JPS60245124A - 半導体装置の製法 - Google Patents

半導体装置の製法

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JPS60245124A JP10018084A JP10018084A JPS60245124A JP S60245124 A JPS60245124 A JP S60245124A JP 10018084 A JP10018084 A JP 10018084A JP 10018084 A JP10018084 A JP 10018084A JP S60245124 A JPS60245124 A JP S60245124A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、薄鉄トランジスタ(T P T)等の半導体
装置の製法に関する。
背景技術とその問題点 例えば透過型液晶ディスプレイにおいては、各絵素をオ
ン、オフするためのスイッチング素子として薄膜トラン
ジスタが用いらている。この場合、薄膜トランジスタは
、透明ガラス基板上に多数配列して形成される。第1図
は従来のガラス基板上に薄膜トランジスタを形成する製
法例である。これは先づ第1図Aに不ずようにガラス基
板(11上にアルミニウム又は酸化インジウム錫(以下
ITOと略す)等によるゲート電極(2)を形成して後
、5lOJll!T”l、水素化アモルファスシリコン
(以下a−3i;Hと略す) 1191(41及びオー
ミックコンタクト用のn形a−5i: H(n” −a
−5t: H) 1ii(51を連続してプラズマCV
D法で全1#11に堆積する。次でa −Si : H
III(41及びn” −a −5i: HID+61
をバターニングして薄験トランジスタを作るために必要
な部分を島領域化する。次に第1図Bに示すようにソー
ス及びドレイン部上にAI/MoZ層験構造、モリブデ
ン、チタン又はニクロム等によるソース電極(6)及び
ドレイン電極(7)を形成する。次に第1図Cに示すよ
うにソース電極(6)及びドレイン電極(7)間に臨む
n” −a−5i; H1lj+51をプラズマエツチ
ング法等により除去し、ソース及びトレイン間のリーク
電流をなくす。然る後、第1図りにネオようにパッシベ
ーション用及び液晶配向用の5i02層(8)を全面に
形成し、さらにチャンネル部に対応する部分を覆うよう
に遮光層(9)を形成して薄膜トランジスタを形成する
この製法では、フォトリソグラフィーに使用するマスク
として、ゲート電極(2)のパターン形成用、a−3i
+H膜(4)の島領域形成用、ソース及びドレイン電極
(6)及び(7)のパターン形成用、更に遮光1舗(9
)のパターン形成用の4枚のマスクが最低必要となる。
又、a −Si’: H(41の欣IYは約0,5μm
程度ないとn+−a −3t: H欣f51をエツチン
グ除去する場合に充分な厚みを残ゼないこと、n ”−
a −8i:H膜(5)のエツチング除去でのむらやa
 −5i:HH* taの堆積のむらが加わり広い面積
に且っC一様な特性の多数の薄膜トランジスタが得にく
い等の欠点があった。a −Si ; H1ljXj(
41が厚いとソース。
トルイン電極(6)、(7)の厚みが1μm程度ないと
段切れが生じ易い。
そしてこの様な厚いa −St ; H映f41ではa
 −3i二FIの光伝導度が大きいために、光を遮蔽す
るための遮光r= (91が必要となり製造工程を−1
−複雑にしζいる。a−8r:H膜(4ンは水素化され
ζいるため、膜内に欠陥が少く、通電オン/オフ比10
′−が得られ、闇値電圧V Lh= 5 V程度のもの
が得られる。しかし非晶11゛であるために有効移動度
は0.1〜Q、 5 c+N / V・Sと小さく、早
いスイソナング特性が得られない。
発明の目的 本発明は、上述の点に鑑み、製造を容易にし、且つ性能
の向上が図れる薄膜トランジスタ等の半導体装置の製法
を提供するものである。
発明の概要 本発明は、短波長パルスレーザ光を照射して非晶質又は
多結晶の半導体薄膜を熱処理する工程を有した半導体装
置の製法である。
この発明の製法では、基体全体を高温にすることなく低
温(室温)に゛ζ半導体薄躾の結晶化、不純物の活性化
等が行え性能の向上が図れる。また製造が容易となる。
実施例 本発明では、結晶化しようとする半導体薄膜に短波長パ
ルスレーザを照射したとき、そのレーザ光が半導体薄膜
の極表面のみで吸収され、その後熱伝導によって薄膜の
内部が溶けて再結晶化し、或はアニールされて結晶粒が
大きくなることを利用して例えば薄膜トランジスタ等の
半導体装置を製造するものである。
例えは半導体薄膜としてa−3i:H映を用いごれに波
1= 308nmのXeClエキシマ−レーザ光を照射
した場合、この波長に対する吸収係数は10″′cm−
’に達するので、極表面(100人程度)で吸収され熱
に変換される。この熱は直らに熱伝導によっ′ζ薄膜内
部に伝わる。この様に膜の表面又は内部が瞬間的に西温
になるためにa−3i;H膜は水素を出さずに結晶化さ
れその特性は著しく変化する。
例えば股の移り」度が著しく増大し、また光伝導度が低
減する。またイオン注入された映はその不純物が活性化
される。
この様な短波長の商エネルギーパルスレーデ光を照射す
るときは、a−5i:H膜中の水素は放出されず、結晶
化した後も結晶粒界のダングリングボンドをなくす働き
を行う。
本発明が用いる短波長パルスレーザ光としては、そのレ
ーザ波長がioo〜400nm 、実用範囲は150〜
.’(50nm 、パルス幅が100nsec以−トで
好ましくは10〜5Qnsec就中20nsecである
。またパルスのピーク強度は106W/ant以上〜1
0″W/cd以1・とじ、フルーエンス(1回のパルス
のエネルギー)はIJ/−以下、好ましくは50m J
 / ca以上〜5(10m 、J / ctA D 
’−F、ヨリ好マシクは200〜500 m J / 
cJとする。このような短波長パルスレーザ光を用いれ
ば局部的な加熱かり能となる。
次に、回向を参照して本発明の詳細な説明する。なh、
各側は第1図と同様の薄膜トランジスタの製造に適用し
た場合である。
第2図は本発明の一実施例である。本例においては先づ
第2図Aに示すようにガラス基板(11上にアルミニウ
ム又はITO等にょるゲーI−電極(2)を形成して後
、St口2 M* ta+、a−3t:H膜(4)及び
n+−a−53:H膜151を順次プラズマCVD法で
全面に堆積する。次でasi:I(膜(4)及びn” 
−a −5i i H1i(51をバターニングして薄
膜1−ランジスタを作る部分を島領域化する。
次に、第2図Bにボずように、例えばモリブデン、チタ
ン又はニクロム等によるソース電極(6)及びドレイン
電極(7)を形成し、両電極(6)及びく7)をマスク
にチャンネル部に対応する部分上のn” −a−5i;
H映(5)をプラスマエソナング法等によっ′(選択除
去する(第2図C)。ここまでの工程は第1図A−Cの
T稈と同じである。
次に、第2図りにボずように、全面に5i02膜(8)
を被着形成した後、表面側から短波長パルスレーザ光即
ちtJV(紫外線)パルスレーザ光θ0)を照射しCa
 −Si : H欣f41のチャンネル部(4C)を多
結晶化又は単結晶化し、目的のI膜トランジスタを得る
この製法ではチャンネル部(4C)のa−5t;I(膜
を水素を出さずに結晶化できることにより、薄膜トラン
ジスタの移動度を大きくすることができる。又、a−3
t : HII!の結晶化により光伝導度がなくなり、
光が当ってもリーク電流が生じない。
従っ“ζ従来のチャンネル部上を覆う遮光)il 19
1及びその為のマスク工程が省略できる。LJ Vパル
スレーザ光(101は5102膜(8)を透過し、電極
T61 telで反射するため温度は一トらず、電極+
61 fi+を損うことなくチャンネル部を処理できる
。因みにアルゴンレーザ、YAGレーザのように長波長
レーザではa−5i:H膜全体の温度が上がり、S +
02映(8)、電極(61、(71等が損傷を受ける。
このように電極+61 +71をマスクにして(所謂セ
ルフアライメントにより)レーザ照射を行い局部的な結
晶化を行うことにより、a −5j : H1lltj
f41の堆積、電極+6) (71の形成の後でも非常
に高い温度にすることなく室温にての結晶化が可能であ
る。依って薄膜トランジスタの構造及び製造工程を簡単
化できる。
第3図はプレーナー型の薄膜トランジスタ製法に適用し
た他の実施例である。
これは、第3図へに示すようにガラス基板(l)十にa
−5i+H膜(4)及び5i02膜(3)を順次被着形
成し、パターンニングして島領域化する。次でチャンネ
ル部(4C)に対応するSt口2膜(3)上に例えばチ
タン、モリブデン又はニクロム等よりなるゲート電極(
2)を形成し、このゲート電極(2)をマスクにしてa
−3i+H股(4)のソース部(4S)及びドレイン部
(4D)にリン又はボロン等の所要の不純物をイオン注
入する。
次に、第3図Bに不ずようにソース及びドレイン部(4
S)及び(4D)に一部接続する如く例えはモリブデン
、チタン、ニクロム又はITO等によるソース電極(6
1及びドレイン電極(7)を被着形成し、さらに5iO
Jlt!+8)を被着形成する。その後、ガラス基板+
11側よりUVパルスレーザ光001を照射する。
これによってソース及びトレイン部(4S)及び(4D
)は活性化し、チャンネル部(4C)は結晶化する。
この場合、ガラス基板+11に石英ガラス、パイレック
スガラスを用いれば例えば波長308nmのレーザ光は
透過するのでa −53; H1m+41とガラス基板
+11の界面で光は熱に変わり、a−3l;H膜(4)
は熱処理される。斯くして目的の薄膜トランジスタを得
る。
この実施例ではソース、ドレイン部(4S)。
(4D)のa−5t:H賎も水素を出さずに結晶化され
るのでオーミックコンタクトを完全にし、かつ不純物の
活性化も充分行なわれ、チャンネル部との界面特性を向
上させることができる。又、a−St : H[!I!
(41を充分薄くでき、例えは腺;リ 100人〜10
00人の範囲が可能であるため、a−5i:H膜の結晶
化に加えて鉄属が薄いことにより、更に光伝導度をなく
すことができリーク電流の発生をなくすことができる。
更にa −St : Hll*(41が薄くできるので
、ソース、ドレイン電流の段切れが生じない。
第4図はスタガード型の薄膜トランジスタの製法に適用
した他の実施例である。
これは、第4図Aに示すようにガラス基板(11上に例
えばモリブデン、チタン、ニクロム又はITOによるソ
ース電極(6)及びドレイン電極(7)を形成して後、
a −St : H1lIi41、St口2膜(3)を
形成する。さらに例えばアルミニウム又はITOによる
ゲート電極(2)を形成し、Ml域化した表面全体に5
tO2膜(8)を被着形成する。そしてソース及びドレ
イン部(4S)及び(4D)に対応するa−3i;H膜
にリン又はボロン等の所要の不純物をイオン注入する。
次に、第4図Bに示すように表面とガラス基板(11例
の2方向からUVパルスレーザ光Qlを照射し、0 チャンネル部(4C)を結晶化させ、またソース及びト
レイン部(4S)及び(4D)を結晶化と共に不純物の
活性化を行う。この場合、ソース及びトレイン部(4S
)及び(4D)とチャンネル部(4C)のレーザ光の照
射条件を変えて、それぞれの適性条件を選ぶ。
この実施例ではチャンネル部(4C)とソース、ドレイ
ン部(45) 、(40)に対するレーザ光の照射条件
を夫々最適条件に選び得るのでより特性の向上が図れる
。又、a −St : HM*(4)の膜厚も充分薄く
できる。
第5図及び第6図はイオン注入工程を省略した史に他の
実施例である。第5図は逆スタガード型薄腺トランジス
タ、第6図はプレーナ型薄膜トランジスタに適用した場
合で、共に不純物1−プのないa −Si : HII
(41に対してオーミック特性のよい金属例えばニクロ
ムをソース電極(6)及びドレイン電極(7)に用い、
表裏2方向よりUVパルスレーザ光0[11を照射して
チャンネル部分(4C)及びソース部(4S) 、11
47部(4D)の結晶化を行う。
1 この場合、UVパルスレーザ光00)ヲソース、l’L
zイン部(4S) 、(4D)に照射するとき電極界面
が充分オーミックになるようにUV照射条件(強さ、時
間)を選ぶ。また場合によっては、例えばn+形に対し
′ζリン(P)、ヒ素(^s)、アンチモン(sb)等
の5(ili元素を、P+形に対してアルミニウム(A
I) 、ガリウム(Ga)等の3価冗素を含むソース、
ドレイン電極+61,171を用いるのも良い。
ソース、ドレイン電極(61、fi+としてはニクロム
の他ITO、モリブデン又はチタン等を用いることがで
きる。この製法では特に不純物のイオン注入工程が省略
されるので、製造工程がより簡単化される。第5図の構
成は、第2図の実施例においてn” −a−5i: H
膜(51を省略したものであり、従って、第2図に比し
てa −Si ; H1%[41を充分薄くでき、例え
ば200人程度とすることができ、その分光伝導度が減
り特性がより向上する。
尚、第2図〜第8図の実施例を液晶ディスプレイ等に応
用する場合には全体を5iQ2等の配向用絶縁1−を被
着する必要がある。この層を300℃程度2 のAI温で作る場合はソース、ドレイン電極は^Iを用
いることができないが、蒸着等の低温プロセスを川む)
ればブラスーンによるSi口2、a−5i:Hのill
ll外はずべ゛(低温(室温)プロセスで^性能の薄膜
1−ランジスタアレイを作ることが可能eある。
1〕述の実施例によれば、基体全体を市温にすることな
く、所謂室温でチャンネル部のa−5i;)(膜を水素
を出さずに結晶化できることにより、薄膜l・ランジス
タの移動度を大きくすることができ、早いスイッチング
特性が得られる。
又、a −st : ol挨を結晶化“4ることにより
、又充分薄くできるごとにより、光転導度を小さく光が
照射され°(もリーク電流が流れないようになる。
このため遮光層が省略される。又、篩エネルギー、短時
間の短波長パルスレーデ光を用いるごとにより、室温で
a −5i : H峻の結晶化ができ、従って電極形成
、パッシベーション膜の形成後に結晶化工程を行うこと
が可能となる。従って、薄膜トランジスタの構成及び製
造工程が簡単になり、また生産の歩留りも向」−するも
のである。又、薄膜ト3 ランジスダrレイの製造に通用した場合には、各トラン
ジスタ共に均一な特性が得られる。
尚、上側では薄膜トランジスタ(TPT)の製造に通用
したが、その他の半導体薄膜を用いた半導体装置の製造
にも通用できる。
発明の効果 本発明によれば、短波長パルスレーザ光を用いることに
より、非晶質又は多結晶の半導体薄膜を局部的に結晶化
でき、又不純物の活性化もでき、例えば移動度の大きい
薄膜に変えることができる。
しかも、この結晶化、活性化は基体全体を^温にするこ
となく、所謂室温で行えるので、電極形成、パッシベー
ション膜の形成後に結晶化、活性化工程を行うことがで
きる。従って、例えば薄膜トランジスタに通用した場合
、その性能を向上し、かつ製造を容易にするものである
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の薄膜トランジスタの製法の一例を示す工
程図、第2図は本発明による薄膜トランジスタの製法の
一実施例を示す工程図、第3図乃4 令弟6図は夫々本発明による薄映トランジスタの製法の
他の実施例をボず断面図である。 +11 ハカラ、2. M根、+2)ハケ−+−mm、
+31 ハS 1o2N’i’ 。 (4)はa −st : H腺、(5)はn” −a−
5i: HllL fatはソース電極、(7)はドレ
イン電極、(101は短波長パルスサーチ光である。 5 第1図 第3図 ! 11 卜、0 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 短波長パルスレーザ光を照射して半導体薄鉄を熱処理す
    ることを特徴とする半導体装置の製法。
JP59100180A 1984-05-18 1984-05-18 半導体装置の製法 Expired - Lifetime JPH07118443B2 (ja)

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