JPH10223532A - 半導体の作製方法及び半導体装置の作製方法 - Google Patents
半導体の作製方法及び半導体装置の作製方法Info
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Abstract
得ることができる結晶性珪素膜を得る技術を提供する。 【解決手段】 非晶質珪素膜102の表面の一部に選択
的にニッケル元素を導入する。次に赤外光を発する線状
のランプ107からの線状の赤外光を100の方向に走
査しながら非晶質珪素膜102に照射する。この際開口
104の長手方向と線状ビームの長手方向とを合わせ
る。赤外光は主に熱エネルギーとして珪素膜中に吸収さ
れ、温度勾配が形成される。この珪素膜中に形成される
熱勾配は、ランプ107を100の方向に走査すること
により移動する。この負の熱勾配の方向(10)は、ラ
ンプの移動方向100及び結晶成長をさせようとする方
向(108)に合わせたものとする。こうすることによ
り、基板に平行な方向(108)への結晶成長を長い距
離に渡り、均一に行わすことができる。
Description
絶縁表面上に形成される結晶性を有した珪素膜または珪
素化合物膜の作製方法に関する。
素膜を成膜し、それを用いて薄膜トランジスタ(TFT
と称される)を作製する技術が知られている。
液晶表示装置に利用されている。TFTには、非晶質珪
素膜を用いたTFTと結晶性珪素膜を用いたTFTとに
大別することができる。
たものである。しかし、非晶質珪素膜を用いたTFTは
動作速度が小さく、表示する画像の微細化や高速の動画
表示を行わすには、限界がある。
路をTFTで構成することも考えられており、この場合
は非晶質珪素膜を用いたTFTではその動作速度が大き
く不足する。
珪素膜を用いたTFTが盛んに研究されている。
る。 (2)非晶質珪素膜を加熱処理により結晶化させる。 (3)非晶質珪素膜をレーザー光の照射により結晶化さ
せる。 (4)非晶質珪素膜を赤外光等の強光の照射により結晶
化させる。 といった方法が良く知られている。
の方法が利用されている。
容易であるという優位性があるが、加熱温度を高くしな
けれならずならず、また得られる膜質が十分なものでは
ない。
が及ぶこともなく、良好な結晶性が得られるという優位
性があるが、大面積への対応が困難であり、またプロセ
スの再現性に問題がある。
あるが、得られる膜質が十分なものではない。
に代表される金属元素を利用することにより、非晶質珪
素膜の結晶化を促進できることが判明している。(特開
平6−232059号、特開平7−321339号の記
載参照)
する結晶化技術と上述した(2)〜(4)の方法を組み
合わせるとにより、これまで得られなかった優れた膜質
を有する結晶性珪素膜を得ることができる。
珪素ウエハーに比較してば十分なものではなく、また得
られるTFTの特性も現状のICを構成する絶縁ゲイト
型電界効果トランジスタに遠く及ばない。特に素子特性
のバラツキが大きいことが重大な問題として存在してい
る。
る粒界がTFTのチャネル内に制御できない状態で存在
しているからである。特に結晶粒界の延在方向が制御で
きないために、チャネル内に存在する結晶粒界の延在方
向に違い(これは多数の素子を形成すれば不可避に発生
してしまう)に起因して、素子特性が大きくばらついて
しまう。
する基板上に高いTFT特性を得ることができる結晶性
珪素膜を得る技術を提供することを課題とする。
の一つは、珪素または珪素化合物でなる非晶質膜の少な
くとも一部を結晶化を助長する金属元素を用いて結晶化
させる方法であって、当該金属元素を非晶質膜の一部に
導入する工程と、前記非晶質膜中に温度勾配を形成し、
該温度勾配を利用して前記金属元素が導入された領域か
ら他の領域への結晶成長を行わす工程と、を有すること
を特徴とする。
非晶質膜の少なくとも一部を結晶化を助長する金属元素
を用いて結晶化させる方法であって、当該金属元素を非
晶質膜の一部に導入する工程と、前記非晶質膜中におい
て、前記金属元素が導入された領域から他の領域への方
向に温度勾配を形成し、該温度勾配が形成された方向に
結晶成長を行わす工程と、を有することを特徴とする。
非晶質膜の少なくとも一部を結晶化を助長する金属元素
を用いて結晶化させる方法であって、当該金属元素を非
晶質膜の一部に導入する工程と、温度勾配を利用して前
記金属元素を所定の方向に拡散させるとととに該方向に
選択的な結晶成長を行わす工程と、を有することを特徴
とする。
成長が行われる方向に移動させることにより、非晶質膜
に平行な方向への結晶成長を助長することは好ましい。
に結晶成長の速度に合わせて移動させることにより、非
晶質膜に平行な方向への結晶成長を助長することができ
る。特に結晶成長距離を長くする場合にはこの方法が有
効となる。
成することが簡便である。なお、紫外領域のパルスレー
ザー光等の瞬間的に珪素膜の表面を溶融固化させる手段
は、実質的に熱勾配が形成されないので利用できない。
(ニッケル)を利用することがその再現性や効果の点か
ら好ましい。
は、Fe、Co、Ni、Cu、Ru、Rh、Pd、O
s、Ir、Pt、Auから選ばれた一種または複数種類
の元素を利用することができる。
利用した結晶成長における結晶成長方向に向かって、負
の熱勾配を形成することが重要となる。
び図4を用いて説明する。図4は立体的に見た図であ
り、図1は断面を示した図である。
の表面の一部(開口104が形成された領域)に選択的
にニッケル元素を導入する。このニッケル元素が導入さ
れる領域は、図面の手前方向から奥行き方向に長手状を
有する線状の形状を有している。
らの線状の赤外光を反射板106で反射させ、線状の赤
外光ビームとして、100の方向に走査しながら非晶質
珪素膜102に照射する。この際、開口104の長手方
向(ニッケルの導入領域の延在方向)と線状ビームの長
手方向とを合わせる。
中に吸収され、その結果として、図1に示すような温度
勾配が形成される。この珪素膜中に形成される熱勾配
は、ランプ107を100の方向に走査することにより
移動する。
れる)は、ランプの移動方向100及び結晶成長をさせ
ようとする方向(108で示される)に合わせたものと
する。
板に平行な方向への結晶成長を長い距離に渡り、均一に
行わすことができる。
熱処理しただけでも108で示すような基板に平行な方
向への結晶成長は進行する。
加熱処理時に発生する結晶成長の方向に、ランプ照射に
よる熱勾配の向きとランプに移動方向とを合わせること
が重要となる。
特定の領域(図1の場合は開口104が形成された領
域)から他の領域へと、珪素膜中の金属元素が拡散して
行くことに従い進行する。
不純物の拡散と同様にエネルギー状態の高い領域からエ
ネルギー状態の低い領域へと優先的に生じる。
拡散に従うものであるから、その金属元素の拡散を強制
的に行わすことは、結晶成長を制御することに通じる。
んとする方向に合わせて形成することにより、その方向
に積極的に金属元素を拡散させることができる。
行わせることは、その方向への結晶成長を積極的に助長
させることになる。
させることができる。
の移動速度(具体的にはランプの移動速度)を設定する
ことも重要である。
の状態には、珪素膜中の温度勾配の状態も含まれる)を
変化させないように漸次移動(結晶成長状態によっては
段階的に行ってもよい)させることにより、長い距離に
渡り均一な結晶成長を行わすためである。
ことにより結晶成長をさせた場合、金属元素の作用によ
らない結晶化によって、金属元素を利用した基板に平行
な方向への結晶成長が阻害されることを抑制することが
できる。
の結晶成長は、金属元素の作用によらない普通の意味で
の結晶化(一般に非晶質珪素膜にエネルギーを与えれ
ば、結晶化が進行する)が進行している領域で停止して
しまう。このことは、108で示されるような結晶成長
距離を制限してしまう要因となる。
た場合、負の温度勾配を形成することにより、これから
金属元素による結晶化を進行させようとする領域に与え
るエネルギーを弱くすることができ、上記の不都合を回
避することができる。
域は、結晶成長方向がそろっており、またその方向に結
晶粒界の延在方向もそろっている。また、結晶粒界の間
隔もほぼそろったものとすることができる。
TFTを形成した場合におけるチャネル領域内における
結晶粒界の存在形態を素子毎に一様なものとすることが
できる。
ことを抑制することができる。
す。まず図1(A)に示すように石英基板101上に減
圧熱CVD法を用いて非晶質珪素膜102を500Åの
厚さに成膜する。
酸化珪素膜を700Åの厚さに成膜する。そしてそれに
開口104を形成しマスク103を形成する。開口10
4は、図1の紙面手前方向から奥行き方向に延在した線
状の形状(スリット形状)のものとして形成される。
を図3に示す。図3は、構造を簡単に表現するために開
口104が基板の一方の辺から他方の辺に渡って形成さ
れている状態が示されている。しかし、実施に当たって
は、必ずしもこのような形状にする必要はない。
素を含んだ酢酸ニッケル塩溶液を塗布し、スピンコータ
を用いて余分な溶液を除去する。この状態において、図
1(A)の105で示されるようにニッケル元素が表面
に接して保持された状態が得られる。
て、アニールを行う。このランプアニール装置は、赤外
光を発する細長い棒状のランプ107を反射板106で
反射させることにより、線状のビームとして照射できる
構造を有している。(図1(B)、図4)
ようなものとなる。結晶化に際しては、 (1)ビームの長手方向を開口104の長手方向と合わ
せる。 (2)線状の赤外光ビームを開口部104またはその近
傍から、所定の速さでもって、線状ビームと直角な方向
(図1(B)の矢印100で示す方向)に移動させる。
れた領域は短時間に800℃程度まで加熱される。そし
て、開口104の領域において非晶質珪素膜102の表
面に導入された(接して保持された状態)ニッケル元素
が赤外光ビームの照射に従って非晶質珪素膜中に拡散
し、その作用と赤外光ビームから与えられるエネルギー
により矢印108で示される方向に結晶成長が進行す
る。
この結晶成長の進行速度に合わせることが好ましい。こ
の赤外光ビームの走査の速さは、非晶質珪素膜の膜厚や
膜質、赤外光ビームの照射強度やスペクトル分布、基板
の熱容量等によって異なるので、予備実験を行って定め
る必要がある。
でもって、珪素膜中に温度勾配を形成することが重要と
なる。この温度プロファイル(温度勾配の状態)は、反
射版の種類や位置、ランプの位置によって調整する。
直角な方向にその成長向きが概略そろったものとして進
行する。
を100の方向に走査して照射することによって、40
0で示される領域が結晶化された状態が模式的に示され
ている。(108は結晶成長方向を示す)
で示される方向に開口104の領域から結晶成長方向が
そろった状態を有する結晶性珪素膜109が得られる。
マスク103を除去する。次にニッケル元素の膜中から
の除去を行う。
素雰囲気中において、950℃、30分の加熱処理を行
うことにより、300Åの熱酸化膜を形成し、この際に
ニッケル元素の膜中からの除去を行う。
ニッケルとして気化し外部に除去される。
性珪素膜の膜厚は350Åに減少する。
て、結晶性珪素膜をパターニングし、図2(B)の11
0で示されるパターンを形成する。このパターンは、後
にTFTの活性層となる。
では、まずプラズマCVD法により、厚さ500Åの酸
化珪素膜を成膜し、さらに熱酸化法により200Åの熱
酸化膜を形成する。この場合、熱酸化膜はCVD法で成
膜された酸化珪素膜の内側(活性層の表面)に形成され
る。
とそれを覆って形成された厚さ700Åのゲイト絶縁膜
111が得られる。
アルミウム膜をスパッタ法で成膜し、さらにそれをパタ
ーニングすることによりゲイト電極の原型を得る。
において、ヒロックやウィスカーと呼ばれる突起物の形
成を抑制するためである。
した陽極酸化を行うことにより、113で示される陽極
酸化物(膜と表現するのは不適切である)と114で示
される陽極酸化膜を形成する。
ングに利用したレジストマスクを残存させた状態で陽極
酸化を行い、113で示される多孔質状の陽極酸化物を
形成する。
し、再度の陽極酸化を行い、今度は緻密な膜質を有する
陽極酸化膜114を形成する。
長距離は400nm、緻密な膜質を有する陽極酸化膜1
14の成長距離を80nmとする。
は、陽極酸化時の電解溶液の違いによって選択すること
ができる。
に露呈した酸化珪素膜111を除去する。こうすること
で、ゲイト絶縁膜115を残存させる。こうして図2
(C)に示す状態を得る。
に除去する。そして、P(リン)のドーピングをプラズ
マドーピング法でもって行う。この工程において、ソー
ス領域116、ドレイン領域120、低濃度不純物領域
(高抵抗領域)117及び119、チャネル領域118
が自己整合的に形成される。(図2(D))
射を行い、先の工程においてドーピングされたドーパン
トの活性化と被ドーピング領域の損傷のアニールとを行
う。
1、ポリイミド樹脂膜122を成膜する。そしてコンタ
クトホールの形成を行い、ソース電極123、ドレイン
電極124を形成する。こうしてNチャネル型の薄膜ト
ランジスタを完成させる。(図2(E))
より、大面積に渡り良好な結晶性を有した結晶性珪素膜
を得ることができる。
線状赤外光ビームによるアニール工程において、107
で示される主ランプの他に補助ランプ配置し、主ランプ
107からの光照射が行われる領域に対して、予め補助
ランプからの光照射によって予備加熱を行わんとするも
のである。
プ601の移動させようとする方向の前方に補助ランプ
603を配置した構造とする。ここでは、主ランプのみ
に反射板602を設け、図6に示すような温度勾配を形
成させる。
結晶成長の状態を変化させることができる。
構成において、ランプ系を移動させるのではなく、基板
を移動させることにより、線状の赤外光ビームを珪素膜
に対して走査して照射する場合の例である。
関係は、実施例1の場合と同じものとなる。
構成において、TFTのゲイト電極として珪素またはシ
リサイドを利用した場合の例である。
ので、不純物元素のドーピング後に行われるアニールを
加熱処理により実施することができる。
構成において、TFTの構造としてボトムゲイト型の構
造を採用した場合の例である。ボトムゲイト型のTFT
は、非晶質珪素膜を利用したTFTにおいて実用化され
ており、一部プロセスを共用化できるという作製工程上
の優位性を得ることができる。
する結晶化技術を利用して、Pチャネル型のTFTとN
チャネル型のTFTとを同一基板上に作製し、それらを
相補型に構成した回路を作製する場合の例である。
P型を付与するドーパントとN型を付与するドーパント
とを行わなければならない。
構成において、珪素膜としてSix Ge1-x で示される
化合物半導体を利用する場合の例である。本明細書で開
示する発明は、珪素を含む化合物半導体に利用すること
もできる。
構成において、基板として多結晶珪素基板を利用した場
合の例である。
ガラス基板に匹敵するような低価格で入手することがで
きない。
欠陥の密度が高く、ICの基板としては利用することが
できる。
て利用するのであれば、基板中に不純物濃度や欠陥密度
はさほど大きな問題とはならない。
ラズマCVD法により酸化珪素膜を成膜し、さらに熱酸
化膜を形成することにより絶縁表面を形成する。そして
その上に実施例1に示した方法によりTFTを作製す
る。
構成において、Niの導入方法として、イオン注入法を
利用する場合の例である。この場合、Niの導入量を正
確に制御することができる。また、マスクとしてレジス
ト材料を利用することができる。
膜トランジスタ)でなる集積化回路を利用した電子装置
の例を示す。本明細書で開示する発明は、適当な絶縁表
面を有する基板上に形成されるTFTでなる回路に利用
することができる。図5に各装置の概要を示す。
端末であり、電話回線を利用した通信機能を有してい
る。
化回路でなる集積化回路2006を本体2001の内部
に備えている。そして、アクティブマトリクス型の液晶
ディスプレイ2005、画像を取り込むカメラ部200
2、さらに操作スイッチ2004を備えている。
ィスプレイと呼ばれる電子装置である。この装置は、頭
に装着して、疑似的に目の前に画像を表示する機能を有
している。この電子装置は、バンド2103によって、
本体2101を頭に装着する。画像は、左右の目に対応
した液晶表示装置2102によって作成される。
号を基に地図情報や各種情報を表示する機能を有してい
る。アンテナ2204で捉えた衛星からの情報は、本体
2201内部に備えた電子回路で処理され、液晶表示装
置2202に必要な情報が表示される。装置の操作は、
操作スイッチ2203によって行われる。
この電子装置は、本体2301にアンテナ2306、音
声出力部2302、液晶表示装置2304、操作スイッ
チ2305、音声入力部2303を備えている。
ラと称される携帯型の撮像装置である。この電子装置
は、本体2401に開閉部材に取り付けられた液晶ディ
スプレイ2402、開閉部材に取り付けられた操作スイ
ッチ2404を備えている。
像部2406、集積化回路2407、音声入力部240
3、操作スイッチ2404、バッテリー2405が備え
られている。
晶表示装置である。この装置は、本体2501に光源2
502、液晶表示装置2503、光学系2504備え、
スクリンー2505に画像を投影する機能を有してい
る。
示装置としては、透過型または反射型のいずれでも利用
することができる。表示特性の面では透過型が有利であ
り、低消費電力や小型軽量化を追求する場合には、反射
型が有利である。
クス型のELディスプレイやプラズマディスプレイ等の
フラットパネルディスプレイを利用することができる。
により、絶縁表面を有する基板上に高いTFT特性を得
ることができる結晶性珪素膜を得ることができる。
結晶粒界が延在する方向をその方向にそろえることがで
きる。このことは、デバイスの活性層内に存在する結晶
粒界の状態を多数のデバイスでそろえることができ、素
子の特性をそろえることに大きな効果がある。
ーやダイオード等の薄膜半導体素子に利用することがで
きる。
す図。
示す図。
示す図。
Claims (16)
- 【請求項1】珪素または珪素化合物でなる非晶質膜の少
なくとも一部を結晶化を助長する金属元素を用いて結晶
化させる方法であって、 当該金属元素を非晶質膜の一部に導入する工程と、 前記非晶質膜中に温度勾配を形成し、該温度勾配を利用
して前記金属元素が導入された領域から他の領域への結
晶成長を行わす工程と、 を有することを特徴とする半導体の作製方法。 - 【請求項2】珪素または珪素化合物でなる非晶質膜の少
なくとも一部を結晶化を助長する金属元素を用いて結晶
化させる方法であって、 当該金属元素を非晶質膜の一部に導入する工程と、 前記非晶質膜中において、前記金属元素が導入された領
域から他の領域への方向に温度勾配を形成し、該温度勾
配が形成された方向に結晶成長を行わす工程と、 を有することを特徴とする半導体の作製方法。 - 【請求項3】珪素または珪素化合物でなる非晶質膜の少
なくとも一部を結晶化を助長する金属元素を用いて結晶
化させる方法であって、 当該金属元素を非晶質膜の一部に導入する工程と、 温度勾配を利用して前記金属元素を所定の方向に拡散さ
せるとととに該方向に選択的な結晶成長を行わす工程
と、 を有することを特徴とする半導体の作製方法。 - 【請求項4】請求項1乃至請求項3において、 温度勾配を結晶成長が行われる方向に移動させることに
より、非晶質膜に平行な方向への結晶成長を助長するこ
とを特徴とする半導体の作製方法。 - 【請求項5】請求項1乃至請求項3において、 温度勾配を結晶成長が行われる方向に結晶成長の速度に
合わせて移動させることにより、非晶質膜に平行な方向
への結晶成長を助長することを特徴とする半導体の作製
方法。 - 【請求項6】請求項1乃至請求項3において、 温度勾配は、線状の赤外光の照射により形成されること
を特徴とする半導体の作製方法。 - 【請求項7】請求項1乃至請求項3において、 結晶化を助長する金属元素としてNi(ニッケル)が利
用されることを特徴とする半導体の作製方法。 - 【請求項8】請求項1乃至請求項3において、 結晶化を助長する金属元素としてFe、Co、Ni、C
u、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Auから選
ばれた一種または複数種類の元素が利用されることを特
徴とする半導体の作製方法。 - 【請求項9】珪素または珪素化合物でなる非晶質膜の少
なくとも一部を結晶化を助長する金属元素を用いて結晶
化させる方法であって、 当該金属元素を非晶質膜の一部に導入する工程と、 前記非晶質膜中に温度勾配を形成し、該温度勾配を利用
して前記金属元素が導入された領域から他の領域への結
晶成長を行わす工程と、 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10】珪素または珪素化合物でなる非晶質膜の
少なくとも一部を結晶化を助長する金属元素を用いて結
晶化させる方法であって、 当該金属元素を非晶質膜の一部に導入する工程と、 前記非晶質膜中において、前記金属元素が導入された領
域から他の領域への方向に温度勾配を形成し、該温度勾
配が形成された方向に結晶成長を行わす工程と、 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】珪素または珪素化合物でなる非晶質膜の
少なくとも一部を結晶化を助長する金属元素を用いて結
晶化させる方法であって、 当該金属元素を非晶質膜の一部に導入する工程と、 温度勾配を利用して前記金属元素を所定の方向に拡散さ
せるとととに該方向に選択的な結晶成長を行わす工程
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12】請求項9乃至請求項11において、 温度勾配を結晶成長が行われる方向に移動させることに
より、非晶質膜に平行な方向への結晶成長を助長するこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項13】請求項9乃至請求項11において、 温度勾配を結晶成長が行われる方向に結晶成長の速度に
合わせて移動させることにより、非晶質膜に平行な方向
への結晶成長を助長することを特徴とする半導体装置の
作製方法。 - 【請求項14】請求項9乃至請求項11において、 温度勾配は、線状の赤外光の照射により形成されること
を特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項15】請求項9乃至請求項11において、 結晶化を助長する金属元素としてNi(ニッケル)が利
用されることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項16】請求項9乃至請求項11において、 結晶化を助長する金属元素としてFe、Co、Ni、C
u、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Auから選
ばれた一種または複数種類の元素が利用されることを特
徴とする半導体装置の作製方法。
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