JPH0794756A

JPH0794756A - 半導体装置の作製方法

Info

Publication number: JPH0794756A
Application number: JP16270294A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Adachi; 広樹安達; Akira Takeuchi; 晃武内; Takeshi Fukada; 武深田; Hiroshi Uehara; 弘上原; Yasuhiko Takemura; 保彦竹村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1994-06-20
Publication date: 1995-04-07

Abstract

(57)【要約】【目的】耐熱性の劣る基板上に良好な特性を示す絶縁
ゲイト型（ＭＩＳ型）シリコン半導体装置を作製する方
法に関して、特にゲイト絶縁膜およびその作製方法を提
供する。【構成】酸素等の酸化雰囲気中にシリコン半導体表面
をさらし、これを４００〜７００℃、好ましくは５００
〜６００℃に加熱するか、もしくは数１０秒〜数分間、
強光を照射することによって、表面にごく薄い酸化膜を
形成し、しかる後にプラズマＣＶＤ法等の公知の成膜手
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、ガラス等の絶縁基板、
あるいは各種基板上に形成された絶縁性被膜上に設けら
れた非単結晶珪素膜を用いた絶縁ゲイト構造を有する半
導体装置、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や薄膜
ダイオード（ＴＦＤ）、またはそれらを応用した薄膜集
積回路、特にアクティブ型液晶表示装置（液晶ディスプ
レー）用薄膜集積回路の作製方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラス等の絶縁基板上にＴＦＴを
有する半導体装置、例えば、ＴＦＴを画素の駆動に用い
るアクティブ型液晶表示装置やイメージセンサー等が開
発されている。

【０００３】これらの装置に用いられるＴＦＴには、薄
膜状の珪素半導体を用いるのが一般的である。薄膜状の
珪素半導体としては、非晶質珪素半導体（ａ−Ｓｉ）か
らなるものと結晶性を有する珪素半導体からなるものの
２つに大別される。非晶質珪素半導体は作製温度が低
く、気相法で比較的容易に作製することが可能で量産性
に富むため、最も一般的に用いられているが、導電率等
の物性が結晶性を有する珪素半導体に比べて劣るため、
今後より高速特性を得る為には、結晶性を有する珪素半
導体からなるＴＦＴの作製方法の確立が強く求められて
いた。尚、結晶性を有する珪素半導体としては、多結晶
珪素、微結晶珪素、結晶成分を含む非晶質珪素、結晶性
と非晶質性の中間の状態を有するセミアモルファス珪素
等が知られている。

【０００４】これらの珪素膜を用いて絶縁ゲイト構造を
得るには、珪素膜表面に何らかの手段によって界面特性
の優れた絶縁膜を形成する必要があった。例えば、石英
基板のように高温に耐える基板上であれば、熱酸化とい
う手段を用いてゲイト絶縁膜を得ることができた。石英
基板は高価であり、かつ、融点が高いために大面積化が
困難であるということで、融点が低くてより量産性に優
れ、安価な他のガラス材料（例えば、コーニング７０５
９番）を基板として使用することが望まれた。しかし、
より安価な基板材料を使用した場合には、熱酸化膜を得
るだけの高温に基板が耐えないという問題があった。そ
のため、より低温で形成できる物理的気相成長法（ＰＶ
Ｄ法、例えばスパッタ法）や化学的気相成長法（ＣＶＤ
法、例えばプラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等）によって
形成される。

【０００５】しかしながら、これらＰＶＤ法、ＣＶＤ法
によって作製した絶縁膜はピンホールが多く、また、界
面特性も良くなかった。このため、ＴＦＴとした場合の
電界移動度やサブスレシュホールド特性値（Ｓ値）が、
良くないという問題点、あるいはゲイト電極のリーク電
流が多く、劣化がひどく、歩留りが低いという問題点が
あった。特にもともと移動度の小さな非晶質珪素を用い
たＴＦＴの場合には、このようなゲイト絶縁膜の特性は
あまり問題とならなかったが、移動度の高い結晶性の珪
素膜を用いたＴＦＴでは、珪素膜自体よりもゲイト絶縁
膜の特性の方が大きな問題となった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決する手段を提供するものである。すなわち、結晶
性珪素膜を用いて、特性、信頼性、歩留りに優れたＴＦ
Ｔの作製方法を提供する場合において、特に基板材料に
影響を与えない条件のもとで、ゲイト絶縁膜の作製方法
やゲイト絶縁膜の構造を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【０００７】本発明は、酸素や酸化窒素、オゾン等の酸
化雰囲気のなかで、島状の結晶性珪素膜に基板材料に対
して影響を与えない波長、持続時間の強光を照射し、あ
るいは、基板材料に対して影響を与えない温度で島状の
結晶性珪素膜を熱アニールすることによって、その表面
に薄い酸化珪素膜（熱酸化膜）を形成し、さらに、これ
を覆って、公知のＰＶＤ法、ＣＶＤ法で厚い絶縁膜を形
成し、所望の厚さのゲイト絶縁膜とすることを特徴とす
る。

【０００８】本発明において、光を照射する場合には、
例えば、近赤外光から可視光にかけての光、好ましくは
波長が４μｍ〜０．５μｍの光（例えば波長１．３μｍ
にピークを有する赤外光）を用いる場合には、１０〜１
０００秒程度の比較的短い時間照射し、珪素膜の表面の
温度を９００〜１２００℃に上昇させることが望まし
い。この波長の光は、珪素膜には吸収され、基板では実
質的に吸収されないので、上記の照射時間であれば、基
板に影響を与えずに、珪素膜のみを選択的に加熱でき
る。

【０００９】波長がより短い紫外線を用いる場合には、
珪素膜だけでなく、多くの基板材料にも吸収されるの
で、最適な光の持続時間はより短くなる。例えば、２４
８ｎｍの波長では１μｓｅｃ以下とすることが望まれ
る。それより長い時間の照射をおこなえば、基板にも相
当な量の光が吸収され、基板に変形をもたらす。このよ
うに、極めて短時間の光の照射においては瞬間的に珪素
膜表面の温度が１０００℃を越えるような高温となるよ
うな光量を選択する必要がある。また、瞬間的な温度上
昇と下降であるので、１回の照射では酸化が十分に進行
しないので、複数回の照射をおこなうことが必要であ
る。この場合、得られる酸化膜の厚さは照射回数に依存
する。紫外線を光源として、このような極めて短い時間
の照射をおこなうには、エキシマーレーザーのようなパ
ルス発振レーザーを用いるのが理想的である。各種エキ
シマーレーザーはパルス幅が１００ｎｓｅｃ以下であ
る。また、本発明においては強光を照射する際に基板温
度を最高６００℃、好ましくは、４００℃まで上昇させ
てもよい。

【００１０】また、本発明において、熱アニールをおこ
なう場合には、基板にソリや縮み等の影響を与えない温
度でおこなうことが望ましく、具体的には、４００〜７
００℃、好ましくは５００〜６００℃の中温の条件でお
こなうことが望ましい。一般的には基板の歪み温度（歪
み点）以下でおこなうべきであるが、予め基板に熱的な
処置をほどこして、内部の歪みエネルギーを開放してお
くことによって、歪み温度以上でも縮みを十分に小さく
できるので、このような場合には歪み温度以上の温度で
あってもかまわない。上記の強光の照射あるいは熱アニ
ール後にＰＶＤ法やＣＶＤ法によって成膜される絶縁膜
は一般的には酸化珪素膜であるが、窒化珪素膜や酸化窒
化珪素膜であってもよい。

【００１１】本発明に用いられる結晶性珪素膜の作製方
法は、レーザーやそれと同等な強光の照射による結晶
化、あるいは熱アニールによる結晶化いずれでも採用で
きる。特に、熱アニールによる場合で、ニッケル等の結
晶化を助長せしめる金属元素を用いて、通常の固相成長
温度よりも低温で結晶化を行う方法を採用した場合に
は、本発明は新たな効果を生じる。結晶化を助長させる
元素としては、８族元素であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒ
ｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔを用いることができ
る。また３ｄ元素であるＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、
Ｃｕ、Ｚｎも利用することができる。さらに、実験によ
れば、Ａｕ、Ａｇ、においても結晶化の作用が確認され
ている。特に上記元素の中で、顕著な効果が得られ、そ
の作用で結晶化した結晶性珪素膜を用いてＴＦＴの動作
が確認されているのがＮｉである。

【００１２】これらの金属を添加された珪素膜は針状に
結晶が成長することが観察されている。しかしながら、
全面が結晶化してしまうわけではなく、結晶と結晶の間
に非晶質もしくはそれと同程度の結晶性の低い領域が取
り残される。このような金属元素の添加された珪素膜は
針状に結晶が成長し、その幅も被膜の厚さの０．５〜２
倍であり、さらに＜１１１＞方向の成長方向でなく、幅
方向、すなわち結晶の側面への成長は少ない。このた
め、前記非晶質領域は長時間のアニールでも結晶化せ
ず、これをＴＦＴに用いた場合には特性の劣化が問題と
なった。ところが、上記の強光を照射する方法を採用し
た場合には、光エネルギーの一部が結晶成長にも使用さ
れ、結晶の側面への成長が促進される。このため、緻密
な結晶性珪素膜が得られる。また、強光を照射したの
ち、再び、熱アニールすることにより、より結晶性を改
善せしめてもよい。また、このような強光照射と熱アニ
ールを複数回繰り返してもよい。

【００１３】

【作用】強光を照射して、あるいは中温でのアニールに
よって得られる熱酸化膜の厚さは、２０〜２００Å、代
表的には１００Åであるが、公知のＰＶＤ法、ＣＶＤ法
による膜とは異なり、ピンホールのない非常に緻密で均
一な厚さの膜である。また、珪素膜との界面も理想的な
状態である。この熱酸化膜の上にさらに厚い絶縁膜、代
表的には酸化珪素膜を重ねるのであるから、ピンホール
に起因するリーク電流は小さく、歩留りも向上する。

【００１４】また、珪素膜との界面が良好であるので、
ＴＦＴとした場合の各種特性値が向上し、信頼性も高
い。特に図５（Ａ）に示すように、従来のＴＦＴプロセ
スにおいては、島状珪素膜を作製した際に、オーバーエ
ッチによって珪素膜の端に空孔が生じた。特に下地膜が
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法ではこの
空孔をうまく埋めきれず、クラック等によってリーク電
流が発生することが多かった。（図５（Ｂ））しかし、
本発明においては、珪素膜の周囲に一様な厚さのピンホ
ール等のない熱酸化膜が形成されるので上記のようなク
ラックが生じても、使用上はほとんど問題がない。（図
５（Ｃ））

【００１５】

【実施例】〔実施例１〕本実施例は、ガラス基板上に形
成された結晶性珪素膜を用いたＰチャネル型ＴＦＴ（Ｐ
ＴＦＴという）とＮチャネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴとい
う）とを相補型に組み合わせた回路を形成する例であ
る。本実施例の構成は、アクティブ型の液晶表示装置の
画素電極のスイッチング素子や周辺ドライバー回路、さ
らにはイメージセンサや集積回路に利用することができ
る。

【００１６】図１に本実施例の作製工程の断面図を示
す。まず、基板（コーニング７０５９）１０１上にスパ
ッタリング法によって厚さ２０００Åの酸化珪素の下地
膜１０２を形成した。基板は、下地膜の成膜の前もしく
は後に、歪み温度よりも高い温度でアニールをおこなっ
た後、０．１〜１．０℃／分で歪み温度以下まで徐冷す
ると、その後の温度上昇を伴う工程（本発明の赤外光照
射および熱アニールによる酸化工程を含む）での基板の
収縮が少なく、マスク合わせが用意となる。コーニング
７０５９基板では、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すとよい。

【００１７】次に、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ５
００〜１５００Å、例えば１０００Åの真性（Ｉ型）の
非晶質珪素膜を成膜した。そして、窒素不活性雰囲気化
（大気圧）、６００℃、４８時間アニールして結晶化さ
せ、珪素膜を１０〜１０００μｍの大きさにパターニン
グして、島状の珪素膜（ＴＦＴの活性層）１０３を形成
した。そして、酸素雰囲気中で、０．５〜４μｍここで
は０．８〜１．４μｍにピークをもつ赤外光を３０〜１
８０秒照射し、活性層１０３の表面に酸化珪素膜１０４
を形成した。雰囲気に０．１〜１０％のＨＣｌを混入し
てもよかった。（図１（Ａ））

【００１８】赤外線の光源としてはハロゲンランプを用
いた。赤外光の強度は、モニターの単結晶シリコンウェ
ハー上の温度が９００〜１２００℃の間にあるように調
整した。具体的には、シリコンウェハーに埋め込んだ熱
電対の温度をモニターして、これを赤外線の光源にフィ
ードバックさせた。本実施例では、昇温・降温は、図４
（Ａ）もしくは（Ｂ）のようにおこなった。昇温は、一
定で速度は５０〜２００℃／秒、降温は自然冷却で２０
〜１００℃であった。

【００１９】図４（Ａ）は一般的な温度サイクルで、昇
温時間ａ、保持時間ｂ、降温時間ｃの３つの過程からな
る。しかし、この場合には試料は室温から１０００℃も
の高温へ、さらに高温状態から室温へと急激に加熱・冷
却されるので、珪素膜や基板に与える影響が大きく、珪
素膜の剥離の可能性も高い。この問題を解決するために
は、図４（Ｂ）のように、保持に達する前に、プレヒー
ト時間ｄやポストヒート時間ｆを設け、保持時間に達す
る前に２００〜５００℃の基板や膜に大きな影響を与え
ない温度に保持しておくことが望ましい。

【００２０】この赤外光照射は、珪素膜を選択的に加熱
することになるので、ガラス基板への加熱を最小限に抑
えることができる。そして、珪素膜中の欠陥や不体結合
手を減少させるのにも非常に効果がある。この赤外光照
射によって形成された酸化珪素１０４の厚さは５０〜１
５０Åであった。

【００２１】つぎにプラズマＣＶＤ法によって厚さ１０
００Åの酸化珪素膜１０５をゲイト絶縁膜として成膜し
た。ＣＶＤの原料ガスとしてはＴＥＯＳ（テトラ・エト
キシ・シラン、Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄）と酸素を用い、
成膜時の基板温度は３００〜５５０℃、例えば４００℃
とした。（図１（Ｂ））

【００２２】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ６０００〜８０００Å、例えば６０００Åのアルミ
ニウム（０．０１〜０．２％のスカンジウムを含む）を
成膜した。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極１０６、１０８を形成した。さらに、こ
のアルミニウムの電極の表面を陽極酸化して、表面に酸
化物層１０７、１０９を形成した。この陽極酸化は、酒
石酸が１〜５％含まれたエチレングリコール溶液中で行
った。得られた酸化物層１０７、１０９の厚さは２００
０Åであった。なお、この酸化物１０７と１０９は、後
のイオンドーピング工程において、オフセットゲイト領
域を形成する厚さとなるので、オフセットゲイト領域の
長さを上記陽極酸化工程で決めることができる。

【００２３】次に、イオンドーピング法（プラズマドー
ピング法とも言う）によって、活性層領域（ソース／ド
レイン、チャネルを構成する）にゲイト電極部、すなわ
ちゲイト電極１０６とその周囲の酸化層１０７、ゲイト
電極１０８とその周囲の酸化層１０９をマスクとして、
自己整合的にＰもしくはＮ導電型を付与する不純物を添
加した。ドーピングガスとして、フォスフィン（ＰＨ
₃ ）およびジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）を用い、前者の場合
は、加速電圧を６０〜９０ｋＶ、例えば８０ｋＶ、後者
の場合は、４０〜８０ｋＶ、例えば６５ｋＶとする。ド
ース量は１×１０¹⁵〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2、例えば、燐を
５×１０¹⁵ｃｍ^-2、ホウ素を２×１０¹⁵とした。ドーピ
ングに際しては、一方の領域をフォトレジストで覆うこ
とによって、それぞれの元素を選択的にドーピングし
た。この結果、Ｎ型の不純物領域１１３と１１５、Ｐ型
の不純物領域１１０と１１２が形成され、Ｐチャネル型
ＴＦＴ（ＰＴＦＴ）の領域とＮチャネル型ＴＦＴ（ＮＴ
ＦＴ）との領域を形成することができた。

【００２４】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行った。レーザー光としては、ＫｒＦエキシマレーザ
ー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を用いた
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が２００〜４００ｍＪ／ｃｍ² 、
例えば２５０ｍＪ／ｃｍ² とし、一か所につき２〜１０
ショット、例えば２ショット照射した。このレーザー光
の照射時に基板を２００〜４５０℃程度に加熱すること
によって、効果を増大せしめてもよい。（図１（Ｃ））

【００２５】また、この工程は、近赤外光によるランプ
アニールによる方法でもよい。近赤外線は非晶質珪素よ
りも結晶化した珪素へは吸収されやすく、１０００℃以
上の熱アニールにも匹敵する効果的なアニールを行うこ
とができる。その反面、ガラス基板（遠赤外光はガラス
基板に吸収されるが、可視・近赤外光（波長０．５〜４
μｍ）は吸収されにくい）へは吸収されにくいので、ガ
ラス基板を高温に加熱することがなく、また短時間の処
理ですむので、ガラス基板の縮みが問題となる工程にお
いては最適な方法であるといえる。

【００２６】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜１１
６を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成し
た。この層間絶縁物としてはポリイミドを利用してもよ
い。さらにコンタクトホールを形成して、金属材料、例
えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってＴＦ
Ｔの電極・配線１１７、１１８、１１９を形成した。最
後に、１気圧の水素雰囲気で３５０℃、３０分のアニー
ルを行い、ＴＦＴを相補型に構成した半導体回路を完成
した。（図１（Ｄ））

【００２７】上記に示す回路は、ＰＴＦＴとＮＴＦＴと
を相補型に設けたＣＭＯＳ構造であるが、上記工程にお
いて、２つのＴＦＴを同時に作り、中央で切断すること
により、独立したＴＦＴを２つ同時に作製することも可
能である。本実施例で得られたＴＦＴの特性に関して
は、ＮＴＦＴの移動度は１１０〜１５０ｃｍ²／Ｖｓ、
Ｓ値は０．２〜０．５Ｖ／桁、ＰＴＦＴの移動度は９０
〜１２０ｃｍ²／Ｖｓ、Ｓ値は０．４〜０．６Ｖ／桁で
あり、公知のＰＶＤ法やＣＶＤ法によってゲイト絶縁膜
を形成した場合に比較して、移動度は２割以上高く、Ｓ
値は半減した。

【００２８】〔実施例２〕本実施例も相補型ＴＦＴ回路
に関するものである。本実施例の作製工程の概略を図２
に示す。本実施例において、基板２０１としてはコーニ
ング７０５９ガラス基板（厚さ１．１ｍｍ、３００×４
００ｍｍ）を使用した。実施例１と同様に最初に６４０
℃で１時間アニールした後、０．２℃／分で５８０℃ま
で徐冷した基板を用いた。そして、下地膜２０２（酸化
珪素）をプラズマＣＶＤ法で２０００Åの厚さに形成し
た。ＣＶＤの原料ガスとしてはＴＥＯＳと酸素を用い
た。基板温度は３５０℃とした。プラズマＣＶＤ法の代
わりにスパッタ法でもよい。

【００２９】この後、ＬＰＣＶＤ法もしくはプラズマＣ
ＶＤ法で非晶質珪素膜２０５を５００Åの厚さに形成し
た。これをパターニングしてＴＦＴの活性層２０３を形
成した。そして、４５０℃で１時間脱水素化を行った
後、レーザー照射によって結晶化させた。レーザーとし
てはＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ）を用
い、エネルギー密度２５０〜４５０ｍＪ／ｃｍ²のレー
ザー光を１か所につき、２ショット照射した。レーザー
照射は真空中でおこない、基板の温度は３５０〜５００
℃とした。レーザー照射工程の後、基板を酸素雰囲気で
６００℃で１時間アニールした。この結果、活性層の表
面に２０〜２００Å、代表的には４０〜１００Åの厚さ
の熱酸化膜２０４が形成された。（図２（Ａ））

【００３０】さらにテトラ・エトキシ・シラン（ＴＥＯ
Ｓ）を原料として、酸素雰囲気中のプラズマＣＶＤ法に
よって、酸化珪素のゲイト絶縁膜（厚さ７０〜１２０ｎ
ｍ、典型的には１２０ｎｍ）２０６を形成した。成膜時
にはＴＥＯＳに対して流量比で３〜５０％のトリクロロ
エチレン（ＴＣＥ）を添加した。基板温度は３５０℃と
した。こうしてゲイト絶縁膜２０５を形成した。（図２
（Ｂ））次に厚さ６０００Åのアルミニウム膜をスパッタ法で形
成し、パターニングを行うことによって、ゲイト電極２
０６、２０８を形成した。そして、実施例１と同様にゲ
イト電極の周囲を陽極酸化物２０７、２０９で被覆し
た。

【００３１】その後、Ｎ型およびＰ型の不純物をイオン
ドーピング法で注入し、自己整合的にＰ型ソース領域２
１０、Ｐ型ドレイン領域２１２、Ｎ型ソース領域２１
３、Ｎ型ドレイン領域２１５、チャネル形成領域２１
１、２１４を形成した。そして、ＫｒＦレーザー光を照
射することによって、不純物導入のために結晶性の劣化
した珪素膜の結晶性を改善させた。このときにはレーザ
ー光のエネルギー密度は２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ² と
した。このレーザー照射によって、このＴＦＴのソース
／ドレインのシート抵抗は３００〜８００Ω／ｃｍ² と
なった。また、この工程は赤外光のランプアニールによ
って行ってもよい。（図２（Ｃ））

【００３２】その後、酸化珪素またはポリイミドによっ
て層間絶縁物２１６を形成し、コンタクトホールを形成
して、ＴＦＴのソース／ドレイン領域にクロム／アルミ
ニウム多層膜で電極２１７、２１８，２１９を形成し
た。最後に、水素中で２００〜４００℃で２時間アニー
ルして、水素化をおこなった。このようにして、ＴＦＴ
を完成した。さらにより耐湿性を向上させるために、全
面に窒化珪素等でパッシベーション膜を形成してもよ
い。（図２（Ｄ））

【００３３】〔実施例３〕図３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７０
５９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３
０２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（非晶質）珪素膜３０
３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２０〜
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。この後、窒素雰囲気
下で５００〜６２０℃、例えば５５０℃、８時間の加熱
アニールを行い、珪素膜３０３の結晶化を行った。結晶
化は、ニッケルと珪素膜が接触した領域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３（Ａ））

【００３４】次に、シリコン膜３０４をパターニングし
て、島状の活性層領域３０６および３０７を形成した。
この際、図３（Ａ）で３００で示された領域が、ニッケ
ルが直接導入された領域であり、ニッケルが高濃度に存
在する領域である。また、実施例２および３で示したよ
うに結晶成長の先端にも、やはり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
けてパターニングし、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Ｔ
ＦＴの活性層を形成した。活性層のエッチングは垂直方
向に異方性を有するＲＩＥ法によって行った。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。その後、実施例１と同じ条件で可視・近
赤外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結晶性を
さらに向上させた。（図３（Ｂ））

【００３５】その後、実施例１と同様にゲイト絶縁膜３
０９を成膜し（図３（Ｃ）、ゲイト電極３１０、３１１
を形成し、Ｐ型とＮ型の不純物を導入し（図３
（Ｄ））、層間絶縁物３１２を形成して、これにコンタ
クトホールを形成し、メタル配線３１３、３１４、３１
５を形成した。（図３（Ｅ））

【００３６】〔実施例４〕本実施例の工程の概略を図６
に示す。本実施例は、酸化雰囲気において島状珪素膜に
ＫｒＦエキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）を照射す
ることによって、その表面に薄い酸化膜を形成するとと
もに、珪素膜の結晶化を促進せしめる工程の例である。
以下、図６を用いて、そのように処理された珪素膜を用
いてアクティブマトリクス回路の画素のスイッチングト
ランジスタを形成する工程について述べる。

【００３７】実施例３と同様に最初に６４０℃で１時間
アニールした後、０．２℃／分で５８０℃まで徐冷した
基板６０１を用いた。基板上には下地膜６０２（酸化珪
素、厚さ２０００Å）、非晶質珪素膜６０３（厚さ５０
０Å）を形成し、また、非晶質珪素膜６０３の表面には
熱酸化もしくは過酸化水素水等の酸化剤処理によって、
厚さ１０〜１００Åの酸化珪素膜を形成しておいた。こ
の状態で、スピンコーティング法によって、極めて薄い
酢酸ニッケル層６０４を形成した。溶媒としては水もし
くはエタノールを用い、酢酸ニッケルの濃度は１０〜５
０ｐｐｍとした。（図６（Ａ））

【００３８】そして、基板を窒素雰囲気で５５０℃で４
〜８時間アニールした。この結果、ニッケルの結晶化促
進作用によって、非晶質珪素膜６０３は結晶化した。こ
の結晶化においては、膜の一部に１〜数μｍの大きさで
非晶質状態のまま取り残される領域があることが確認さ
れている。

【００３９】次に、公知のフォトリソグラフィー法によ
って珪素膜をエッチングし、島状珪素領域６０５を得
た。珪素膜表面に残存していた酸化膜はこの段階で除去
した。次に、酸素雰囲気に基板を置き、ここに、ＫｒＦ
エキシマーレーザー光を照射した。照射エネルギー密度
としては２５０〜４５０ｍＪ／ｃｍ²、例えば、３００
ｍＪ／ｃｍ²とし、１か所に付き１０〜５０ショットを
照射した。この結果、１０〜５０Åの厚さの酸化珪素膜
６０６が得られた。レーザーのエネルギー密度、ショッ
ト数は得るべき酸化珪素膜６０６の厚さによって選択す
ればよい。また、このレーザー照射の工程によって、上
記の結晶珪素膜中に残留した非晶質領域も結晶し、さら
に、珪素膜の結晶性を改善することができた。この工程
の後で、再び、上記と同じ条件で熱アニールしてもよ
い。（図６（Ｂ））

【００４０】つぎにプラズマＣＶＤ法によって厚さ１２
００Åの酸化珪素膜６０７をゲイト絶縁膜として成膜し
た。ＣＶＤの原料ガスとしてはＴＥＯＳ（テトラ・エト
キシ・シラン、Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄）と酸素を用い、
成膜時の基板温度は３００〜５５０℃、例えば４００℃
とした。（図６（Ｃ））

【００４１】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ３０００〜８０００Å、例えば６０００Åのアルミ
ニウム（０．０１〜０．２％のスカンジウムを含む）を
成膜した。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極６０８を形成した。

【００４２】次に、イオンドーピング法によって、ゲイ
ト電極６０８をマスクとして、自己整合的にＰ導電型を
付与する不純物を添加した。ドーピングガスとして、ジ
ボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）を用い、加速電圧は４０〜８０ｋ
Ｖ、例えば６５ｋＶとした。ドーズ量は１×１０¹⁴〜５
×１０¹⁵ｃｍ^-2、例えば、５×１０¹⁴ｃｍ^-2とした。こ
の結果、Ｐ型の不純物領域６０９と６１０が形成され
た。その後、レーザー光の照射によってアニールをおこ
なった。レーザー光としては、ＫｒＦエキシマレーザー
（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を用いた。
条件等は実施例１と同じとした。（図６（Ｄ））

【００４３】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜６１
１を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成
し、コンタクトホールを形成して、金属材料、例えば、
窒化チタンとアルミニウムの多層膜によって、Ｐ型不純
物領域６０９に電極・配線６１２を形成した。さらに、
プラズマＣＶＤ法によって、厚さ２０００〜５０００
Å、例えば、３０００Åの窒化珪素膜６１３をパッシベ
ーション膜として形成し、これと酸化珪素膜６１１をエ
ッチングして、不純物領域６１０にコンタクトホールを
形成した。最後に、透明導電材料であるインディウム錫
酸化物被膜（厚さ１０００Å）をスパッタ法によって形
成し、これをエッチングして画素電極６１４を形成し
た。（図６（Ｅ））

【００４４】以上の工程によってアクティブマトリクス
回路の画素トランジスタを形成することができた。この
ような素子をマトリクス状に配置すれば、アクティブマ
トリクス回路ができる。本実施例では、レーザーとし
て、ＫｒＦエキシマーレーザーを用いたが、その他のレ
ーザーを用いてもよいことはいうまでもない。

【００４５】

【発明の効果】ＴＦＴの活性層となるべき島状の珪素膜
に基板に吸収されない波長の強光を酸化雰囲気中で照射
し、あるいは基板にソリや縮みをもたらさない温度で酸
化雰囲気中でアニールすることによって、活性層の表面
に緻密でピンホールのない、厚さの一様な薄い熱酸化膜
を形成し、さらにこれに公知のＣＶＤ法、ＰＶＤ法によ
って厚い絶縁膜を形成することによって、ゲイト絶縁膜
の特性と信頼性を著しく高めることができた。

【００４６】実施例においては相補型のＴＦＴ回路のみ
を取り上げたが、アクティブマトリクスに用いられるＴ
ＦＴにも応用できることは明らかであろう。本発明によ
って、従来は石英のような高価な基板を用いることによ
ってのみ得られていた特性が、より安価な基板において
も得られるようになった。このように本発明は産業上の
利益が大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のＴＦＴの作製工程を示す。

【図２】実施例２のＴＦＴの作製工程を示す。

【図３】実施例３のＴＦＴの作製工程を示す。

【図４】実施例１の温度設定例を示す。

【図５】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６】実施例４のＴＦＴの作製工程を示す。

【符号の説明】

１０１ガラス基板１０２下地膜（酸化珪素膜）１０３マスク１０４薄い熱酸化膜（酸化珪素）１０５ゲイト絶縁膜（酸化珪素）１０６ゲイト電極（アルミニウム）１０７陽極酸化層（酸化アルミニウム）１０８ゲイト電極１０９陽極酸化層１１０ソース（ドレイン）領域１１１チャネル形成領域１１２ドレイン（ソース）領域１１３ソース（ドレイン）領域１１４チャネル形成領域１１５ドレイン（ソース）領域１１６層間絶縁物１１７電極１１８電極１１９電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/316 Ｍ 7352−4Ｍ (72)発明者上原弘神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者竹村保彦神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁表面上に島状の結晶性珪素膜を形成
する第１の工程と、前記島状珪素膜に、酸化雰囲気中でレーザー光もしくは
それと同等な強光を照射することによって、該珪素膜表
面に薄い酸化膜を形成する第２の工程と、前記島状珪素膜を覆って、化学的もしくは物理的気相成
長手段によって絶縁被膜を形成する第３の工程と、を有する半導体装置の作製方法。
【請求項２】請求項１において、前記結晶性珪素膜に
は結晶化を助長させる金属元素が含まれていることを特
長とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】請求項１において、前記結晶性珪素膜は
レーザーもしくはそれと同等な強光を照射することによ
って作製されたことを特長とする半導体装置の作製方
法。
【請求項４】絶縁基板上に島状の結晶性珪素膜を形成
する第１の工程と、前記島状珪素膜に、酸化雰囲気中で４００〜７００℃の
アニールをおこなうことによって、該珪素膜表面に薄い
酸化膜を形成する第２の工程と、前記島状珪素膜を覆って、化学的もしくは物理的気相反
応手段によって絶縁被膜を形成する第３の工程と、を有する半導体装置の作製方法。