JPH10341024A - 薄膜状半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 異なった特性の薄膜トランジスタを同一基板
上に形成した半導体装置の提供。 【構成】 絶縁基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を
形成する工程において、アモルファス半導体被膜を形成
した後、異なる第１の条件のレーザー光を選択的に照射
した後に、第２の条件のレーザー光を基板全面にもしく
はその一部に照射することによって、薄膜トランジスタ
の結晶性を変化させることによって、１枚の基板上に異
なった特性の薄膜トランジスタを形成して薄膜状半導体
装置を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー光によっ
て絶縁基板上に絶縁ゲイト型半導体を歩留まりよく多数
形成した集積回路を有する半導体装置に関する。より具
体的には、レーザー光の照射によって、アクティブマト
リクス回路および周辺駆動回路の半導体素材を結晶化し
て歩留まりよく多数の絶縁型半導体を形成した集積回路
を備える半導体装置に関する。そして、本発明による半
導体装置は、液晶ディスプレー等のアクティブマトリク
スやイメージセンサー等の駆動回路、あるいはＳＯＩ集
積回路や従来の半導体集積回路（マイクロプロセッサー
やマイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、ある
いは半導体メモリー等）における薄膜トランジスタとし
て使用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、絶縁基板上に絶縁ゲイト型半導体
装置（ＭＯＳＦＥＴ）を形成する研究が盛んに成されて
いる。このように絶縁基板上に半導体集積回路を形成す
ることは回路の高速駆動の上で有利である。なぜなら、
従来の半導体集積回路の速度は主として配線と基板との
容量（浮遊容量）によって制限されていたのに対し、絶
縁基板上ではこのような浮遊容量が存在しないからであ
る。このように絶縁基板上に形成され、薄膜状の活性層
を有するＭＯＳＦＥＴを薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と
いう。従来の半導体集積回路においても、例えばＳＲＡ
Ｍの負荷トランジスタとしてＴＦＴが使用されている。

【０００３】また、最近になって、透明な基板上に半導
体集積回路を形成する必要のある製品が出現した。例え
ば、液晶ディスプレーやイメージセンサーというような
光デバイスの駆動回路である。ここにもＴＦＴが用いら
れている。これらの回路は大面積に形成することが要求
されるのでＴＦＴ作製プロセスの低温化が求められてい
る。また、例えば、絶縁基板上に多数の端子を有する装
置で、該端子を半導体集積回路に接続する必要がある場
合にも、実装密度を低減するために、半導体集積回路の
最初の方の段、あるいは半導体集積回路そのものを、同
じ絶縁基板上にモノリシックに形成することも考えられ
ている。

【０００４】従来、ＴＦＴは、アモルファスもしくはセ
ミアモルファス、あるいは微結晶の半導体被膜を４５０
℃〜１２００℃の温度でアニールすることによって、結
晶性を改善し、良質な（すなわち、移動度の十分に大き
な）半導体被膜に改善することがなされてきた。半導体
被膜にアモルファス材料を使用するアモルファスＴＦＴ
もあるが、移動度が５ｃｍ² ／Ｖｓ以下、通常は１ｃｍ
²／Ｖｓ程度と小さく、動作速度の点から、また、Ｐチ
ャネル型のＴＦＴが得られない点からその利用は大きく
制限されている。移動度が５ｃｍ²／Ｖｓ以上のＴＦＴ
を得るには、上記のような温度でのアニールが必要であ
った。また、このようなアニールによってＰチャネル型
ＴＦＴ（ＰＴＦＴ）を形成することができた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな熱的なプロセスでは、基板材料等が著しい制約を受
けた。すなわち、いわゆる高温プロセス（最高プロセス
温度が９００〜１２００℃のプロセス）では、ゲイト酸
化膜として質のよい熱酸化膜が使用できるのであるが、
基板は石英やサファイヤ、スピネルのような高価で大面
積化の困難な材料しか使用できなかった。

【０００６】これに対し、低温アニールプロセス（最高
プロセス温度が４５０〜６５０℃のプロセスで、アモル
ファス状もしくはそれと同等な結晶性の低い状態の半導
体をこの程度の温度でアニールすることを特徴とする）
では、高温プロセスよりも基板材料の選択の巾は広がる
が、得られるＴＦＴの特性（例えば、ＯＮ電流とＯＦＦ
電流の比率や移動度）に関しては必ずしも満足なものは
得られていない。例えば、ＴＦＴをアクティブマトリク
ス型液晶表示装置に利用する場合、このような低温アニ
ールプロセスによって得られるＴＦＴはアクティブマト
リクスのＴＦＴとしては十分な特性を示すものであった
が、周辺回路に使用するには移動度が満足できるもので
はなかった。例えば、液晶表示装置等のデバイスに高速
駆動（移動度が５ｃｍ²／Ｖｓ以上）を使用するメリッ
トは、このような周辺回路までも同じプロセスによって
作製することにあるのだが、このように要求される特性
に応じてＴＦＴを作り分けるという技術に関しては、こ
れまで特に考慮されることはなかった。

【０００７】本発明はこのような現状を顧みてなされた
ものであり、本発明者は、例えば１枚の基板上に高速・
高移動度のＴＦＴを作製する一方で、低ＯＦＦ電流のＴ
ＦＴも作製するというように、特性の異なったＴＦＴを
同一基板上に同一プロセスで作製するための最適な方法
を開発したものであり、本発明では、これによって製造
された、従来得られることのなかった優れた電気的特性
を有する半導体装置を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、従来のよう
な熱平衡的なプロセスに加えて、パルスレーザー光の照
射によって半導体被膜の結晶性の改善をおこなうことに
よって、得られるＴＦＴの特性を制御することを特徴と
するものである。例えば、低温アニールプロセスとパル
スレーザー照射を組み合わせることやパルスレーザー照
射の条件を変化させることによって上記の目的を達成す
る。

【０００９】例えば、パルスレーザーの照射によって得
られる結晶性シリコンを用いたＴＦＴは、極めて高速・
高移動度であるが、パルスレーザーの照射はバッチ処理
ができず、現状のレーザーにおいては、４００ｍｍ×３
００ｍｍ基板を１枚処理するのにおよそ１分を要する。
一方、低温アニールプロセスでは、バッチ処理が可能
で、例えば、シリコン膜中の酸素濃度が１０¹⁸ｃｍ²／
Ｖｓ以下であれば、５５０℃、１時間のアニールによっ
て、通常の表示に使用するようなアクティブマトリクス
として使用するには十分な特性のＴＦＴが得られ、さら
に、時間を短縮することも可能である。例えば、６０枚
の基板を同時に処理すれば、レーザー照射のプロセスと
同じだけのタクトが可能であり、ランニングコストを考
慮すれば、がぜん低温アニール処理プロセスが有利にな
る。

【００１０】しかしながら、低温アニールプロセスは、
先に述べたように周辺回路としてはあまり特性のよいも
のではない。したがって、それだけで周辺回路までも構
成することは不可能である。この場合には、レーザー照
射プロセスと低温アニールプロセスを組み合わせること
によって解決できる。すなわち、主として周辺回路部の
みをレーザー照射し、その他の領域を低温アニールによ
って結晶化させるのである。

【００１１】この場合には、アモルファス状の半導体
は、最初の結晶化工程によって、ほぼその特性が決定さ
れてしまうことに注意しなければならない。例えば、最
初に低温アニールをおこなって、結晶化させたシリコン
に、さらにレーザー照射をおこなっても格段に特性が向
上することはない。すなわち、高移動度のＴＦＴを得よ
うとしたら、最初にレーザー照射をおこなわなけれなな
らない。

【００１２】本発明の別な構成は、パルスレーザーの照
射の条件を変えることによって、得られるＴＦＴの特性
を制御するものである。一般に、レーザーのエネルギー
密度が大きいほど高移動度のＴＦＴが得られる。しかし
ながら、これは半導体材料やレーザーの波長に依存す
る。あまりエネルギー密度が高すぎると、かえってＴＦ
Ｔの特性を損なうこととなる。本発明人等の知見では、
レーザーとして、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４
８ｎｍ、パルス幅１０ｎｓｅｃ）を用いた場合には、シ
ョット数１〜５０回の範囲では２００〜３５０ｍＪ／ｃ
ｍ² のエネルギー密度が適当である。

【００１３】この場合にも、もし、レーザー照射が重な
ることがある場合には、その部分のＴＦＴの特性は、最
初に照射されたレーザーの条件によって支配されてしま
うことに注意しなければならない。すなわち、最初に低
移動度ＴＦＴの条件でレーザー照射をおこなった場合に
は、その後に高移動度の条件でレーザー照射をおこなっ
ても、高移動度ＴＦＴを作製することはほとんど不可能
である。

【００１４】本発明では、レーザーのビームは適当な形
状を有している。したがって、レーザーのビームによっ
て、マスクを用いずとも選択的なレーザー照射が可能で
ある。しかしながら、微細加工においては、僅かのレー
ザー光のもれも周囲に大きな影響を与えることがある。
したがって、適切なマスクを用いることも必要とされ
る。いうまでもなく、複雑に入り組んだ回路の中で特性
の異なるＴＦＴを作製する場合には、通常のフォトリソ
グラフィー工程によるパターニングは不可欠である。ま
た、より精度の要求がゆるやかな場合にはメタルマスク
のように、基板に密着しないで用いられるマスクを使用
してもよい。例えば、液晶表示装置のアクティブマトリ
クスと周辺回路というように、明らかにブロックが距離
を隔てて構成されている場合には、特別なマスクを用い
なくても良いが、マトリクスと周辺回路は１００μｍ以
上、好ましくは１ｍｍ以上離れていることが望ましい。

【００１５】本発明のプロセスは、絶縁基板上に半導体
被膜を形成する工程と、その上にレーザー光に対して透
明な絶縁被膜を形成する工程と、この積層膜に選択的に
パルスレーザー光を照射して、半導体被膜の結晶性を改
善する工程と、その後、低温アニールによってもしくは
先のレーザー照射とは異なる条件のレーザー光を基板の
全面もしくは一部に照射すること、前記半導体被膜の残
りの部分までも結晶化させる工程と、前記絶縁被膜を除
去して、半導体被膜の表面にゲイト絶縁膜を形成する工
程と、さらに、ゲイト電極を形成する工程を基本とす
る。その後、このゲイト電極を主たるマスクとして自己
整合的に不純物元素をイオン注入やイオンドーピング等
の方法で半導体被膜に導入し、さらにパルスレーザー光
を照射して、前記不純物元素の導入過程で破壊された半
導体被膜の結晶性を改善せしめ、この不純物領域に金属
配線を形成してＴＦＴを完成させる。また、不純物導入
工程は本発明人等の出願であるレーザードーピング（例
えば、特願平４−１００４７９）によって置き換えても
よい。本発明においては、ゲイト電極・配線の材料とし
てはアルミニウム等の低抵抗の金属材料が好ましい。ま
た、本発明で使用するパルスレーザーとしては、Ｋｒ
Ｆ、ＡｒＦ、ＸｅＣｌ、ＸｅＦ等のエキシマーレーザー
のような紫外光レーザーが望ましい。

【００１６】また、本発明においては、レーザー照射に
よって形成される結晶性のよい領域の深さを、本発明人
等の発明である特願平３−５０７９３に記述されるよう
に必要に応じて自由に設定・変更し、結果として活性層
を２層構造として、ソース／ドレイン間のリーク電流を
低減させるような構造としてもよい。

【００１７】

【実施例】

〔実施例１〕 図１に本実施例を示す。本実施例は、Ｔ
ＦＴ型液晶表示装置の周辺回路にレーザー結晶化シリコ
ンＴＦＴを、アクティブマトリクス領域に低温アニール
による結晶性ＴＦＴをそれぞれ使用したものである。こ
の場合には、両ＴＦＴの活性層を同一プロセスで作製で
きる。

【００１８】まず、コーニング７０５９基板１０１上
に、スパッタ法によって下地酸化膜１０２を厚さ２０〜
２００ｎｍ堆積した。さらに、その上にモノシランもし
くはジシランを原料とするプラズマＣＶＤ法もしくは減
圧ＣＶＤ法によって、アモルファスシリコン膜を厚さ５
０〜１５０ｎｍ堆積した。このときには、アモルファス
シリコン膜中の酸素濃度は１０¹⁸ｃｍ^-2以下、好ましく
は１０¹⁷ｃｍ^-2以下とすると、低温アニール工程の温度
を下げ、また、アニール時間を短縮することが可能であ
る。この目的には減圧ＣＶＤ法が適している。本実施例
では、酸素濃度は１０¹⁷ｃｍ^-2以下とした。なお。プラ
ズマＣＶＤによってアモルファスシリコン膜を堆積した
場合には、その後に脱水素化の工程が必要である。この
アモルファスシリコン膜の上に再びスパッタ法によって
保護の酸化珪素膜（厚さ１０〜５０ｎｍ）１０５を形成
した。その後、アクティブマトリクス領域１０３をフォ
トレジスト１０６等で覆い、周辺回路領域のみを露出さ
せた。

【００１９】そして、図１（Ａ）に示すようにＫｒＦエ
キシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓ
ｅｃ）を照射して、シリコン膜のうち、領域１０４の結
晶性を改善させた。レーザー装置の構成は、例えば特願
平４−１９３００５（平成４年６月２６日出願）に示さ
れる。レーザーのエネルギー密度は２００〜４００ｍＪ
／ｃｍ²、好ましくは２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ²とし
た。一方、フォトレジストに覆われていた部分１０３に
はレーザー光が到達しないので、アモルファスシリコン
のままであった。その後、フォトレジスト１０６を除去
して、基板を５５０℃の窒素雰囲気に１時間放置して、
アモルファスシリコン膜全体を結晶化させた。この結
果、領域１０３も結晶性シリコンとなった。

【００２０】以上の結晶化工程で得られたシリコン膜の
構造は全く異なったものであった。すなわち、レーザー
照射された領域１０４は、その後に低温アニールされた
にも関わらず、結晶は比較的大きかった。この結果、高
移動度が可能となった。一方、領域１０３は低温アニー
ルによって結晶化されたのであるが、比較的小さな結晶
からなっていた。以上の工程を逆にして、先に低温アニ
ールを行い、その後レーザー照射を行うと、領域１０４
は領域１０３と同じ小さな結晶から構成されることにな
る。

【００２１】その後、これらのＳｉ膜を島状にパターニ
ングし、例えば、図１（Ｂ）のように、周辺回路の島状
領域１０７とアクティブマトリクス領域の島状領域１０
８を形成した。さらに、これらの島状領域を覆って、ス
パッタ法によって酸化珪素膜を形成し、これをゲイト絶
縁膜１０９とした。その後、厚さ２００ｎｍ〜５μｍの
アルミニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成して、
これをパターニングし、各島状領域にゲイト電極を形成
した。

【００２２】さらに、基板を電解溶液に浸してゲイト電
極に電流を通じ、その周囲に陽極酸化物の層を形成し
た。なお、この際には、本発明人等の発明である特願平
４−３０２２０、同４−３８６３７および同４−５４３
２２に示される如く、周辺回路領域のＴＦＴの陽極酸化
膜を薄くして移動度を向上せしめ、また、アクティブマ
トリクス部のＴＦＴの陽極酸化膜を厚くしてゲイトリー
クを防止するという構成を取ることが望ましいが、本実
施例では、いずれも陽極酸化膜の厚さは２００〜２５０
ｎｍとした。以上の工程によって各ＴＦＴのゲイト電極
部１１０〜１１２が作製された。

【００２３】その後、イオンドーピング法によって、各
ＴＦＴの島状シリコン膜中に、ゲイト電極部（すなわち
ゲイト電極とその周囲の陽極酸化膜）をマスクとして自
己整合的に不純物を注入した。この際には、最初に全面
にフォスフィン（ＰＨ₃ ）をドーピングガスとして燐を
注入し、その後、図の島状領域１０７の左側とアクティ
ブマトリクス領域をフォトレジストで覆って、ジボラン
（Ｂ₂ Ｈ₆ ）をドーピングガスとして、島状領域１０７
の右側だけに硼素を注入した。ドーズ量は、燐は２〜８
×１０¹⁵ｃｍ^-2、硼素は４〜１０×１０¹⁵ｃｍ^-2とし、
硼素のドーズ量が燐を上回るように設定した。

【００２４】その後、図１（Ｃ）に示すようにＫｒＦエ
キシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓ
ｅｃ）を照射して、上記不純物領域の導入によって、結
晶性の劣化した部分の結晶性を改善させた。レーザーの
エネルギー密度は２００〜４００ｍＪ／ｃｍ² 、好まし
くは２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ² とした。

【００２５】この結果、Ｎ型の領域１１３、１１５、お
よびＰ型の領域１１４が形成された。これらの領域のシ
ート抵抗は２００〜８００Ω／□であった。また、同時
に活性領域１１６〜１１８も形成されたが、このうち、
活性領域１１６と１１７はレーザー照射によって結晶化
され、また、活性領域１１８は低温アニールによって結
晶化させた。その後、全面に層間絶縁物１１９として、
スパッタ法によって酸化珪素膜を厚さ３００〜１０００
ｎｍ形成した。これは、プラズマＣＶＤ法による酸化珪
素膜であってもよい。特に、ＴＥＯＳを原料とするプラ
ズマＣＶＤ法ではステップカバレージの良好な酸化珪素
膜が得られる。

【００２６】その後、画素電極１２０として、スパッタ
法によってＩＴＯ膜を形成し、これをパターニングし
た。そして、ＴＦＴのソース／ドレイン（不純物領域）
にコンタクトホールを形成し、クロム配線１２１〜１２
４を形成した。図１（Ｄ）には左側のＮＴＦＴとＰＴＦ
Ｔでインバータ回路が形成されていることが示されてい
る。配線１２１〜１２４は、シート抵抗をさげるためク
ロムあるいは窒化チタンを下地とするアルミニウムとの
多層配線であってもよい。最後に、水素中で３５０℃で
２時間アニールして、シリコン膜のダングリングボンド
を減らした。以上の工程によって周辺回路とアクティブ
マトリクス回路を一体化して形成できた。

【００２７】〔実施例２〕 図２に本実施例を示す。本
実施例は、ＴＦＴ型液晶表示装置の周辺回路とアクティ
ブマトリクス双方にレーザー結晶化シリコンＴＦＴを使
用したものである。当然、両ＴＦＴの活性層を同一プロ
セスで作製できる。しかしながら、レーザー結晶化の条
件はそれぞれ異なる。

【００２８】まず、コーニング７０５９基板２０１上
に、スパッタ法によって下地酸化膜２０２を厚さ２０〜
２００ｎｍ堆積した。さらに、その上にモノシランもし
くはジシランを原料とするプラズマＣＶＤ法もしくは減
圧ＣＶＤ法によって、アモルファスシリコン膜を厚さ５
０〜１５０ｎｍ堆積した。なお。プラズマＣＶＤによっ
てアモルファスシリコン膜を堆積した場合には、その後
に脱水素化の工程が必要である。このアモルファスシリ
コン膜の上に再びスパッタ法によって保護の酸化珪素膜
（厚さ１０〜５０ｎｍ）２０５を形成した。その後、基
板を石英製のメタルマスク２０６で覆った。メタルマス
クは、アクティブマトリクス領域２０３の上部は金属被
膜２０７によって覆われており、周辺回路領域のみレー
ザー光が透過することができる。

【００２９】そして、図２（Ａ）に示すようにＫｒＦエ
キシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓ
ｅｃ）を照射して、シリコン膜のうち、領域２０４の結
晶性を改善させた。レーザーのエネルギー密度は３００
ｍＪ／ｃｍ² 、１０ショットとした。一方、メタルマス
ク２０６に覆われていた部分２０３にはレーザー光が到
達しないので、アモルファスシリコンのままであった。
その後、メタルマスク２０６を外し、図２（Ｂ）に示す
ように、基板全面にＫｒＦエキシマーレーザー（波長２
４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、領域２
０３を含む全てのシリコン膜の結晶性を改善させた。レ
ーザーのエネルギー密度は２５０ｍＪ／ｃｍ² 、１０シ
ョットとした。この結果、領域２０３も結晶性シリコン
２０８となった。

【００３０】以上の結晶化工程で得られたシリコン膜の
構造は全く異なったものであった。すなわち、最初にレ
ーザー照射された領域２０４は、その後に別の条件でレ
ーザー照射されたものの、結晶は比較的大きかった。こ
の結果、高移動度が可能となった。一方、領域２０３は
比較的小さな結晶からなっていた。以上の工程を逆にし
て、先に２５０ｍＪ／ｃｍ² のレーザー照射を行い、そ
の後３００ｍＪ／ｃｍ²のレーザー照射を行えば、領域
２０４は領域２０３と同じ小さな結晶から構成され高移
動度は達成できなかった。

【００３１】その後、これらのＳｉ膜を島状にパターニ
ングし、例えば、図２（Ｃ）のように、周辺回路の島状
領域２０９とアクティブマトリクス領域の島状領域２１
０を形成した。さらに、これらの島状領域を覆って、ス
パッタ法によって酸化珪素膜を形成し、これをゲイト絶
縁膜２１１とした。その後、厚さ２００ｎｍ〜５μｍの
アルミニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成して、
これをパターニングし、各島状領域にゲイト電極を形成
し、実施例１と同様に陽極酸化を施して、ゲイト電極部
２１２〜２１４を形成した。

【００３２】その後、イオンドーピング法によって、各
ＴＦＴの島状シリコン膜中に、ゲイト電極部（すなわち
ゲイト電極とその周囲の陽極酸化膜）をマスクとして自
己整合的に不純物を注入した。この際には、最初に全面
にフォスフィン（ＰＨ₃ ）をドーピングガスとして燐を
注入し、その後、図の島状領域２０９の左側とアクティ
ブマトリクス領域をフォトレジストで覆って、ジボラン
（Ｂ₂ Ｈ₆ ）をドーピングガスとして、島状領域２０９
の右側だけに硼素を注入した。ドーズ量は、燐は２〜８
×１０¹⁵ｃｍ^-2、硼素は４〜１０×１０¹⁵ｃｍ^-2とし、
硼素のドーズ量が燐を上回るように設定した。

【００３３】その後、図２（Ｄ）に示すようにＫｒＦエ
キシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓ
ｅｃ）を照射して、上記不純物領域の導入によって、結
晶性の劣化した部分の結晶性を改善させた。レーザーの
エネルギー密度は２００〜４００ｍＪ／ｃｍ² 、好まし
くは２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ² とした。

【００３４】この結果、Ｎ型の領域２１５、２１７、お
よびＰ型の領域２１６が形成された。これらの領域のシ
ート抵抗は２００〜８００Ω／□であった。また、同時
に活性領域２１８〜２２０も形成された。その後、全面
に層間絶縁物２２１として、スパッタ法によって酸化珪
素膜を厚さ３００〜１０００ｎｍ形成した。これは、プ
ラズマＣＶＤ法による酸化珪素膜であってもよい。特
に、ＴＥＯＳを原料とするプラズマＣＶＤ法ではステッ
プカバレージの良好な酸化珪素膜が得られる。

【００３５】その後、画素電極２２２として、スパッタ
法によってＩＴＯ膜を形成し、これをパターニングし
た。そして、ＴＦＴのソース／ドレイン（不純物領域）
にコンタクトホールを形成し、クロム配線２２３〜２２
６を形成した。図２（Ｅ）には左側のＮＴＦＴとＰＴＦ
Ｔでインバータ回路が形成されていることが示されてい
る。配線２２３〜２２６は、シート抵抗をさげるためク
ロムあるいは窒化チタンを下地とするアルミニウムとの
多層配線であってもよい。最後に、水素中で３５０℃で
２時間アニールして、シリコン膜のダングリングボンド
を減らした。以上の工程によって周辺回路とアクティブ
マトリクス回路を一体化して形成できた。

【００３６】〔実施例３〕 図３に本実施例を示す。本
実施例は、ＴＦＴ型液晶表示装置の周辺回路とアクティ
ブマトリクス双方にレーザー結晶化シリコンＴＦＴを使
用したものである。当然、両ＴＦＴの活性層を同一プロ
セスで作製できる。しかしながら、レーザー結晶化の条
件はそれぞれ異なる。

【００３７】まず、コーニング７０５９基板３０１上
に、スパッタ法によって下地酸化膜３０２を厚さ２０〜
２００ｎｍ堆積した。さらに、その上にモノシランもし
くはジシランを原料とするプラズマＣＶＤ法もしくは減
圧ＣＶＤ法によって、アモルファスシリコン膜を厚さ５
０〜１５０ｎｍ堆積した。なお。プラズマＣＶＤによっ
てアモルファスシリコン膜を堆積した場合には、その後
に脱水素化の工程が必要である。このアモルファスシリ
コン膜の上に再びスパッタ法によって保護の酸化珪素膜
（厚さ１０〜５０ｎｍ）３０５を形成した。そして、図
３（Ａ）に示すようにＫｒＦエキシマーレーザー（波長
２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を周辺回路領域３
０４のみに照射して、該領域の結晶性を改善させた。レ
ーザーのエネルギー密度は３００ｍＪ／ｃｍ² 、１０シ
ョットとした。一方、レーザーの照射されなかった部分
３０３はアモルファスシリコンのままであった。その
後、図３（Ｂ）に示すように、基板全面にＫｒＦエキシ
マーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅ
ｃ）を照射して、領域３０３を含む全てのシリコン膜の
結晶性を改善させた。レーザーのエネルギー密度は２５
０ｍＪ／ｃｍ² 、１０ショットとした。この結果、領域
３０３も結晶性シリコン３０６となった。

【００３８】以上の結晶化工程で得られたシリコン膜の
構造は全く異なったものであった。すなわち、最初にレ
ーザー照射された領域３０４は、その後に別の条件でレ
ーザー照射されたものの、結晶は比較的大きかった。こ
の結果、高移動度が可能となった。一方、領域３０３は
比較的小さな結晶からなっていた。もし、以上の工程を
逆にして、先に２５０ｍＪ／ｃｍ² のレーザー照射をお
こない、その後、３００ｍＪ／ｃｍ² のレーザー照射を
おこなえば、領域３０４は領域３０３と同じ小さな結晶
から構成され、高移動度は達成できなかった。

【００３９】その後、これらのＳｉ膜を島状にパターニ
ングし、例えば、図３（Ｃ）のように、周辺回路の島状
領域３０７とアクティブマトリクス領域の島状領域３０
８を形成した。さらに、これらの島状領域を覆って、ス
パッタ法によって酸化珪素膜を形成し、これをゲイト絶
縁膜３０９とした。その後、厚さ２００ｎｍ〜５μｍの
アルミニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成して、
これをパターニングし、各島状領域にゲイト電極を形成
し、実施例１と同様に陽極酸化を施して、ゲイト電極部
３１０〜３１２を形成した。

【００４０】その後、イオンドーピング法によって、各
ＴＦＴの島状シリコン膜中に、ゲイト電極部（すなわち
ゲイト電極とその周囲の陽極酸化膜）をマスクとして自
己整合的に不純物を注入した。この際には、最初に全面
にフォスフィン（ＰＨ₃ ）をドーピングガスとして燐を
注入し、その後、図の島状領域３０７の左側とアクティ
ブマトリクス領域をフォトレジストで覆って、ジボラン
（Ｂ₂ Ｈ₆ ）をドーピングガスとして、島状領域３０７
の右側だけに硼素を注入した。ドーズ量は、燐は２〜８
×１０¹⁵ｃｍ^-2、硼素は４〜１０×１０¹⁵ｃｍ^-2とし、
硼素のドーズ量が燐を上回るように設定した。

【００４１】その後、図３（Ｄ）に示すようにＫｒＦエ
キシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓ
ｅｃ）を照射して、上記不純物領域の導入によって、結
晶性の劣化した部分の結晶性を改善させた。レーザーの
エネルギー密度は２００〜４００ｍＪ／ｃｍ² 、好まし
くは２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ² とした。

【００４２】この結果、Ｎ型の領域３１３、３１５、お
よびＰ型の領域３１４が形成された。これらの領域のシ
ート抵抗は２００〜８００Ω／□であった。また、同時
に活性領域３１６〜３１８も形成された。その後、全面
に層間絶縁物３１９として、スパッタ法によって酸化珪
素膜を厚さ３００〜１０００ｎｍ形成した。これは、プ
ラズマＣＶＤ法による酸化珪素膜であってもよい。特
に、ＴＥＯＳを原料とするプラズマＣＶＤ法ではステッ
プカバレージの良好な酸化珪素膜が得られる。

【００４３】その後、画素電極３２０として、スパッタ
法によってＩＴＯ膜を形成し、これをパターニングし
た。そして、ＴＦＴのソース／ドレイン（不純物領域）
にコンタクトホールを形成し、クロム配線３２１〜３２
４を形成した。図３（Ｅ）には左側のＮＴＦＴとＰＴＦ
Ｔでインバータ回路が形成されていることが示されてい
る。配線３２１〜３２４は、シート抵抗をさげるためク
ロムあるいは窒化チタンを下地とするアルミニウムとの
多層配線であってもよい。最後に、大気圧の水素中で３
００℃で２時間アニールして、シリコン膜のダングリン
グボンドを減らした。以上の工程によって周辺回路とア
クティブマトリクス回路を一体化して形成できた。

【００４４】〔実施例４〕 図４に本実施例を示す。本
実施例は、ＴＦＴ型液晶表示装置の周辺回路とアクティ
ブマトリクス双方にレーザー結晶化シリコンＴＦＴを使
用したものである。当然、両ＴＦＴの活性層を同一プロ
セスで作製できる。しかしながら、レーザー結晶化の条
件はそれぞれ異なる。

【００４５】まず、コーニング７０５９基板４０１上
に、スパッタ法によって下地酸化膜４０２を厚さ２０〜
２００ｎｍ堆積した。さらに、その上にモノシランもし
くはジシランを原料とするプラズマＣＶＤ法もしくは減
圧ＣＶＤ法によって、アモルファスシリコン膜を厚さ５
０〜１５０ｎｍ堆積した。なお。プラズマＣＶＤによっ
てアモルファスシリコン膜を堆積した場合には、その後
に脱水素化の工程が必要である。このアモルファスシリ
コン膜の上に再びスパッタ法によって保護の酸化珪素膜
（厚さ１０〜５０ｎｍ）４０５を形成した。その後、基
板を石英製のメタルマスク４０６で覆った。メタルマス
クは、アクティブマトリクス領域４０３の上部は金属被
膜４０７によって覆われており、周辺回路領域のみレー
ザー光が透過することができる。

【００４６】そして、図４（Ａ）に示すようにＫｒＦエ
キシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓ
ｅｃ）を照射して、シリコン膜のうち、領域４０４の結
晶性を改善させた。レーザーのエネルギー密度は３００
ｍＪ／ｃｍ² 、１０ショットとした。一方、メタルマス
ク４０６に覆われていた部分４０３にはレーザー光が到
達しないので、アモルファスシリコンのままであった。
その後、メタルマスク４０６を外し、新たに別のメタル
マスク４０８を基板上に置いた。メタルマスク４０８は
周辺回路領域４０４の部分のみ金属被膜４０９で覆われ
ている。そして、図４（Ｂ）に示すように、基板全面に
ＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅
２０ｎｓｅｃ）を照射して、領域４０３の結晶性を改善
させた。レーザーのエネルギー密度は２５０ｍＪ／ｃｍ
² 、１０ショットとした。

【００４７】以上の結晶化工程で得られたシリコン膜の
構造は全く異なったものであった。すなわち、最初にレ
ーザー照射された領域４０４は結晶は比較的大きかっ
た。この結果、高移動度が可能となった。一方、領域４
０３は比較的小さな結晶からなっていた。本実施例では
上記の工程を逆にしても構わない。

【００４８】その後、これらのＳｉ膜を島状にパターニ
ングし、例えば、図４（Ｃ）のように、周辺回路の島状
領域４１０とアクティブマトリクス領域の島状領域４１
１を形成した。さらに、これらの島状領域を覆って、ス
パッタ法によって酸化珪素膜を形成し、これをゲイト絶
縁膜４１２とした。その後、厚さ２００ｎｍ〜５μｍの
アルミニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成して、
これをパターニングし、各島状領域にゲイト電極を形成
し、実施例１と同様に陽極酸化を施して、ゲイト電極部
４１３〜４１５を形成した。

【００４９】その後、イオンドーピング法によって、各
ＴＦＴの島状シリコン膜中に、ゲイト電極部（すなわち
ゲイト電極とその周囲の陽極酸化膜）をマスクとして自
己整合的に不純物を注入した。この際には、最初に全面
にフォスフィン（ＰＨ₃ ）をドーピングガスとして燐を
注入し、その後、図の島状領域４１０の左側とアクティ
ブマトリクス領域をフォトレジストで覆って、ジボラン
（Ｂ₂ Ｈ₆ ）をドーピングガスとして、島状領域４１０
の右側だけに硼素を注入した。ドーズ量は、燐は２〜８
×１０¹⁵ｃｍ^-2、硼素は４〜１０×１０¹⁵ｃｍ^-2とし、
硼素のドーズ量が燐を上回るように設定した。

【００５０】その後、図４（Ｄ）に示すようにＫｒＦエ
キシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓ
ｅｃ）を照射して、上記不純物領域の導入によって、結
晶性の劣化した部分の結晶性を改善させた。レーザーの
エネルギー密度は２００〜４００ｍＪ／ｃｍ² 、好まし
くは２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ² とした。

【００５１】この結果、Ｎ型の領域４１６、４１８、お
よびＰ型の領域４１７が形成された。これらの領域のシ
ート抵抗は２００〜８００Ω／□であった。また、同時
に活性領域４１９〜４２１も形成された。その後、全面
に層間絶縁物４２２として、スパッタ法によって酸化珪
素膜を厚さ３００〜１０００ｎｍ形成した。これは、プ
ラズマＣＶＤ法による酸化珪素膜であってもよい。特
に、ＴＥＯＳを原料とするプラズマＣＶＤ法ではステッ
プカバレージの良好な酸化珪素膜が得られる。

【００５２】その後、画素電極４２３として、スパッタ
法によってＩＴＯ膜を形成し、これをパターニングし
た。そして、ＴＦＴのソース／ドレイン（不純物領域）
にコンタクトホールを形成し、クロム配線４２４〜４２
７を形成した。図４（Ｅ）には左側のＮＴＦＴとＰＴＦ
Ｔでインバータ回路が形成されていることが示されてい
る。配線４２４〜４２７は、シート抵抗をさげるためク
ロムあるいは窒化チタンを下地とするアルミニウムとの
多層配線であってもよい。最後に、水素中で３５０℃で
２時間アニールして、シリコン膜のダングリングボンド
を減らした。以上の工程によって周辺回路とアクティブ
マトリクス回路を一体化して形成できた。

【００５３】本実施例では、マスクを２種類使用した
が、必要によっては３種類以上のマスクを使用してもよ
く、また、実施例１や実施例２を併用しても、より一層
の効果を得ることができる。

【００５４】

【発明の効果】本発明によって、低温で極めて歩留りよ
くＴＦＴを作製することが出来た。そして、実施例にお
いて示したように本発明を利用して１枚の基板上に様々
なＴＦＴを形成することができた。これはＴＦＴが必要
とする特性をレーザー照射による結晶化によって自由に
設定できるからである。このため、例えば、アクティブ
マトリクス型液晶表示装置の作製においても、マトリク
ス領域のＴＦＴと周辺回路領域のＴＦＴの特性を最適な
ものとすることができ、その結果、本発明の半導体装置
では、従来の方法では得られることのない優れた電気的
特性を有するものを得ることができた。しかも、それは
実質的に同一プロセスによって製造することができたの
である。従来であれば、例えば周辺回路はＩＣのＴＡＢ
接続等の方法によって作製せねばならず、そのためにコ
スト上昇が生じていたが、本発明ではそのような問題は
ほぼ解決された。実施例では示さなかったが、本発明を
単結晶結晶ＩＣやその他のＩＣの上にさらに半導体回路
を積み重ねるといういわゆる立体ＩＣを形成することに
用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＴＦＴの作製方法を示す。

【図２】本発明によるＴＦＴの作製方法を示す。

【図３】本発明によるＴＦＴの作製方法を示す。

【図４】本発明によるＴＦＴの作製方法を示す。

【符号の説明】

１０１ 絶縁基板 １０２ 下地酸化膜 １０３ 半導体領域（マトリクス領域） １０４ 半導体領域（周辺回路領域） １０５ 保護絶縁膜 １０６ マスク（フォレジスト） １０７ 島状半導体領域（周辺回路用） １０８ 島状半導体領域（マトリクス用） １０９ ゲイト絶縁膜 １１０ ゲイト電極（ＮＴＦＴ用） １１１ ゲイト電極（ＰＴＦＴ用） １１２ ゲイト電極（アクティブマトリクスＴ
ＦＴ用） １１３、１１５ Ｎ型不純物領域 １１４ Ｐ型不純物領域 １１６〜１１８ 活性領域 １１９ 層間絶縁物 １２０ 画素電極（ＩＴＯ） １２１〜１２４ 金属配線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基板上に形成され、アルミニウムを主
   成分とする金属材料をゲイト電極として有する複数の薄
   膜トランジスタを持つアクティブマトリクス回路及び周
   辺駆動回路を備える薄膜状半導体装置において、 前記アクティブマトリクス回路中の薄膜トランジスタの
   活性領域はエネルギー密度の低いレーザー光の照射によ
   って結晶化された半導体からなり、 前記周辺駆動回路中の薄膜トランジスタの活性領域は、
   前記アクティブマトリクス回路中の半導体を結晶化させ
   る際に使用したレーザー光より高いエネルギー密度を有
   するレーザー光によって結晶化された半導体からなるこ
   とを特徴とする薄膜状半導体装置。