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JPH07120802B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Publication number
JPH07120802B2
JPH07120802B2 JP60174862A JP17486285A JPH07120802B2 JP H07120802 B2 JPH07120802 B2 JP H07120802B2 JP 60174862 A JP60174862 A JP 60174862A JP 17486285 A JP17486285 A JP 17486285A JP H07120802 B2 JPH07120802 B2 JP H07120802B2
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JP
Japan
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film
electrode
gate electrode
light
semiconductor device
Prior art date
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Application number
JP60174862A
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JPS6235571A (ja
Inventor
俊之 鮫島
光信 関谷
節夫 碓井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Publication of JPS6235571A publication Critical patent/JPS6235571A/ja
Publication of JPH07120802B2 publication Critical patent/JPH07120802B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67Thin-film transistors [TFT]

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  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に関するものであって、
多結晶SiTFTの製造に適用して最適なものである。
〔発明の概要〕
本発明は、半導体装置の製造方法において、絶縁性基板
上に形成された半導体層上に絶縁層を介してMoを含む金
属よりなる電極を形成し、次いで上記電極に上記電極で
の反射率が50%以下の光を照射することにより上記電極
下部の上記半導体層を結晶化させることによって、特性
の優れた半導体装置を低温で製造することができるよう
にしたものである。
〔従来の技術〕
ガラス基板等の低融点基板上に例えばアモルファスSi膜
を形成し、これを結晶化させることにより多結晶SiTFT
を作製する場合には、基板全体を高温に加熱することが
できないため、低温での結晶化、不純物の活性化等のプ
ロセスが必要である。
この場合、Siによく吸収される波長域のパルスレーザー
光の照射を行うと、低温でかつ短時間にSiの結晶化や不
純物の活性化等を行うことができるので、低温プロセス
を実現することができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、レーザー光をSi膜に直接照射する場合に
は、レーザー光により誘起される欠陥が生じてしまい、
またa−Si:H(水素化アモルファスSi)のように蒸発し
やすい原子(H)を含む膜を結晶化させる場合には加熱
時に原子が膜外に放出されてしまうため欠陥が多く生じ
てしまうという問題がある。従って、レーザー光照射に
よる結晶化によって特性の優れた多結晶SiTFTを製造す
ることは難しい。
本発明は、従来技術が有する上述のような欠点を是正し
た半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
〔問題点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、絶縁性基板(例
えばガラス基板1)上に形成された半導体層(例えばa
−Si:H膜2)上に絶縁層(例えばSi3N4膜3及びSiO2
4)を介して電極(例えばMoから成るゲート電極6)を
形成し、次いで上記電極に上記電極での反射率が50%以
下の光(例えばXeClエキシマーレーザーによるレーザー
光7)を照射することにより上記電極下部の上記半導体
層を結晶化させるようにしている。
〔作用〕
このようにすることによって、光照射により電極が加熱
され、この電極で生じた熱により半導体層を間接的に加
熱して結晶化させることができる。
〔実施例〕
以下本発明を多結晶SiTFTの製造に適用した一実施例に
つき図面を参照しながら説明する。
第1A図に示すように、まずテンパックスガラス(商標)
等のガラス基板1上にプラズマCVD法により例えば膜厚1
300Åのa−Si:H膜2を形成し、次いでこのa−Si:H膜
2上に例えば膜厚200ÅのSi3N4膜3及び膜厚1500ÅのSi
O2膜4を順次形成した後、このSiO2膜4上に後述のレー
ザー光7を完全に吸収するのに十分な膜厚、例えば膜厚
6000ÅのMo膜5をスパッタ法により形成する。なお上記
Si3N4膜3及びSiO2膜4によりゲート絶縁膜が構成され
る。
次にこのMo膜5を所定形状にパターニングして第1B図に
示すようにゲート電極6を形成した後、このゲート電極
6をマスクとして例えばエネルギー130keV、ドーズ量2
×1015cm-2の条件でP+をイオン注入することによりa−
Si:H膜2中にPをドープする。次に例えばXeClエキシマ
ーレーザーによるレーザー光(波長308nm、パルス幅35n
s)7を例えばレーザーエネルギー131mJ/cm2で真空中に
おいて常温で全面に照射する。この際、ゲート電極6を
構成するMoは、第2図に示すように、光反射率が紫外−
近赤外領域ではAl等に比べて小さく、特に紫外領域では
光反射率が50%以下である。従ってMoは紫外−可視領域
のレーザー光を効率よく吸収する性質を有している。こ
のため、レーザー光7の照射によってゲート電極6が容
易に高温に加熱される。なおこの場合、Moの融点は2622
℃と非常に高く、十分な耐熱性を有しているので、高温
に加熱されても何ら支障ない。またMoの熱拡散係数は0.
53cm2/sと大きいので、このゲート電極6で発生した熱
はSiO2膜4及びSi3N4膜3を通って下層のa−Si:H膜2
に矢印Aで示すように速やかに伝えられる。そしてこの
熱によりゲート電極6の下方のa−Si:H膜2が加熱され
て結晶化が起き、この結果第1C図に示すようにこの部分
に多結晶Si領域8が形成される。
またこれと同時に、第1B図に示す工程においてa−Si:H
膜2中にイオン注入されたPが上記熱により活性化され
て第1C図に示すようにn+層から成るソース領域9及びド
レイン領域10が形成される。この後、SiO2膜4及びSi3N
4膜3の所定部分をエッチング除去して開口11、12を形
成し、次いでこれらの開口11、12を通じてAlから成るソ
ース電極13及びドレイン電極14を形成して、目的とする
nチャネルの多結晶SiTFTを完成させる。
このようにして製造された多結晶SiTFTの特性を測定し
た所、実効移動度が43cm2/Vsと大きく、またオン/オフ
比も第3図に示すように従来(破線で示す曲線)は104
程度であったのに対し約105程度と1桁高い優れた特性
が得られた。
このように優れた特性が得られるのは次のような理由に
よると考えられる。すなわち、ゲート電極6に入射した
レーザー光7はこのゲート電極6に完全に吸収されてし
まうので、このゲート電極6の下方におけるa−Si:H膜
2にはレーザー光7が当たらず、従ってレーザー光7に
よって誘起される欠陥が生じないためであると考えられ
る。
このように、上述の実施例によれば、a−Si:H膜2上に
Si3N4膜3及びSiO2膜4を介してMoから成るゲート電極
6を形成し、次いでこのゲート電極6に吸収されやすい
XeClエキシマーレーザーによるレーザー光7を照射する
ことによりこのゲート電極6を高温に加熱し、このゲー
ト電極6で発生した熱を用いてこのゲート電極6の下方
のa−Si:H膜2を間接的に加熱することにより結晶化さ
せているので、上述のように実効移動度が高くオン/オ
フ比も高い特性の優れた多結晶SiTFTを製造することが
できる他、次のような種々の利点がある。すなわち、a
−Si:H膜2とゲート絶縁膜(Si3N4膜3及びSiO2膜4)
とを連続的に形成した後に結晶化を行っているので、Si
/ゲート絶縁膜界面特性の優れた多結晶SiTFTを得ること
ができる。また加熱されたゲート電極6からの熱でa−
Si:H膜2がアニール及び結晶化される際、ゲート絶縁膜
を構成するSi3N4膜3及びSiO2膜4も同時に加熱される
ので、これらの膜の緻密化(densification)が可能で
あり、さらにこれらの膜の形成時に生ずる損傷(または
欠陥)を加熱によって除去することができ、このためSi
/ゲート絶縁膜界面特性を向上させることができる。
さらに、a−Si:H膜2上に形成したSi3N4膜3及びSiO2
膜4並びにゲート電極6がキャップ層として働くため、
a−Si:H膜2の加熱時にHが膜外に放出されるのを効果
的に防止することができる。このため元のa−Si:H膜2
の組成比を保存したまま結晶化を行うことができるの
で、欠陥の少ない結晶化膜を得ることができ、従ってこ
の意味においてTFTの特性を向上させることができる。
さらにまた、上述の実施例によれば、a−Si:H膜2の結
晶化とこのa−Si:H膜2中にイオン注入したPの活性化
とを1回のパルスレーザー光7の照射により同時にしか
も短時間で行うことができるので、TFTの製造工程を簡
略化することができる。のみならず、レーザー光7の照
射により常温で上述のように結晶化及び不純物の活性化
を行うことができるので、低温プロセス化に適合するも
のである。
以上本発明の一実施例につき説明したが、本発明は上述
の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思
想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実
施例においてはゲート電極6の材料としてMoを用いた
が、このMoに代えてTi、W、Ta、Cr等の高融点金属、さ
らにはこれらの金属のシリサイドを用いることができ
る。これらはいずれもレーザー光7の照射による加熱に
十分に耐えられる耐熱性を有しかつ光吸収率が大きく光
反射率も比較的小さい。またゲート電極6によりレーザ
ー光7をほぼ完全に吸収させるために、このゲート電極
6の膜厚は2/α(α:光吸収係数)以上とするのが好ま
しい。なお、数値例を挙げると、Moの場合は波長500nm
の光に対してαは約7×105cm-1であるので、300Å以上
の膜厚であれば光をほぼ完全に吸収することができる。
また上述の実施例においては、ゲート電極6の加熱源と
してXeClエキシマーレーザーを用いたが、用いる電極材
料に吸収されやすい波長域のレーザー光を発振すること
のできる他のレーザーを用いてもよく、例えばKrFエキ
シマーレーザー(波長域248nm)やXeFエキシマーレー
ザー(波長351nm)を用いてもよい。同様に、ガラス基
板1の代わりに石英基板その他の絶縁性基板を用いるこ
とが可能である。
またSi3N4膜3及びSiO2膜4で構成されるゲート絶縁膜
の膜厚構成を適当に選定することによりレーザー光7の
反射または無反射を強調するようにすればa−Si:H膜2
中の温度プロファイルを変えることができる。なおゲー
ト電極6による光吸収効率を高めるために反射防止膜を
形成後、レーザー光7を照射するようにしてもよい。
なお上述の実施例においては、半導体層としてa−Si:H
膜2を用いた場合につき説明したが、多結晶Si膜を用い
てこれを再結晶化する場合やSi以外の各種半導体層を用
いる場合にも本発明を適用することが可能である。同様
に、ゲート電極6、ゲート絶縁膜及びa−Si:H膜2の上
下関係を上述の実施例とは逆にした構造のTFTを製造す
る場合にも本発明を適用することが可能である。この場
合には、ガラス基板1の裏面側からレーザー光7を照射
すればよい。またTFT以外の半導体装置にも本発明を適
用することが可能である。
〔発明の効果〕
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、光照射に
より電極が加熱され、この電極で生じた熱によって半導
体層を間接的に加熱して結晶化させることができるの
で、欠陥の少ない結晶化膜を低温で得ることができ、従
って特性の優れた半導体装置を低温で製造することがで
きる。また絶縁層及び電極がキャップ層として働くた
め、蒸発しやすい原子を含む半導体層を用いた場合にお
いても、加熱によってこの半導体層の外部に原子が放出
されるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
第1A図〜第1C図は本発明を多結晶SiTFTの製造に適用し
た一実施例を工程順に示す断面図、第2図はスパッタ法
で形成した膜厚5000ÅのMo膜の光反射スペクトルの一例
を示すグラフ、第3図は実施例により製造された多結晶
SiTFTのドレイン電流−ゲート電圧特性を示すグラフで
ある。 なお図面に用いた符号において、 1……ガラス基板 2……a−Si:H膜 3……Si3N4膜 4……SiO2膜 5……Mo膜 6……ゲート電極 7……レーザー光 8……多結晶Si領域 9……ソース領域 10……ドレイン領域 である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁性基板上に形成された半導体層上に絶
    縁層を介してMoを含む金属よりなる電極を形成し、次い
    で上記電極に上記電極での反射率が50%以下の光を照射
    することにより上記電極下部の上記半導体層を結晶化さ
    せるようにした半導体装置の製造方法。
JP60174862A 1985-08-08 1985-08-08 半導体装置の製造方法 Expired - Lifetime JPH07120802B2 (ja)

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