜３μｍのアルミ
ニウム（１ｗｔ％のＳｉ、もしくは０．１〜０．３ｗｔ
％のＳｃ（スカンジウム）を含む）膜を電子ビーム蒸着
法もしくはスパッタ法によって形成した。そして、フォ
トレジスト（例えば、東京応化製、ＯＦＰＲ８００／３
０ｃｐ）をスピンコート法によって形成した。フォトレ
ジストの形成前に、陽極酸化法によって厚さ１００〜１
０００Åの酸化アルミニウム膜を表面に形成しておく
と、フォトレジストとの密着性が良く、また、フォトレ
ジストからの電流のリークを抑制することにより、後の
陽極酸化工程において、多孔質陽極酸化物を側面のみに
形成するうえで有効であった。その後、フォトレジスト
とアルミニウム膜をパターニングして、アルミニウム膜
と一緒にエッチングし、ゲイト電極１０５マスク膜１０
６とした。（図１（Ａ））

【００３２】さらにこれに電解液中で電流を通じて陽極
酸化し、厚さ３０００〜６０００Å、例えば、厚さ５０
００Åの陽極酸化物１０７を形成した。陽極酸化は、３
〜２０％のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム
酸、硫酸等の酸性水溶液を用いておこない、５〜３０Ｖ
の一定電流をゲイト電極に印加すればよい。本実施例で
はシュウ酸溶液（３０℃）中で電圧を８Ｖとし、２０〜
４０分、陽極酸化した。陽極酸化物の厚さは陽極酸化時
間によって制御した。陽極酸化電圧は、レジスト塗布前
の陽極酸化電圧よりも低いことが好ましかった。（図１
（Ｂ））

【００３３】次に、マスクを除去し、再び電解溶液中に
おいて、ゲイト電極に電流を印加した。今回は、３〜１
０％の酒石液、硼酸、硝酸が含まれたエチレングルコー
ル溶液を用いた。溶液の温度は１０℃前後の室温より低
い方が良好な酸化膜が得られた。このため、ゲイト電極
の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化物１０８が形成
された。陽極酸化物１０８の厚さは印加電圧に比例し、
印加電圧が１５０Ｖで２０００Åの陽極酸化物が形成さ
れた。陽極酸化物１０８の厚さは必要とされるオフセッ
ト幅によって決定したが、３０００Å以上の厚さの陽極
酸化物を得るには２５０Ｖ以上の高電圧が必要であり、
ＴＦＴの特性に悪影響を及ぼすので３０００Å以下の厚
さとすることが好ましい。本実施例では８０〜１５０Ｖ
まで上昇させ、必要とする陽極酸化膜１０８の厚さによ
って電圧を選択した。（図１（Ｃ））

【００３４】その後、ドライエッチング法によって酸化
珪素膜１０４をエッチングした。このエッチングにおい
ては、等方性エッチングのプラズマモードでも、あるい
は異方性エッチングの反応性イオンエッチングモードで
もよい。ただし、珪素と酸化珪素の選択比を十分に大き
くすることによって、活性層を深くエッチングしないよ
うにすることが重要である。例えば、エッチングガスと
してＣＦ₄を使用すれば陽極酸化物はエッチングされ
ず、酸化珪素膜１０４のみがエッチングされる。また、
多孔質陽極酸化物１０７の下の酸化珪素膜１０４’はエ
ッチングされずに残った。（図１（Ｄ））

【００３５】その後、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて
陽極酸化物１０７をエッチングした。このエッチングで
は陽極酸化物１０７のみがエッチングされ、エッチング
レートは約６００Å／分であった。その下のゲイト絶縁
膜１０４’はそのまま残存した。そして、イオンドーピ
ング法によって、ＴＦＴの活性層１０３に、ゲイト電極
部（すなわちゲイト電極とその周囲の陽極酸化膜）およ
びゲイト絶縁膜をマスクとして自己整合的に不純物を注
入し、低抵抗不純物領域（ソース／ドレイン領域）１１
０、１１３、高抵抗不純物領域１１１、１１２を形成し
た。ドーピングガスとしてはフォスフィン（ＰＨ₃）を
用いたため、Ｎ型の不純物領域となった。Ｐ型の不純物
領域を形成するにはジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）をドーピング
ガスとして用いればよい。まず、加速エネルギーを１〜
３０ｋｅＶ、例えば、５ｋＶでドーピングした。ドーズ
量は５×１０¹⁴〜５×１０¹⁵ｃｍ^-2、例えば、１×１０
¹⁵ｃｍ^-2とした。この結果、主として、ゲイト絶縁膜１
０４’で覆われていない領域１１０、１１３に不純物が
ドーピングされ、低抵抗領域となった。（図１（Ｅ））

【００３６】その後、基板をドーピング装置にセットし
たまま、加速エネルギーを６５〜１１０ｋｅＶ、例え
ば、９０ｋＶに上昇させた。ドーズ量は５×１０¹²〜５
×１０¹³ｃｍ^-2、例えば、１×１０¹³ｃｍ^-2とした。こ
の結果、主として、ゲイト絶縁膜１０４’で覆われた領
域１１１、１１２に不純物がドーピングされ、高抵抗領
域となった。（図１（Ｆ））その後、ＫｒＦエキシマー
レーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を
照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化
をおこなった。このようにして、高抵抗領域１１１、１
１２を得ることができた。

【００３７】〔実施例２〕図２に本実施例を示す。ま
ず、絶縁表面を有する基板（例えばＮＨテクノグラス社
製ＮＡ３５ガラス）２０１上に実施例１の図１（Ａ）、
（Ｂ）の工程を用いて、下地酸化膜２０２、島状性珪素
半導体領域（例えば結晶性珪素半導体）２０３、酸化珪
素膜２０４、アルミニウム膜（厚さ２００ｎｍ〜１μ
ｍ）のゲイト電極２０５とゲイト電極の側面に多孔質の
陽極酸化物（厚さ３０００Å〜１μｍ、例えば５０００
Å）２０６を形成した。（図２（Ａ））そして、実施例
１と同様にバリヤ型の厚さ１０００〜２５００Åの陽極
酸化物２０７を形成した。さらに、多孔質陽極酸化物２
０６をマスクとして、酸化珪素膜２０４をエッチング
し、ゲイト絶縁膜２０４’を形成した。図２（Ｂ））

【００３８】その後、バリヤ型陽極酸化膜２０７をマス
クとして、多孔質陽極酸化膜２０６をエッチング除去し
た。その後、ゲイト電極部（２０５、２０７）およびゲ
イト絶縁膜２０４’をマスクとしてイオンドーピング法
によって窒素イオンを注入した。ドーピングガスは窒素
ガス（Ｎ₂）を用いた。ドーズ量は１×１０¹⁴〜３×１
０¹⁶ｃｍ^-2、例えば、２×１０¹⁵ｃｍ^-2、加速電圧は６
５〜１１０ｋＶ、例えば、８０ｋＶとした。このドーピ
ングにおいては、窒素イオンが高速であるため、ゲイト
絶縁膜２０４’で覆われていない領域２０８、２１１で
は、イオンが通過してしまい、ほとんどドーピングされ
ず（ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）法によると１×１
０¹⁹ｃｍ^-2以下であった。）一方、ゲイト絶縁膜で覆わ
れている領域２０９、２１０には５×１０¹⁹〜２×１０
²¹ｃｍ^-3（深さによって異なる）の濃度の窒素が導入さ
れた。（図２（Ｃ））

【００３９】次に、ドーピングチャンバーの雰囲気をフ
ォスフィン（ＰＨ₃）に変更し、燐イオンの注入をおこ
なった。まず、加速エネルギーを６５〜１１０ｋｅＶ、
例えば、９０ｋＶとした。ドーズ量は５×１０¹²〜５×
１０¹³ｃｍ^-2、例えば、１×１０¹³ｃｍ^-2とした。この
結果、主として、ゲイト絶縁膜２０４’で覆われた領域
２０８、２１１に不純物がドーピングされ、高抵抗領域
となった。（図２（Ｄ））その後、基板をドーピング装
置にセットしたまま、加速エネルギーを１〜３０ｋｅ
Ｖ、例えば、５ｋＶでドーピングに低下させた。ドーズ
量は５×１０¹⁴〜５×１０¹⁵ｃｍ^-2、例えば、１×１０
¹⁵ｃｍ^-2とした。この結果、主として、ゲイト絶縁膜２
０４’で覆われていない領域２０８、２１１に不純物が
ドーピングされ、低抵抗領域となった。（図２（Ｅ））

【００４０】その後、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長
２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、活性
層中に導入された不純物イオンの活性化をおこなった。
レーザーとしては、ＸｅＣｌエキシマーレーザー（波長
３０８ｎｍ、パルス幅５０ｎｓｅｃ）を用いてもよかっ
た。なおエキシマーレーザー以外に、他のレーザーを用
いてもよいことはいうまでもない。パルスレーザーに関
しては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（Ｑスイッチパルス発振
が望ましい）のごとき赤外光レーザーやその第２高調波
のごとき可視光レーザーが使用できるが、金属膜の上面
からレーザー照射をおこなう場合には金属膜に反射され
ないような波長のレーザーを選択する必要がある。もっ
とも、金属膜が極めて薄い場合にはほとんど問題がな
い。また、レーザー光は、基板側から照射してもよい。
この場合には下に存在する珪素半導体膜を透過するレー
ザー光を選択する必要がある。

【００４１】また、レーザーの代わりに、可視光線もし
くは近赤外光の照射によるランプアニールによるもので
もよい。ランプアニールを行う場合には、被照射面表面
が６００〜１０００℃程度になるように、６００℃の場
合は数分間、１０００℃の場合は数１０秒間のランプ照
射を行うようにする。近赤外線（例えば1.2 μｍの赤外
線）によるアニールは、近赤外線が珪素半導体に選択的
に吸収され、ガラス基板をそれ程加熱せず、しかも一回
の照射時間を短くすることで、ガラス基板に対する加熱
を抑えることができ、極めて有用である。

【００４２】最後に、図２（Ｆ）に示すように、全面に
層間絶縁物２１２として、ＣＶＤ法によって酸化珪素膜
を厚さ２０００Å〜１μｍ、例えば、３０００Å形成
し、ＴＦＴのソース／ドレインにコンタクトホールを形
成し、アルミニウム配線・電極２１３、２１４を２００
０Å〜１μｍ、例えば５０００Åの厚さに形成した。こ
のアルミニウム電極２１３、２１４と低抵抗領域２０
８、２１１の間にバリヤメタルとして、例えば窒化チタ
ンを形成するとより一層、信頼性を向上させることがで
きる。

【００４３】本実施例では、結果的に高抵抗領域２０
９、２１０に選択的に窒素をドーピングすることができ
た。これは酸素、炭素、あるいはこれらの混合でもよ
い。このようにすることによってＴＦＴのリーク電流を
抑制することができ、これは特に、本実施例のＴＦＴを
アクティブマトリクス等の高い電荷保持特性が要求され
る用途には最適である。本実施例におけるドーピングプ
ロセスの様子を図４（Ｃ）に示す。このように最初に窒
素ドープをおこなったのの、図４（Ｄ）のように後で窒
素ドープをおこなってもよい。いずれにしても、本実施
例では、燐ドープも窒素ドープも基板をドーピング装置
にセットしたまま連続的におこなえることが特徴であ
る。

【００４４】

【発明の効果】本発明によって、実質的に１回のドーピ
ングおよび１回のレーザーアニール、ＲＴＡ等の活性化
工程によって、高抵抗領域（ＨＲＤ）を形成することが
できた。すなわち、従来のように２種類の同導電型領域
を独立な工程によって形成する必要はなくなった。この
工程の短縮化は量産性を高め、ＴＦＴ製造ラインへの投
資額を減額するうえで有効である。また、本発明ではＨ
ＲＤの幅が極めて精度良く形成されるので、歩留り、均
一性の優れたＴＦＴが得られる。

【００４５】本発明のＴＦＴは、半導体集積回路が形成
された基板上に３次元集積回路を形成する場合でも、ガ
ラスまたは有機樹脂等の上に形成される場合でも同様に
形成されることはいうまでもないが、いずれの場合にも
絶縁表面上に形成されることを特徴とする。特に周辺回
路を同一基板上に有するモノリシック型アクティブマト
リクス回路等の電気光学装置に対する本発明の効果は著
しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１によるＴＦＴの作製方法を示す。

【図２】実施例２によるＴＦＴの作製方法を示す。

【図３】従来法によるＴＦＴの作製方法を示す。

【図４】本発明におけるドーピング工程の様子を示
す。

【符号の説明】

１０１絶縁基板１０２下地酸化膜（酸化珪素）１０３活性層（結晶珪素）１０４絶縁膜（酸化珪素）１０４’ ゲイト絶縁膜１０５ゲイト電極（アルミニウム）１０６マスク膜（フォトレジスト）１０７陽極酸化物（多孔質酸化アルミニウ
ム）１０８陽極酸化物（バリヤ型酸化アルミニウ
ム）１０９ゲイト絶縁膜の端部１１０、１１３低抵抗不純物領域１１１、１１２高抵抗不純物領域（ＨＲＤ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁表面上に活性層と、前記活性層上に
第１の絶縁膜と、前記絶縁膜上にゲイト電極と、を形成
する第１の工程と、前記ゲイト電極に電解溶液中で電流を印加することによ
って、主として該ゲイト電極の側面に第１の陽極酸化物
層を形成する第２の工程と前記第１の陽極酸化物層をマ
スクとして、前記第１の絶縁膜をエッチングし、薄くす
る、もしくは除去することによってゲイト絶縁膜とする
第３の工程と、前記第１の陽極酸化物層を選択的に除去する第４の工程
と、前記ゲイト電極およびゲイト絶縁膜をマスクとして、前
記活性層に選択的にＮ型もしくはＰ型の不純物元素イオ
ンを導入する第５の工程とを有することを特徴とする半
導体装置の作製方法において、前記第５の工程では、不
純物元素イオンの加速エネルギーが少なくとも２条件あ
ることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】請求項１の第５の工程において、不純物
元素イオンの加速エネルギーの高い条件でのドーズ量
は、加速エネルギーの低い条件でのドーズ量よりも小さ
いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】請求項１の第５の工程の後、レーザーも
しくは同等な強光を照射することによって不純物の活性
化をおこなうことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】請求項１において、第４の工程と第５の
工程の間もしくは、第５の工程の後に、窒素、酸素、炭
素のいずれかから選ばれた少なくとも１種類の元素のイ
オンを、活性層に自己整合的に導入する工程を有するこ
と特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】請求項１において、第５の工程の後、ゲ
イト絶縁膜の一部を除去する工程とを有することを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】半導体活性層上に選択的にマスク用絶縁
膜を有し、前記マスク用絶縁膜のある領域の下側の前記
活性層の第１の領域と、前記マスク用絶縁膜のない、ま
たは薄い領域の前記活性層の第２の領域とは、同じ導電
型であり、かつ、Ｐ型またはＮ型の不純物のドーピング
の際の加速電圧を可変することによって異なる領域に添
加されたことを特徴とする半導体装置の作製方法。