JPH04340725A - 薄膜トランジスタの製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクティブマトリック
ス方式の液晶ディスプレイや、イメージセンサや、液晶
シャッターアレイや、３次元集積素子などに応用される
薄膜トランジスタの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、絶縁基板上の半導体薄膜は、アク
ティブマトリクス型の液晶表示体の絵素に応用されてい
るように、次のような利点を有することが知られている
。

【０００３】■シリコン基板では実現が困難な可視光線
を透過するような透明の基板上に均一な特性のトランジ
スタを形成できる。■Ｐ−Ｎ接合面積を小さくすること
により、浮遊容量を小さくできる。

【０００４】また、バルク半導体の技術を応用して石英
基板上に薄膜トランジスタを形成して、同じ基板上に絵
素トランジスタや、同じ基板上にこの絵素を駆動するた
めの薄膜トランジスタによるＣ−ＭＯＳ回路を構成して
いる例もある。ところが、このＣ−ＭＯＳ回路は１００
０℃以上の温度で形成したゲート絶縁膜や、イオン注入
後の不純物の活性化を行っているため、歪点が８００℃
以下の安価な大面積のガラス基板が使えない欠点があっ
た。

【０００５】また、を駆動上にサファイア等の単結晶絶
縁基板が高価であることから、これに代わるものとして
、溶融水晶板や、Ｓｉ基板を１０００℃以上温度で酸化
して形成した非晶質ＳｉＯ２膜やＳｉ基板上に堆積した
非晶質ＳｉＯ２膜あるいは非晶質ＳｉＮ膜を用い、これ
らの上に半導体薄体を形成する方法が提案されている。 ところが、これらＳｉＯ２膜やＳｉＮ膜は単結晶でない
ため、その上シリコン層を被着形成し１０００℃以上の
温度のプロセスで結晶化すると基板上には多結晶が成長
する。この多結晶の粒径は数１０ｎｍであり、このうえ
にＭＯＳトランジスタを形成しても、そのキャリア移動
度はバルクシリコン上のＭＯＳトランジスタの数分の１
程度である。

【０００６】また、液晶表示体のアクティブマトリック
ス基板用に、歪点が８５０℃以下の安価なガラス基板上
のＭＯＳトランジスタでは、１０００℃以上のプロセス
を利用することが出来ないので、減圧化学気相成長法で
シリコン層を堆積しても、多結晶の粒径は高々数ｎｍで
あるため、この上にＭＯＳトランジスタを形成しても、
そのキャリア移動度は、バルクシリコン上のＭＯＳトラ
ンジスタの数十分の１程度である。

【０００７】そこで最近、レーザービームや電子ビーム
等をシリコン薄膜上を走査し、該薄膜の溶融再固化を行
うことにより、結晶粒径を増大させ単結晶化する方法が
検討されている。この方法によれば、絶縁基板上に高品
質シリコン単結晶相を、または高品質多結晶を形成でき
、それを用いて作成した素子の特性も向上し、バルクシ
リコンに作成した素子の特性と同程度まで改善される。 さらにこの方法では、素子を積層化することが可能とな
りいわゆる３次元ＩＣの実現が可能となる。そして高密
度、高速、多機能などの特徴を持つ回路が得られるよう
になる。

【０００８】また、３次元素子や液晶表示体の薄膜トラ
ンジスタの形成のために、自己整合型の構造を得るため
に、イオン注入法により不純物を注入し、レーザービー
ムの照射によって薄膜トランジスタのソース領域および
ドレイン領域を形成する試みがなされている。この方法
によれば、６００℃以下の低温プロセスにより、自己整
合型の薄膜トランジスタを形成できる。

【０００９】多結晶シリコン層を薄膜トランジスタの活
性層に用いる場合、活性層が２０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の
膜厚であると移動度が大きくソース・ドレイン間のリー
ク電流が少ない特性が得られることが知られているが、
薄膜トランジスタの、ゲート電極とソース領域と間のお
よびゲート電極とドレイン領域の間の寄生容量を発生し
ないようにゲート電極に対して自己整合型の薄膜トラン
ジスタ製作するためには、２０ｎｍ〜５０ｎｍの薄膜の
多結晶シリコン層に不純物を注入し活性化する必要があ
る。しかしながら、イオン注入法などで２０ｎｍ〜５０
ｎｍの薄膜の多結晶シリコン層に注入し活性化するため
には、熱アニール法では６００時間で３０時間以上もの
熱アニール処理を施す必要がある。または、最近レーザ
ービームを不純物が注入されたシリコン層に照射して活
性化する試みがなされている。

【００１０】レーザービームをＭＯＳトランジスタのソ
ース・ドレイン領域に注入された不純物の活性化に応用
した第２の従来例として、Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ａｂｓｔ
ｒａｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　２２ｎｄ（１９９０　Ｉｎ
ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏ
ｎ　Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　ａｎｄ
　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｓｅｎｄａｉ，１９９０，ｐｐ
．９７１−９７４　「Ｌａｒｇｅ　Ａｒｅａ　Ｄｏｐｉ
ｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｏｒ　Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎ
ｇ　ｏｆ　ｐ−ＳｉＴＦＴ’ｓ　Ｕｓｉｎｇ　Ｂｕｃｋ
ｅｔ　Ｉｏｎ　Ｓｏｕｒｃｅ　ａｎｄ　ＸｅＣｌ　Ｅｘ
ｃｉｍｅｒ　Ｌａｓｅｒ　Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」が挙げ
られる。

【００１１】上記の従来例では、絶縁膜を剥離して露出
したソース・ドレイン領域のシリコン薄膜にバケットイ
オンソース装置を用いて不純物をイオン注入し、アルゴ
ンレーザーのビームアニールによりこの不純物を活性化
して、ゲート電極に対して自己整合的にソース・ドレイ
ン領域を形成している。イオン注入法ではシリコン薄膜
の深さｙ方向に注入されたイオンが、ｙ軸とは傾いた方
向にチャネリングするいわゆる２次元的なチャネリング
をするために、図６ａに示すようにゲート電極下の、ソ
ース領域とチャンネル領域の境界部、およびドレイン領
域とチャンネル領域の境界部にも不純物が注入されるが
、第２の実施例のようにレーザービームを照射すること
によりシリコン層に注入された不純物を活性化すると、
上記に述べた境界領域の不純物が活性化されず、図６ｂ
に示すように不純物が活性化されず欠陥が存在する領域
６１０が残ることになる。よって、第２の従来例により
製作された薄膜トランジスタは、ゲート電極下のドレイ
ン領域とチャンネル領域の境界部分の欠陥のために、ゲ
ート電圧がオフ状態において、ソース・ドレイン間のリ
ーク電流が大きくなる問題点があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の点に
鑑み安価なガラス基板が使用できるプロセス温度で、ゲ
ート電極に対して、ソース領域およびドレイン領域を自
己整合的に形成する薄膜トランジスタの製造方法を提供
するものである。また、本発明は、基板全面に渡って均
一に、ソース領域およびドレイン領域を自己整合的に形
成する薄膜トランジスタの製造方法を提供するものであ
る。

【００１３】また、本発明は、安価なガラス基板が使用
できるプロセス温度で、ソース・ドレイン間のリーク電
流の発生が少ない自己整合型の薄膜トランジスタの製造
方法を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁基板上に
シリコン層を被着形成する工程と、該シリコン層にエネ
ルギービームを照射する工程と、該シリコン層をパター
ニングする工程と、該シリコン層を覆うように絶縁薄膜
を被着形成する工程と、該絶縁薄膜上にゲート電極を被
着形成する工程と、該絶縁薄膜を通して該シリコン薄膜
に不純物を注入する工程と、レーザービームを斜めに照
射することによって該不純物を活性化する工程とを含む
ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。図１は本発明の実施例の中核となる部分の説
明を、図２、図３および図２は、図１の方法を応用した
第１、第２および第３の薄膜トランジスタの製造方法の
実施例をそれぞれ示す。

【００１６】ゲート電極に対して自己整合的に不純物を
シリコン層中にイオン注入する工程が終了した後にレー
ザービームによりシリコン層中の不純物を活性化し、２
次元にチャネルした不純物を熱処理により活性化する工
程に関する本特許の発明について、図１で示しながら説
明する。

【００１７】図１ａに示すように、シリコン層１０３中
に絶縁膜１０４を通してゲート電極１０５に対して自己
整合的に不純物をイオン注入する。例えばシリコン層１
０３の膜厚が５０ｎｍであり絶縁膜１０４の膜厚１５０
ｎｍであり不純物がリンである場合のイオン注入する条
件は、イオン打ち込み量が３×１０１５ｃｍ−２であり
、加速電圧は１２０ＫｅＶである。

【００１８】上記イオン注入により、図１ｂに示すよう
に不純物が注入された領域１０７および１０８が形成さ
れる。領域１０８は不純物が斜め方向にチャネルを起こ
してゲート電極下部にイオン注入された領域である。

【００１９】次に、イオン注入された不純物を活性化す
るためにレーザービーム１０９を図１ｃのように基板の
ゲート電極が形成されている側から領域１０８の不純物
が活性するようにレーザービームを照射する。レーザー
ビームを基板に対して垂直にレーザービームを照射する
と領域１０７の不純物は活性化され不純物ドーピング多
結晶シリコン１１０が形成されるが、ゲート電極下の領
域１０８の不純物はレーザービームが照射されず、また
領域１０７で発生した熱の領域１０８への熱伝導も不十
分なので領域１０８の不純物は活性化されないか不十分
な活性化状態である。不純物が活性化されない領域１０
８が存在すると、この領域１０８が抵抗となるため薄膜
トランジスタのオン電流が減少し、また、ドレイン領域
をチャンネル領域の境界部に多数の欠陥が存在すること
になるので、ゲート電圧のオフ領域でソース・ドレイン
のリーク電流が極めて大きくなる問題が生じてしまう。

【００２０】そこで、レーザービームを基板に対して垂
直に照射しないで、領域２０８の不純物も活性化するよ
うにレーザービームを斜めに照射する。レーザービーム
の照射条件は、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレー
ザーの場合には、半値幅５０ｎｓで３００〜５００ｍＪ
ｃｍ−２であり、複数回の照射でも構わない。試料周囲
の雰囲気は窒素ガス中あるいは不活性ガス中あるいは酸
素雰囲気中あるいは窒素雰囲気中あるいは大気中である
。

【００２１】このレーザービームの活性化により、該領
域２０８の不純物は活性化され結晶欠陥の極めて少ない
良質なシリコン層が得られる。この結果本発明によって
オン電流が大きく、ゲート電圧のオフ領域でソース・ド
レインのリーク電流が少ない電気的特性に優れた薄膜ト
ランジスタを製造することができる。

【００２２】次に、上記に述べた工程を応用した薄膜ト
ランジスタの製造方法について述べる。

【００２３】図２は薄膜トランジスタの第１の製造方法
の実施例である。図３は薄膜トランジスタの第２の製造
方法の実施例である。図４は薄膜トランジスタの第３の
製造方法の実施例である。

【００２４】図２ａ〜ｉは本発明に関わる薄膜トランジ
スタの製造工程を示す断面図である。図２ａに示すが如
くあらかじめ洗浄した絶縁性基板上２０１に例えば透明
なガラス基板上に常圧化学気層成長法によって二酸化珪
素膜２０２を基板温度２００〜３５０℃の温度で２００
ｎｍの厚さで被着形成する。

【００２５】次に、例えば減圧化学気層成長法によって
基板温度５５０〜６５０℃で膜厚１５０ｎｍのｎ型のシ
リコン層を被着形成する。該ｎ型のシリコン層に含まれ
る不純物としては、リン、ヒ素、アンチモンが挙げられ
る。ついで該ｎ型のシリコン層をパターニングして、薄
膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域となる島
上の領域２０３及び２０４を形成する。

【００２６】上記ソース領域２０３及びドレイン領域２
０４の形成法は上記に限られるものでなく、例えば、該
二酸化珪素膜２０２上に、ｉ型のシリコン層を減圧化学
気層成長法で例えば基板温度４５０〜６５０℃で、膜厚
１５０ｎｍの厚さで被着形成する。上記ｉ−型のシリコ
ン層を形成する原料ガスとして、ＳｉＨ４もしくはＳｉ
２Ｈ４もしくは、ＳｉＨ４とＳｉ２Ｈ４の混合ガスが使
用できる。ついで該ｉ型のシリコン層中に、イオン注入
法によって例えば、加速電圧１２０ｋｅＶで、１０１５
〜１０１６ｃｍ−２の濃度で不純物を導入する。ついで
、上記シリコン中にイオン注入された不純物を活性化す
るために、基板温度６００℃で窒素雰囲気中で２時間の
熱アニールをする。前記ｉ型シリコン中に注入された不
純物を、レーザービームなどのエネルギービームによっ
て活性化することもできる。ついで、該シリコン層をパ
ターニングしてソース領域２０３及びドレイン領域２０
４を形成する。ｐ型の薄膜トランジスタを形成する場合
には、前記のイオン注入の工程に於いて、ｎ型の不純物
の代わりにｐ型の不純物例えばホウ素をイオン注入して
ソース領域２０３及びドレイン領域２０４を形成すれば
よい。

【００２７】次に、純水で希釈された例えば重量濃度３
％のＨＦ溶液で該ソース領域及びドレイン領域の表面に
形成された自然酸化膜を除去する。

【００２８】つぎに、薄膜トランジスタの能動領域とな
るシリコン層を例えば減圧化学気層成長法で例えば基板
温度６００℃で例えば膜厚１５ｎｍ〜７０ｎｍで前記ソ
ース領域２０３及びドレイン領域２０４が形成された基
板を覆うように被着形成する。該シリコン層を形成する
ための原料ガスとして、ＳｉＨ４、もしくはＳｉ２Ｈ４
、もしくはＳｉＨ４とＳｉ２Ｈ４の混合ガスが使用でき
る。

【００２９】該シリコン層２０５の形成方法は上記の減
圧化学気相成長法に限られることなく、グロー放電によ
るモノシランの分解により形成された水素を含有する非
晶質のシリコン層や、スパッタ法によるシリコン層でも
本発明は適用できる。

【００３０】本実施例で製作する薄膜トランジスタの閾
値を制御するために、該シリコン層を形成後、例えばイ
オン打ち込み法により必要量の不純物を注入する。

【００３１】次に該シリコン層を、該ソース領域２０３
と該ドレイン領域２０４の架け橋となるように図２ｂの
如く島上にパターニングし、シリコン層２０５を形成す
る。次に、図２ｃに示すように、該シリコン層２０５に
レーザービーム２０６を照射して結晶化する。該レーザ
ービーム２０６には、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシ
マパルスレーザーを用いる。減圧化学気相成長法により
形成されたシリコン層の場合のビームアニール条件は、
パルスレーザーのパルス幅は５０ｎｓｅｃであり、該シ
リコン層２０５の直前のパルスレーザーの個々のパルス
のエネルギー強度は２００〜６００ｍＪｃｍ−２であり
、より適当な強度としては３００〜５００ｍＪｃｍ−２
である。該シリコン層２０５の同一箇所に照射されるパ
ルスの回数は複数回であっても構わない。ビームアニー
ルしているとき、該シリコン層２０５の周辺の酸素の分
圧は１０ー５ｍｍＨｇ以下である。あるいは、ビームア
ニールしているとき、該シリコン層２０５の周辺は、Ｈ
ｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅあるいはこれらの混合ガス
である不活性ガス雰囲気である。

【００３２】なぜなら、該シリコン層２０５の表面ある
いはその近傍に酸素が存在すると、ビームアニールによ
って該シリコン層２０５の温度が上昇したとき、酸素あ
るいは窒素が反応し不純物として該シリコン層２０５中
に取り込まれ良好なシリコン層が得られない。よって、
シリコン層をアニールするときには、できる限り真空中
あるいは不活性ガス雰囲気でアニールするとよい。ただ
し、レーザーアニール後フッ酸などで結晶化したシリコ
ン層２０５の表面を除去する場合には、酸素雰囲気、窒
素雰囲気あるいは大気中でもビームアニール可能である
。

【００３３】該レーザービーム２０６はＸｅＣｌエキシ
マレーザーに限ることはなく、ＡｒＦエキシマレーザー
、ＫｒＦエキシマレーザー、ＹＡＧレーザーなども利用
することができる。

【００３４】該ビームアニールの照射は必ずしも基板全
面に照射することなく、必要に応じて部分的に照射して
該シリコン層２０５を結晶化すればよい。

【００３５】該ビームアニールにより、図２ｄに示す様
にシリコン層２０５は多結晶シリコン層２０６になる。

【００３６】次に、多結晶シリコン層２０６中に残存す
る応力と、および多結晶シリコン層２０６と二酸化珪素
膜２０２の間に存在する多数の不整合、および多結晶シ
リコン層を構成する結晶粒子の粒界に存在する不整合、
および多結晶シリコン粒子中に存在する点欠陥および正
孔を減少または消滅させるため、熱処理を施す。該熱処
理の条件としては、３００〜６００℃の温度で１０〜２
０時間の時間で窒素雰囲気中あるいは不活性ガス中ある
いは水素を含んだガス中で行えばよい。

【００３７】次に、図２ｅに示すように、該ソース領域
２０３および該ドレイン領域２０４および該多結晶シリ
コン層２０７を覆うようにゲート絶縁膜２０８を、例え
ば常圧化学気相成長法によって、例えば基板温度３００
℃で例えば膜厚１５０ｎｍの二酸化珪素膜を被着形成す
る。該ゲート絶縁膜２０８の形成方法および形成材料は
上記に限られるものではない。たとえば、電子サイクロ
トロン共鳴ＣＶＤ法によってＳｉＯ２を被着形成しても
ゲート絶縁膜２０８として使用可能である。さらに、ま
ず電子サイクロトロン共鳴法（ＥＣＲ法）によるＳｉＯ
２を該ソース領域２０３および該ドレイン領域２０４お
よび該多結晶シリコン膜２０７を覆うように被着形成し
、さらに常圧化学気相成長法によってＳｉＯ２を被着形
成した、２層構造のゲート絶縁膜でも良い。また、ＥＣ
Ｒ法によるＳｉＯ２の１層をゲート絶縁膜２０８として
もよい。次に、図２ｆに示すようにゲート電極２０９を
形成する。例えば不純物を導入したシリコン薄膜を該ゲ
ート絶縁膜２０８を覆うように被着形成し、続いてパタ
ーニングする。該不純物が導入されたシリコン層として
は、リンを不純物として減圧化学気相成長法により形成
されたシリコン層や、ＰＥＣＶＤ法により形成されたリ
ンを含む非晶質のシリコン層あるいは微結晶シリコン層
などがある。該ゲート電極の厚みは３００〜４００ｎｍ
である。図２ｆに示すように、該ゲート電極２０９と該
ソース領域２０３が、薄膜の積層方向について重なりが
ないいわゆるオフセット構造にする。同様に該ゲート電
極２０９ドレイン領域２０４についてもオフセット構造
とする。

【００３８】次に、図２ｇの様に、該多結晶シリコン層
２０７のオフセット構造部分に、該ゲート電極２０９に
対して自己整合的に該ゲート絶縁膜２０８を貫いてイオ
ン注入２１０する。製作する薄膜トランジスタがｎ型の
場合には、イオン種としてリンなどがある。例えば、リ
ンの場合、該ゲート絶縁膜２０６の厚さが１５０ｎｍの
場合、イオン注入する条件は加速電圧１２０ｋｅＶでイ
オン注入量が１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３であ
る。　また、製作する薄膜トランジスタがｐ型の場合に
は、イオン注入するイオン種として、ホウ素などがある
。例えばホウ素の場合には、イオン注入する条件は加速
電圧４０ｋｅＶで、イオン注入量が１×１０１５〜１×
１０１６ｃｍ−３である。図２ｇに示すように、ゲート
電極２０９に対して自己整合的に不純物が注入された領
域２１１及び２１２が形成される。

【００３９】次に、該領域２１１及び２１２に含まれて
いる不純物を活性化する。

【００４０】該オフセットの領域である２１１および２
１２シリコン層の厚みが２５ｎｍ程度であると、イオン
注入にされた不純物を熱アニールによる活性化は、例え
ば前記の様なイオン注入条件で、窒素雰囲気中で６００
℃で６０時間以上もしくは７００℃で２時間のアニール
条件が必要である。このアニール条件では、不純物をゲ
ート電極に対して自己整合的に注入したとしても不純物
のチャンネルの横方向の拡散が大きくなり、結局ゲート
電極とソース電極の間、およびゲート電極をドレイン電
極の間で寄生容量が発生してしまう。歪点が６００℃前
後の安価なガラス基板上に薄膜トランジスタを製作する
には、前記熱アニールによる活性化条件は適当ではない
。

【００４１】図２ｈに示すように、レーザービームによ
り該領域２１１および２１２に注入された不純物を活性
化する。図１で示しながら説明した条件でレーザービー
ムを照射する。

【００４２】レーザービームによって活性化された該２
０９および２１０のシート抵抗は０．０１〜０．０５Ω
ｃｍ−１であり、薄膜トランジスタとして十分使用可能
な抵抗値である。レーザービームには前記のＸｅＣｌエ
キシマレーザーに限ることなく、ＡｒＦエキシマレーザ
ー、ＫｒＦエキシマレーザー、紫外線と同じ領域に波長
を持つＹＡＧレーザーの高調波などを不純物の活性化に
用いることができる。前記レーザービームの照射により
、領域２１１および２１２は不純物を含む多結晶シリコ
ン膜２１４および２１５になる。

【００４３】このレーザービームの照射による不純物の
活性化によりゲート電極下の斜め方向にチャネルした不
純物も活性化され結晶欠陥の極めて少ない良質なシリコ
ン層が得られる。この結果本発明によってオン電流が大
きく、ゲート電圧のオフ領域でソース・ドレインのリー
ク電流が少ない電気的特性に優れた薄膜トランジスタを
製造することができる。

【００４４】また、前記不純物の活性化のためのレーザ
ービームの照射により、不純物を含んだシリコン層によ
って形成されたゲート電極も同時にアニールされ、抵抗
が減少する。シリコン層で形成されたゲート電極の厚み
は３００ｎｍ程度なのでレーザービームエネルギーは活
性領域のシリコン層には到達しない。

【００４５】次に、層間絶縁膜２１６をゲート電極２０
９が形成された基板上に被着形成する。層間絶縁膜の材
料として、例えば、常圧化学気相成長法で形成された例
えば膜厚５００ｎｍのＳｉＯ２がある。さらに、電子サ
イクロトロン共鳴法、スパッタ法、減圧化学気相成長法
などにより形成されたＳｉＯ２や、ＰＳＧ、ＳｉＮｘを
層間絶縁膜２１６としても良い。

【００４６】次に、図２ｉに示すように該ソース領域２
０３および該ドレイン領域２０４に該層間絶縁膜３１６
と該ゲート絶縁膜２０８を貫くようにコンタクト用の窓
部を設けた後、電極となる金属薄膜例えばアルミニウム
薄膜を被着形成し、パターニングしてソース電極２１７
およびドレイン電極２１８をそれぞれ形成する。薄膜ト
ランジスタを、アクティブマトリックス方式の液晶表示
体の絵素に用いる場合には、該ドレイン電極２１８の構
成材料として例えば、インジウム−スズの酸化物（ＩＴ
Ｏ）を材料にした透明電極を用いることができる。該Ｉ
ＴＯ薄膜をスパッタ法により被着形成し、パターンエッ
チングし、ついでソース電極材料であるアルミニウム薄
膜をスパッタ法により被着形成しパターンエッチングに
よりソース電極を形成する。

【００４７】次に、該ソース電極２１７および該ドレイ
ン電極２１８が形成された基板を覆うように、パッシベ
ーション膜２１９を例えば窒化膜を５０ｎｍを被着形成
する。該パッシベーション膜は一層に限ることはなく材
料が異なった薄膜を重ねた複数の層が積み重なったもの
でも良い。たとえば、まずスパッタ法によって厚さ２０
０ｎｍのＳｉＯ２を該ソース電極２１７及びドレイン電
極２１２を覆うように被着形成し、続いて有機高分子膜
を被着形成してパッシベーション膜として用いることも
できる。該パッシベーション膜２１３は薄膜トランジス
タの外界からの汚染を防止するために、さらにこの薄膜
トランジスタがアクティブマトリックス方式の液晶表示
体の絵素に用いられる場合には、液晶分子に薄膜トラン
ジスタが発生する直流電圧の印加を低減する目的がある
。

【００４８】さらにこの次に、水素を含んだ気体中で例
えば３００℃で１時間の熱処理を施して図２ｉの様に目
的とする薄膜トランジスタを得る。ただし、パッシベー
ション膜に３００℃で分解する有機高分子膜を使用する
場合には、該有機高分子膜を形成する前に上記の水素処
理をすることが必要である。

【００４９】上記の実施例では自己整合型の薄膜トラン
ジスタの製造例であるが、ｎ型の薄膜トランジスタとｐ
型の薄膜トランジスタを同一基板上に形成し、各々の薄
膜トランジスタのゲート電極とソース電極あるいはドレ
イン電極を適当な配線材料で配線および接続することに
よって、Ｃ−ＭＯＳ回路を構成することができる。

【００５０】図３ａ〜ｉは本発明に関わる薄膜トランジ
スタの第２の製造方法の工程を示す断面図である。図３
ａに示すが如くあらかじめ洗浄した絶縁性基板上３０１
に例えば透明なガラス基板上に例えば常圧化学気層成長
法によって二酸化珪素膜３０２を例えば基板温度２００
〜３５０℃の温度で例えば２００ｎｍの厚さで被着形成
する。

【００５１】つぎに、シリコン層２０３を例えば減圧化
学気層成長法で例えば基板温度４５０〜６５０℃で例え
ば膜厚１５ｎｍ〜７０ｎｍで該二酸化珪素膜３０２覆う
ように被着形成する。該シリコン層４０３を形成するた
めの原料ガスとして、ＳｉＨ４、もしくはＳｉ２Ｈ４、
もしくはＳｉＨ４とＳｉ２Ｈ４の混合ガスが使用できる
。

【００５２】該シリコン層３０３の形成方法は上記の減
圧化学気相成長法に限られることなく、グロー放電によ
るモノシランの分解により形成された水素を含有する非
晶質のシリコン層や、スパッタ法によるシリコン層でも
本発明は適用できる。

【００５３】次に、該シリコン層３０３に、図３ｂに示
すようにレーザービーム３０４を照射して結晶化する。 該レーザービーム３０４には、波長３０８ｎｍのＸｅＣ
ｌエキシマパルスレーザーを用いる。減圧化学気相成長
法により形成されたシリコン層の場合のビームアニール
条件は、パルスレーザーのパルス幅は５０ｎｓｅｃであ
り、該シリコン層３０３の直前のパルスレーザーの個々
のパルスのエネルギー強度は２００〜６００ｍＪｃｍ−
２であり、より適当な強度としては３００〜５００ｍＪ
ｃｍ−２である。該シリコン層３０３の同一箇所に照射
されるパルスの回数は複数回であっても構わない。実施
例１と同じ理由で、ビームアニールしているとき、該シ
リコン層３０３の周辺の酸素の分圧は１０ー５ｍｍＨｇ
以下である。ビームアニールしているとき該シリコン層
３０３の表面及びその周辺の酸素の分圧は１０ー５ｍｍ
Ｈｇ以下である。あるいは、ビームアニールしていると
き、該シリコン層３０３の周辺は、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、
Ｋｒ、Ｘｅあるいはこれらの混合ガスである不活性ガス
雰囲気である。

【００５４】該レーザービーム３０４はＸｅＣｌエキシ
マレーザーに限ることはなく、ＡｒＦエキシマレーザー
、ＫｒＦエキシマレーザー、ＹＡＧレーザーなども利用
することができる。

【００５５】ビームアニール後島状にパターニングして
図３ｃに示すような多結晶シリコン層３０５となる。本
実施例では、該シリコン層３０３をビームアニールした
後にパターニングしているが、あらかじめ該シリコン層
を島状にパターニングしたのちに、前記のようにビーム
アニールして多結晶シリコン層３０５を形成することも
できる。

【００５６】該ビームアニールの照射は必ずしも基板全
面に照射することなく、必要に応じて部分的に照射して
該シリコン層３０３を結晶化すればよい。

【００５７】次に第１の薄膜トランジスタの製造方法の
実施例と同様に熱処理を施して該シリコン層３０５を良
質化する。

【００５８】つぎに、図３ｄに示すように、該多結晶シ
リコン層３０５を覆うようにゲート絶縁膜３０６を、例
えば常圧化学気相成長法によって、例えば基板温度３０
０℃で例えば膜厚１５０ｎｍの二酸化珪素膜を被着形成
する。該ゲート絶縁膜３０６の形成方法および形成材料
は上記に限られるものではない。たとえば、電子サイク
ロトロン共鳴ＣＶＤ法によってＳｉＯ２を被着形成して
もゲート絶縁膜３０８として使用可能である。ＥＣＲ法
により形成された二酸化珪素膜１層でゲート絶縁膜３０
８を形成してもよい。

【００５９】次に、図３ｅに示すようにゲート電極３０
７を形成する。例えば不純物を導入したシリコン薄膜を
該ゲート絶縁膜３０８を覆うように被着形成し、続いて
パターニングする。該不純物が導入されたシリコン層と
しては、リンを不純物として減圧化学気相成長法により
形成されたシリコン層や、ＰＥＣＶＤ法により形成され
たリンを含む非晶質のシリコン層などがある。該ゲート
電極の厚みは３００〜４００ｎｍである。

【００６０】次に、図３ｆの様に、該ゲート電極３０７
に対して自己整合的に該ゲート絶縁膜３０６を貫いてイ
オン注入３０８する。製作する薄膜トランジスタがｎ型
の場合には、イオン種としてリンなどがある。例えば、
リンの場合、該ゲート絶縁膜３０６の厚さが１５０ｎｍ
の場合、イオン注入する条件は加速電圧１２０ｋｅＶで
イオン注入量が１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３で
ある。 　また、製作する薄膜トランジスタがｐ型の場合には、
イオン注入するイオン種として、ホウ素などがある。例
えばホウ素の場合には、イオン注入する条件は加速電圧
４０ｋｅＶで、イオン注入量が１×１０１５〜１×１０
１６ｃｍ−３である。図３ｆに示すように、ゲート電極
３０７に対して自己整合的に不純物が注入された領域３
０９及び３１０が形成される。

【００６１】図３ｈに示すように、レーザービーム３１
１により該領域３０９および３１０に注入された不純物
を活性化する。図１で示しながら説明した条件でレーザ
ービームを照射する。

【００６２】該レーザービーム３１１により、領域３０
９および３１０は、不純物を含む多結晶シリコン膜で構
成されたソース領域３１２およびドレイン領域３１３と
なる。

【００６３】また、前記不純物の活性化のためのレーザ
ービームの照射により、不純物を含んだシリコン層によ
って形成されたゲート電極も同時にアニールされ、抵抗
が減少する。シリコン層で形成されたゲート電極の厚み
は３００ｎｍ程度なのでレーザービームエネルギーは活
性シリコン層には到達しない。

【００６４】次に、層間絶縁膜３１４をゲート電極３０
７が形成された基板上に被着形成する。層間絶縁膜の材
料として、例えば、常圧化学気相成長法で形成された例
えば膜厚５００ｎｍのＳｉＯ２がある。さらに、電子サ
イクロトロン共鳴法、スパッタ法、減圧化学気相成長法
などにより形成されたＳｉＯ２や、ＰＳＧ、ＳｉＮｘを
層間絶縁膜３１４としても良い。

【００６５】次に、図３ｈに示すように該ソース領域３
１２および該ドレイン領域３１３に該層間絶縁膜３１４
と該ゲート絶縁膜３０５を貫くようにコンタクト用の窓
部を設けた後、電極となる金属薄膜例えばアルミニウム
薄膜を被着形成し、パターニングしてソース電極３１５
およびドレイン電極３１６をそれぞれ形成する。薄膜ト
ランジスタを、アクティブマトリックス方式の液晶表示
体の絵素に用いる場合には、該ドレイン電極３１６の構
成材料として例えば、インジウム−スズの酸化物（ＩＴ
Ｏ）を材料にした透明電極を用いることができる。該Ｉ
ＴＯ薄膜をスパッタ法により被着形成し、パターンエッ
チングし、ついでソース電極材料であるアルミニウム薄
膜をスパッタ法により被着形成しパターンエッチングに
よりソース電極を形成する。

【００６６】次に、該ソース電極３１５および該ドレイ
ン電極３１６が形成された基板を覆うように、パッシベ
ーション膜３１７を例えば窒化膜を５０ｎｍを被着形成
する。該パッシベーション膜は一層に限ることはなく材
料が異なった薄膜を重ねた複数の層が積み重なったもの
でも良い。たとえば、まずスパッタ法によって厚さ２０
０ｎｍのＳｉＯ２を該ソース電極３１５及びドレイン電
極３１６を覆うように被着形成し、続いて有機高分子膜
を被着形成してパッシベーション膜として用いることも
できる。該パッシベーション膜３１７は薄膜トランジス
タの外界からの汚染を防止するために、さらにこの薄膜
トランジスタがアクティブマトリックス方式の液晶表示
体の絵素に用いられる場合には、液晶分子に薄膜トラン
ジスタが発生する直流電圧の印加を低減する目的がある
。

【００６７】さらにこの次に、水素を含んだ気体中で例
えば３００℃で１時間の熱処理を施して図４ｈの様に目
的とする薄膜トランジスタを得る。ただし、パッシベー
ション膜に３００℃で分解する有機高分子膜を使用する
場合には、該有機高分子膜を形成する前に上記の水素処
理をすることが必要である。

【００６８】上記の実施例では自己整合型の薄膜トラン
ジスタの製造例であるが、ｎ型の薄膜トランジスタとｐ
型の薄膜トランジスタを同一基板上に形成し、各々の薄
膜トランジスタのゲート電極とソース電極あるいはドレ
イン電極を適当な配線材料で配線および接続することに
よって、Ｃ−ＭＯＳ回路を構成することができる。

【００６９】図４ａ〜ｈは本発明に関わる薄膜トランジ
スタの第３の製造方法の工程を示す断面図である。

【００７０】本発明の薄膜トランジスタの製造工程の第
３の実施例の図４ａから図４ｄまでは薄膜トランジスタ
の製造工程の第１の実施例の図２ａから図２ｄまでと同
じである。

【００７１】以下に本発明の第３の実施例の図４ｅから
説明する。

【００７２】図４ｅに示すようにゲート電極４０７を形
成する。例えばＣｒの様な金属薄膜をスパッタ法あるい
は蒸着法により該ゲート絶縁膜を覆うように被着形成し
、続いてパターニングする。金属薄膜の引っ張り内部用
力が大きいときには、例えばＣｒの場合には厚みが３０
０ｎｍの薄膜では引っ張り応力が大きく、段差部での断
線などの問題を生じる。そこでこのようなゲート電極の
場合は適宜厚みを薄くする必要がある。例えばＣｒによ
るゲート電極では厚みを１５０ｎｍ程度にするとよい。 しかしながら次の図４ｆのイオン打ち込みの工程で十分
イオンを阻止できなくなる。この理由で、該ゲート電極
上のレジスト４０８をパターニングの後に残しておく。 残ったレジストの厚みは５００ｎｍ以上でありイオン注
入の十分なマスクとなる。

【００７３】次に、図４ｆの様に、該ゲート電極４０７
に対して自己整合的に該ゲート絶縁膜４０６を貫いてイ
オン注入４０９する。製作する薄膜トランジスタがｎ型
の場合には、イオン種としてリンなどがある。例えば、
リンの場合、該ゲート絶縁膜４０６の厚さが１５０ｎｍ
の場合、イオン注入する条件は加速電圧１２０ｋｅＶで
イオン注入量が１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３で
ある。 　また、製作する薄膜トランジスタがｐ型の場合には、
イオン注入するイオン種として、ホウ素などがある。例
えばホウ素の場合には、イオン注入する条件は加速電圧
４０ｋｅＶで、イオン注入量が１×１０１５〜１×１０
１６ｃｍ−３である。図４ｆに示すように、ゲート電極
４０７に対して自己整合的に不純物が注入された領域４
１０及び４１１が形成される。

【００７４】次に、該ゲート電極４０７上のレジスト４
０８を剥離する。次に、該領域４１０および４１１に注
入された不純物を活性化する。

【００７５】該オフセットの領域である４１０および４
１１のシリコン層の厚みが２５ｎｍ程度であると、イオ
ン注入にされた不純物を熱アニールによって活性化する
には、例えば前記の様なイオン注入条件で、窒素雰囲気
中で６００℃で６０時間以上、もしくは７００℃で２時
間のアニールが必要である。歪点が６００℃前後の安価
なガラス基板上に薄膜トランジスタを製作するには、前
記熱アニールによる活性化は適当ではない。

【００７６】図４ｇに示すように、レーザービーム４１
２により該領域４１０および４１１に注入された不純物
を活性化する。ビームアニール条件は、図１で説明した
方法によりレーザービームを照射する。

【００７７】該レーザービーム４１２によって活性化さ
れた該４１０および４１１のシート抵抗は０．０１〜０
．０５Ωｃｍ−１であり、薄膜トランジスタとして十分
使用可能な抵抗値である。レーザービームには前記のＸ
ｅＣｌエキシマレーザーに限ることなく、ＡｒＦエキシ
マレーザー、ＫｒＦエキシマレーザー、紫外線と同じ領
域に波長を持つＹＡＧレーザーなどを不純物の活性化に
用いることができる。前記レーザービームの照射により
、領域４１０および４１１は、不純物を含む多結晶シリ
コン膜で構成されたソース領域４１３およびドレイン領
域４１４となる。

【００７８】次に、層間絶縁膜４１５をゲート電極４０
７が形成された基板上に被着形成する。層間絶縁膜の材
料として、例えば、常圧化学気相成長法で形成された例
えば膜厚５００ｎｍのＳｉＯ２がある。さらに、電子サ
イクロトロン共鳴法、スパッタ法、減圧化学気相成長法
などにより形成されたＳｉＯ２や、ＰＳＧ、ＳｉＮｘを
層間絶縁膜４１５としても良い。

【００７９】次に、図４ｈに示すように該ソース領域４
１３および該ドレイン領域４１４に該層間絶縁膜４１５
と該ゲート絶縁膜４０７を貫くようにコンタクト用の窓
部を設けた後、電極となる金属薄膜例えばアルミニウム
薄膜を被着形成し、パターニングしてソース電極４１５
およびドレイン電極４１６をそれぞれ形成する。薄膜ト
ランジスタを、アクティブマトリックス方式の液晶表示
体の絵素に用いる場合には、該ドレイン電極４１７の構
成材料として例えば、インジウム−スズの酸化物（ＩＴ
Ｏ）を材料にした透明電極を用いることができる。該Ｉ
ＴＯ薄膜をスパッタ法により被着形成し、パターンエッ
チングし、ついでソース電極材料であるアルミニウム薄
膜をスパッタ法により被着形成しパターンエッチングに
よりソース電極を形成する。

【００８０】次に、該ソース電極４１６および該ドレイ
ン電極４１７が形成された基板を覆うように、パッシベ
ーション膜４１８を例えば窒化膜を５０ｎｍを被着形成
する。該パッシベーション膜は一層に限ることはなく材
料が異なった薄膜を重ねた複数の層が積み重なったもの
でも良い。たとえば、まずスパッタ法によって厚さ２０
０ｎｍのＳｉＯ２を該ソース電極４１６及びドレイン電
極４１７を覆うように被着形成し、続いて有機高分子膜
を被着形成してパッシベーション膜として用いることも
できる。該パッシベーション膜４１８は薄膜トランジス
タの外界からの汚染を防止するために、さらにこの薄膜
トランジスタがアクティブマトリックス方式の液晶表示
体の絵素に用いられる場合には、液晶分子に薄膜トラン
ジスタが発生する直流電圧の印加を低減する目的がある
。

【００８１】さらに、この次に水素を含んだ気体中で例
えば３００℃で１時間の熱処理を施して図４ｈの様に目
的とする薄膜トランジスタを得る。ただし、パッシベー
ション膜に３００℃で分解する有機高分子膜を使用する
場合には、該有機高分子膜を形成する前に水素処理をす
る必要がある。

【００８２】上記第３の実施例では自己整合型の薄膜ト
ランジスタの製造例であるが、ｎ型の薄膜トランジスタ
とｐ型の薄膜トランジスタを同一基板上に形成し、各々
の薄膜トランジスタのゲート電極とソース電極あるいは
ドレイン電極を適当な配線材料で配線および接続するこ
とによって、Ｃ−ＭＯＳ回路を構成することができる。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の薄膜トラ
ンジスタの製造方法は、エネルギービームの照射により
シリコン層を結晶化した後に熱処理工程を施すことによ
り、シリコン層中の欠陥を消滅することができるため、
サブスレッショルド特性が優れた薄膜トランジスタが製
造することができるので、この薄膜トランジスタにより
高速動作のＣ−ＭＯＳ回路を構成することができる。こ
の結果、アクティブマトリクス型の液晶表示体の駆動回
路を絵素と同じ安価なガラス基板に形成することができ
るので、高精細の液晶表示体を安価に製造することがで
きる。

【００８４】ゲート絶縁膜を貫いてゲート電極に対して
自己整合的にイオン注入された不純物を基板に対して斜
めにレーザービームを照射することによりゲート電極し
たの斜め方向にチャネルした不純物も活性化するため、
ゲート電圧がオフ領域でソース・ドレイン間のリーク電
流がなくなるため、液晶表示体の絵素電極の電化の保持
が高まるため、フリッカーがなくコントラストが高い優
れた液晶表示体を製造することができる。

【００８５】６００℃以下のプロセスで、ソース電極と
ゲート電極、およびゲート電極とドレイン電極の間の絶
縁耐圧の高い、ゲート電極に対して自己整合的な薄膜ト
ランジスタを形成することができる。

【００８６】また、本発明による薄膜トランジスタをア
クティブマトリックス型の液晶表示帯の絵素に用いる場
合には、前記寄生容量の少ない自己整合的な薄膜トラン
ジスタであるために、前記画面全体に渡って、色ムラ、
フリッカー、ゲート信号の遅延などのない良質な画像を
得ることができる。

【００８７】また、本発明の薄膜トランジスタの製造方
法では、絶縁基板に安価なガラスを用いることができる
ため、大面積の液晶表示体を製造することができる。

【００８８】さらに、本発明は高性能の三次元素子の製
造にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　レーザービームの斜め方向の照射により、
斜め方向にチャネルした不純物の活性化に関する発明を
説明する図。

【図２】　　本発明の薄膜トランジスタの製造方法を実
現する第１の実施例の工程図。

【図３】　　本発明の薄膜トランジスタの製造方法を実
現する第２の実施例の工程図。

【図４】　　本発明の薄膜トランジスタの製造方法を実
現する第３の実施例での工程図。

【図５】　　従来例のイオン注入後のレーザービームに
よる不純物の活性化の問題点を示す図。

【符号の説明】

１０１　　絶縁基板 １０２　　二酸化珪素膜 １０３、１０９　　シリコン層 １０４　　ゲート絶縁膜 １０５　　ゲート電極 １０６　　レーザービーム １０７　　不純物が注入された領域 １０８　　不純物が斜め方向にチャネル注入した領域１
１０　　純物が活性化した領域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　絶縁基板上にシリコン層を被着形成す
   る工程と、該シリコン層にエネルギービームを照射する
   工程と、該シリコン層をパターニングする工程と、該シ
   リコン層を覆うように絶縁薄膜を被着形成する工程と、
   該絶縁薄膜上にゲート電極を被着形成する工程と、該絶
   縁薄膜を通して該シリコン薄膜に不純物を注入する工程
   と、レーザービームを斜めに照射することによって該不
   純物を活性化する工程とを含むことを特徴とする薄膜ト
   ランジスタの製造方法。