JPH06124889A

JPH06124889A - 薄膜状半導体装置の作製方法

Info

Publication number: JPH06124889A
Application number: JP5176193A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Shunji Sako; 俊司迫; Nobuhiro Tanaka; 信洋田中
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1992-08-27
Filing date: 1993-06-23
Publication date: 1994-05-06
Anticipated expiration: 2016-05-28
Also published as: JP3170533B2

Abstract

(57)【要約】【目的】低温で特性・信頼性の優れた薄膜トランジス
タを高スループットで歩留りよく製造する方法を提供す
る。【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、半導体被膜を形成した後、ＴＥ
ＯＳを原料として化学的気相成長法によって、ゲイト酸
化膜となる酸化珪素膜を作製し，好ましくは酸素、オゾ
ン、酸化窒素雰囲気中で、これにパルスレーザー光もし
くは紫外光を照射することによって、酸化珪素膜中の炭
素や炭化水素等のクラスターを除去し、よって膜中のト
ラップセンターを除去して、ゲイト酸化膜として適当な
特性を示す酸化膜とすることを特徴とする薄膜状半導体
装置の作製方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、４００℃以下の低温で
絶縁基板上に特性がよく信頼性の高い絶縁ゲイト型半導
体装置およびそれらが多数形成された集積回路を歩留り
よく形成する方法に関する。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℃の温度で熱的なアニールをおこなうこ
と、もしくはレーザー等の強光を照射することによっ
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
１ｃｍ²／Ｖｓ程度と小さく、動作速度の点からで、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、上記の
うち、特に高温を要するプロセスでは、基板材料が著し
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、低温プロセス（最高プロセス
温度が７５０℃以下のプロセス、レーザー照射による結
晶化プロセスも含む）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、低温でステップカバーレージ
のよい絶縁膜を高いスループットで形成する技術も課題
であった。低温での絶縁膜の形成方法としてはスパッタ
法が利用されているが、ステップカバレージが悪く、ま
た、スループットも十分でなかった。一方、テトラ・テ
トキシ・シラン（ＴＥＯＳ）を始めとするシリコン原子
を含有する有機材料（以下、有機シランという）を気化
させてこれを原料として、プラズマＣＶＤ、減圧ＣＶ
Ｄ、常圧ＣＶＤ等の化学的気相成長法によって、低温で
高スループットの酸化珪素膜を得る技術が知られていた
が、このようにして得られた膜には多くの炭素原子、炭
化水素基が含まれ、これらがクラスターを形成し、トラ
ップセンターとなった。このため絶縁特性も十分でな
く、また、界面準位密度が非常に大きいためゲイト絶縁
膜としては使用できなかった。

【０００７】このような有機シランを原料として形成さ
れた酸化珪素膜は、そのままではゲイト絶縁膜のような
十分な電気特性が要求される材料には使用できず、通
常、６００℃以上の温度で長時間の酸化処理を必要とし
た。このような熱処理が基板にダメージを与え、また、
スループットを低下させる原因となることが問題であっ
た。

【０００８】本発明はこのような現状に鑑みてなされた
もので、低温でのステップカバレージのよい酸化膜の形
成と、スループットの向上、さらにその酸化膜の質を向
上させることを目的とする。また、このような技術の積
み重ねによって最高プロセス温度が４００℃以下のＴＦ
Ｔの作製方法を提案するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の方法は、
有機シランを各種ＣＶＤ法によって分解・堆積すること
によって酸化珪素膜を形成し、これをパルスレーザー光
の照射によってその特性を改善せしめ、特に膜中に含ま
れる炭素や炭化水素基を排除し、よって、トラップセン
ターを無くし、これをＴＦＴのゲイト絶縁膜に使用する
ことを主旨とするものである。本発明で使用するパルス
レーザーとしては、ＫｒＦ、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。

【００１０】この場合には、このレーザー照射を利用し
て、半導体被膜の結晶性の改善（例えばアモルファス状
態から結晶化状態へ変えること）をおこなうことも可能
である。もちろん、半導体被膜の結晶性の改善と酸化珪
素膜の改質を別々におこなうことも可能である。

【００１１】本発明の第２の方法は、有機シランを各種
ＣＶＤ法によって分解・堆積することによって酸化珪素
膜を形成し、これを酸素、オゾン、酸化窒素等を含む酸
化性の雰囲気にさらし、１５０〜４００℃まで、加熱し
た状態で、３００ｎｍ以下の波長の紫外光の照射によっ
て膜中に含まれる炭素や炭化水素基を排除し、よって、
トラップセンターを無くし、これをＴＦＴのゲイト絶縁
膜に使用することを主旨とするものである。

【００１２】もちろん第１の発明と第２の発明を組み合
わせてもより一層の効果が得られる。例えば、有機シラ
ンを原料とした酸化珪素膜を酸化雰囲気中にさらして、
１５０〜４００℃に加熱して、波長３００ｎｍの紫外光
レーザーを照射してもよい。

【００１３】ＴＥＯＳ等の有機シラン（その炭化水素
基、エトキシ基、水素等の一部がフッ素によって置換さ
れているものを含む）は多くの場合、常圧・室温では液
体であるので、必要に応じて、これを減圧下で昇温して
気化させ、反応チャンバーに導入する。プラズマＣＶＤ
法によって酸化珪素膜を得る場合には、有機シランに酸
素を適量混合し、また、キャリヤガスとして、アルゴ
ン、ヘリウム等の不活性ガスを混入させて反応をおこな
う。減圧ＣＶＤもしくは常圧ＣＶＤによって作製する場
合には、有機シランとオゾンとを混入し、必要に応じて
上記のキャリヤガスを混入して、反応をおこなえばよ
い。

【００１４】この結果、もはや半導体被膜の結晶性を改
善するためのアニールが最高プロセス温度を決定するの
ではなく、その他の要因（例えば、水素化アニールやゲ
イト酸化膜のアニール等）が最高プロセス温度を決定す
ることとなり、基板の選択の巾は著しく改善される。具
体的には最高プロセス温度は４００℃以下である。特
に、従来であれば熱的な膨張やソリ等の影響で大面積基
板上ではパターンがずれてしまったが、本発明では上述
の通り４００℃以下のプロセスであるので、何ら問題が
生じない。例えば３００ｍｍ×４００ｍｍというような
大きな基板であっても極めて精度良く多数のＴＦＴを作
製することができる。このため、多面取りによってスル
ープットを向上させることが可能である。

【００１５】また、基板の選択に関しては、例えば、ソ
ーダーガラスは、軟化点が低く、従来はＴＦＴをその上
に形成して動作させることは不可能とされてきたが、本
発明によって適切な処置を施せばＴＦＴを動作させるこ
とが可能である。

【００１６】本発明の第１の応用例としては、アモルフ
ァスシリコン（ａ−Ｓｉ）ＴＦＴを用いたアクティブマ
トリクス（ＡＭ）型の液晶表示装置（ＬＣＤ）の周辺回
路がある。ａ−ＳｉＴＦＴ−ＡＭＬＣＤは、基板として
無アルカリガラス（例えばコーニング７０５９）を用
い、通常４００℃以下の温度でａ−ＳｉＴＦＴを形成す
るものである。ａ−ＳｉＴＦＴは、ＯＦＦ抵抗が高く、
アクティブマトリクスのスイッチング素子としては理想
的であるが、先にも述べたように動作速度が遅く、ま
た、ＣＭＯＳが形成できないという理由から、周辺駆動
回路は単結晶集積回路（ＩＣ）を使用し、マトリクスの
端子をＴＡＢ等の方法でＩＣの端子に接続している。し
かしながら、このような実装方法は、画素の大きさが小
さくなるにしたがって、困難なものとなり、また、実装
に要する費用がモジュールの大きな部分を占めるように
なった。

【００１７】しかしながら、従来のプロセスではマトリ
クスと同じ基板上に周辺回路を形成することは、熱的な
問題から困難であった。しかしながら、本発明によっ
て、ａ−ＳｉＴＦＴの形成に要する温度と同じ程度の温
度でより移動度の大きなＴＦＴを形成することができる
ようになった。

【００１８】第２の応用例としては、無アルカリガラス
よりも安価なソーダガラス等の材料の上にＴＦＴを形成
することである。この場合には、ＴＦＴをソーダガラス
に密着して形成すると、ガラス中に含まれるナトリウム
等の可動イオンが侵入するので、ガラス上には窒化珪素
もしくは酸化アルミニウムを主成分とする絶縁被膜を形
成し、さらにその上に酸化珪素等の材料で下地の絶縁膜
を形成してから、本発明を適用してＴＦＴを形成するこ
とが望まれる。また、より不良を少なくするには、マト
リクスのＴＦＴとしては、ＮＴＦＴよりもＰＴＦＴを用
いることが好まれる。なぜならば、ＮＴＦＴでは、基板
から可動イオンが侵入した場合にはチャネルが形成され
てＴＦＴが常時オン状態となるが、ＰＴＦＴでは、例え
可動イオンが侵入してもチャネルが形成されないからで
ある。

【００１９】第３の応用例としては、スタテッィクな駆
動をする単純マトリクスのＬＣＤの周辺回路がある。例
えば、強誘電性液晶材料（ＦＬＣ）は、メモリー性があ
るので、単純マトリクスであっても高コントラストが得
られるが、従来は周辺回路はａ−ＳｉＴＦＴ−ＡＭＬＣ
Ｄと同じくＩＣをＴＡＢ等の方法で接続していた。同様
に液晶のコレステリック相とネマティック相との間の相
変化を利用してスタティックな動作をおこなうＬＣＤも
周辺回路をＴＡＢ接続していた。また、ネマティック液
晶と強誘電ポリマーを組み合わせることによってスタテ
ッィクな駆動をおこなうＬＣＤ（例えば、特開昭６１−
１１５２）も提案されているが、やはり周辺回路はＴＡ
Ｂ接続されることが前提とされている。

【００２０】これらのＬＣＤは単純マトリクスであるの
で、安価な基板を使用して大画面が得られると同時によ
り高精彩が得られることも特徴である。高精彩とするた
めには端子間のピッチを狭めなければならないが、そう
するとＩＣ実装が困難となるという矛盾を抱えていた。
本発明によって、安価な基板であっても熱的な問題を気
にすること無く周辺回路をモノリシックに形成できる。

【００２１】第４の応用例としては、金属配線が形成さ
れた後の半導体集積回路において、ＴＦＴを形成する、
いわゆる３次元ＩＣが上げられる。その他にも様々な応
用が可能である。以下に実施例を示し、より詳細に本発
明を説明する。

【００２２】

【実施例】

〔実施例１〕本発明によって、ＴＦＴを作製する例を
図１に示す。まず、基板（コーニング７０５９、３００
ｍｍ×３００ｍｍもしくは１００ｍｍ×１００ｍｍ）１
０１上に下地酸化膜１０２として厚さ１００〜３００ｎ
ｍの酸化珪素膜を形成した。この酸化膜の形成方法とし
ては、酸素雰囲気中でのスパッタ法やＴＥＯＳをプラズ
マＣＶＤ法で分解・堆積した膜を４５０〜６５０℃でア
ニールしてもよい。

【００２３】その後、プラズマＣＶＤ法やＬＰＣＶＤ法
によってアモルファス状のシリコン膜１０３を３０〜１
５０ｎｍ、好ましくは５０〜１００ｎｍ堆積した。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２０ｎｓｅｃ）を照射し
て、シリコン膜１０３の結晶性を改善させた。レーザー
照射装置は図３（Ｂ）に示されるものを用いた。

【００２４】レーザー照射時には、試料の温度を１５０
〜４００℃に加熱した。また、雰囲気は１０ｍｔｏｒｒ
以下とした。この結果、結晶性を良好にすることができ
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。このようにして形成されたシリコン膜１０３の結晶
性をラマン散乱分光法によって調べたところ、単結晶シ
リコンのピーク（５２１ｃｍ^-1）とは異なって、５１５
ｃｍ^-1付近に比較的ブロードなピークが観測された。

【００２５】次にシリコン層１０３を島状にパターニン
グして、ＮＴＦＴ領域１０４とＰＴＦＴ領域１０５を形
成した。さらに、ＴＥＯＳを原料とし、酸素とともに基
板温度１５０〜４００℃、好ましくは２００〜２５０℃
で、ＲＦプラズマＣＶＤ法で酸化珪素膜を分解・堆積
し、これをゲイト酸化膜１０６とした。ＴＥＯＳと酸素
の圧力比は１：１〜１：３、また、圧力は０．０５〜
０．５ｔｏｒｒ、ＲＦパワーは１００〜２５０Ｗとし
た。この工程においては、やはりＴＥＯＳを原料として
オゾンガスとともに減圧ＣＶＤ法もしくは常圧ＣＶＤ法
によって、基板温度を１５０〜４００℃、好ましくは２
００〜２５０℃として形成してもよい。

【００２６】このような酸化膜中には多量の炭化水素基
が含まれており、そのため、膜には多数のトラップセン
ターが存在し、このままではゲイト酸化膜としては使用
できない。そこで、図３（Ｂ）に示す装置によってレー
ザー照射をおこなって、酸化膜中のトラップセンターを
減少せしめた。図に示すように、チャンバー３０８に
は、酸素ガス導入口３１０と排気ポート３１３、石英製
の窓３０９が設けられ、また、チャンバー内にはヒータ
ー３１４を有するホルダー３１１が配置され、その上に
試料３１２が置かれる。そして、窓３０９を通して、レ
ーザー光もしくは（インコヒーレントな）紫外光が試料
に照射される。

【００２７】チャンバー内は、十分な真空まで排気され
た後、酸素、オゾン、もしくは酸化窒素（ＮＯ₂、Ｎ
Ｏ、Ｎ₂Ｏ等）が導入された。好ましくはこのレーザー
照射は１０ｔｏｒｒ以下の減圧下で行われる。なぜなら
ば、減圧状態の方が酸化膜中の炭素原子の離脱が容易で
あるからである。レーザーはＫｒＦレーザー光を使用し
た。しかし、他の紫外光レーザーを使用してもよいこと
はいうまでもない。このときにはレーザー光のエネルギ
ー密度は２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ²と設定し、また、
ショット数も１０回とした。好ましくは、温度を１５０
〜４００℃、代表的には３００℃に保つと良い。その結
果、ゲイト酸化膜の界面準位密度は１０¹¹ｃｍ^-2以下に
減少した。

【００２８】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、図１（Ｃ）に示すようにゲイト電極１
０７、１０８を形成した。このとき、アルミニウムは後
のレーザー照射に耐える必要があるので、電子ビーム蒸
着によって形成した反射率の高いアルミニウム膜を用い
た。電子ビーム蒸着で形成したアルミニウム膜では光学
顕微鏡では粒の存在が確認できないほど表面が平坦であ
った。電子顕微鏡によって観測した結果、粒の大きさは
２００ｎｍ以下であった。すなわち、使用するレーザー
の波長よりも小さな粒径となるようにしなければならな
い。

【００２９】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１０４だけをフォ
トレジストで覆って、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）をドーピン
グガスとして、島状領域１０５だけに硼素を注入した。
ドーズ量は、燐は２〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2、硼素は４〜１
０×１０¹⁵ｃｍ^-2とし、硼素のドーズ量が燐を上回るよ
うに設定した。

【００３０】さらに、図１（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。この際の装
置としても、やはり図３（Ｂ）に示されるものを用い
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。試料は特に加熱しなかった。こうして、Ｎ型不純物
（燐）を領域１０９、１１０に、Ｐ型不純物（硼素）を
領域１１１、１１２を形成した。これらの領域のシート
抵抗は２００〜８００Ω／□であった。その後、全面に
層間絶縁物１１３として、ＴＥＯＳを原料として、これ
と酸素とのプラズマＣＶＤ法、もしくはオゾンとの減圧
ＣＶＤ法あるいは常圧ＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚
さ３００ｎｍ形成した。基板温度は１５０〜４００℃、
好ましくは２００℃〜３００℃とした。

【００３１】そして、ＴＦＴのソース／ドレインにコン
タクトホールを形成し、アルミニウム配線１１４〜１１
６を形成した。図１（Ｅ）には、左側のＮＴＦＴとＰＴ
ＦＴ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。ＴＦＴの移動度はＮＴＦＴで５０〜１００ｃｍ²
／Ｖｓ、ＰＴＦＴで３０〜１００ｃｍ²／Ｖｓが得られ
た。本実施例では最高プロセス温度は４００℃以下であ
るので、コーニング７０５９等の無アルカリガラスであ
れば、基板の縮みやソリ等は皆無である。このため、基
板が本実施例の如く大きなものであってもパターンのず
れが発生することはほとんどなく、したがって、大面積
ディスプレーもしくはその駆動回路に応用する上で都合
がよい。

【００３２】〔実施例２〕ソーダガラス基板上にＴＦ
Ｔを形成し、アクティブマトリクス型の液晶表示素子を
作製した例を示す。基板２０１としてはソーダガラス基
板（厚さ１．１ｍｍ、３００×４００ｍｍ）を使用し
た。ソーダガラスは多量のナトリウムを含有するので、
このナトリウムがＴＦＴ中に拡散しないようにプラズマ
ＣＶＤ法で全面に厚さ５〜５０ｎｍ、好ましくは５〜２
０ｎｍの窒化珪素膜２０２を形成した。このように、基
板を窒化珪素または酸化アルミニウムの皮膜でコーティ
ングしてこれをブロッキング層とする技術は、本発明人
等の出願である特願平３−２３８７１０、同３−２３８
７１４に記述されている。

【００３３】ついで下地酸化膜２０３（酸化珪素）を形
成した後、ＬＰＣＶＤ法もしくはプラズマＣＶＤ法でシ
リコン膜２０４（厚さ３０〜１５０ｎｍ、好ましくは３
０〜５０ｎｍ）を形成し、４００℃で１時間脱水素化を
行った後、これをパターニングして島状の半導体領域
（ＴＦＴの活性層）を形成した。さらにテトラ・エトキ
シ・シラン（ＴＥＯＳ）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７０〜１２０ｎｍ、典型的には１００ｎｍ）２０
５を形成した。基板温度はガラスの縮みやソリを防止す
るために４００℃以下、好ましくは２００〜３５０℃と
した。しかしながら、この程度の基板温度では、酸化膜
中には多量の炭化水素基が含まれ、多くの再結合中心が
存在し、例えば、界面準位密度は１０¹²ｃｍ^-2以上でゲ
イト絶縁膜としては使用できないレベルのものであっ
た。

【００３４】そこで、図２（Ａ）に示すようにＫｒＦレ
ーザー光を照射して、このシリコン膜２０４の結晶性を
改善せしめると同時にゲイト酸化膜２０５の再結合中心
（トラップセンター）を減少させ、ゲイト酸化膜２０５
の特性の改善を図った。すなわち、本工程では、実施例
１においては２つの工程に分けてなされていた、シリコ
ン膜の結晶化と、ゲイト酸化膜の改善という２つの作用
を１つの工程でおこなった。

【００３５】好ましくはこのレーザー照射は１０ｔｏｒ
ｒ以下の酸素過剰雰囲気の減圧下で行われる。なぜなら
ば、減圧状態の方が酸化膜中の炭素原子の離脱が容易で
あるからである。酸素分圧は、例えば１〜１０ｔｏｒｒ
とした。このときにはレーザー光のエネルギー密度は２
５０〜３００ｍＪ／ｃｍ²と設定し、また、ショット数
も１０回とした。好ましくは、温度を１５０〜４００
℃、代表的には３００℃に保つと良い。レーザー照射の
装置としては図３（Ｂ）に示すものを用いた。その結
果、シリコン膜２０４は結晶性が改善され、また、ゲイ
ト酸化膜の界面準位密度も１０¹¹ｃｍ^-2以下に減少し
た。

【００３６】次に、実施例１と同じ要領でアルミニウム
のゲイト電極２０８を形成し、基板ごと電解溶液に浸漬
して、これを陽極として通電し、ゲイト電極等のアルミ
ニウム配線表面に陽極酸化物の被膜２０９を厚さ２０６
ｎｍ形成した。このような陽極酸化の技術は本発明人等
の出願である特願平４−３０２２０、同４−３８６３
７、および同４−５４３２２に記述されている。この工
程の完了した様子を図２（Ｂ）に示す。また、陽極酸化
工程が終了した後に、逆に負の電圧、例えば−１００〜
−２００Ｖの電圧を０．１〜５時間印加してもよい。こ
のときには、基板温度は１００〜２５０℃、代表的には
１５０℃とすることが好ましい。この工程によって、酸
化珪素中あるいは酸化珪素とシリコン界面にあった可動
イオンがゲイト電極（Ａｌ）に引き寄せられる。このよ
うに、陽極酸化後、もしくは陽極酸化中にゲイト電極に
負の電圧を印加する技術は、本発明人等の出願の特願平
４−１１５５０３（平成４年４月７日出願）に記述され
ている。

【００３７】その後、Ｐ型の不純物として、硼素をイオ
ンドーピング法でシリコン層に自己整合的に注入し、Ｔ
ＦＴのソース／ドレイン２０８、２０９を形成し、さら
に、図２（Ｃ）に示すように、これにＫｒＦレーザー光
を照射して、このイオンドーピングのために結晶性の劣
化したシリコン膜の結晶性を改善せしめた。このときに
はレーザー光のエネルギー密度は２５０〜３００ｍＪ／
ｃｍ²と設定した。このレーザー照射によって、このＴ
ＦＴのソース／ドレインのシート抵抗は３００〜８００
Ω／□となった。

【００３８】その後、ポリイミドによって層間絶縁物２
１０を形成し、さらに、画素電極２１１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、Ｔ
ＦＴ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２１２、２１３を形成し、このうち一方の電
極２１３はＩＴＯにも接続するようにした。クロム／ア
ルミニウム多層膜は、下層にクロム膜２０〜２００ｎ
ｍ、典型的には１００ｎｍ、上層にアルミニウム膜１０
０〜２０００ｎｍ、典型的には５００ｎｍが堆積されて
できている。これらは連続的にスパッタ法にて形成する
ことが望まれる。最後に、水素中で２００〜３００℃で
２時間アニールして、シリコンの水素化を完了した。こ
のようにして、ＴＦＴが完成した。同時に作製した多数
のＴＦＴをマトリクス状に配列せしめてアクティブマト
リクス型液晶表示装置とした。

【００３９】〔実施例３〕本発明によって、ＴＦＴを
作製する例を図１に示す。まず、基板１０１上に下地酸
化膜１０２として厚さ１００〜３００ｎｍの酸化珪素膜
を形成した。その後、プラズマＣＶＤ法やＬＰＣＶＤ法
によってアモルファス状のシリコン膜１０３を３０〜１
５０ｎｍ、好ましくは５０〜１００ｎｍ堆積した。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２０ｎｓｅｃ）を照射し
て、シリコン膜１０３の結晶性を改善させた。

【００４０】次にシリコン層１０３を島状にパターニン
グして、ＮＴＦＴ領域１０４とＰＴＦＴ領域１０５を形
成した。さらに、ＴＥＯＳを原料としＲＦプラズマＣＶ
Ｄ法で酸化珪素膜を分解・堆積し、これをゲイト酸化膜
１０６とした。このような酸化膜中には多量の炭化水素
基が含まれており、そのため、膜には多数のトラップセ
ンターが存在し、このままではゲイト酸化膜としては使
用できない。そこで、図３（Ａ）に示す装置によってレ
ーザー照射をおこなって、酸化膜中のトラップセンター
を減少せしめた。図に示すように、チャンバー３０１に
は、シャワー状の酸素ガス導入管３０５と排気ポート３
０６、紫外光ランプ３０３が設けられ、また、チャンバ
ー内にはヒーター３０７を有するホルダー３０２が配置
され、その上に試料３０４が置かれる。紫外光ランプの
発光スペクトルは２５０ｎｍ付近にピークを持ってい
た。消費電力は４０Ｗであった。

【００４１】チャンバー内は、シャワー状の酸素、オゾ
ン、もしくは酸化窒素（ＮＯ₂、ＮＯ、Ｎ₂Ｏ等）が試
料に吹きつけられた。特にチャンバー内を真空にまで排
気することはしなかった。紫外光照射処理は大気圧でお
こなわれた。この紫外光と酸化性ガスとの光化学反応に
よって、活性状態の酸素、もしくはオゾンが生成し、こ
れが酸化珪素膜中の炭素、炭化水素等と反応して、膜中
の炭素原子を十分な量にまで減らすことができた。好ま
しくは、試料の温度を１５０〜４００℃、代表的には３
００℃に保つと良い。その結果、ゲイト酸化膜の界面準
位密度は１０¹¹ｃｍ^-2以下に減少した。

【００４２】図３（Ａ）の装置の代わりに、図３（Ｃ）
に示される装置を使用してもよい。この装置には、チャ
ンバー３１５に酸素導入口３２０と排気ポート３２１、
紫外光ランプ３１７が設けられ、また、チャンバー内に
はヒーター３１６とその上のホルダー３１８が配置さ
れ、その上に試料３１９が置かれる。この装置では、チ
ャバー内を十分な真空にまで排気した後、酸素、オゾ
ン、もしくは酸化窒素等の酸化性ガスを導入した。

【００４３】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、図１（Ｃ）に示すようにゲイト電極１
０７、１０８を形成した。さらに、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
部をマスクとして自己整合的に不純物を注入し、図１
（Ｄ）に示すようにＫｒＦエキシマーレーザー（波長２
４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、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。こうして、Ｎ型不純物（燐）を領域１
０９、１１０に、Ｐ型不純物（硼素）を領域１１１、１
１２を形成した。これらの領域のシート抵抗は２００〜
８００Ω／□であった。その後、全面に層間絶縁物１１
３として、ＴＥＯＳを原料として酸化珪素膜を厚さ３０
０ｎｍ形成した。

【００４４】そして、ＴＦＴのソース／ドレインにコン
タクトホールを形成し、アルミニウム配線１１４〜１１
６を形成した。図１（Ｅ）には、左側のＮＴＦＴとＰＴ
ＦＴ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。ＴＦＴの移動度はＮＴＦＴで５０〜１００ｃｍ²
／Ｖｓ、ＰＴＦＴで３０〜１００ｃｍ²／Ｖｓが得られ
た。また、このようにして作製されたシフトレジスタ
（５段）では、２０Ｖのドレイン電圧で１０ＭＨｚ以上
の駆動を確認した。

【００４５】

【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。特に大面積基板上に
ＴＦＴを形成し、これをアクティブマトリクスや駆動回
路に利用することによる産業上のインパクトは大きい。
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。ま
た、実施例では主として各種ＬＣＤに本発明を使用する
例を示したが、その他の絶縁基板上に形成することが要
求される回路、例えばイメージセンサー等においても本
発明が実施できることは自明である。

【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】本発明に使用したレーザー、紫外光処理装置の
概念図を示す。

【符号の説明】

１０１絶縁基板１０２下地酸化膜１０３半導体領域１０４島状半導体領域（ＮＴＦＴ用）１０５島状半導体領域（ＰＴＦＴ用）１０６ゲイト絶縁膜１０７ゲイト電極（ＮＴＦＴ用）１０８ゲイト電極（ＰＴＦＴ用）１０９、１１０Ｎ型不純物領域１１１、１１２Ｐ型不純物領域１１３層間絶縁物１１４〜１１６金属配線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板上に、アモルファス状の半導体
被膜を形成する工程と、前記半導体被膜上に有機シラン
もしくはその一部の水素、炭素、あるいは炭化水素基を
フッ素によって置換した材料を原料とする化学的気相成
長法によって、酸化珪素膜を形成する工程と、前記半導
体被膜および酸化珪素膜にパルスレーザー光を照射する
工程と、前記酸化珪素膜上にゲイト電極を形成する工程
とを有することを特徴とする薄膜状半導体装置の作製方
法。
【請求項２】請求項１において、酸化珪素膜を基板温
度４００℃以下で形成することを特徴とする薄膜状半導
体装置の作製方法。
【請求項３】請求項１において、ゲイト電極形成後、
ゲイト電極を主たるマスクとして自己整合的に高速イオ
ンを照射する工程と、前記イオン照射後、前記ゲイト電
極を主たるマスクとしてパルスレーザー光を照射する工
程とを有することを特徴とする薄膜状半導体装置の作製
方法。
【請求項４】絶縁基板上に、アモルファス状の半導体
被膜を形成する工程と、前記半導体被膜上にレーザー光
に対して実質的に透明な保護絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体被膜にパルスレーザー光を照射することによ
って、前記半導体被膜の結晶性を改善せしめる工程と、
前記保護絶縁被膜を除去することによって、前記半導体
被膜表面を露出せしめる工程と、有機シランもしくはそ
の一部の水素、炭素、あるいは炭化水素基をフッ素によ
って置換した材料を原料とする化学的気相成長法によっ
て酸化珪素膜を形成する工程と、前記半導体被膜および
酸化珪素膜にパルスレーザー光を照射する工程と、前記
酸化珪素膜上にゲイト電極を形成する工程とを有するこ
とを特徴とする薄膜状半導体装置の作製方法。
【請求項５】請求項４において、酸化珪素膜を基板温
度４００℃以下で形成することを特徴とする薄膜状半導
体装置の作製方法。
【請求項６】請求項４において、ゲイト電極形成後、
ゲイト電極を主たるマスクとして自己整合的に高速イオ
ンを照射する工程と、前記イオン照射後、前記ゲイト電
極を主たるマスクとしてパルスレーザー光を照射する工
程とを有することを特徴とする薄膜状半導体装置の作製
方法。
【請求項７】絶縁基板上に、アモルファス状の半導体
被膜を形成する工程と、前記半導体被膜上に有機シラン
もしくはその一部の水素、炭素、あるいは炭化水素基を
フッ素によって置換した材料を原料とする化学的気相成
長法によって、酸化珪素膜を形成する工程と、前記半導
体被膜および酸化珪素膜に酸素、オゾン、もしくは酸化
窒素を含む雰囲気中で波長３００ｎｍ以下の紫外光を照
射する工程と、前記酸化珪素膜上にゲイト電極を形成す
る工程とを有することを特徴とする薄膜状半導体装置の
作製方法。