JPH09148266A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

半導体装置の作製方法

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JPH09148266A
JPH09148266A JP7329761A JP32976195A JPH09148266A JP H09148266 A JPH09148266 A JP H09148266A JP 7329761 A JP7329761 A JP 7329761A JP 32976195 A JP32976195 A JP 32976195A JP H09148266 A JPH09148266 A JP H09148266A
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anodic oxide
oxide film
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active layer
film
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Kouyuu Chiyou
宏勇 張
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自己整合技術でLDD領域を形成する。 【構成】 アルミニウムでなる領域105の形成に利用
したレジストマスク107をアッシングで後退させ、新
たなマスク108を形成する。そしてアルミニウムでな
る領域105を陽極として陽極酸化を行い、多孔質状の
陽極酸化膜109〜112を形成する。この陽極酸化工
程において、マスク108が存在する関係で、陽極酸化
膜の多孔質の開孔の方向(異方性)を制御することがで
きる。この多孔質状の陽極酸化膜をマスクとして不純物
イオンの注入を行うことにより、活性層103に注入さ
れる不純物イオンの量を調整することができる。そして
このことを利用してLDD領域を形成することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
薄膜トランジスタの作製方法に関する。特にLDD領域
に代表される低濃度不純物領域を備えた薄膜トランジス
タの作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ガラス基板や石英基板上に形成された薄
膜半導体を用いて薄膜トランジスタを構成する技術が知
られている。このような薄膜トランジスタは、例えばア
クティブマトリクス型の液晶表示装置やアクティブマト
リクス型のEL表示装置に利用される。
【0003】このような薄膜トランジスタの技術的な課
題としてOFF電流値が大きいことが挙げられる。OF
F電流値は、薄膜トランジスタがOFF動作時に出力か
らまたは出力に流れてしまう電流のことである。
【0004】例えばアクティブマトリクス型の液晶表示
装置においては、画素電極に所定の時間の間電荷を保持
させておく特性が要求される。従って、OFF動作時に
おいて素子を流れてしまう電流、即ちOFF電流の値を
極力小さいものとすることが要求される。
【0005】薄膜トランジスタにおけるOFF電流値を
小さくする技術としては、特公平3−38755号公報
に記載された技術が知られている。
【0006】また上記技術と同様な効果を得られる構成
として、特開平4−360580号公報や特開平5−1
66837号公報に記載された技術が知られている。
【0007】後者2つの公報に記載された技術は、ゲイ
ト電極の周囲に形成された陽極酸化膜を利用して自己整
合的にオフセットゲイト領域を形成する方法である。こ
の方法は、それほど作製工程を複雑化させず、かつ高い
精度でもってオフセットゲイト領域を形成することがで
きる方法である。
【0008】しかし、特開平4−360580号公報や
特開平5−166837号公報に記載された技術におい
ては、低OFF電流特性を得るために最適な構成の一つ
であるLDD(ライトドープドレイン)領域の形成を自
己整合的に形成することができない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本明細書では、自己整
合的にLDD領域を形成することができる技術を提供す
ることを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の一つは、多孔質状の膜質を有した陽極酸化膜をマスク
として用いて不純物イオンを注入する方法であって、前
記陽極酸化膜は選択的に異なる方向に対しての異方性を
有しており、前記異なる異方性に従って前記マスクを透
過する不純物イオンの量が異なることを特徴とする。
【0011】上記構成の具体的な例を図1を用いて説明
する。図1(D)には、主に垂直方向に異方性を有する
部分109と110、さらに水平方向に主に異方性を有
する部分111と112を有する陽極酸化膜を用いて、
不純物イオンの注入を行うことによって、116と11
8で示される低濃度不純物領域に選択的に異なる濃度で
不純物イオンを注入する状態が示されている。
【0012】この構成は、陽極酸化膜の部分的に異なる
違法性を有することで、そこを透過する不純物イオンの
量(単位面積当たりを透過するイオンの数で定義され
る)がこの違法性に従って異なることを利用したもので
ある。
【0013】上記の主に垂直方向に異方性を有するとい
うのは、主に垂直方向に延在する開孔を多数有する(過
半数有する)多孔質であることを意味する。上記の主に
水平方向に異方性を有するというのは、主に水平方向に
延在する開孔を多数有する(過半数有する)多孔質であ
ることを意味する。
【0014】他の発明の構成は、図1にその具体的な例
を示すように、活性層103上に設けられたゲイト絶縁
膜104と、前記ゲイト絶縁膜上に設けられた陽極酸化
可能な材料でなるゲイト電極113と、を有する半導体
装置の作製方法であって、ゲイト電極113の周囲に異
なる異方性を有した多孔質状の109〜112で示され
る陽極酸化膜を形成する工程と、前記多孔質状の陽極酸
化膜をマスクとして不純物イオンの注入を行い前記異な
る異方性に従って活性層中に選択的に前記不純物イオン
を注入する工程と、を有することを特徴とする。
【0015】他の発明の構成は、図1にその具体的な例
を示すように、活性層103と、前記活性層上に配置さ
れたゲイト絶縁膜104と、前記ゲイト絶縁膜104上
に配置された陽極酸化可能な材料でなるゲイト電極11
3と、を有した半導体装置の作製方法であって、ゲイト
電極113の側面に109〜112で示される異なる異
方性を有する多孔質状の陽極酸化膜を形成する工程と、
前記陽極酸化膜をマスクとして一導電型を付与する不純
物イオンを活性層に対して注入する工程と、を有し、前
記ゲイト電極113に対応する活性層中にチャネル形成
領域117が形成され、109〜112で示される前記
多孔質状の陽極酸化膜に対応する活性層中に低濃度不純
物領域116と118が形成され、前記低濃度不純物領
域に隣接してソースおよびドレイン領域として機能する
一対の高濃度不純物領域115と119が形成されるこ
とを特徴とする。
【0016】上記の構成を実現するには、図1(B)に
工程で示されるように、ゲイト電極(正確にはその出発
部材となる島状の領域)105のパターニング時に利用
したレジストマスク107をアッシング処理し、その形
状を108で示されるように小さくすることが重要とな
る。
【0017】このようにすることで、図1(C)の工程
における多孔質状の陽極酸化膜の形成時に109、11
0で示される垂直方向に延在した開孔を多数有する膜質
と、111、112で示される水平方向に延在した開孔
を多数有する膜質と、を同時に得ることができる。
【0018】
【実施例】
〔実施例1〕図1に本実施例の作製工程を示す。本実施
例は、ガラス基板上に自己整合的にLDD(ライトドー
プドレイン領域)が形成されたNチャネル型の薄膜トラ
ンジスタを作製する場合の例を示す。
【0019】まず図1(A)に示すようにガラス基板1
01上に下地膜として酸化珪素膜102をスパッタ法ま
たはプラズマCVD法で3000Åの厚さに成膜する。
ガラス基板101としては、コーニング7059ガラス
基板またはコーニング1737ガラス基板を用いること
ができる。
【0020】下地膜102を成膜したら、図示しない非
晶質珪素膜をプラズマCVD法または減圧熱CVD法で
成膜する。この非晶質珪素膜の膜厚は500Åとする。
【0021】次にこの図示しない非晶質珪素膜をパター
ニングして薄膜トランジスタの活性層103を形成す
る。
【0022】活性層103を形成したら、ゲイト絶縁膜
となる酸化珪素膜104をプラズマCVD法でもって形
成する。このゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素膜の膜厚
は1000Åとする。
【0023】次に後にゲイト電極を構成する図示しない
アルミニウム膜をスパッタ法により4000Åの厚さに
成膜する。このアルミニウム膜中にはスカンジウムを0.
1 重量パーセント含有させる。
【0024】スカンジウムを含有させるのは、後の工程
において、アルミニウムの異常成長によりヒロックやウ
ィスカーが発生することを抑制するためである。
【0025】ヒロックやウィスカーは、針状あるいは刺
状にアルミニウムの突起物が形成されてしまう現象で、
離間した配線や電極間におけるショートの原因となるも
のである。
【0026】図示しないアルミニウム膜を成膜したら、
陽極酸化工程により、その表面に極薄い陽極酸化膜を形
成する。ここでは、3%の酒石酸を含んだエチレングリ
コール溶液をアンモニア水で中和した溶液を電解溶液と
して用いる。陽極酸化はこの電解溶液中においてアルミ
ニウム膜を陽極として行われる。
【0027】陽極酸化条件は、陰極を白金とし、化成電
流を5mA、到達電圧を10Vとして行う。この陽極酸
化膜の膜厚は100Å程度とする。なおこの膜厚の制御
は到達電圧によって制御することができる。
【0028】この陽極酸化膜は後に形成されるレジスト
マスクの密着性を高める機能を有している。またこの工
程で形成される陽極酸化膜は緻密で強固な膜質を有した
ものとして得られる。
【0029】次に図示しないアルミニウム膜上にレジス
トマスク107を配置し、パターニングを行う。こうし
てゲイト電極の原形となるパターンを形成する。(図1
(A))
【0030】図示しないアルミニウム膜をパターニング
し、図1(A)に示す状態を得たら、酸素プラズマによ
るアッシングを行い、レジストマスク107をエッチン
グする。このアッシング工程を行うことにより、レジス
トマスク108は図1(B)に示すような状態となる。
【0031】即ち、レジストマスクの角の部分が削り取
られ、その表面積が小さくなるような状態になる。
【0032】このアッシングを用いる方法は特にマスク
を必要とすることもなく、工程上有用なものとなる。な
お、マスクを利用してレジストマスクをさらに所望の形
状にパターニングするのでもよい。
【0033】この状態で再び陽極酸化を行う。この陽極
酸化は、3%のシュウ酸水溶液(PH=2)を電解溶液
として用いる。この電解溶液中において残存したアルミ
ニウム膜を陽極とした陽極酸化を行う。
【0034】この陽極酸化は、陰極として白金を用い、
到達電圧を8Vとして行う。陽極酸化膜の膜厚は600
0Åとする。この陽極酸化工程においては、陽極酸化時
間によって形成される陽極酸化膜の膜厚を制御すること
ができる。
【0035】この陽極酸化工程においては、まず109
や110で示される部分で陽極酸化が進行し、続いて1
11と112で示される部分で陽極酸化が進行する。
【0036】ここで、109と110で示される部分で
進行する陽極酸化は、その上部にレジストマスク108
が存在しない関係で、基板に垂直な方向に多孔質状の異
方性を有する膜質となる。即ち、主に基板に垂直な方向
に延在した開孔を多数有した膜質が得られる。
【0037】一方、111と112で示される部分にお
いては、残存したアルミニウム膜105の側面方向から
基板に平行な方向へと多孔質状の異方性を有した膜質の
陽極酸化膜が形成される。即ち、主に基板に平行な方向
に延在した開孔を多数有した膜質が得られる。
【0038】これら多孔質状の陽極酸化膜の膜質の状態
については電子顕微鏡の観察によって確認することがで
きる。また多孔質の陽極酸化膜の成長の先端部(アルミ
ニウムと接する部分)には、極薄い緻密な陽極酸化膜が
観察される。
【0039】なお残存した113の部分がゲイト電極と
なる。(図1(C))
【0040】図1(C)に示す状態を得たら、レジスト
マスク108を専用の剥離液で除去する。さらに106
で示される極薄い緻密な陽極酸化膜を除去する。
【0041】そして3度目の陽極酸化を行う。この陽極
酸化は、最初の陽極酸化と同様に電解溶液として、3%
の酒石酸を含んだエチレングリコール溶液をアンモニア
水で中和したものを用いて行う。
【0042】この工程は、最初の緻密な陽極酸化膜10
6の形成条件と同じ条件に従って行う。ただし到達電圧
を高くして形成される陽極酸化膜の膜厚を500Åとす
る。
【0043】この陽極酸化工程においては、電解溶液が
多孔質状の陽極酸化膜109、110、111、112
の内部に侵入する。従って陽極酸化膜114は図に示さ
れるようにゲイト電極113の表面を覆うようにして形
成される。
【0044】そして図1(D)に示す状態を得る。この
状態で不純物イオンの注入を行う。ここでは、Nチャネ
ル型の薄膜トランジスタを作製するためにP(リン)イ
オンの注入をプラズマドーピング法で行う。
【0045】ここでは、0.2 〜5×1015/cm2 、好
ましくは1〜2×1015cm2 のドーズ量でもってPイ
オンの注入を行う。
【0046】この工程において、111と112で示さ
れる陽極酸化膜が存在する直下の活性層103中には、
直接Pイオンの注入は行われない。
【0047】一方、109と110で示される陽極酸化
膜が存在する直下の活性層103中には、陽極酸化膜1
06と110の膜の性質上Pイオンの注入が行われる。
【0048】即ち、陽極酸化膜109と110は垂直方
向に延在した多数の開孔を有しているので、加速注入さ
れたPイオンの一部がこの開孔を介して活性層中に注入
される。
【0049】このような様子で不純物イオンが注入され
る結果、例えば118で示される領域におけるP元素の
存在の分布は、図2に示すようなものとなる。図2に示
すのは一例であり、不純物イオンの注入条件等によっ
て、Pイオンの分布状態は変化させることができる。
【0050】Pイオンの分布が図2に示すような状態と
なるのは以下に述べる理由による。
【0051】まず、多孔質状の陽極酸化膜109と11
0が存在していた領域の直下201の領域(図2を参
照)においては、陽極酸化膜109の開孔を介して注入
されるPイオンと周辺から回り込んできたPイオンが存
在する。
【0052】従って、図2に示すような分布でもってP
元素が存在することとなる。
【0053】一方、多孔質状の陽極酸化膜112が存在
していた領域の直下202の領域(図2参照)において
は、基本的に陽極酸化膜112によってPイオンは遮蔽
されるので、陽極酸化膜を介して直接注入されるPイオ
ンは存在しない。
【0054】しかし、イオンの回り込みがあるので、P
元素の濃度は201の領域との境界に近づくにつれて高
いものとなる。
【0055】このようにして、図2に示すような分布で
注入されたP元素が存在することなる。図2に示すよう
な状態は、チャネル形成領域117と高濃度不純物領域
であるドレイン領域119との間にLDD(ライトドー
プドレイン)領域と呼ばれる低濃度不純物領域が形成さ
れた状態が示されている。
【0056】なおイオンの回り込みが生じるのは、プラ
スイオンの注入に従って、ゲイト電極に対して周囲のゲ
イト絶縁膜が正の電位に帯電してしまうことが原因であ
る。
【0057】このように図1(C)の109、110、
111、112で示される多孔質状の陽極酸化膜の膜質
の違いを利用することにより、選択的な不純物イオンの
注入を行うことができる。
【0058】ここではPイオンの注入を行う場合の例を
示したが、他の不純物イオン(例えばBイオン)であっ
ても同様な効果を得ることができる。
【0059】不純物イオンの注入が終了したら、多孔質
状の陽極酸化膜109〜112(図1(C)参照)を燐
酸と酢酸と硝酸とを混合した混酸を用いて除去する。
【0060】こうして図3(A)に示す状態を得る。こ
の状態でレーザー光の照射を行い、先の工程で不純物イ
オンが注入された領域のアニールを行う。このアニール
は、紫外光や赤外光の照射によって行ってもよい。また
レーザー光の照射と同時に加熱を併用してもよい。
【0061】図3(A)に示す状態でレーザー光の照射
によるアニールは、不純物イオンが回り込んだ領域に対
しても行うことができるので、活性層が受けた不純物イ
オンの注入による損傷をほぼ完全にアニールすることが
できる。
【0062】そして層間絶縁膜120を形成する。層間
絶縁膜120としては、酸化珪素膜、または窒化珪素
膜、または酸化珪素膜と窒化珪素膜の積層膜、または酸
化珪素膜と樹脂材料の積層膜、または窒化珪素膜と樹脂
材料との積層膜を利用することができる。ここでは、層
間絶縁膜120としてプラズマCVD法で成膜した50
00Å厚の酸化珪素膜を用いる。
【0063】こうして図3(B)に示す状態を得る。次
にコンタクトホールの形成を行い、ソース電極121、
ドレイン電極122を形成する。そして最後に350℃
の水素雰囲気中において1時間の加熱処理を行い図3
(C)に示す薄膜トランジスタを完成させる。
【0064】図3(C)に示す薄膜トランジスタは、チ
ャネル形成領域117とドレイン領域119との間に自
己整合的に形成されたLDD領域を有している。またL
DD領域は、チャネル形成領域117からドレイン領域
119に向かって段階的にまたは連続的にP元素の濃度
が大きくなるような構成で得ることができる。
【0065】このような構成においては、導電型を付与
する不純物元素の濃度が急激に異なる領域が存在しない
ので、局所的に高電界が形成されてしまうことを抑制す
ることができる。
【0066】OFF電流の存在は、特公平3−3875
5号公報に記載されているように局所的な高電界の形成
と、それに従うトラップ準位を介したキャリアの移動に
起因するものである。
【0067】従って、本実施例に示すような局所的な高
電界が形成されてしまうことが防げるような構成はOF
F電流値を低減させる構成として有用なものとなる。
【0068】また、特にNチャネル型の薄膜トランジス
タの場合、この局所的な高電界が存在する関係でホット
キャリアによる特性の劣化が生じるが、本実施例に示す
構成においては、このホットキャリによる劣化の問題を
抑制することができる。
【0069】〔実施例2〕本実施例は、図1(D)の工
程で形成されるゲイト電極113の周囲の陽極酸化膜の
膜厚を1500Åとした場合の例である。このような構
成とすると、陽極酸化膜の直下の活性層の領域をオフセ
ットゲイト領域として機能させることができる。
【0070】図1に示す構成においては、陽極酸化膜1
14の膜厚が500Åと薄いので、実質的にオフセット
ゲイト領域の存在は無視することができる。
【0071】しかし、本実施例に示すように陽極酸化膜
114の膜厚を厚くした場合には、その直下の活性層に
形成されるチャネルとしても機能せず、またソース/ド
レインとしても機能しない領域を無視することができな
くなる。
【0072】この領域は、オフセットゲイト領域と呼ば
れチャネル形成領域とソース領域およびドレイン領域と
の間に形成される電界強度を緩和させる機能を果たす。
(この意味でLDD領域と同様の機能を有している)
【0073】図1(D)に示す工程において、緻密な陽
極酸化膜114を1500Åの厚さとするには、陽極酸
化時の到達電圧を100Vとすればよい。なお、この到
達電圧を300V近くすれば、2500Å程度の膜厚ま
で陽極酸化膜を成長させることができる。しかし、工程
の再現性が不安定となり、また作業の危険性が増大す
る。
【0074】〔実施例3〕本実施例は、実施例1に示す
構成において、図1(A)の106で示す緻密な膜質を
有する陽極酸化膜を形成しない場合の例を示す。
【0075】陽極酸化膜106を形成しない場合は、レ
ジストマスクの密着性を高めるためにアルミニウム膜の
表面に対して紫外光の照射を行い、その表面を活性化さ
せておく等の工夫が必要となる。
【0076】陽極酸化膜106を形成しない場合、10
9と110で示される領域における多孔質状の陽極酸化
膜の異方性は、垂直方向により顕著なものとなる。即
ち、垂直方向に開孔の延長方向を有した状態がより顕在
化する。
【0077】そして不純物イオンの注入の際に、109
と110で示される陽極酸化膜の直下の活性層に対して
より高濃度に不純物イオンを注入することができる。
【0078】
【発明の効果】陽極酸化可能な材料でなるゲイト電極の
側面に異なる異方性を有する多孔質状の陽極酸化膜を形
成し、この多孔質状の陽極酸化膜が存在する状態で一導
電型を付与する不純物イオンの注入を行うことによっ
て、活性層に対する不純物イオンの濃度を選択的に制御
することができる。
【0079】そして自己整合的にLDD領域を形成する
ことができる。
【0080】また、この不純物イオンの注入は自己整合
的に行うことができるので、工程上有用なものとなる。
【0081】このようにして得られる薄膜トランジスタ
は、特にチャネル形成領域とドレイン領域との境界およ
びその近傍において、局所的に高電界が形成されてしま
うことがない構成とすることができる。そして、低OF
F電流特性を有する薄膜トランジスタを得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例の薄膜トランジスタの作製工程を示
す図。
【図2】 低濃度不純物領域におけるP(リン)濃度
の分布を示す図。
【図3】 実施例の薄膜トランジスタの作製工程を示
す図。
【符号の説明】
101 ガラス基板 102 下地膜(酸化珪素膜) 103 活性層 104 ゲイト絶縁膜(酸化珪素膜) 105 パターニングされたアルミニウム膜 106 緻密な陽極酸化膜 107 レジストマスク 108 アッシングされたレジストマスク 109、110 基板に垂直方向に異方性を有する多孔
質状の陽極酸化膜 111、112 基板に水平方向に異方性を有する多孔
質状の陽極酸化膜 113 ゲイト電極 114 緻密な陽極酸化膜 115 ソース領域 116 低濃度不純物領域 117 チャネル形成領域 118 低濃度不純物領域(LDD領域) 119 ドレイン領域 120 層間絶縁膜(酸化珪素膜) 121 ソース電極 122 ドレイン電極

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多孔質状の膜質を有した陽極酸化膜をマス
    クとして用いて不純物イオンを注入する方法であって、 前記陽極酸化膜は選択的に異なる方向に対しての異方性
    を有しており、 前記異なる異方性に従って前記マスクを透過する不純物
    イオンの量が異なることを特徴とする半導体装置の作製
    方法。
  2. 【請求項2】活性層上に設けられたゲイト絶縁膜と、 前記ゲイト絶縁膜上に設けられた陽極酸化可能な材料で
    なるゲイト電極と、 を有する半導体装置の作製方法であって、 ゲイト電極の周囲に異なる異方性を有した多孔質状の陽
    極酸化膜を形成する工程と、 前記多孔質状の陽極酸化膜をマスクとして不純物イオン
    の注入を行い前記異なる異方性に従って活性層中に選択
    的に前記不純物イオンを注入する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  3. 【請求項3】請求項2において、 陽極酸化可能な材料としてアルミニウムまたはアルミニ
    ウムを主成分とした材料を用いることを特徴とする半導
    体装置の作製方法。
  4. 【請求項4】請求項2において、 ゲイト電極に隣接した領域における多孔質状の陽極酸化
    膜は水平方向に延在した多数の開孔を有していることを
    特徴とする半導体装置の作製方法。
  5. 【請求項5】活性層と、 前記活性層上に配置されたゲイト絶縁膜と、 前記ゲイト絶縁膜上に配置された陽極酸化可能な材料で
    なるゲイト電極と、 を有した半導体装置の作製方法であって、 ゲイト電極の側面に異なる異方性を有する多孔質状の陽
    極酸化膜を形成する工程と、 前記陽極酸化膜をマスクとして一導電型を付与する不純
    物イオンを活性層に対して注入する工程と、 を有し、 前記ゲイト電極に対応する活性層中にチャネル形成領域
    が形成され、 前記多孔質状の陽極酸化膜に対応する活性層中に低濃度
    不純物領域が形成され、 前記低濃度不純物領域に隣接してソースおよびドレイン
    領域として機能する一対の高濃度不純物領域が形成され
    ることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  6. 【請求項6】請求項5において、 陽極酸化可能な材料としてアルミニウムが用いられるこ
    とを特徴とする半導体装置の作製方法。
  7. 【請求項7】請求項5において、 多孔質状の陽極酸化膜の形成は、ゲイト電極の形成に利
    用したレジストマスクのアッシングを行い、その形状を
    小さくした後に行うことを特徴とする半導体装置の作製
    方法。
  8. 【請求項8】請求項5において、 低濃度不純物領域のチャネル形成領域側に対応する位置
    に形成される陽極酸化膜は、活性層に対して主に水平方
    向に延在した開孔を多数有し、 低濃度不純物領域のソース/ドレイン領域側に対応する
    位置に形成される陽極酸化膜は、活性層に対して主に垂
    直方向に延在した開孔を多数有し、 ていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  9. 【請求項9】請求項5において、 低濃度不純物領域のチャネル形成領域側における不純物
    濃度は高く、 低濃度不純物領域のドレイン領域側における不純物濃度
    は高いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
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