JPH04206837A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、透光性基板の上に低温（＜　６００℃）で薄
膜トランジスタ（以下ＴＰＴと称する）を形成する半導
体装置の製造方法に関する。

従来の技術 多結晶シリコンを゛１′−導体層に用いたｉ゛Ｆ　Ｔに
おいて多結晶シリコンの形成方法には、石英等の基板の
七にＬ　Ｐ　−ＣＶ　Ｄ　（Ｌｏｗ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ
−ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
：低圧化学気相堆積）法等により６００℃以上の温度で
直接多結晶シリコン薄膜を堆積する方法と水素化アモル
ファスシリコン薄膜等をレーザー光等のエネルギー源を
用いて溶融。

多結晶化して多結晶シリコン窒化膜を形成する方法があ
る。

またレーザー光を用いて溶融、結晶化を行ない多結晶シ
リコンＴ　Ｐ　Ｔを作製する場合、素子の構成としては
ケート電極を半導体層の上部（チャネル領域が半導体層
の上部）に形成する順スターガ型か、またはコプレーナ
型が半導体層への１−ピングを容易に行なえるため主流
となっている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記従来の直接基板の−１−に多結晶シリ
コン薄膜を堆積する方法で多結晶シリコンＴＰＴを作製
する場合、基板を最低でも６００　’Ｃ程度に加熱する
必要があり、Ｔ　ＦＴに用いる基板か限定されてしまう
等の課題を有していた。

また従来の多結晶シリコンＴＰＴの素子構成の主流であ
る順スクガ型、コプレーナ型ではゲート絶縁膜が半導体
層の−Ｌ部に形成されるため、半導体層を堆積した後に
ゲート絶縁膜を堆積するごとになる。しかし低温プロセ
スでＴＰＴを作製する場合、ダメージの少ない熱酸化膜
等の高温プロセスを用いることができない。そこで、ゲ
ート絶縁■Ｑとして例えばプラズマＣＶＤ法でシリコン
窒化膜を堆積した場合、下地となる水素化アモルファス
シリコン薄膜表面にプラズマによるダメージを与えるこ
とになり良好なチャネルを形成することが困難であると
いう課題を有していた。これは、デーｌ−絶縁膜として
スパッタ法等で二酸化シリコン（Ｓ　ｉ　Ｏ□）や酸化
クンタル（Ｔａ２０ｘ）等を堆積したときにも同様なこ
とが言える。

一方現行の水素化アモルファスシリコンを半導体層とし
て用いたＴＰＴでは逆スタガ型を用いて作製する場合が
主流であり、この水素化アモルファスシリコンＴＰＴの
半導体層を多結晶シリコン薄膜に置き換えた場合や多結
晶シリコンＴＰＴと水素化アモルファスシリコンＴＦＴ
を同−ＭＷ上に構成する場合を考えると、類スタガ型や
コプレーナ型では現行プロセスとの整合性がとれないな
どの課題がある。

さらに、レーザー光照射による多結晶シリコンＴＰＴで
はｎチャネルまたはｐチャネルトランジスタを作製する
際に、従来の方法では半導体層を堆積した後、チャネル
領域に不純物をトープする工程を導入すると成膜プロセ
スが複雑となり、マスク枚数が現行の逆スタガ型水素化
アモルファスシリコンＴＰＴプロセスと比較してかなり
増加するという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、低温プロセ
ス（＜６００℃）による多結晶シリコンを用いたＴＰＴ
を製作する半導体装置の製造方法を提供することを目的
とする。

課題を解決するだめの手段 この目的を達成するために本発明では、逆スタガ型の構
造を採用し、ケート絶縁膜と半導体薄膜（水素化アモル
ファスシリコン薄膜等）を連続成膜し、さらに多結晶シ
リコン薄膜形成に関してはレーザー光照射による水素化
アモルファスソリコン薄膜の溶融、結晶化を行なってい
る。

さらにゲート絶縁膜の」二に堆積する半導体薄膜に予め
不純物を低濃度でトープし、次にチャネル領域を薄膜で
マスクした状態で高濃度の不純物元素を半導体薄膜表面
にイ」着または半導体薄膜中に注入した後、マスク用薄
膜をエンチングしてレーザー光を照射する構成を有して
いる。

作用 上記の構成のように、レーザー光を照射して多結晶シリ
コン薄膜を形成することにより、低温（＜６００℃）で
多結晶シリコン薄膜を形成できるため基板の選択範囲が
広がる。

また逆スタガ型構造を採用することにより、半導体薄膜
をゲート絶縁膜の上に形成できるためチャネル領域が半
導体層の下部となり、プラズマのダメージを受りること
なく良好なチャネルを形成することができる。

さらに、ゲート絶縁膜の−１−に堆積する半導体薄膜に
予め不純物を低濃度で１−プし、次にチャネル領域以外
に高濃度の不純物元素を（＝Ｊ着または注入することに
より、その後のレーザー光照射による溶融、結晶化で低
濃度のチャネル領域と高濃度のソース、ｌレイン領域を
容易に形成することが可能である。また、チャネル領域
の不純物濃度の制御も堆積する半導体薄膜の不純物濃度
を変化させることにより容易に行なうことができる。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照し２ながら
説明する。

第１図は本発明の一実施例における半導体装置の製造方
法を示す工程断面図である。ますｎチャネル多結晶シリ
コン窒化膜であるが、第１図（ａ）に示すように、透光
性基板１の上にスパッタ法等により金属薄膜を堆積した
後、所定の形状にエツチングし、ゲート電極２を形成す
る。透光性基板１にばガラスや石英等をゲート電極２を
構成する金属薄膜にはクロム（Ｃｒ）等を用いる。

次に同図（ｂ）に示すよ・うに、透光１１基板１の上に
絶縁膜３ａおよび３ｂと半導体薄膜５を堆積した後、マ
スク用薄膜５をチャネル領域に形成する。

絶縁膜３ａにはスパッタ法または陽極酸化法等により形
成したＴａ２０Ｘが常圧ＣＶＤ法等で成膜した５ｉ０２
等を用いる。絶縁膜３ｂと半導体薄膜５はプラズマＣＶ
Ｄ装置によりシリコン窒化膜とホロン（Ｂ）を１０＋１
−１０７ｃｍ’　ドープした低濃度のｐ型水素化アモル
ファスシリコン薄膜（以下符号５で示す）を連続成膜す
ることにより形成する。ここでｐ型水素化アモルファス
シリコン薄膜５の膜厚は３００〜３０００人とする。こ
のようにしてシリコン窒化膜３ｂの上に水素化アモルフ
ァスシリコン薄膜５を連続成膜することにより、シリコ
ン窒化膜３ｂと水素化アモルファスシリコン薄膜５の界
面を大気中にさらすことなく形成できるため自然酸化膜
の影響がない。さらに、通常プラズマＣＶＤ法でシリコ
ン窒化膜３ｂと水素化アモルファスシリコン薄膜５を堆
積する場合、高周波電力密度は水素化アモルファスシリ
コン薄膜５を堆積する時に比べてシリコン窒化膜３ｂを
堆積する時の方が１０倍程度大きいため、水素化アモル
ファスシリコン薄膜５の」二にシリコン窒化膜３ｂを堆
積する場合に比べて、シリコン窒化膜３ｂの上に水素化
アモルファスシリコン薄膜５を堆積する場合の方が膜表
面へのプラズマにょるダメージが少なく、良好な界面を
形成することかできる。また、水素化アモルファスシリ
コン薄膜５ＯＢｆｉ度を変化させることによりチャネル
領域の不純物濃度を制御することができる。マスクｍ１
膜４はフメトレジスｌ〜をシリコン窒化膜等を用いる。

次に同図（Ｃ）に示すように、マスク用薄膜４をマスク
にして不純物元素供給ガスを用いて水素化アモルファス
シリコン薄膜５に不純物イオン６を注入する。この不純
物元素の供給源には例えばＰＨ８（０，１〜１０％水素
希釈）を用いる。さらにこのＰＨ３をプラズマ分解して
イオン化した後、水素化アモルファスシリコン薄膜５へ
注入ずろ。

このようにしてりん（Ｐ）イオンを注入された水素化ア
モルファスシリコン薄膜５はＰを１０”〜１０”ｃｍ−
’ドープされた高濃度のｎ型となる。

ここで不純物元素はイオン注入以外の方法で半導体薄膜
の表面に付着さ一部てもよい。次に同図（ｄ）に示すよ
うに、レーザー光７の照射により半導体薄膜５を溶融、
結晶化する。レーザー光７には、エキシマレーザ−やＡ
ｒレーザー等を用いる。ここでレーザー光７を照射する
前に、透光性基板１を真空容器に保持した状態で排気し
なから透光性基板１を３００〜５００℃に加熱して水素
化アモルファスシリコン薄膜５の脱水素処理を行なって
おく必要がある。これは、脱水素処理を行なわない水素
化アモルファスソリコン薄膜５をレーリ′−光７で溶融
すると、膜中の水素が２激に加熱されて膜外−・放出さ
れる際に膜に大きなダメージを与えるためである。また
、レーデ−光７を照射した後の多結晶シリコン薄膜８ａ
Ａよ、形成された粒界にダングリングボンドが多数存在
しているために良好な電気特性を示さない。そこで、レ
ーザー光７を照射した後透光性基板１を１００〜４００
℃に加熱した状態で水素雰囲気中または水素プラズマ雰
囲気中で処理してダングリングホントを減少させ、電気
特性を向上させる。以上のような処理を行なうこよによ
り、高濃度ｎ型多結晶ソリコン薄膜（ソースまたはトレ
イン領域）８と低濃度ｐ型子結晶シリコン薄膜（チャネ
ル領域）９を形成することができる。次に同図（ｅ）に
示すように、チャネル領域９の上に絶縁膜１０を所定の
形状に形成する。この絶縁膜にはプラズマＣＶＤ装置で
堆積したシリコン窒化膜等を用いる。次に同図（ｆ）に
示すように、金属薄膜を形成した後、金属薄膜と多結晶
シリコン窒化膜８，９を所定の形状乙こエツチングして
ソース電極１１とトレイン電極１２を形成する。これら
の電極１１．１２にはアルミ（Δ℃）モリブデンシリサ
イド（ＭｏＳｉ）、またはチタン（Ｔｉ）等を用いる。

次に、ＰチャＺ・ル多結晶シリコンＴＰＴの作製プロセ
スを説明する。ｐチャネルＴＰＴの作製プロセスは、第
１図に示ず°（′導体？３ＩＮ９．５の代わりにＰ（リ
ン）を１０”　〜］　０’　ｃｍ３トープした低濃度の
ｎ型水素化アモルファスシリコン薄膜を、また不純物イ
オン６の供給源としてＢ２Ｈ６（０，１〜１０％水素希
釈）を用いて、あとは第１図と同様のプロセスを行なう
ことにより作製することができる。

発明の効果 以上のように本発明による多結晶シリコンＴＰＴを作製
するプロセスは以下の効果を奏するものである。

（］）半導体薄膜（水素化アモルファスシリコン薄膜）
をレーザー光により溶融、結晶化して多結晶シリコンを
薄膜形成することにより低温（＜６００℃）プロセスが
可能となり、基板選択の幅が広がる。

（２）素子の構造を逆スタガ型とすることによりゲート
絶縁膜と半導体薄膜の界面を良好に形成することができ
る。

（３）不純物を含んだ半導体薄膜（水素化アモルファス
シリコン薄膜）の上にマスク用ＦＩＩＩＲを用いて不純
物元素を所定の領域に付着または注入した後、レーザー
光を照射して溶融、結晶化するこきにより所定の不純物
濃度のチャネル領域およびソース、ドレイン領域を有す
る多結晶シリコン′ｒＩ？Ｔを容易に形成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の一実施例における半導
体装置の製造方法を示す工程断面図である。 １・・・・・・透光性基板、２・・・・ゲート電極（電
極）、３ａ、３ｂ・・・・絶縁膜〔絶縁性ａＴ膜〕、４
・・・・・・マスク用薄膜（薄膜）、５・・・・・・水
素化アモルファスシリコン薄膜（半導体７！ＩＪ膜）、
６・・・・・不純物イ第ン、７・・・・・・レーザー光
。 代理人の氏名　弁理士小鍜冶明　ほか２名Ａ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）透光性基板の上に電極を所定の形状に形成する第
   １の工程と、前記透光性基板と前記電極の上に絶縁性薄
   膜を堆積する第２の工程と、前記絶縁性薄膜の上に半導
   体薄膜を堆積する第３の工程と、前記半導体薄膜の上の
   一部領域に薄膜を形成する第４の工程と、不純物元素を
   前記半導体薄膜の表面に付着または前記半導体薄膜中に
   注入する第５の工程と、前記透光性基板の一部領域にレ
   ーザー光を照射する第６の工程とを少なくとも有する半
   導体装置の製造方法。
2. （２）シラン（ＳｉＨ＿４）、ジシラン（Ｓｉ＿２Ｈ＿
   ６）等の主原料ガスと不純物元素を含有するガスとを混
   合した混合ガスをプラズマ分解、熱分解または光分解の
   うちの何れかの手段を用いて半導体薄膜を堆積すること
   を特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. （３）不純物元素を含有するガスが、ホスフィン（ＰＨ
   ＿３）またはジボラン（Ｂ＿２Ｈ＿６）の何れかとＨ＿
   ２との混合ガスであることを特徴とする請求項２記載の
   半導体装置の製造方法。
4. （４）第３の工程で堆積される半導体薄膜の不純物濃度
   よりも第５の工程で不純物元素を表面に付着または注入
   された領域の不純物濃度を高くすることを特徴とする請
   求項１記載の半導体装置の製造方法。
5. （５）第２の工程と第３の工程を真空中で行なうことを
   特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
6. （６）半導体薄膜を堆積した後または不純物元素を半導
   体薄膜の表面に付着または半導体薄膜中に注入した後に
   、真空中、窒素雰囲気中または水素雰囲気中のうちの何
   れかの状態のもとで ２００〜６００℃の温度範囲で熱処理を行なうことを特
   徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
7. （７）レーザー光を照射した後、透光性の基板の温度を
   １００〜４００℃、１０＾３〜１０Ｔｏｒｒの水素雰囲
   気中または水素プラズマ雰囲気中で水素処理を行なうこ
   とを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。