JP3117872B2

JP3117872B2 - 薄膜半導体集積回路の作製方法

Info

Publication number: JP3117872B2
Application number: JP14537894A
Authority: JP
Inventors: 睦男山本; 宏勇張; 潤小山; 聡寺本; 保彦竹村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1994-06-02
Filing date: 1994-06-02
Publication date: 2000-12-18
Anticipated expiration: 2015-12-18
Also published as: JPH07335897A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、絶縁表面上に形成され
た薄膜トランジスタを有する半導体集積回路の作製方法
に関する。本発明において、絶縁表面とは、絶縁基板
や、その上に形成された絶縁被膜、あるいは半導体や金
属材料上に形成された絶縁被膜のことである。本発明は
特に、アルミニウムを主成分とする金属材料をゲイト電
極・配線材料として用いた集積回路で、液晶ディスプレ
ー等に用いられるアクティブマトリクス回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、
単結晶半導体集積回路技術を援用して、自己整合法（セ
ルフアライン法）を用いて作製されてきた。この方法は
半導体被膜上にゲイト絶縁膜を介してゲイト電極を形成
し、このゲイト電極をマスクとして、前記半導体被膜中
に不純物を導入するものである。不純物を導入する手段
としては、熱拡散法、イオン注入法、プラズマドーピン
グ法、レーザードーピング法が用いられる。

【０００３】従来、ＴＦＴはゲイト電極材料として、単
結晶半導体集積回路技術を援用して、ドーピングによっ
て導電率を高めたシリコンを用いていた。これは耐熱性
が高く、高温処理をおこなう場合には理想的な材料であ
った。しかしながら、近年になると、シリコンゲイトを
用いることが適切でないことが明らかになった。第１
は、導電率が低いということである。これは、それまで
比較的、小さな面積のデバイスにおいては目立たなかっ
たが、液晶ディスプレーが大型化するにつれて、アクテ
ィブマトリクス回路も大型化し、しかも、デザインルー
ル（ゲイト配線の幅）が据え置かれたために、顕著にな
った。

【０００４】第２は基板材料に関連する問題で、デバイ
スの大型化に伴って、用いられる基板材料が石英やシリ
コンウェハーのような耐熱性の高い高価な材料ではな
く、コーニング社の７０５９番ガラスやＮＨテクノグラ
ス社のＮＡ−３５、ＮＡ−４５等の硼珪酸ガラスのよう
に、安価だが耐熱性に劣る低廉な材料を用いる必要が生
じた。シリコンゲイトの形成には少なくとも６５０℃以
上の熱処理が必要であるので、このような材料を基板と
することは適切ではなかった。

【０００５】このような問題から、シリコンゲイトに代
えてアルミニウムゲイトを用いることが必要とされた。
この場合、純粋なアルミニウムを用いてもよいが、耐熱
性が極端に劣るために、通常はシリコンや銅、スカンジ
ウム（Ｓｃ）等の材料が微量添加される。それでも、ア
ルミニウムは耐熱性の点で問題があるので、例えば、イ
オン注入等の加速したイオンを利用したドーピング工程
の後の不純物の活性化には熱アニールを用いることはで
きず、レーザー照射のような光アニールが用いられた。
その際も、アルミニウムゲイトが光照射によって、ダメ
ージを受けないように照射する光の強度等は大きな制約
が課せられた。

【０００６】鏡面を有するアルミニウム自体は紫外線か
ら赤外線まで、広い波長域にわたって、光を反射するの
であるが、例えば、フラッシュランプ・アニールでは、
光照射の持続時間が長いため、シリコン膜等に吸収され
た光によってシリコン膜が昇温し、それが熱伝導によっ
てアルミニウムに伝わり、アルミニウムが溶融・変形す
るので適切でなかった。レーザー・アニールでも、連続
発振のレーザー光を照射する方式でも同様の問題が生じ
た。極めて短いパルス発振のレーザーを照射する場合に
はシリコン膜に吸収された光はシリコン膜のアニールの
みに使用され、アルミニウムは昇温せず、利用すること
ができた。

【０００７】図４に示すのは、上記の思想に基づいた薄
膜トランジスタの作製工程である。まず、基板４０１上
に下地絶縁膜４０２を堆積し、さらに、島状の結晶性半
導体領域４０３、４０４を形成する。そして、これを覆
って、ゲイト絶縁膜として機能する絶縁膜４０５を形成
する。（図４（Ａ））

【０００８】そして、アルミニウムを主成分とする材料
を用いてゲイト電極・配線４０６、４０７を形成する。
（図４（Ｂ））次に、ゲイト電極・配線４０６、４０７をマスクとし
て、イオン注入法、イオンドーピング法等の手段によっ
て、自己整合的に不純物（例えば、燐（Ｐ）や硼素
（Ｂ））を注入し、不純物領域４０８、４０９を形成す
る。ここでは、不純物領域４０８には燐が注入され、同
４０８には硼素が注入されるので、前者はＮ型、後者は
Ｐ型になるとする。（図４（Ｃ））

【０００９】その後、上面からパルスレーザー光を照射
することによって不純物の導入された領域の活性化をお
こなう。（図４（Ｄ））最後に、層間絶縁物４１１を堆積し、各不純物領域にコ
ンタクトホールを形成して、これに接続する電極・配線
４１２〜４１６を形成して、薄膜トランジスタが完成す
る。（図４（Ｅ））

【００１０】

【発明が解決しようする課題】しかしながら、上記に示
した方法では、不純物領域とチャネル形成領域（ゲイト
電極の直下の半導体領域で不純物領域に挟まれている部
分）の境界（例えば、図４（Ｄ）において、４１０で示
す）は工程上、十分な処理を受けていないので、電気的
に不安定であり、長時間の使用においてはリーク電流の
増大等の問題が生じ、信頼性が低下することが明らかに
なった。すなわち、工程から明らかなように、ゲイト電
極が形成された後は、不純物が導入されることも、レー
ザーが照射されることもないので、実質的に、チャネル
形成領域の結晶性は変化しない。

【００１１】一方、チャネル形成領域に隣接する不純物
領域は、最初、チャネル形成領域と同じ結晶性を有して
いるが、不純物導入の過程で結晶性が破壊される。不純
物領域は後のレーザー照射工程によって回復されるが、
当初の結晶性と同じ状態を再現することは難しく、特に
不純物領域の中でも活性領域に接する部分は、レーザー
照射の際に影となる可能性が高く、十分な活性化がおこ
なえない。すなわち、不純物領域と活性領域の結晶性が
不連続であり、このためトラップ準位等が発生しやす
い。特に不純物の導入方法として高速イオンを照射する
方式を採用した場合には、不純物イオンが散乱によっ
て、ゲイト電極部の下に回り込み、その部分の結晶性を
破壊する。そして、このようなゲイト電極部の下の領域
はゲイト電極部が影となってレーザー等によって活性化
することが不可能であった。

【００１２】ゲイト絶縁膜についても同様であった。す
なわち、チャネル形成領域の上のゲイト絶縁膜は初期の
状態を保っているのに対し、不純物領域上のゲイト絶縁
膜は不純物導入、レーザー照射等の工程によって大きく
変化し、その境界部分では多くのトラップ準位が発生し
た。

【００１３】この問題点を解決する一つの方法は、裏面
からレーザー等の光照射をおこなって、活性化すること
である。この方法では、ゲイト配線が影とならないの
で、活性領域と不純物領域の境界も十分に活性化され
る。しかし、この場合には基板材料が光を透過すること
が必要であり、多くのガラス基板は３００ｎｍ以下の紫
外光を透過することは難しいので、例えば、量産性に優
れたＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ）は利
用できない。

【００１４】本発明は、かかる問題点を顧みてなされた
ものであり、活性領域と不純物領域の結晶性の連続性を
達成することによって、信頼性の高い薄膜トランジスタ
を作製する方法を提唱し、さらに、このような薄膜トラ
ンジスタを集積化した高性能の薄膜半導体集積回路を得
ることを課題とする。

【００１５】

【問題を解決するための手段】本発明は、熱アニール処
理、あるいは、レーザーもしくはフラッシュランプ等の
強力な光源より発せられる光エネルギーを照射する光ア
ニール処理によって、不純物領域およびゲイト絶縁膜に
加えてチャネル形成領域までをも活性化せしめることに
より、上記の問題を解決する。

【００１６】本発明の基本的な構成は、以下のようなも
のである。まず、結晶性を有する島状の半導体領域上に
不純物領域を形成するためのマスクとして機能する材料
を形成したのち、これをマスクとしてイオンドーピング
等の手段により、ドーピング不純物を半導体被膜中に導
入する。マスクとして用いるべき材料としては、絶縁性
のものではポリイミド等の有機材料や酸化珪素、窒化珪
素等の珪素を含有するものが、また、導電性材料として
はアルミニウム、タンタル、チタン等の金属、窒化タン
タル、窒化チタン等の導電性金属窒化物が好ましい。半
導体領域とマスクが直接に接触することを避けたい場合
には、間に酸化珪素や窒化珪素の被膜を形成すればよ
い。

【００１７】次に、このマスクを除去して、ゲイト絶縁
膜として機能する絶縁膜を形成する。その後、熱アニー
ルもしくは光アニール処理により、ドーピングされた不
純物の活性化のみならず、ゲイト絶縁膜とチャネル形成
領域の界面特性、チャネル形成領域と不純物領域の境界
の特性を改善せしめる。その後、アルミニウムを主成分
とするゲイト電極・配線を形成するものである。熱アニ
ール処理においては、アニール温度は６５０℃以下とす
る。また、光アニール処理において、レーザーを用いる
場合には、ＫｒＦレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＸｅＣ
ｌレーザー（３０８ｎｍ）、ＡｒＦレーザー（１９３ｎ
ｍ）、ＸｅＦレーザー（３５３ｎｍ）等の各種エキシマ
ーレーザーや、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（１０６４ｎｍ）
およびその第２、第３、第４高調波、炭酸ガスレーザ
ー、アルゴンイオンレーザー、銅蒸気レーザー等を用い
ればよい。

【００１８】また、非コヒーレントな光源も低廉であり
利用しやすい。例えば、キセノンランプ、クリプトンア
ークランプ、ハロゲンランプ等である。これらの光処理
においては、半導体領域の上方からの照射だけでなく、
裏面からの照射も、上方と裏面の双方から照射すること
も可能である。また、これらの熱アニールあるいは光ア
ニール処理に際しては、ハロゲン元素を含有する雰囲気
（塩化水素、塩素、三塩化エチレン、フッ化水素、弗
素、三フッ化窒素等を含有する雰囲気）や酸化性の雰囲
気（酸素や各種酸化窒素、オゾン等を含有する雰囲気）
でおこなうと効果的である。

【００１９】なお、ゲイト電極を形成する場合には、ゲ
イト電極と不純物領域との関係をオフセットゲイトとす
ることもオーバーラップゲイトとすることも任意であ
る。オフセットゲイトとすれば、ＴＦＴのリーク電流を
低減させることができる。ただし、オフセットゲイトの
場合はＴＦＴをオンとしたときの電流が少ないので、動
作速度の点で不利であるので、通常はオフセットゲイト
が、アクティブマトリクス回路の画素のスイッチングＴ
ＦＴやサンプリングＴＦＴにのみ用い、その他の論理回
路は若干のオーバーラップゲイトとするとよい。オーバ
ーラップゲイトは寄生容量が存在するので高速動作では
不利であるが、アクティブマトリクス回路程度の駆動に
おいては問題はない。

【００２０】なお、このようにして形成したゲイト電極
・配線の全部もしくは一部について、その上面および側
面を陽極酸化して、耐圧の高い酸化アルミニウム被膜を
形成すると、上部配線の短絡を防止することができる。
特に配線の交差の多い、アクティブマトリクス回路にお
いては、このように上面に陽極酸化被膜を形成すれば、
層間短絡を防止することができる。また、酸化アルミニ
ウムは誘電率が高いので、上部配線との間に容量（キャ
パシター）を形成することもできる。陽極酸化は、通
常、電解溶液中で電気化学的におこなわれるが、公知の
プラズマ陽極酸化法のように、減圧プラズマ雰囲気にお
いておこなってもよいことはいうまでもない。

【００２１】

【作用】本発明では、ドーピングされた不純物の活性化
のための熱アニールや光アニールをおこなう際にはゲイ
ト電極・配線は形成されていないので、図４に示される
ような従来のセルフアライン的なドーピングに比較し
て、熱アニールや光アニールの許容範囲が広くなる。例
えば、従来の技術では使用できなかった熱アニールやフ
ラッシュランプアニールを利用できるようになる。ま
た、熱アニール処理においては、不純物領域、チャネル
形成領域、ゲイト絶縁膜が均等に加熱されるので、それ
らの境界部における不連続性は発生しない。同様に光ア
ニール処理の場合においても、ゲイト電極が存在しない
ので影によって不連続性が生じることもない。

【００２２】また、光アニールや熱アニールをハロゲン
を含有する雰囲気もしくは酸化性の雰囲気でおこなう
と、特にゲイト絶縁膜や半導体領域中に残存する水素原
子を置換する効果が認められる。ゲイト絶縁膜やチャネ
ル形成領域では高い電界が発生し、その際に水素原子が
珪素−水素、あるいは酸素−水素という形で存在する
と、電界によって水素が離脱し、特性の経時変化をもた
らすこととなる。水素の代わりにハロゲン、特に弗素や
塩素が存在すると、珪素−ハロゲン、酸素−ハロゲンの
結合は非常に強いので、容易には離脱せず、特性が安定
する。

【００２３】

【実施例】

〔実施例１〕図１に本実施例を示す。本実施例は絶縁
基板上にアクティブマトリクス回路と、その駆動のため
のドライバー回路を形成する工程を示したものである。
基板１０１は、ガラス基板で、例えば、コーニング７０
５９等の無アルカリ硼珪酸ガラス基板である。これに下
地の酸化膜として酸化珪素膜１０２を堆積した。酸化珪
素膜の堆積方法は、例えば、スパッタ法や化学的気相成
長法（ＣＶＤ法）を使用できる。ここでは、ＴＥＯＳ
（テトラ・エトキシ・シラン）と酸素を材料ガスとして
用いて、プラズマＣＶＤ法によって成膜をおこなった。
基板温度は２００〜４００℃とした。この下地酸化珪素
膜の厚さは、５００〜２０００Åとした。

【００２４】次いで、アモルファスシリコン膜を堆積し
た。アモルファスシリコン膜の堆積方法としてはプラズ
マＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法が用いられる。ここでは、モ
ノシラン（ＳｉＨ₄）を材料ガスとして、プラズマＣＶ
Ｄ法によってアモルファスシリコン膜を堆積した。アモ
ルファスシリコン膜の厚さは１０００〜１５０００Åと
した。そして、この膜を６００℃で７２時間アニールす
ることで結晶化させた。このようにして得た結晶性シリ
コン膜をエッチングして、島状シリコン領域１０３他を
形成した。

【００２５】その後、プラズマＣＶＤ法によって、全面
に窒化珪素膜を厚さ１０００〜６０００Å、例えば、３
０００Å形成した。この厚さはドーピングの際にマスク
として機能するに十分な厚さが選択される。そして、こ
の窒化珪素膜をエッチングして、ドーピングのマスク１
０４、１０５、１０６を形成した。そして、Ｎチャネル
型ＴＦＴを形成する領域１０３をフォトレジストのマス
ク１０７で覆った。

【００２６】この状態でイオンドーピング法によって硼
素イオンのドーピングをおこなった。これは、ジボラン
（Ｂ₂Ｈ₆）を水素で希釈したガスを放電させて得たイ
オンを高電圧で引き出して、基板に照射するものであ
る。イオンの加速電圧はシリコン領域の厚さによって変
更されるが、典型的にはシリコン領域が１０００Åの場
合には、１０〜３０ｋＶが適当である。本実施例では２
０ｋＶとした。また、ドーズ量は１×１０¹⁴〜６×１０
¹⁵原子／ｃｍ²、例えば、５×１０¹⁴原子／ｃｍ²とし
た。こうして、Ｐ型不純物領域１０８、１０９を形成し
た。なお、図で示した不純物領域の範囲は名目的なもの
で、実際にはイオンの散乱等によって回り込みがあるこ
とはいうまでもない。（図１（Ａ））

【００２７】同様に、フォトレジストマスク１０７を除
去した後、Ｐチャネル型ＴＦＴを形成する領域をフォト
レジストのマスク１１０で覆い、イオンドーピング法に
よって燐イオンのドーピングをおこなった。イオン源は
フォスフィン（ＰＨ₃）を水素で希釈したガスをもちい
た。イオンの加速電圧は、１０〜３０ｋＶ、例えば、２
０ｋＶとした。また、ドーズ量は１×１０¹⁴〜６×１０
¹⁵原子／ｃｍ²、例えば、５×１０¹⁴原子／ｃｍ²とし
た。こうして、Ｎ型不純物領域１１１を形成した。（図
１（Ｂ）））

【００２８】次に、フォトレジストマスク１１０および
マスク１０４〜１０６を除去し、ゲイト絶縁膜として機
能する酸化珪素膜１１２を厚さ８００〜１５００Å、例
えば、１２００Å形成した。ここではその作製方法は下
地酸化珪素膜１０２と同じ方法を採用した。そして、６
００℃で１２〜４８時間、例えば、２４時間アニールす
ることによって、ドーピングされた不純物の活性化とゲ
イト絶縁膜とシリコン領域の界面特性の改善をおこなっ
た。（図１（Ｃ））

【００２９】その後、スパッタ法によって厚さ３０００
〜８０００Å、例えば、５０００Åのアルミニウム膜
（１〜５重量％のシリコンを含有する）を成膜し、これ
をエッチングして、アルミニウムゲイト電極・配線１１
３、１１４、１１５、１１６を形成した。この際、ゲイ
ト電極・配線１１３、１１４は不純物領域１１１、１０
８に対してオーバーラップとなるようにした。一方、ゲ
イト電極・配線１１５はオフセットとなるようにした。
また、ゲイト配線１１６は不純物領域上に形成されたた
め、ＴＦＴのゲイト電極としては機能せず、キャパシタ
ーの一方の電極として機能した。（図１（Ｄ））

【００３０】さらにＴＥＯＳを材料ガスとしたプラズマ
ＣＶＤ法によって層間絶縁物として酸化珪素膜１１７を
厚さ２０００〜１０００Å、例えば、５０００Å形成
し、これにコンタクトホールを形成した。そして、金属
等の材料、例えば厚さ１０００Åの窒化チタンと厚さ５
０００Åのアルミニウムの多層膜を形成し、これをエッ
チングして電極・配線１１８〜１２３を不純物領域やゲ
イト配線に形成した。図ではシリコン領域上のゲイト電
極上にコンタクトが形成されている様子が示されている
が、実際には、シリコン領域以外のゲイト配線上にコン
タクトが形成される。（図１（Ｅ））

【００３１】最後に、パッシベーション膜として厚さ２
０００〜６０００Å、例えば、３０００Åの窒化珪素膜
１２４をプラズマＣＶＤ法によって形成し、これと酸化
珪素膜１１７をエッチングして、不純物領域１０９に対
してコンタクトホールを形成した。そして、透明導電膜
（例えば、インディウム錫酸化物膜）を形成し、これを
エッチングして、画素電極１２５を形成した。（図１
（Ｆ））

【００３２】以上の工程によって、Ｎチャネル型ＴＦＴ
１２６、Ｐチャネル型ＴＦＴ１２７、１２８を形成する
ことができた。また、ＴＦＴ１２７に隣接して容量１２
９（これはゲイト絶縁膜１１２を誘電体とする）も形成
できた。本実施例では、ＴＦＴ１２８はアクティブマト
リクス回路の画素のスイッチング素子あるいはサンプリ
ングＴＦＴに用いられるＴＦＴを表しており、ＴＦＴ１
２６、１２７はその他の論理回路に用いられるＴＦＴを
表している。

【００３３】図５は本実施例で示したＴＦＴを用いて構
成されるアクティブマトリクス回路とそのドライバー回
路、その他の回路を基板５０４上に形成した場合のブロ
ック図を示す。本実施例で示したＴＦＴ１２６、１２７
は素のうちのＸ／Ｙデコーダー・ドライバーやＣＰＵ、
各種メモリーの論理回路に使用される。一方、ＴＦＴ１
２８はアクティブマトリクス回路の画素のスイッチング
ＴＦＴ５０１やドライバー回路のサンプリングＴＦＴ、
各種メモリーのマトリクス素子として用いられる。ま
た、容量１２９はアクティブマトリクス回路の画素セル
５０２の補助容量５０３や、各種メモリー回路の記憶素
子い用いられる。

【００３４】〔実施例２〕図２に本実施例を示す。本
実施例はアモルファスシリコンの結晶化に際して結晶化
促進の触媒元素を添加する以外は、ドーピングの工程ま
では実施例１と同様であるので、図１（Ａ）および
（Ｂ）を参照されたい。まず、実施例１と同様に下地酸
化膜を形成した基板上にアモルファスシリコン膜を厚さ
３００〜１０００Å、例えば、５００Å成膜した。そし
て、表面に薄い酢酸ニッケル膜もしくはニッケル膜を形
成したのち、窒素もしくはアルゴン雰囲気において、５
００〜５８０℃で２〜８時間アニールすることにより、
アモルファスシリコンを結晶化せしめた。この際、ニッ
ケルは結晶化を促進する触媒として機能する。このよう
にして得た結晶性シリコン膜をエッチングして、島状シ
リコン領域を形成した。

【００３５】その後、プラズマＣＶＤ法によって、全面
に酸化珪素膜を厚さ１０００〜６０００Å、例えば、３
０００Å形成した。そして、この酸化珪素膜をエッチン
グして、ドーピングのマスクを形成した。そして、Ｎチ
ャネル型ＴＦＴを形成する領域をフォトレジストのマス
クで覆った。この状態でイオンドーピング法によって硼
素イオンのドーピングをおこなった。ドーピングガスと
して水素希釈したジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いた。イオ
ンの加速電圧は、５〜３０ｋＶ、例えば、１０ｋＶとし
た。また、ドーズ量は１×１０¹⁴〜６×１０¹⁵原子／ｃ
ｍ²、例えば、２×１０¹⁴原子／ｃｍ²とした。こうし
て、Ｐ型不純物領域２０２、２０３を形成した。

【００３６】同様に、イオンドーピング法によって燐イ
オンのドーピングをおこなった。ドーピングガスは水素
希釈のフォスフィン（ＰＨ₃）をもちいた。イオンの加
速電圧は、５〜３０ｋＶ、例えば、１０ｋＶとした。ま
た、ドーズ量は１×１０¹⁴〜６×１０¹⁵原子／ｃｍ²、
例えば、５×１０¹⁴原子／ｃｍ²とした。こうして、Ｎ
型不純物領域２０１を形成した。

【００３７】次に、マスク２０１〜２０３を除去し、ゲ
イト絶縁膜として機能する酸化珪素膜２０４を厚さ８０
０〜１５００Å、例えば、１２００Å形成した。そし
て、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ）を照
射することによって、ドーピングされた不純物の活性化
とゲイト絶縁膜とシリコン領域の界面特性の改善をおこ
なった。レーザーのエネルギーとしては、２５０〜４５
０ｍＪ／ｃｍ²、ショット数は２〜５０ショットが適当
であった。また、レーザー照射時には、基板を２５０〜
５５０℃に加熱すると、より効果的に活性化できた。

【００３８】エネルギー密度およびショット数はシリコ
ン膜に依存するので、用いるシリコン膜の密度、結晶化
度、ドーピング量等の特性に合わせて、最適なものを選
択すればよい。典型的には、燐がドープされたものでド
ーズ量が２×１０¹⁴原子／ｃｍ²、基板温度２５０℃、
レーザーエネルギー３００ｍＪ／ｃｍ²で５００〜１０
００Ω／□のシート抵抗が得られた。なお、図から明ら
かなように本実施例では不純物領域と活性領域の境界も
レーザーによって照射されるので、従来の作製プロセス
（図４参照）で問題となった境界の部分の劣化による信
頼性の低下は著しく減少した。

【００３９】なお、本実施例のようにニッケル等の触媒
元素を用いて結晶化をおこなうとアモルファスシリコン
状態のままの領域が取り残されることが観察されるので
あるが、上記のレーザー照射の工程によって、これらの
残留したアモルファスシリコン領域も完全に結晶化する
ことができた。（図２（Ａ））

【００４０】その後、スパッタ法によって厚さ３０００
〜８０００Å、例えば、５０００Åのアルミニウム膜
（０．１〜０．５重量％のスカンジウムを含有する）を
成膜した。後の工程（多孔質陽極酸化物形成工程）にお
いて、アルミニウム膜とフォトレジストマスクとの密着
性を高めるために、厚さ１００〜３００Å程度の陽極酸
化膜をアルミニウム表面に形成してもよい。その場合は
アンモニアでｐＨ＝７前後に調整した１〜５％のクエン
酸のエチレングリコール溶液中に基板を浸し、アルミニ
ウム膜全体に５〜２０Ｖの電圧を印加すればよい。

【００４１】次に、これをエッチングして、アルミニウ
ムゲイト電極・配線２０５、２０６、２０７、２０８を
形成した。この際、ゲイト電極・配線２０５、２０６、
２０７は、いずれも不純物領域２０１、２０２、２０３
に対して、１μｍ程度のオーバーラップとなるようにし
た。また、ゲイト配線２０８は不純物領域上に形成され
たため、ＴＦＴのゲイト電極としては機能せず、キャパ
シターの一方の電極として機能した。また、この状態で
ゲイト電極２０５、２０６はゲイト電極２０７、２０８
とは完全に電気的に絶縁されている。なお、上記のパタ
ーニング・エッチング工程に用いたフォトレジストのマ
スク２０９、２１０、２１１、２１２はそのまま残して
おいた。（図２（Ｂ））

【００４２】そして、ゲイト電極・配線２０７、２０８
に電解溶液中で電流を印加することによってゲイト電極
の側面に多孔質の陽極酸化物２１３、２１４を形成し
た。この陽極酸化工程は、３〜２０％のクエン酸もしく
はショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性の水溶液を
用いておこなった。この場合には、１０〜３０Ｖ程度の
低電圧で０．５μｍ以上、例えば、２μｍの厚い陽極酸
化物を形成した。陽極酸化物の幅は陽極酸化時間に依存
した。この際、ゲイト電極・配線２０５、２０６には電
流が印加されなかったので陽極酸化はおこらなかった。
（図２（Ｃ））

【００４３】この結果、当初、ゲイト電極２０５〜２０
７は不純物領域に対して、いずれも１μｍ程度オーバー
ラップの状態であったのであるが、ゲイト電極２０７の
みが陽極酸化によって、その表面が２μｍ後退してしま
ったために、一転して、１μｍのオフセット状態となっ
てしまった。このように、陽極酸化を利用することによ
って、安定してオフセット幅を制御することができる。

【００４４】その後、フォトレジストのマスク２０９〜
２１２を剥離し、改めて、アクティブマトリクス回路以
外の領域をフォトレジスト２１５で覆った。そして、ゲ
イト電極・配線２１２、２１３に電流を通じて陽極酸化
をおこない、多孔質陽極酸化物２１３、２１４の内側と
ゲイト電極・配線２０７、２０８の上面に緻密な陽極酸
化物（酸化アルミニウム）被膜２１６、２１７を厚さ１
０００〜２５００Å形成した。陽極酸化は、アンモニア
でｐＨ＝７前後に調整した１〜５％のクエン酸のエチレ
ングリコール溶液中に基板を浸し、アクティブマトリク
ス回路の全てのゲイト配線を正極とし、印加する電圧を
１〜５Ｖ／分で昇圧することによっておこなった。

【００４５】このようにして形成される陽極酸化物被膜
はバリヤ型陽極酸化物と賞され、耐圧に優れている。こ
のゲイト電極上の陽極酸化物は上部配線との短絡を防止
するためのものであるので、その目的に適切な厚さが選
択されればよい。なお、アクティブマトリクス回路領域
以外はフォトレジスト２１５でマスクされており、ま
た、アクティブマトリクス回路とは電気的に絶縁されて
いたため、陽極酸化はおこなわれなかった。（図２
（Ｄ））

【００４６】その後、フォトレジスト２１５を除去し、
ＴＥＯＳを材料ガスとしたプラズマＣＶＤ法によって層
間絶縁物として酸化珪素膜２１８を厚さ２０００〜１０
００Å、例えば、５０００Å形成し、これにコンタクト
ホールを形成した。そして、厚さ５０００Åのアルミニ
ウム膜を形成し、これをエッチングして電極・配線２１
９〜２２４を不純物領域やゲイト配線に形成した。（図
２（Ｅ））

【００４７】最後に、パッシベーション膜として厚さ２
０００〜６０００Å、例えば、３０００Åの窒化珪素膜
２２５をプラズマＣＶＤ法によって形成し、これと酸化
珪素膜２１８をエッチングして、不純物領域２０３に対
してコンタクトホールを形成した。そして、透明導電膜
（例えば、インディウム錫酸化物膜）を形成し、これを
エッチングして、画素電極２２６を形成した。（図２
（Ｆ））

【００４８】以上の工程によって、Ｎチャネル型ＴＦＴ
２２７、Ｐチャネル型ＴＦＴ２２８、２２９を形成する
ことができた。また、ＴＦＴ２２９に隣接して容量２３
０（これはゲイト絶縁膜２０４を誘電体とする）も形成
できた。本実施例では、ＴＦＴ２２９はアクティブマト
リクス回路の画素のスイッチング素子あるいはサンプリ
ングＴＦＴに用いられるＴＦＴを表しており、ＴＦＴ２
２７、２２８はその他の論理回路に用いられるＴＦＴを
表している。

【００４９】〔実施例３〕図３に本実施例を示す。ま
ず、基板（コーニング７０５９）上に下地の酸化珪素膜
を形成し、さらに、島状のアモルファスシリコン膜を厚
さ３００〜１０００Å、例えば、５００Å成膜した。そ
して、レーザー照射によってアモルファスシリコン膜の
結晶化をおこなった。

【００５０】レーザーはＫｒＦエキシマーレーザー（波
長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を使用し、レー
ザーのエネルギー密度は２５０〜４５０ｍＪ／ｃｍ²と
した。レーザー照射の際、基板は３５０〜４５０℃に加
熱した。レーザーのショット数は２〜１０ショットとし
た。レーザーのエネルギー密度、ショット数、温度はア
モルファスシリコン膜の膜質に依存するので、膜質によ
って最適な値を選択すればよい。また、本実施例ではパ
ルスレーザーを用いたが、アルゴンイオンレーザーのご
とき連続発振レーザーを用いてもよい。このようにして
得た結晶性シリコン膜をエッチングして、島状シリコン
領域を形成した。

【００５１】その後、プラズマＣＶＤ法によって、全面
に窒化珪素膜３０１を厚さ５００Å堆積した。続いて、
同じくプラズマＣＶＤ法によって、全面に酸化珪素膜を
厚さ３０００Å形成した。そして、この酸化珪素膜をエ
ッチングして、ドーピングのマスク３０２、３０３、３
０４を形成した。さらに、Ｎチャネル型ＴＦＴを形成す
る領域をフォトレジストのマスク３０５で覆った。

【００５２】この状態でイオンドーピング法によって硼
素イオンのドーピングをおこなった。ドーピングガスと
して水素希釈したジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いた。イオ
ンの加速電圧は、１０〜５０ｋＶ、例えば、２０ｋＶと
した。窒化珪素膜３０１が存在する分だけ、加速電圧は
高くする必要がある。また、ドーズ量は１×１０¹⁴〜６
×１０¹⁵原子／ｃｍ²、例えば、３×１０¹⁵原子／ｃｍ
²とした。こうして、Ｐ型不純物領域３０６、３０７を
形成した。（図３（Ａ））

【００５３】フォトレジストマスク３０５を除去した
後、再び、イオンドーピング法によって燐イオンのドー
ピングをおこなった。ドーピングガスは水素希釈のフォ
スフィン（ＰＨ₃）をもちいた。イオンの加速電圧は、
１０〜５０ｋＶ、例えば、２０ｋＶとした。また、ドー
ズ量は１×１０¹⁴〜６×１０¹⁵原子／ｃｍ²、例えば、
１×１０¹⁵原子／ｃｍ²とした。この際には、燐は全面
に注入されたが、燐のドーズ量が先のドーピングの硼素
のドーズ量よりも小さいので、先に形成されたＰ型不純
物領域３０６、３０７の導電型は相変わらずＰ型であっ
た。こうして、Ｎ型不純物領域３０９を形成した。（図
３（Ｂ）））

【００５４】次に、フォトレジストマスク３０８および
マスク３０２〜３０４、窒化珪素膜３０１を除去し、ゲ
イト絶縁膜として機能する酸化珪素膜３１０を厚さ８０
０〜１５００Å、例えば、１２００Å形成した。そし
て、ハロゲンランプ光を瞬間的にを照射することによっ
て、ドーピングされた不純物の活性化とゲイト絶縁膜と
シリコン領域の界面特性の改善をおこなった。

【００５５】ランプから放射される光の強度は、モニタ
ーの単結晶シリコンウェハー上の温度が８００〜１３０
０℃、代表的には９００〜１２００℃の間にあるように
調整した。具体的には、シリコンウェハーに埋め込んだ
熱電対の温度をモニターして、これを赤外線の光源にフ
ィードバックさせた。昇温は、一定で速度は５０〜２０
０℃／秒、降温は自然冷却で２０〜１００℃であった。

【００５６】特に真性または実質的に真性の非晶質珪素
は可視光、特に０．５μｍ未満の波長の光ではよく吸収
され、光を熱に変換できるが、本発明の光は０．５〜４
μｍの波長の光を照射する。この波長は結晶化させた真
性または実質的に真性（燐またはホウ素が１０¹⁷ｃｍ^-3
以下）の珪素膜に対し、有効に光を吸収し、熱に変換で
きる。また、１０μｍ以上の波長の遠赤外光はガラス基
板に吸収され、加熱されるが、４μｍ以下の波長が大部
分の場合はガラスの加熱が極めて少ない。すなわち、結
晶化された珪素膜をさらに結晶化させるには０．５〜４
μｍの波長が有効である。

【００５７】なお、図から明らかなように、本実施例で
は、基板の上下から光を照射したので従来の作製プロセ
ス（図４参照）で問題となった境界の部分の劣化による
信頼性の低下は著しく減少した。（図３（Ｃ））その後、スパッタ法によって厚さ３０００〜８０００
Å、例えば、５０００Åのアルミニウム膜（１〜５重量
％のスカンジウムを含有する）を成膜し、これをエッチ
ングして、アルミニウムゲイト電極・配線３１１、３１
２、３１３、３１４を形成した。

【００５８】この際、実施例２と同様に、アクティブマ
トリクス回路以外の領域をフォトレジスト３１５で覆っ
って、ゲイト電極・配線３１３、３１４に電流を通じて
陽極酸化をおこない、酸化アルミニウム被膜を厚さ１０
００〜２５００Å、ゲイト電極・配線３１３、３１４の
上面および側面にはバリヤ型の陽極酸化物被膜を形成し
た。

【００５９】また、この際、ゲイト電極・配線３１１、
３１２は不純物領域３０９、３０６に対してオーバーラ
ップとなるようにした。一方、ゲイト電極・配線３０３
はオフセットとなるようにしたが、実施例２とは異なっ
て、不純物領域３０７の一方（画素電極を形成する方）
はオフセットとし、他方はオーバーラップとなるように
した。また、ゲイト配線３１４は不純物領域上に形成さ
れたため、ＴＦＴのゲイト電極としては機能せず、キャ
パシターの一方の電極として機能した。（図３（Ｄ））

【００６０】その後、フォトレジスト３１５を除去し、
ＴＥＯＳを材料ガスとしたプラズマＣＶＤ法によって層
間絶縁物として酸化珪素膜３１６を厚さ５０００Å形成
し、これにコンタクトホールを形成した。そして、厚さ
５０００Åのアルミニウム膜を形成し、これをエッチン
グして電極・配線３１７〜３２２を不純物領域やゲイト
配線に形成した。（図３（Ｅ））

【００６１】最後に、パッシベーション膜として厚さ３
０００Åの窒化珪素膜３２３をプラズマＣＶＤ法によっ
て形成し、これと酸化珪素膜３１６をエッチングして、
不純物領域３０７に対してコンタクトホールを形成し
た。そして、透明導電膜（例えば、インディウム錫酸化
物膜）を形成し、これをエッチングして、画素電極３２
４を形成した。（図３（Ｆ））

【００６２】以上の工程によって、Ｎチャネル型ＴＦＴ
３２５、Ｐチャネル型ＴＦＴ３２６、３２７を形成する
ことができた。また、ＴＦＴ３２７に隣接して容量３２
８（これはゲイト絶縁膜３１０を誘電体とする）も形成
できた。本実施例では、ＴＦＴ３２７はアクティブマト
リクス回路の画素のスイッチング素子あるいはサンプリ
ングＴＦＴに用いられるＴＦＴを表しており、ＴＦＴ３
２５、３２６はその他の論理回路に用いられるＴＦＴを
表している。

【００６３】

【発明の効果】本発明によって、アルミニウムを主成分
とする材料によってゲイト電極・配線を構成する薄膜半
導体集積回路を形成することができた。本実施例による
ＴＦＴは６５０℃以下の低温プロセスによるものであり
ながら、信頼性に優れ、劣化の程度の少ないものであっ
た。具体的には、ソースを接地し、ドレインもしくはゲ
イトの一方もしくは双方に＋２０Ｖ以上、もしくは−２
０Ｖ以下の電位を加えた状態で１０時間以上放置した場
合でもトランジスタの特性には大きな影響はなかった。
以上のように、本発明は工業上有益な発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す。（実施例１参照）

【図２】本発明の実施例を示す。（実施例２参照）

【図３】本発明の実施例を示す。（実施例３参照）

【図４】従来の技術の例を示す。

【図５】本発明を用いた集積回路のブロック図を示
す。

【符号の説明】

１０１・・・・・・・・・・・基板１０２・・・・・・・・・・・下地酸化膜１０３・・・・・・・・・・・島状半導体領域１０４、１０５、１０６・・・ドーピングマスク１０７・・・・・・・・・・・フォトレジストのマス
ク１０８、１０８・・・・・・・Ｐ型不純物領域１１０・・・・・・・・・・・フォトレジストのマス
ク１１１・・・・・・・・・・・Ｎ型不純物領域１１２・・・・・・・・・・・ゲイト絶縁膜１１３、１１４、１１５・・・ゲイト電極１１６・・・・・・・・・・・ゲイト配線１１７・・・・・・・・・・・層間絶縁物１１８〜１２３・・・・・・・上部配線・電極１２４・・・・・・・・・・・パッシベーション膜１２５・・・・・・・・・・・画素電極１２６・・・・・・・・・・・Ｎチャネル型ＴＦＴ１２７、１２８・・・・・・・Ｐチャネル型ＴＦＴ１２９・・・・・・・・・・・容量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹村保彦神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内審査官棚田一也 (56)参考文献特開平３−201538（ＪＰ，Ａ) 特開平６−77252（ＪＰ，Ａ) 特開平５−21463（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 29/786 G02F 1/1368 H01L 21/205 H01L 21/336 H01L 29/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁表面上に島状の半導体領域を形成す
る第１の工程と、該半導体領域に、選択的に不純物を導入して不純物領域
を形成する第２の工程と、該半導体領域を覆って、絶縁膜を形成する第３の工程
と、該半導体領域および絶縁膜をアニール処理する第４の工
程と、該絶縁膜上にゲイト電極・配線を形成する第５の工程と
を有することを特徴とする薄膜半導体集積回路の作製方
法。
【請求項２】絶縁表面上に第１および第２の島状の半
導体領域を形成する第１の工程と、該第１および第２の半導体領域に、選択的に不純物を導
入して不純物領域を形成する第２の工程と、該第１および第２の半導体領域を覆って、絶縁膜を形成
する第３の工程と、該第１および第２の半導体領域および絶縁膜をアニール
処理する第４の工程と、該絶縁膜上にゲイト電極・配線を形成する第５の工程と
を有し、第１の半導体領域に形成されたゲイト電極は不
純物領域と実質的にオーバーラップし、第２の半導体領
域に形成されたゲイト電極は不純物領域と重ならない部
分があることを特徴とする薄膜半導体集積回路の作製方
法。
【請求項３】絶縁表面上に第１および第２の島状の半
導体領域を形成する第１の工程と、該第１の半導体領域にＮ型もしくはＰ型のいずれかの導
電型の不純物領域を形成する第２の工程と該第２の半導
体領域に第１の工程で形成された不純物領域の導電型と
は逆の導電型の不純物領域を形成する第３の工程と、該第１および第２の半導体領域をアニール処理する第４
の工程と、該絶縁膜上にゲイト電極・配線を形成する第５の工程と
を有し、該第１および第２の半導体領域に形成されたゲ
イト電極は不純物領域と実質的にオーバーラップするこ
とを特徴とする薄膜半導体集積回路の作製方法。
【請求項４】請求項１乃至３において、第４の工程の
アニール処理は、６５０℃以下の熱アニール処理である
ことを特徴とする薄膜半導体集積回路の作製方法。
【請求項５】請求項１乃至３において、第４の工程の
アニール処理は、レーザー光もしくはそれと同等な強光
を照射する光アニール処理であることを特徴とする薄膜
半導体集積回路の作製方法。
【請求項６】請求項１乃至３において、第４の工程の
アニール処理は、ハロゲンを含有する雰囲気にておこな
われることを特徴とする薄膜半導体集積回路の作製方
法。
【請求項７】請求項１乃至３において、第１の工程と
第２の工程の間に、窒化珪素を主成分とする被膜を該半
導体領域を覆って形成する工程を有することを特徴とす
る薄膜半導体集積回路の作製方法。
【請求項８】請求項１乃至３において、該半導体領域
は窒化珪素を主成分とする被膜上に形成されることを特
徴とする薄膜半導体集積回路の作製方法。
【請求項９】請求項２において、第５の工程の後、第
２の半導体領域に形成されたゲイト電極・配線の側面お
よび上面が陽極酸化されることによって、表面に酸化物
被膜が形成される工程を有することを特徴とする薄膜半
導体集積回路の作製方法。