JPS6021807A - 水素化アモルフアスシリコンのフラツシユアニ−ル方法 - 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】 〔技術分野〕 本発明はフラッシュアニール方法に係り、特に光導電材
料である水素化アモルファスシリコンの多結晶化を行う
フラッシュアニール方法に関する。

〔従来技術〕

水素化アモルファスシリコン（ａ　−５ｔ　：　Ｈ）は
、シリコン（Ｓｓ）原子が不規則に並んでいるアモルフ
ァスシリコンにおいて、他の８ｉ原子と結合していない
結合手を水素で埋めたものであって、Ｐ型、ｎ型の制御
ができる仁とから半導体として扱うことができ、薄膜ト
ランジスタを形成することを可能にする材料である。こ
れは、大面積に高感度の半導体全安価に形成することが
できる光導電材料として注目されており、等倍光センサ
や液晶パネルへの応用が行われている。

ところで、水素化アモルファスシリコンにおいてはキャ
リア移動度は１／　以下であり、半Ｖ＠Ｓｅｃ　。

導体素子を形成した場合、通常の単結晶シリコンを使用
した場合と比較して動作速度が遅い。したがって、水素
化アモルファスシリコンを用いて同一基板上に光センサ
とこれから得られた信号の転送を行う周辺回路等を同一
基板上に形成する場合等においては、周辺回路部の動作
速度を速くする必要がある。このため、この周辺回路部
の水素化アモルファスシリコンを部分的に多結晶化して
キャリア移動度を向上させることが行われる。この部分
的多結晶化はアニールとよばれる加熱操作により結晶粒
径ｉ０．１〜１μｍにすることによって行われ、１０’
／ｙ、、以上のキャリア移動度を得ることができる。ア
ニールの方法としてはルビーレーザ、アルゴンレーザ等
の高エネルギーレーザ光を走査して照射するレーザアニ
ール方法やキセノンフラッシュランプを発光させて光を
照射するフラッシュアニール方法が知られている。この
うち、フラッシュアニール方法は一度に大面債の水素化
アモルファスシリコンを短時間で多結晶化できる利点が
おることから広く利用されている。

と仁ろが、フラッシュアニール方法を行う場合のように
強い光を当てた場合、水素化アモルファス膜に取り入れ
られている水素が離脱してしまい、特性の劣化が生じる
と共に、膜質の不均一が生じるという問題がある。

また、従来、水素化アモルファスシリコンの全面アニー
ル全行った後、素子形成を行っているため、将来エツチ
ングで除去される不要部分についてもアニールを行って
いるという無駄がおる。

さらに、部分的な多結晶化を行うためには従来のフラッ
シュアニール方法においては遮光マスク等を使用する遮
光装置を必要とし、設備費用がかさむ他、フラッシュ光
源として大きな光強度を有するものが必要であり、これ
に伴って消費電力が大きいという問題がある。

さらにまた、従来のフラッシュアニール方法では多結晶
化を行った部分と行わなかった部分との境界が光の回折
作用のために不明確になり、精度が悪いという問題があ
る。

また、以上のような水素化アモルファスシリコンを使用
して半導体装置を製造する際欅は半導体素子を構成する
各領域を形成すると共に水素化アモルファスシリコンの
多結晶化を行い、最後に電極や配線パターンを金属で形
成する工程が採用され、複雑となっている。

〔目的〕

本発明の第１の目的は、水素の離脱による特性の劣化や
膜厚の不均一を招くことがなく、しかも多結晶化を必要
としない部分のエツチングを同時に行うことのできる水
素化アモルファスシリコンのフラッシュアニール方法を
提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、高価な遮光装置が不要で
低光強度のフラッシュ光源を用いることのできる水素化
アモルファスシリコンのフラッシュアニール方法を提供
する仁とにある。

さらに、本発明の第３の目的は、高価な遮光装置が不要
であるとともに多結晶化部分の位置精度が良好であり、
しかも半導体装置を製造する工程全体が簡略になる水素
化アモルファスシリコンのフラッシュアニール方法を提
供することにある。

〔構成〕

以下、本発明の構成について、図示の実施例に基づいて
説明する。

まず、第１の実施例による水素化アモルファスシリコン
のフラッシュアニール方法１ｆ！：第１図により説明す
る。第１図（、）に示すようにガラスやシリコンウェー
ハでできた基板１上には高周波グロー６放電法等によっ
て水素化アモルファスシリコン薄膜２が形成されており
、多結晶化部分要とする部分の薄膜２−ヒには、Ｓ１０
゜、Ｓ’１３Ｎ４等の水素の脱離を防ぐ物質による光半
透過性膜３が密着して形成されている。この光半透過性
膜は照射光が透過したときにアニールを行うのに適当な
光強度が得られるように、光源に応じた光透過率と膜厚
とを有しているものとする。

この状態でキセノンフラッシュランプ等によって通常の
フラッシュアニール方法における光強度よりも高強度の
光４全照射するが、同じ光強度のランプを用いて通常の
フラッシュアニール方法の場合よりも長く照射を行う。

この際に照射された高強度光は光半透過性膜３の透過後
はアニールに適した強度となっており、そのエネルギー
による熱で水素化アモルファスシリコン薄膜２ａは多結
晶化される一方で光半透過性膜３のない水素化アモルフ
ァスシリコン薄膜２ｂでは高いエネルギーとなるため蒸
発が起り除去される結果、エツチングが同時に行われる
ことになる。しかも水素化アモルファスシリコン薄膜上
に１光半透過膜３が密着して形成されているためにフラ
ッシュアニールの際に発生しやすい水素の離脱が抑制さ
れる。

次に本発明の第２の実施例による水素化アモルファスシ
リコンのフラッシュアニール方法ｅ第２図により説明す
る。フラッシュアニール前の状態は第２図（、）に示テ
ような構成であり、基板１および水素化アモルファスシ
リコン薄膜２については第１図（、）に示す第１の実施
例の場合と同様である。

しかし光半透過性膜３については構成が異なっており、
多結晶化を行うために適当な厚さを有する部分３ａと、
これより厚く形成された部分３ｂとから成っている。

この状態でフラッシュ光４會照射すると適当な厚さを有
する光半透過性膜部分３ａでは正常に多結晶化が行われ
るが、より厚い光半透過性膜部分３ｂではフラッシュ光
４のエネルギーは半透過性膜３ｂに吸収され、下の水素
化アモルファ７．シリコン層まで達しないか達したとし
てもごく微少なエネルギーとなってしまうため、第２図
（ｂ）に示すように露出部では水素化アモルファスシリ
コン層が蒸発し、適当な厚さの光半透過性膜があった部
分では多結晶シリコン膜５となり、厚い光半透過性膜が
あった部分では多結晶化が行われず水素化アモルファス
シリコン膜６となる。

この実施例においては光半透過性膜３の厚さを部分的に
変えているが、これは多結晶化を行う部分と多結晶化を
行わずに水素化アモルファスシリコン状態のｉｔで残す
部分の全体に光半透過性膜を多結晶化のために適当な厚
さに形成し、次に多結晶化を行わない部分にのみさらに
重ねて光半透過性膜を形成する方法でもよいし、まず厚
く形成した後多結晶化を行う部分についてエツチング等
によって除去する方法でもよい。

次に本発明の第３の実施例によるアモルファスシリコン
のフラッシュアニール方法會第３図により説明する。第
３図（ａ）に示すようにガラスやシリコンウェー八でで
きた基板１上には高周波グロー放電法等によって水素化
アモルファスシリコン薄膜２が形成されており、多結晶
化全必要とする部分のアモルファスシリコン薄膜２上に
はさらにカーボングラノア１トなどの光吸収の大きい材
料による層７が形成されている。この状態でキセノンフ
ラッシュランプ等によって通常のフラッシュアニールに
おけるよりも弱くそのままでは水素化アモルファスシリ
コン薄膜２を多結晶化できない程度の強度を有する光４
を照射する。これにより、照射された光は光吸収層７に
おいては良く吸収され光の持つエネルギーは熱となって
その下の水素化アモルファスシリコン薄膜２の温度を上
昇させ多結晶化が起るが、光吸収層のない部分では照射
された光は水素化アモルファスシリコン薄膜２に対し温
度全はとんど上昇させず多結晶化奮起させないから、ア
モルファス状態のまま残る。したがって光照射完了後、
光吸収Ｍ７に除去すれば第３図（ｂ）に示すように多結
晶化された部分５とアモルファス状態のままの部分６１
ｆｔ：有するシリコン薄膜が形成されることになる。

次に本発明の第４の実施例によるアモルファスシリコン
のフラッシュアニール方法會一工程として含む半導体装
置の製造方法を第４図から第７図を用いて説明する。こ
の製造方法は第４図に示すように、基板上に水素化アモ
ルファスシリコン膜を形成する工程（ブロックＡ）、金
属薄膜を所定のパターンに形成する工程（ブロックＢ）
、フラッシュアニールを行う工程（ブロックＣ）、金Ｍ
薄膜を電極や配線の形状になるようにエツチングを行う
工程（ブロックＤ）が含まれている。第５図から第７図
は、この製造方法により例えばＭＯ８トランジスタを構
成する工程を示したものであって、各図の（、）は平面
図、各図のし）は中心断面図を表わしている。

まず第５図に示すように、ガラスまたはシリコンの基板
１１の上にゲート電極１２が例えばアルミニウムで形成
されており、その上にはノｌ（板金面にゲート絶縁膜１
３となる四窒化三珪素（８１３Ｎ、ｉ　）の膜が例えば
プラス？　ＣＶＤ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｖ　
Ｉ）ｅｐｏｓ−ｉｔｉｏｎ　：化学的気相成長）法によ
り約０．３μの厚さで形成されており、さらに水素化ア
モルファスシリコン朦１４が例えばグロー放電法で約０
．５μの厚さに形成されているものとする。

次に第６図に示すようにゲート電極１２上の水素化アモ
ルファスシリコン膜１４が露出するようにアルミニウム
等の金属膜１５を所定のパターンで形成テる。このパタ
ーンは水素化アモルファスシリコンの多結晶化が必要な
部分のみ開口するように形成されている。次にキセノン
ランプ等を使用してフラッシュ光１６ヲ照射すると開口
部１５ａでは水素化アモルファスシリコン膜１４に直接
光が当たるからフラッシュ光１６の有するエネルギーが
水素化アモルファスシリコン膜１４内で熱に変わり、結
晶粒が微細化して多結晶化し、フラッシュアニールが完
了する。一方、金属膜１５のある部分ではフラッシュ光
１６はほぼ全部が反射されるため、その下にある水素化
アモルファスシリコン膜１４では温度上昇が起らず、多
結晶化は起らない。

次に、金属膜゛１５ヲエッチングしこの金属膜１５ヲ電
極や配線として使用する。第７図においてはフラッシュ
アニールによって多結晶化した部分１７の両側に所定の
パターンで残した金属膜をソース電極１８ｓ１　ドレイ
ン電極１８Ｄおよび配線１８ｗとして利用している。こ
の際、多結晶化した部分１７の多結晶化は熱伝導により
、ソース電極１８！Ｉおよびドレイン電極１８Ｄの下に
まで進んでいるから、両電極１８ｓおよび１８Ｄは多結
晶化部分１７に直接接していることになり電流の授受が
できる。

〔効果〕

以上の通り本発明によれば、水素の離脱による特性の劣
化や膜厚の不均一を招くことがなく、しかも多結晶化を
必要としない部分のエツチングを同時に行うことができ
る。

また光吸収材料を用いるようにすれば高価な遮光装置を
用いることなく低光強度のフラッシュ光源を用いること
ができる。

さらに、金属薄膜を用いるようにすれば、高価な遮光装
置を用いることなく多結晶化部分の位置精度をもたせる
ことができ、しかも全体の製造工程全簡単化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　ｌ　（ｂ）は本発明の第１の実施例によ
る水素化アモルファスシリコンのフラッシュアニール方
法の工程図、 第２図（ａ）　、　（ｂ）は本発明の第２の実施例によ
る水素化アモルファスシリコンのフラッシュアニール方
法の工程図、 第３図（ａ）　、　（ｂ）は本発明の第３の実施例によ
る水素化アモルファスシリコンのフラッシュアニール方
法の工程図、 第４図は本発明の第４の実施例による水素化アモルファ
スシリコンのフラッシュアニール方法ヲ一工程として含
む半導体装置の製造方法のフローチャート、 第５図（ａ）　、　（ｂ）、第６図（ａ）　＋　（ｂ）
、第７図（、）　、　（ｂ）は同製造方法の工程図であ
る。 １・−・基板、２・・・水素化アモルファスシリコン薄
膜、３・・・光半透過性膜、４・・・フラッシュ光、５
・・・多結晶化シリコン薄膜、７・・・光吸収層、１１
・・・基板、１２・・・ゲート電極、１３・・・ゲート
絶縁膜、１４・・・水素化アモルファスシリコン膜、１
５・・・金属膜、１６・・・フラッシュ光、１７・・・
多結晶化部分、１８ｓ・・・ソース電極、１８Ｄ・・・
ドレイン電極。 出願人代理人　猪　股　清 −【Ａ 第１図 （０） 第２図 （０） 第３図 （０） （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水素化アモルファスシリコンの部分的多結晶化とエツチ
   ングを同時に行うことを特徴とする水素化アモルファス
   シリコンのフラッシュアニール方法。