JPS6235571A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS6235571A
JPS6235571A JP17486285A JP17486285A JPS6235571A JP S6235571 A JPS6235571 A JP S6235571A JP 17486285 A JP17486285 A JP 17486285A JP 17486285 A JP17486285 A JP 17486285A JP S6235571 A JPS6235571 A JP S6235571A
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Mitsunobu Sekiya
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
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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〕 本発明は半導体装置の製造方法に関するものであって、
多結晶5iTFTの製造に適用して最適なものである。
〔発明の概要〕
本発明は、半導体装置の製造方法において、半導体層上
に電極を形成し、次いでこの電極に吸収されやすい光を
照射することにより半導体層を結晶化させるようにする
ことによって、特性の優れた半導体装置を低温で製造す
ることができるようにしたものである。
〔従来の技術〕
ガラス基板等の低融点基板上に例えばアモルファスSi
膜を形成し、これを結晶化させることにより多結晶5i
TPTを作製する場合には、基板全体を高温に加熱する
ことができないため、低温での結晶化、不純物の活性化
等のプロセスが必要である。
この場合、Siによ(吸収される波長域のパルスレーザ
−光の照射を行うと、低温でかつ短時間にSiの結晶化
や不純物の活性化等を行うことができるので、低温プロ
セスを実現することができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、レーザー光をSi膜に直接照射する場合
には、レーザー光により誘起される欠陥が生じてしまい
、またa−5i:H(水素化アモルファスS i )の
ように蒸発しやすい原子(■()を含む膜を結晶化させ
る場合には加熱時に原子が膜外に放出されてしまうため
欠陥が多く生じてしまうという問題がある。従って、レ
ーザー光照射による結晶化によって特性の優れた多結晶
5iTFTを製造することは難しい。
本発明は、従来技術が有する上述のような欠点を是正し
た半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明に係る半導体装置の製造方法は、絶縁性基板(例
えばガラス基板1)上に形成された半導体層(例えばa
 −St : H膜2)上に絶縁層(例えばSiJ、膜
3及びSiO□膜4)を介して電極(例えばMoから成
るゲート電極6)を形成し、次いで上記電極に吸収され
やすい光(例えばXeClエキシマ−レーザーによるレ
ーザー光7)を照射することにより上記半導体層を結晶
化させるようにしている。
〔作用〕
このようにすることによって、光照射により電極が加熱
され、この電極で生じた熱により半導体層を間接的に加
熱して結晶化させることができる。
〔実施例〕 以下本発明を多結晶Si T F Tの製造に適用した
一実施例につき図面を参照しながら説明する。
第1A図に示すように、まずテンパックスガラス(商標
)等のガラス基板1上にプラズマCVD法により例えば
膜厚1300人のa−5i:I(膜2を形成し、次いで
このa −Si : H膜2上に例えば膜厚200人の
Si3N、膜3及び膜厚1500人の5iOz膜4を順
次形成した後、このSiO□膜4上に後述のレーザー光
7を完全に吸収するのに十分な膜厚、例えば膜厚600
0人のMo膜5をスパッタ法により形成する。なお上記
5iJ4膜3及びSiO□膜4によりゲート絶縁膜が構
成される。
次にこのMo膜5を所定形状にパターンニングして第1
B図に示すようにゲート電極6を形成した後、このゲー
ト電極6をマスクとして例えばエネルギー130keV
、  ドーズ12 X 10M5cm ””の条件でP
′をイオン注入することによりa −Si:H膜2中に
Pをドープする。次に例えばXeC1エキシマ−レーザ
ーによるレーザー光(波長308n+*、パルス幅 3
5ns)7を例えばレーザーエネルギー131…J/c
m2で真空中において常温で全面に照射する。この際、
ゲート電極6を構成するMoは、第2図に示すように、
光反射率が紫外−近赤外領域では11等に比べて小さく
、特に紫外領域では光反射率が50%以下である。従っ
て10は紫外−可視領域のレーザー光を効率よく吸収す
る性質を有している。このため、レーザー光7の照射に
よってゲート電極6が容易に高温に加熱される。なおこ
の場合、Moの融点は2622℃と非常に高く、十分な
耐熱性を有しているので、高温に加熱されても何ら支障
ない。またMoの熱拡散係数は0.53cm”/Sと大
きいので、このゲート電極6で発生した熱はSiO□膜
4及び Si3N、膜3を通って下層のa二Si : 
H膜2に矢印Aで示すように速やかに伝えられる。そし
てこの熱によりゲート電極6の下方のa −Si : 
H膜2が加熱されて結晶化が起き、この結果第1C図に
示すようにこの部分に多結晶Si領域8が形成される。
またこれと同時に、第1B図に示す工程においてa −
St : H膜2中にイオン注入されたPが一ヒ記熱に
より活性化されて第1C図に示すようにn゛層から成る
ソース領域9及びドレイン領域10が形成される。この
後、SiO□膜4及びSi3N4膜3の所定部分をエツ
チング除去して開口11.12を形成し、次いでこれら
の開口11.12を通じて1Mから成るソース電極13
及びドレイン電極14を形成して、目的とするnチャネ
ルの多結晶5iTPTを完成させる。
このようにして製造された多結晶SiT F Tの特性
を測定した所、実効移動度が43cmz/Vsと大きく
、またオン/オフ比も第3図に示すように従来(破線で
示す曲線)は104程度であったのに対し約105程度
と1桁高い優れた特性が得られた。
このように優れた特性が得られるのは次のような理由に
よると考えられる。すなわち、ゲート電極6に入射した
レーザー光7はこのゲート電極6に完全に吸収されてし
まうので、このゲート電極6の下方におけるa−Si:
H膜2にはレーザー光7が当たらず、従ってレーザー光
7によって誘起される欠陥が生じないためであると考え
られる。
このように、上述の実施例によれば、aSi:■4膜2
上に5iJN<膜3及び5iOz膜4を介してMoから
成るゲート電極6を形成し、次いでこのゲート電極6に
吸収されやすいXeClエキシマ−レーザーによるレー
ザー光7を照射することによりこのゲート電極6を高温
に加熱し、このゲート電極6で発生した熱を用いてこの
ゲーi・電極6の下方のa−3i : H膜2を間接的
に加熱することにより結晶化させているので、上述のよ
うに実効移動度が高くオン/オフ比も高い特性の優れた
多結晶5iTFTを製造することができる他、次のよう
な種々の利点がある。すなわち、a −Si : H膜
2とゲート絶縁膜(Si3N4膜3及びSiO□膜4)
とを連続的に形成した後に結晶化を行っているので、S
i/ゲート絶縁膜界面特性の優れた多結晶5iTFTを
得ることができる。また加熱されたゲート電極6からの
熱でa −St : H膜2がアニール及び結晶化され
る際、ゲート絶縁膜を構成する5iJ4膜3及び5i(
h膜4も同時に加熱されるので、これらの膜の緻密化(
densification)が可能であり、さらにこ
れらの膜の形成時に生ずる模傷(または欠陥)を加熱に
よって除去することができ、このためSi/ゲート絶縁
膜界面特性を向上させることができる。
さらに、a −3i : H膜2上に形成したSi3N
、膜3及びSiO□膜4並びにゲート電極6がキャンプ
層として働くため、a −5i : H膜2の加熱時に
Hが膜外に放出されるのを効果的に防止することができ
る。このため元のa −Si : H膜2の組成比を保
存したまま結晶化を行うことができるので、欠陥の少な
い結晶化膜を得ることができ、従ってこの意味において
もTPTの特性を向上させることができる。
さらにまた、上述の実施例によれば、a −3i ニド
I膜2の結晶化とこのaSi:H膜2中にイオン注入し
たPの活性化とを1回のパルスレーザ−光7の照射によ
り同時にしかも短時間で行うことができるので、TPT
の製造工程を簡略化することができる。のみならず、レ
ーザー光7の照射により常温で上述のように結晶化及び
不純物の活性化を行うことができるので、低温プロセス
化に適合するものである。
以上本発明の一実施例につき説明したが、本発明は上述
の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思
想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実
施例においてはゲート電極6の材料としてMoを用いた
が、このMOに代えてTi、W、 Ta、 Cr等の高
融点金属、さらにはこれらの金属のシリサーイドを用い
ることができる。これらはいずれもレーザー光7の照射
による加熱に十分に耐えられる耐熱性を有しかつ光吸収
率が大きく光反射率も比較的小さい。またゲート電極6
によりレーザー光7をほぼ完全に吸収させるために、こ
のゲート電極6の膜厚は2/α(α:光吸収係数)以上
とするのが好ましい。なお数値例を挙げると、Moの場
合は波長500nmの光に対してαは約7×10’cm
−’であるので、300Å以上の膜厚であれば光をほぼ
完全に吸収することができる。
また上述の実施例においては、ゲート電極6の加熱源と
してXeClエキシマ−レーザーを用いたが、用いる電
極材料に吸収されやすい波長域のレーザー光を発振する
ことのできる他のレーザーを用いてもよ(、例えばKr
Fエキシマ−レーザー(波長248nm)やXeFエキ
シマ−レーザー(波長351nm)を用いてもよい。同
様に、ガラス基板1の代わりに石英基板その他の絶縁性
基板を用いることが可能である。
またSiユN4膜3及びSiO2膜4で構成されるゲー
ト絶縁膜の膜厚構成を適当に選定することによりレーザ
ー光7の反射または無反射を強調するようにすればa 
−Si : H膜2中の温度プロファイルを変えること
ができる。なおゲート電極6による光吸収効率を高める
ために反射防止膜を形成後、レーザー光7を照射するよ
うにしてもよい。
なお上述の実施例においては、半導体層としてa −3
i : H膜2を用いた場合につき説明したが、多結晶
Si膜を用いてこれを再結晶化する場合やSi以外の各
種半導体層を用いる場合にも本発明を適用することが可
能である。同様に、ゲート電極6、ゲート絶縁膜及びa
−5t:)I膜2の上下関係を上述の実施例とは逆にし
た構造のTPTを製造する場合にも本発明を適用するこ
とが可能である。この場合には、ガラス基板1の裏面側
からレーザー光7を照射すればよい。またTPT以外の
半導体装置にも本発明を適用することが可能である。
〔発明の効果〕
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、光照射に
より電極が加熱され、この電極で生じた熱によって半導
体層を間接的に加熱して結晶化させることができるので
、欠陥の少ない結晶化膜を低温で得ることができ、従っ
て特性の優れた半導体装置を低温で製造することができ
る。また絶縁層及び電極がキャップ層として働くため、
蒸発しやすい原子を含む半導体層を用いた場合において
も、加熱によってこの半導体層の外部に原子が放出され
るのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
第1A図〜第1C図は本発明を多結晶5iTFTの製造
に適用した一実施例を工程順に示す断面図、第2図はス
パッタ法で形成した膜厚5000人のMo膜の光反射ス
ペクトルの一例を示すグラフ、第3図は実施例により製
造された多結晶5iTFTのドレイン電流−ゲート電圧
特性を示すグラフである。 なお図面に用いた符号において、 1・・・−・・−−−−−−−−−−−−−ガラス基板
2−・・−・・−・−a −3i : H膜3−・・・
・・−・−−−−−−−S i 3N、膜4−・−・−
−−−−−−−−−−−−−5iO□膜5−−−−−−
−−−−−−−−・・−門0膜6−−−−−−−−−−
−−−−−・・−ゲート電極7−・−・−・・−・−−
一−−−・レーザー光8−・−−一−−−−・・・−・
−・−多結晶Si領域9−・−・−m−−−・−−一−
−−・ソース領域10・−・−−−一一−−−−−・−
・ドレイン領域である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 絶縁性基板上に形成された半導体層上に絶縁層を介して
    電極を形成し、次いで上記電極に吸収されやすい光を照
    射することにより上記半導体層を結晶化させるようにし
    た半導体装置の製造方法。
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