JPH07283151A - 半導体装置の作製方法及び半導体装置の作製装置 - Google Patents
半導体装置の作製方法及び半導体装置の作製装置Info
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- JPH07283151A JPH07283151A JP6100642A JP10064294A JPH07283151A JP H07283151 A JPH07283151 A JP H07283151A JP 6100642 A JP6100642 A JP 6100642A JP 10064294 A JP10064294 A JP 10064294A JP H07283151 A JPH07283151 A JP H07283151A
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Abstract
トランジスタ(TFT)を作製する方法に関して、特性
の優れたゲイト絶縁膜の作製方法およびそのための装置
を提供する。 【構成】 酸素等の酸化性雰囲気中、もしくはアンモニ
ア等の窒化性雰囲気中において、基板をレーザー処理チ
ャンバーに置き、基板上に形成された非単結晶シリコン
薄膜表面に、レーザー光もしくはこれを同等の強光を照
射することによって、非単結晶シリコン膜の結晶性を改
善するとともに表面にごく薄い酸化膜もしくは窒化膜、
あるいは酸化窒化膜を形成する。さらに、このように処
理した基板が大気に触れないように成膜チャンバーに移
送し、しかる後にプラズマCVD法、スパッタリング法
等の気相の成膜手段によって絶縁被膜を成膜し、所望の
厚さのゲイト絶縁膜とする。
Description
る半導体装置(薄膜トランジスタ(TFT)やその集積
回路等)の作製方法とそのための装置に関する。
れた薄膜シリコン半導体を用いた薄膜トランジスタ(一
般にTFTと称される)が知られている。このTFTを
構成する薄膜珪素半導体としては、結晶性シリコン膜を
用いることが有用である。また、良好な特性を有するT
FTを得るためには、シリコン膜の表面に良好な界面を
特性を有して絶縁膜(一般には酸化珪素膜)を形成する
必要がある。しかし、十分な界面特性を有したゲイト絶
縁膜を形成することはこれまでの技術においては問題が
あった。
絶縁膜は、熱酸化による酸化珪素膜であった。しかしな
がら、熱酸化によってこのような膜を得ようとすると、
900℃を越えるような高温が必要であった。これはT
FTを構成する基板や材料に大きな制約をもたらし、T
FTプロセスの低温化の流れの大きな障害であった。こ
れに対し、気相成長法(すなあわち、CVD法やPVD
法)による成膜はそれほどの高温を要求されることはな
かったが、得られる絶縁膜と半導体との界面特性が好ま
しいものではなかった。
鑑みてなされたのであり、基本的に熱酸化ほどの高温を
必要としないで、良好な界面特性を有した絶縁膜を形成
することを主な目的とする。また、上記絶縁膜を形成す
るプロセスの生産性を安定性を向上させることを他の目
的とする。
ー光またはそれと同等な強光を照射する処理装置と、気
相成長法による真空成膜装置(例えば、プラズマCVD
装置、減圧CVD(LPCVD)装置、大気圧CVD
(APCVD)装置、スパッタリング成膜装置(スパッ
タ装置)等)をいずれも少なくとも1つ有する半導体処
理装置において、レーザー光またはそれと同等な強光を
照射する処理装置において、基板上に形成されたアモル
ファス半導体膜や多結晶半導体膜、微結晶半導体膜等の
非単結晶半導体膜に対してレーザー光または強光を照射
する工程と、前記レーザー光またはそれと同等な強光を
照射する処理装置から外気に曝すことなく前基板を他の
真空処理装置に移送し、所定の処理を行う工程と、を有
し、前記レーザー光またはそれと同等な強光の照射は、
酸素雰囲気等の酸化性雰囲気、あるいはアンモニア雰囲
気等の窒化性雰囲気中において行われ、非単結晶半導体
膜の結晶性を向上せしめ、その表面の酸化もしくは表面
への酸化膜の形成(酸化性雰囲気の場合)、あるいはそ
の表面の窒化もしくは表面への窒化膜の形成(窒化性雰
囲気の場合)、とを行うことを特徴とする。
と同等な強光を照射する処理装置は、レーザー光または
それと同等な強光を照射する機能と、必要とするガスを
導入する手段と、雰囲気を減圧にするための排気手段と
を有している必要がある。レーザー光としては、エキシ
マレーザーや各種YAGレーザー、ルビーレーザー等を
用いることができる。レーザー以外の非コヒーレントな
光源としては、キセノンランプ、クリプトンランプの希
ガスランプや、ハロゲンランプ等を用いることができ
る。用いる光源の波長としては、赤外から紫外までの広
い範囲で可能であるが、基板の温度上昇を防止するとい
う意味で、光の照射はパルス状になされることが好まし
く、パルス幅は1μsec以下が好ましい。
置、減圧CVD(LPCVD)装置、大気圧CVD(A
PCVD)装置、スパッタリング成膜装置(スパッタ装
置)等を用いることができる。以上の装置以外にも、そ
の他に真空処理装置として、各種雰囲気での加熱処理装
置、イオン注入装置、エッチング装置、外部との間で基
板の搬入搬出を行う装置を接続しておいてもよい。これ
らの装置は、それぞれにおいて必要とするガスの導入系
と排気系とを有し、基板の搬送を専門に行うための共通
の搬送室に連結された構成を有することが望ましい。基
板を外気に曝さずに移送するのは、各処理工程において
被処理物(例えば基板上のシリコン膜)が汚染されるこ
とを防ぐためである。
対して窒化性または酸化性雰囲気中において、レーザー
光またはそれと同等な強光を照射し、前記非単結晶半導
体表面を窒化もしくは酸化するとともに、前記非単結晶
半導体膜の結晶性を改善させる工程と、前記酸化膜上に
絶縁膜を積層する工程と、を有することを特徴とする。
てはプラズマCVD法や減圧熱CVD法で成膜したアモ
ルファスシリコン膜を挙げることができる。また、この
ようなアモルファス半導体膜を650℃以下の温度でア
ニールすることによって結晶化させた多結晶や微結晶の
半導体膜も利用できる。窒化性または酸化性雰囲気中に
おいて、レーザー光またはそれと同等な強光を照射する
のは、これら非単結晶半導体膜の表面に窒化膜、酸化膜
あるいは酸化窒化膜を形成するとともに、非単結晶半導
体膜の結晶性を向上させるためである。酸化性雰囲気と
は、積極的に酸化を行わすために酸化性のあるガスを多
く含有させた雰囲気のことをいい、亜酸化窒素(N
2 O)や二酸化窒素(NO2 )等を多量に含む雰囲気、
あるいはこれらと酸素等との混合雰囲気のことである。
従って単にこれらのガスが微量に含まれている雰囲気と
は異なる。雰囲気中には塩素やトリクロロエチレン(ト
リクレン、TCE、CHCl=CCl2 )、トランス−
1、2−ジクロールエチレン(CHCl=CHCl)が
含まれていても良い。このようなガスは酸化作用を促進
する。
照射を結晶性を有するシリコン膜に対して行えば、シリ
コン膜表面に薄い酸化珪素膜を形成することができる。
特に紫外線を照射した場合には化学反応が促進し、良質
の酸化珪素膜が得られる。レーザ光または強光の照射の
後に、プラズマCVD法等の成膜方法で絶縁膜、例えば
酸化珪素を形成することで、レーザー光等の照射の際に
半導体表面に形成された良好な界面特性を有する酸化膜
や窒化膜に重ねて、絶縁膜を必要とする厚さに形成する
ことができる。
または酸化性雰囲気中においてレーザー光またはそれと
同等な強光を照射することにより、半導体表面に界面特
性の良好な酸化膜を形成することができる。特に、半導
体としてシリコンを用い、非単結晶シリコン膜に対し
て、窒化性または酸化性雰囲気中においてレーザー光ま
たはそれと同等な強光を照射することにより、非単結晶
半導体表面に界面特性の良好な窒化珪素膜、あるいは酸
化珪素膜、もしくは酸化窒化珪素膜を形成するととも
に、非単結晶半導体膜の結晶性を向上させることができ
る。特にこのようにして作製された酸化珪素膜の場合
は、通常の乾燥酸素中で1000〜1200℃の温度の
熱酸化で得られる酸化珪素膜に匹敵するほど、固定電荷
が少なく、界面準位密度(Qss)も低い。このため、T
FT等の絶縁ゲイト型デバイスのゲイト絶縁膜としては
優れている。
等の絶縁膜を形成することで、TFTのゲイト絶縁膜と
して用いるに十分な厚さの界面特性に優れたゲイト絶縁
膜を半導体膜上に形成することができる。すなわち、本
発明においてはゲイト絶縁膜は少なくとも2層から成り
立っており、半導体と接する薄い酸化膜は半導体がレー
ザー等の照射によって酸化してできたもので、その界面
特性は優れている。しかしながら、これだけではゲイト
絶縁膜として用いるには耐圧等の点で不十分である。そ
こで、それに重ねて気相成長法によって必要な厚さと耐
圧を備えた絶縁膜を形成することにより、はじめてゲイ
ト絶縁膜として好ましい被膜を得ることができる。
ら隔離された環境でおこなわれることが望ましい。も
し、レーザー等の照射の工程の後に、一度、大気中に半
導体表面をさらすと、表面が汚染されてしまい、せっか
く、レーザー等の照射によって得られた良質な酸化膜等
が台無しになってしまう。したがって、レーザー等の照
射と気相成長法による絶縁膜の成膜の間には半導体表面
を大気にさらす工程を入れてはならない。そのため、本
発明においては、これらの装置の間に基板を移送するた
めの特別な手段が必要とされる。以下に実施例を示し、
本発明の数々の例を説明する。
す。この例では、プラズマCVD成膜装置とレーザー処
理装置(例えば、レーザーアニール装置)を組み合わせ
たもので、2つの装置の間には予備室を1つ設けてあ
る。図において、1はプラズマCVD装置のチャンバー
であり、2はレーザーアニール装置のチャンバーであ
る。これらのチャンバーにはガス導入バルブ7、18と
排気バルブ8、19を設け、必要なガスを導入し、排気
できるようにし、また、内部の圧力を適切な値に保てる
ようにされている。
設けられ、電極5上には処理されるべき基板(試料)6
を置き、電極4にはRF電源(例えば、周波数13.5
6MHz)3が接続されている。そして、チャンバー内
に適切なガス(例えば、モノシランやジシランと酸素、
亜酸化窒素等)を導入し、電極間に放電を生じさせて、
基板6上に被膜を形成する。基板は必要によって加熱さ
れてもよい。
ザー装置11からミラー12、レンズ13を経由したレ
ーザー光が窓を通して、サンプルホルダー15上の基板
17に照射される。基板はヒーター16によって200
〜500℃、好ましくは300〜400℃に加熱され
る。この加熱は結晶化を再現性良くおこなう際には欠か
すことができない。チャンバー2では、レーザーアニー
ルによって結晶性を改善することによって特性の向上が
図られる。この際、レーザーアニール装置のチャンバー
内を酸素雰囲気とすることによって、アモルファスシリ
コン膜等の非単結晶シリコン膜の結晶性の改善とその表
面への酸化膜の形成が同時に行われる。同様にアンモニ
ア雰囲気のような窒化性の雰囲気でレーザーアニールを
おこなうと、窒化膜が形成される。亜酸化窒素雰囲気、
もしくは酸素とアンモニアの混合雰囲気であれば、酸化
窒化膜が形成される。
たまま、徐々に図の右側に移動することができる。その
結果、基板全面にレーザー処理をおこなうことができ
る。例えば、基板が300mm×400mmであるとす
れば、レーザービームの形状を2×350mmの線状と
することによって、基板の全面をレーザー処理できる。
また、このときのホルダーの移動速度が20mm/秒で
あれば、1枚の基板の処理時間は400÷20=20秒
である。
結晶シリコン膜が成膜された基板は以下のような順序で
処理される。まず、予備室を10-5〜1torrに排気
する。一方、レーザー処理装置のチャンバー2も同じ程
度に排気されている。そして、予備室とレーザー処理装
置の間のゲートを開けて、予備室からレーザー処理装置
に基板を移送する。移送後、ゲートは閉じられ、チャン
バー2内に適当な圧力のガスを導入する。さらにサンプ
ルホルダー15をヒーター16によって適切な温度にま
で加熱する。温度が安定し、レーザー処理装置にセット
された基板の精密な位置合わせが完了したら、レーザー
処理がおこなわれる。このレーザー照射によって、シリ
コン膜の結晶性を向上させる。この際には、雰囲気は、
1〜1000torrの圧力で、酸素もしくは酸化窒素
(例えば、亜酸化窒素(N2 O)、二酸化窒素(N
O2 )等)の分圧が10%以上となるようにする。この
結果、レーザー照射と同時にシリコン膜表面に薄い酸化
珪素膜が形成される。
〜1torrの圧力にし、再び、基板を予備室9に戻
し、さらに、予備室と同じ程度に排気されたプラズマC
VD成膜室1に移送する。そして、成膜手順にしたがっ
て、酸化珪素、窒化珪素等の絶縁膜を形成する。この成
膜工程の間にあっては、チャンバー1では別の基板の処
理をおこなってもよい。成膜終了後、成膜装置1の内部
を排気して、10-5〜1torrの圧力にし、成膜装置
1と予備室の間のゲートを開けて、基板をやはり同じ程
度に排気された予備室に移送し、予備室を大気圧と同じ
圧力にし、基板を大気に取り出す。
ティングから位置合わせ、取り出しまでを含めた基板1
枚に対するレーザー装置での処理時間が、基板のセッテ
ィング、排気をも含めたプラズマCVD装置での成膜時
間とほぼ等しければ、レーザー処理装置からプラズマC
VD装置まで待ち時間無しで処理できる。もし、基板1
枚のレーザーの処理時間が、プラズマCVDでの成膜時
間の半分であれば、プラズマCVDでの成膜を一度に2
枚おこなうようにすればよい。この場合には、最初に2
枚の基板が予備室にストックされ、その後、うち1枚が
レーザー処理装置に送られ、処理され、他の1枚は予備
室に保存される。そして、最初の1枚が処理された後に
予備室に保存されていた1枚が処理される。2枚とも処
理されたのちにプラズマCVD装置に送られ、2枚同時
に成膜される。
の概略について述べる。工程図を図2に示す。まず、コ
ーニング7059等のガラス基板101上に酸化珪素の
下地膜102を形成する。酸化珪素膜102の厚さは、
ガラス基板101からのイオンが混入しないように10
00〜5000Åが好ましい。ここでは、2000Åと
した。その後、アモルファスシリコン膜を堆積した。そ
の厚さは300〜1000Åが好ましい。ここでは、5
00Åとした。そして、400〜500℃、例えば、4
50℃で適当な時間アニールすることにより、膜から水
素を除去する。そして、このアモルファスシリコン膜を
島状に加工して、島状領域103とした。このような処
理を施した基板を図1の装置のレーザー処理装置2によ
って、レーザー照射することにより、アモルファス状態
の島状シリコン膜103を結晶性のシリコン膜に変化さ
せた。
ーを用いた。レーザー照射の条件は、エネルギー密度は
350〜450mJ/cm2 、ショット数は1か所に付
き、2〜20ショット、基板温度は200〜400℃と
した。レーザー照射の雰囲気は1気圧の酸素/アルゴン
雰囲気でおこなった。酸素の分圧は20%とした。この
レーザー照射の結果、島状領域103の表面には厚さ数
10Åの薄い酸化珪素膜104が形成された。(図2
(A)) その後、基板を図1の装置のプラズマCVD装置1に移
送し、そこで、酸化珪素膜を形成した。レーザー処理装
置からプラズマCVD成膜装置に基板が搬入されるまで
の間、基板は水分等の大気成分に触れることはなかっ
た。
と亜酸化窒素を原料とし、厚さ1000〜1500Å、
例えば、1200Åの酸化珪素膜105を成膜した。原
料ガスにはトリクルオロエチレンもしくは塩化水素を微
量購入しておくと、シリコン膜中の可動イオンも除去で
きるので都合がよい。。この酸化珪素膜105はTFT
のゲイト絶縁膜としても機能する。(図2(B)) その後、アルミニウム、タンタル、クロム、タングステ
ン、モリブテン、シリコンおよびそれらの合金や多層配
線等の材料によってゲイト電極106、108を形成す
る。さらに、ゲイト電極に電解溶液中で通電することに
よって、ゲイト電極の上面および側面に陽極酸化膜10
7、109を形成する。陽極酸化膜の厚さは1000〜
2500Åとした。この陽極酸化膜は、その後のイオン
ドーピングやレーザーアニール、層間絶縁物の成膜工程
で受けるゲイト電極のダメージを減じる作用を有する。
型MOS(CMOS)技術によって、P型領域110、
112、N型領域113、115を形成する。この結
果、Pチャネル型TFT(PTFT)のチャネル領域1
11、Nチャネル型TFT(NTFT)のチャネル領域
114を形成する。そして、これにレーザー光を照射し
て、イオンドーピングによってダメージを受けた領域の
結晶性を改善せしめた。このレーザー照射も図1の装置
のレーザー処理装置によっておこなえばよい。また、こ
の場合にはレーザーのエネルギーは図2(A)の工程ほ
ど強力なものは必要とされない。レーザー照射の条件と
しては、基板温度は室温、レーザーエネルギー密度は2
50〜350mJ/cm2 とした。他の条件は図2
(A)の工程と同一とした。(図2(C))
に移送し、層間絶縁物として酸化珪素膜116を形成し
た。酸化珪素膜の厚さは3000〜8000Å、例え
ば、5000Åとした。その後、島状領域にコンタクト
ホールを開孔して、アルミニウム膜を3000〜800
0Å、例えば、5000Å堆積し、これをエッチングし
て、配線・電極117、118、119を形成した。ア
ルミニウムと島状領域の間に厚さ500〜1500、例
えば、1000Åの窒化チタン膜をはさむと、良好なコ
ンタクト特性が得られた。(図2(D)) 本実施例によって作製したTFTは特性が優れており、
例えば、電界効果移動度としては、NTFTで200〜
300cm2 /Vs、PTFTで100〜250cm2
/Vsが安定して得られた。
この例では、プラズマドーピング装置(イオンドーング
装置とも言う)とプラズマCVD(兼ドライエッチン
グ)装置、およびレーザー処理装置(例えば、レーザー
アニール装置)を組み合わせたもので、3つの装置の間
にはそれぞれ予備室を1つ設けてある。図3において、
21はプラズマドーピング装置のチャンバーであり、2
2はエッチング装置の、また、23はレーザーアニール
装置のチャンバーである。これらのチャンバーには必要
なガスを導入し、排気でき、また、内部の圧力を適切な
値に保てるようにされている。
極25、グリッド電極26が設けられ、アノードには高
電圧電源24によって、最大で100kVの高電圧が印
加される。グリッド電極近傍にRF放電等によって発生
したプラズマ中の陽イオン27は、上述の高電圧によっ
てサンプルホルダー29の方向に加速される。その結
果、サンプルホルダー29上の基板(試料)28には、
加速された陽イオン(ホウソイオンやリンイオン、ある
いは水素イオン等)が打ち込まれる。
シリコンと、その上の酸化珪素層が形成され、さらに、
薄膜トラジスタのゲイト電極が形成されているものとす
る。このようなドーピングによって酸化珪素層およびシ
リコン層には必要な不純物が注入される。このように、
酸化珪素等の材料を通してドーピングすることをスルー
ドープというが、歩留り良く半導体素子を形成するには
適した方法である。プラズマCVD装置兼エッチング装
置22には電極33、34が設けられ、電極33にはR
F電源32が接続され、また、電極34上には基板35
が置かれる。例えば、四フッ化炭素雰囲気中でRF電源
からの電力によって、電極間に放電を生じさせると、基
板上の酸化珪素膜やチャンバーの内壁に被着した酸化珪
素膜をエッチングすることができる。また、酸素雰囲気
中でRF放電させるとフォトレジスト等の有機物が酸化
・除去され、いわゆるアッシングがおこなわれる。ま
た、雰囲気をモノシランと酸素にしてRF放電をおこな
うと、酸化珪素膜の成膜をおこなうことができる。
ものと実質的には同じもので、チャンバー23には窓4
1が設けられ、レーザー装置38からミラー39、レン
ズ40を経て、レーザー光が窓を通して、可動式のサン
プルホルダー44上の基板42に照射される。基板はヒ
ーター43によって加熱されてもよい。使用するレーザ
ーとして、量産性に優れた紫外光エキシマーレーザー、
例えば、KrFレーザー(波長248nm)、XeCl
レーザー(308nm)やXeFレーザー(350n
m)が好ましい。プラズマドーピング装置21とプラズ
マCVD装置22とレーザー処理装置23の間にはそれ
ぞれ予備室30、36が設けられている。
いるので、多様な処理が可能である。例えば、十分に水
素出しをおこなったアモルファスもしくは多結晶状態の
島状のシリコン膜が形成された基板に最初、プラズマド
ーピング装置21において、シリコン膜中に適量の水素
イオンを注入する。次にレーザー処理装置23におい
て、酸素もしくは亜酸化窒素雰囲気にてレーザー照射を
おこなって、島状シリコン領域の結晶性を改善させると
ともに、その表面に薄い酸化珪素膜を形成する。その
後、基板をプラズマCVD装置22に移送して、ここで
ゲイト絶縁膜となるべき酸化珪素等の絶縁膜の成膜をお
こなう。水素イオン注入の工程はなくてもよい。
を含む処理にも使用できる。まず、フォトレジストでコ
ーティングし、P型(もしくはN型)のTFTを形成す
る領域のみを露出させた基板に対して、プラズマドーピ
ング装置21でP型(もしくはN型)不純物をドーピン
グする。その後、基板をプラズマCVD装置22に移送
し、ここで、酸素雰囲気中でのRF放電、すなわちアッ
シングをおこなうことにより、フォトレジストを除去す
る。この結果、基板の全面が露出する。そして、再び、
プラズマドーピング装置21に基板を戻して、今度は、
N型(もしくはP型)不純物をドーピングする。このド
ーピングでは、先のドーピングの工程で、フォトレジス
トに覆われていた領域には、N型(もしくはP型)の不
純物がドーピングされ、N型(もしくはP型)となる。
一方、先のドーピングの際にP型不純物がドーピングさ
れた領域にもN型(もしくはP型)不純物がドーピング
されるが、これは、最初のドーピングのドーズ量を後の
ドーピングのドーズ量よりも減らすことによって、P型
(もしくはN型)を維持できる。その後、基板はレーザ
ー処理装置23に移送され、実施例1の場合と同様に、
ドーピングされた不純物の活性化のためにレーザーアニ
ールされる。
を用いて薄膜トランジスタ(TFT)を作製する例を図
5に示す。ガラス基板(例えば、コーニング7059)
201上に厚さ200〜2000Åの下地酸化珪素膜2
02をスパッタリング法やプラズマCVD法によって形
成する。さらに、LPCVD法やプラズマCVD法、ス
パッタリング法等の方法によってアモルファスシリコン
膜を300〜1000Å堆積し、これを550〜650
℃、4〜48時間の窒素中、もしくは真空中の加熱によ
って結晶化させる。その際、膜に微量のニッケルを混入
させると、結晶化温度を低下させ、かつ、結晶化時間を
短くすることができる。
ーニングして島状領域203を形成する。その後、図3
に示す装置に基板をセットし、まず、レーザー処理装置
にてレーザー照射することにより、島状シリコン膜20
3の結晶性を改善する。実施例1の場合と異なり、既に
島状シリコン領域はある程度の結晶化が進行していた
が、粒界にはまだ、微細なアモルファス成分が多く、こ
れらを完全に結晶化させることにより、TFTの特性を
飛躍的に向上させることができる。レーザーとしてはK
rFエキシマーレーザーを用いた。レーザー照射の条件
は、エネルギー密度は350〜450mJ/cm2 、シ
ョット数は1か所に付き、2〜20ショット、基板温度
は200〜400℃とした。レーザー照射の雰囲気は1
気圧の亜酸化窒素雰囲気でおこなう。
の表面には厚さ数10Åの薄い酸化珪素膜204が形成
される。(図5(A)) その後、基板を図3の装置のプラズマCVD装置22に
移送し、そこで、厚さ1000〜1500Å、例えば、
1200Åの酸化珪素膜205を成膜する。(図5
(B)) その後、スカンジウムが0.1〜0.3重量%入ったア
ルミニウムによってゲイト電極206、208を形成す
る。さらに、ゲイト電極に電解溶液中で通電することに
よって、ゲイト電極の上面および側面に陽極酸化膜20
7、209を形成する。陽極酸化膜の厚さは1000〜
2500Åとした。
分をフォトレジストでマスクして、図3の装置にセット
し、プラズマドーピング装置21でホウ素を0.5〜5
×1015/cm2 ドーピングする。この結果、島状領域
203の左側にP型領域210、212が形成され、ま
た、PTFTのチャネル領域211も形成される。その
後、基板をプラズマCVD装置22に移送し、酸素プラ
ズマによって、フォトレジストをアッシング除去する。
そして、再び、基板をプラズマドーピング装置21に移
送し、今度は燐をドーピングする。ドーズ量は0.1〜
2×1015/cm2 とし、かつ、先のホウ素のドーズ量
よりも小さくすることが望まれる。この結果、N型領域
213、215とNTFTのチャネル領域214を形成
する。(図5(C))
送し、ドーピングされた不純物の活性化をおこなう。レ
ーザー照射の条件としては、基板温度は室温、レーザー
エネルギー密度は250〜350mJ/cm2 とした。
(図5(D)) その後、基板を図3のプラズマCVD装置22に移送
し、層間絶縁物として酸化珪素膜216を形成する。酸
化珪素膜の厚さは3000〜8000Å、例えば、50
00Åとした。その後、基板を図3の装置から取り出
し、島状領域にコンタクトホールを開孔して、窒化チタ
ン膜1000Å、アルミニウム膜を3000〜8000
Å、例えば、5000Å堆積し、これをエッチングし
て、配線・電極217、218、219を形成する。こ
うして、CMOS型のTFT回路が形成される。(図5
(E))
構成の本発明の装置の概略を示す。図4の装置の詳細な
図面は図8に示す。図3の装置は3つの装置が直線状に
接続されたマルチチャンバーであったが、本実施例の装
置は星型のマルチチャンバーである。すなわち、基板の
出し入れのための搬入搬出室を構成するチャンバー5
1、基板に対して各種加熱処理(例えば、水素雰囲気で
のアニール)をおこなう加熱処理室を構成するチャンバ
ー53、レーザー光の照射を行うレーザー処理室を構成
するチャンバー55、スパッタリング法で酸化珪素の成
膜を行うための成膜室を構成するチャンバー57と、共
通の予備室(搬送室)59を有する。また、予備室と各
チャンバーとはゲイト52、54、56、58によって
接続される。基板は61〜64に示されるように共通の
予備室59に配置されたロボットハンド60によって、
各チャンバー間を移送される。搬入搬出室には複数枚の
基板をカセットの状態でセットするとロボットによって
自動的に1枚づつ各チャンバーに移送され、処理が終了
した基板は自動的にカセットに戻されるような、いわゆ
るカセット・トゥー・カセット(C−to−C)方式を
採用してもよい。
膜トランジスタ)の作製例を示す。図6を用いて、本実
施例を説明する。まずガラス基板301として、コーニ
ング7059基板を用い、620〜660℃で1〜4時
間アニールした後、0.1〜1.0℃/分、好ましく
は、0.1〜0.3℃/分で徐冷し、450〜590℃
まで温度が低下した段階で取り出した。そして、基板上
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のアモルファスシリコン膜
303を成膜した。そして、厚さ1000Åの酸化珪素
のマスク304を用いて305で示される領域に厚さ2
0〜50Åのニッケル膜をスパッタ法で成膜した。ニッ
ケル膜は連続した膜状でなくともよい。また、スパッタ
法ではなく、スピンコーティング法でもよい。このと
き、添加されたニッケルは結晶化を促進させる効果があ
る。この後、窒素雰囲気下で500〜620℃、例えば
550℃、8時間の加熱アニールをおこない、シリコン
膜303の結晶化を行った。結晶化は、ニッケルとシリ
コン膜が接触した領域305を出発点として、矢印で示
されるように基板に対して平行な方向に結晶成長が進行
した。(図6(A))
て、島状の活性層領域306および307を形成した。
この際、図6(A)に斜線で示したニッケルが直接導入
された領域および結晶成長の先端には、ニッケルが高濃
度に存在する。これらの領域は、その間の結晶化してい
る領域に比較してニッケルの濃度が1桁近く高いことが
判明している。したがって、本実施例においては、活性
層領域306、307はこれらのニッケル濃度の高い領
域を避けて形成し、ニッケルの濃度の高い領域は除去し
た。そして、ニッケルがほとんど存在しない領域にTF
Tの活性層を形成した。本実施例の活性層中でのニッケ
ル濃度は、1017〜1019cm-3程度であった。
置に搬入搬出室(ローダー・アンローダー)51より搬
入した。搬入搬出室51に基板をセットした後、全ての
チャンバーは高真空状態とした。そしてゲイト52を開
け、ロボットアーム60によって基板を共通の予備室
(搬送室)59に移送した。次にゲイト52を閉じ、ゲ
イト54を開け、基板を加熱処置室53に移送した。そ
して、雰囲気を水素もしくは窒素とし、基板を200〜
400℃に加熱した。その後、ゲイト54およびゲイト
56を開け、基板をレーザー処理室55に移送した。そ
してゲイト56を閉じ、レーザー処理室55を常圧の酸
素雰囲気とした。ここでは酸素雰囲気するが、酸化性の
雰囲気とするのでもよい。その後、実施例2と同じ条件
でレーザー光の照射をおこない、活性層306、307
の表面に厚さ50〜150Åの酸化珪素膜308を得る
とともに、先の熱アニールによって結晶化した領域のシ
リコン膜の結晶性をさらに向上させた。(図6(B)) このように、基板をレーザー照射の前に加熱処理室で予
め加熱しておくことにより、レーザー処理室に基板をセ
ットしてから基板の温度が上昇するまでの時間を節約で
きる。
室55内の気体を排気し、高真空状態とした。そして、
ゲイト56を開け、基板を共通の予備室59へとロボッ
トハンドによって移送した。そしてゲイト56を閉め
る。次にゲイト54を開け、基板を加熱処理室53に移
送した。移送完了後ゲイト54を閉め、加熱処理室53
内を常圧の水素雰囲気とした。そして加熱処理室53内
において350℃、30分の水素熱処理をおこなった。
この水素熱処理において、酸化膜308と活性層30
6、307との界面およびその近傍に存在する不対結合
手が中和され、準位を低下させることができる。そして
極めて良好な界面特性を実現することができる。
高真空状態とした。そしてゲイト54を開け、基板をロ
ボットアーム60によって共通の予備室59に移送し
た。移送完了後ゲイト54を閉め、次にゲイト58を開
け、基板を成膜室57に移送した。移送完了後、ゲイト
58を閉め、成膜室57においてスパッタリング法によ
り、酸化珪素膜309を成膜した。スパッタリングター
ゲットは高純度合成石英とした。酸化珪素膜309は1
000Åの厚さに成膜した。この酸化珪素膜はその下の
酸化膜308と同化しており、膜厚を自由に制御でき、
同時に下地との界面特性に優れているという利点を有す
る。こうしてTFTのゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素
膜309を成膜することができた。
は、その成膜工程の間に大気に触れることがないので、
界面表面が汚染されることがなく、良好な界面特性を得
ることができる。特に酸素雰囲気または酸化性雰囲気中
でのレーザー光の照射によって形成される酸化膜308
は、活性層306、307を構成する結晶性を有する珪
素膜との界面特性に極めて優れており、TFTのゲイト
絶縁膜として界面準位密度の低い極めて好ましいものを
得ることができる。なお成膜室57での酸化珪素膜30
9の成膜後、さらに加熱処理室53において水素熱処理
を行ってもよい。
了後、成膜室57を高真空状態とする。そして、ゲイト
58を開け、基板を共通の予備室59に移送する。そし
てゲイト58を閉じる。次にゲイト52を開け、基板を
搬入搬出室51に移送する。そしてゲイト52を閉じ、
基板を搬入搬出室51から装置の外部に取り出す。次に
アルミニウムを主成分とする膜を5000Åの厚さにス
パッタ法で成膜し、実施例2と同様にエッチング、陽極
酸化することにより、ゲイト電極部310、311を形
成した。
ホウ素の注入をおこない、自己整合的にTFTのソース
/ドレイン領域を形成した。燐およびホウ素のドーピン
グ後、レーザー光またはそれと同等な強光の照射によっ
て、ソース/ドレイン領域の活性化をおこなった。そし
て層間絶縁物として酸化珪素膜312をプラズマCVD
法で5000Å程度の厚さに形成し、さらに穴明け工程
を経て、ソース/ドレイン電極・配線313、314、
315を形成した。さらに水素雰囲気中において、35
0℃の温度で水素熱処理を行うことで、CMOS型のT
FTを完成させた。
関連する成膜装置、さらには他の真空装置を組み合わせ
てシステムとし、これを効率的に活用することによって
量産性を向上させることができる。特にアモルファスま
たは多結晶のシリコン膜に対して酸素雰囲気または酸化
性雰囲気中において、レーザー光を照射することにより
被膜の結晶性を改善することと、その表面への酸化膜の
形成を同時にでき、この後、外気に曝さない状態で酸化
珪素等の絶縁膜の成膜を行うことで、結晶性を有するシ
リコン膜上に界面特性に優れたゲイト絶縁膜を得ること
ができる。
との電気的短絡を防止できる。すなわち、図7(A)に
示すように、一般のTFTプロセスにおいては、島状領
域を作製した際に、オーバーエッチによってシリコン膜
の端に空孔が生じた。特に下地の酸化珪素膜が柔らかい
(エッチングレートが大きい)場合には、顕著であっ
た。そして、従来のPVD法やCVD法でゲイト絶縁膜
を形成する際には、この空孔をうまく埋めきれず、クラ
ック等によって短絡し、リーク電流が発生することが多
かった。(図7(B)) しかし、本発明においては、シリコン膜の周囲に一様な
厚さのピンホール等のない緻密な酸化膜もしくは窒化膜
がレーザー光もしくはそれと同等な強光の照射の結果、
形成されるので上記のようなクラックが生じても、ゲイ
ト電極と島状領域の間での短絡がなく、使用上はほとん
ど問題がない。(図7(C)) 以上のように、本発明はTFTのゲイト絶縁膜の形成に
極めて有用なものである。
(実施例1)
(実施例2)
(実施例3)
の差を示す。
Claims (11)
- 【請求項1】 レーザー光またはそれと同等な強光を照
射する処理装置と、気相成長方式による真空成膜装置と
をいずれも少なくとも1つ有する半導体処理装置におい
て、 レーザー光またはそれと同等な強光を照射する処理装置
において、基板上に形成された半導体膜に対して酸化性
もしくは窒化性雰囲気においてレーザー光またはそれと
同等な強光を照射する工程と、 前記レーザー光またはそれと同等な強光を照射する処理
装置から外気に曝すことなく前記基板を前記真空成膜装
置に移送し、前記半導体膜上に酸化珪素もしくは窒化珪
素を含む被膜を形成する工程と、 を有す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、真空成膜装置は、プ
ラズマCVD装置、減圧CVD装置、大気圧CVD装
置、スパッタリング成膜装置のいずれかであることを特
徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項3】 請求項1において、半導体はシリコンで
あることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項4】 レーザー光またはそれと同等な強光を照
射する処理装置と、気相成長方式による真空成膜装置
と、その他の真空処理装置をいずれも少なくとも1つ有
する半導体装置の作製装置であって、 レーザー光またはそれと同等な強光を照射する処理装置
は、窒化性または酸化性雰囲気中において、レーザー光
または強光を照射する機能を有することを特徴とする半
導体装置の作製装置。 - 【請求項5】 請求項4において、その他の真空処理装
置は、エッチング装置、ドーピング装置、熱処理装置の
いずれかであることを特徴とする半導体装置の作製装
置。 - 【請求項6】 請求項4において、半導体はシリコンで
あることを特徴とする半導体装置の作製装置。 - 【請求項7】 窒化性または酸化性雰囲気中において、
非単結晶シリコン膜に対してレーザー光またはそれと同
等な強光を照射し、前記非単結晶シリコン膜表面に酸化
珪素もしくは窒化珪素膜を形成するとともに、前記非単
結晶シリコン膜の結晶性を改善する工程と、 前記酸化膜上に絶縁膜を積層する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項8】 請求項7において、レーザー光またはそ
れと同等な強光はパルス幅1μsec以下のパルス光で
あることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項9】 請求項8において、酸化珪素膜をプラズ
マCVD法、減圧熱CVD法、またはスパッタリング成
膜法で形成することを特徴とする半導体装置の作製方
法。 - 【請求項10】非単結晶シリコン膜に対して窒化性また
は酸化性雰囲気中において、レーザー光またはそれと同
等な強光を照射し、前記非単結晶シリコン膜の結晶性を
改善する第1の工程と、 前記半導体膜上に気相成長法によって酸化珪素もしくは
窒化珪素を含む膜を形成する第2の工程と、 水素を含む雰囲気中において加熱処理を施す第3の工程
と、 前記第3の工程の後に、酸化珪素膜を形成する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項11】レーザー光またはそれと同等な強光を照
射する機能を有する第1の処理室と、 水素雰囲気または水素を含む雰囲気中において加熱処理
を施す機能を有する第2の処理室と、 酸化珪素膜を成膜する機能を有する第3の処理室と、 前記3つの処理室に対して共通に設けられた共通室と、 をそれぞれ少なくとも1つ有する装置を用い、 前記第1の処理室において、酸化性もしくは窒化性雰囲
気で非単結晶シリコン膜に対してレーザー光またはそれ
と同等な強光を照射し、前記非単結晶シリコン膜の結晶
性を改善するとともに、その表面を酸化もしくは窒化す
る工程と、 前記第2の処理室において、水素雰囲気または水素を含
む雰囲気中で加熱処理を施す工程と、 前記第3の処理室において前記シリコン膜を覆って酸化
珪素もしくは窒化珪素を含む膜を形成する工程と、 を少なくと有し、 前記各処理室間における試料の移動は、前記共通室を介
して、外気に曝さずに行うことを特徴とする半導体装置
の作製方法。
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