JP3853395B2 - 薄膜トランジスタの作製方法 - Google Patents
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- Thin Film Transistor (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電気的特性に優れた半導体を得る方法に関するものである。さらに本発明は、特性の優れた半導体装置の作製方法に関するものである。さらに本発明は、優れた特性を有する薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴという）を得る方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜半導体素子として薄膜トランジスタ（一般にＴＦＴと称される）が知られている。この薄膜トランジスタは絶縁表面を有する基板（例えばガラス基板）上に数百〜数千Åの薄膜半導体（一般に珪素半導体）を形成し、該薄膜半導体を活性層として半導体装置を構成するものである。
【０００３】
ＴＦＴの応用分野としては、例えば液晶表示装置やイメージセンサー等の電気光学装置がある。これは、ガラス基板上に直接形成されたＴＦＴを用いて、画素の駆動や周辺ドライバー回路を構成するものである。
【０００４】
基板としてガラス基板を用いた場合において、その表面に形成される薄膜珪素半導体は、非晶質または結晶性を有する状態となる。結晶性を有する状態というのは、多結晶状態や微結晶状態、さらは非晶質と結晶構造とが混在した状態をいう。
【０００５】
非晶質を用いたＴＦＴは動作速度や電気的特性に不満な点があり、応用範囲が限定される。一方、結晶性を有する珪素膜（以下結晶性珪素膜という）を用いた場合には、高速動作、高電気特性を得ることができる。
【０００６】
しかしながら、結晶性を有する珪素膜を用いてＴＦＴを作製した場合、そのＯＦＦ電流の存在が問題となる。例えばＮチャネル型ＴＦＴにおいて、ゲイト電極に負の電圧を加えた場合、原理的にはソース・ドレイン間に電流は流れない。これは、ゲイト電極に負の電圧を加えた場合、チャネル部分がＰ型になり、ソース及びドレインとの間でＰＮ接合が形成されるからである。しかし、実際には、結晶性珪素膜中には、結晶粒界や欠陥さらには不対結合手が存在しており、それらに起因した多数の準位が存在しており、ＰＮ接合の逆方向において、それらの準位を介しての電荷の移動が生じる。よって、ＰＮ接合部分に電界が集中した場合、前記欠陥やトラップを介してのソース／ドレイン間における逆方向への電流の漏れが生じる。結果的にゲイト電極に負の電圧を加えた場合、ソース・ドレイン間において電流（ＯＦＦ電流）が流れてしまう。
【０００７】
この問題を解決するためのものとして、チャネルとドレインの間に電界の集中が起こらないように、チャネル・ドレイン間に電界緩和領域を形成する方法がある。これはＬＤＤ（ライト・ドープ・ドレイン）と呼ばれる技術である。これは、チャネル（Ｉ型）とドレイン（Ｎ型）との間にライトドープされた領域（弱いＮ型）を形成し、チャネルとドレインとの接合部分に電界集中が生じないようにするものである。
【０００８】
またＬＤＤと同様な作用効果を得る方法として、オフセットゲイトを設ける手法も知られている。これは、チャネルとして機能する領域とドレイン領域との間にドレイン領域として機能しない領域を設けることにより、チャネルとドレインとの間の電界集中を避けるものである。
【０００９】
以上のように、膜中の欠陥やトラップが原因で、ＴＦＴのオフ電流が増大するという問題がある。さらに、膜中の欠陥やトラップは、膜中におけるキャリアの移動を阻害するものであり、ＴＦＴの動作を妨げる。
【００１０】
一方、ＴＦＴにおいては、チャネルとゲイト絶縁膜との界面特性が極めて重要であ。この界面特性が悪いと、ＴＦＴの特性は大きく損なわれる。この界面特性は界面準位という指標で評価される。この界面準位は、欠陥や不対結合手に起因するものである。高い特性を有するＴＦＴを得るためには、チャネルとゲイト絶縁膜との界面における界面準位を小さくすることが重要である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＴＦＴのＯＦＦ電流の問題や、チャネルとゲイト絶縁膜との界面における界面準位の問題を解決するために、薄膜珪素半導体中の準位（これらは不対結合手に関係する）を減少させる技術を提供することを課題とする。
【００１２】
さらに本発明は特性の優れたＴＦＴを得ることを課題とする。さらに本発明は、準位の存在が少ない珪素半導体膜を得ることを課題する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の主要な構成は、
薄膜トランジスタの作製方法であって、
活性層を形成する工程と、
該活性層上にゲイト絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成する工程と、
前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極を覆って窒化珪素膜を形成する工程と、
前記ゲイト絶縁膜と前記窒化珪素膜とを介して前記活性層に水素、フッ素、塩素から選ばれた一種または複数種類のイオンを注入する工程と、
全体を加熱処理する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１４】
上記構成において、絶縁表面を有する基板というのは、例えばガラス基板、絶縁膜が形成されたガラス基板、絶縁膜が形成された半導体基板、絶縁膜が形成された金属基板、その他絶縁物で構成される基板をいう。
【００１５】
珪素半導体膜としては、非晶質珪素半導体、結晶性珪素半導体を挙げることができる。これらの珪素半導体膜は、プラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法によって形成される。また結晶性珪素膜として、プラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法によって形成された非晶質珪素膜を加熱やレーザー光またはそれと同等の強光の照射によって結晶化させたものを用いることができる。
【００１６】
イオンを注入する方法としては、公知のイオン注入装置やプラズマドーピング装置を用いればよい。イオンの作製方法としては、高周波放電によってプラズマを生じさせ、イオンを生成する方法、質量分離によってイオンを生成させる方法を用いることができる。本発明において必要なイオン注入装置は、水素、フッ素、塩素から選ばれた少なくとも１種類のイオンに対して、加速電圧を加えることにより、当該イオンを基体に打ち込むことのできる構成である。なお、本明細書中においては、イオン化したものを総称してイオンと称する。例えば水素イオンという場合には、Ｈ+ イオン、Ｈ2 + イオン、Ｈ3 + イオン等が含まれることとなる。
【００１７】
窒化珪素膜を形成し、しかる後に窒化珪素膜を介して水素、フッ素、塩素から選ばれた少なくとも１種類のイオンを注入するのは、注入されたイオンを活性層中に閉じ込め、その効果を持続させるためである。水素、フッ素、塩素のイオンは、珪素との結合力が強く、珪素の不対結合手を中和することができる。窒化珪素膜は、その中和効果を持続させるためのものである。窒化珪素膜を形成することで、前記元素の離脱を防ぐことができ、その効果を高めることができる。そして、デバイスとしての安定性を高めることができる。
【００１８】
窒化珪素膜は、注入されたイオンに対するバリア層として機能する。即ち、水素、フッ素、塩素から選ばれた元素が脱ガス化しないようなバリア層として機能する。このバリア層としては、窒化珪素膜の他に窒化アルミ膜、酸化アルミ膜、酸化窒化アルミ、酸化窒化珪素膜を用いることができる。酸化窒化アルミは、ＡｌＯx Ｎy で示される。酸化窒化珪素膜は、ＳｉＯx Ｎy で示され、窒化珪素膜に比較して、応力緩和機能が高いので、デバイスを被覆する被膜としても有効に機能する。
【００１９】
全体を加熱処理するのは、前工程でイオン注入された原子を珪素半導体内に閉じ込め、さらに注入された元素による不対結合手の中和を促進させるためである。この加熱処理を行う雰囲気は、Ｈ2 、Ｎ2 、Ａｒ、Ｈｅ、Ｏ2 で可能である。また、この雰囲気中をフッ素や塩素を主成分としたものとすることも効果的である。特に水素、フッ素または塩素を主成分とした雰囲気中でこのアニールを行うと、このアニールにおける珪素半導体中や珪素半導体の界面における不対結合手を中和する効果を得ることがでる。この工程において、注入されたイオンによって珪素膜中の不対結合手が中和され、不対結合手に起因する準位（トラップ）や欠陥を減少させることができる。
【００２０】
本発明の他の主要な構成は、
薄膜トランジスタの作製方法であって、
活性層を形成する工程と、
該活性層上にゲイト絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲイト絶縁膜を介して、前記活性層中に水素、フッ素、塩素から選ばれた一種または複数種類のイオンを注入する工程と、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成する工程と、
前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極を覆って窒化珪素膜を形成する工程と、
前記ゲイト絶縁膜と前記窒化珪素膜とを介して前記活性層に水素イオンを注入する工程と、
全体を加熱処理する工程と、
を有することを特徴とする。
【００２１】
一般に珪素半導体膜を利用してＴＦＴを構成する場合、絶縁ゲイト型電界効果トタンジスタの構成が採用される。そして、ゲイト絶縁膜として酸化珪素膜や窒化珪素膜が採用される。この場合、珪素半導体膜とゲイト絶縁膜との界面特性が極めて重要となる。
【００２２】
そこで、上記発明においては、珪素半導体膜上に絶縁膜を形成した状態において、水素、フッ素、塩素から選ばれたイオンを注入することにより、珪素半導体中における珪素の不対結合手の中和と同時に、珪素半導体と絶縁膜との界面における界面準位を減少を得るものである。界面準位は、不対結合手に起因するものであるので、水素、フッ素、塩素から選ばれたイオンの注入によって、不対結合手を中和させることができる。そして界面準位を減少させることができる。
【００２３】
上記構成において、水素、フッ素、塩素から選ばれたイオンの投影飛程を珪素半導体膜と絶縁膜との界面近傍とすることでその効果をさらに大きくすることができる。投影飛程とは、固体中に打ち込まれたイオンの静止位置について、最も確立の高い深さを与える指標である。従って、当該イオンの投影飛程を珪素半導体膜と絶縁膜との界面近傍にするということは、珪素半導体膜と絶縁膜との界面近傍に最も多くの当該イオンが打ち込まれるようにすることを意味する。この結果、珪素半導体膜と絶縁膜との界面近傍を中心に珪素の不対結合手の中和が行われることなり、珪素半導体膜と絶縁膜との界面における界面準位を大きく減少させることができる。
【００２４】
また上記構成において、水素、フッ素、塩素から選ばれたイオンの投影飛程を珪素半導体膜と絶縁膜との界面における珪素半導体側にすることはさらに有効である。これは、界面準位の原因となる珪素の不対結合手が珪素半導体側により多く存在しているからである。
【００２５】
そしてさらに全体を水素雰囲気中あるいは水素を主成分とする雰囲気、またはフッ素あるいは塩素を主成分とする雰囲気中において、加熱処理することにより、不対結合手を中和した元素を閉じ込め、安定した状態を得ることができる。
【００２６】
また本発明の他の主要な構成は、イオン化された水素、フッ素、塩素から選ばれた元素のイオンに対して、バリア層として機能する層を介して前記元素のイオンを注入すること、及びその後の加熱処理を施すことを特徴とする。
【００２７】
さらに本発明の他の主要な構成は、ゲイト電極をマスクとして、珪素半導体膜で構成された活性層にイオン化された水素、フッ素、塩素から選ばれた元素のイオンを注入することを特徴とする。注入する元素として水素を選択し、さらにプラズマドープング法を用いた場合、Ｈ+ イオン、Ｈ2 + イオン、Ｈ3 + イオンが注入されることになるが、Ｈ2 + イオンとＨ3 + イオンとはイオン半径が大きいので、ゲイト電極で防止される。即ち、ゲイト電極がマスクとなる。従って、Ｈ2 + イオンとＨ3 + イオンとに関して考えた場合、ゲイト電極をマスクとしてイオン注入が行われることになる。
【００２８】
【作用】
珪素膜に対してイオン化された水素の注入を行うことで、珪素膜中における不対結合手を中和することができ、その電気特性を向上させることができる。
【００２９】
特に窒化珪素膜を形成した後に、水素、フッ素または塩素のイオンを注入し、しかる後に水素雰囲気中において加熱処理を行うことによって、前記注入された原子を窒化珪素膜の作用で珪素膜中に閉じ込めることができ、この原子によるトラップ準位や欠陥の中和の効果を大きくすることができる。
【００３０】
また、珪素膜に対する不純物のイオン注入やレーザー光の照射の後に、珪素膜に窒化珪素膜を介して水素、フッ素または塩素のイオンを注入することで、イオン注入やレーザー光の照射によって脱離した水素、フッ素または塩素を補うことができる。
【００３１】
そして、以上の水素、フッ素または塩素のイオンの注入に加えて、さらに当該注入された原子を含む雰囲気または当該元素の雰囲気中で加熱処理を加えることによって、注入されたイオンを珪素膜中に閉じ込めることができ、その効果をさらに大きくすることができる。
【００３２】
【実施例】
以下において本発明を利用したＴＦＴの作製工程を示す。以下に示す各実施例においては、ＴＦＴの各作製工程において本発明を実施する例を示すが、複数の実施例を組み合わせることも当然可能である。例えば、必要とする複数の工程において、水素、フッ素または塩素のイオンの注入を行うことが可能である。
【００３３】
〔実施例１〕
本実施例は、絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性を有する薄膜珪素半導体膜（結晶性珪素膜という）に対して、水素イオンの注入を行い、前記結晶性珪素膜中に存在する不対結合手や欠陥を消失させ、膜中のトラップを減少させるものである。そしてこの結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製する例である。
【００３４】
図１に本実施例の作製工程を示す。本実施例では絶縁表面を有する基板としてガラス基板を用い、その表面にＴＦＴを形成する例を示す。まずガラス基板１１として、コーニング７０５９ガラスを用意する。そしてその表面に下地膜となる酸化珪素膜（図示せず）をスパッタ法により２０００Åの厚さに形成する。次に非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法によって１０００Åの厚さに形成する。そして加熱あるいはレーザー光または強光の照射、さらにはそれらを組み合わせた方法により、非晶質珪素膜を結晶化させる。こうして結晶性珪素膜が得られる。
【００３５】
次に、ＴＦＴの活性層として必要とされる形状に結晶性珪素膜をパターニングし、図１（Ａ）の１２で示される活性層を得る。
【００３６】
次にゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜１３をスパッタ法で１０００Åの厚さに形成する。そして、アルミニウムを主成分とする膜を５０００Åの厚さに蒸着法で形成する。このアルミニウムを主成分とする膜をパターニングしてゲイト電極１４を形成する。さらに陽極酸化法を用いてこのアルミニウムを主成分とする材料で構成されたゲイト電極１４の周囲に酸化物層１５を形成する。この酸化物層１５は、例えば２０００Åの厚さに形成される。この酸化物層１５が存在することで、後の一導電型を付与する不純物のイオン注入工程において、ゲイト電極１４の側面にマスクが設けられた形となり、オフセットゲイト領域を形成することができる。（図１（Ｂ））
【００３７】
なおゲイト電極を、他の金属材料や半導体材料、さらにはそれらの積層体や混合物で構成するのでもよい。
【００３８】
そしてＰ（燐）イオンの注入を行い、１６と１８で示される領域にＰイオンを注入する。この時、酸化物層１５がマスクとなり、１０で示される部分をオフセットゲイト領域として設けることができる。
【００３９】
なお、本実施例においては、この工程において、Ｐイオンを注入したので、完成したＴＦＴはＮチャネル型となる。ここでＢイオンを注入すれば、Ｐチャネル型のＴＦＴを得ることができる。
【００４０】
次に、（Ｂ）の工程で注入されたＰイオンの活性化と、イオン注入時に受けたダメージを回復させるためにレーザー光の照射によるアニールを行う。ここでは、ＫｒＦエキシマレーザーを用い、１００〜３００ｍＪ／ｃｍ2 のパワー密度で１〜数ショットの照射を行う。この工程において、レーザー光の照射と同時に３００度程度の加熱を併用することは効果的である。こうしてソース／ドレイン領域，１６／１８を形成することができる。また同時に自己整合的にチャネル形成領域１７が形成される。
【００４１】
また、レーザー光の照射の代わりに、それと同等の強光、例えば赤外光を照射しアニールを行うのでもよい。赤外光は、ガラス基板には吸収されにくく、珪素には吸収され易いので、珪素のみを選択的に加熱することができる。このような赤外光を用いた加熱は、ＲＴＡ（ラピッド・サーマル・アニール）とよばれている。またヒータ等による加熱手段を用いて、アニールを行うのでもよい。
【００４２】
次に窒化珪素膜をシランとアンモニアを原料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ法により、窒化珪素膜２３を１０００Åの厚さに形成する。この窒化珪素膜は、Ｓｉ3 Ｎ4-x (-0.3 ≦ｘ≦１）で示される。
【００４３】
そして水素イオンをイオンドーピング方によって、下記の条件で窒化珪素膜２３を介して注入する。（図１（Ｃ））
加速電圧：４０ＫｅＶ
ドーズ量：１×１０16ｃｍ-2
【００４４】
上記水素イオンの注入工程において注入された水素イオンは、窒化珪素膜２３が存在するために活性層中に閉じ込められることになる。即ち、注入されたイオンが後に外部に放出されたりすることがない状態とすることができる。また、上記のようにして水素イオンが注入されることによって、活性層中の水素元素の濃度は、０．００１原子％〜５原子％程度となる。勿論この数値は、上記のドーピングの条件等で制御することができる。
【００４５】
図８の上記の条件で水素イオンを注入した後における水素元素の濃度分布を示す。図８に示されるのは、図１（Ｃ）に示すような状態でソース／ドレイン領域に対して、ＳＩＭＳ（２次イオン分析方法）を用いて水素元素の濃度分布を調べたものである。図８を見ると分かるように、水素元素の濃度は、深さが約２１００Åの所で最大となっている。活性層の上には、１０００Åの厚さの酸化珪素膜１３とその上の１０００Å厚の窒化珪素膜２３が設けられているので、図８に示される表面から約２１００Åの深さというのは、活性層の表面から約１００Åの深さの場所ということになる。
【００４６】
活性層中において、活性層とゲイト絶縁膜である酸化珪素膜１３との界面付近における不対結合手は、界面準位の存在を招くことになるので、図８に示すような分布で水素元素を存在させることは、界面準位を減少させることに大きな効果がある。
【００４７】
ここで、プラズマドーピング法を用いるのは、その生産性の高いからである。水素イオンを注入する方法としては、イオンドーピング法があるが、これは質量分離を行う必要があり大面積に対する生産性が低いという問題がある。
【００４８】
本実施例のようにプラズマドーピング法を用いて水素イオンを注入する場合、Ｈ+ イオン、Ｈ2 + イオン、Ｈ3 + イオンが注入される。Ｈ+ イオンは、ゲイト電極を通過し、チャネンル形成領域１７にも進入するが、Ｈ2 + イオン、Ｈ3 + イオンはイオン半径が大きいので、ゲイト電極で防止され、ソース／ドレイン領域１６、１８に注入されることになる。即ち、ソース／ドレイン領域には、Ｈ+ イオンとＨ2 + イオンとＨ3 + イオンとが注入されることになる。バリア層である窒化珪素膜を介してソース／ドレイン領域への水素イオンを注入することの効果は極めて大きいもので、チャネル形成領域への水素イオンの注入を行わなくても相当の効果を得ることができる。従って、水素イオンが主にソース／ドレイン領域に注入されるプラズマドーピング法を用いても相当の効果を得ることができる。また、プラズマドーピング法を用いた場合、大面積に対してイオン注入を行うことができるので、生産性に優れるという別の効果を得ることができる。
【００４９】
次に、層間絶縁膜１９として酸化珪素膜を８０００Å程度の厚さにＴＥＯＳを原料としたプラズマＣＶＤ法で形成する。このプラズマＣＶＤ法での酸化珪素膜の成膜においては、加熱温度を３５０度以下とすることが必要である。これは、（Ｃ）の工程で注入された水素イオンの離脱を防ぐためである。また窒化珪素膜２３が存在しているので、この工程における水素の離脱を防ぐことができる。
【００５０】
次に、配線のための穴開けパターニングを行い、アルミニウムまたはアルミニウムと他の金属との多層膜を用いて、電極２０と２１とを形成する。さらにファイナルコート膜として窒化珪素膜２２を１０００〜５０００Å、例えば３０００Åの厚さに形成する。この窒化珪素膜２２の形成は、シランとアンモニアとを原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法を用いればよい。（図１（Ｄ））
【００５１】
そして最後に、常圧の水素雰囲気中において、２００〜４５０度の温度で１時間の水素化アニールを行い、ＴＦＴを完成する。この水素化アニールによって、（Ａ）の工程でイオン注入された水素を活性層内に閉じ込めるとともに、さらに徹底して活性層内の不対結合手や欠陥を減少させることができる。なお、ファイナルコート膜である窒化珪素膜の形成前に水素化アニールを行い、その後にファイナルコート膜を形成することで、水素の脱離を防ぐ構成とすることができる。この工程において、電極２０と２１とのコンタクトホールを伝わって水素が活性層中に進入し、活性層の水素化が行われる。
【００５２】
図７に本実施例に示した工程により作製したＴＦＴの特性（Ａ）と、本実施例に示す構成において、水素イオンの注入を行わなずに作製したＴＦＴとの特性（Ｂ）とを示す。図７を見れば明らかなように、本実施例に示した水素イオン注入を行うことによって、ＯＦＦ電流の低減を実現できる。これは、水素イオンの作用によって、活性層中における珪素の不対結合手（ダングリングボンド）を中和することができ、そのことによって、リーク電流（ＯＦＦ電流）の原因となる欠陥や準位を減少させることができたためと理解される。
【００５３】
〔実施例２〕
本実施例は、ゲイト電極の形成後に窒化珪素膜の形成を行ない、その後にソース／ドレイン領域形成のための不純物イオンの注入を行ない、さらに水素イオンの注入を行う例である。
【００５４】
図２に本実施例の作製工程を説明する。図２に示される符号は特に断らない限り、図１に示すものと同じ部分を示す。本実施例においては、絶縁表面を有する基板としてコーニング７０５９ガラス基板を用いる。まず、ガラズ基板１１上に下地膜（図示せず）として酸化珪素膜を２０００Åの厚さにスパッタ法によって成膜する。
【００５５】
次に非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法によって１０００Åの厚さに形成する。そして加熱あるいはレーザー光または強光の照射、さらにはそれらを組み合わせた方法により、非晶質珪素膜を結晶化させる。こうして結晶性珪素膜が得られる。
【００５６】
次に、ＴＦＴの活性層として必要とされる形状に結晶性珪素膜をパターニングする。さらにゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜１３を１０００Åの厚さにスパッタ法によって成膜する。（図２（Ａ））
【００５７】
次にアルミニウムを主成分とする膜を５０００Åの厚さに蒸着法で形成する。このアルミニウムを主成分とする膜をパターニングしてゲイト電極１４を形成する。さらに陽極酸化法を用いてこのアルミニウムを主成分とする材料で構成されたゲイト電極１４の周囲に酸化物層１５を形成する。この酸化物層１５は、例えば２０００Åの厚さに形成される。
【００５８】
なおゲイト電極を、他の金属材料や半導体材料、さらにはそれらの積層体や混合物で構成するのでもよい。
【００５９】
次に窒化珪素膜２３をシランとアンモニアとを原料としたプラズマＣＶＤ法で１０００Åの厚さに形成する。（図２（Ｂ））
【００６０】
そしてＰ（燐）イオンの注入を行い、１６と１８で示される領域にＰイオンを注入する。この時、酸化物層１５と窒化珪素膜２３とがマスクとなり、１０で示される部分をオフセットゲイト領域として設けることができる。（図２（Ｃ））
【００６１】
なお、本実施例においては、この工程において、Ｐイオンを注入したので、完成したＴＦＴはＮチャネル型となる。ここでＢイオンを注入すれば、Ｐチャネル型のＴＦＴを得ることができる。
【００６２】
次に、（Ｃ）の工程で注入されたＰイオンの活性化と、イオン注入時に受けたダメージを回復させるためにレーザー光の照射によるアにールを行う。ここでは、ＫｒＦエキシマレーザーを用い、１００〜３００ｍＪ／ｃｍ2 のパワー密度で１〜数ショットの照射を行う。この工程において、レーザー光の照射と同時に３００度程度の加熱を併用することは効果的である。こうして、ソース／ドレイン領域，１６／１８を得ることができる。また自己整合的にチャネル形成領域１７が形成される。
【００６３】
なお上記アニール工程は、前述の赤外光の照射によるＲＴＡや加熱によるものでもよい。
【００６４】
次に水素イオンの注入を行ない、活性層中に存在するトラップや欠陥を減少させる。水素イオンの注入条件は以下の通りである。（図２（Ｄ））
加速電圧：４０ＫｅＶ
ドーズ量：１×１０16ｃｍ-2
【００６５】
次に、層間絶縁膜１９として酸化珪素膜を８０００Å程度の厚さにＴＥＯＳを原料としたプラズマＣＶＤ法で形成する。このプラズマＣＶＤ法での酸化珪素膜の成膜においては、加熱温度を３５０度以下とすることが必要である。これは、（Ｂ）の工程に注入された水素イオンの離脱を防ぐためである。
【００６６】
次に、配線のための穴開けパターニングを行い、アルミニウムまたはアルミニウムと他の金属との多層膜を用いて、電極２０と２１とを形成する。さらにフィナルコート膜として窒化珪素膜２２を形成する。（図２（Ｅ））
【００６７】
そして最後に、常圧の窒素雰囲気中において、２００〜４５０度の温度で１時間の水素化アニールを行い、ＴＦＴを完成する。この水素化アニールは、（Ｂ）の工程でイオン注入された水素を活性層内に閉じ込めるとともに、さらに徹底して活性層内の不対結合手や欠陥を減少させるためのものである。
【００６８】
〔実施例３〕
本実施例は、活性層とゲイト絶縁膜との界面およびその近傍におけるトラップや欠陥を減少させるようにした例である。図３に本実施例の作製工程を示す。まず、下地膜である酸化珪素膜が２０００Åの厚さに形成されているガラス基板を用意する。ここではコーニング７０５９ガラス基板を用いる。
【００６９】
下地膜が形成されたガラス基板１１上に非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法によって１０００Åの厚さに形成する。そして加熱あるいはレーザー光または強光の照射、さらにはそれらを組み合わせた方法により、非晶質珪素膜を結晶化させる。こうして結晶性珪素膜が得られる。
【００７０】
次に、ＴＦＴの活性層として必要とされる形状に結晶性珪素膜をパターニングし活性層１２を得る。そしてゲイト絶縁膜として酸化珪素膜１３をスパッタ法によって成膜する。そして以下の条件で水素イオンの注入を行う。（図３（Ａ））
加速電圧：４０ＫｅＶ
ドーズ量：１×１０16ｃｍ-2
【００７１】
上記イオン注入を行うことによって、活性層１２、特にチャネル形成領域とゲイト絶縁膜との界面およびその近傍におけるトラップや欠陥を減少させることができる。このイオン注入の効果をさらに高めるために、水素イオンの注入における投影飛程を活性層１２とゲイト絶縁膜である酸化珪素膜１３との界面近傍とすることは有効である。このようにすることよって、水素イオンを注入することの効果を活性層１２とゲイト絶縁膜との界面およびその近傍において得ることができる。
【００７２】
次にアルミニウムを主成分とする膜を５０００Åの厚さに蒸着法で形成する。このアルミニウムを主成分とする膜をパターニングしてゲイト電極１４を形成する。さらに陽極酸化法を用いてこのアルミニウムを主成分とする材料で構成されたゲイト電極１４の周囲に酸化物層１５を形成する。この酸化物層１５は、例えば２０００Åの厚さに形成される。
【００７３】
そしてＰ（燐）イオンの注入を行い、１６と１８で示される領域にＰイオンを注入する。この時、酸化物層１５と窒化珪素膜２３とがマスクとなり、１０で示される部分をオフセットゲイト領域として設けることができる。（図３（Ｃ））
【００７４】
ここで、水素イオンの注入を行う。イオン注入条件は以下の通りである。（図３（Ｄ））
加速電圧：４０ＫｅＶ
ドーズ量：２×１０16ｃｍ-2
【００７５】
次に、（Ｃ）および（Ｄ）の工程で注入されたＰイオンと水素イオンの活性化と、（Ｃ）の工程におけるＰイオン注入時に受けたダメージを回復させるためにレーザー光の照射によるアにールを行う。ここでは、ＫｒＦエキシマレーザーを用い、１００〜３００ｍＪ／ｃｍ2 のパワー密度で１〜数ショットの照射を行う。この工程において、レーザー光の照射と同時に３００度程度の加熱を併用することは効果的である。（図示せず）
【００７６】
上記アニール工程は、前述の赤外光の照射にようＲＴＡや加熱によるものでもよい。
【００７７】
次に、他の実施例と同様に層間絶縁膜の成膜、配線のための穴開けパターニングを行い、アルミニウムまたはアルミニウムと他の金属との多層膜を用いた電極の形成、常圧の水素雰囲気中における加熱処理を行うことによりＴＦＴを完成する。
【００７８】
〔実施例４〕
本実施例は、ＴＦＴの作製工程において、ゲイト電極の形成後に水素イオン野注入を行い、さらに窒化珪素膜でなるバリア層を形成することを主な特徴とするものである。
【００７９】
図４に本実施例の作製工程を示す。本実施例では絶縁表面を有する基板としてガラス基板を用い、その表面にＴＦＴを形成する例を示す。まず、ガラス基板１１として、コーニング７０５９ガラスを用意する。そしてその表面に下地膜となる酸化珪素膜（図示せず）をスパッタ法により２０００Åの厚さに形成する。次に非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法によって１０００Åの厚さに形成する。そして加熱あるいはレーザー光または強光の照射、さらにはそれらを組み合わせた方法により、非晶質珪素膜を結晶化させる。こうして結晶性珪素膜が得られる。
【００８０】
次に、ＴＦＴの活性層として必要とされる形状に結晶性珪素膜をパターニングし、図４（Ａ）の１２で示される活性層を得る。
【００８１】
次にゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜１３をスパッタ法で１０００Åの厚さに形成する。そして、アルミニウムを主成分とする膜を５０００Åの厚さに蒸着法で形成する。このアルミニウムを主成分とする膜をパターニングしてゲイト電極１４を形成する。さらに陽極酸化法を用いてこのアルミニウムを主成分とする材料で構成されたゲイト電極１４の周囲に酸化物層１５を形成する。この酸化物層１５は、例えば２０００Åの厚さに形成される。この酸化物層１５が存在することで、後の一導電型を付与する不純物のイオン注入工程において、ゲイト電極１４の側面にマスクが設けられた形となり、オフセットゲイト領域を形成することができる。（図４（Ｂ））
【００８２】
なおゲイト電極を、他の金属材料や半導体材料、さらにはそれらの積層体や混合物で構成するのでもよい。
【００８３】
そしてＰ（燐）イオンの注入を行い、１６と１８で示される領域にＰイオンを注入する。この時、酸化物層１５がマスクとなり、１０で示される部分をオフセットゲイト領域として設けることができる。
【００８４】
なお、本実施例においては、この工程において、Ｐイオンを注入したので、完成したＴＦＴはＮチャネル型となる。ここでＢイオンを注入すれば、Ｐチャネル型のＴＦＴを得ることができる。
【００８５】
次に、水素イオンをイオンドーピング方によって、下記の条件で窒化珪素膜を介して注入する。（図４（Ｂ））
加速電圧：３５ＫｅＶ
ドーズ量：１×１０16ｃｍ-2
【００８６】
ここで、プラズマドーピング法を用いるのは、その生産性の高いからである。水素イオンを注入する方法としては、イオンドーピング法があるが、これは質量分離を行う必要があり大面積に対する生産性が低いという問題がある。
【００８７】
次に、（Ｂ）の工程で注入されたＰイオンの活性化と、イオン注入時に受けたダメージを回復、さらに水素イオンの活性のためにレーザー光の照射によるアニールを行う。ここでは、ＫｒＦエキシマレーザーを用い、１００〜３００ｍＪ／ｃｍ2 のパワー密度で１〜数ショットの照射を行う。この工程において、レーザー光の照射と同時に３００度程度の加熱を併用することは効果的である。こうしてソース／ドレイン領域，１６／１８を形成することができる。また同時に自己整合的にチャネル形成領域１７が形成される。さらに注入された水素イオンを活性化することができる。
【００８８】
また、レーザー光の照射の代わりに、それと同等の強光、例えば赤外光を照射しアニールを行うのでもよい。赤外光は、ガラス基板には吸収されにくく、珪素には吸収され易いので、珪素のみを選択的に加熱することができる。このような赤外光を用いた加熱は、ＲＴＡ（ラピッド・サーマル・アニール）とよばれている。またヒータ等による加熱手段を用いて、アニールを行うのでもよい。
【００８９】
次に注入された水素イオンが脱ガス化しないようにするためのバリア層として機能する窒化珪素膜２３をシランとアンモニアを原料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ法により、１０００Åの厚さに形成する。この窒化珪素膜は、Ｓｉ3 Ｎ4-x (-0.3 ≦ｘ≦１）で示される。（図４（Ｃ））
【００９０】
バリア層である窒化珪素膜２３を形成することによって、注入された水素イオンを活性層中に閉じ込められることができ、注入された水素イオンが後に外部に放出されたりすることがない状態とすることができる。
【００９１】
次に、層間絶縁膜１９として酸化珪素膜を８０００Å程度の厚さにＴＥＯＳを原料としたプラズマＣＶＤ法で形成する。このプラズマＣＶＤ法での酸化珪素膜の成膜においては、加熱温度を３５０度以下、好ましくは３００度〜３５０度の温度で行うことが必要である。これは、（Ｂ）の工程で注入された水素イオンの離脱を防ぐためである。また窒化珪素膜２３が存在しているので、この工程における水素の離脱を防ぐことができる。
【００９２】
次に、配線のための穴開けパターニングを行い、アルミニウムまたはアルミニウムと他の金属との多層膜を用いて、電極２０と２１とを形成する。さらにファイナルコート膜として窒化珪素膜２２を１０００〜５０００Å、例えば３０００Åの厚さに形成する。この窒化珪素膜２２の形成は、シランとアンモニアとを原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法を用いればよい。
【００９３】
最後に酸素、窒素、アルゴンまたはヘリウム雰囲気中において３５０度の温度加熱処理を行う。この加熱処理によって、注入された水素イオンが最終的に活性化され、欠陥やダングリングボンドの中和が行われる。こうしてＴＦＴを完成する。（図４（Ｄ））
【００９４】
〔実施例５〕
本実施例は、Ｐチャネル型ＴＦＴとＮチャネル型ＴＦＴとを相補型に構成したＴＦＴ（Ｃ／ＴＦＴという）の例を示す。図５に本実施例の相補型に構成されたＴＦＴの例を示す。本実施例においてはガラス基板５０１を用いる。まずガラス基板５０１上に下地膜として酸化珪素膜５０２を２０００Åの厚さにスパッタ法によって成膜する。次に活性層を構成する半導体層を形成する。ここでは、プラズマＣＶＤ法またはＬＰＣＶＤ法によって、非晶質珪素膜を１０００Åの厚さに形成する。そして加熱による結晶化あるいは強光またはレーザー光の照射による結晶化を行い、結晶性を有する珪素膜を形成する。この珪素膜をパーニングし、後にＮチャネル型ＴＦＴ及びＰチャネル型の活性層５０３を形成する。
【００９５】
次にゲイト絶縁膜５０４を１０００Åの厚さにスパッタ法またはプラズマＣＶＤ法で形成する。さらにアルミニウムを主成分とする被膜を５０００Åの厚さに形成し、パターニングを行うことにより、ゲイト電極５０６と５０７を形成する。５０６で示されるゲイト電極はＮチャネル型ＴＦＴのゲイト電極であり、５０７で示されるゲイト電極はＰチャネル型ＴＦＴのゲイト電極となる。
【００９６】
ここで酒石酸が１〜５％含まれたエチレングリコール溶液中においてゲイト電極５０６と５０７とを陽極として、陽極酸化を行い、酸化物層５０８、５０９を形成する。この酸化物層の厚さは２０００Å程度である。この酸化物層の厚さが後の不純物イオン注入工程において、マスクとなりオフセットゲイト領域を形成することができる。
【００９７】
次に水素イオンに対するバリア層として機能する窒化珪素膜５１０を２０００Åの厚さに形成する。そして、一方のＴＦＴが形成される領域をレジスト５１１でマスクしてリン（Ｐ）イオンを注入する。こうして不純物領域５１２、５１６を形成する。この不純物領域５１２と５１６とがソース／ドレイン領域となる。また同時にオフセット領域５１３、５１５が形成される。また同時にチャネル形成領域５１４が形成される。
【００９８】
次にレジスト５１１を取り除き、先にリン（Ｐ）イオンが注入された部分のＴＦＴ領域をレジスト（図示せず）でマスクし、ボロン（Ｂ）イオンの注入を行う。こうして、ソース／ドレイン領域５１７、５２１、オフセットゲイト領域５１８、５２０、チャネル形成領域５１９が形成される。
【００９９】
次にレジストを取り除き、図５（Ｂ）に示すように全体に水素イオンの注入を行う。この時水素イオンは、バリア層である窒化珪素膜５１０を介して、活性層領域に注入される。
【０１００】
次にレーザー光または強光の照射による活性化を行い。各ソース／ドレイン領域を完成する。
【０１０１】
次に層間絶縁膜５２２をプラズマＣＶＤ法で形成する。そして、コンタクトホールを形成する。一方のＴＦＴ（図面左側のＴＦＴ）であるＮＴＦＴのソースまたはドレイン電極５２３と、他方のＴＦＴ（図面右側のＴＦＴ）であるＰＴＦＴのドレインまたはソース電極５２５と、２つのＴＦＴの一方の出力の共通電極５２４とを形成する。
【０１０２】
最後に窒素雰囲気中において３５０度の加熱処理を行い、注入された水素イオンの活性化（この工程で珪素に不対結合手が中和される）し、相補型に構成されたＴＦＴ（Ｃ／ＴＦＴ）を完成する。
【０１０３】
〔実施例６〕
図６には、１枚のガラス基板上にディスプレーから、ＣＰＵ、メモリーまで搭載した集積回路を用いた電気光学システムのブロック図を示す。ここで、入力ポートとは、外部から入力された信号を読み取り、画像用信号に変換し、補正メモリーは、アクティブマトリクスパネルの特性に合わせて入力信号等を補正するためのパネルに固有のメモリーである。特に、この補正メモリーは、各画素固有の情報を不揮発性メモリーとして有し、個別に補正するためのものである。すなわち、電気光学装置の画素に点欠陥のある場合には、その点の周囲の画素にそれに合わせて補正した信号を送り、点欠陥をカバーし、欠陥を目立たなくする。または、画素が周囲の画素に比べて暗い場合には、その画素により大きな信号を送って、周囲の画素と同じ明るさとなるようにするものである。
【０１０４】
ＣＰＵとメモリーは通常のコンピュータのものと同様で、特にメモリーは各画素に対応した画像メモリーをＲＡＭとして持っている。また、画像情報に応じて、基板を裏面から照射するバックライトを変化させることもできる。
【０１０５】
本実施例において用いられるＴＦＴは、本明細書において説明したＴＦＴを適時利用することができる。
【０１０６】
〔実施例７〕
本実施例は、実施例１で示した水素イオン注入の工程において、水素のイオンではなく、フッ素のイオンを注入する場合の例である。本実施例においては、プラズマドーピング法を用いて、フッ素イオンの注入を行う。ここでは、ドーピングガスとしてフッ素ガスまたは四フッ化珪素（ＳｉＦ4 ）を用いる。また投影飛程は、活性層とゲイト絶縁膜との界面近傍になるようにする。以下に具体的な条件を示す。 加速電圧：６０ＫｅＶ
ドーズ量：１×１０16ｃｍ-2
【０１０７】
〔実施例８〕
本実施例は、実施例１で示した水素イオン注入の工程において、水素のイオンではなく、塩素のイオンを注入する場合の例である。本実施例においては、プラズマドーピング法を用いて、塩素イオンの注入を行う。ここでは、ドーピングガスとして塩素ガスを用いる。また投影飛程は、活性層とゲイト絶縁膜との界面近傍になるようにする。以下に具体的な条件を示す。
加速電圧：６０ＫｅＶ
ドーズ量：１×１０16ｃｍ-2
【発明の効果】
窒化珪素膜を介して珪素半導体膜に対して水素イオンの注入を行うことによって、珪素半導体膜中における不対結合手を中和させることができ、珪素半導体膜内部の準位を減少させることができる。また水素イオンの注入を行った半導体膜を用いて、ＴＦＴを作製することで、高い特性を有するＴＦＴを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の作製工程を示す。
【図２】 実施例の作製工程を示す。
【図３】 実施例の作製工程を示す。
【図４】 実施例の作製工程を示す。
【図５】 実施例の作製工程を示す。
【図６】 実施例の作製工程を示す。
【図７】 実施例で作製したＴＦＴの特性を示す。
【図８】 注入された水素イオンの濃度分布を示す。
【符号の説明】
１１・・・・ガラス基板
１２・・・・活性層
１３・・・・酸化珪素膜
１４・・・・ゲイト電極
１５・・・・酸化物層
１６・・・・ソース／ドレイン領域
１８・・・・ドレイン／ソース領域
１７・・・・チャネル形成領域
１９・・・・層間絶縁膜
２０・・・・電極
２１・・・・電極
２２・・・・窒化珪素膜
２３・・・・窒化珪素膜
５０１・・・ガラス基板
５０２・・・下地膜（酸化珪素膜）
５０３・・・活性層
５０４・・・ゲイト絶縁膜（酸化珪素膜）
５０６・・・ゲイト電極
５０７・・・ゲイト電極
５０８・・・酸化物層
５０９・・・酸化物層
５１０・・・窒化珪素膜（バリア層）
５１１・・・レジスト
５１２・・・ソース／ドレイン領域
５１３・・・オフセットゲイト領域
５１４・・・チャネル形成領域
５１５・・・オフセットゲイト領域
５１６・・・ドレイン／ソース領域
５１７・・・ドレイン／ソース領域
５１８・・・オフセットゲイト領域
５１９・・・チャネル形成領域
５２０・・・オフセットゲイト領域
５２１・・・ソース／ドレイン領域
５２２・・・層間絶縁膜
５２３・・・電極
５２４・・・電極
５２５・・・電極
【産業上の利用分野】
本発明は、電気的特性に優れた半導体を得る方法に関するものである。さらに本発明は、特性の優れた半導体装置の作製方法に関するものである。さらに本発明は、優れた特性を有する薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴという）を得る方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜半導体素子として薄膜トランジスタ（一般にＴＦＴと称される）が知られている。この薄膜トランジスタは絶縁表面を有する基板（例えばガラス基板）上に数百〜数千Åの薄膜半導体（一般に珪素半導体）を形成し、該薄膜半導体を活性層として半導体装置を構成するものである。
【０００３】
ＴＦＴの応用分野としては、例えば液晶表示装置やイメージセンサー等の電気光学装置がある。これは、ガラス基板上に直接形成されたＴＦＴを用いて、画素の駆動や周辺ドライバー回路を構成するものである。
【０００４】
基板としてガラス基板を用いた場合において、その表面に形成される薄膜珪素半導体は、非晶質または結晶性を有する状態となる。結晶性を有する状態というのは、多結晶状態や微結晶状態、さらは非晶質と結晶構造とが混在した状態をいう。
【０００５】
非晶質を用いたＴＦＴは動作速度や電気的特性に不満な点があり、応用範囲が限定される。一方、結晶性を有する珪素膜（以下結晶性珪素膜という）を用いた場合には、高速動作、高電気特性を得ることができる。
【０００６】
しかしながら、結晶性を有する珪素膜を用いてＴＦＴを作製した場合、そのＯＦＦ電流の存在が問題となる。例えばＮチャネル型ＴＦＴにおいて、ゲイト電極に負の電圧を加えた場合、原理的にはソース・ドレイン間に電流は流れない。これは、ゲイト電極に負の電圧を加えた場合、チャネル部分がＰ型になり、ソース及びドレインとの間でＰＮ接合が形成されるからである。しかし、実際には、結晶性珪素膜中には、結晶粒界や欠陥さらには不対結合手が存在しており、それらに起因した多数の準位が存在しており、ＰＮ接合の逆方向において、それらの準位を介しての電荷の移動が生じる。よって、ＰＮ接合部分に電界が集中した場合、前記欠陥やトラップを介してのソース／ドレイン間における逆方向への電流の漏れが生じる。結果的にゲイト電極に負の電圧を加えた場合、ソース・ドレイン間において電流（ＯＦＦ電流）が流れてしまう。
【０００７】
この問題を解決するためのものとして、チャネルとドレインの間に電界の集中が起こらないように、チャネル・ドレイン間に電界緩和領域を形成する方法がある。これはＬＤＤ（ライト・ドープ・ドレイン）と呼ばれる技術である。これは、チャネル（Ｉ型）とドレイン（Ｎ型）との間にライトドープされた領域（弱いＮ型）を形成し、チャネルとドレインとの接合部分に電界集中が生じないようにするものである。
【０００８】
またＬＤＤと同様な作用効果を得る方法として、オフセットゲイトを設ける手法も知られている。これは、チャネルとして機能する領域とドレイン領域との間にドレイン領域として機能しない領域を設けることにより、チャネルとドレインとの間の電界集中を避けるものである。
【０００９】
以上のように、膜中の欠陥やトラップが原因で、ＴＦＴのオフ電流が増大するという問題がある。さらに、膜中の欠陥やトラップは、膜中におけるキャリアの移動を阻害するものであり、ＴＦＴの動作を妨げる。
【００１０】
一方、ＴＦＴにおいては、チャネルとゲイト絶縁膜との界面特性が極めて重要であ。この界面特性が悪いと、ＴＦＴの特性は大きく損なわれる。この界面特性は界面準位という指標で評価される。この界面準位は、欠陥や不対結合手に起因するものである。高い特性を有するＴＦＴを得るためには、チャネルとゲイト絶縁膜との界面における界面準位を小さくすることが重要である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＴＦＴのＯＦＦ電流の問題や、チャネルとゲイト絶縁膜との界面における界面準位の問題を解決するために、薄膜珪素半導体中の準位（これらは不対結合手に関係する）を減少させる技術を提供することを課題とする。
【００１２】
さらに本発明は特性の優れたＴＦＴを得ることを課題とする。さらに本発明は、準位の存在が少ない珪素半導体膜を得ることを課題する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の主要な構成は、
薄膜トランジスタの作製方法であって、
活性層を形成する工程と、
該活性層上にゲイト絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成する工程と、
前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極を覆って窒化珪素膜を形成する工程と、
前記ゲイト絶縁膜と前記窒化珪素膜とを介して前記活性層に水素、フッ素、塩素から選ばれた一種または複数種類のイオンを注入する工程と、
全体を加熱処理する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１４】
上記構成において、絶縁表面を有する基板というのは、例えばガラス基板、絶縁膜が形成されたガラス基板、絶縁膜が形成された半導体基板、絶縁膜が形成された金属基板、その他絶縁物で構成される基板をいう。
【００１５】
珪素半導体膜としては、非晶質珪素半導体、結晶性珪素半導体を挙げることができる。これらの珪素半導体膜は、プラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法によって形成される。また結晶性珪素膜として、プラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法によって形成された非晶質珪素膜を加熱やレーザー光またはそれと同等の強光の照射によって結晶化させたものを用いることができる。
【００１６】
イオンを注入する方法としては、公知のイオン注入装置やプラズマドーピング装置を用いればよい。イオンの作製方法としては、高周波放電によってプラズマを生じさせ、イオンを生成する方法、質量分離によってイオンを生成させる方法を用いることができる。本発明において必要なイオン注入装置は、水素、フッ素、塩素から選ばれた少なくとも１種類のイオンに対して、加速電圧を加えることにより、当該イオンを基体に打ち込むことのできる構成である。なお、本明細書中においては、イオン化したものを総称してイオンと称する。例えば水素イオンという場合には、Ｈ+ イオン、Ｈ2 + イオン、Ｈ3 + イオン等が含まれることとなる。
【００１７】
窒化珪素膜を形成し、しかる後に窒化珪素膜を介して水素、フッ素、塩素から選ばれた少なくとも１種類のイオンを注入するのは、注入されたイオンを活性層中に閉じ込め、その効果を持続させるためである。水素、フッ素、塩素のイオンは、珪素との結合力が強く、珪素の不対結合手を中和することができる。窒化珪素膜は、その中和効果を持続させるためのものである。窒化珪素膜を形成することで、前記元素の離脱を防ぐことができ、その効果を高めることができる。そして、デバイスとしての安定性を高めることができる。
【００１８】
窒化珪素膜は、注入されたイオンに対するバリア層として機能する。即ち、水素、フッ素、塩素から選ばれた元素が脱ガス化しないようなバリア層として機能する。このバリア層としては、窒化珪素膜の他に窒化アルミ膜、酸化アルミ膜、酸化窒化アルミ、酸化窒化珪素膜を用いることができる。酸化窒化アルミは、ＡｌＯx Ｎy で示される。酸化窒化珪素膜は、ＳｉＯx Ｎy で示され、窒化珪素膜に比較して、応力緩和機能が高いので、デバイスを被覆する被膜としても有効に機能する。
【００１９】
全体を加熱処理するのは、前工程でイオン注入された原子を珪素半導体内に閉じ込め、さらに注入された元素による不対結合手の中和を促進させるためである。この加熱処理を行う雰囲気は、Ｈ2 、Ｎ2 、Ａｒ、Ｈｅ、Ｏ2 で可能である。また、この雰囲気中をフッ素や塩素を主成分としたものとすることも効果的である。特に水素、フッ素または塩素を主成分とした雰囲気中でこのアニールを行うと、このアニールにおける珪素半導体中や珪素半導体の界面における不対結合手を中和する効果を得ることがでる。この工程において、注入されたイオンによって珪素膜中の不対結合手が中和され、不対結合手に起因する準位（トラップ）や欠陥を減少させることができる。
【００２０】
本発明の他の主要な構成は、
薄膜トランジスタの作製方法であって、
活性層を形成する工程と、
該活性層上にゲイト絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲイト絶縁膜を介して、前記活性層中に水素、フッ素、塩素から選ばれた一種または複数種類のイオンを注入する工程と、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成する工程と、
前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極を覆って窒化珪素膜を形成する工程と、
前記ゲイト絶縁膜と前記窒化珪素膜とを介して前記活性層に水素イオンを注入する工程と、
全体を加熱処理する工程と、
を有することを特徴とする。
【００２１】
一般に珪素半導体膜を利用してＴＦＴを構成する場合、絶縁ゲイト型電界効果トタンジスタの構成が採用される。そして、ゲイト絶縁膜として酸化珪素膜や窒化珪素膜が採用される。この場合、珪素半導体膜とゲイト絶縁膜との界面特性が極めて重要となる。
【００２２】
そこで、上記発明においては、珪素半導体膜上に絶縁膜を形成した状態において、水素、フッ素、塩素から選ばれたイオンを注入することにより、珪素半導体中における珪素の不対結合手の中和と同時に、珪素半導体と絶縁膜との界面における界面準位を減少を得るものである。界面準位は、不対結合手に起因するものであるので、水素、フッ素、塩素から選ばれたイオンの注入によって、不対結合手を中和させることができる。そして界面準位を減少させることができる。
【００２３】
上記構成において、水素、フッ素、塩素から選ばれたイオンの投影飛程を珪素半導体膜と絶縁膜との界面近傍とすることでその効果をさらに大きくすることができる。投影飛程とは、固体中に打ち込まれたイオンの静止位置について、最も確立の高い深さを与える指標である。従って、当該イオンの投影飛程を珪素半導体膜と絶縁膜との界面近傍にするということは、珪素半導体膜と絶縁膜との界面近傍に最も多くの当該イオンが打ち込まれるようにすることを意味する。この結果、珪素半導体膜と絶縁膜との界面近傍を中心に珪素の不対結合手の中和が行われることなり、珪素半導体膜と絶縁膜との界面における界面準位を大きく減少させることができる。
【００２４】
また上記構成において、水素、フッ素、塩素から選ばれたイオンの投影飛程を珪素半導体膜と絶縁膜との界面における珪素半導体側にすることはさらに有効である。これは、界面準位の原因となる珪素の不対結合手が珪素半導体側により多く存在しているからである。
【００２５】
そしてさらに全体を水素雰囲気中あるいは水素を主成分とする雰囲気、またはフッ素あるいは塩素を主成分とする雰囲気中において、加熱処理することにより、不対結合手を中和した元素を閉じ込め、安定した状態を得ることができる。
【００２６】
また本発明の他の主要な構成は、イオン化された水素、フッ素、塩素から選ばれた元素のイオンに対して、バリア層として機能する層を介して前記元素のイオンを注入すること、及びその後の加熱処理を施すことを特徴とする。
【００２７】
さらに本発明の他の主要な構成は、ゲイト電極をマスクとして、珪素半導体膜で構成された活性層にイオン化された水素、フッ素、塩素から選ばれた元素のイオンを注入することを特徴とする。注入する元素として水素を選択し、さらにプラズマドープング法を用いた場合、Ｈ+ イオン、Ｈ2 + イオン、Ｈ3 + イオンが注入されることになるが、Ｈ2 + イオンとＨ3 + イオンとはイオン半径が大きいので、ゲイト電極で防止される。即ち、ゲイト電極がマスクとなる。従って、Ｈ2 + イオンとＨ3 + イオンとに関して考えた場合、ゲイト電極をマスクとしてイオン注入が行われることになる。
【００２８】
【作用】
珪素膜に対してイオン化された水素の注入を行うことで、珪素膜中における不対結合手を中和することができ、その電気特性を向上させることができる。
【００２９】
特に窒化珪素膜を形成した後に、水素、フッ素または塩素のイオンを注入し、しかる後に水素雰囲気中において加熱処理を行うことによって、前記注入された原子を窒化珪素膜の作用で珪素膜中に閉じ込めることができ、この原子によるトラップ準位や欠陥の中和の効果を大きくすることができる。
【００３０】
また、珪素膜に対する不純物のイオン注入やレーザー光の照射の後に、珪素膜に窒化珪素膜を介して水素、フッ素または塩素のイオンを注入することで、イオン注入やレーザー光の照射によって脱離した水素、フッ素または塩素を補うことができる。
【００３１】
そして、以上の水素、フッ素または塩素のイオンの注入に加えて、さらに当該注入された原子を含む雰囲気または当該元素の雰囲気中で加熱処理を加えることによって、注入されたイオンを珪素膜中に閉じ込めることができ、その効果をさらに大きくすることができる。
【００３２】
【実施例】
以下において本発明を利用したＴＦＴの作製工程を示す。以下に示す各実施例においては、ＴＦＴの各作製工程において本発明を実施する例を示すが、複数の実施例を組み合わせることも当然可能である。例えば、必要とする複数の工程において、水素、フッ素または塩素のイオンの注入を行うことが可能である。
【００３３】
〔実施例１〕
本実施例は、絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性を有する薄膜珪素半導体膜（結晶性珪素膜という）に対して、水素イオンの注入を行い、前記結晶性珪素膜中に存在する不対結合手や欠陥を消失させ、膜中のトラップを減少させるものである。そしてこの結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製する例である。
【００３４】
図１に本実施例の作製工程を示す。本実施例では絶縁表面を有する基板としてガラス基板を用い、その表面にＴＦＴを形成する例を示す。まずガラス基板１１として、コーニング７０５９ガラスを用意する。そしてその表面に下地膜となる酸化珪素膜（図示せず）をスパッタ法により２０００Åの厚さに形成する。次に非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法によって１０００Åの厚さに形成する。そして加熱あるいはレーザー光または強光の照射、さらにはそれらを組み合わせた方法により、非晶質珪素膜を結晶化させる。こうして結晶性珪素膜が得られる。
【００３５】
次に、ＴＦＴの活性層として必要とされる形状に結晶性珪素膜をパターニングし、図１（Ａ）の１２で示される活性層を得る。
【００３６】
次にゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜１３をスパッタ法で１０００Åの厚さに形成する。そして、アルミニウムを主成分とする膜を５０００Åの厚さに蒸着法で形成する。このアルミニウムを主成分とする膜をパターニングしてゲイト電極１４を形成する。さらに陽極酸化法を用いてこのアルミニウムを主成分とする材料で構成されたゲイト電極１４の周囲に酸化物層１５を形成する。この酸化物層１５は、例えば２０００Åの厚さに形成される。この酸化物層１５が存在することで、後の一導電型を付与する不純物のイオン注入工程において、ゲイト電極１４の側面にマスクが設けられた形となり、オフセットゲイト領域を形成することができる。（図１（Ｂ））
【００３７】
なおゲイト電極を、他の金属材料や半導体材料、さらにはそれらの積層体や混合物で構成するのでもよい。
【００３８】
そしてＰ（燐）イオンの注入を行い、１６と１８で示される領域にＰイオンを注入する。この時、酸化物層１５がマスクとなり、１０で示される部分をオフセットゲイト領域として設けることができる。
【００３９】
なお、本実施例においては、この工程において、Ｐイオンを注入したので、完成したＴＦＴはＮチャネル型となる。ここでＢイオンを注入すれば、Ｐチャネル型のＴＦＴを得ることができる。
【００４０】
次に、（Ｂ）の工程で注入されたＰイオンの活性化と、イオン注入時に受けたダメージを回復させるためにレーザー光の照射によるアニールを行う。ここでは、ＫｒＦエキシマレーザーを用い、１００〜３００ｍＪ／ｃｍ2 のパワー密度で１〜数ショットの照射を行う。この工程において、レーザー光の照射と同時に３００度程度の加熱を併用することは効果的である。こうしてソース／ドレイン領域，１６／１８を形成することができる。また同時に自己整合的にチャネル形成領域１７が形成される。
【００４１】
また、レーザー光の照射の代わりに、それと同等の強光、例えば赤外光を照射しアニールを行うのでもよい。赤外光は、ガラス基板には吸収されにくく、珪素には吸収され易いので、珪素のみを選択的に加熱することができる。このような赤外光を用いた加熱は、ＲＴＡ（ラピッド・サーマル・アニール）とよばれている。またヒータ等による加熱手段を用いて、アニールを行うのでもよい。
【００４２】
次に窒化珪素膜をシランとアンモニアを原料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ法により、窒化珪素膜２３を１０００Åの厚さに形成する。この窒化珪素膜は、Ｓｉ3 Ｎ4-x (-0.3 ≦ｘ≦１）で示される。
【００４３】
そして水素イオンをイオンドーピング方によって、下記の条件で窒化珪素膜２３を介して注入する。（図１（Ｃ））
加速電圧：４０ＫｅＶ
ドーズ量：１×１０16ｃｍ-2
【００４４】
上記水素イオンの注入工程において注入された水素イオンは、窒化珪素膜２３が存在するために活性層中に閉じ込められることになる。即ち、注入されたイオンが後に外部に放出されたりすることがない状態とすることができる。また、上記のようにして水素イオンが注入されることによって、活性層中の水素元素の濃度は、０．００１原子％〜５原子％程度となる。勿論この数値は、上記のドーピングの条件等で制御することができる。
【００４５】
図８の上記の条件で水素イオンを注入した後における水素元素の濃度分布を示す。図８に示されるのは、図１（Ｃ）に示すような状態でソース／ドレイン領域に対して、ＳＩＭＳ（２次イオン分析方法）を用いて水素元素の濃度分布を調べたものである。図８を見ると分かるように、水素元素の濃度は、深さが約２１００Åの所で最大となっている。活性層の上には、１０００Åの厚さの酸化珪素膜１３とその上の１０００Å厚の窒化珪素膜２３が設けられているので、図８に示される表面から約２１００Åの深さというのは、活性層の表面から約１００Åの深さの場所ということになる。
【００４６】
活性層中において、活性層とゲイト絶縁膜である酸化珪素膜１３との界面付近における不対結合手は、界面準位の存在を招くことになるので、図８に示すような分布で水素元素を存在させることは、界面準位を減少させることに大きな効果がある。
【００４７】
ここで、プラズマドーピング法を用いるのは、その生産性の高いからである。水素イオンを注入する方法としては、イオンドーピング法があるが、これは質量分離を行う必要があり大面積に対する生産性が低いという問題がある。
【００４８】
本実施例のようにプラズマドーピング法を用いて水素イオンを注入する場合、Ｈ+ イオン、Ｈ2 + イオン、Ｈ3 + イオンが注入される。Ｈ+ イオンは、ゲイト電極を通過し、チャネンル形成領域１７にも進入するが、Ｈ2 + イオン、Ｈ3 + イオンはイオン半径が大きいので、ゲイト電極で防止され、ソース／ドレイン領域１６、１８に注入されることになる。即ち、ソース／ドレイン領域には、Ｈ+ イオンとＨ2 + イオンとＨ3 + イオンとが注入されることになる。バリア層である窒化珪素膜を介してソース／ドレイン領域への水素イオンを注入することの効果は極めて大きいもので、チャネル形成領域への水素イオンの注入を行わなくても相当の効果を得ることができる。従って、水素イオンが主にソース／ドレイン領域に注入されるプラズマドーピング法を用いても相当の効果を得ることができる。また、プラズマドーピング法を用いた場合、大面積に対してイオン注入を行うことができるので、生産性に優れるという別の効果を得ることができる。
【００４９】
次に、層間絶縁膜１９として酸化珪素膜を８０００Å程度の厚さにＴＥＯＳを原料としたプラズマＣＶＤ法で形成する。このプラズマＣＶＤ法での酸化珪素膜の成膜においては、加熱温度を３５０度以下とすることが必要である。これは、（Ｃ）の工程で注入された水素イオンの離脱を防ぐためである。また窒化珪素膜２３が存在しているので、この工程における水素の離脱を防ぐことができる。
【００５０】
次に、配線のための穴開けパターニングを行い、アルミニウムまたはアルミニウムと他の金属との多層膜を用いて、電極２０と２１とを形成する。さらにファイナルコート膜として窒化珪素膜２２を１０００〜５０００Å、例えば３０００Åの厚さに形成する。この窒化珪素膜２２の形成は、シランとアンモニアとを原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法を用いればよい。（図１（Ｄ））
【００５１】
そして最後に、常圧の水素雰囲気中において、２００〜４５０度の温度で１時間の水素化アニールを行い、ＴＦＴを完成する。この水素化アニールによって、（Ａ）の工程でイオン注入された水素を活性層内に閉じ込めるとともに、さらに徹底して活性層内の不対結合手や欠陥を減少させることができる。なお、ファイナルコート膜である窒化珪素膜の形成前に水素化アニールを行い、その後にファイナルコート膜を形成することで、水素の脱離を防ぐ構成とすることができる。この工程において、電極２０と２１とのコンタクトホールを伝わって水素が活性層中に進入し、活性層の水素化が行われる。
【００５２】
図７に本実施例に示した工程により作製したＴＦＴの特性（Ａ）と、本実施例に示す構成において、水素イオンの注入を行わなずに作製したＴＦＴとの特性（Ｂ）とを示す。図７を見れば明らかなように、本実施例に示した水素イオン注入を行うことによって、ＯＦＦ電流の低減を実現できる。これは、水素イオンの作用によって、活性層中における珪素の不対結合手（ダングリングボンド）を中和することができ、そのことによって、リーク電流（ＯＦＦ電流）の原因となる欠陥や準位を減少させることができたためと理解される。
【００５３】
〔実施例２〕
本実施例は、ゲイト電極の形成後に窒化珪素膜の形成を行ない、その後にソース／ドレイン領域形成のための不純物イオンの注入を行ない、さらに水素イオンの注入を行う例である。
【００５４】
図２に本実施例の作製工程を説明する。図２に示される符号は特に断らない限り、図１に示すものと同じ部分を示す。本実施例においては、絶縁表面を有する基板としてコーニング７０５９ガラス基板を用いる。まず、ガラズ基板１１上に下地膜（図示せず）として酸化珪素膜を２０００Åの厚さにスパッタ法によって成膜する。
【００５５】
次に非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法によって１０００Åの厚さに形成する。そして加熱あるいはレーザー光または強光の照射、さらにはそれらを組み合わせた方法により、非晶質珪素膜を結晶化させる。こうして結晶性珪素膜が得られる。
【００５６】
次に、ＴＦＴの活性層として必要とされる形状に結晶性珪素膜をパターニングする。さらにゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜１３を１０００Åの厚さにスパッタ法によって成膜する。（図２（Ａ））
【００５７】
次にアルミニウムを主成分とする膜を５０００Åの厚さに蒸着法で形成する。このアルミニウムを主成分とする膜をパターニングしてゲイト電極１４を形成する。さらに陽極酸化法を用いてこのアルミニウムを主成分とする材料で構成されたゲイト電極１４の周囲に酸化物層１５を形成する。この酸化物層１５は、例えば２０００Åの厚さに形成される。
【００５８】
なおゲイト電極を、他の金属材料や半導体材料、さらにはそれらの積層体や混合物で構成するのでもよい。
【００５９】
次に窒化珪素膜２３をシランとアンモニアとを原料としたプラズマＣＶＤ法で１０００Åの厚さに形成する。（図２（Ｂ））
【００６０】
そしてＰ（燐）イオンの注入を行い、１６と１８で示される領域にＰイオンを注入する。この時、酸化物層１５と窒化珪素膜２３とがマスクとなり、１０で示される部分をオフセットゲイト領域として設けることができる。（図２（Ｃ））
【００６１】
なお、本実施例においては、この工程において、Ｐイオンを注入したので、完成したＴＦＴはＮチャネル型となる。ここでＢイオンを注入すれば、Ｐチャネル型のＴＦＴを得ることができる。
【００６２】
次に、（Ｃ）の工程で注入されたＰイオンの活性化と、イオン注入時に受けたダメージを回復させるためにレーザー光の照射によるアにールを行う。ここでは、ＫｒＦエキシマレーザーを用い、１００〜３００ｍＪ／ｃｍ2 のパワー密度で１〜数ショットの照射を行う。この工程において、レーザー光の照射と同時に３００度程度の加熱を併用することは効果的である。こうして、ソース／ドレイン領域，１６／１８を得ることができる。また自己整合的にチャネル形成領域１７が形成される。
【００６３】
なお上記アニール工程は、前述の赤外光の照射によるＲＴＡや加熱によるものでもよい。
【００６４】
次に水素イオンの注入を行ない、活性層中に存在するトラップや欠陥を減少させる。水素イオンの注入条件は以下の通りである。（図２（Ｄ））
加速電圧：４０ＫｅＶ
ドーズ量：１×１０16ｃｍ-2
【００６５】
次に、層間絶縁膜１９として酸化珪素膜を８０００Å程度の厚さにＴＥＯＳを原料としたプラズマＣＶＤ法で形成する。このプラズマＣＶＤ法での酸化珪素膜の成膜においては、加熱温度を３５０度以下とすることが必要である。これは、（Ｂ）の工程に注入された水素イオンの離脱を防ぐためである。
【００６６】
次に、配線のための穴開けパターニングを行い、アルミニウムまたはアルミニウムと他の金属との多層膜を用いて、電極２０と２１とを形成する。さらにフィナルコート膜として窒化珪素膜２２を形成する。（図２（Ｅ））
【００６７】
そして最後に、常圧の窒素雰囲気中において、２００〜４５０度の温度で１時間の水素化アニールを行い、ＴＦＴを完成する。この水素化アニールは、（Ｂ）の工程でイオン注入された水素を活性層内に閉じ込めるとともに、さらに徹底して活性層内の不対結合手や欠陥を減少させるためのものである。
【００６８】
〔実施例３〕
本実施例は、活性層とゲイト絶縁膜との界面およびその近傍におけるトラップや欠陥を減少させるようにした例である。図３に本実施例の作製工程を示す。まず、下地膜である酸化珪素膜が２０００Åの厚さに形成されているガラス基板を用意する。ここではコーニング７０５９ガラス基板を用いる。
【００６９】
下地膜が形成されたガラス基板１１上に非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法によって１０００Åの厚さに形成する。そして加熱あるいはレーザー光または強光の照射、さらにはそれらを組み合わせた方法により、非晶質珪素膜を結晶化させる。こうして結晶性珪素膜が得られる。
【００７０】
次に、ＴＦＴの活性層として必要とされる形状に結晶性珪素膜をパターニングし活性層１２を得る。そしてゲイト絶縁膜として酸化珪素膜１３をスパッタ法によって成膜する。そして以下の条件で水素イオンの注入を行う。（図３（Ａ））
加速電圧：４０ＫｅＶ
ドーズ量：１×１０16ｃｍ-2
【００７１】
上記イオン注入を行うことによって、活性層１２、特にチャネル形成領域とゲイト絶縁膜との界面およびその近傍におけるトラップや欠陥を減少させることができる。このイオン注入の効果をさらに高めるために、水素イオンの注入における投影飛程を活性層１２とゲイト絶縁膜である酸化珪素膜１３との界面近傍とすることは有効である。このようにすることよって、水素イオンを注入することの効果を活性層１２とゲイト絶縁膜との界面およびその近傍において得ることができる。
【００７２】
次にアルミニウムを主成分とする膜を５０００Åの厚さに蒸着法で形成する。このアルミニウムを主成分とする膜をパターニングしてゲイト電極１４を形成する。さらに陽極酸化法を用いてこのアルミニウムを主成分とする材料で構成されたゲイト電極１４の周囲に酸化物層１５を形成する。この酸化物層１５は、例えば２０００Åの厚さに形成される。
【００７３】
そしてＰ（燐）イオンの注入を行い、１６と１８で示される領域にＰイオンを注入する。この時、酸化物層１５と窒化珪素膜２３とがマスクとなり、１０で示される部分をオフセットゲイト領域として設けることができる。（図３（Ｃ））
【００７４】
ここで、水素イオンの注入を行う。イオン注入条件は以下の通りである。（図３（Ｄ））
加速電圧：４０ＫｅＶ
ドーズ量：２×１０16ｃｍ-2
【００７５】
次に、（Ｃ）および（Ｄ）の工程で注入されたＰイオンと水素イオンの活性化と、（Ｃ）の工程におけるＰイオン注入時に受けたダメージを回復させるためにレーザー光の照射によるアにールを行う。ここでは、ＫｒＦエキシマレーザーを用い、１００〜３００ｍＪ／ｃｍ2 のパワー密度で１〜数ショットの照射を行う。この工程において、レーザー光の照射と同時に３００度程度の加熱を併用することは効果的である。（図示せず）
【００７６】
上記アニール工程は、前述の赤外光の照射にようＲＴＡや加熱によるものでもよい。
【００７７】
次に、他の実施例と同様に層間絶縁膜の成膜、配線のための穴開けパターニングを行い、アルミニウムまたはアルミニウムと他の金属との多層膜を用いた電極の形成、常圧の水素雰囲気中における加熱処理を行うことによりＴＦＴを完成する。
【００７８】
〔実施例４〕
本実施例は、ＴＦＴの作製工程において、ゲイト電極の形成後に水素イオン野注入を行い、さらに窒化珪素膜でなるバリア層を形成することを主な特徴とするものである。
【００７９】
図４に本実施例の作製工程を示す。本実施例では絶縁表面を有する基板としてガラス基板を用い、その表面にＴＦＴを形成する例を示す。まず、ガラス基板１１として、コーニング７０５９ガラスを用意する。そしてその表面に下地膜となる酸化珪素膜（図示せず）をスパッタ法により２０００Åの厚さに形成する。次に非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法によって１０００Åの厚さに形成する。そして加熱あるいはレーザー光または強光の照射、さらにはそれらを組み合わせた方法により、非晶質珪素膜を結晶化させる。こうして結晶性珪素膜が得られる。
【００８０】
次に、ＴＦＴの活性層として必要とされる形状に結晶性珪素膜をパターニングし、図４（Ａ）の１２で示される活性層を得る。
【００８１】
次にゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜１３をスパッタ法で１０００Åの厚さに形成する。そして、アルミニウムを主成分とする膜を５０００Åの厚さに蒸着法で形成する。このアルミニウムを主成分とする膜をパターニングしてゲイト電極１４を形成する。さらに陽極酸化法を用いてこのアルミニウムを主成分とする材料で構成されたゲイト電極１４の周囲に酸化物層１５を形成する。この酸化物層１５は、例えば２０００Åの厚さに形成される。この酸化物層１５が存在することで、後の一導電型を付与する不純物のイオン注入工程において、ゲイト電極１４の側面にマスクが設けられた形となり、オフセットゲイト領域を形成することができる。（図４（Ｂ））
【００８２】
なおゲイト電極を、他の金属材料や半導体材料、さらにはそれらの積層体や混合物で構成するのでもよい。
【００８３】
そしてＰ（燐）イオンの注入を行い、１６と１８で示される領域にＰイオンを注入する。この時、酸化物層１５がマスクとなり、１０で示される部分をオフセットゲイト領域として設けることができる。
【００８４】
なお、本実施例においては、この工程において、Ｐイオンを注入したので、完成したＴＦＴはＮチャネル型となる。ここでＢイオンを注入すれば、Ｐチャネル型のＴＦＴを得ることができる。
【００８５】
次に、水素イオンをイオンドーピング方によって、下記の条件で窒化珪素膜を介して注入する。（図４（Ｂ））
加速電圧：３５ＫｅＶ
ドーズ量：１×１０16ｃｍ-2
【００８６】
ここで、プラズマドーピング法を用いるのは、その生産性の高いからである。水素イオンを注入する方法としては、イオンドーピング法があるが、これは質量分離を行う必要があり大面積に対する生産性が低いという問題がある。
【００８７】
次に、（Ｂ）の工程で注入されたＰイオンの活性化と、イオン注入時に受けたダメージを回復、さらに水素イオンの活性のためにレーザー光の照射によるアニールを行う。ここでは、ＫｒＦエキシマレーザーを用い、１００〜３００ｍＪ／ｃｍ2 のパワー密度で１〜数ショットの照射を行う。この工程において、レーザー光の照射と同時に３００度程度の加熱を併用することは効果的である。こうしてソース／ドレイン領域，１６／１８を形成することができる。また同時に自己整合的にチャネル形成領域１７が形成される。さらに注入された水素イオンを活性化することができる。
【００８８】
また、レーザー光の照射の代わりに、それと同等の強光、例えば赤外光を照射しアニールを行うのでもよい。赤外光は、ガラス基板には吸収されにくく、珪素には吸収され易いので、珪素のみを選択的に加熱することができる。このような赤外光を用いた加熱は、ＲＴＡ（ラピッド・サーマル・アニール）とよばれている。またヒータ等による加熱手段を用いて、アニールを行うのでもよい。
【００８９】
次に注入された水素イオンが脱ガス化しないようにするためのバリア層として機能する窒化珪素膜２３をシランとアンモニアを原料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ法により、１０００Åの厚さに形成する。この窒化珪素膜は、Ｓｉ3 Ｎ4-x (-0.3 ≦ｘ≦１）で示される。（図４（Ｃ））
【００９０】
バリア層である窒化珪素膜２３を形成することによって、注入された水素イオンを活性層中に閉じ込められることができ、注入された水素イオンが後に外部に放出されたりすることがない状態とすることができる。
【００９１】
次に、層間絶縁膜１９として酸化珪素膜を８０００Å程度の厚さにＴＥＯＳを原料としたプラズマＣＶＤ法で形成する。このプラズマＣＶＤ法での酸化珪素膜の成膜においては、加熱温度を３５０度以下、好ましくは３００度〜３５０度の温度で行うことが必要である。これは、（Ｂ）の工程で注入された水素イオンの離脱を防ぐためである。また窒化珪素膜２３が存在しているので、この工程における水素の離脱を防ぐことができる。
【００９２】
次に、配線のための穴開けパターニングを行い、アルミニウムまたはアルミニウムと他の金属との多層膜を用いて、電極２０と２１とを形成する。さらにファイナルコート膜として窒化珪素膜２２を１０００〜５０００Å、例えば３０００Åの厚さに形成する。この窒化珪素膜２２の形成は、シランとアンモニアとを原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法を用いればよい。
【００９３】
最後に酸素、窒素、アルゴンまたはヘリウム雰囲気中において３５０度の温度加熱処理を行う。この加熱処理によって、注入された水素イオンが最終的に活性化され、欠陥やダングリングボンドの中和が行われる。こうしてＴＦＴを完成する。（図４（Ｄ））
【００９４】
〔実施例５〕
本実施例は、Ｐチャネル型ＴＦＴとＮチャネル型ＴＦＴとを相補型に構成したＴＦＴ（Ｃ／ＴＦＴという）の例を示す。図５に本実施例の相補型に構成されたＴＦＴの例を示す。本実施例においてはガラス基板５０１を用いる。まずガラス基板５０１上に下地膜として酸化珪素膜５０２を２０００Åの厚さにスパッタ法によって成膜する。次に活性層を構成する半導体層を形成する。ここでは、プラズマＣＶＤ法またはＬＰＣＶＤ法によって、非晶質珪素膜を１０００Åの厚さに形成する。そして加熱による結晶化あるいは強光またはレーザー光の照射による結晶化を行い、結晶性を有する珪素膜を形成する。この珪素膜をパーニングし、後にＮチャネル型ＴＦＴ及びＰチャネル型の活性層５０３を形成する。
【００９５】
次にゲイト絶縁膜５０４を１０００Åの厚さにスパッタ法またはプラズマＣＶＤ法で形成する。さらにアルミニウムを主成分とする被膜を５０００Åの厚さに形成し、パターニングを行うことにより、ゲイト電極５０６と５０７を形成する。５０６で示されるゲイト電極はＮチャネル型ＴＦＴのゲイト電極であり、５０７で示されるゲイト電極はＰチャネル型ＴＦＴのゲイト電極となる。
【００９６】
ここで酒石酸が１〜５％含まれたエチレングリコール溶液中においてゲイト電極５０６と５０７とを陽極として、陽極酸化を行い、酸化物層５０８、５０９を形成する。この酸化物層の厚さは２０００Å程度である。この酸化物層の厚さが後の不純物イオン注入工程において、マスクとなりオフセットゲイト領域を形成することができる。
【００９７】
次に水素イオンに対するバリア層として機能する窒化珪素膜５１０を２０００Åの厚さに形成する。そして、一方のＴＦＴが形成される領域をレジスト５１１でマスクしてリン（Ｐ）イオンを注入する。こうして不純物領域５１２、５１６を形成する。この不純物領域５１２と５１６とがソース／ドレイン領域となる。また同時にオフセット領域５１３、５１５が形成される。また同時にチャネル形成領域５１４が形成される。
【００９８】
次にレジスト５１１を取り除き、先にリン（Ｐ）イオンが注入された部分のＴＦＴ領域をレジスト（図示せず）でマスクし、ボロン（Ｂ）イオンの注入を行う。こうして、ソース／ドレイン領域５１７、５２１、オフセットゲイト領域５１８、５２０、チャネル形成領域５１９が形成される。
【００９９】
次にレジストを取り除き、図５（Ｂ）に示すように全体に水素イオンの注入を行う。この時水素イオンは、バリア層である窒化珪素膜５１０を介して、活性層領域に注入される。
【０１００】
次にレーザー光または強光の照射による活性化を行い。各ソース／ドレイン領域を完成する。
【０１０１】
次に層間絶縁膜５２２をプラズマＣＶＤ法で形成する。そして、コンタクトホールを形成する。一方のＴＦＴ（図面左側のＴＦＴ）であるＮＴＦＴのソースまたはドレイン電極５２３と、他方のＴＦＴ（図面右側のＴＦＴ）であるＰＴＦＴのドレインまたはソース電極５２５と、２つのＴＦＴの一方の出力の共通電極５２４とを形成する。
【０１０２】
最後に窒素雰囲気中において３５０度の加熱処理を行い、注入された水素イオンの活性化（この工程で珪素に不対結合手が中和される）し、相補型に構成されたＴＦＴ（Ｃ／ＴＦＴ）を完成する。
【０１０３】
〔実施例６〕
図６には、１枚のガラス基板上にディスプレーから、ＣＰＵ、メモリーまで搭載した集積回路を用いた電気光学システムのブロック図を示す。ここで、入力ポートとは、外部から入力された信号を読み取り、画像用信号に変換し、補正メモリーは、アクティブマトリクスパネルの特性に合わせて入力信号等を補正するためのパネルに固有のメモリーである。特に、この補正メモリーは、各画素固有の情報を不揮発性メモリーとして有し、個別に補正するためのものである。すなわち、電気光学装置の画素に点欠陥のある場合には、その点の周囲の画素にそれに合わせて補正した信号を送り、点欠陥をカバーし、欠陥を目立たなくする。または、画素が周囲の画素に比べて暗い場合には、その画素により大きな信号を送って、周囲の画素と同じ明るさとなるようにするものである。
【０１０４】
ＣＰＵとメモリーは通常のコンピュータのものと同様で、特にメモリーは各画素に対応した画像メモリーをＲＡＭとして持っている。また、画像情報に応じて、基板を裏面から照射するバックライトを変化させることもできる。
【０１０５】
本実施例において用いられるＴＦＴは、本明細書において説明したＴＦＴを適時利用することができる。
【０１０６】
〔実施例７〕
本実施例は、実施例１で示した水素イオン注入の工程において、水素のイオンではなく、フッ素のイオンを注入する場合の例である。本実施例においては、プラズマドーピング法を用いて、フッ素イオンの注入を行う。ここでは、ドーピングガスとしてフッ素ガスまたは四フッ化珪素（ＳｉＦ4 ）を用いる。また投影飛程は、活性層とゲイト絶縁膜との界面近傍になるようにする。以下に具体的な条件を示す。 加速電圧：６０ＫｅＶ
ドーズ量：１×１０16ｃｍ-2
【０１０７】
〔実施例８〕
本実施例は、実施例１で示した水素イオン注入の工程において、水素のイオンではなく、塩素のイオンを注入する場合の例である。本実施例においては、プラズマドーピング法を用いて、塩素イオンの注入を行う。ここでは、ドーピングガスとして塩素ガスを用いる。また投影飛程は、活性層とゲイト絶縁膜との界面近傍になるようにする。以下に具体的な条件を示す。
加速電圧：６０ＫｅＶ
ドーズ量：１×１０16ｃｍ-2
【発明の効果】
窒化珪素膜を介して珪素半導体膜に対して水素イオンの注入を行うことによって、珪素半導体膜中における不対結合手を中和させることができ、珪素半導体膜内部の準位を減少させることができる。また水素イオンの注入を行った半導体膜を用いて、ＴＦＴを作製することで、高い特性を有するＴＦＴを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の作製工程を示す。
【図２】 実施例の作製工程を示す。
【図３】 実施例の作製工程を示す。
【図４】 実施例の作製工程を示す。
【図５】 実施例の作製工程を示す。
【図６】 実施例の作製工程を示す。
【図７】 実施例で作製したＴＦＴの特性を示す。
【図８】 注入された水素イオンの濃度分布を示す。
【符号の説明】
１１・・・・ガラス基板
１２・・・・活性層
１３・・・・酸化珪素膜
１４・・・・ゲイト電極
１５・・・・酸化物層
１６・・・・ソース／ドレイン領域
１８・・・・ドレイン／ソース領域
１７・・・・チャネル形成領域
１９・・・・層間絶縁膜
２０・・・・電極
２１・・・・電極
２２・・・・窒化珪素膜
２３・・・・窒化珪素膜
５０１・・・ガラス基板
５０２・・・下地膜（酸化珪素膜）
５０３・・・活性層
５０４・・・ゲイト絶縁膜（酸化珪素膜）
５０６・・・ゲイト電極
５０７・・・ゲイト電極
５０８・・・酸化物層
５０９・・・酸化物層
５１０・・・窒化珪素膜（バリア層）
５１１・・・レジスト
５１２・・・ソース／ドレイン領域
５１３・・・オフセットゲイト領域
５１４・・・チャネル形成領域
５１５・・・オフセットゲイト領域
５１６・・・ドレイン／ソース領域
５１７・・・ドレイン／ソース領域
５１８・・・オフセットゲイト領域
５１９・・・チャネル形成領域
５２０・・・オフセットゲイト領域
５２１・・・ソース／ドレイン領域
５２２・・・層間絶縁膜
５２３・・・電極
５２４・・・電極
５２５・・・電極
Claims (14)
- 絶縁表面を有する基板上に珪素半導体膜を形成し、
前記珪素半導体膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜を介して前記珪素半導体膜に水素元素または当該水素元素からなる化合物をイオン化して注入し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極を覆って窒化珪素膜を形成し、
前記ゲイト電極をマスクとして一導電型を付与する不純物を注入することによりソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記窒化珪素膜上から前記ゲイト電極をマスクとして水素元素または当該水素元素からなる化合物をイオン化して注入し、
前記珪素半導体膜を加熱することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項１において、
前記水素元素または当該水素元素からなる化合物をイオン化して前記珪素半導体膜にＨ＋ イオン、Ｈ２ ＋ イオン及びＨ３ ＋ イオンのいずれかを注入することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 絶縁表面を有する基板上に珪素半導体膜を形成し、
前記珪素半導体膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜を介して前記珪素半導体膜にフッ素元素または当該フッ素元素からなる化合物をイオン化して注入し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極を覆って窒化珪素膜を形成し、
前記ゲイト電極をマスクとして一導電型を付与する不純物を注入することによりソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記窒化珪素膜上から前記ゲイト電極をマスクとしてフッ素元素または当該フッ素元素からなる化合物をイオン化して注入し、
前記珪素半導体膜を加熱することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 絶縁表面を有する基板上に珪素半導体膜を形成し、
前記珪素半導体膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜を介して前記珪素半導体膜に塩素元素または当該塩素元素からなる化合物をイオン化して注入し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極を覆って窒化珪素膜を形成し、
前記ゲイト電極をマスクとして一導電型を付与する不純物を注入することによりソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記窒化珪素膜上から前記ゲイト電極をマスクとして塩素元素または当該塩素元素からなる化合物をイオン化して注入し、
前記珪素半導体膜を加熱することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項１乃至４のいずれか一において、
前記窒化珪素はＳｉ３Ｎ（４−ｘ）（−０．３≦ｘ≦１）で表されることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項１乃至５のいずれか一において、
常圧雰囲気で前記珪素半導体膜を加熱することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項１乃至５のいずれか一において、
水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、フッ素及び塩素のいずれかを主成分とする雰囲気において前記珪素半導体膜を加熱することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項１乃至７のいずれか一において、
前記イオンを注入する方法はプラズマドーピング法であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項１乃至８のいずれか一において、
前記ゲイト電極をマスクとして一導電型を付与する不純物を注入することによりソース領域及びドレイン領域を形成した後、前記ソース領域及び前記ドレイン領域にレーザを照射して活性化することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項１乃至８のいずれか一において、
前記ゲイト電極をマスクとして一導電型を付与する不純物を注入することによりソース領域及びドレイン領域を形成した後、前記ソース領域及び前記ドレイン領域に赤外光を照射して活性化することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項１乃至１０のいずれか一において、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域にイオンを注入した後、加熱温度３５０℃以下で層間絶縁膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項１乃至１１のいずれか一において、
前記珪素半導体膜はレーザを照射することにより結晶化させた結晶性珪素膜であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項１乃至１２のいずれか一において、
前記ゲイト絶縁膜は酸化珪素膜または窒化珪素膜からなることを特徴する薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項１乃至１３のいずれか一において、
前記ゲイト電極はアルミニウム主成分とする材料、または半導体材料と前記アルミニウム主成分とする材料との多層膜からなることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
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