JP2000277752A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁基板(本明細
書では絶縁性の表面を有する物体全体を指し、特に断ら
ないかぎり、ガラス等の絶縁材料のみならず、半導体や
金属等の材料上に絶縁物層を形成したものも意味する)
上に絶縁ゲイト型半導体装置およびそれらが多数形成さ
れた集積回路を形成する方法に関する。本発明による半
導体装置は、液晶ディスプレー等のアクティブマトリク
スやイメージセンサー等の駆動回路、あるいはSOI集
積回路や従来の半導体集積回路(マイクロプロセッサー
やマイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、ある
いは半導体メモリー等)における薄膜トランジスタとし
て使用されるものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulating substrate (referred to herein as an entire object having an insulating surface, and unless otherwise specified, not only insulating materials such as glass but also materials such as semiconductors and metals). Which also means that an insulating layer is formed on the surface)
The present invention relates to a method for forming an insulated gate semiconductor device and an integrated circuit having a large number of them formed thereon. The semiconductor device according to the present invention is used as a driving circuit for an active matrix such as a liquid crystal display, an image sensor, or the like, or as a thin film transistor in an SOI integrated circuit or a conventional semiconductor integrated circuit (a microprocessor, a microcontroller, a microcomputer, a semiconductor memory, or the like). Is what is done.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、絶縁基板上に絶縁ゲイト型半導体
装置(MOSFET)を形成する研究が盛んに成されて
いる。このように絶縁基板上に半導体集積回路を形成す
ることは回路の高速駆動の上で有利である。なぜなら、
従来の半導体集積回路の速度は主として配線と基板との
容量(浮遊容量)によって制限されていたのに対し、絶
縁基板上ではこのような浮遊容量が存在しないからであ
る。このように絶縁基板上に形成され、薄膜状の活性層
を有するMOSFETを薄膜トランジスタ(TFT)と
いう。また、集積回路を多層化して形成するためにも、
TFTは不可欠である。現在、半導体集積回路におい
て、例えばSRAMの負荷トランジスタとしてTFTが
使用されている。2. Description of the Related Art In recent years, research on forming an insulated gate semiconductor device (MOSFET) on an insulating substrate has been actively conducted. Forming a semiconductor integrated circuit on an insulating substrate in this manner is advantageous in driving the circuit at high speed. Because
This is because the speed of the conventional semiconductor integrated circuit is mainly limited by the capacitance (stray capacitance) between the wiring and the substrate, but such a floating capacitance does not exist on the insulating substrate. A MOSFET formed on an insulating substrate and having a thin-film active layer is called a thin film transistor (TFT). In addition, in order to form an integrated circuit with multiple layers,
TFTs are essential. At present, in a semiconductor integrated circuit, for example, a TFT is used as a load transistor of an SRAM.
【0003】また、最近になって、透明な基板上に半導
体集積回路を形成する必要のある製品が出現した。例え
ば、液晶ディスプレーやイメージセンサーというような
光デバイスの駆動回路である。ここにもTFTが用いら
れている。これらの回路は大面積に形成することが要求
されるのでTFT作製プロセスの低温化が求められてい
る。また、例えば、絶縁基板上に多数の端子を有する装
置で、該端子を半導体集積回路に接続する必要がある場
合にも、実装密度を低減するために、半導体集積回路の
最初の方の段、あるいは半導体集積回路そのものを、同
じ絶縁基板上にモノリシックに形成することも考えられ
ている。[0003] Recently, a product that requires a semiconductor integrated circuit to be formed on a transparent substrate has appeared. For example, a driving circuit for an optical device such as a liquid crystal display or an image sensor. Here also, a TFT is used. Since these circuits are required to be formed in a large area, a lower temperature of the TFT manufacturing process is required. Also, for example, in a device having a large number of terminals on an insulating substrate, even when the terminals need to be connected to the semiconductor integrated circuit, in order to reduce the packaging density, the first stage of the semiconductor integrated circuit, Alternatively, it has been considered to form the semiconductor integrated circuit itself monolithically on the same insulating substrate.
【0004】従来、TFTは、アモルファスもしくはセ
ミアモルファス、あるいは微結晶の半導体被膜を450
℃〜1200℃の温度でアニールすることによって、結
晶性を改善し、良質な(すなわち、移動度の十分に大き
な)半導体被膜に改善することがなされてきた。半導体
被膜にアモルファス材料を使用するアモルファスTFT
もあるが、移動度が5cm2 /Vs以下、通常は1cm
2 /Vs程度と小さく、動作速度の点からで、また、P
チャネル型のTFTが得られない点からその利用は大き
く制限されている。移動度が5cm2 /Vs以上のTF
Tを得るには、上記のような温度でのアニールが必要で
あった。また、このようなアニールによってPチャネル
型TFT(PTFT)を形成することができた。Conventionally, a TFT has been coated with an amorphous, semi-amorphous, or microcrystalline semiconductor film.
Annealing at a temperature of from 1 to 1200 ° C. has improved the crystallinity and improved the quality of the semiconductor film (that is, the mobility is sufficiently large). Amorphous TFT using amorphous material for semiconductor coating
Although mobility is less than 5 cm 2 / Vs, usually 1 cm
2 / Vs, which is small in terms of operating speed.
Since a channel type TFT cannot be obtained, its use is greatly restricted. TF with mobility of 5 cm 2 / Vs or more
To obtain T, annealing at the above-described temperature was required. Further, a P-channel TFT (PTFT) could be formed by such annealing.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな熱的なプロセスでは、基板材料が著しい制約を受け
た。すなわち、いわゆる高温プロセス(最高プロセス温
度が900〜1200℃のプロセス)では、ゲイト酸化
膜として質のよい熱酸化膜が使用できるのであるが、基
板は石英やサファイヤ、スピネルのような高価で大面積
化の困難な材料しか使用できなかった。However, in such a thermal process, the substrate material is significantly restricted. That is, in a so-called high-temperature process (a process in which the maximum process temperature is 900 to 1200 ° C.), a high-quality thermal oxide film can be used as a gate oxide film, but the substrate is expensive and has a large area such as quartz, sapphire, or spinel. Only materials that were difficult to convert could be used.
【0006】これに対し、低温プロセス(最高プロセス
温度が450〜750℃のプロセス)では、高温プロセ
スよりも基板材料の選択の巾は広がるが、長時間のアニ
ールを要することと、高温プロセスに比較して、不純物
の活性化が十分でなく、ソース/ドレインのシート抵抗
が大きなことが問題となっている。また、レーザー等の
照射によって活性層の結晶化やソース/ドレインの活性
化をおこなう方法(以下、レーザープロセスと称する)
も試みられているが、やはりシート抵抗を低減すること
が困難であった。特に、電界移動度が150cm2 /V
sを越えるようなTFTを作製せんとした場合には、2
00Ω/□以下のシート抵抗が必要であった。On the other hand, in a low-temperature process (a process in which the maximum process temperature is 450 to 750 ° C.), a wider range of substrate materials can be selected than in a high-temperature process, but a longer annealing time is required. Thus, there is a problem that the activation of impurities is not sufficient and the sheet resistance of the source / drain is large. Further, a method of crystallization of the active layer and activation of the source / drain by irradiation with a laser or the like (hereinafter, referred to as a laser process).
However, it has been difficult to reduce the sheet resistance. In particular, the electric field mobility is 150 cm 2 / V
When a TFT that exceeds s is manufactured, 2
A sheet resistance of 00Ω / □ or less was required.
【0007】本発明は、以上のような問題を鑑みてなさ
れたもので、最高プロセス温度が750℃以下であり、
高温プロセスにおける如き基板材料の制約を受けずに、
十分にシート抵抗を低減せしめたTFTおよびその作製
方法を提供することを課題とする。The present invention has been made in view of the above problems, and has a maximum process temperature of 750 ° C. or less,
Without being limited by the substrate material as in high temperature processes,
It is an object to provide a TFT with a sufficiently reduced sheet resistance and a method for manufacturing the TFT.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】従来の低温プロセス(最
高プロセス温度750℃以下)もしくはレーザープロセ
スでは、特にソース/ドレインの活性化が不十分であ
り、最低でもせいぜい100〜1kΩ/□のシート抵抗
しか得られなかった。このために、結果的にデバイスと
しての特性(特に移動度)が本来の特性を発揮できない
状態であった。In a conventional low-temperature process (maximum process temperature of 750 ° C. or less) or a laser process, the activation of the source / drain is particularly insufficient, and the sheet resistance is at least 100 to 1 kΩ / □. I could only get it. As a result, the characteristics (particularly, mobility) as a device cannot exhibit the original characteristics.
【0009】すなわち、ソース電極(コンタクト部)と
ドレイン電極の間のソース/ドレインの寄生抵抗が大き
かったためにTFTのON電流および動作速度が低下す
るという問題があった。しかしながら、一方では、パタ
ーン形成の限界(最小デザインルール)とゲイト電極と
他の配線間の寄生容量を小さくする必要から、むやみに
ソース電極とドレイン電極を近づけることは困難であ
り、また、賢明ではなかった。That is, there is a problem that the ON current and the operation speed of the TFT are reduced due to the large parasitic resistance of the source / drain between the source electrode (contact portion) and the drain electrode. However, on the other hand, it is difficult to approach the source electrode and the drain electrode unnecessarily because of the limit of pattern formation (minimum design rule) and the need to reduce the parasitic capacitance between the gate electrode and other wiring. Did not.
【0010】本発明では、この点に関して、金属とシリ
コンの合金である層状のシリサイドをソース/ドレイン
上に密着して、ソース/ドレインとほぼ同じ形状に形成
することによって、ソース/ドレインの実質的なシート
抵抗を100Ω/□以下に低減させることを特徴とす
る。また、シリサイドは層状であるので、ゲイト電極と
の寄生容量は従来のソース/ドレインとほとんど同じで
ある。特に、本発明は、ゲイト電極がその陽極酸化物に
よって被覆されていることと、ゲイト電極に対して自己
整合的にソース/ドレイン領域が形成されていること
と、このソース/ドレイン領域上に密着して薄膜状のシ
リサイドが形成されていることを特徴とする。In the present invention, in this regard, by forming a layered silicide, which is an alloy of metal and silicon, in close contact with the source / drain and forming it in substantially the same shape as the source / drain, the source / drain is substantially formed. The characteristic is to reduce the sheet resistance to 100Ω / □ or less. Further, since silicide has a layered structure, the parasitic capacitance with the gate electrode is almost the same as that of the conventional source / drain. In particular, according to the present invention, the gate electrode is covered with the anodic oxide, the source / drain regions are formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode, and And a thin film silicide is formed.
【0011】本発明ではシリサイドを構成する金属材料
は、そのシリサイドがシリコン半導体に対してオーミッ
クもしくはオーミックに近い低抵抗なコンタクトを形成
できるような材料であることが望まれる。具体的には、
モリブテン(Mo)、タングステン(W)、プラチナ
(白金、Pt)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、コ
バルト(Co)が適当である。本発明を実施するには、
これらの金属のうちの少なくとも1つとシリコンを反応
させてシリサイドとする。In the present invention, it is desired that the metal material constituting the silicide is such that the silicide can form an ohmic or near ohmic low-resistance contact with the silicon semiconductor. In particular,
Molybdenum (Mo), tungsten (W), platinum (platinum, Pt), chromium (Cr), titanium (Ti), and cobalt (Co) are suitable. To implement the present invention,
At least one of these metals is reacted with silicon to form a silicide.
【0012】特に本発明では絶縁性の陽極酸化物の果た
す役割が重要である。この陽極酸化物は、ソース/ドレ
イン上のシリサイドとゲイト電極が短絡することを防止
する役割を果たす。すなわち、シリサイドは、ソース/
ドレイン上に実質的に全面に設けられるので、結果的に
ゲイト電極に近接することとなる。ソース/ドレインと
ゲイト電極はゲイト絶縁膜によって隔てられているが、
本発明の如きシリサイドは、プロセスの要請上、一度、
ソース/ドレイン上のゲイト絶縁膜を除去した後に形成
されるので、シリサイドがゲイト電極と接触する可能性
が著しく大きい。もし、ゲイト電極の少なくとも側面に
陽極酸化物が存在すれば、シリサイドとゲイト電極の接
触を防止することが可能であり、しかも、陽極酸化物は
非常に緻密で絶縁性の良好なものを得ることができるの
で、短絡の確率は著しく低減できる。In particular, the role of the insulating anodic oxide is important in the present invention. The anodic oxide serves to prevent a short circuit between the silicide on the source / drain and the gate electrode. That is, silicide is
Since it is provided on substantially the entire surface on the drain, it comes close to the gate electrode as a result. The source / drain and the gate electrode are separated by the gate insulating film.
Silicide as in the present invention, once the process requirements,
Since it is formed after removing the gate insulating film on the source / drain, the possibility that the silicide contacts the gate electrode is extremely large. If the anodic oxide is present on at least the side surfaces of the gate electrode, it is possible to prevent the contact between the silicide and the gate electrode, and to obtain a very dense anodic oxide having good insulating properties. Therefore, the probability of a short circuit can be significantly reduced.
【0013】また、陽極酸化物がゲイト電極と異なるエ
ッチング特性を有するのであれば、プロセスを進める上
で格段に歩留りを向上せしめることができる。もし、ゲ
イト電極を覆う陽極酸化物が存在しない状態ではシリサ
イド膜を形成した後、シリサイド化しなかった金属膜を
除去する工程で、この金属膜がゲイト電極と大差無いエ
ッチングレートであったならば、金属膜のエッチングの
際にゲイト電極の一部もしくは全部をエッチングするこ
ととなる。したがって、エッチングの観点からすればゲ
イト電極の上面に陽極酸化物が存在することがのぞまし
い。If the anodic oxide has an etching characteristic different from that of the gate electrode, the yield can be remarkably improved in the process. If there is no anodic oxide covering the gate electrode, after forming a silicide film and then removing the metal film that has not been silicided, if this metal film has an etching rate that is not much different from that of the gate electrode, In etching the metal film, part or all of the gate electrode is etched. Therefore, from the viewpoint of etching, it is preferable that anodic oxide is present on the upper surface of the gate electrode.
【0014】本発明のTFTを作製する方法は、基本的
には、 ゲイト電極を陽極酸化する工程、 シリサイドを形成するための金属被膜を露出した素
子表面(シリコン半導体領域を含む)に形成する工程、 レーザー等の強光を照射することによって、シリコ
ンと前記金属膜を反応させて、その界面にシリサイドを
形成する工程、 未反応の金属膜を除去する工程 という4つの基本工程を含む。The method of manufacturing a TFT according to the present invention basically includes a step of anodizing a gate electrode and a step of forming a metal film for forming a silicide on an exposed element surface (including a silicon semiconductor region). The method includes four basic steps of reacting silicon and the metal film by irradiating strong light such as a laser to form silicide at the interface, and removing an unreacted metal film.
【0015】本発明においては、ゲイト電極の材料を選
択することは陽極酸化物の種類を決定することでもある
ので重要である。本発明では、ゲイト電極としては、ア
ルミニウム、チタン、タンタル、シリコンのような純粋
な金属やそれらに少量の添加物を添加した合金(例え
ば、アルミニウムに1〜3%のシリコンを加えた合金
や、シリコンに1000ppm〜5%の燐を加えた合
金)、あるいは珪化タングステン(WSi2 )や珪化モ
リブテン(MoSi2 )等の導電性珪化物、さらには窒
化チタンに代表される導電性窒化物が使用できる。な
お、本明細書では、特に断らない限り、例えば、アルミ
ニウムといえば、純粋なアルミニウムだけでなく、10
%以下の添加物を含有するものも含むものとする。シリ
コンや他の材料についても同じである。In the present invention, selecting the material of the gate electrode is important because it also determines the type of anodic oxide. In the present invention, the gate electrode may be a pure metal such as aluminum, titanium, tantalum, or silicon, or an alloy obtained by adding a small amount of an additive thereto (for example, an alloy obtained by adding 1 to 3% of silicon to aluminum, An alloy in which 1000 ppm to 5% of phosphorus is added to silicon), a conductive silicide such as tungsten silicide (WSi 2 ) or molybdenum silicide (MoSi 2 ), or a conductive nitride represented by titanium nitride can be used. . In this specification, unless otherwise specified, for example, aluminum means not only pure aluminum but also 10 aluminum.
% Or less containing additives. The same is true for silicon and other materials.
【0016】本発明では、これらの材料を単独で使用し
た単層構造のゲイト電極を用いてもよいし、これらを2
層以上重ねた多層構造のゲイト電極としてもよい。例え
ば、アルミニウム上に珪化タングステンを重ねた2層構
造や窒化チタン上にアルミニウムを重ねた2層構造であ
る。各々の層の厚さは必要とされる素子特性に応じて実
施者が決定すればよい。In the present invention, a gate electrode having a single layer structure using these materials alone may be used.
A gate electrode having a multilayer structure in which layers are stacked may be used. For example, a two-layer structure in which tungsten silicide is stacked on aluminum or a two-layer structure in which aluminum is stacked on titanium nitride. The thickness of each layer may be determined by a practitioner according to the required device characteristics.
【0017】また、本発明ではレーザー等の強光を金属
膜に照射し、下に存在するシリコン半導体膜と反応させ
てシリサイドとするが、レーザーを使用するのであれ
ば、パルス状のレーザーが好ましい。連続発振レーザー
では照射時間が長いので、熱によって被照射物が熱によ
って膨張することによって剥離するような危険がある
上、基板への熱的なダメージもあった。In the present invention, the metal film is irradiated with strong light such as a laser to react with an underlying silicon semiconductor film to form silicide. If a laser is used, a pulsed laser is preferable. . With a continuous wave laser, the irradiation time is long, so that there is a danger that the object to be irradiated will be separated by expansion due to heat, and there is also thermal damage to the substrate.
【0018】パルスレーザーに関しては、Nd:YAG
レーザー(Qスイッチパルス発振が望ましい)のごとき
赤外光レーザーやその第2高調波のごとき可視光、Kr
F、XeCl、ArF等のエキシマーを使用する各種紫
外光レーザーが使用できるが、金属膜の上面からレーザ
ー照射をおこなう場合には金属膜に反射されないような
波長のレーザーを選択する必要がある。もっとも、金属
膜が極めて薄い場合にはほとんど問題がない。また、レ
ーザー光は、基板側から照射してもよい。この場合には
下に存在するシリコン半導体膜を透過するレーザー光を
選択する必要がある。As for the pulse laser, Nd: YAG
Infrared laser such as laser (preferably Q-switched pulse oscillation) and its visible light such as its second harmonic, Kr
Various ultraviolet lasers using excimers such as F, XeCl, and ArF can be used. However, when laser irradiation is performed from the upper surface of the metal film, it is necessary to select a laser having a wavelength that is not reflected by the metal film. However, there is almost no problem when the metal film is extremely thin. Further, the laser light may be applied from the substrate side. In this case, it is necessary to select a laser beam that passes through the underlying silicon semiconductor film.
【0019】シリサイドの厚さは、ソース/ドレイン領
域に必要とされるシート抵抗によって選択されるが、シ
ート抵抗として10〜100Ω/□を達成せんとすれ
ば、シリサイドの比抵抗は、0.1〜1mΩ・cmであ
るので、シリサイドの厚さは10nm〜1μmが適当で
ある。The thickness of the silicide is selected depending on the sheet resistance required for the source / drain regions. If the sheet resistance does not reach 10 to 100 Ω / □, the specific resistance of the silicide is 0.1. Therefore, the thickness of the silicide is suitably from 10 nm to 1 μm.
【0020】[0020]
【実施例】〔実施例1〕 図1に本実施例を示す。ま
ず、基板(コーニング7059、300mm×400m
mもしくは100mm×100mm)100上に下地酸
化膜101として厚さ100〜300nmの酸化珪素膜
を形成した。この酸化膜の形成方法としては、酸素雰囲
気中でのスパッタ法を使用した。しかし、より量産性を
高めるには、TEOSをプラズマCVD法で分解・堆積
した膜を450〜650℃でアニールしてもよい。[Embodiment 1] FIG. 1 shows this embodiment. First, a substrate (Corning 7059, 300 mm × 400 m
A silicon oxide film having a thickness of 100 to 300 nm was formed as a base oxide film 101 on the substrate 100 (m or 100 mm × 100 mm). As a method for forming this oxide film, a sputtering method in an oxygen atmosphere was used. However, in order to further improve mass productivity, a film obtained by decomposing and depositing TEOS by a plasma CVD method may be annealed at 450 to 650 ° C.
【0021】その後、プラズマCVD法やLPCVD法
によってアモルファス状のシリコン膜を30〜500n
m、好ましくは100〜300nm堆積し、これを、5
50〜600℃の還元雰囲気に24時間放置して、結晶
化せしめた。この工程は、レーザー照射によっておこな
ってもよい。そして、このようにして結晶化させたシリ
コン膜をパターニングして島状領域102を形成した。
さらに、この上にスパッタ法によって厚さ70〜150
nmの酸化珪素膜103を形成した。Then, an amorphous silicon film is formed by plasma CVD or LPCVD for 30 to 500 nm.
m, preferably 100-300 nm,
It was left in a reducing atmosphere at 50 to 600 ° C. for 24 hours to be crystallized. This step may be performed by laser irradiation. Then, the silicon film crystallized in this manner was patterned to form the island regions 102.
Further, a thickness of 70 to 150 is further formed thereon by sputtering.
A silicon oxide film 103 having a thickness of nm was formed.
【0022】その後、厚さ200nm〜5μmのアルミ
ニウム(Al99%/Si1%)膜を電子ビーム蒸着法
によって形成して、これをパターニングし、ゲイト電極
104とし、さらにこれに電解液中で電流を通じて陽極
酸化し、厚さ50〜250nmの陽極酸化物105を形
成した。この様子を図1(A)に示す。陽極酸化の条件
等については、特願平4−30220(平成4年1月2
1日出願)に示されているものを用いた。Thereafter, an aluminum (Al 99% / Si 1%) film having a thickness of 200 nm to 5 μm is formed by an electron beam evaporation method and is patterned to form a gate electrode 104, which is further passed through an electrolyte in an electrolytic solution to pass an anode. It was oxidized to form an anodic oxide 105 having a thickness of 50 to 250 nm. This situation is shown in FIG. Regarding the conditions of anodic oxidation, etc., refer to Japanese Patent Application No. 4-30220 (Jan.
(One-day application) was used.
【0023】その後、酸化珪素膜103のゲイト電極と
陽極酸化物の下の部分以外を除去して、シリコン半導体
102の表面を露出させた。酸化珪素膜103を除去す
るには、フッ化水素酸を主体とするエッチング液による
ウェットエッチングや、ドライエッチングを使用でき
る。Thereafter, the portion of the silicon oxide film 103 other than the portion under the gate electrode and the anodic oxide was removed to expose the surface of the silicon semiconductor 102. In order to remove the silicon oxide film 103, wet etching using an etching solution mainly containing hydrofluoric acid or dry etching can be used.
【0024】その後、イオンドーピング法によって、各
TFTの島状シリコン膜中に、ゲイト電極部(すなわち
ゲイト電極とその周囲の陽極酸化膜)をマスクとして自
己整合的に不純物を注入し、図1(B)に示すように不
純物領域106を形成した。NMOSのTFTを形成す
るにはフォスフィン(PH3 )をドーピングガスとして
燐を注入し、PMOSのTFTを形成するにはジボラン
(B2 H6 )をドーピングガスとして、硼素を注入すれ
ばよい。加速エネルギーは10〜60keVとした。Thereafter, impurities are implanted into the island-like silicon film of each TFT in a self-aligned manner using the gate electrode portion (that is, the gate electrode and the anodic oxide film around the gate electrode) as a mask by ion doping. The impurity region 106 was formed as shown in FIG. Phosphine (PH 3 ) may be used as a doping gas to form an NMOS TFT, and phosphorus may be implanted. To form a PMOS TFT, diborane (B 2 H 6 ) may be used as a doping gas and boron is injected. The acceleration energy was 10 to 60 keV.
【0025】その後、図1(C)に示すように、厚さ5
〜50nmのタングステン膜107をスパッタ法によっ
て形成した。次に、図1(D)に示すように、KrFエ
キシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20ns
ec)を照射して、タングステンとシリコンを反応さ
せ、珪化タングステン領域108を不純物領域(ソース
/ドレイン)上に形成した。レーザーのエネルギー密度
は200〜400mJ/cm2 、好ましくは250〜3
00mJ/cm2 が適当であった。レーザー光の多くの
部分はタングステン膜に吸収されたので下にあるシリコ
ンの不純物領域の結晶性(これは先のイオンドーピング
によってかなり損傷を受けている)の回復にはほとんど
利用されなかった。しかしながら、珪化タングステン
は、30〜100μΩ・cmという低い抵抗率であるの
で、実質的なソースおよびドレイン領域(領域108と
その下の不純物領域)のシート抵抗は10Ω/□以下で
あったもちろん。不純物導入の工程の直後にレーザー照
射や熱アニール等によって不純物導入によって劣化した
結晶性の回復を図ってもよい。Thereafter, as shown in FIG.
A tungsten film 107 of about 50 nm was formed by a sputtering method. Next, as shown in FIG. 1D, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 ns)
ec) was applied to react tungsten and silicon to form tungsten silicide regions 108 on the impurity regions (source / drain). The energy density of the laser is 200 to 400 mJ / cm 2 , preferably 250 to 3
00 mJ / cm 2 was appropriate. Since much of the laser light was absorbed by the tungsten film, it was rarely used to restore the crystallinity of the underlying silicon impurity region, which was significantly damaged by the previous ion doping. However, since tungsten silicide has a low resistivity of 30 to 100 μΩ · cm, the sheet resistance of the substantial source and drain regions (the region 108 and the impurity region thereunder) is, of course, 10 Ω / □ or less. Immediately after the impurity introduction step, the crystallinity deteriorated by the impurity introduction may be recovered by laser irradiation, thermal annealing, or the like.
【0026】その後、図1(E)に示すように、反応し
なかったタングステン膜をエッチングした。例えば、フ
ッ化炭素雰囲気で反応性エッチングをおこなえば、タン
グステンは6フッ化タングステンとなって蒸発し、除去
できる。Thereafter, as shown in FIG. 1E, the unreacted tungsten film was etched. For example, if reactive etching is performed in a fluorocarbon atmosphere, tungsten becomes tungsten hexafluoride, evaporates, and can be removed.
【0027】最後に、全面に層間絶縁物109として、
CVD法によって酸化珪素膜を厚さ300nm形成し
た。TFTのソース/ドレインにコンタクトホールを形
成し、アルミニウム配線・電極110、111を形成し
た。以上によって、TFTが完成された。不純物領域の
活性化のために、さらに200〜400℃で水素アニー
ルをおこなってもよい。Finally, an interlayer insulator 109 is formed on the entire surface.
A silicon oxide film was formed to a thickness of 300 nm by a CVD method. Contact holes were formed in the source / drain of the TFT, and aluminum wiring / electrodes 110 and 111 were formed. Thus, the TFT was completed. In order to activate the impurity region, hydrogen annealing may be further performed at 200 to 400 ° C.
【0028】〔実施例2〕 図2に本実施例を示す。ま
ず、基板(コーニング7059)201上に実施例1と
同様に下地酸化膜202、島状シリコン半導体領域、ゲ
イト酸化膜として機能する酸化珪素膜204を形成し、
アルミニウム膜(厚さ200nm〜5μm)によるゲイ
ト電極205を形成した。そして、図2(A)に示すよ
うにゲイト電極をマスクとしてイオンドーピング法によ
って不純物注入をおこない、不純物領域203を形成し
た。Embodiment 2 FIG. 2 shows this embodiment. First, a base oxide film 202, an island-shaped silicon semiconductor region, and a silicon oxide film 204 functioning as a gate oxide film are formed on a substrate (Corning 7059) 201 as in the first embodiment.
The gate electrode 205 was formed of an aluminum film (thickness: 200 nm to 5 μm). Then, as shown in FIG. 2A, impurity implantation was performed by ion doping using the gate electrode as a mask to form an impurity region 203.
【0029】その後、実施例1と同様に陽極酸化によっ
て、ゲイト電極の周囲(側面と上面)に陽極酸化物20
6を形成した。この場合には実施例1の場合に比べて、
不純物領域が陽極酸化物の内部にまで入り込んでいるこ
とに注目すべきである。その後、図2(B)に示すよう
に、酸化珪素膜204のゲイト電極下部に存在する部分
以外の領域を除去し、不純物領域の表面を露出させた。
なお、次の工程に移る前にイオンドーピングによって結
晶性が劣化した不純物領域の結晶性を改善するためにレ
ーザー照射や熱アニールをおこなってもよい。Thereafter, the anodic oxide 20 is formed around the gate electrode (side surface and upper surface) by anodic oxidation as in the first embodiment.
6 was formed. In this case, compared to the case of the first embodiment,
It should be noted that the impurity regions penetrate into the anodic oxide. Thereafter, as shown in FIG. 2B, a region of the silicon oxide film 204 other than a portion existing under the gate electrode was removed to expose the surface of the impurity region.
Before the next step, laser irradiation or thermal annealing may be performed in order to improve the crystallinity of the impurity region whose crystallinity has been deteriorated by ion doping.
【0030】そして、図2(C)に示すように、厚さ5
〜50nmのモリブテン膜207をスパッタ法によって
形成した。次に、図2(D)に示すように、KrFエキ
シマーレーザー(波長248nm、パルス幅20nse
c)を照射して、モリブテンとシリコンを反応させ、珪
化モリブテン領域208を不純物領域(ソース/ドレイ
ン)上に形成した。Then, as shown in FIG.
A molybdenum film 207 of about 50 nm was formed by a sputtering method. Next, as shown in FIG. 2D, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 ns)
Irradiation was carried out to cause molybdenum and silicon to react to form a molybdenum silicide region 208 on the impurity region (source / drain).
【0031】その後、図2(E)に示すように、反応し
なかったモリブテン膜をエッチングし、最後に、図2
(F)に示すように、全面に層間絶縁物209として、
CVD法によって酸化珪素膜を厚さ300nm形成し、
TFTのソース/ドレインにコンタクトホールを形成
し、アルミニウム配線・電極210、211を形成し
た。以上の工程によって、TFTが完成された。Thereafter, as shown in FIG. 2E, the unreacted molybdenum film is etched.
As shown in (F), an interlayer insulator 209 is formed on the entire surface.
Forming a silicon oxide film with a thickness of 300 nm by a CVD method,
Contact holes were formed in the source / drain of the TFT, and aluminum wiring / electrodes 210 and 211 were formed. Through the above steps, a TFT was completed.
【0032】〔実施例3〕 図3に本実施例を示す。ま
ず、図3(A)に示すように、基板(コーニング705
9)300上に実施例1と同様に下地酸化膜301、島
状シリコン半導体領域302、ゲイト酸化膜として機能
する酸化珪素膜303を形成し、アルミニウム膜(厚さ
200nm〜5μm)によるゲイト電極304を形成し
た。そして、実施例1と同様に陽極酸化によって、ゲイ
ト電極の周囲(側面と上面)に陽極酸化物305を形成
した。Embodiment 3 FIG. 3 shows this embodiment. First, as shown in FIG.
9) A base oxide film 301, an island-shaped silicon semiconductor region 302, and a silicon oxide film 303 functioning as a gate oxide film are formed on 300 in the same manner as in the first embodiment, and a gate electrode 304 of an aluminum film (200 nm to 5 μm in thickness) is formed. Was formed. Then, anodic oxide 305 was formed around the gate electrode (side surface and upper surface) by anodic oxidation in the same manner as in Example 1.
【0033】そして、酸化珪素膜103のゲイト電極部
の下の部分以外の領域を除去し、図3(B)に示すよう
に、厚さ5〜50nmのプラチナ(Pt)膜306をス
パッタ法によって形成した。さらに、このモリブテン膜
を通して、イオンドーピングによって不純物導入をおこ
ない、図3(C)に示すように、不純物領域307を形
成した。次に、図3(D)に示すように、KrFエキシ
マーレーザー(波長248nm、パルス幅20nse
c)を照射して、プラチナとシリコンを反応させ、珪化
プラチナ領域308を不純物領域(ソース/ドレイン)
上に形成した。Then, a region other than the portion under the gate electrode portion of the silicon oxide film 103 is removed, and as shown in FIG. 3B, a platinum (Pt) film 306 having a thickness of 5 to 50 nm is formed by sputtering. Formed. Further, impurities were introduced by ion doping through the molybdenum film, and an impurity region 307 was formed as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 3D, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 ns)
Irradiation is carried out to react platinum and silicon, and to form silicide platinum region 308 as an impurity region (source / drain).
Formed on top.
【0034】その後、図3(E)に示すように、反応し
なかったプラチナ膜をエッチングし、最後に、図3
(F)に示すように、全面に層間絶縁物309として、
CVD法によって酸化珪素膜を厚さ300nm形成し、
TFTのソース/ドレインにコンタクトホールを形成
し、アルミニウム配線・電極310、311を形成し
た。以上の工程によって、TFTが完成された。Thereafter, as shown in FIG. 3E, the unreacted platinum film is etched.
As shown in (F), an interlayer insulator 309 is formed on the entire surface.
Forming a silicon oxide film with a thickness of 300 nm by a CVD method,
Contact holes were formed in the source / drain of the TFT, and aluminum wiring / electrodes 310 and 311 were formed. Through the above steps, a TFT was completed.
【0035】〔実施例4〕 図4に本実施例を示す。ま
ず、図4(A)に示すように、基板(コーニング705
9)400上に実施例1と同様に下地酸化膜401、島
状シリコン半導体領域402、ゲイト酸化膜として機能
する酸化珪素膜403を形成し、アルミニウム膜(厚さ
200nm〜5μm)によるゲイト電極404を形成し
た。そして、実施例1と同様に陽極酸化によって、ゲイ
ト電極の周囲(側面と上面)に陽極酸化物405を形成
した。Embodiment 4 FIG. 4 shows this embodiment. First, as shown in FIG.
9) A base oxide film 401, an island-shaped silicon semiconductor region 402, and a silicon oxide film 403 functioning as a gate oxide film are formed on 400 in the same manner as in the first embodiment, and a gate electrode 404 of an aluminum film (200 nm to 5 μm in thickness) is formed. Was formed. Then, anodic oxide 405 was formed around the gate electrode (side surface and upper surface) by anodic oxidation in the same manner as in Example 1.
【0036】そして、酸化珪素膜403のゲイト電極部
の下の部分以外の領域を除去し、図4(B)に示すよう
に、厚さ5〜50nmのチタン膜406をスパッタ法に
よって形成した。さらに、図4(C)に示すように、K
rFエキシマーレーザー(波長248nm、パルス幅2
0nsec)を照射して、チタンとシリコンを反応さ
せ、珪化チタン領域407を形成した。Then, a region other than the portion under the gate electrode portion of the silicon oxide film 403 was removed, and a titanium film 406 having a thickness of 5 to 50 nm was formed by a sputtering method as shown in FIG. Further, as shown in FIG.
rF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 2
0 nsec) to react titanium and silicon to form a titanium silicide region 407.
【0037】その後、図4(D)に示すように、反応し
なかったチタン膜をエッチングし、さらに、イオンドー
ピング法によってゲイト電極部をマスクとして自己整合
的に不純物を導入し、珪化チタン領域407の下部に不
純物領域408を形成した。最後に、図4(E)に示す
ように、層間絶縁物409として、CVD法によって酸
化珪素膜を全面に厚さ300nm形成し、TFTのソー
ス/ドレインにコンタクトホールを形成し、アルミニウ
ム配線・電極410、411を形成した。以上の工程に
よって、TFTが完成された。Thereafter, as shown in FIG. 4D, the unreacted titanium film is etched, and impurities are introduced in a self-aligned manner by ion doping using the gate electrode as a mask to form a titanium silicide region 407. The impurity region 408 was formed below the substrate. Finally, as shown in FIG. 4E, a 300-nm-thick silicon oxide film is formed by CVD as an interlayer insulator 409, contact holes are formed in the source / drain of the TFT, and aluminum wiring and electrodes are formed. 410 and 411 were formed. Through the above steps, a TFT was completed.
【0038】[0038]
【発明の効果】本発明によって、ソース/ドレイン間の
実質的な抵抗を著しく低減することができた。従来はソ
ース/ドレイン間の抵抗を下げるために、長時間にわた
る熱アニールをおこなう方法が使用された。しかしなが
ら、この方法はスループットが低く、また、基板温度が
550℃以上に上昇するので、基板材料が制約を受け
た。一方、レーザー照射による方法も試みられていた
が、シート抵抗を低くするためにはレーザーのエネルギ
ー密度を最適化する必要があり、エネルギー密度が低く
ても高くても、適切なシート抵抗が得られなかった。し
たがって、得られるTFTの特性のばらつきが大きく、
また、その結果、得られるシート抵抗もせいぜい数10
0Ω/□であった。According to the present invention, the substantial resistance between the source and the drain can be significantly reduced. Conventionally, a method of performing thermal annealing for a long time has been used to reduce the resistance between the source and the drain. However, this method has a low throughput and the substrate temperature rises to 550 ° C. or higher, so that the substrate material is limited. On the other hand, although a method using laser irradiation has been attempted, it is necessary to optimize the energy density of the laser in order to lower the sheet resistance, and an appropriate sheet resistance can be obtained regardless of whether the energy density is low or high. Did not. Therefore, the variation in the characteristics of the obtained TFT is large,
Also, the resulting sheet resistance is at most several tens.
It was 0 Ω / □.
【0039】これに対し、本発明においては、シリコン
半導体(ソース/ドレイン)の表面にごく薄いシリサイ
ド膜を形成することによってシート抵抗を著しく低減さ
せ、典型的には100Ω/□以下にまで低減させること
ができる。本発明では、このシリサイド膜を得るために
レーザー照射を必要とするが、その条件は従来のシリコ
ンの活性化の条件に比べると著しく緩やかであり、歩留
りの大いなる向上に寄与する。On the other hand, in the present invention, the sheet resistance is remarkably reduced by forming a very thin silicide film on the surface of the silicon semiconductor (source / drain), typically to 100Ω / □ or less. be able to. In the present invention, laser irradiation is required in order to obtain this silicide film, but the condition is remarkably mild as compared with the conventional condition for activating silicon, which contributes to a great improvement in yield.
【0040】本発明では、シリサイド層の下にあるシリ
コン半導体の不純物領域に関しては、イオン注入の後
に、結晶性を回復させるための工程(活性化工程)を設
けても設けなくてもよい。例えば、イオンドーピング法
によって不純物注入をおこなった場合では、1015cm
-2以上のヘビードーピングをおこなった場合には、活性
化工程を設けなくても10kΩ/□程度のシート抵抗は
得られ、本発明のように不純物領域に密接して低抵抗の
シリサイド層が形成されている場合には、実質的なソー
スやドレインのシート抵抗は十分に低い。In the present invention, with respect to the impurity region of the silicon semiconductor under the silicide layer, a step (activation step) for restoring crystallinity after ion implantation may or may not be provided. For example, when impurities are implanted by an ion doping method, 10 15 cm
When heavy doping of −2 or more is performed, a sheet resistance of about 10 kΩ / □ can be obtained without providing an activation step, and a low-resistance silicide layer is formed in close contact with the impurity region as in the present invention. If so, the effective source and drain sheet resistance is sufficiently low.
【0041】しかしながら、活性化工程を経ていないシ
リコン半導体中には、多くの欠陥が存在し、目的によっ
ては信頼性の観点から好ましくない場合がある。このよ
うな目的には不純物領域の活性化をおこなうべきであ
る。しかし、そのためには工程数が増加する。ただし、
この場合の活性化工程として、レーザー照射を使用する
場合には、不純物領域のシート抵抗の最適化を目的とす
るのではないので、従来の場合よりもより緩やかな条件
を適用することができる。このように本発明はTFTの
特性を改善せしめ、その歩留りを向上させる上で著しく
有益である。However, many defects exist in the silicon semiconductor which has not been subjected to the activation step, and depending on the purpose, it may not be preferable from the viewpoint of reliability. For such a purpose, activation of the impurity region should be performed. However, this increases the number of steps. However,
In the case where laser irradiation is used as the activation step in this case, since the purpose is not to optimize the sheet resistance of the impurity region, a milder condition than in the conventional case can be applied. As described above, the present invention is extremely useful for improving the characteristics of the TFT and improving the yield.
【図1】本発明によるTFTの作製方法を示す。FIG. 1 shows a method for manufacturing a TFT according to the present invention.
【図2】本発明によるTFTの作製方法を示す。FIG. 2 shows a method for manufacturing a TFT according to the present invention.
【図3】本発明によるTFTの作製方法を示す。FIG. 3 shows a method for manufacturing a TFT according to the present invention.
【図4】本発明によるTFTの作製方法を示す。FIG. 4 shows a method for manufacturing a TFT according to the present invention.
100 絶縁基板 101 下地酸化膜(酸化珪素) 102 シリコン半導体領域 103 酸化珪素膜(ゲイト酸化膜となる) 104 ゲイト電極(アルミニウム) 105 陽極酸化物 106 不純物領域 107 金属膜(タングステン) 108 シリサイド膜(珪化タングステン) 109 層間絶縁膜(酸化珪素) 110、111 金属配線・電極(アルミニウム) REFERENCE SIGNS LIST 100 insulating substrate 101 base oxide film (silicon oxide) 102 silicon semiconductor region 103 silicon oxide film (to be a gate oxide film) 104 gate electrode (aluminum) 105 anodic oxide 106 impurity region 107 metal film (tungsten) 108 silicide film (silicide) Tungsten) 109 Interlayer insulating film (silicon oxide) 110, 111 Metal wiring / electrode (aluminum)
Claims (6)
体層の表面を露出し、 前記ゲイト電極をマスクとして前記シリコン半導体層に
不純物を注入し、ソース領域およびドレイン領域を形成
し、 前記ソース領域上および前記ドレイン領域上に金属膜を
形成し、 前記金属膜にYAGレーザーを照射し、前記ソース領域
および前記ドレイン領域表面のシリコンと前記金属膜と
を反応させてシリサイド層を形成し、 前記金属膜のうち未反応のものを除去することを特徴と
する半導体装置の作製方法。1. A silicon semiconductor layer is formed on an insulating surface, a gate insulating film is formed on the silicon semiconductor layer, a gate electrode is formed on the gate insulating film, and a part of the gate insulating film is removed. And exposing a surface of the silicon semiconductor layer, implanting impurities into the silicon semiconductor layer using the gate electrode as a mask, forming a source region and a drain region, and forming a metal film on the source region and the drain region. Forming a silicide layer by irradiating the metal film with a YAG laser to react the silicon on the surface of the source region and the drain region with the metal film, and removing an unreacted metal film from the metal film A method for manufacturing a semiconductor device.
不純物を注入し、ソース領域およびドレイン領域を形成
し、 前記ゲイト絶縁膜の一部を除去して、前記ソース領域お
よび前記ドレイン領域の表面を露出し、 前記ソース領域上および前記ドレイン領域上に金属膜を
形成し、 前記金属膜にYAGレーザーを照射し、前記ソース領域
および前記ドレイン領域の表面のシリコンと前記金属膜
とを反応させてシリサイド層を形成し、 前記金属膜のうち未反応のものを除去することを特徴と
する半導体装置の作製方法。2. A silicon semiconductor layer is formed on an insulating surface, a gate insulating film is formed on the silicon semiconductor layer, a gate electrode is formed on the gate insulating film, and the silicon semiconductor is formed using the gate electrode as a mask. Injecting impurities into a layer to form a source region and a drain region, removing a part of the gate insulating film to expose surfaces of the source region and the drain region, and on the source region and the drain region Forming a silicide layer by irradiating the metal film with a YAG laser to react the silicon on the surfaces of the source region and the drain region with the metal film; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: removing a substrate.
体層の表面の一部を露出し、 前記露出したシリコン半導体層上に金属膜を形成し、 前記ゲイト電極をマスクとして前記シリコン半導体層に
不純物を注入し、ソース領域およびドレイン領域を形成
し、 前記金属膜にYAGレーザーを照射し、前記ソース領域
および前記ドレイン領域の表面のシリコンと前記金属膜
とを反応させてシリサイド層を形成し、 前記金属膜のうち未反応のものを除去することを特徴と
する半導体装置の作製方法。3. A silicon semiconductor layer is formed on an insulating surface, a gate insulating film is formed on the silicon semiconductor layer, a gate electrode is formed on the gate insulating film, and a part of the gate insulating film is removed. Exposing a part of the surface of the silicon semiconductor layer; forming a metal film on the exposed silicon semiconductor layer; implanting impurities into the silicon semiconductor layer using the gate electrode as a mask; Forming a region, irradiating the metal film with a YAG laser, and reacting the silicon on the surface of the source region and the drain region with the metal film to form a silicide layer; And a method for manufacturing a semiconductor device.
体層の表面の一部を露出し、 前記露出したシリコン半導体層上に金属膜を形成し、 前記金属膜にYAGレーザーを照射し、前記露出したシ
リコン半導体層上の表面のシリコンと前記金属膜とを反
応させてシリサイド層を形成し、 前記金属膜のうち未反応のものを除去し、 前記ゲイト電極をマスクとして前記シリコン半導体層に
不純物を注入し、ソース領域およびドレイン領域を形成
する半導体装置の作製方法。4. A silicon semiconductor layer is formed on an insulating surface, a gate insulating film is formed on the silicon semiconductor layer, a gate electrode is formed on the gate insulating film, and a part of the gate insulating film is removed. Exposing a part of the surface of the silicon semiconductor layer, forming a metal film on the exposed silicon semiconductor layer, irradiating the metal film with a YAG laser, Reacting silicon with the metal film to form a silicide layer, removing unreacted metal film, implanting impurities into the silicon semiconductor layer using the gate electrode as a mask, and forming a source region and a drain region Of manufacturing a semiconductor device for forming a semiconductor device.
記YAGレーザーは第2高調波を用いる事を特徴とする
半導体装置の作製方法。5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the YAG laser uses a second harmonic.
記シリコン半導体層は30〜500nmの膜厚を有する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon semiconductor layer has a thickness of 30 to 500 nm.
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