JPH09260286A

JPH09260286A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH09260286A
Application number: JP7170596A
Authority: JP
Inventors: Hisafumi Saito; 尚史斉藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1997-10-03

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
光による温度分布を改善することにより、オフ時のリー
ク電流の少ない半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】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、レーザー光の照射
領域の面積が反射防止膜よりも大きく、かつ反射防止膜
及びその周囲の領域を完全に包含するように照射される
ように走査する。そのことにより反射率の低い膜の下方
の非晶質半導体薄膜におけるレーザー光の実効的なエネ
ルギー強度が高められ、金属薄膜に熱を吸収されること
による非晶質半導体薄膜の急速な温度低下が抑制され
る。その結果、結晶性半導体薄膜の膜質の不良及び特性
の不均一性が解決されることになる。

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
半導体装置の製造方法に関し、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。）を形成し、これ
を液晶表示装置の画素電極のスイッチング素子とする技
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６−３４９９
７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。

【０００３】多結晶化されたシリコン薄膜は、その後Ｔ
ＦＴ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。

【０００４】しかしながら、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２−４２７１
７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。そして例えば特開平
６−３４９９７号公報に示されるように上述のような方
法により得られた多結晶シリコン薄膜を活性層とするＴ
ＦＴが製造される。特にＴＦＴがアクティブマトリクス
型液晶表示装置に用いられる場合は、ＴＦＴに光源から
の強い光が照射されることになる。特にＴＦＴのチャネ
ル領域に強い光が入射するとオフ時のリーク電流が増加
する等の問題が生じる。そのため従来は活性層のチャネ
ル領域の下方にチャネル領域に入射する光を遮るために
金属薄膜等による遮光膜が設けられる。

【０００５】

【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。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】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７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３１上に下地膜３２
を介して積層した非晶質シリコン薄膜３５にレーザー光
Ａ又はＢが照射されたとき、レーザー光Ａ又はレーザー
光Ｂが照射された領域の非晶質シリコン薄膜３５には図
７に示すようにレーザー光のエネルギー強度分布に対応
して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７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。例え
ば、図８に示すようにエネルギー強度分布を光学的手法
により補正するためレーザー光を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。図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）
は図８（ａ）のＡ−Ａ'線の強度分布、図８（ｃ）は図
８（ａ）のＢ−Ｂ'線の強度分布を示す図である。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。

【０００９】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９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。

【００１０】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。しかし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。

【００１１】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。

【００１２】次に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。

【００１３】また、従来のようにＴＦＴの活性層の下
方、特にチャネル領域の下方に金属薄膜等による遮光膜
を設けたＴＦＴを製造しようとする場合は、図１０
（ａ）に断面図を示すように初めに絶縁性基板３１上に
金属薄膜３３等による遮光膜を所定の形状で設け、次い
で全面に絶縁膜３４を堆積させ、更にその上に非晶質シ
リコン薄膜３５を堆積させた後に上方からレーザー光を
照射するという工程で行う。図１０（ｂ）の強度分布に
示すように非晶質シリコン薄膜３５はレーザー光により
加熱され熔融再結晶化するが、下方に遮光膜を有する非
晶質シリコン薄膜ではレーザー光により発生した熱が遮
光膜側へ流出あるいは吸収されるため、レーザー光が照
射された直後から急速に冷却されることになり結晶化が
十分に進行しない。このようにチャネル領域の下方に金
属薄膜等による遮光膜を設けたＴＦＴを製造する場合は
上述のような従来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、遮光膜の上方の非晶質シリコン薄膜を十分
に結晶化することができないという課題を有している。

【００１４】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。

【００１５】

【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所定の形
状の金属薄膜が配置され、その上方に絶縁膜を介して形
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
線を照射する半導体装置の製造方法において、非晶質半
導体薄膜上であって、かつ下方に金属薄膜が存在する部
分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形成する工程と、反射防止膜の上方
から照射されるレーザー光等のエネルギー線の照射領域
が反射防止膜の面積よりも大きく、かつ反射防止膜及び
その周囲の領域を完全に包含するように照射される工程
とからなることを特徴とし、そのことにより上記目的が
達成される。

【００１６】また、請求項２記載の半導体装置の製造方
法は、請求項１の製造方法において、反射防止膜の上方
から照射される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以外の位置に概略一致するように照
射されることをに特徴とし、そのことにより上記目的が
達成される。

【００１７】また、請求項３記載の半導体装置の製造方
法は、請求項１の製造方法において、結晶化工程におい
て、反射防止膜の上方から照射され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
以外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。

【００１８】また、請求項４記載の半導体装置の製造方
法は、請求項１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。

【００１９】また、請求項５の半導体装置の製造方法
は、請求項１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。

【００２０】また、請求項６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所定の形状の金属薄膜
が配置され、その上方に絶縁膜を介して形成された非晶
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
半導体装置の製造方法において、前記絶縁性表面を有す
る基板上に、所定形状の金属薄膜、絶縁膜、非晶質半導
体薄膜を順次形成する工程と、前記非晶質半導体薄膜上
に反射防止膜を形成する工程と、前記反射防止膜上にフ
ォトレジストを形成する工程と、前記基板の裏面側より
前記所定形状の金属薄膜をマスクとして、前記フォトレ
ジストを露光し、フォトレジストによるマスクを形状す
る工程と、前記フォトレジストを用いて反射防止膜を所
定形状に自己整合的に形成する工程と、前記反射防止膜
の上方から照射されるレーザー光等のエネルギー線の照
射領域が前記反射防止膜の面積よりも大きく、かつ前記
反射防止膜及びその周囲の領域を完全に包含するように
照射される工程とからなることを特徴とし、そのことに
より上記目的が達成される。

【００２１】本発明によれば、所定の形状の金属薄膜が
形成された絶縁性表面を有する基板上に非晶質半導体薄
膜を堆積して非晶質半導体薄膜の上方からレーザー光を
照射することにより非晶質半導体薄膜を結晶化する半導
体装置の製造方法において、非晶質半導体薄膜上であっ
て、かつ下方に金属薄膜が存在する部分に非晶質半導体
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、レーザー光の照射領域の面積が反射防止膜
よりも大きく、かつ反射防止膜及びその周囲の領域を完
全に包含するように照射されるように走査する。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実効的なエネルギー
強度を高めることになり、金属薄膜によって熱が吸収さ
れるこによる非晶質半導体薄膜の温度低下を最小限に抑
制することができる。従って温度の急速な低下に起因す
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。

【００２２】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。

【００２３】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、反射防止膜は先の工程で形した金属薄膜をマスク
とするように基板裏面側からの露光により自己整合的に
形成したから、非晶質半導体薄膜を結晶化する領域はＴ
ＦＴを形成する領域にほぼ完全に一致させることができ
る。

【００２４】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。

【００２５】

【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、金属薄膜３が所定の形状に形成される。その上に絶
縁膜４と非晶質シリコン薄膜５を順に堆積して、その
後、非晶質シリコン薄膜５上に反射防止膜６を所定の間
隔で選択的に配置して、上方からレーザー光７を照射し
て結晶化している。反射防止膜６は非晶質シリコン薄膜
５上であって下方に金属薄膜３を有する部分に整合して
設けられている。この部分はレーザー光７によって発生
した熱が金属薄膜３に吸収されてしまい、非晶質シリコ
ン薄膜５の温度が急速に低下していしまう部分である
が、反射防止膜６によって実効的にエネルギー強度が高
められ、温度の低下が抑制される。

【００２６】発明者らが実験を行った結果、下方に金属
薄膜を有する非晶質シリコン薄膜にレーザー光を照射し
て結晶化を行った場合、下方に金属薄膜がある部分とそ
うでない部分の多結晶シリコン薄膜の膜質に違いが生じ
ることが判明した。これは前にも述べたようにレーザー
光によって発生した熱が金属薄膜側へ吸収あるいは流出
するために、レーザー光により一旦加熱された非晶質シ
リコン薄膜の温度が急速に低下して十分に結晶化が進行
しないためであると考えられる。また、発明者らが行っ
た他の実験結果では、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、下方に金属薄膜を有する非晶質シリコ
ン薄膜上に反射防止膜を選択的に配置して、上方からレ
ーザー光を照射することにより、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非晶質シ
リコン薄膜の温度低下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。

【００２７】図４はレーザー光の強度分布を説明する図
であり、図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は強度分布図
である。図３のようにして、反射防止膜６が設けられた
領域に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６が設けられていない領域にはレーザ
ー光のエネルギー強度の低い部分が照射される。反射防
止膜６が設けられた部分では実効的にレーザー光のエネ
ルギー強度が高められ、図示したようにほぼ均一な温度
分布となるのである。本発明において反射防止膜６が設
けられた領域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、レーザー光のエネルギー強度の低い部
分、即ちレーザー光のエッジ部分が反射防止膜６上にか
からないように走査される必要がある。レーザー光のエ
ッジ部分は隣接するレーザー光照射領域と重なる部分で
あり、上述のようにレーザー光のエネルギー強度が不均
一となり結晶化に悪影響を与える部分であるため、反射
防止膜６上にそのようなレーザー光が照射されると本発
明の効果を著しく損なうことになる。但し、図５（ａ）
に平面図、図５（ｂ）に断面図を示したようにレーザー
光のエネルギー強度が均一な部分が互いに重なるように
走査された場合、仮に反射防止膜６上でレーザー光照射
領域が重なったとしても反射防止膜６上には均一なエネ
ルギー強度のレーザー光が照射されることになるため、
本発明の効果を著しく損なうような重大な影響は生じな
い。

【００２８】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６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１７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１８と呼ばれる光
学フィルタでその強度を調整される。次にホモジナイザ
ー１９で所定のビーム形状にされた後、プロセスチャン
バー２０内のステージ２１の上の基板２２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。

【００２９】（実施の形態１）図１（ａ）〜（ｄ）は本
発明の半導体装置の製造方法を工程順に説明するための
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。

【００３０】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、歪点が低いためプ
ロセス温度は約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ＳｉＯ
₂膜を３００ｎｍ程度堆積する。次に金属薄膜３がスパ
ッタリング法等により堆積される。金属薄膜３が遮光膜
として用いられる場合は後工程での熱処理等に対する耐
久性や遮光性の観点から、高融点金属等を用いることが
望ましい。本発明の実施の形態ではＴａを用い、１００
〜２００ｎｍ、例えば約１５０ｎｍの膜厚で堆積し、５
〜１０μｍ角の形状に加工した。遮光膜はＴＦＴのチャ
ネル領域に光が入射するのを防ぐ目的で設けられるた
め、ＴＦＴが形成される位置にチャネル領域と同一形状
かあるいは一回り大きく形成される。遮光膜はＴＦＴの
サイズや形状に合わせて形成されるため、形状は正方形
や長方形等の四角形には限定されない。遮光膜の寸法も
同様に上述の大きさに限定されない。

【００３１】次にその上に絶縁膜４を堆積する。絶縁膜
４にはＳｉＯ₂膜等を用いることができる。続いて減圧
ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法等により非晶質シリコ
ン薄膜５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を堆積する工程と金属薄膜
３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、その後金属薄膜を堆
積したとしても本発明の効果を損なうことはない。

【００３２】次に図１（ｂ）および（ｆ）に示すように
非晶質シリコン薄膜５上に反射防止膜６を形成する。反
射防止膜６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６は前記工程で形成した所
定形状の金属膜の形状と同一形状にパターニングした。
反射防止膜６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６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５の屈折率をｎ_s（＝３．７
３）とする。

【００３３】

【数１】

【００３４】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６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。

【００３５】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７の照射を行い、非晶
質シリコン薄膜５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。ここでレーザー光７は
レーザー光の重なる領域が反射防止膜６上にならないよ
うに走査される。反射率をもとに計算すると、反射防止
膜６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。

【００３６】次に図１（ｄ）および（ｈ）に示すように
反射防止膜６を除去して、多結晶シリコン薄膜を半導体
素子の活性層８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９およびゲート電極１０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−Ｔ
ｉ等のＡｌ合金を用いることが望ましい。次に活性層８
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１１を形成する。ゲート電極１０の下方領域
はチャネル領域１２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１
３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１３及びゲート絶縁膜９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１４を形成する。
ソース電極及びドレイン電極１４はゲート電極１０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。

【００３７】（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）は本発明の半
導体装置の製造方法を工程順に説明するための断面図で
ある。尚、平面図は実施の形態１と同様であるため省略
した。

【００３８】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Ｃ
ＶＤ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。次に金属薄膜３がスパッタリング法等により堆積さ
れる。金属薄膜３が遮光膜として用いられる場合は後工
程での熱処理等に対する耐久性や遮光性の観点から、高
融点金属等を用いることが望ましい。本発明の実施の形
態ではＴａを用い、１００〜２００ｎｍ、例えば約１５
０ｎｍの膜厚で堆積し、５〜１０μｍ角の形状に加工し
た。遮光膜はＴＦＴのチャネル領域に光が入射するのを
防ぐ目的で設けられるため、ＴＦＴが形成される位置に
チャネル領域と同一形状かあるいは一回り大きく形成さ
れる。遮光膜はＴＦＴのサイズや形状に合わせて形成さ
れるため、形状は正方形や長方形等の四角形には限定さ
れない。遮光膜の寸法も同様に上述の大きさに限定され
ない。次にその上に絶縁膜４を堆積する。絶縁膜４には
ＳｉＯ₂膜等を用いることができる。続いて減圧ＣＶＤ
法またはプラズマＣＶＤ法等により非晶質シリコン薄膜
５としてノンドープ非晶質シリコン薄膜を１０〜１００
ｎｍ、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を堆積する工程と金属薄膜３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、その後金属薄膜を堆積した
としても本発明の効果を損なうことはない。以上の工程
は上述の実施の形態１と同様である。

【００３９】次に図２（ｂ）に示すように非晶質シリコ
ン薄膜５上に反射防止膜６を形成する。反射防止膜６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ＳｉＯ₂
膜上にフォトレジストを形成してＳｉＯ₂膜を堆積した
面とは別の面側、即ち絶縁性基板１の裏面側からフォト
レジストを露光１５、現像して所定形状の金属薄膜３と
同一形状のフォトレジストによるマスクを形成した。こ
のようにして形成されたフォトレジスト１６によるマス
クを用いてＳｉＯ₂膜をエッチングして反射防止膜６を
形成した。以上のように金属薄膜３をマスクとして自己
整合的に反射防止膜６を形成するようにしたため、この
工程において新たなフォトマスクは必要とならない。反
射防止膜６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５０ｎｍ程度に設
定した。

【００４０】次に図２（ｃ）に示すようにフォトレジス
ト１６を除去した後、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５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２
４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎ
ｍ）、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／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。ここでレーザー光７はレーザー光の重なる領域が反
射防止膜６上にならないように走査される。

【００４１】次に図２（ｄ）に示すように反射防止膜６
を除去して、多結晶シリコン薄膜を半導体素子の活性層
８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９およびゲート電極１０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８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１
１を形成する。ゲート電極１０の下方領域はチャネル領
域１２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１３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１３
及びゲート絶縁膜９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１４を形成する。ソース電極
及びドレイン電極１４はゲート電極１０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。

【００４２】上述のように実施の形態１または２では半
導体装置としてアクティブマトリクス型液晶表示装置に
用いられるＴＦＴを例にして説明したが、絶縁ゲート型
電界効果トランジスタ等の半導体装置であってもよく、
用途もアクティブマトリクス型液晶表示装置に限定され
るものではない。また、同様に非晶質半導体薄膜の下方
に絶縁膜を介して設けられる金属薄膜として遮光膜を例
にして説明したが、金属薄膜による配線あるいは電極で
あっても一向に差し支えなく、本発明は同様の効果を奏
する。

【００４３】

【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、所定の形状の金属薄膜が形成され
た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、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る
半導体装置の製造方法において、非晶質半導体薄膜上で
あって、かつ下方に金属薄膜が存在する部分に非晶質半
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、レーザー光の照射領域の面積が反射防止膜
よりも大きく、かつ反射防止膜及びその周囲の領域を完
全に包含するように照射されるように走査する。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実効的なエネルギー
強度を高めることになり、金属薄膜によって熱が吸収さ
れることによる非晶質半導体薄膜の温度低下を最小限に
抑制することができる。従って温度の急速な低下に起因
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。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。

【００４４】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
図である。

【図２】実施形態２の半導体装置の製造工程を示す断面
図である。

【図３】本発明の半導体装置の製造方法の主要部を示す
断面図である。

【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である。

【図５】本発明の半導体装置の製造方法によるレーザー
光の走査例を示す図である。

【図６】レーザーアニール装置の概念図である。

【図７】レーザー光の強度分布を示す図である。

【図８】従来例によるレーザー光の強度分布を示す図で
ある。

【図９】従来例によるレーザー光の走査方法を示す図で
ある。

【図１０】従来例のレーザー光による温度分布を示す図
である。

【符号の説明】

１絶縁性基板２下地膜３金属薄膜４絶縁膜５非晶質シリコン薄膜６反射防止膜７レーザー光８活性層９ゲート絶縁膜１０ゲート電極１１ソース領域およびドレイン領域１２チャネル領域１３層間絶縁膜１４ソース電極およびドレイン電極１５露光１６フォトレジスト１７レーザー発振器１８アッテネーター１９ホモジナイザー２０プロセスチャンバー２１ステージ２２基板

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所定の形状
の金属薄膜が配置され、その上方に絶縁膜を介して形成
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
を照射する半導体装置の製造方法において、前記非晶質
半導体薄膜上であって、かつ下方に前記金属薄膜が存在
する部分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を選択的に形成する工程と、前記反
射防止膜の上方から照射されるレーザー光等のエネルギ
ー線の照射領域が前記反射防止膜の面積よりも大きく、
かつ前記反射防止膜及びその周囲の領域を完全に包含す
るように照射される工程とからなることを特徴とする半
導体装置の製造方法。
【請求項２】前記反射防止膜の上方から照射されるレ
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
防止膜以外の位置に概略一致するように照射されること
を特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記反射防止膜の上方から照射されるレ
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以外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請求項１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記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】絶縁性表面を有する基板上に所定の形状
の金属薄膜が配置され、その上方に絶縁膜を介して形成
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
を照射する半導体装置の製造方法において、前記絶縁性
表面を有する基板上に、所定形状の金属薄膜、絶縁膜、
非晶質半導体薄膜を順次形成する工程と、前記非晶質半
導体薄膜上に反射防止膜を形成する工程と、前記反射防
止膜上にフォトレジストを形成する工程と、前記基板の
裏面側より前記所定形状の金属薄膜をマスクとして、前
記フォトレジストを露光し、フォトレジストによるマス
クを形状する工程と、前記フォトレジストを用いて反射
防止膜を所定形状に自己整合的に形成する工程と、前記
反射防止膜の上方から照射されるレーザー光等のエネル
ギー線の照射領域が前記反射防止膜の面積よりも大き
く、かつ前記反射防止膜及びその周囲の領域を完全に包
含するように照射される工程とからなることをに特徴と
する半導体装置の製造方法。