JP3411408B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
半導体装置の作製方法Info
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Description
あるいは各種基板上に形成された絶縁性被膜上に設けら
れた非単結晶珪素膜を有する半導体装置、例えば、薄膜
トランジスタ(TFT)や薄膜ダイオード(TFD)、
またはそれらを応用した薄膜集積回路、特にアクティブ
型液晶表示装置(液晶ディスプレー)用薄膜集積回路の
作製方法に関するものである。
有する半導体装置、例えば、TFTを画素の駆動に用い
るアクティブ型液晶表示装置やイメージセンサー、3次
元集積回路等が開発されている。
膜状の非単結晶珪素半導体を用いるのが一般的である。
薄膜状の非単結晶珪素半導体としては、非晶質珪素半導
体(a−Si)からなるものと結晶性を有する珪素半導
体からなるものの2つに大別される。非晶質珪素半導体
は作製温度が低く、気相法で比較的容易に作製すること
が可能で量産性に富むため、最も一般的に用いられてい
るが、導電率等の物性が結晶性を有する珪素半導体に比
べて劣るため、今後より高速特性を得る為には、結晶性
を有する珪素半導体からなるTFTの作製方法の確立が
強く求められていた。このような目的に適した結晶性を
有する珪素半導体としては、多結晶珪素、微結晶珪素、
結晶成分を含む非晶質珪素、結晶性と非晶質性の中間の
状態を有するセミアモルファス珪素等が知られている。
を得る方法としては、非晶質の半導体膜をプラズマCV
D法や減圧CVD法等の方法で成膜し、これに長時間の
熱エネルギーを印加すること(熱アニール)により結晶
化するという方法が知られている。しかしながら、通
常、加熱温度として600℃以上、結晶成長をさらに高
めるためには640℃以上以上の高温にすることが必要
であり、基板が熱的な影響を受けることが問題であり、
また、結晶化に要する加熱時間が数十時間以上にも及ぶ
ので、量産性が低かった。そのため、加熱温度を低下さ
せ、また、加熱時間を短くすることが求められていた。
可視光線の強光を10〜1000秒程度、照射すること
によって、膜表面の温度を実質的に800℃以上の高温
にせしめ、結晶化させる方法が開発された。この方法は
ランプアニールもしくはラピッド・サーマル・アニール
(RTA)法と呼ばれ、加熱時間が短いことから基板へ
の影響を低減できるプロセスとして期待されている。
VD法で成膜した膜には多くの水素が珪素と結合して含
有され、実際にはRTA法で用いられるような短時間で
は、水素の分解反応の中心で、結晶化は十分に進行しな
いことがわかった。さらに、膜中に含有されている水素
が分解して、外部に放出されるため、膜表面のモフォロ
ジーが著しく悪化することも問題であった。本発明は、
このような現状を鑑みてなされたもので、RTA法を用
いつつも、十分な結晶性を有し、半導体デバイスを形成
するに適した珪素膜を得ることを課題とする。
に非晶質珪素膜を形成し、それを熱アニール等の手段に
よって結晶化させることによって、非晶質珪素膜に含有
されていた水素を離脱させる第1の工程と、前記珪素膜
を強光によって加熱する第2の工程(RTAの工程)と
を有する。第2の工程と第3の工程の間に、第3の工程
で用いる光を10%以上は吸収しない絶縁性の被膜を珪
素膜上に形成してもよい。
られる珪素膜は低度の結晶性を有する方が好ましく、そ
の結晶化度は1〜50%、好ましくは1〜10%とする
とよい。第1の工程には、熱アニールその他の結晶化方
法を用いることができる。また、第2の工程の前に、前
記珪素膜をパターニング・エッチングして島状に分離・
分断する工程を設けてもよい。
0〜680℃のガラス基板が好ましい。具体的には、コ
ーニング社の7059番(歪点593℃)、同1733
番(歪点640℃)、HOYA社のLE30(歪点62
5℃)、NHテクノグラス社のNA35(歪点650
℃)、NA45(歪点610℃)、OHARA社のE−
8(歪点643℃)、日本電気硝子社のOA−2(歪点
625℃)、旭硝子社のAN1(歪点625℃)、AN
2(歪点625℃)等である。上記以外のガラス基板で
あってもよいことはいうまでもない。
化珪素、窒化アルミニウム等の絶縁被膜を形成し、その
上に非晶質珪素膜を形成してもよい。なお、ガラス基板
上に窒化アルミニウムのごとき熱伝導性の高い材料の被
膜が形成された場合には、上記の第2の工程は省略され
てもよい。上記の第1の工程において、結晶化を熱アニ
ールによっておこなう場合、その温度、時間は半導体薄
膜の膜厚、組成等によって異なるが、実質的に真性な珪
素半導体の場合には、520〜620℃、例えば、55
0〜600℃、1〜4時間が適当である。また、熱アニ
ールの温度はガラス基板の歪点よりも低い温度でなされ
ることが好ましい。
に、イオン注入法によって1×1014〜1×1016cm
-2のドーズ量で珪素イオンを注入しておくと特に熱アニ
ールによる結晶成長が抑制されるので好ましい。本発明
の上記第1の工程において得られる、珪素膜中にニッケ
ル等の結晶化を助長せしめる金属元素が含有されていて
もよい。このような結晶化を助長せしめる金属元素とし
ては、他にFe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、O
s、Ir、Pt、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Cu、
Zn、Au、Agが知られているが、これらの元素が添
加された非晶質珪素膜は、520〜620℃、1〜4時
間の低温・短時間の熱アニールによっても結晶化が十分
に進行する。
後のRTAによる結晶成長の効果が無くなる。そのた
め、これらの金属元素を添加する場合には、実質的に真
性な珪素膜の場合より熱アニール時間を短く、あるい
は、熱アニール温度を低くすることが望まれる。これら
の金属元素を含有させると、その後のRTAの工程にお
いても、より低い温度で結晶化させることが可能であ
る。また、これらの金属元素は熱アニールの際の非晶質
珪素膜からの水素離脱を促進せしめる効果も有する。こ
のような金属元素の添加に際しては、熱アニール工程の
前に上述のように珪素イオンを注入しておくと、熱アニ
ール工程における結晶成長を抑制できるので好ましい。
信頼性に及ぼす影響が甚大であり、これらの金属元素を
多量に含有せしめて結晶化させた珪素膜は、特に長期の
信頼性・耐久性に欠ける。このような問題を解決するに
は、これらの珪素膜中に存在する金属元素の濃度が、必
要とする温度での結晶化をおこなう上で有効で、かつ、
半導体特性に悪影響を及ぼさないものとするとよい。具
体的には、2次イオン質量分析法(SIMS)によっ
て、珪素膜中に含有されるこれら金属元素の濃度を深さ
方向に分析した際に、検出濃度の最小値が1×1015〜
1×1019cm-3であることが好ましい。
光としては、用いる光の波長は、珪素膜に吸収され、ガ
ラス基板では実質的に吸収されないことが望ましく、そ
の中心の波長が近赤外線もしくは可視光線を用いるのが
適している。例えば、波長が4μm〜0.6μmの光
(例えば波長1.3μmにピークを有する赤外光)が好
ましく、このような強光を10〜1000秒程度の比較
的短い時間照射することにより、珪素膜を加熱し、結晶
性を向上せしめることができる。この際には珪素膜が8
00〜1300℃まで加熱されることが望ましい。
で加熱したり、逆にこのような高温から急激に室温まで
冷却したりすると、珪素膜に及ぼすストレス等の影響が
大きい。そのため、このような高温に至る前に、それよ
りも低温の温度でしばらく加熱するプレヒート工程や、
高温状態から温度を下げる過程において、高温と室温の
中間の温度でしばらく加熱するポストヒート工程を設け
てもよい。基板に対する熱的なダメージを防止するため
に、プレヒート工程、ポストヒート工程の温度はガラス
基板の歪点よりも50〜200℃低い温度が好ましい。
結晶成長の核生成がおこわなれる。結晶化を抑制させた
場合でも、低度に結晶化した(結晶化の面積が1〜50
%、好ましくは1〜10%の結晶化状態(残りは非晶質
状態である)である)珪素膜を得ることができる。しか
し、第1の工程で得られる結晶性珪素膜は、そのままで
は半導体デバイスを形成することは好ましくない。それ
は主として粒界等に非晶質成分等が多く残存し、珪素膜
のバルクや表面の特性が好ましくないからである。
工程のRTAによって結晶性の良好な珪素膜に変換す
る。RTAによって、珪素膜を加熱し、結晶化した珪素
膜の結晶性をさらに向上させる、同時に膜質を緻密化す
ることができる。この際、結晶化度の低い珪素膜の場合
には、第1の工程で生成した結晶核からその周囲の非晶
質領域へ結晶を拡げることが可能である。このような場
合には結晶化が比較的長距離にわたって進行し、粒界等
を減らすうえで効果的である。このようにして結晶性を
高めることによって、薄膜トランジスタ(TFT)に用
いられるような90%以上の面積が結晶化した良質な珪
素膜とすることができる。
的に急激な温度変化が伴うので、珪素膜と基板の間の熱
膨張率の違い、珪素膜表面と基板と珪素膜界面との温度
の違いなどから、珪素膜が剥離することも多々ある。特
にこれは、膜の面積が基板全面にわたるような大きな場
合に顕著である。したがって、上記のように第2の工程
において、膜を十分に小さな面積に分断し、また、余分
な熱を吸収しないように膜と膜との間隔を十分に広くす
ることによって、膜の剥離等を防止することができる。
また、このようにすると基板表面全面が珪素膜を通じて
加熱されることがないので、基板が熱的に収縮すること
は最低限に抑えられる。
た珪素膜に対しては、第2の工程(RTA工程)におい
て、0.6〜4μmの波長の光を照射することが好まし
い。この波長の光は低度に結晶化させた真性または実質
的に真性(燐またはホウ素が1017cm-3以下)の珪素
膜に対し、有効に光を吸収し、熱に変換される。また、
10μm以上の波長の遠赤外光はガラス基板に吸収さ
れ、ガラス基板を加熱するが、4μm以下の波長が大部
分の場合はガラスによる吸収は0.01〜10%である
ので、加熱が極めて少ない。すなわち、低度の結晶性を
有する珪素膜を結晶化させ、かつ、基板に甚大な影響を
及ぼさないためには、0.6〜4μmの波長が有利であ
る。
に示されるガラス基板上に形成された結晶性珪素膜を用
いたPチャネル型TFT(PTFTという)とNチャネ
ル型TFT(NTFTという)とを相補型に組み合わせ
た回路を形成する例である。本実施例の構成は、アクテ
ィブ型の液晶表示装置の画素電極のスイッチング素子や
周辺ドライバー回路、さらにはイメージセンサや3次元
集積回路に応用することができる。
す。まず、基板(コーニング7059)101上にスパ
ッタリング法によって厚さ2000Åの酸化珪素の下地
膜102を形成した。基板は、下地膜の成膜の前もしく
は後に、歪点よりも高い温度でアニールをおこなった
後、0.1〜1.0℃/分で歪点以下まで徐冷すると、
その後の温度上昇を伴う工程(本発明の赤外光照射を含
む)での基板の収縮が少なく、マスク合わせが容易とな
る。コーニング7059基板では、620〜660℃で
1〜4時間アニールした後、0.1〜1.0℃/分、好
ましくは、0.03〜0.3℃/分で徐冷し、400〜
500℃まで温度が低下した段階で取り出すとよい。
300〜1500Å、例えば800Åの真性(I型)の
非晶質珪素膜103を成膜した。さらに、その上にプラ
ズマCVD法によって厚さ100〜800Å、例えば2
00Åの酸化珪素膜104を堆積した。これは、以下の
熱アニール工程において保護膜となり、膜表面の荒れを
防止する。
で4時間、熱アニールした。この熱アニールによって、
珪素膜中の余剰の水素は放出され、膜は低度の結晶性を
呈することとなった。ただし、珪素膜をラマン散乱分光
法によって分析しても、90%以上が結晶化している多
結晶珪素被膜のように、明確に珪素結晶に起因するピー
クを認めることはできなかった。このときの膜の結晶性
は、結晶成長用の核発生が少なくともおこなわれ、結晶
化した面積が50%以下、代表的には1〜10%の面積
しか結晶化していない状態である。TEM(透過型電子
顕微鏡)による観察では1000Å以下、典型的には2
0〜100Åの微細な結晶が観察された。この結晶化を
3〜30倍程度に核成長させるには、この珪素膜に、予
めイオン注入法によって1×1014〜1×1016cm-2
のドーズ量で珪素イオンを注入しておくと有効であっ
た。(図1(A))
エッチングして、TFTの島状の活性層105を形成し
た。活性層105の大きさはTFTのチャネル長とチャ
ネル幅を考慮して決定される。小さなものでは、50μ
m×20μm、大きなものでは100μm×1000μ
mであった。このような活性層を基板上に多く形成し
た。
〜1.4μmにピークをもつ赤外光を30〜180秒照
射し、活性層の結晶化をおこなった(RTA工程)。温
度は800〜1300℃、代表的には900〜1200
℃、例えば1100℃とした。活性層の表面の状態を良
くするために、照射はH2 雰囲気中でおこなった。本工
程は、活性層を選択的に加熱することになるので、ガラ
ス基板への加熱を最小限に抑えることができる。そし
て、活性層中の欠陥や不体結合手を減少させるのに非常
に効果がある。(図1(B))
いた。可視・近赤外光の強度は、モニターの単結晶シリ
コンウェハー上の温度が800〜1300℃、代表的に
は900〜1200℃の間にあるように調整した。具体
的には、シリコンウェハーに埋め込んだ熱電対の温度を
モニターして、これを赤外線の光源にフィードバックさ
せた。ガラス基板上の珪素表面の温度は、その約2/3
程度に低下しているものと推定される。本実施例では、
昇温・降温は、図4(A)もしくは(B)のようにおこ
なった。昇温は、一定で速度は50〜200℃/秒、降
温は自然冷却で20〜100℃であった。
温時間a、保持時間b、降温時間cの3つの過程からな
る。しかし、この場合には試料は室温から1000℃も
の高温へ、さらに高温状態から室温へと急激に加熱・冷
却されるので、珪素膜や基板に与える影響が大きく、珪
素膜の剥離の可能性も高い。
のように、保持に達する前に、プレヒート時間dやポス
トヒート時間fを設け、保持時間に達する前にガラス基
板の歪点よりも50〜200℃低い温度、例えば400
〜700℃の基板や膜に大きな影響を与えない温度に保
持しておくことが望ましい。プレヒート時間dやポスト
ヒート時間fとしては、30秒〜30分が好ましかっ
た。特に、300×400mm2 、400×600mm
2 の大面積基板では局所的に熱膨張、収縮しないよう均
一な温度であることが望ましい。
保護膜として酸化珪素または窒化珪素膜を形成してくこ
ととよい。これは、珪素膜105の表面の状態を良くす
るためである。本実施例では、珪素膜105の表面の状
態を良くするために、H2 雰囲気中にておこなったが、
H2 雰囲気に0.1〜10容量%のHCl、その他ハロ
ゲン化水素やフッ素や塩素、臭素の化合物を混入しても
よい。
を選択的に加熱することになるので、ガラス基板への加
熱を最小限に抑えることができる。そして、珪素膜中の
欠陥や不体結合手を減少させるのに非常に効果がある。
また、上記RTA工程が終了したのちに、200〜50
0℃、代表的には350℃で水素アニールをおこなうこ
とも、欠陥を減少させる上で有効である。これは1×1
013〜1×1015cm-2の量の水素のイオンドープをお
こない、さらに200〜300℃の熱処理によっても同
じ効果が得られる。
て厚さ1000Åの酸化珪素膜106をゲイト絶縁膜と
して成膜した。CVDの原料ガスとしてはTEOS(テ
トラ・エトキシ・シラン、Si(OC2 H5 )4 )と酸
素を用い、成膜時の基板温度は300〜550℃、例え
ば400℃とした。
の成膜後に、前記RTA工程と同じ条件で可視・近赤外
線の照射を再度行なった。この可視・近赤外線の照射に
よって、主に酸化珪素膜106と珪素膜105との界面
及びその近傍における準位を消滅させることができた。
これは、ゲイト絶縁膜とチャネル形成領域との界面特性
が極めて重要である絶縁ゲイト型電界効果半導体装置に
とっては極めて有用である。
厚さ6000〜8000Å、例えば6000Åのアルミ
ニウム(0.01〜0.25%の周期律表III aの希土
類元素を含む)を成膜した。そしてアルミニウム膜をエ
ッチングして、ゲイト電極107、109を形成した。
さらに、このアルミニウムの電極の表面を陽極酸化し
て、表面に酸化物層108、110を形成した。この陽
極酸化は、酒石酸が1〜5%含まれたエチレングリコー
ル溶液中で行った。得られた酸化物層108、110の
厚さは2000Åであった。なお、この酸化物108と
110とは、後のイオンドーピング工程において、オフ
セットゲイト領域を形成する厚さとなるので、オフセッ
トゲイト領域の長さを上記陽極酸化工程で決めることが
できる。
ピング法とも言う)によって、ゲイト電極部(すなわち
ゲイト電極107とその周囲の酸化層108、ゲイト電
極109とその周囲の酸化層110)をマスクとして、
自己整合的にPもしくはN導電型を付与する不純物を珪
素膜105に添加した。ドーピングガスとして、フォス
フィン(PH3 )およびジボラン(B2 H6 )を用い、
前者の場合は、加速電圧を60〜90kV、例えば80
kV、後者の場合は、40〜80kV、例えば65kV
とする。ドーズ量は1×1015〜8×1015cm-2、例
えば、燐を2×1015cm-2、ホウ素を5×1015とし
た。ドーピングに際しては、一方の領域をフォトレジス
トで覆うことによって、それぞれの元素を選択的にドー
ピングした。この結果、N型の不純物領域114と11
6、P型の不純物領域111と113が形成され、Pチ
ャネル型TFT(PTFT)の領域とNチャネル型TF
T(NTFT)との領域を形成することができた。
ルをおこなった。レーザー光としては、KrFエキシマ
レーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)を
用いたが、他のレーザーであってもよい。レーザー光の
照射条件は、エネルギー密度が200〜400mJ/c
m2 、例えば250mJ/cm2 とし、一か所につき2
〜10ショット、例えば2ショット照射した。このレー
ザー光の照射時に基板を200〜450℃程度に加熱す
ることによって、効果を増大せしめてもよい。(図1
(C))
する方法(RTA法)による方法でもよい。可視・近赤
外線は結晶化した珪素、または燐またはホウ素が1017
〜1021cm-3添加された非晶質珪素へは吸収されやす
く、1000℃以上の熱アニールにも匹敵する効果的な
アニールを行うことができる。燐またはホウ素が添加さ
れていると、その不純物散乱により、近赤外線でも十分
に光が吸収される。このことは肉眼による観察でも黒色
であることから十分に推測がつく。その反面、ガラス基
板へは吸収されにくいので、ガラス基板を高温に加熱す
ることがなく、また短時間の処理ですむので、ガラス基
板の縮みが問題となる工程においては最適な方法である
といえる。
7を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成し
た。この層間絶縁物としてはポリイミドまたは酸化珪素
とポリイミドの2層膜を利用してもよい。さらにコンタ
クトホールを形成して、金属材料、例えば、窒化チタン
とアルミニウムの多層膜によってTFTの電極・配線1
18、120、119を形成した。最後に、1気圧の水
素雰囲気で350℃、30分のアニールを行い、TFT
を相補型に構成した半導体回路を完成した。(図1
(D))
TA工程で生じた不対結合手を、その後の工程で、水素
雰囲気において、250〜400℃で加熱することによ
って水素を添加し、中和することが重要である。このよ
うに本発明により、量産性が向上し、かつ、ゲイト電極
が0Vまたはゲイト電極に逆バイアス電圧(NTFTの
場合には負)が印加された状態のリーク電流(オフ電
流)を、従来の方法に比べて1〜2桁下げることができ
るようになった。上記に示す回路は、PTFTとNTF
Tとを相補型に設けたCMOS構造であるが、上記工程
において、2つのTFTを同時に作り、中央で切断する
ことにより、独立したTFTを2つ同時に作製すること
も可能である。
リクス型の液晶表示装置において、Nチャネル型TFT
をスイッチング素子として各画素に設けた例である。以
下においては、一つの画素のみについて説明するが、同
時に他に多数(一般には数十万)の画素が同様な構造で
形成される。また、Nチャネル型TFTではなくPチャ
ネル型TFTでもよいことはいうまでもない。また、液
晶表示装置の画素部分に設けるのではなく、周辺回路部
分にも利用できる。また、イメージセンサや他の装置に
利用することができる。即ち薄膜トランジタと利用する
のであれば、特にその用途が限定されるものではない。
本実施例において、基板200としてはNA45ガラス
基板(厚さ1.1mm、300×400mm、歪点61
0℃)を使用した。まず、下地膜として、プラズマCV
D法またはスパッタ法によって2000Åの厚さの窒化
アルミニウム膜201を形成し、さらにその上に他の下
地膜として酸化珪素膜202をプラズマCVD法で20
00Åの厚さに形成した。窒化アルミニウムはガラス基
板に比べ、10倍以上も熱伝導度が大きく、大面積の基
板での温度の均一性を保つ上で好ましかった。また、窒
化アルミニウムには、ガラス基板との熱膨張率を近づけ
て、密着性を向上させるために、窒素に対して酸素を
0.01〜20原子%添加してもよい。
って形成するには、原料としては、トリメチルアルミニ
ウム(Al(CH3 )3 )とアンモニアを用いればよ
い。また、スパッタ法によって形成するには、雰囲気を
窒素、もしくはアンモニアにしてアルミニウムターゲッ
トを用いて反応性スパッタをおこなえばよい。酸化珪素
膜202のCVDの原料ガスとしてはTEOSと酸素を
用いた。さらに、LPCVD法もしくはプラズマCVD
法で非晶質珪素膜203を1000Å、酸化珪素膜20
4を200Åの厚さにそれぞれ形成した。そして、55
0℃で1時間、加熱アニールを行った。(図2(A))
ニング・エッチングしてTFTの島状活性層205のみ
を残存させ、その他を除去した。そして、島状活性層2
05に可視・近赤外光を照射し、珪素膜の結晶性を向上
せしめた。温度は1100℃、時間は30秒とした。な
お、窒化アルミニウムによって、熱の珪素膜での伝導が
均一であるので、パターニング・エッチング工程は可視
・近赤外光照射の後におこなってもよかった。(図2
(B))
S)を原料として、酸素雰囲気中のプラズマCVD法に
よって、酸化珪素のゲイト絶縁膜(厚さ700〜180
0Å、典型的には1200Å)206を形成した。基板
温度は350℃とした。次に公知の多結晶珪素を主成分
とした膜をLPCVD法で形成し、これをエッチングし
て、ゲイト電極207を形成した。多結晶珪素には導電
性を向上させるために不純物として燐を0.1〜5原子
%導入した。
ドーピング法で注入し、自己整合的にソース領域20
8、チャネル形成領域209、ドレイン領域210を形
成した。そして、KrFレーザー光を照射することによ
って、イオン注入のために結晶性の劣化した珪素膜の結
晶性を改善させた。このときにはレーザー光のエネルギ
ー密度は250〜300mJ/cm2 とした。このレー
ザー照射によって、このTFTのソース/ドレインのシ
ート抵抗は300〜800Ω/cm2 となった。なお、
通常よりもドーピング濃度を低下させた低濃度ドレイン
(LDD)構造とする場合には、シート抵抗は10〜2
00kΩ/□となる。レーザー照射によるアニールの工
程は可視・近赤外光のランプアニールによっておこなっ
てもよい。(図2(C))
て層間絶縁物211を形成し、さらに、画素電極212
をITOによって形成した。そして、コンタクトホール
を形成して、TFTのソース/ドレイン領域にクロム/
アルミニウム多層膜で電極213、214を形成し、こ
のうち一方の電極214はITO212にも接続するよ
うにした。最後に、水素中で200〜400℃で2時間
アニールして、水素化をおこなった。このようにして、
TFTを完成した。この工程は、同時に他の多数の画素
領域においても同時に行われる。また、より耐湿性を向
上させるために、全面に窒化珪素等でパッシベーション
膜を形成してもよい。(図2(D))
画素トランジスタは、それほどの高速動作を要求されな
い。したがって、本実施例では、プロセス時間を短縮す
るために、最初の熱アニールの時間を、実施例1の場合
よりも短い1時間とした。このため、本実施例で得られ
た珪素膜の結晶性は実施例1のものより劣っていたが、
アクティブマトリクス回路のスイッチングトランジスタ
としては十分な静特性・動特性が得られた。
明する。基板は、歪点が550〜650℃のガラス基
板、例えばAN2(歪点616℃)を用い、実施例1の
ように、収縮防止のために、事前に670℃で4時間ア
ニールした後、0.1℃/分で450℃まで徐冷した
後、取り出したものを使用した。まず基板301上に下
地膜302を形成し、さらに、プラズマCVD法によっ
て厚さ300〜800Åの非晶質珪素膜303と、厚さ
200Åの酸化珪素膜304を成膜した。
を行った。熱アニール後、基板を2〜200℃/秒の速
度、好ましくは10℃/秒以上の速度で450℃までは
急激に冷却した。これは、この熱アニール工程によっ
て、基板が収縮することを防止するためである。このよ
うな急激な冷却が不可能なアニール炉においては、基板
を炉外に取り出して、室温に放置することによっても同
様な効果が得られる。また、ここで基板としてAN2を
使用したが、他に歪点が550〜680℃のガラス基
板、例えば、コーニング1733(歪点640℃)やL
E30(歪点625℃)等の基板を使用してもよい。
1、2の場合よりも高く、また、AN2の歪点(616
℃)よりも高いために、事前に熱処理/徐冷処理をおこ
なっても、基板の収縮を抑えるとは難しかった。そのよ
うな場合には、以上のようなアニール温度からの急冷が
有効である。(図3(A)) 次に、珪素膜303をパターニング・エッチングして、
島状の活性層領域306および307を形成した。活性
層のエッチングは垂直方向に異方性を有するRIE法に
よっておこなった。(図3(B))
酸化珪素または窒化珪素膜307をプラズマCVD法に
よって形成した。窒化珪素膜の形成には、減圧CVDや
光CVDを用いてもよかった。そして、実施例1と同様
に可視・近赤外光のRTA処理をおこなった。条件は実
施例1と同じとした。本実施例では可視・近赤外光照射
の際に、酸化珪素または窒化珪素の保護膜が活性層の表
面に形成されており、このため、赤外光照射の際の表面
の荒れや汚染を防止することができた。(図3(C))
去した。その後は実施例1と同様にゲイト絶縁膜30
8、ゲイト電極309、310を形成し、イオンドーピ
ング法によって、不純物領域を形成し、これをレーザー
照射によって活性化させた。(図3(D)) さらに、層間絶縁物311を形成して、これにコンタク
トホールを形成し、メタル配線312、313、314
を形成した。(図3(E))
した。本実施例では可視・近赤外光照射の際に活性層の
表面に保護膜が形成されており、表面の荒れや汚染が防
止される。このため、本実施例のTFTの特性(電界移
動度やしきい値電圧)および信頼性は極めて良好であっ
た。また、本実施例からも明らかなように、本発明はガ
ラス転移点が550〜680℃の基板材料において、特
に有効であった。
た珪素膜に対して、可視・近赤外光等の波長の強光の照
射を追加しておこなうことにより、結晶性を向上せしめ
ると同時に膜質を緻密化させることができ、良好な結晶
性を有した珪素膜を得ることができた。特に熱アニール
を採用した場合には、その温度・時間としては520〜
620℃(好ましくは550〜600℃)、1〜4時間
が好ましかった。
には、本発明によって得られた結晶珪素膜上に絶縁膜を
形成した後、亜酸化窒素(N2 O)やアンモニア中で可
視・近赤外光等の波長の光の照射によってアニールをお
こなってもよい。該工程によって、界面準位を減らすこ
とができる。また、これらの工程の後、水素化アニール
を水素雰囲気中、200〜450℃での処理により、水
素を珪素膜中に添加して不対結合手を除去・中和でき
る。
に、それに要する時間は4時間以内とすることができ、
従来の数十時間から大幅に短縮できる。そして、アニー
ル時間が従来よりも低くて短いために、アニール工程で
基板に与える影響は十分に小さい。また、後のRTA工
程においても、用いる光の波長は0.6〜4μmであ
り、基板にガラス材料を用いても、その後、急速に冷却
されるため、軟化したり、収縮したりして工業的に使用
できなくするほど変形することがない。このように本発
明は工業上、有益であり、特に本発明は絶縁ゲイト型半
導体装置の形成に極めて効果がある。
Claims (4)
- 【請求項1】波長が0.6μm〜4μmである近赤外線
または可視光線を0.1〜10%吸収するガラス基板上に非
単結晶珪素膜を形成する第1の工程と、 前記非単結晶珪素膜を結晶化する第2の工程と、前記波長が0.6μm〜4μmである 近赤外線または可
視光線を照射して、前記結晶化された非単結晶珪素膜の
結晶化を助長させる第3の工程と、を有し、 前記第3の工程において前記非単結晶珪素膜は前記近赤
外線または可視光線の照射によって、400〜700℃
のプレヒートをおこない、次に800〜1300℃に温
度を上昇させ、次に400〜700℃のポストヒートを
おこない、 前記第2の工程によって得られる前記結晶化された非単
結晶珪素膜の結晶化度は1〜50%であることを特徴と
する半導体装置の作製方法。 - 【請求項2】請求項1において、前記非単結晶珪素膜は
表面に薄膜が形成されているガラス基板上に形成されて
いることを特長とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項3】請求項2において、前記第2の工程は熱ア
ニールによっておこなわれることを特徴とする半導体装
置の作製方法。 - 【請求項4】請求項3において、前記熱アニールの温度
は520〜620℃であることを特徴とする半導体装置
の作製方法。
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- 1994-09-06 JP JP23850594A patent/JP3411408B2/ja not_active Expired - Fee Related
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