JPH10163112A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非晶質の半導体膜を結晶化する際に、下地の
構造に応じて最適エネルギーのビームを照射することが
可能であり、膜全体にわたって一様に結晶化することが
できる半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 ガラス基板１０上にゲート電極１１を形
成すると共にこのゲート電極１１が形成されていない領
域のみに透明の窒化アルミニウム膜１２を形成する。こ
れらゲート電極１１および窒化アルミニウム膜１２上に
絶縁膜を介して非晶質シリコン膜を形成し、プラズマま
たはイオンドーピングによりｎ型不純物を導入してソー
ス領域２１ａおよびドレイン領域２１ｂを形成する。続
いて、基板表面からレーザビーム２０を照射すると、非
晶質シリコン膜１６が溶融し、その後、室温に冷却する
ことにより溶融領域が結晶化して多結晶シリコン膜２１
となる。ここで、金属膜（ゲート電極１１）の無い領域
に熱伝導率のよい窒化アルミニウム膜１２が成膜されて
いるので、膜表面の最高到達温度がほぼ同じになり、膜
全体にわたって一様に結晶化を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非晶質シリコン等の半
導体膜にエネルギービームを照射して結晶化を行うこと
により成膜を行う半導体装置の製造方法に係り、特に液
晶表示装置（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）等に用
いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Thin Film Transi
stor）のように結晶化の対象となる半導体膜の下地が一
様でない構造を有する半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＴＦＴ液晶表示装置は、スイッチング機
能を持つ素子に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いるも
ので、このＴＦＴは液晶ディスプレイ画素の１つ１つに
対応してガラス基板上に形成される。ＴＦＴには非晶質
シリコン膜製と多結晶シリコン膜製のものがあり、この
多結晶シリコン膜製のＴＦＴは、非晶質のシリコン膜に
対してエネルギービーム、特にエキシマレーザを照射す
ることにより、低温で、ガラス基板上に高性能なものを
作製することができる。このような多結晶シリコン膜製
のＴＦＴを用いて、液晶ディスプレイの周辺回路とピク
セルスイッチング素子を同一基板上に作製することがで
きる。そして、近年、多結晶シリコン膜製のＴＦＴのう
ち、特に、安定した特性が得られることから、ボトムゲ
ート構造のＴＦＴが注目されている。

【０００３】このボトムゲート構造のＴＦＴは例えば図
１４に示したような構成を有している。すなわち、ガラ
ス基板１００上にモリブデンタンタル（ＭｏＴａ）から
なるゲート電極１０１が形成され、このゲート電極１０
１上に酸化膜（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）１０２が形成されている。
この酸化膜１０２を含むガラス基板１００上には窒化シ
リコ（ＳｉＮｘ）膜１０３および二酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ₂ ）膜１０４からなるゲート絶縁膜が形成され、更に
この二酸化シリコン膜１０４上に薄い多結晶シリコン膜
１０５が形成されている。この多結晶シリコン膜１０５
内には例えばｎ型不純物の導入によりソース領域１０５
ａおよびドレイン領域１０５ｂがそれぞれ形成されてい
る。多結晶シリコン膜１０５上にはこの多結晶シリコン
膜１０５のチャネル領域１０５ｃに対応して二酸化シリ
コン膜（ＳｉＯ２）１０６が選択的に形成されている。
多結晶シリコン膜１０５および二酸化シリコン膜１０６
の上にはｎ⁺ ドープト多結晶シリコン膜１０７、更にこ
のｎ⁺ ドープト多結晶シリコン膜１０７上にソース領域
１０５ａに対向してソース電極１０８、またドレイン領
域１０５ｂに対向してドレイン電極１０９がそれぞれ形
成されている。

【０００４】このボトムゲート構造のＴＦＴは、次のよ
うな方法により製造することができる。すなわち、ガラ
ス基板１００の全面にモリブデンタンタル（ＭｏＴａ）
膜を形成した後、このモリブデンタンタル膜をエッチン
グにより所定形状にパターニングしてゲート電極１０１
を形成する。その後、ゲート電極１０１を陽極酸化させ
ることによりその表面に酸化膜１０２を形成する。次
に、ＰＥＣＶＤ（PlasmaEnhanced Chemical Vapor Depo
sition）法により、酸化膜１０２上の全面に窒化シリコ
ン膜１０３、二酸化シリコン膜１０４および非晶質シリ
コン膜を連続的に形成する。

【０００５】次に、この非晶質シリコン膜に例えばエキ
シマレーザによるレーザビームを照射することにより、
この非晶質シリコン膜を一旦溶融させ、その後、室温に
冷却して結晶化させる。これによって非晶質シリコン膜
が多結晶シリコン膜１０５となる。続いて、チャネル領
域となる部分の多結晶シリコン膜１０５上にチャネル領
域に対応する形状の二酸化シリコン膜１０６を選択的に
形成した後、ｎ型不純物例えば燐（Ｐ）や砒素（Ａｓ）
を含んだ非晶質シリコン膜を形成し、再度エキシマレー
ザによるレーザビームの照射によってｎ⁺ ドープト多結
晶シリコン膜１０７とすると共に不純物を電気的に活性
化させる。

【０００６】次に、スパッタガスとしてアルゴン（Ａ
ｒ）を用いたスパッタリング法により全面にアルミニウ
ム（Ａｌ）膜を形成した後、このアルミニウム膜および
ｎ⁺ ドープト多結晶シリコン膜１０７をそれぞれエッチ
ングにより所定の形状にパターニングし、ソース領域１
０５ａおよびドレイン領域１０５ｂ上にソース電極１０
８およびドレイン領域１０９を形成する。続いて、水素
にさらし二酸化シリコン膜１０６を通過する水素ラジカ
ル、原子状水素によってチャネル領域１０５ｃを水素化
することによってダングリングボンドなどを不活性化さ
せる。以上のプロセスにより図１４に示したボトムゲー
ト構造のＴＦＴを得ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の方
法では、非晶質シリコン膜を結晶化する工程において、
非晶質シリコン膜に対してエネルギービームを照射する
が、このとき非晶質シリコン膜の下地の構造は一様では
ない。すなわち、ガラス基板１００上に金属膜（ゲート
電極１０１）があり、非晶質シリコン膜の下地は金属と
ガラスの２種類の材質の異なる構造となっており、従
来、それぞれの上の領域の非晶質シリコン膜に対して同
時にエネルギービームを照射している。そして、この場
合、金属膜（ゲート電極１０１）上のチャネル領域にお
ける非晶質シリコン膜の結晶化エネルギーの最適条件を
基準とし、これと同じエネルギービームをガラス基板１
００上の非晶質シリコン膜にも照射していた。

【０００８】しかしながら、同じ非晶質シリコン膜であ
っても、下地が金属の領域と下地がガラスの領域とで
は、熱伝導率が異なるため結晶化するためのエネルギー
の最適値は異なる。そのため、金属膜（ゲート電極１０
１）上の非晶質シリコン膜の最適条件に合わせた従来の
方法では、ガラス基板１００上の非晶質シリコン膜に対
して最適条件よりも多くのエネルギービームが照射され
ることとなり、そのため部分的に膜破壊が生ずるという
問題があった。

【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、非晶質の半導体膜を結晶化する際
に、下地の構造に応じて最適エネルギーのビームを照射
することが可能であり、膜全体にわたって一様に結晶化
することができ、膜破壊の虞れのない半導体装置の製造
方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
の製造方法は、基板上に選択的に金属膜を形成する工程
と、基板上の金属膜が形成されていない領域に金属膜と
実質的に熱伝導率が同じ絶縁膜を形成する工程と、金属
膜および絶縁膜上に非晶質で膜厚の均一な半導体膜を形
成する工程と、非晶質の半導体膜にエネルギービームを
照射することにより半導体膜を一様に多結晶化する工程
とを含むものである。

【００１１】本発明に係る他の半導体装置の製造方法
は、基板上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上に絶縁
膜と実質的に熱伝導率が同じ金属膜を選択的に形成する
工程と、金属膜および絶縁膜上に非晶質で膜厚の均一な
半導体膜を形成する工程と、非晶質の半導体膜にエネル
ギービームを照射することにより半導体膜を一様に多結
晶化する工程とを含むものである。

【００１２】本発明に係る更に他の半導体装置の製造方
法は、透明基板の表面に薄膜トランジスタのゲート電極
としての金属膜を形成する工程と、透明基板上の金属膜
以外の領域に金属膜と実質的に熱伝導率が同じ透明絶縁
膜を形成する工程と、金属膜および透明絶縁膜上に絶縁
膜を形成した後、この絶縁膜上に非晶質で膜厚の均一な
半導体膜を形成する工程と、半導体膜上の金属膜に対応
する領域以外の領域に選択的に不純物を導入してソース
領域およびドレイン領域をそれぞれ形成する工程と、ソ
ース領域およびドレイン領域が形成された半導体膜にエ
ネルギービームを照射して多結晶化する工程とを含むも
のである。

【００１３】本発明に係る更に他の半導体装置の製造方
法は、透明基板の表面に透明絶縁膜を形成する工程と、
透明絶縁膜上に透明絶縁膜と実質的に熱伝導率が同じで
あり、薄膜トランジスタのゲート電極となる金属膜を選
択的に形成する工程と、金属膜および透明絶縁膜上に絶
縁膜を形成した後、この絶縁膜上に非晶質で膜厚の均一
な半導体膜を形成する工程と、半導体膜上の金属膜に対
応する領域以外の領域に選択的に不純物を導入してソー
ス領域およびドレイン領域をそれぞれ形成する工程と、
ソース領域およびドレイン領域が形成された半導体膜に
エネルギービームを照射して多結晶化する工程とを含む
ものである。

【００１４】なお、本明細書において、金属膜と絶縁膜
（または透明絶縁膜）との熱伝導率が実質的に同じであ
るとは、これら金属膜と絶縁膜の上層に形成される非晶
質半導体膜にエネルギービームを照射したときに膜全体
にわたって一様に結晶化できる程度に熱伝導率が近似し
ている場合も含む意である。

【００１５】本発明の半導体装置の製造方法では、エネ
ルギビームを照射すると、非晶質半導体膜が溶融し、そ
の後、室温に冷却することにより溶融領域が結晶化して
多結晶膜となる。このとき基板上の金属膜（ゲート電
極）に隣接する領域または金属膜の下地領域に、金属膜
と熱伝導率が実質的に同じ絶縁膜が成膜されているの
で、膜表面の最高到達温度がほぼ同じになり、膜全体に
わたって一様に結晶化される。

【００１６】

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面
を参照して詳細に説明する。

【００１７】具体的な実施の形態の説明に先立ち、ま
ず、本発明の基本的な原理について説明する。前述のよ
うに、同じ非晶質シリコン膜であっても、下地が金属の
場合とガラスの場合とでは結晶化するためのエネルギー
の最適値はそれぞれ異なる。本発明では下地構造におい
て金属膜がない領域に熱伝導率がよい絶縁膜を成膜する
ことにより、同じエネルギーのビーム照射で半導体膜の
全面に渡って一様に結晶化できるようにするものであ
る。以下、その理由について説明する。

【００１８】図７（ａ）,（ｂ）はシリコン膜の下地構
造が互いに異なる基板の例を表している。図７（ａ）の
構造は、ガラス基板６０上にニッケル（Ｎｉ）膜６１を
形成し、その上に窒化シリコン（ＳｉＮ）膜６２、絶縁
膜（ＳｉＯ₂ ）６３および非晶質シリコン膜（ａ−Ｓ
ｉ）６４をこの順に形成したものである。一方、図７
（ｂ）の構造は、ガラス基板６０上に窒化シリコン（Ｓ
ｉＮ）膜６２、絶縁膜（ＳｉＯ₂ ）６３および非晶質シ
リコン膜６４を形成したもので、非晶質シリコン膜６４
の下地に金属膜（ニッケル膜６１）が存在しないこと以
外は同じ構造となっている。

【００１９】図９は図７（ａ）の構造の非晶質シリコン
膜６４に対してエネルギービームとしてエキシマレーザ
（エネルギー；３６０ｍＪ／ｃｍ² ,パルス幅；３０ｎ
ｓ,波長３０８ｎｍ）を照射したときの、非晶質シリコ
ン膜６４の最表面の温度変化をシミュレーションした結
果を表すものである。一方、図１０は図７（ｂ）の構造
の非晶質シリコン膜６４に対して同じエキシマレーザを
照射したときの、非晶質シリコン膜６４の最表面の温度
変化をシミュレーションした結果を表すものである。な
お、図８に、各膜の材料のパラメータを示す。

【００２０】図９および図１０の結果からも明らかなよ
うに、エキシマレーザが照射されている間は、非晶質シ
リコン膜６４の温度は融点（ａ−Ｓｉ融点）まで急激に
上昇し、融点に達すると、そこで融解の潜熱のために上
昇の傾斜が一旦なだらかになり、その後再び急速に上昇
する。ここで、それぞれ同じエネルギーのエキシマレー
ザを照射した場合、非晶質シリコン膜６４の下地構造に
よって最高到達温度が異なる。すなわち、非晶質シリコ
ン膜６４の下地に金属膜（ニッケル膜６１）が存在する
場合（図７（ａ）の構造）には最高到達温度が約２６５
０（Ｋ）であるのに対して、下地に金属膜（ニッケル膜
６１）が存在しない場合（図７（ｂ）の構造）には最高
到達温度が約２９４０（Ｋ）であり、下地の構造によっ
て大きく異なる。この最高到達温度の差は、絶縁膜６３
の厚さが薄くなると、より大きくなる。最高温度に達し
た後、エキシマレーザの照射が終了すると、図７
（ａ）,（ｂ）のいずれの構造においても、熱がガラス
基板６０の方向に広がり、非晶質シリコン膜６４の温度
が徐々に下がる。そして、シリコンの結晶化の温度（１
４１０℃）に達すると、結晶化の潜熱が出て、ある時間
（結晶化時間）は温度が一定となり、その後再び徐々に
下がっていく。

【００２１】図７（ａ）,（ｂ）それぞれの構造の非晶
質シリコン膜６４に対してエキシマレーザを照射する場
合、レーザ条件を最適化するためには、同じエネルギー
で、各非晶質シリコン膜６４の表面の最高到達温度が同
じであることが望ましい。このようなことから、本発明
者は図１１に示したようにガラス基板６０上に熱伝導率
がよい透明の絶縁膜、例えば窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）膜６５を成膜することにより、図７（ａ）の構造と
同様の温度条件となり、よって下地の構造（金属膜の有
無）にかかわらずシリコン膜の最表面の温度を同じにす
ることができると考え、図１２と図１３に示す特性図を
実験により求めた。

【００２２】図１２は図１１の構造において、窒化アル
ミニウム膜６５の膜厚を変えたときのシリコン膜６４の
最表面の最高到達温度とシリコンの結晶化時間を表すも
のである。すなわち、図１２は図１１の構造において、
シリコン膜６４の膜厚を３０ｎｍ、絶縁膜（ＳｉＯ₂ ）
６３の膜厚を１００ｎｍ、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜６
２の膜厚を５０ｎｍにそれぞれ固定し、窒化アルミニウ
ム（ＡｌＮ）膜６５の膜厚を変えて、エキシマレーザを
４００ｍＪ／ｃｍ² で照射し、そのときのシリコン膜６
４の最表面の最高到達温度とシリコンの結晶化時間をシ
ミュレーションした結果を表すものである。図１３はエ
キシマレーザを３６０ｍＪ／ｃｍ２で照射し、それ以外
は図１２の条件と同様としたときのガラス基板６０の表
面の温度とシリコンの結晶化時間をシミュレーションし
た結果を表すものである。この結果により、図７（ａ）
の構造と図１１の構造において、エネルギービーム照射
によるシリコン膜６４の表面の最高到達温度を同じにし
てレーザ条件を最適化するためには、図１１の構造の窒
化アルミニウム膜６５の膜厚を図１２と図１３の結果に
応じて設定すればよいことがわかる。

【００２３】本発明はこのような結果を利用し、同一の
基板上において、金属膜の無い領域に熱伝導率のよい絶
縁膜を成膜することにより、膜全体にわたって最高到達
温度を同じとして一様に結晶化を行うものである。以
下、本発明を薄膜トランジスタの製造方法に適用した例
について説明する。

【００２４】〔第１の実施の形態〕図１（ａ）〜（ｃ）
および図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）〜（ｂ）は第１
の実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法を工程
順に表すものである。まず、図１（ａ）に示したよう
に、例えばスパッタガスとしてアルゴン（Ａｒ）を用い
たスパッタリング法により基板、例えばガラス基板１０
上に選択的に膜厚１００ｎｍのニッケル（Ｎｉ）膜から
なるゲート電極１１を形成する。次に、再びスパッタリ
ング法により全面に膜厚１００ｎｍの窒化アルミニウム
膜（ＡｌＮ）１２を成膜する。続いて、全面にフォトレ
ジスト膜１３を形成する。次に、ゲート電極１１をマス
クとして裏面露光１４を行い、図１（ｂ）に示したよう
にフォトレジスト膜１３のパターニングを行う。次い
で、フォトレジスト膜１３およびゲート電極１１上の窒
化アルミニウム膜１２を同時にエッチング除去すること
により図１（ｃ）に示したようにガラス基板１０上のゲ
ート電極１１が形成されていない領域のみに窒化アルミ
ニウム膜１２を残す。

【００２５】次に、図２（ａ）に示したように例えば同
じくスパッタリングガスとしてヘリウム（Ｈｅ）を用い
たスパッタリング法により全面に膜厚例えば５０ｎｍの
窒化シリコン（ＳｉＮｘ）層１５ａ、引き続き膜厚例え
ば１００ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）層１５ｂを
形成して積層構造の絶縁膜１５を形成し、続いて、例え
ばＰＥＣＶＤ法により絶縁膜１５上に膜厚例えば３０ｎ
ｍの非晶質シリコン膜１６を連続的に形成する。非晶質
シリコン膜１６を形成した後、図２（ｂ）に示したよう
に非晶質シリコン膜１６上の全面にフォトレジストを塗
布し、このフォトレジストに対してガラス基板１０の裏
面側から例えばｇ線（波長４３６ｎｍ）による露光（裏
面露光）１８を行う。このときゲート電極１１がマスク
となりゲート電極１１と同じ幅のフォトレジスト膜１７
が自己整合的に形成される。続いて、図２（ｃ）に示し
たように、フォトレジスト膜１７をマスクとして例えば
プラズマドーピングまたはイオンドーピングによりｎ型
不純物１９、例えば燐（Ｐ）を非晶質シリコン膜１６に
導入する。これにより、図３（ａ）に示したようにソー
ス領域２１ａおよびドレイン領域２１ｂが形成される。
続いて、基板表面からレーザビーム２０を照射する。こ
のレーザビーム２０の照射により非晶質シリコン膜１６
が溶融し、その後、室温に冷却することにより溶融領域
が結晶化し、ソース領域２１ａおよびドレイン領域２１
ｂを備えた多結晶シリコン膜２１が形成される。ここ
で、本実施の形態では、金属膜（ゲート電極１１）の無
い領域に熱伝導率のよい窒化アルミニウム膜１２が成膜
されているので、前述のように膜表面の最高到達温度が
ほぼ同じになり、膜全体にわたって一様に結晶化を行う
ことができる。

【００２６】レーザビーム２０としては非晶質シリコン
膜１６が吸収する波長のもの、特にエキシマレーザによ
るパルスレーザビームを用いることが好ましい。エキシ
マレーザとしては、ＸｅＣｌエキシマレーザによるパル
スレーザビーム（波長３０８ｎｍ）,ＫｒＦエキシマレ
ーザによるパルスレーザビーム（波長２４８ｎｍ）やＸ
ｅＦエキシマレーザによるパルスレーザビーム（波長３
５０ｎｍ）などが用いられる。

【００２７】次に、図３（ｂ）に示したように例えばス
パッタガスとしてアルゴン（Ａｒ）を用いたスパッタリ
ング法により多結晶シリコン膜２１中のソース領域２１
ａおよびドレイン領域２１ｂ上にそれぞれアルミニウム
（Ａｌ）からなる電極２２ａ，２２ｂを形成する。続い
て、水素プラズマ中でプラズマ水素化を行うことにより
多結晶シリコン膜２１内のチャネル領域２１ｃを水素化
してダングリングボンドなどを不活性化させる。

【００２８】このように本実施の形態による薄膜トラン
ジスタの製造方法によれば、結晶化のためにレーザビー
ム２０を照射する際に、金属膜（ゲート電極１１）の無
い領域に予め熱伝導率のよい窒化アルミニウム膜１２が
成膜されているので、基板の全面に渡って一様に結晶化
を行うことができる。従って、膜破壊の虞れがなくな
り、プロセスマージンを多くとることができる。

【００２９】〔第２の実施の形態〕図４（ａ）〜（ｃ）
は本発明の第２の実施の形態に係る薄膜トランジスタの
製造方法を工程順に表すものである。本実施の形態で
は、第１の実施の形態における非晶質シリコン膜１６上
に二酸化シリコン膜を形成した後、この二酸化シリコン
膜上にレジスト膜を形成し、その後裏面露光を行うよう
にしたものである。なお、図１（ａ）〜（ｃ）、図２
（ａ）〜（ｃ）および図３（ａ）〜（ｂ）と同一構成部
分については同一符号を付してその説明は省略する。

【００３０】すなわち、まず、図４（ａ）に示したよう
に、非晶質シリコン膜１６を形成するまでの工程は第１
の実施の形態と同様である。非晶質シリコン膜１６を形
成した後、例えばＰＥＣＶＤ法により、二酸化シリコン
（ＳｉＯ₂ ）膜３０を形成し、この二酸化シリコン膜３
０上の全面にフォトレジストを塗布し、このフォトレジ
ストに対してガラス基板１０の裏面側から例えばｇ線
（波長４３６ｎｍ）による露光（裏面露光）３１を行
う。このときゲート電極１１がマスクとなりゲート電極
１１と同じ幅のフォトレジスト膜３２が自己整合的に形
成される。更に、図４（ｂ）に示したように、このパタ
ーニングされたフォトレジスト膜３２をマスクとして二
酸化シリコン膜３０を選択的にエッチングした後、フォ
トレジスト膜３２を除去する。続いて、この二酸化シリ
コン膜３０をマスクとして例えばプラズマドーピングま
たはイオンドーピングによりｎ型不純物３３、例えば燐
（Ｐ）を非晶質シリコン膜１６に導入する。これにより
図４（ｃ）に示したようにソース領域２１ａおよびドレ
イン領域２１ｂが形成される。続いて、基板表面からレ
ーザビーム３４を照射すると、このレーザビーム３４の
照射により非晶質シリコン膜１６が溶融し、その後、室
温に冷却することにより溶融領域が結晶化し、ソース領
域２１ａおよびドレイン領域２１ｂを備えた多結晶シリ
コン膜２１が形成される。以後の工程は第１の実施の形
態と同様である。

【００３１】このように本実施の形態による薄膜トラン
ジスタの製造方法においても、結晶化のためにレーザビ
ーム３４を照射する際に、金属膜（ゲート電極１１）の
無い領域に予め熱伝導率のよい窒化アルミニウム膜１２
が成膜されているので、基板の全面に渡って一様に結晶
化を行うことができ、膜破壊の虞れがなくなる。更に、
第１の実施の形態ではプラズマドーピングまたはイオン
ドーピングのマスクとしてフォトレジストを用いたが、
フォトレジストは高エネルギーイオンの衝撃によって変
質して除去することが難しい場合がある。本実施の形態
では、プラズマドーピングまたはイオンドーピングのマ
スクとして二酸化シリコン膜３０を用いているので、除
去するのが容易である。

【００３２】〔第３の実施の形態〕図５（ａ）〜（ｃ）
および図６（ａ）〜（ｂ）は本発明の第３の実施の形態
に係る薄膜トランジスタの製造方法を工程順に表すもの
である。本実施の形態では、第１の実施の形態における
窒化アルミニウム膜上にゲート電極を形成する構成とし
たものである。

【００３３】まず、図５（ａ）に示したように、例えば
スパッタガスとしてアルゴン（Ａｒ）を用いたスパッタ
リング法によりガラス基板４０の全面に膜厚１００ｎｍ
の窒化アルミニウム膜４１を成膜する。続いて、例えば
同じくスパッタリング法により窒化アルミニウム膜４１
上に膜厚１００ｎｍのニッケル（Ｎｉ）膜からなるゲー
ト電極４２を選択的に形成する。次に、例えば同じくス
パッタリングガスとしてヘリウム（Ｈｅ）を用いたスパ
ッタリング法により全面に窒化シリコン（ＳｉＮｘ）層
４３ａ、引き続き二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）層４３ｂ
を形成して積層構造の絶縁膜４３を形成し、続いて、例
えばＰＥＣＶＤ法により絶縁膜４３上に非晶質シリコン
膜４４を連続的に形成する。

【００３４】非晶質シリコン膜４４を形成した後、例え
ばＰＥＣＶＤ法により、図５（ｂ）に示したように非晶
質シリコン膜４４上の全面にフォトレジスト膜４５を形
成する。次に、ゲート電極４２をマスクとしてフォトレ
ジスト膜４５のパターニングを行う（裏面露光４６）。
このときゲート電極４２がマスクとなり図５（ｃ）に示
したようにゲート電極４２と同じ幅のフォトレジスト膜
４５が自己整合的に形成される。続いて、図５（ｃ）に
示したように、フォトレジスト膜４５をマスクとして例
えばプラズマドーピングまたはイオンドーピングにより
ｎ型不純物４７、例えば燐（Ｐ）を非晶質シリコン膜４
４に導入する。これにより、図６（ａ）に示したように
ソース領域４９ａおよびドレイン領域４９ｂが形成され
る。続いて、基板表面からレーザビーム４８を照射す
る。このレーザビーム４８の照射により非晶質シリコン
膜４４が溶融し、その後、室温に冷却することにより溶
融領域が結晶化し、ソース領域４９ａおよびドレイン領
域４９ｂを備えた多結晶シリコン膜４９が形成される。
ここで、本実施の形態では、ガラス基板４０の全面に熱
伝導率のよい窒化アルミニウム膜４１が成膜されている
ので、前述のように膜表面の最高到達温度がほぼ同じに
なり、膜全体にわたって一様に結晶化を行うことができ
る。

【００３５】次に、図６（ｂ）に示したように例えばス
パッタガスとしてアルゴン（Ａｒ）を用いたスパッタリ
ング法により多結晶シリコン膜４９中のソース領域４９
ａおよびドレイン領域４９ｂ上にそれぞれアルミニウム
（Ａｌ）からなる電極５０ａ，５０ｂを形成する。続い
て、水素プラズマ中でプラズマ水素化を行うことにより
多結晶シリコン膜４９内のチャネル領域４９ｃを水素化
してダングリングボンドなどを不活性化させる。

【００３６】このように本実施の形態による薄膜トラン
ジスタの製造方法においても、結晶化のためにレーザビ
ーム４８を照射する際に、ガラス基板４０全面に予め熱
伝導率のよい窒化アルミニウム膜４１が成膜されている
ので、基板の全面に渡って一様に結晶化を行うことがで
き、膜破壊の虞れがなくなる。

【００３７】以上実施の形態を挙げて本発明を説明した
が、本発明は上記実施の形態に限定するものではなく、
種々変形可能である。例えば、上記実施の形態において
は、シリコン膜の下地の金属膜をニッケル膜として説明
したが、その他の金属膜でもよい。また、熱伝導の良い
膜として、上記実施の形態では窒化アルミニウム膜を用
いるようにしたが、その他の膜、例えばアルミナ（Ａｌ
₂ Ｏ₃ ）や二酸化チタン（ＴｉＯ₂）,スピネル,酸化マ
グネシウム,ダイヤモンドライクカーボンなどを用いる
ようにしてもよい。更に、上記実施の形態においては、
非晶質半導体膜としてシリコン膜を用いて説明したが、
その他の非晶質膜についてもエネルギービームの照射に
より結晶化するものであれば適用可能である。また、第
２の実施の形態において、不純物ドーピングの際のマス
クとしては二酸化シリコン膜以外に窒化シリコン膜など
を用いるようにしてもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし請求
項７記載の半導体装置の製造方法によれば、基板上の金
属膜に隣接する領域または金属膜の下地領域に、金属膜
と実質的に熱伝導が同じ絶縁膜を成膜するようにしたの
で、均一な膜厚を有する非晶質の半導体膜を結晶化する
ためにエネルギービームを照射する際、同じエネルギー
のビーム照射で半導体膜の全面に渡って一様に結晶化さ
せることができる。従って、膜破壊の虞れが無くなり、
プロセスマージンを大きくとることができるという効果
を奏する。

【００３９】また、請求項６および請求項７記載の半導
体装置の製造方法によれば、基板上の金属膜と実質的に
熱伝導が同じ絶縁膜を用いることにより、更に薄膜トラ
ンジスタの動作中に発生する熱を効率よく基板側に散逸
することができ、温度上昇を防ぎ安定な動作を維持でき
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る薄膜トランジ
スタの製造方法を工程ごとに表す断面図である。

【図２】図１に続く工程を表す断面図である。

【図３】図２に続く工程を表す断面図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る薄膜トランジ
スタの製造方法を工程ごとに表す断面図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態に係る薄膜トランジ
スタの製造方法を工程ごとに表す断面図である。

【図６】図５に続く工程を表す断面図である。

【図７】本発明の基本原理を説明するための図であり、
（ａ）はシリコン膜の下地に金属膜が形成された構造、
（ｂ）はシリコン膜の下地に金属膜が形成されていない
構造をそれぞれ表す断面図である。

【図８】図７の原理を説明するためのシミュレーション
に用いる各材料のパラメータを表す図である。

【図９】図７（ａ）の構造にレーザビームを照射したと
きのシリコン膜の温度変化の状態を説明するための特性
図である。

【図１０】図７（ｂ）の構造にレーザビームを照射した
ときのシリコン膜の温度変化の状態を説明するための特
性図である。

【図１１】本発明の基本原理を説明するための図であ
り、シリコン膜の下地に金属膜が形成されておらず、基
板上に熱伝導率がよい透明な絶縁膜が形成された構造を
表す断面図である。

【図１２】図１１の構造で熱伝導率がよい透明な絶縁膜
の膜厚に対するシリコン膜の最高到達温度と結晶化時間
を表す特性図である。

【図１３】図１１の構造で熱伝導率がよい透明な絶縁膜
の膜厚に対するガラス基板の最高到達温度とシリコン膜
の結晶化時間を表す特性図である。

【図１４】従来の薄膜トランジスタの構造および製造方
法を説明するための断面図である。

【符号の説明】

１０，４０・・・ガラス基板、１１,４２・・・ゲート電極、
１２,４１・・・ 窒化アルミニウム膜、１３,４５・・フォト
レジスト膜、１５,４３・・・絶縁膜、１５ａ,４３ａ・・・窒
化シリコン層、１５ｂ,４３ｂ・・・二酸化シリコン層、１
６,４４・・・非晶質シリコン膜、１９,４７・・・ｎ型不純
物、２０,４８・・・レーザビーム、２１,４９・・多結晶シ
リコン膜、２１ａ,４９ａ・・・ソース領域、２１ｂ,４９
ｂ・・・ドレイン領域、２１ｃ,４９ｃ・・・チャネル領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 碓井 節夫 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に選択的に金属膜を形成する工程
   と、 前記基板上の金属膜が形成されていない領域に前記金属
   膜と実質的に熱伝導率が同じ絶縁膜を形成する工程と、 前記金属膜および前記絶縁膜上に非晶質で膜厚の均一な
   半導体膜を形成する工程と、 前記非晶質の半導体膜にエネルギービームを照射するこ
   とにより前記半導体膜を一様に多結晶化する工程とを含
   むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 基板上に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜上に前記絶縁膜と実質的に熱伝導率が同じ金
   属膜を選択的に形成する工程と、 前記金属膜および前記絶縁膜上に非晶質で膜厚の均一な
   半導体膜を形成する工程と、 前記非晶質の半導体膜にエネルギービームを照射するこ
   とにより前記半導体膜を一様に多結晶化する工程とを含
   むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記非晶質の半導体膜はシリコン膜であ
   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。
4. 【請求項４】 前記エネルギービームはエキシマレーザ
   によるビームであ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. 【請求項５】 前記絶縁膜の膜厚を前記金属膜の膜厚に
   応じて決定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。
6. 【請求項６】 透明基板の表面に薄膜トランジスタのゲ
   ート電極としての金属膜を形成する工程と、 前記透明基板上の前記金属膜以外の領域に前記金属膜と
   実質的に熱伝導率が同じ透明絶縁膜を形成する工程と、 前記金属膜および透明絶縁膜上に絶縁膜を形成した後、
   この絶縁膜上に非晶質で膜厚の均一な半導体膜を形成す
   る工程と、 前記半導体膜上の前記金属膜に対応する領域以外の領域
   に選択的に不純物を導入してソース領域およびドレイン
   領域をそれぞれ形成する工程と、 前記ソース領域およびドレイン領域が形成された半導体
   膜にエネルギービームを照射して多結晶化する工程とを
   含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 【請求項７】 透明基板の表面に透明絶縁膜を形成する
   工程と、 前記透明絶縁膜上に前記透明絶縁膜と実質的に熱伝導率
   が同じであり、薄膜トランジスタのゲート電極となる金
   属膜を選択的に形成する工程と、 前記金属膜および透明絶縁膜上に絶縁膜を形成した後、
   この絶縁膜上に非晶質で膜厚の均一な半導体膜を形成す
   る工程と、 前記半導体膜上の前記金属膜に対応する領域以外の領域
   に選択的に不純物を導入してソース領域およびドレイン
   領域をそれぞれ形成する工程と、 前記ソース領域およびドレイン領域が形成された半導体
   膜にエネルギービームを照射して多結晶化する工程とを
   含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。