JPH07283151A - 半導体装置の作製方法及び半導体装置の作製装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐熱性の劣る基板上に良好な特性を示す薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ）を作製する方法に関して、特性
の優れたゲイト絶縁膜の作製方法およびそのための装置
を提供する。 【構成】 酸素等の酸化性雰囲気中、もしくはアンモニ
ア等の窒化性雰囲気中において、基板をレーザー処理チ
ャンバーに置き、基板上に形成された非単結晶シリコン
薄膜表面に、レーザー光もしくはこれを同等の強光を照
射することによって、非単結晶シリコン膜の結晶性を改
善するとともに表面にごく薄い酸化膜もしくは窒化膜、
あるいは酸化窒化膜を形成する。さらに、このように処
理した基板が大気に触れないように成膜チャンバーに移
送し、しかる後にプラズマＣＶＤ法、スパッタリング法
等の気相の成膜手段によって絶縁被膜を成膜し、所望の
厚さのゲイト絶縁膜とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜状の活性層を有す
る半導体装置（薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）やその集積
回路等）の作製方法とそのための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子としてガラス基板上に形成さ
れた薄膜シリコン半導体を用いた薄膜トランジスタ（一
般にＴＦＴと称される）が知られている。このＴＦＴを
構成する薄膜珪素半導体としては、結晶性シリコン膜を
用いることが有用である。また、良好な特性を有するＴ
ＦＴを得るためには、シリコン膜の表面に良好な界面を
特性を有して絶縁膜（一般には酸化珪素膜）を形成する
必要がある。しかし、十分な界面特性を有したゲイト絶
縁膜を形成することはこれまでの技術においては問題が
あった。

【０００３】ゲイト絶縁膜として、もっとも特性の良い
絶縁膜は、熱酸化による酸化珪素膜であった。しかしな
がら、熱酸化によってこのような膜を得ようとすると、
９００℃を越えるような高温が必要であった。これはＴ
ＦＴを構成する基板や材料に大きな制約をもたらし、Ｔ
ＦＴプロセスの低温化の流れの大きな障害であった。こ
れに対し、気相成長法（すなあわち、ＣＶＤ法やＰＶＤ
法）による成膜はそれほどの高温を要求されることはな
かったが、得られる絶縁膜と半導体との界面特性が好ま
しいものではなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題を
鑑みてなされたのであり、基本的に熱酸化ほどの高温を
必要としないで、良好な界面特性を有した絶縁膜を形成
することを主な目的とする。また、上記絶縁膜を形成す
るプロセスの生産性を安定性を向上させることを他の目
的とする。

【０００５】

【問題を解決する手段】本発明の主要な構成は、レーザ
ー光またはそれと同等な強光を照射する処理装置と、気
相成長法による真空成膜装置（例えば、プラズマＣＶＤ
装置、減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）装置、大気圧ＣＶＤ
（ＡＰＣＶＤ）装置、スパッタリング成膜装置（スパッ
タ装置）等）をいずれも少なくとも１つ有する半導体処
理装置において、レーザー光またはそれと同等な強光を
照射する処理装置において、基板上に形成されたアモル
ファス半導体膜や多結晶半導体膜、微結晶半導体膜等の
非単結晶半導体膜に対してレーザー光または強光を照射
する工程と、前記レーザー光またはそれと同等な強光を
照射する処理装置から外気に曝すことなく前基板を他の
真空処理装置に移送し、所定の処理を行う工程と、を有
し、前記レーザー光またはそれと同等な強光の照射は、
酸素雰囲気等の酸化性雰囲気、あるいはアンモニア雰囲
気等の窒化性雰囲気中において行われ、非単結晶半導体
膜の結晶性を向上せしめ、その表面の酸化もしくは表面
への酸化膜の形成（酸化性雰囲気の場合）、あるいはそ
の表面の窒化もしくは表面への窒化膜の形成（窒化性雰
囲気の場合）、とを行うことを特徴とする。

【０００６】上記構成において、レーザー光またはそれ
と同等な強光を照射する処理装置は、レーザー光または
それと同等な強光を照射する機能と、必要とするガスを
導入する手段と、雰囲気を減圧にするための排気手段と
を有している必要がある。レーザー光としては、エキシ
マレーザーや各種ＹＡＧレーザー、ルビーレーザー等を
用いることができる。レーザー以外の非コヒーレントな
光源としては、キセノンランプ、クリプトンランプの希
ガスランプや、ハロゲンランプ等を用いることができ
る。用いる光源の波長としては、赤外から紫外までの広
い範囲で可能であるが、基板の温度上昇を防止するとい
う意味で、光の照射はパルス状になされることが好まし
く、パルス幅は１μｓｅｃ以下が好ましい。

【０００７】真空成膜装置としては、プラズマＣＶＤ装
置、減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）装置、大気圧ＣＶＤ（Ａ
ＰＣＶＤ）装置、スパッタリング成膜装置（スパッタ装
置）等を用いることができる。以上の装置以外にも、そ
の他に真空処理装置として、各種雰囲気での加熱処理装
置、イオン注入装置、エッチング装置、外部との間で基
板の搬入搬出を行う装置を接続しておいてもよい。これ
らの装置は、それぞれにおいて必要とするガスの導入系
と排気系とを有し、基板の搬送を専門に行うための共通
の搬送室に連結された構成を有することが望ましい。基
板を外気に曝さずに移送するのは、各処理工程において
被処理物（例えば基板上のシリコン膜）が汚染されるこ
とを防ぐためである。

【０００８】本発明の他の構成は、非単結晶半導体膜に
対して窒化性または酸化性雰囲気中において、レーザー
光またはそれと同等な強光を照射し、前記非単結晶半導
体表面を窒化もしくは酸化するとともに、前記非単結晶
半導体膜の結晶性を改善させる工程と、前記酸化膜上に
絶縁膜を積層する工程と、を有することを特徴とする。

【０００９】上記構成において、非単結晶半導体膜とし
てはプラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法で成膜したアモ
ルファスシリコン膜を挙げることができる。また、この
ようなアモルファス半導体膜を６５０℃以下の温度でア
ニールすることによって結晶化させた多結晶や微結晶の
半導体膜も利用できる。窒化性または酸化性雰囲気中に
おいて、レーザー光またはそれと同等な強光を照射する
のは、これら非単結晶半導体膜の表面に窒化膜、酸化膜
あるいは酸化窒化膜を形成するとともに、非単結晶半導
体膜の結晶性を向上させるためである。酸化性雰囲気と
は、積極的に酸化を行わすために酸化性のあるガスを多
く含有させた雰囲気のことをいい、亜酸化窒素（Ｎ
₂ Ｏ）や二酸化窒素（ＮＯ₂ ）等を多量に含む雰囲気、
あるいはこれらと酸素等との混合雰囲気のことである。
従って単にこれらのガスが微量に含まれている雰囲気と
は異なる。雰囲気中には塩素やトリクロロエチレン（ト
リクレン、ＴＣＥ、ＣＨＣｌ＝ＣＣｌ₂ ）、トランス−
１、２−ジクロールエチレン（ＣＨＣｌ＝ＣＨＣｌ）が
含まれていても良い。このようなガスは酸化作用を促進
する。

【００１０】このレーザー光またはそれと同等な強光の
照射を結晶性を有するシリコン膜に対して行えば、シリ
コン膜表面に薄い酸化珪素膜を形成することができる。
特に紫外線を照射した場合には化学反応が促進し、良質
の酸化珪素膜が得られる。レーザ光または強光の照射の
後に、プラズマＣＶＤ法等の成膜方法で絶縁膜、例えば
酸化珪素を形成することで、レーザー光等の照射の際に
半導体表面に形成された良好な界面特性を有する酸化膜
や窒化膜に重ねて、絶縁膜を必要とする厚さに形成する
ことができる。

【００１１】

【作用】半導体、特にシリコン半導体に対して、窒化性
または酸化性雰囲気中においてレーザー光またはそれと
同等な強光を照射することにより、半導体表面に界面特
性の良好な酸化膜を形成することができる。特に、半導
体としてシリコンを用い、非単結晶シリコン膜に対し
て、窒化性または酸化性雰囲気中においてレーザー光ま
たはそれと同等な強光を照射することにより、非単結晶
半導体表面に界面特性の良好な窒化珪素膜、あるいは酸
化珪素膜、もしくは酸化窒化珪素膜を形成するととも
に、非単結晶半導体膜の結晶性を向上させることができ
る。特にこのようにして作製された酸化珪素膜の場合
は、通常の乾燥酸素中で１０００〜１２００℃の温度の
熱酸化で得られる酸化珪素膜に匹敵するほど、固定電荷
が少なく、界面準位密度（Ｑ_ss）も低い。このため、Ｔ
ＦＴ等の絶縁ゲイト型デバイスのゲイト絶縁膜としては
優れている。

【００１２】そして、上記の酸化膜に重ねて酸化珪素膜
等の絶縁膜を形成することで、ＴＦＴのゲイト絶縁膜と
して用いるに十分な厚さの界面特性に優れたゲイト絶縁
膜を半導体膜上に形成することができる。すなわち、本
発明においてはゲイト絶縁膜は少なくとも２層から成り
立っており、半導体と接する薄い酸化膜は半導体がレー
ザー等の照射によって酸化してできたもので、その界面
特性は優れている。しかしながら、これだけではゲイト
絶縁膜として用いるには耐圧等の点で不十分である。そ
こで、それに重ねて気相成長法によって必要な厚さと耐
圧を備えた絶縁膜を形成することにより、はじめてゲイ
ト絶縁膜として好ましい被膜を得ることができる。

【００１３】このような成膜工程は全て実質的に大気か
ら隔離された環境でおこなわれることが望ましい。も
し、レーザー等の照射の工程の後に、一度、大気中に半
導体表面をさらすと、表面が汚染されてしまい、せっか
く、レーザー等の照射によって得られた良質な酸化膜等
が台無しになってしまう。したがって、レーザー等の照
射と気相成長法による絶縁膜の成膜の間には半導体表面
を大気にさらす工程を入れてはならない。そのため、本
発明においては、これらの装置の間に基板を移送するた
めの特別な手段が必要とされる。以下に実施例を示し、
本発明の数々の例を説明する。

【００１４】

【実施例】

〔実施例１〕図１には本発明を実施する装置の例を示
す。この例では、プラズマＣＶＤ成膜装置とレーザー処
理装置（例えば、レーザーアニール装置）を組み合わせ
たもので、２つの装置の間には予備室を１つ設けてあ
る。図において、１はプラズマＣＶＤ装置のチャンバー
であり、２はレーザーアニール装置のチャンバーであ
る。これらのチャンバーにはガス導入バルブ７、１８と
排気バルブ８、１９を設け、必要なガスを導入し、排気
できるようにし、また、内部の圧力を適切な値に保てる
ようにされている。

【００１５】チャンバー１には、さらに、電極４、５が
設けられ、電極５上には処理されるべき基板（試料）６
を置き、電極４にはＲＦ電源（例えば、周波数１３．５
６ＭＨｚ）３が接続されている。そして、チャンバー内
に適切なガス（例えば、モノシランやジシランと酸素、
亜酸化窒素等）を導入し、電極間に放電を生じさせて、
基板６上に被膜を形成する。基板は必要によって加熱さ
れてもよい。

【００１６】チャンバー２には窓１４が設けられ、レー
ザー装置１１からミラー１２、レンズ１３を経由したレ
ーザー光が窓を通して、サンプルホルダー１５上の基板
１７に照射される。基板はヒーター１６によって２００
〜５００℃、好ましくは３００〜４００℃に加熱され
る。この加熱は結晶化を再現性良くおこなう際には欠か
すことができない。チャンバー２では、レーザーアニー
ルによって結晶性を改善することによって特性の向上が
図られる。この際、レーザーアニール装置のチャンバー
内を酸素雰囲気とすることによって、アモルファスシリ
コン膜等の非単結晶シリコン膜の結晶性の改善とその表
面への酸化膜の形成が同時に行われる。同様にアンモニ
ア雰囲気のような窒化性の雰囲気でレーザーアニールを
おこなうと、窒化膜が形成される。亜酸化窒素雰囲気、
もしくは酸素とアンモニアの混合雰囲気であれば、酸化
窒化膜が形成される。

【００１７】サンプルホルダーは可動式で、基板を乗せ
たまま、徐々に図の右側に移動することができる。その
結果、基板全面にレーザー処理をおこなうことができ
る。例えば、基板が３００ｍｍ×４００ｍｍであるとす
れば、レーザービームの形状を２×３５０ｍｍの線状と
することによって、基板の全面をレーザー処理できる。
また、このときのホルダーの移動速度が２０ｍｍ／秒で
あれば、１枚の基板の処理時間は４００÷２０＝２０秒
である。

【００１８】島状のアモルファスシリコン膜もしくは多
結晶シリコン膜が成膜された基板は以下のような順序で
処理される。まず、予備室を１０^-5〜１ｔｏｒｒに排気
する。一方、レーザー処理装置のチャンバー２も同じ程
度に排気されている。そして、予備室とレーザー処理装
置の間のゲートを開けて、予備室からレーザー処理装置
に基板を移送する。移送後、ゲートは閉じられ、チャン
バー２内に適当な圧力のガスを導入する。さらにサンプ
ルホルダー１５をヒーター１６によって適切な温度にま
で加熱する。温度が安定し、レーザー処理装置にセット
された基板の精密な位置合わせが完了したら、レーザー
処理がおこなわれる。このレーザー照射によって、シリ
コン膜の結晶性を向上させる。この際には、雰囲気は、
１〜１０００ｔｏｒｒの圧力で、酸素もしくは酸化窒素
（例えば、亜酸化窒素（Ｎ₂ Ｏ）、二酸化窒素（Ｎ
Ｏ₂ ）等）の分圧が１０％以上となるようにする。この
結果、レーザー照射と同時にシリコン膜表面に薄い酸化
珪素膜が形成される。

【００１９】その後、チャンバー２を排気して、１０^-5
〜１ｔｏｒｒの圧力にし、再び、基板を予備室９に戻
し、さらに、予備室と同じ程度に排気されたプラズマＣ
ＶＤ成膜室１に移送する。そして、成膜手順にしたがっ
て、酸化珪素、窒化珪素等の絶縁膜を形成する。この成
膜工程の間にあっては、チャンバー１では別の基板の処
理をおこなってもよい。成膜終了後、成膜装置１の内部
を排気して、１０^-5〜１ｔｏｒｒの圧力にし、成膜装置
１と予備室の間のゲートを開けて、基板をやはり同じ程
度に排気された予備室に移送し、予備室を大気圧と同じ
圧力にし、基板を大気に取り出す。

【００２０】以上の工程において、例えば、基板のセッ
ティングから位置合わせ、取り出しまでを含めた基板１
枚に対するレーザー装置での処理時間が、基板のセッテ
ィング、排気をも含めたプラズマＣＶＤ装置での成膜時
間とほぼ等しければ、レーザー処理装置からプラズマＣ
ＶＤ装置まで待ち時間無しで処理できる。もし、基板１
枚のレーザーの処理時間が、プラズマＣＶＤでの成膜時
間の半分であれば、プラズマＣＶＤでの成膜を一度に２
枚おこなうようにすればよい。この場合には、最初に２
枚の基板が予備室にストックされ、その後、うち１枚が
レーザー処理装置に送られ、処理され、他の１枚は予備
室に保存される。そして、最初の１枚が処理された後に
予備室に保存されていた１枚が処理される。２枚とも処
理されたのちにプラズマＣＶＤ装置に送られ、２枚同時
に成膜される。

【００２１】本装置を使用して、ＴＦＴを作製する工程
の概略について述べる。工程図を図２に示す。まず、コ
ーニング７０５９等のガラス基板１０１上に酸化珪素の
下地膜１０２を形成する。酸化珪素膜１０２の厚さは、
ガラス基板１０１からのイオンが混入しないように１０
００〜５０００Åが好ましい。ここでは、２０００Åと
した。その後、アモルファスシリコン膜を堆積した。そ
の厚さは３００〜１０００Åが好ましい。ここでは、５
００Åとした。そして、４００〜５００℃、例えば、４
５０℃で適当な時間アニールすることにより、膜から水
素を除去する。そして、このアモルファスシリコン膜を
島状に加工して、島状領域１０３とした。このような処
理を施した基板を図１の装置のレーザー処理装置２によ
って、レーザー照射することにより、アモルファス状態
の島状シリコン膜１０３を結晶性のシリコン膜に変化さ
せた。

【００２２】レーザーとしてはＫｒＦエキシマーレーザ
ーを用いた。レーザー照射の条件は、エネルギー密度は
３５０〜４５０ｍＪ／ｃｍ² 、ショット数は１か所に付
き、２〜２０ショット、基板温度は２００〜４００℃と
した。レーザー照射の雰囲気は１気圧の酸素／アルゴン
雰囲気でおこなった。酸素の分圧は２０％とした。この
レーザー照射の結果、島状領域１０３の表面には厚さ数
１０Åの薄い酸化珪素膜１０４が形成された。（図２
（Ａ）） その後、基板を図１の装置のプラズマＣＶＤ装置１に移
送し、そこで、酸化珪素膜を形成した。レーザー処理装
置からプラズマＣＶＤ成膜装置に基板が搬入されるまで
の間、基板は水分等の大気成分に触れることはなかっ
た。

【００２３】プラズマＣＶＤ装置１においては、シラン
と亜酸化窒素を原料とし、厚さ１０００〜１５００Å、
例えば、１２００Åの酸化珪素膜１０５を成膜した。原
料ガスにはトリクルオロエチレンもしくは塩化水素を微
量購入しておくと、シリコン膜中の可動イオンも除去で
きるので都合がよい。。この酸化珪素膜１０５はＴＦＴ
のゲイト絶縁膜としても機能する。（図２（Ｂ）） その後、アルミニウム、タンタル、クロム、タングステ
ン、モリブテン、シリコンおよびそれらの合金や多層配
線等の材料によってゲイト電極１０６、１０８を形成す
る。さらに、ゲイト電極に電解溶液中で通電することに
よって、ゲイト電極の上面および側面に陽極酸化膜１０
７、１０９を形成する。陽極酸化膜の厚さは１０００〜
２５００Åとした。この陽極酸化膜は、その後のイオン
ドーピングやレーザーアニール、層間絶縁物の成膜工程
で受けるゲイト電極のダメージを減じる作用を有する。

【００２４】その後、公知のイオンドーピング法と相補
型ＭＯＳ（ＣＭＯＳ）技術によって、Ｐ型領域１１０、
１１２、Ｎ型領域１１３、１１５を形成する。この結
果、Ｐチャネル型ＴＦＴ（ＰＴＦＴ）のチャネル領域１
１１、Ｎチャネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴ）のチャネル領域
１１４を形成する。そして、これにレーザー光を照射し
て、イオンドーピングによってダメージを受けた領域の
結晶性を改善せしめた。このレーザー照射も図１の装置
のレーザー処理装置によっておこなえばよい。また、こ
の場合にはレーザーのエネルギーは図２（Ａ）の工程ほ
ど強力なものは必要とされない。レーザー照射の条件と
しては、基板温度は室温、レーザーエネルギー密度は２
５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ² とした。他の条件は図２
（Ａ）の工程と同一とした。（図２（Ｃ））

【００２５】その後、基板を図１のプラズマＣＶＤ装置
に移送し、層間絶縁物として酸化珪素膜１１６を形成し
た。酸化珪素膜の厚さは３０００〜８０００Å、例え
ば、５０００Åとした。その後、島状領域にコンタクト
ホールを開孔して、アルミニウム膜を３０００〜８００
０Å、例えば、５０００Å堆積し、これをエッチングし
て、配線・電極１１７、１１８、１１９を形成した。ア
ルミニウムと島状領域の間に厚さ５００〜１５００、例
えば、１０００Åの窒化チタン膜をはさむと、良好なコ
ンタクト特性が得られた。（図２（Ｄ）） 本実施例によって作製したＴＦＴは特性が優れており、
例えば、電界効果移動度としては、ＮＴＦＴで２００〜
３００ｃｍ² ／Ｖｓ、ＰＴＦＴで１００〜２５０ｃｍ²
／Ｖｓが安定して得られた。

【００２６】〔実施例２〕図３には本発明の例を示す。
この例では、プラズマドーピング装置（イオンドーング
装置とも言う）とプラズマＣＶＤ（兼ドライエッチン
グ）装置、およびレーザー処理装置（例えば、レーザー
アニール装置）を組み合わせたもので、３つの装置の間
にはそれぞれ予備室を１つ設けてある。図３において、
２１はプラズマドーピング装置のチャンバーであり、２
２はエッチング装置の、また、２３はレーザーアニール
装置のチャンバーである。これらのチャンバーには必要
なガスを導入し、排気でき、また、内部の圧力を適切な
値に保てるようにされている。

【００２７】チャンバー２１には、さらに、アノード電
極２５、グリッド電極２６が設けられ、アノードには高
電圧電源２４によって、最大で１００ｋＶの高電圧が印
加される。グリッド電極近傍にＲＦ放電等によって発生
したプラズマ中の陽イオン２７は、上述の高電圧によっ
てサンプルホルダー２９の方向に加速される。その結
果、サンプルホルダー２９上の基板（試料）２８には、
加速された陽イオン（ホウソイオンやリンイオン、ある
いは水素イオン等）が打ち込まれる。

【００２８】例えば、基板２８には絶縁基板上に結晶性
シリコンと、その上の酸化珪素層が形成され、さらに、
薄膜トラジスタのゲイト電極が形成されているものとす
る。このようなドーピングによって酸化珪素層およびシ
リコン層には必要な不純物が注入される。このように、
酸化珪素等の材料を通してドーピングすることをスルー
ドープというが、歩留り良く半導体素子を形成するには
適した方法である。プラズマＣＶＤ装置兼エッチング装
置２２には電極３３、３４が設けられ、電極３３にはＲ
Ｆ電源３２が接続され、また、電極３４上には基板３５
が置かれる。例えば、四フッ化炭素雰囲気中でＲＦ電源
からの電力によって、電極間に放電を生じさせると、基
板上の酸化珪素膜やチャンバーの内壁に被着した酸化珪
素膜をエッチングすることができる。また、酸素雰囲気
中でＲＦ放電させるとフォトレジスト等の有機物が酸化
・除去され、いわゆるアッシングがおこなわれる。ま
た、雰囲気をモノシランと酸素にしてＲＦ放電をおこな
うと、酸化珪素膜の成膜をおこなうことができる。

【００２９】レーザー処理装置２３は実施例１に示した
ものと実質的には同じもので、チャンバー２３には窓４
１が設けられ、レーザー装置３８からミラー３９、レン
ズ４０を経て、レーザー光が窓を通して、可動式のサン
プルホルダー４４上の基板４２に照射される。基板はヒ
ーター４３によって加熱されてもよい。使用するレーザ
ーとして、量産性に優れた紫外光エキシマーレーザー、
例えば、ＫｒＦレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌ
レーザー（３０８ｎｍ）やＸｅＦレーザー（３５０ｎ
ｍ）が好ましい。プラズマドーピング装置２１とプラズ
マＣＶＤ装置２２とレーザー処理装置２３の間にはそれ
ぞれ予備室３０、３６が設けられている。

【００３０】本装置はいくつものチャンバーをそなえて
いるので、多様な処理が可能である。例えば、十分に水
素出しをおこなったアモルファスもしくは多結晶状態の
島状のシリコン膜が形成された基板に最初、プラズマド
ーピング装置２１において、シリコン膜中に適量の水素
イオンを注入する。次にレーザー処理装置２３におい
て、酸素もしくは亜酸化窒素雰囲気にてレーザー照射を
おこなって、島状シリコン領域の結晶性を改善させると
ともに、その表面に薄い酸化珪素膜を形成する。その
後、基板をプラズマＣＶＤ装置２２に移送して、ここで
ゲイト絶縁膜となるべき酸化珪素等の絶縁膜の成膜をお
こなう。水素イオン注入の工程はなくてもよい。

【００３１】また、ソース／ドレインのドーピング工程
を含む処理にも使用できる。まず、フォトレジストでコ
ーティングし、Ｐ型（もしくはＮ型）のＴＦＴを形成す
る領域のみを露出させた基板に対して、プラズマドーピ
ング装置２１でＰ型（もしくはＮ型）不純物をドーピン
グする。その後、基板をプラズマＣＶＤ装置２２に移送
し、ここで、酸素雰囲気中でのＲＦ放電、すなわちアッ
シングをおこなうことにより、フォトレジストを除去す
る。この結果、基板の全面が露出する。そして、再び、
プラズマドーピング装置２１に基板を戻して、今度は、
Ｎ型（もしくはＰ型）不純物をドーピングする。このド
ーピングでは、先のドーピングの工程で、フォトレジス
トに覆われていた領域には、Ｎ型（もしくはＰ型）の不
純物がドーピングされ、Ｎ型（もしくはＰ型）となる。
一方、先のドーピングの際にＰ型不純物がドーピングさ
れた領域にもＮ型（もしくはＰ型）不純物がドーピング
されるが、これは、最初のドーピングのドーズ量を後の
ドーピングのドーズ量よりも減らすことによって、Ｐ型
（もしくはＮ型）を維持できる。その後、基板はレーザ
ー処理装置２３に移送され、実施例１の場合と同様に、
ドーピングされた不純物の活性化のためにレーザーアニ
ールされる。

【００３２】このようなマルチ・チャンバー・システム
を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製する例を図
５に示す。ガラス基板（例えば、コーニング７０５９）
２０１上に厚さ２００〜２０００Åの下地酸化珪素膜２
０２をスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法によって形
成する。さらに、ＬＰＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法、ス
パッタリング法等の方法によってアモルファスシリコン
膜を３００〜１０００Å堆積し、これを５５０〜６５０
℃、４〜４８時間の窒素中、もしくは真空中の加熱によ
って結晶化させる。その際、膜に微量のニッケルを混入
させると、結晶化温度を低下させ、かつ、結晶化時間を
短くすることができる。

【００３３】そして、この結晶化したシリコン膜をパタ
ーニングして島状領域２０３を形成する。その後、図３
に示す装置に基板をセットし、まず、レーザー処理装置
にてレーザー照射することにより、島状シリコン膜２０
３の結晶性を改善する。実施例１の場合と異なり、既に
島状シリコン領域はある程度の結晶化が進行していた
が、粒界にはまだ、微細なアモルファス成分が多く、こ
れらを完全に結晶化させることにより、ＴＦＴの特性を
飛躍的に向上させることができる。レーザーとしてはＫ
ｒＦエキシマーレーザーを用いた。レーザー照射の条件
は、エネルギー密度は３５０〜４５０ｍＪ／ｃｍ² 、シ
ョット数は１か所に付き、２〜２０ショット、基板温度
は２００〜４００℃とした。レーザー照射の雰囲気は１
気圧の亜酸化窒素雰囲気でおこなう。

【００３４】このレーザー照射の結果、島状領域２０３
の表面には厚さ数１０Åの薄い酸化珪素膜２０４が形成
される。（図５（Ａ）） その後、基板を図３の装置のプラズマＣＶＤ装置２２に
移送し、そこで、厚さ１０００〜１５００Å、例えば、
１２００Åの酸化珪素膜２０５を成膜する。（図５
（Ｂ）） その後、スカンジウムが０．１〜０．３重量％入ったア
ルミニウムによってゲイト電極２０６、２０８を形成す
る。さらに、ゲイト電極に電解溶液中で通電することに
よって、ゲイト電極の上面および側面に陽極酸化膜２０
７、２０９を形成する。陽極酸化膜の厚さは１０００〜
２５００Åとした。

【００３５】その後、図５の島状領域２０３の右側の部
分をフォトレジストでマスクして、図３の装置にセット
し、プラズマドーピング装置２１でホウ素を０．５〜５
×１０¹⁵／ｃｍ² ドーピングする。この結果、島状領域
２０３の左側にＰ型領域２１０、２１２が形成され、ま
た、ＰＴＦＴのチャネル領域２１１も形成される。その
後、基板をプラズマＣＶＤ装置２２に移送し、酸素プラ
ズマによって、フォトレジストをアッシング除去する。
そして、再び、基板をプラズマドーピング装置２１に移
送し、今度は燐をドーピングする。ドーズ量は０．１〜
２×１０¹⁵／ｃｍ² とし、かつ、先のホウ素のドーズ量
よりも小さくすることが望まれる。この結果、Ｎ型領域
２１３、２１５とＮＴＦＴのチャネル領域２１４を形成
する。（図５（Ｃ））

【００３６】さらに、基板をレーザー処理装置２３に移
送し、ドーピングされた不純物の活性化をおこなう。レ
ーザー照射の条件としては、基板温度は室温、レーザー
エネルギー密度は２５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ² とした。
（図５（Ｄ）） その後、基板を図３のプラズマＣＶＤ装置２２に移送
し、層間絶縁物として酸化珪素膜２１６を形成する。酸
化珪素膜の厚さは３０００〜８０００Å、例えば、５０
００Åとした。その後、基板を図３の装置から取り出
し、島状領域にコンタクトホールを開孔して、窒化チタ
ン膜１０００Å、アルミニウム膜を３０００〜８０００
Å、例えば、５０００Å堆積し、これをエッチングし
て、配線・電極２１７、２１８、２１９を形成する。こ
うして、ＣＭＯＳ型のＴＦＴ回路が形成される。（図５
（Ｅ））

【００３７】〔実施例３〕図４には、マルチチャンバー
構成の本発明の装置の概略を示す。図４の装置の詳細な
図面は図８に示す。図３の装置は３つの装置が直線状に
接続されたマルチチャンバーであったが、本実施例の装
置は星型のマルチチャンバーである。すなわち、基板の
出し入れのための搬入搬出室を構成するチャンバー５
１、基板に対して各種加熱処理（例えば、水素雰囲気で
のアニール）をおこなう加熱処理室を構成するチャンバ
ー５３、レーザー光の照射を行うレーザー処理室を構成
するチャンバー５５、スパッタリング法で酸化珪素の成
膜を行うための成膜室を構成するチャンバー５７と、共
通の予備室（搬送室）５９を有する。また、予備室と各
チャンバーとはゲイト５２、５４、５６、５８によって
接続される。基板は６１〜６４に示されるように共通の
予備室５９に配置されたロボットハンド６０によって、
各チャンバー間を移送される。搬入搬出室には複数枚の
基板をカセットの状態でセットするとロボットによって
自動的に１枚づつ各チャンバーに移送され、処理が終了
した基板は自動的にカセットに戻されるような、いわゆ
るカセット・トゥー・カセット（Ｃ−ｔｏ−Ｃ）方式を
採用してもよい。

【００３８】以下に図４に示す装置を用いたＴＦＴ（薄
膜トランジスタ）の作製例を示す。図６を用いて、本実
施例を説明する。まずガラス基板３０１として、コーニ
ング７０５９基板を用い、６２０〜６６０℃で１〜４時
間アニールした後、０．１〜１．０℃／分、好ましく
は、０．１〜０．３℃／分で徐冷し、４５０〜５９０℃
まで温度が低下した段階で取り出した。そして、基板上
に下地膜３０２を形成し、さらに、プラズマＣＶＤ法に
よって厚さ３００〜８００Åのアモルファスシリコン膜
３０３を成膜した。そして、厚さ１０００Åの酸化珪素
のマスク３０４を用いて３０５で示される領域に厚さ２
０〜５０Åのニッケル膜をスパッタ法で成膜した。ニッ
ケル膜は連続した膜状でなくともよい。また、スパッタ
法ではなく、スピンコーティング法でもよい。このと
き、添加されたニッケルは結晶化を促進させる効果があ
る。この後、窒素雰囲気下で５００〜６２０℃、例えば
５５０℃、８時間の加熱アニールをおこない、シリコン
膜３０３の結晶化を行った。結晶化は、ニッケルとシリ
コン膜が接触した領域３０５を出発点として、矢印で示
されるように基板に対して平行な方向に結晶成長が進行
した。（図６（Ａ））

【００３９】次に、シリコン膜３０３をエッチングし
て、島状の活性層領域３０６および３０７を形成した。
この際、図６（Ａ）に斜線で示したニッケルが直接導入
された領域および結晶成長の先端には、ニッケルが高濃
度に存在する。これらの領域は、その間の結晶化してい
る領域に比較してニッケルの濃度が１桁近く高いことが
判明している。したがって、本実施例においては、活性
層領域３０６、３０７はこれらのニッケル濃度の高い領
域を避けて形成し、ニッケルの濃度の高い領域は除去し
た。そして、ニッケルがほとんど存在しない領域にＴＦ
Ｔの活性層を形成した。本実施例の活性層中でのニッケ
ル濃度は、１０¹⁷〜１０¹⁹ｃｍ^-3程度であった。

【００４０】このように処理した基板を、図４に示す装
置に搬入搬出室（ローダー・アンローダー）５１より搬
入した。搬入搬出室５１に基板をセットした後、全ての
チャンバーは高真空状態とした。そしてゲイト５２を開
け、ロボットアーム６０によって基板を共通の予備室
（搬送室）５９に移送した。次にゲイト５２を閉じ、ゲ
イト５４を開け、基板を加熱処置室５３に移送した。そ
して、雰囲気を水素もしくは窒素とし、基板を２００〜
４００℃に加熱した。その後、ゲイト５４およびゲイト
５６を開け、基板をレーザー処理室５５に移送した。そ
してゲイト５６を閉じ、レーザー処理室５５を常圧の酸
素雰囲気とした。ここでは酸素雰囲気するが、酸化性の
雰囲気とするのでもよい。その後、実施例２と同じ条件
でレーザー光の照射をおこない、活性層３０６、３０７
の表面に厚さ５０〜１５０Åの酸化珪素膜３０８を得る
とともに、先の熱アニールによって結晶化した領域のシ
リコン膜の結晶性をさらに向上させた。（図６（Ｂ）） このように、基板をレーザー照射の前に加熱処理室で予
め加熱しておくことにより、レーザー処理室に基板をセ
ットしてから基板の温度が上昇するまでの時間を節約で
きる。

【００４１】レーザー光の照射の終了後、レーザー処理
室５５内の気体を排気し、高真空状態とした。そして、
ゲイト５６を開け、基板を共通の予備室５９へとロボッ
トハンドによって移送した。そしてゲイト５６を閉め
る。次にゲイト５４を開け、基板を加熱処理室５３に移
送した。移送完了後ゲイト５４を閉め、加熱処理室５３
内を常圧の水素雰囲気とした。そして加熱処理室５３内
において３５０℃、３０分の水素熱処理をおこなった。
この水素熱処理において、酸化膜３０８と活性層３０
６、３０７との界面およびその近傍に存在する不対結合
手が中和され、準位を低下させることができる。そして
極めて良好な界面特性を実現することができる。

【００４２】加熱処理工程が終了後、加熱処理室５３を
高真空状態とした。そしてゲイト５４を開け、基板をロ
ボットアーム６０によって共通の予備室５９に移送し
た。移送完了後ゲイト５４を閉め、次にゲイト５８を開
け、基板を成膜室５７に移送した。移送完了後、ゲイト
５８を閉め、成膜室５７においてスパッタリング法によ
り、酸化珪素膜３０９を成膜した。スパッタリングター
ゲットは高純度合成石英とした。酸化珪素膜３０９は１
０００Åの厚さに成膜した。この酸化珪素膜はその下の
酸化膜３０８と同化しており、膜厚を自由に制御でき、
同時に下地との界面特性に優れているという利点を有す
る。こうしてＴＦＴのゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素
膜３０９を成膜することができた。

【００４３】上記ようにして形成されるゲイト絶縁膜
は、その成膜工程の間に大気に触れることがないので、
界面表面が汚染されることがなく、良好な界面特性を得
ることができる。特に酸素雰囲気または酸化性雰囲気中
でのレーザー光の照射によって形成される酸化膜３０８
は、活性層３０６、３０７を構成する結晶性を有する珪
素膜との界面特性に極めて優れており、ＴＦＴのゲイト
絶縁膜として界面準位密度の低い極めて好ましいものを
得ることができる。なお成膜室５７での酸化珪素膜３０
９の成膜後、さらに加熱処理室５３において水素熱処理
を行ってもよい。

【００４４】成膜室５７での酸化珪素膜３０９の成膜終
了後、成膜室５７を高真空状態とする。そして、ゲイト
５８を開け、基板を共通の予備室５９に移送する。そし
てゲイト５８を閉じる。次にゲイト５２を開け、基板を
搬入搬出室５１に移送する。そしてゲイト５２を閉じ、
基板を搬入搬出室５１から装置の外部に取り出す。次に
アルミニウムを主成分とする膜を５０００Åの厚さにス
パッタ法で成膜し、実施例２と同様にエッチング、陽極
酸化することにより、ゲイト電極部３１０、３１１を形
成した。

【００４５】そして実施例１および２と同様に燐および
ホウ素の注入をおこない、自己整合的にＴＦＴのソース
／ドレイン領域を形成した。燐およびホウ素のドーピン
グ後、レーザー光またはそれと同等な強光の照射によっ
て、ソース／ドレイン領域の活性化をおこなった。そし
て層間絶縁物として酸化珪素膜３１２をプラズマＣＶＤ
法で５０００Å程度の厚さに形成し、さらに穴明け工程
を経て、ソース／ドレイン電極・配線３１３、３１４、
３１５を形成した。さらに水素雰囲気中において、３５
０℃の温度で水素熱処理を行うことで、ＣＭＯＳ型のＴ
ＦＴを完成させた。

【００４６】

【発明の効果】本発明では、レーザー処理装置とこれに
関連する成膜装置、さらには他の真空装置を組み合わせ
てシステムとし、これを効率的に活用することによって
量産性を向上させることができる。特にアモルファスま
たは多結晶のシリコン膜に対して酸素雰囲気または酸化
性雰囲気中において、レーザー光を照射することにより
被膜の結晶性を改善することと、その表面への酸化膜の
形成を同時にでき、この後、外気に曝さない状態で酸化
珪素等の絶縁膜の成膜を行うことで、結晶性を有するシ
リコン膜上に界面特性に優れたゲイト絶縁膜を得ること
ができる。

【００４７】加えて、ゲイト電極の段差部での島状領域
との電気的短絡を防止できる。すなわち、図７（Ａ）に
示すように、一般のＴＦＴプロセスにおいては、島状領
域を作製した際に、オーバーエッチによってシリコン膜
の端に空孔が生じた。特に下地の酸化珪素膜が柔らかい
（エッチングレートが大きい）場合には、顕著であっ
た。そして、従来のＰＶＤ法やＣＶＤ法でゲイト絶縁膜
を形成する際には、この空孔をうまく埋めきれず、クラ
ック等によって短絡し、リーク電流が発生することが多
かった。（図７（Ｂ）） しかし、本発明においては、シリコン膜の周囲に一様な
厚さのピンホール等のない緻密な酸化膜もしくは窒化膜
がレーザー光もしくはそれと同等な強光の照射の結果、
形成されるので上記のようなクラックが生じても、ゲイ
ト電極と島状領域の間での短絡がなく、使用上はほとん
ど問題がない。（図７（Ｃ）） 以上のように、本発明はＴＦＴのゲイト絶縁膜の形成に
極めて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のマルチチャンバーの概念図を示す。
（実施例１）

【図２】 実施例の作製工程を示す。（実施例１）

【図３】 本発明のマルチチャンバーの概念図を示す。
（実施例２）

【図４】 本発明のマルチチャンバーの概念図を示す。
（実施例３）

【図５】 実施例の作製工程を示す。（実施例２）

【図６】 実施例の作製工程を示す。（実施例３）

【図７】 従来のゲイト絶縁膜と本発明のゲイト絶縁膜
の差を示す。

【図８】 本発明のマルチチャンバー装置を示す。

【符号の説明】

１ ・・・成膜チャンバー ２ ・・・レーザー処理チャンバー ３ ・・・ＲＦ電源 ４、５・・・電極 ６ ・・・（成膜中の）基板 ７ ・・・真空バルブ（ガス導入側） ８ ・・・真空バルブ（排気側） ９ ・・・予備室 １０ ・・・（レーザー処理後の）基板 １１ ・・・レーザー装置 １２ ・・・ミラー １３ ・・・レンズ １４ ・・・窓 １５ ・・・基板ホルダー（可動式） １６ ・・・ヒーター １７ ・・・（レーザー処理中の）基板 １８ ・・・真空バルブ（ガス導入側） １９ ・・・真空バルブ（排気側）

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー光またはそれと同等な強光を照
   射する処理装置と、気相成長方式による真空成膜装置と
   をいずれも少なくとも１つ有する半導体処理装置におい
   て、 レーザー光またはそれと同等な強光を照射する処理装置
   において、基板上に形成された半導体膜に対して酸化性
   もしくは窒化性雰囲気においてレーザー光またはそれと
   同等な強光を照射する工程と、 前記レーザー光またはそれと同等な強光を照射する処理
   装置から外気に曝すことなく前記基板を前記真空成膜装
   置に移送し、前記半導体膜上に酸化珪素もしくは窒化珪
   素を含む被膜を形成する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、真空成膜装置は、プ
   ラズマＣＶＤ装置、減圧ＣＶＤ装置、大気圧ＣＶＤ装
   置、スパッタリング成膜装置のいずれかであることを特
   徴とする半導体装置の作製方法。
3. 【請求項３】 請求項１において、半導体はシリコンで
   あることを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. 【請求項４】 レーザー光またはそれと同等な強光を照
   射する処理装置と、気相成長方式による真空成膜装置
   と、その他の真空処理装置をいずれも少なくとも１つ有
   する半導体装置の作製装置であって、 レーザー光またはそれと同等な強光を照射する処理装置
   は、窒化性または酸化性雰囲気中において、レーザー光
   または強光を照射する機能を有することを特徴とする半
   導体装置の作製装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、その他の真空処理装
   置は、エッチング装置、ドーピング装置、熱処理装置の
   いずれかであることを特徴とする半導体装置の作製装
   置。
6. 【請求項６】 請求項４において、半導体はシリコンで
   あることを特徴とする半導体装置の作製装置。
7. 【請求項７】 窒化性または酸化性雰囲気中において、
   非単結晶シリコン膜に対してレーザー光またはそれと同
   等な強光を照射し、前記非単結晶シリコン膜表面に酸化
   珪素もしくは窒化珪素膜を形成するとともに、前記非単
   結晶シリコン膜の結晶性を改善する工程と、 前記酸化膜上に絶縁膜を積層する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
8. 【請求項８】 請求項７において、レーザー光またはそ
   れと同等な強光はパルス幅１μｓｅｃ以下のパルス光で
   あることを特徴とする半導体装置の作製方法。
9. 【請求項９】 請求項８において、酸化珪素膜をプラズ
   マＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法、またはスパッタリング成
   膜法で形成することを特徴とする半導体装置の作製方
   法。
10. 【請求項１０】非単結晶シリコン膜に対して窒化性また
    は酸化性雰囲気中において、レーザー光またはそれと同
    等な強光を照射し、前記非単結晶シリコン膜の結晶性を
    改善する第１の工程と、 前記半導体膜上に気相成長法によって酸化珪素もしくは
    窒化珪素を含む膜を形成する第２の工程と、 水素を含む雰囲気中において加熱処理を施す第３の工程
    と、 前記第３の工程の後に、酸化珪素膜を形成する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
11. 【請求項１１】レーザー光またはそれと同等な強光を照
    射する機能を有する第１の処理室と、 水素雰囲気または水素を含む雰囲気中において加熱処理
    を施す機能を有する第２の処理室と、 酸化珪素膜を成膜する機能を有する第３の処理室と、 前記３つの処理室に対して共通に設けられた共通室と、 をそれぞれ少なくとも１つ有する装置を用い、 前記第１の処理室において、酸化性もしくは窒化性雰囲
    気で非単結晶シリコン膜に対してレーザー光またはそれ
    と同等な強光を照射し、前記非単結晶シリコン膜の結晶
    性を改善するとともに、その表面を酸化もしくは窒化す
    る工程と、 前記第２の処理室において、水素雰囲気または水素を含
    む雰囲気中で加熱処理を施す工程と、 前記第３の処理室において前記シリコン膜を覆って酸化
    珪素もしくは窒化珪素を含む膜を形成する工程と、 を少なくと有し、 前記各処理室間における試料の移動は、前記共通室を介
    して、外気に曝さずに行うことを特徴とする半導体装置
    の作製方法。