JPH09237767A

JPH09237767A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH09237767A
Application number: JP4271596A
Authority: JP
Inventors: Hisafumi Saito; 尚史斉藤; Tadayoshi Miyamoto; 忠芳宮本; Muneyuki Motohashi; 宗之本橋
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 1997-09-09

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】結晶性半導体薄膜を作製するためのレーザー
光の強度分布を均一なものにして均一な膜質、特性の薄
膜を作製し、これを活性層とする高電界効果移動度を有
し、かつオフ時のリーク電流の少ない半導体装置を実現
する。【解決手段】絶縁性表面を有する基板上に下地膜と、
非晶質半導体薄膜とを順に堆積する。この薄膜上にこれ
よりも反射率の低い膜を選択的に設け、基板の上方から
レーザー光を走査しながら照射してこの薄膜を結晶化さ
せる。それでレーザー光のエネルギー強度が低い部分の
実効的なエネルギー強度が高められ、均一性が改善され
る。その結果、レーザー光のエネルギー強度分布に起因
する結晶性半導体薄膜の膜質及び特性の不均一性が解決
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアクティブマトリク
ス型液晶表示装置等に使用される薄膜トランジスタ等の
半導体装置に関し、特にこれらの半導体装置を構成する
結晶性半導体薄膜の製造方法等に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄型で軽量、かつ低消費電力であ
る利点を有するディスプレイとしてアクティブマトリク
ス型液晶表示装置が注目を集めている。その中でも大面
積化、高解像度化及び低コスト化等の要求から、安価な
低融点ガラス基板上に液晶駆動素子としての多結晶シリ
コン薄膜を用いた薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと称す
る。）を形成する技術に大きな期待が寄せられている。
ＴＦＴの活性層となる結晶性半導体薄膜としての多結晶
シリコン薄膜を低融点ガラス基板上に６００℃程度の低
温で作成する技術としては、低融点ガラス基板上に非晶
質シリコン薄膜を堆積した後に６００℃程度の温度で数
時間〜数十時間熱処理して結晶化させる固相成長法や、
特開平６−３４９９７号公報、特開平６−６９１２８号
公報あるいは特開平６−１４０３２１号公報に示される
ようにレーザー光等を照射してその部分の非晶質シリコ
ン薄膜を瞬時に熔融させ再結晶化させるレーザー結晶化
法等の方法が提案されている。多結晶化されたシリコン
薄膜は、その後ＴＦＴの活性層となるように島状にパタ
ーニングされ、表面処理を施された後、その上にゲート
絶縁膜が形成される。低温でゲート絶縁膜を作成する方
法としては、プラズマ化学気相成長法（ＰＣＶＤ）、減
圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）、光化学気相成長法、
低温で半導体薄膜の表面に熱酸化膜を形成する方法等が
ある。上述の結晶化方法のうち、レーザー結晶化法は非
晶質シリコン薄膜の結晶化を短時間で行え、かつ結晶化
された後の多結晶シリコン薄膜は高電界効果移動度を有
するという特徴がある。また、基板上の任意の領域のみ
をレーザー光を照射して選択的に結晶化することができ
るという特徴がある。但し、このレーザー結晶化法に用
いられるレーザー光は少なからずエネルギー強度分布を
有しているため、レーザー光が照射された領域間あるい
はレーザー光が照射された領域の中心部とその周辺部と
でエネルギー強度の違いによる膜質や特性のばらつきが
生じるという問題点がある。そこで特開平５−１９０４
５１号公報に示されるように、照射するレーザー光のビ
ームスポットを僅かにずらしながら走査することによ
り、エネルギー強度分布を均一化する方法や、特開平２
−４２７１７号公報に示されるように半導体素子を形成
する領域にレーザー光を照射する際、レーザー光のエネ
ルギー強度が低い領域が半導体素子を形成する領域から
外れるように照射してレーザー光のエネルギー強度分布
による影響を回避する方法が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】高電界効果移動度を有
する多結晶シリコン薄膜等の結晶性半導体薄膜を活性層
に用いたＴＦＴを作製する際の課題は、絶縁性基板の全
面にわたって低温で、かつ均一に大粒径の結晶性半導体
薄膜を形成することである。以下、結晶性半導体薄膜の
中で一般的な多結晶シリコン薄膜を例として説明する。

【０００４】多結晶シリコン薄膜はある大きさの分布を
持ったシリコンの単結晶粒が集合したものであり、その
単結晶粒どうしが接する部分に結晶粒界が形成される。
多結晶シリコン薄膜の電気的特性は結晶粒径および結晶
粒界の格子欠陥密度によって左右される。従って半導体
装置を製造する場合は単結晶粒あるいは可能な限り結晶
粒界の少ない大粒径の結晶粒により半導体装置の活性層
を構成することが望ましい。特に活性層中に結晶粒界が
多数存在すると、この結晶粒界に沿ってリーク電流が流
れることになり、ＴＦＴの特性を著しく損なうことにな
る。

【０００５】多結晶シリコン薄膜形成方法としては、主
に固相成長法とレーザー結晶化法に大別される。固相成
長法は絶縁性基板上に堆積された非晶質シリコン薄膜を
６００℃程度の低温熱処理により多結晶化する方法であ
るが、その結晶化に数時間〜数十時間という長時間を要
するため製造工程におけるスループットが極めて悪い。
また、多結晶化された多結晶シリコン薄膜の電界効果移
動度が小さいという課題も有している。一方、レーザー
結晶化法は絶縁性基板上に堆積された非晶質シリコン薄
膜にレーザー光を照射し、非晶質シリコン薄膜を瞬時に
熔融、再結晶化させることにより多結晶化する方法であ
り、結晶化が短時間で行えるうえ、多結晶化された後の
多結晶シリコン薄膜は高電界効果移動度を有するという
特徴がある。そのため現在では多数の研究機関で実用化
に向けた活発な研究開発が行われている。

【０００６】上述のレーザー結晶化法では結晶化にもち
いるレーザー光が図６に示すようなエネルギー強度分布
を有しており、この強度分布は照射されるレーザー光の
ビームスポットの径あるいは幅が小さくなるとより顕著
となる傾向にある。即ち、絶縁性基板１上に下地膜２を
介して積層された非晶質シリコン薄膜３に、レーザー光
Ａ又はＢが照射された領域の非晶質シリコン薄膜３に
は、図６（ｂ）に示す強度分布に対応するように、レー
ザー光が照射された領域の中心部Ｏが最も高温となり、
周辺部に向かうに従い中心部に比べて温度が低下するよ
うな温度分布が生じることになる。図６に点線Ｂで示す
ようにビームスポット径又は幅が小さい場合の強度分布
は、実線Ａで示したビームスポット径又は幅が大きい場
合より急峻である。そのためレーザー光が照射された領
域の非晶質シリコン薄膜中に不均一な核発生が起き、そ
の結晶核から不規則に結晶粒が成長するため、結果的に
大粒径の結晶粒や小粒径の結晶粒が混在して成長するこ
とになり、基板全面にわたって均一な結晶粒を得ること
が困難であるという問題を有している。上述のレーザー
光のエネルギー強度分布は光学的手法によりある程度ま
で補正することが可能であるが、完全にエネルギー強度
分布が生じないようにするには至らない。

【０００７】図７（ａ）にレーザー光照射領域を平面図
で示し、図７（ｂ）に図７（ａ）のＡ−Ａ'方向のエネ
ルギー強度分布を示し、図７（ｃ）に図７（ａ）のＢ−
Ｂ'方向のエネルギー強度分布を示す。図７より分かる
ように、エネルギー強度分布を光学的手法により補正し
たレーザー光を用いてエネルギー強度が低い部分が互い
に重なるように走査しながら照射した場合でもエネルギ
ー強度が低い部分が生じることになり、結果として結晶
化された半導体薄膜に不均一な領域を形成してしまうこ
とになる。特にエネルギー強度の低い部分が照射された
領域では十分な結晶化が行われず、再度その領域に正規
のエネルギー強度を有するレーザー光を照射しても結晶
性は改善されない。

【０００８】そこで従来は非晶質シリコン薄膜の上部ま
たは下部に部分的に金属膜を設け、レーザー光の照射に
よる温度分布を均一にする試みや、金属膜によりレーザ
ー光を遮光して金属膜のない部分の非晶質シリコン薄膜
を結晶化した後、金属膜を取り除き再度レーザー光を照
射することにより均一な結晶粒を得る方法、あるいは光
学的手法によりレーザー光の強度分布を均一化する方法
やレーザー光を走査する際、図８に示すようにレーザー
光照射領域を僅かに移動させながら走査することで、レ
ーザー光照射領域に重なりを持たせレーザー光の強度分
布を平均化して均一性を向上させる方法等が提案されて
いる。また、半導体素子を形成する領域にレーザー光を
照射する際、レーザー光のエネルギー強度の低い部分が
半導体素子を形成する領域から外れるように照射してレ
ーザー光のエネルギー強度分布による影響を回避する方
法が提案されている。これらの方法はレーザー光の強度
分布を改善させたり均一性を向上させたり、あるいはエ
ネルギー強度分布による影響を回避する方法として僅か
ながら効果を有している。

【０００９】しかしながら上述の方法では効果的にレー
ザー光のエネルギー強度分布による影響を低減すること
ができないばかりでなく、更に解決しなくてはならない
課題が存在することも事実である。先ず金属膜を設ける
方法に関しては、非晶質シリコン薄膜上に金属膜を設
け、またそれらを除去する等のプロセスが別途必要とな
ることに加えて、レーザー光を照射する工程も複数回必
要となる。次にレーザー光照射領域を僅かに移動させな
がら走査する方法に関しては、上述のようにレーザー光
のエネルギー強度が低い部分では十分な結晶化が行われ
ず、再度その領域に正規のエネルギー強度を有するレー
ザー光を照射しても結晶性は改善されないという問題点
を有している。その他にもレーザー光を照射する工程が
１回であったとしても、一枚の基板に対してレーザー光
が照射される回数が増大してしまうという問題点を有し
ており、半導体装置を製造する上でスループットを著し
く低下させる要因となっている。以上のようにこれらの
方法では半導体装置を製造する上でレーザー結晶化工程
においてスループットを著しく低下させてしまう結果と
なる。またレーザー光のエネルギー強度が低い部分が半
導体素子を形成する領域から外れるように照射する方法
に関しては、レーザー光のエネルギー強度分布の影響を
幾分回避することができるが、レーザー光のエネルギー
強度が低い部分が半導体素子を形成する領域に重ならな
いようにレーザー光の走査を行うということは、言い換
えればエネルギー強度が低いレーザー光が照射された領
域には半導体素子を形成しないということであり、半導
体素子の配置、レイアウト等において多くの制約が設け
られることになる。また、半導体素子の配置、レイアウ
ト等を優先するとレーザー光の走査方法が複雑となる
等、半導体装置を設計あるいは製造する上では不都合な
点が多い。

【００１０】本発明は上述の課題を解決するもので、絶
縁性基板上に均一な大粒径の結晶粒を実現することがで
きるレーザー結晶化方法により特性のばらつきを抑え、
かつ高電界効果移動度を有する半導体装置を製造する方
法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明の特許請求の範囲の請求項１記載の半導体装
置の製造方法は、絶縁性表面を有する基板上に形成され
た非晶質半導体薄膜にレーザー光等のエネルギー線を照
射することにより非晶質半導体薄膜を熔融結晶化させて
結晶性半導体薄膜を作製する結晶化工程において、非晶
質半導体薄膜上に非晶質半導体薄膜よりも反射率の低い
材料による反射防止膜が選択的に配置され、レーザー光
等のエネルギー線の照射領域の端部が反射防止膜上の位
置に概略一致するように整合されていることを特徴と
し、そのことにより上記目的が達成される。

【００１２】また、特許請求の範囲の請求項２記載の半
導体装置の製造方法は、絶縁性表面を有する基板上に形
成された非晶質半導体薄膜にレーザー光等のエネルギー
線を照射することにより非晶質半導体薄膜を熔融結晶化
させて結晶性半導体薄膜を作製する結晶化工程におい
て、非晶質半導体薄膜上に非晶質半導体薄膜よりも反射
率の低い材料による反射防止膜が選択的に配置され、隣
接するレーザー光等のエネルギー線の照射領域の端部
が、その前後あるいは左右またはその両方の照射領域の
端部とそれぞれ反射防止膜上の位置でのみ重なり合うよ
うに照射されることを特徴とし、そのことにより上記目
的が達成される。

【００１３】また、特許請求の範囲の請求項３記載の半
導体装置の製造方法は、請求項１乃至２記載の半導体装
置の製造方法において、反射防止膜は非晶質半導体薄膜
を堆積する工程に引き続き、非晶質半導体薄膜を成膜し
た装置内で連続して成膜されることを特徴とし、そのこ
とにより上記目的が達成される。

【００１４】また、特許請求の範囲の請求項４の半導体
装置の製造方法は、請求項１乃至２記載の半導体装置の
製造方法において、反射防止膜は化学的気相成長法によ
り成膜されるシリコン酸化膜であることを特徴とし、そ
のことにより上記目的が達成される。

【００１５】また、特許請求の範囲の請求項５の半導体
装置の製造方法は、請求項１乃至２記載の半導体装置の
製造方法において、反射防止膜は非晶質半導体薄膜上に
ストライプ状あるいは窓状の開口部を設けた形状で配置
されることを特徴とし、そのことにより上記目的が達成
される。

【００１６】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
絶縁性表面を有する基板上に非晶質半導体薄膜を堆積し
て、その後、非晶質半導体薄膜上に非晶質半導体薄膜よ
りも反射率の低い膜（以下、反射防止膜と呼ぶ）を所定
の間隔、形状で配置する。その後、反射防止膜の上方か
らレーザー光を走査しながら照射して非晶質半導体薄膜
を結晶化する。その際、隣接するレーザー光と重なる領
域を反射防止膜上となるように走査する。そのため、反
射防止膜が配置された領域は反射防止膜によって非晶質
半導体薄膜表面の反射が最小限に抑えられる。即ち反射
防止膜によってレーザー光のエネルギー強度が比較的弱
い領域の実効的なエネルギー強度を高めることになり、
レーザー光が有するエネルギー強度分布を改善すること
ができる。従ってレーザー光のエネルギー強度分布に起
因する結晶性半導体薄膜の膜質、特性等のばらつきを効
果的に抑制することができ、このような方法で結晶化さ
れた結晶性半導体薄膜で作製したＴＦＴをアクティブマ
トリクス型液晶表示装置、特に周辺駆動回路を同一基板
上に一体形成したドライバモノリシック型液晶表示装置
に用いればＴＦＴの特性のばらつきが抑えられ、非常に
高画質の液晶表示装置を製造することができる。

【００１７】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、従来のようにレーザー光のエネルギー強度分布を
緩和するためにレーザー光を走査しながら照射する際、
僅かに走査ピッチをずらしながら幾重にもレーザー光を
照射する必要がなくなるため、非晶質半導体薄膜の結晶
化に要する時間を短縮することができる。特に上述のよ
うな大面積の液晶表示装置を製造する場合は従来に比べ
非晶質半導体薄膜の結晶化に要する時間を大幅に短縮す
ることができる。以上のように本発明は均質な結晶性半
導体薄膜を容易に得ることができ、このような結晶性半
導体薄膜により高性能な半導体装置、特に高い電界効果
移動度を持つ高性能のＴＦＴを実現し、これらのＴＦＴ
から構成される半導体装置あるいは半導体回路を効率良
く製造することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面に基づ
いて説明する。図３は本発明の半導体装置の製造方法の
主要部を示す断面図である。絶縁性基板１上に下地膜
２、非晶質シリコン薄膜３を順に堆積して、その後、非
晶質シリコン薄膜３上に反射防止膜４を所定の間隔で選
択的に配置して、上方からレーザー光５を照射して結晶
化している。反射防止膜４は隣接するレーザー光５が重
なる領域に整合して設けられている。この領域はレーザ
ー光５のエネルギー強度が低い部分であるが、反射防止
膜４によって実効的にエネルギー強度が高められ、レー
ザー光のエネルギー強度のばらつきが低減される。

【００１９】発明者らが実験を行った結果、非晶質シリ
コン薄膜上に反射防止膜を設けた領域と設けない領域で
は、同じ強度のレーザー光を照射した場合でも実効的な
エネルギー強度に差が生じることが判明した。以上の結
果から、発明者らは更に鋭意検討を重ね、反射防止膜を
所定の間隔で選択的に配置して、上方からレーザー光を
照射する際、隣接するレーザー光が重なる領域、即ちレ
ーザー光のエネルギー強度が弱い領域を反射防止膜上に
することにより、図４に示すようにその領域の実効的な
エネルギー強度を高めることでレーザー光のエネルギー
強度のばらつきを極めて低い水準に抑制することができ
ることを見出したものである。

【００２０】図４（ａ）において、反射防止膜が設けら
れていない領域Ｒにはレーザー光のエネルギー強度が均
一な部分が照射され、反射防止膜が設けられた領域Ｔに
はレーザー光のエネルギー強度の低い部分が照射され
る。レーザー光のエネルギー強度の低い部分は反射防止
膜によって実効的にエネルギー強度が高められ、図４
（ｂ）に示すようにほぼ均一なエネルギー強度となるの
である。

【００２１】本発明において使用されるレーザーアニー
ル装置の概念図を図５に示す。レーザー光は高周波数、
高エネルギーで出力する方が安定したレーザー光が得ら
れる。レーザー光の強度を発振周波数等で調整しようと
するとレーザー発振器１３から出力されたレーザー光は
不安定なものとなる。そのため初に高周波数、高エネル
ギーで出力しておき、アッテネーター１４と呼ばれる光
学フィルタでその強度が調整される。次にホモジナイザ
ー１５で所定のビーム形状にされた後、プロセスチャン
バー１６内のステージ１７の上の基板１８に垂直に照射
される。基板全体のアニール処理はステージを移動させ
ながら行う。

【００２２】（実施の形態１）次に本発明の製造方法の
詳細を説明する。図１（ａ）〜（ｄ）は本発明の製造方
法の詳細を示す断面図であり、図１（ｅ）〜（ｈ）は図
１（ａ）〜（ｄ）に対応する平面図である。

【００２３】本発明の実施の形態では絶縁性基板の例と
してガラス基板を用いて説明する。プロセス温度は石英
基板であれば、１２００℃の高温プロセスにも耐えられ
るが、ガラス基板を用いる場合には、歪点が低いため約
６００℃程度の低温に制限される。より大面積で、かつ
安価な基板を用いようとする場合にはガラス基板の方が
有利である。図１（ａ）および（ｅ）に示すように、ま
ず初めにガラス基板等の絶縁性基板１上に減圧ＣＶＤ
法、プラズマＣＶＤ法またはスパッタリング法等により
下地膜２となる第１の絶縁膜としてＳｉＯ₂膜を３００
ｎｍ程度堆積する。引き続きその上に減圧ＣＶＤ法また
はプラズマＣＶＤ法等により非晶質シリコン薄膜３とし
てノンドープ非晶質シリコン薄膜を１０〜１００ｎｍ、
例えば約５０ｎｍの膜厚で堆積させる。上述の工程にお
いて、下地膜２を堆積する工程と非晶質シリコン薄膜を
堆積する工程との間に熱処理等の工程が追加されても全
く問題ない。例えば絶縁性基板上に下地膜となる第１の
絶縁膜を形成した後、その絶縁膜の緻密化や膜質を向上
させるために熱処理等を施し、その後非晶質シリコン薄
膜を堆積したとしても本発明の効果を損なうことはな
い。

【００２４】次に図１（ｂ）および（ｆ）に示すように
非晶質シリコン薄膜３上に反射防止膜４を形成する。反
射防止膜４には例えばＳｉＯ₂膜を用いることができ
る。ＳｉＯ₂膜はＣＶＤ法あるいはスパッタリング法に
より堆積させることができる。ＣＶＤ法を用いれば非晶
質シリコン薄膜を堆積する工程に引き続いて同一成膜装
置内で連続して成膜することができる。このようにすれ
ば製造工程を短縮することができ、スループットが大幅
に向上する。次にＳｉＯ₂膜を所定の形状にパターニン
グする。ＳｉＯ₂膜のパターニングにはフッ酸系のエッ
チング液を用いてエッチングすることができる。本発明
の実施の形態では反射防止膜４はその間隔を２ｍｍ程度
とし、幅を０．２〜０．５ｍｍ程度としたストライプ状
に形成した。反射防止膜４の間隔は照射するレーザー光
の形状によって変化し、反射防止膜４の幅はレーザー光
の走査の仕方、即ちレーザー光がどの程度重なるかによ
って決定される。何れもレーザー光の形状や走査の仕方
を考慮して適宜決定すればよい。あるいは反射防止膜４
のパターンに合わせてレーザー光を走査するようにして
も差し支えない。反射防止膜４の膜厚は次式から決定し
た。レーザー光に波長λ＝３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシ
マレーザーを用いる場合を例にとって説明する。反射率
をＲ、大気中の屈折率をｎ₀（＝１．０）、反射防止膜
４となるＳｉＯ₂膜の屈折率をｎ₁（＝１．４６）、膜厚
をｄ₁ｎｍ、多結晶化する非晶質シリコン薄膜３の屈折
率をｎ_s（＝３．７３）とする。

【００２５】

【数１】

【００２６】上記の式に値を代入して反射率が最も低く
なる反射防止膜４となるＳｉＯ₂膜の膜厚を求めると、
約５０ｎｍとなった。これは計算上の値であり、実際に
は成膜装置の性能や成膜条件等により膜厚が基板内ある
いは基板間で数％から十数％程度ばらつく場合が十分に
考えられるが、上記の式に値を代入して求めた膜厚を目
標値として絶縁膜を形成すれば、仮にある程度の膜厚分
布が生じたとしても形成された絶縁膜は反射防止膜とし
て十分に機能するため、本発明の効果を損なうことはな
い。

【００２７】次に図１（ｃ）および（ｇ）に示すように
絶縁性基板の上方からレーザー光５の照射を行い、非晶
質シリコン薄膜３を結晶化する。使用するレーザー光と
してはＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）、
ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエ
キシマレーザー（波長１９３ｎｍ）、ＸｅＦエキシマレ
ーザー（波長３５３ｎｍ）等を用いることができる。本
発明の実施の形態ではＸｅＣｌエキシマレーザーを用い
て説明する。照射するエネルギー密度は２００ｍＪ／ｃ
ｍ²、パルス幅は５０ｎｓ、発振周波数は３００Ｈｚと
した。レーザー光の照射条件はレーザー光を照射される
膜の膜質、膜厚等により異なる。レーザー光５は隣接す
るレーザー光との重なる領域を反射防止膜４上になるよ
うに走査される。反射率をもとに計算すると、反射防止
膜を設けた領域は最大約４０％程度実効エネルギー強度
が高められることになる。

【００２８】次に図１（ｄ）および（ｈ）に示すように
反射防止膜４を除去して、多結晶シリコン薄膜を半導体
素子の活性層６となるように島状にパターニングする。
続いてゲート絶縁膜７およびゲート電極８を形成する。
ゲート電極には低抵抗の配線材料であるＡｌ系の金属を
用いることができる。耐熱性等を考慮してＡｌ−Ｔｉ等
のＡｌ合金を用いることが望ましい。次に活性層６にイ
オン注入法、レーザードーピング法、あるいはプラズマ
ドーピング法等を用いてＮチャネルトランジスタを作成
するときにはＰ⁺、Ｐチャネルトランジスタを作成する
ときにはＢ⁺をドーピングしてソース領域およびドレイ
ン領域９を形成する。ゲート電極８の下方領域はチャネ
ル領域１０となる。その後、レーザーアニール等の方法
を用いて不純物の活性化を行い、層間絶縁膜１１を積層
する。層間絶縁膜には段差被覆性のよい有機シランを材
料としたプラズマＣＶＤ法等によるＳｉＯ₂膜を数百ｎ
ｍ〜数μｍ積層するのが一般的である。また、他には窒
化シリコン膜を用いることもできる。次に層間絶縁膜１
１及びゲート絶縁膜７にコンタクトホールを開口し、ソ
ース電極およびドレイン電極１２を形成する。ソース及
びドレイン電極１２はゲート電極と同様にＡｌ系の金属
で形成する。Ａｌ系の金属以外に高融点金属を用いても
良い。高融点金属はＡｌに比べて段差被覆性に優れてい
る。以上、本発明の実施の形態において、反射防止膜除
去後のＴＦＴの製造方法はその一例を示したものであ
り、ＴＦＴの製造方法はこれに限定されるものではな
い。

【００２９】（実施の形態２）次に本発明の他の製造方
法の詳細を説明する。図２（ａ）〜（ｄ）および（ｅ）
は本発明の製造方法の詳細を示す断面図である。図２
（ａ）に示すように、まず初めにガラス基板等の絶縁性
基板１上に減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法またはスパ
ッタリング法等により下地膜２となる第１の絶縁膜とし
てＳｉＯ₂膜を３００ｎｍ程度堆積する。引き続きその
上に減圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法等により非晶
質シリコン薄膜３としてノンドープ非晶質シリコン薄膜
を１０〜１００ｎｍ、例えば約５０ｎｍの膜厚で堆積さ
せる。これらの工程は上述の実施の形態１と同様であ
る。本発明の実施の形態においても、実施の形態１と同
様に下地膜２を堆積する工程と非晶質シリコン薄膜を堆
積する工程との間に熱処理等の工程が追加されても全く
問題ない。例えば絶縁性基板上に下地膜となる第１の絶
縁膜を形成した後、その絶縁膜の緻密化や膜質を向上さ
せるために熱処理等を施し、その後非晶質シリコン薄膜
を堆積したとしても本発明の効果を損なうことはない。

【００３０】次に図２（ｂ）に示すように非晶質シリコ
ン薄膜３上に反射防止膜４を形成する。反射防止膜４に
は例えばＳｉＯ₂膜を用いることができる。ＳｉＯ₂膜は
ＣＶＤ法あるいはスパッタリング法により堆積させ、所
定の形状にパターニングする。ＳｉＯ₂膜のパターニン
グにはフッ酸系のエッチング液を用いてエッチングによ
り行うことができる。本発明の実施の形態では堆積され
たＳｉＯ₂膜に幅２ｍｍ程度のスリット状の窓を開口し
た。ＳｉＯ₂膜を残存させた部分の幅は０．２〜０．５
ｍｍ程度とした。残存させた部分が反射防止膜４とな
る。スリット状の窓の幅は照射するレーザー光の形状に
よって変動し、反射防止膜４の幅はレーザー光の走査の
仕方、即ちレーザー光がどの程度重なるかによって決定
される。何れもレーザー光の形状や走査の仕方を考慮し
て適宜決定すればよい。あるいは反射防止膜４のパター
ンに合わせてレーザー光を走査するようにしても差し支
えない。反射防止膜４の膜厚は実施の形態１と同様の方
法で算出した。本発明の実施の形態においても約５０ｎ
ｍ程度に設定した。

【００３１】次に図２（ｃ）に示すように絶縁性基板の
上方からレーザー光の照射を行い、非晶質シリコン薄膜
３を結晶化する。使用するレーザー光としてはＸｅＣｌ
エキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）、ＫｒＦエキシマ
レーザー（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー
（波長１９３ｎｍ）、ＸｅＦエキシマレーザー（波長３
５３ｎｍ）等を用いることができる。本発明の実施の形
態ではＸｅＣｌエキシマレーザーを用いて説明する。照
射するエネルギー密度は２００ｍＪ／ｃｍ²、パルス幅
は５０ｎｓ、発振周波数は３００Ｈｚとした。レーザー
光の照射条件はレーザー光を照射される膜の膜質、膜厚
等により異なる。レーザー光５は隣接するレーザー光と
の重なる領域を反射防止膜４上になるように走査され
る。図２（ｅ）は図２（ｃ）のＡ−Ａ′で示される部分
の断面図である。図示したように本発明の実施の形態に
おいては照射されるレーザー光のビームスポットの短辺
方向だけでなく長辺方向も反射防止膜４上になるように
したため、長辺方向のレーザー光のエネルギー強度も均
一にすることができる。特に基板が大面積である場合、
複数の領域に分けてレーザー光を照射する必要があり、
そのような場合に本発明の実施の形態は有効である。

【００３２】次に図２（ｄ）に示すように反射防止膜４
を除去して、多結晶シリコン薄膜を半導体素子の活性層
６となるように島状にパターニングする。続いてゲート
絶縁膜７およびゲート電極８を形成する。ゲート電極に
は低抵抗の配線材料であるＡｌ系の金属を用いることが
できる。耐熱性等を考慮してＡｌ−Ｔｉ等のＡｌ合金を
用いることが望ましい。次に活性層６にイオン注入法、
レーザードーピング法、あるいはプラズマドーピング法
等を用いてＮチャネルトランジスタを作成するときには
Ｐ⁺、Ｐチャネルトランジスタを作成するときにはＢ⁺を
ドーピングしてソース領域およびドレイン領域９を形成
する。ゲート電極８の下方領域はチャネル領域１０とな
る。その後、レーザーアニール等の方法を用いて不純物
の活性化を行い、層間絶縁膜１１を積層する。層間絶縁
膜には段差被覆性のよい有機シランを材料としたプラズ
マＣＶＤ法等によるＳｉＯ₂膜を数百ｎｍ〜数μｍ積層
するのが一般的である。また、他には窒化シリコン膜を
用いることもできる。次に層間絶縁膜１１及びゲート絶
縁膜７にコンタクトホールを開口し、ソース電極および
ドレイン電極１２を形成する。ソース及びドレイン電極
１２はゲート電極と同様にＡｌ系の金属で形成する。Ａ
ｌ系の金属以外に高融点金属を用いても良い。高融点金
属はＡｌに比べて段差被覆性に優れている。以上、本発
明の実施の形態において、反射防止膜除去後のＴＦＴの
製造方法はその一例を示したものであり、ＴＦＴの製造
方法はこれに限定されるものではない。

【００３３】

【発明の効果】以上、上述のように本発明の半導体装置
の製造方法によると、絶縁性表面を有する基板上に下地
膜と非晶質半導体薄膜を順に堆積して、その後、非晶質
半導体薄膜上に非晶質半導体薄膜よりも反射率の低い膜
を選択的に設け、基板の上方からレーザー光を走査しな
がら照射することにより非晶質半導体薄膜を結晶化させ
て結晶性半導体薄膜とする。その際、レーザー光のエネ
ルギー強度が低い部分が非晶質半導体薄膜上に選択的に
設けた反射率の低い膜上に照射されるようにレーザー光
を走査する。そのことによりレーザー光のエネルギー強
度が低い部分の実効的なエネルギー強度が高められ、レ
ーザー光の均一性が効果的に改善される。その結果、レ
ーザー光のエネルギー強度分布に起因する結晶性半導体
薄膜の膜質及び特性の不均一性が解決されることにな
る。更に従来に比べ、レーザー光を照射する工程および
レーザー光を照射する回数が低減される。特にレーザー
光を照射する回数は従来に比べて大幅に低減されること
になり、半導体装置の製造工程におけるスループットが
大幅に向上する。この差はレーザー光を照射する基板が
大面積になるにつれて顕著なものとなる。それ以外にも
半導体薄膜に対するダメージが低減されることになる。
以上のように本発明は均質な結晶性半導体薄膜を容易に
得ることができ、このような結晶性半導体薄膜により高
性能な半導体装置、特に高い電界効果移動度を持つ高性
能のＴＦＴを実現し、これらのＴＦＴから構成される半
導体装置あるいは半導体回路を効率良く製造することが
できる産業上有益な発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１の半導体装置の製造工程を示す断面
図。

【図２】実施形態２の半導体装置の製造工程を示す断面
図。

【図３】本発明の半導体装置の製造方法の主要部を示す
断面図。

【図４】本発明の半導体装置の製造方法によるレーザー
光の強度分布を示す図。

【図５】レーザーアニール装置の概念図。

【図６】レーザー光の強度分布を示す図。

【図７】従来例によるレーザー光の強度分布を示す図。

【図８】従来例によるレーザー光の走査方法を示す図。

【符号の説明】

１絶縁性基板２下地膜３非晶質シリコン薄膜４反射防止膜５レーザー光６活性層７ゲート絶縁膜８ゲート電極９ソース領域およびドレイン領域１０チャネル領域１１層間絶縁膜１２ソース電極およびドレイン電極１３レーザー発振器１４アッテネーター１５ホモジナイザー１６プロセスチャンバー１７ステージ１８基板

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｈ０１Ｓ 3/10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性表面を有する基板上に形成された
非晶質半導体薄膜にレーザー光等のエネルギー線を照射
することにより前記非晶質半導体薄膜を熔融結晶化させ
て結晶性半導体薄膜を作製する結晶化工程において、前
記非晶質半導体薄膜上に前記非晶質半導体薄膜よりも反
射率の低い材料による反射防止膜が選択的に配置され、
前記レーザー光等のエネルギー線の照射領域の端部が前
記反射防止膜上の位置に概略一致するように整合されて
いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】絶縁性表面を有する基板上に形成された
非晶質半導体薄膜にレーザー光等のエネルギー線を照射
することにより前記非晶質半導体薄膜を熔融結晶化させ
て結晶性半導体薄膜を作製する結晶化工程において、前
記非晶質半導体薄膜上に前記非晶質半導体薄膜よりも反
射率の低い材料による反射防止膜が選択的に配置され、
隣接するレーザー光等のエネルギー線の照射領域の端部
が、その前後あるいは左右またはその両方の照射領域の
端部とそれぞれ前記反射防止膜上の位置でのみ重なり合
うように照射されることを特徴とする半導体装置の製造
方法。
【請求項３】前記反射防止膜は前記非晶質半導体薄膜
を堆積する工程に引き続き、前記非晶質半導体薄膜を成
膜した装置内で連続して成膜されることを特徴とする請
求項１乃至２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記反射防止膜は化学的気相成長法によ
り成膜されるシリコン酸化膜であることを特徴とする請
求項１乃至２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記反射防止膜は前記非晶質半導体薄膜
上にストライプ状あるいは窓状の開口部を設けた形状で
配置されることを特徴とする請求項１乃至２記載の半導
体装置の製造方法。