JPH10178178A

JPH10178178A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH10178178A
Application number: JP33957196A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yoshikawa; 博志吉川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 1998-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】パルスレーザで半導体膜を溶融させ、その後の
結晶化時の凝固速度を遅くすることができるようにす
る。【解決手段】絶縁性基板１上に蓄熱層としての半導体膜
３′を形成させ、トランジスタとなる半導体膜５′への
レーザ照射と同時に凹面レンズ６で反射したレーザのエ
ネルギーで加熱させることによって半導体膜３′，５′
が凝固するときの凝固速度を低下させる。半導体膜５′
の温度が高くなりすぎないようにするかわりに蓄熱層と
しての半導体膜３’による効果によってレーザ照射１パ
ルスあたりの活性化時間を長くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パルスレーザーに
よる半導体膜の溶融結晶化および不純物活性化を行う場
合における半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の核術】石英、ガラス等の絶縁性基板上に形成し
た非晶質または結晶性の半導体（薄）膜をパルスレーザ
照射によって溶融させて凝固させるレーザアニール（熱
処理）においては半導体膜にレーザ照射を行うと半導体
の溶融結晶化が起こり、結晶成長させることでその基板
上に所望特性の半導体膜を得る方法であり、これは基板
にガラスなどを用いることができるので例えばアクティ
ブマトリクス型の液晶画像表示装置等のＴＦＴ（薄膜ト
ランジスタ）材料に利用されることで注目され実施され
ている。

【０００３】ところで、こうした半導体膜の大結晶粒径
化をレーザ照射で可能であればレーザのオン電流の向上
とかリーク電流の低減などが期待されるのであるが、そ
のためには結晶の凝固速度を小さくすることが必要とさ
れている。そこで、このような観点からの溶融結晶化方
法の従来の技術の一つとして、例えば特開平６ー２９１
０３４号公報には、絶縁性基板上に加熱層を形成させ、
その上にバッファ層としてＳｉＯ₂膜を形成し、そのＳ
ｉＯ₂膜の上にＳｉからなる半導体膜を形成させ、この
半導体膜側から加熱層に対しての熱吸収係数が大きい波
長のレーザ光によるレーザ照射をすることで、このレー
ザ光を半導体膜およびＳｉＯ₂膜を通して加熱層に照射
して吸収させ、これによって加熱層を高温に加熱し、そ
して、この照射終了後から所定時間経過後にＳｉに対し
て吸収係数が大きい波長のレーザ光を照射させることで
このレーザ光をＳｉの半導体膜に吸収させ、結果、この
半導体膜を高温に加熱して溶融し、その後の冷却で再結
晶化（固化）するという技術が記述されている。この技
術によればその冷却中には溶融しているＳｉ薄膜からＳ
ｉＯ₂膜中に熱が放出されるが、ＳｉＯ₂膜は加熱層から
も加熱されていることから、溶融Ｓｉ薄膜とＳｉＯ₂膜
との温度勾配を小さくできることで、溶融Ｓｉ薄膜の凝
固速度を低くすることができ、このことから低い凝固速
度で結晶化したシリコン薄膜の結晶粒径を大きくするこ
とができることとなる。

【０００４】また、結晶粒径を大にする溶融結晶化方法
ではないが結晶粒径を均一する従来の技術として、例え
ば、特開平６ー３４９９７号公報にはタングステンのよ
うな高融点金属からなる熱伝導性の良好な遮光層によっ
て、半導体素子の活性層にレーザ照射を行った際の熱分
布の偏りを抑えて活性層に結晶粒界などの結晶欠陥の発
生を避けられるようにして結晶粒径の均一化を可能とし
た技術が記述されている。

【０００５】さらにまた大結晶粒径化とする他の従来の
技術として、応用電子物性分科会研究報告（社団法人応
用物理学会主催で１９９２年１月２２日に機械振興会館
で行われた分科会での報告書の１〜６ページ、報告者東
京工業大学工学部清水等）にはシリコン薄膜の凝固速度
を制御したシリコンのパルスレーザによる溶融結晶化の
ためにデュアルビーム法というシリコン膜の凝固速度を
低くする方法で結晶化されている。透過基板上に蓄積層
（ａーＳｉ）、絶縁層（ＳｉＯ₂）、溶融層（ａーＳ
ｉ）を形成させ、この両面からエキシマレーザ光を照射
することによって溶融層からの熱流出を抑制することが
できる。理論解析の結果では、デュアルビーム法でレー
ザを照射した場合のａ―Ｓｉ（５０ｎｍ）の溶融層の平
均凝固速度は室温下で通常に溶融層側からレーザを照射
した場合より３分の１まで低くなっている。これによっ
て蓄積層（Ｓｉ）が１００ｎｍでのデュアルビーム法に
よる実験では最大結晶粒径が４００ｎｍという大結晶粒
径化を可能としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような特開平６ー２９１０３４号公報に記述による方法
ではパルスレーザによる半導体膜の結晶化において、Ｙ
ＡＧレーザとかＣＯ₂レーザなどの第１のレーザ光と、
ＸｅＣｌエキシマレーザなどの第２のレーザ光というよ
うに二種類の波長のレーザが必要であったから半導体膜
の溶融結晶化方法としてはおおがかりなものとなってし
まい製造コストが高くつくうえ時間もかかるという課題
があった。

【０００７】また前述のような特開平６ー３４９９７号
公報に記述による方法では結晶粒を均一化できるという
利点があるものの大結晶粒径化ができなくて問題が充分
に解決されにくいという課題があった。

【０００８】また、上述の応用電子物性分科会研究報告
の記述による方法では基板の両面からレーザ光を照射す
るため、大面積基板上の多くのシリコン膜を結晶化させ
る装置に適用することには困難が伴うという課題があっ
た。

【０００９】ところで、上述の従来の公報とか文献に記
載の技術とは別に―般には石英、ガラスなどのガラス基
板はその厚さがｌｍｍ前後あり、そのガラス基板の上に
酸化膜または窒化膜等の絶縁膜が形成され、さらにこの
絶縁膜の上に形成されたシリコン等の半導体膜がパルス
レーザの照射によって溶融され、その後冷却で凝固して
結晶化されるのであるが、このときの熱量はｌｍｍ前後
の厚いガラス基板が巨大な熱浴となっているために簡単
に失われてしまい半導体膜はその結晶成長が抑制されて
しまって十分な結晶性が得られないという課題があっ
た。

【００１０】したがって、本発明は上述した課題に鑑み
て、第１にパルスレーザによって半導体膜が溶融しその
後の結晶化で凝固する際の凝固速度を低減させることで
半導体膜の結晶性を向上させること、第２に半導体膜の
結晶性を損なうことなくパルスレーザによって半導体膜
に含まれているホウ素とかリンなどの不純物を効率良く
活性化させる方法にも適用できるようにすることにあ
る。

【００１１】これらの方法は一台のパルスレーザで大面
積基板に集積された半導体の膜に対応したものである。
すなわち、一台でしかも紫外光の波長のみのパルスレー
ザを使用するため、大面積基板上の半導体膜、または不
純物を効率良く結晶化または活性化させることができ
る。さらに、トランジスタを画像表示装置に利用する場
合、光によるトランジスタのリーク電流の増加を防止す
る必要がある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
方法は、絶縁性基板上に所定の形状の蓄熱層を形成する
工程と、前記蓄熱層上に無機絶縁膜を形成する工程と、
前記無機絶縁膜上に薄膜トランジスタの活性層を構成す
る半導体膜を形成する工程と、上方からパルスレーザー
光を前記半導体膜に照射する工程とを有し、前記パルス
レーザー光を前記半導体膜に照射する工程の際に前記絶
縁性基板の後方にパルスレーザー光を反射するレーザー
光反射手段を配置することを特徴としていることで上述
した課題を解決している。

【００１３】前記レーザー光反射手段は好ましくは凹面
レンズであってもよい。

【００１４】前記レーザー光反射手段は好ましくは金
属、ガラスあるいはプラスチックからなる基板に形成さ
れた凹面レンズであり、該凹面レンズの表面が主として
紫外光に対して反射率が高い材料で形成されている。

【００１５】前記凹面レンズの表面は好ましくは鏡面研
磨されている。

【００１６】前記蓄熱層は好ましくはその上に無機絶縁
膜を介して形成される前記半導体膜と同―形状か、ある
いはそれより大きい面積で形成される。

【００１７】前記蓄熱層は好ましくは半導体膜である。

【００１８】前記蓄熱層を構成する半導体膜は好ましく
はＳｉ、ＧｅおよびＳｉＧｅから選ばれる少なくとも１
つからなる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
半導体装置の製造方法である半導体膜の溶融結晶化方法
および不純物活性化方法を薄膜トランジスタの製造に適
用して以下の図面を参照して説明する。本発明方法の工
程はＳ１からＳ１７までの１７の工程から構成されてい
る。

【００２０】（１）層間絶縁膜成膜工程Ｓ１最初に、図１Ａで示すように厚さ１．ｌｍｍ、対角５イ
ンチの正方形をした板状ガラスからなる絶縁性基板１を
用意する。この基板１上に、無機絶縁膜としてＳｉＯ₂
膜やＳｉＮｘ膜等からなる層間絶縁膜２を１００〜４０
０ｎｍの膜厚で被覆する。この層間絶縁膜２がＳｉＯ₂
膜である場合は常圧ＣＶＤ法によりＳｉＨ₄ガスとＯ₂ガ
スを用いて成膜したＳｉＯ₂膜とか、あるいはスパッタ
法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、リモートプラズ
マＣＶＤ法のいずれかによるＳｉＯ₂膜を用いることが
できる。

【００２１】（２）非晶質シリコン膜成膜工程Ｓ２次に、同じく図１Ａで示すように層間絶縁膜２の上に蓄
熱層となる非晶質シリコン膜３を成膜する。非晶質シリ
コン膜３は希ガスハライド系エキシマレーザ例えばＸｅ
Ｆ（波長３５１ｎｍ）、ＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ）、
ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）
を吸収する材料であれば良い。シリコン以外の半導体材
料として例えば、ＧｅあるいはＳｉＧｅがあり、半導体
以外の材料としては顔料、染料等の化合物がある。非晶
質シリコン膜３の厚さは非晶質シリコン膜工程Ｓ５で成
膜する非晶質シリコン膜５の厚さと同じか、またはこれ
よりも厚い膜で形成され、その厚さは３０ｎｍ〜５００
ｎｍとする。この際における非晶質シリコン膜３を加熱
するためのレーザエネルギーの強度が高い場合には非晶
質シリコン膜３はできるだけ厚膜に成膜することで熱エ
ネルギーを蓄積できるようにしたほうが良い。非晶質シ
リコン膜３はプラズマＣＶＤ法によりＳｉＨ₄ガスとＨ₂
ガスとを用いて基板温度２００〜３００℃で成膜する
か、または減圧ＣＶＤ法により成膜することができる。

【００２２】（３）アイランド化工程Ｓ３次に、図１Ｂで示すように前記成膜した非晶質シリコン
膜３をアイランド化する。

【００２３】（４）層間絶縁膜成膜工程Ｓ４（図１Ｃ参
照）：次に、図１Ｃで示すように無機絶縁膜としてＳｉ
Ｏ₂膜とかあるいはＳｉＮｘ膜等からなる膜厚１００〜
５００ｎｍの層間絶縁膜４をアイランド化された非晶質
シリコン膜３を含めた層間絶縁膜２の上に工程Ｓ１と同
様の成膜方法にて被覆する。

【００２４】（５）非晶質シリコン膜成膜工程Ｓ５次に、図１Ｄで示すように層間絶縁膜４の上に半導体
（薄）膜である非晶質シリコン膜５を膜厚３０〜１５０
ｎｍで例えばプラズマＣＶＤ法によりＳｉＨ₄ガスとＨ₂
ガスとを用いて基板温度２００〜３ＯＯ℃で成膜する
か、または減圧ＣＶＤ法により成膜する。非晶質シリコ
ン膜５としては、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、またはリンやボロン
を含むシリコン半導体を用いることができ、非晶質に限
らず微結晶や多結晶の半導体を成膜しても良い。

【００２５】（６）アイランド化工程Ｓ６次に、図１Ｅで示すようにこのように工程Ｓ５で作製し
た非晶質シリコン膜５をエッチングによりパターニング
して島状のシリコン膜５に形成する。非晶質シリコン膜
５の平面方向からみた縦横長は非晶質シリコン膜３と同
じか少し短く例えば非晶質シリコン膜３の９０％の長さ
とされる。

【００２６】（７）レーザ溶融結晶化工程Ｓ７次に、図２Ｆで示すように絶縁性基板１の下に凹面レン
ズ６を設置するとともに、上方位置からパルスレーザ７
によって非晶質シリコン膜５にレーザ光を直接的に照射
して該非晶質シリコン膜５を溶融させると同時にこのレ
ーザ光を絶縁性基板１を通過させたうえで凹面レンズ６
で反射させ、その反射レーザ光を非晶質シリコン膜３に
照射させることで該非晶質シリコン膜３を溶融させる。
次にこれら溶融状態の各非晶質シリコン膜３，５のそれ
ぞれを凝固させ、これによってこれら非晶質シリコン膜
３，５それぞれから、多結晶シリコンからなる結晶性半
導体膜３′，５′を得る。こうしたレーザ光照射方法つ
まりレーザアニール方法によれば特に短波長のパルスレ
ーザ７を用いることで下地である基板１には何等の損傷
を与えることもなく半導体膜３′，５′を効率良く溶融
凝固させることができ、例えば、希ガスハライドエキシ
マレーザ系例えばＸｅＦ（波長３５１ｎｍ）、ＸＦＣｌ
（３０８ｎｍ）、ＫｒＦ（２４９ｎｍ）、ＡｒＦ（１９
３ｎｍ）のエキシマレーザを用いることが可能となる。

【００２７】通常、このように非晶質シリコン膜３，５
をアニールして多結晶シリコン膜である半導体膜３′，
５′にしたほうが、直接、多結晶シリコン膜を成膜する
よりも結晶粒径が大きくなって特性に優れた半導体膜
３′，５′を得られる。ここで、この凹面レンズ６を用
いたこの工程Ｓ７における半導体膜の溶融結晶化工程の
詳細を図６Ａ，Ｂを参照して説明することにする。図６
Ａは平面からみた、図６Ｂは図６ＡのＡーＡ線に沿う断
面からみた図をそれぞれ示している。また、図６中、ｔ
は絶縁性基板１の厚さ、ｄは凹面レンズ６が形成される
凹面レンズ基板の厚さ、Ｚは凹面レンズ６の加工深さ、
Ｒは凹面レンズ６の曲率半径を示す。また、ａとｂはそ
れぞれ薄膜トランジスタとなる非晶質シリコン膜５の横
長さと縦長さで、ｐとｑは非晶質シリコン膜５の隣同士
の離間距離を示す。また、Ｓはパルスレーザ７の照射領
域、８は層間絶縁膜４及び非晶質シリコン膜５で形成さ
れた薄膜である。凹面レンズ６は金属、ガラスあるいは
プラスチックからなる基板９上に形成され、その表面は
主として紫外光に対して高い反射率をもつ材料例えばア
ルミニウムで形成され、さらにそのアルミニウムの保護
膜が形成される。このアルミニウムの保護膜としてはＳ
ｉＯなどが蒸着されることが「光学枝術ハンドブック」
６６４ページ（朝倉書店、１９７５年）に記述されてい
る。凹面レンズ６表面は鏡面研磨で仕上げられ、でき得
れば紫外光の波長程度以下の例えば０．３μｍＲａ以下
が望ましい。この仕上げ精度が悪いと凹面レンズ６の焦
点距離が変化し、非晶質シリコン膜３が加熱されたとき
の熱の位置的分布が不均一となる。そのために、非晶質
シリコン膜５の結晶性にも不均一な分布が発生してしま
う。凹面レンズ６はマイクロマシン技術を利用した方法
やフライス盤によって加工される。図６のように非晶質
シリコン膜３に照射されないレーザ光は絶縁性基板１を
通過し、凹面レンズ６で反射される。反射した光は、曲
率半径Ｒをもつ焦点距離の方向へと進み、この位置から
少しずれた所（焦点からＲ―Ｚ―ｔの所）に蓄熱層とし
ての非晶質シリコン膜３を加熱させ、レーザエネルギー
が大きい場合には溶融させることができる。薄膜トラン
ジスタ用の半導体膜としての非晶質シリコン膜５の縦横
それぞれの長さは非晶質シリコン膜３のそれぞれと同じ
か、または短い方がよい。その理由は、非晶質シリコン
膜３は透過光が凹面レンズ６で反射された後に加熱され
るので、この透過光の強度は非晶質シリコン膜３の縦と
横の長さが非晶質シリコン膜５より長いほど低くなって
しまい、非晶質シリコン膜３の温度が効果的に上昇しな
いからである。図６ではレーザは領域Ｓに照射され、１
６個のアイランド化された非晶質シリコン膜５が同時に
結晶化される。工程Ｓ６（図２Ｆ）及び工程Ｓ８（図４
Ｍ）では、それぞれ１つのトランジスタにつき１つの凹
面レンズ６が設置されているが、凹面レンズ加工の枝術
的問題とレーザの照射面積の仕様等を考慮して本発明が
実施される。非晶質シリコン膜５の縦と横の数をそれぞ
れｍ個、ｎ個としたとき、レーザ光を照射した場合に入
射光の強度に対する非晶質シリコン膜３への相対強度ｒ
は、透過光が全て非晶質シリコン膜５と同じ面積の非晶
質シリコン膜３ヘ凹面レンズを介して照射されるとする
と、ｒ＝〔｛ｍａ＋（ｍ＋１）ｐ｝｛ｎｂ＋（ｎ＋１）ｑ｝―ｍｎａｂ〕² ／［｛ｍａ＋（ｍ＋１）ｐ｝｛ｎｂ＋（ｎ＋１）ｑ｝｛ｍａ＋（ｍ―１）ｐ｝｛ｎｂ＋（ｎ―１）ｑ｝〕 ……（１）となる。相対強度ｒは照射される非晶質シリコン膜５の
数と面積、レーザ光が透過して凹面レンズ６ヘと進む面
積、そしてレーザ光の焦点距離に依存する。例えば、ａ
＝ｂ＝ｐ＝ｑ、ｍ＝ｎ＝４のときｒ＝１．０６となり、
ａ＝ｂ＝ｐ＝ｑ、ｍ＝ｎ＝５０のときｒ＝０．５９とな
り、３ＯＯｍＪ／ｃｍ²のレーザを入射したとき１５７
ｍＪ／ｃｍ²の反射光が非晶質シリコン膜３に照射され
る。また、具体的な凹面レンズ等の数値例としては、ｍ
＝ｎ＝５０、ａ＝ｂ＝ｐ＝ｑ＝０．１ｍｍのときｔ＝ｌ
ｍｍ、ｄ＝５ｍｍ、Ｚ＝４ｍｍ、Ｒ＝１３ｍｍとなる。

【００２８】以上のように凹面レンズ６を利用して非晶
質シリコン膜５の溶融結晶化を行うための方法を図７，
８を参照して説明する。図７ではそれぞれのレーザ照射
領域Ｓは４つの非晶質シリコン膜５を同時にカバーする
広さにわたっており、各レーザ照射領域Ｓの下部にそれ
ぞれ凹面レンズ６が設置されている。まず、図７のよう
に、凹面レンズ６の上部にある非晶質シリコン膜５の領
域へ設定してレーザ照射を行う。例えば、Ａー１列の上
側から下側への矢印方向に、次にＡー２列の上側から下
側への矢印方向に、そしてＡー３列の上側から下側への
矢印方向にレーザ照射をそれぞれ行う。さらに、図８の
ように図７の場合でレーザ照射されていない非晶質シリ
コン膜５の下部に凹面レンズ６を平行移動させて再設置
する。そして、Ｂー１、Ｂー２、Ｂー３列それぞれの各
凹面レンズ６上に設置されている非晶質シリコン膜５へ
レーザ照射を行う。図７，８の工程だけでは全ての非晶
質シリコン膜５が結晶化されないので、さらに凹面レン
ズをレーザ照射したい非晶質シリコン膜５下へ移動させ
た後、順次レーザ照射を行うのである。

【００２９】（８）ゲート絶縁膜成膜工程Ｓ８次に、図２Ｇで示すように膜厚５０〜１５０ｎｍのゲー
ト絶縁膜１０を成膜する。ゲート絶縁膜１０は常圧ＣＶ
Ｄ法によりＳｉＨ₄ガスとＯ₂ガスとを用いて成膜したＳ
ｉＯ₂膜を用いている。ここでは常圧ＣＶＤ法を用いた
が、スパッタ法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、リ
モートプラズマＣＶＤ法のいずれかによる膜厚５０〜１
５０ｎｍのＳｉＯ₂膜を用いても構わない。段差の被覆
性が良好なＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａーＥｔｈｙｌーＯｒｔ
ｈＯーＳｉｌｉｃａｔｅ）ガスつまりＳｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）
₄ガスを用いた常圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法による
Ｓｉ０₂膜を用いても構わない。また、ここではＳｉＯ₂
を用いたが、ＳｉＮｘ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅またはこれ
らの組み合わせを用いても構わない。

【００３０】（９）ゲート電極形成工程Ｓ９次に、図２Ｈで示すように膜厚２００―５００ｎｍの金
属材料でゲート電極１１を形成する。これは材料はＴａ
またはＡｌ、ＡｌＳｉ、ＡｌＴｉ、ＡｌＳｃ等のＡｌを
含む金属を用いてスパッタ法で形成する。特に、Ａｌを
含む金属のほうが低抵抗電極配線を形成できるので好ま
しい。

【００３１】（１０）ゲート電極の陽極酸化工程Ｓ１０次に、図３Ｉで示すようにゲート電極１１を陽極酸化し
て膜厚５０ｎｍ〜１μｍの陽極酸化膜１２を形成する。

【００３２】（１１）ゲート絶縁膜エッチング工程Ｓ１
１次に、図３Ｊで示すようにゲート電極１１と陽極酸化膜
１２とをマスクにして自己整合でゲート絶縁膜１０をエ
ッチングし、シリコン半導体膜５′のソース／ドレイン
部となる部分を露出させる。このエッチングにはエッチ
ング液を用いたウエットエッチングやプラズマを用いた
ドライエッチングを用いることができる。

【００３３】（１２）不純物注入工程Ｓ１２次に、図３Ｋで示すように不純物イオン１３の注入を行
う。ｎ型にするにはリンあるいはヒ素を、ｐ型にするに
はボロンを注入する。このようにして、不純物が注入さ
れた半導体膜５′のうちソース部となるシリコン半導体
膜５′Ｓと不純物注入されたドレイン部となるシリコン
半導体膜５′Ｄとを形成する。注入方法としてプラズマ
を利用したイオン注入装置で行った。

【００３４】（１３）脱水素アニール工程Ｓ１３次に、図４Ｌで示すように脱水素処理を行う。Ｎ₂雰囲
気中で３００〜５００℃の熱アニールを行い、半導体膜
３′，５′やその他の部分であるゲート絶縁膜１０、ゲ
ート電極１１等に含まれる水素を放出させる。また、脱
水素処理によって、多結晶シリコンからなる半導体膜
３′，５′中の水素量を５×１０¹⁹個／ｃｍ³以下、特
に好ましくは５×１０¹⁸個／ｃｍ³以下にするほうが良
い。

【００３５】また、この脱水素処理をレーザ照射によっ
て行っても構わない。例えば、ソース部半導体膜５′Ｓ
とドレイン部半導体膜５′Ｄとに注入した不純物イオン
を電気的に活性化するためのレーザ照射よりも低いエネ
ルギー密度のレーザ照射によって行うことができる。

【００３６】（１４）不純物活性化工程Ｓ１４次に、図４Ｍで示すようにソース部半導体膜５′Ｓとド
レイン部半導体膜５′Ｄとに注入した不純物イオンを電
気的に活性化するためのレーザ照射１４を行う。ここで
も図１Ｆでのレーザ溶融結晶化工程Ｓ７及びこの工程Ｓ
７において図６を参照して説明したように凹面レンズ６
を設置する。特に短波長のパルスレーザを用いれば下地
である基板１に損傷を与えることなく半導体薄膜を効率
良くアニールすることができる。例えば、ＸｅＦ（波長
３５１ｎｍ）、ＸｅＣｌ（３０８ｎｍ）、ＫｒＦ（２４
８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）のエキシマレーザを用
いることができる。レーザのエネルギー密度は、例えば
２００―３ＯＯｍＪ／ｃｍ²で照射した。しかし、通常
レーザ照射によって不純物の活性化を行うとレーザ照射
された半導体膜の表面温度は６００℃以上になり、ま
た、シリコン半導体薄膜の場合には表面が溶融すること
もあり１０００℃以上に急激に温度上昇する。このとき
半導体膜中に水素が含まれていると急激に水素が移動
し、場合によっては突沸するように膜外に飛び出すの
で、半導体の結晶性が損なわれてしまう。特に、半導体
の溶融温度を越えると、ソース部半導体膜５′Ｓとドレ
イン部半導体膜５′Ｄとに注入されたリンとかヒ素とか
ボロンといった不純物が真性領域５′Ｃへと拡散しやす
くなってしまいトランジスタとしての特性を悪くする。
ここでは、パルスレーザの強度を通常より低めに設定
し、そのかわりに図１Ａのように蓄熱層としての半導体
膜の成膜による効果で半導体膜の凝固速度を低下させ、
活性化時間を長くする。

【００３７】（１５）層間絶縁膜成膜工程Ｓ１５次に、図５Ｎで示すように層間絶縁膜１５を成膜する。
ここで、層間絶縁膜１５は段差の被覆性が良好な常圧Ｃ
ＶＤによるＳｉＯ₂膜またはＴＥＯＳガスを用いた常圧
ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ₂膜を膜厚３
００―５００ｎｍで成膜した。または、プラズマＣＶＤ
法により２００―２５０℃で窒化シリコン膜を形成して
もよい。

【００３８】（１６）コンタクトホール形成工程Ｓ１６次に、図５Ｏで示すように層間絶縁膜１５にコンタクト
ホール１６を形成してソース部半導体膜５′Ｓとドレイ
ン部半導体膜５′Ｄとを露出させる。

【００３９】（１７）ソース／ドレイン配線形成工程Ｓ
１７最後に、図５Ｐで示すようにソース部半導体膜５’Ｓと
ドレイン部半導体膜５′Ｄとに対する引き出し電極１７
をスパッタ法により成膜したのちパターニングして形成
する。

【００４０】以上の工程Ｓ１〜Ｓ１７によって薄膜トラ
ンジスタを作製する。

【００４１】このようにして蓄熱層としての半導体薄膜
３′を形成することによって工程Ｓ７でのレーザ溶融結
晶化及び工程Ｓ１４での不純物活性化に効果をもたらす
が、この膜は光照射によるトランジスタのリーク電流の
増加を防止し、遮光膜としても機能することができる。
図９に蓄熱層としての半導体膜３′が遮光膜として機能
して光を遮光し、薄膜トランジスタを保護する様子を示
している。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の製造方法に
よればパルスレーザによって半導体膜が溶融し、凝固し
たときの結晶粒径が大きくなり、結晶内欠陥、結晶粒界
等の結晶性が向上し、その結果、この製造方法により製
造されたトランジスタの特性を向上させることができ
る。また、パルスレーザによる不純物活性化においても
活性化温度を下げるかわりに１パルスにおける活性化時
間を長くし、半導体膜の結晶性を損なわずに活性化を効
率よく行わせることができる。さらにまた、従来方法で
はこのような半導体膜の結晶粒径を大きくするためにレ
ーザ照射を行うときにガラス基板を加熱させるようにし
ていたが、本発明方法ではそのような加熱がないから加
熱ための工程時間が不要となって製造コストを低減でき
る。さらにそのうえ、本発明では液晶ディスプレイ用ト
ランジスタの製造方法として応用される場合において
は、トランジスタ下の半導体薄膜がＭＯＳトランジスタ
のリーク電流を低減させるための遮光膜としての役割を
果たすという効果もあり、これによって製造工程の簡略
化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の製造方法における工程Ａ
ないしＥの説明に供する断面図。

【図２】本発明の半導体装置の製造方法における工程Ｆ
ないしＨの説明に供する断面図。

【図３】本発明の半導体装置の製造方法における工程Ｉ
ないしＫの説明に供する断面図。

【図４】本発明の半導体装置の製造方法における工程Ｌ
とＭの説明に供する断面図。

【図５】本発明の半導体装置の製造方法における工程Ｎ
ないしＰの説明に供する断面図。

【図６】工程Ｓ７の説明に供するもので（Ａ）は平面
図、（Ｂ）は（Ａ）のＡーＡ線に沿う断面図。

【図７】工程Ｓ７でレーザ照射の説明に供する平面図。

【図８】工程Ｓ７でレーザ照射の説明に供する平面図

【図９】蓄熱層としてのシリコン膜が遮光膜として機能
する様子を示すための断面図。

【符号の説明】

１絶縁性基板２層間絶縁膜３非晶質シリコン膜４層間絶縁膜５非晶質シリコン膜６凹面レンズ７パルスレーザ照射３’ 蓄熱層としての多結晶シリコン膜５’ 半導体膜としての多結晶シリコン膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板上に所定の形伏の蓄熱層を形
成する工程と、前記蓄熱層上に無機絶縁膜を形成する工
程と、前記無機絶縁膜上に薄膜トランジスタの活性層を
構成する半導体膜を形成する工程と、上方からパルスレ
ーザー光を前記半導体膜に照射する工程とを有し、前記
パルスレーザー光を前記半導体膜に照射する工程の際に
前記絶縁性基板の後方にパルスレーザー光を反射するレ
ーザー光反射手段を配置することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
【請求項２】前記レーザー光反射手段が凹面レンズで
あることを特徴とする請求項１項記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項３】前記レーザー光反射手段は金属、ガラス
あるいはプラスチックからなる基板に形成された凹面レ
ンズであり、該凹面レンズの表面が主として紫外光に対
して反射率が高い材料で形成されていることを特徴とす
る請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記凹面レンズの表面が鏡面研磨されて
いることを特徴とする請求項３項記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項５】前記蓄熱層はその上に無機絶縁膜を介し
て形成される前記半導体膜と同―形状か、あるいはそれ
より大きい面積で形成されることを特徴とする請求項１
項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】前記蓄熱層は半導体膜であることを特徴
とする請求項１項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記蓄熱層を構成する半導体膜がＳｉ、
ＧｅおよびＳｉＧｅから選ばれる少なくとも１つからな
ることを特徴とする請求項６項記載の半導体装置の製造
方法。