(57)【要約】【課題】ガラス基板上に半導体膜や絶縁膜を積層形成するトランジスタに対し、熱処理による基板の収縮の影響を無くして、その上で緻密で高品質の絶縁膜を形成する技術、並びにそれを用いて高性能で高信頼性を実現する半導体装置を適用することを目的とする。【解決手段】ガラス基板を用いて、その上に半導体膜や絶縁膜を積層して形成する薄膜素子を形成する工程において必要となる熱処理を、該基板に熱的な損傷を与えることなく行うために、薄膜素子が形成される基板の特定部分にパルス光の吸収が可能な光吸収層を局所的に形成して熱処理を行うものである。この光吸収層と基板との間に、半導体層や絶縁層を介在させておくと、光吸収層と重畳する部位が選択的に高温に加熱されて熱処理を行うことができる。【選択図】　図１
2004119406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光を照射する熱処理工程を含む半導体装置の作製方法であって、
ガラス基板上で島状に分離形成された前記パルス光の吸収が可能な光吸収層を形成し、前記ガラス基板と前記光吸収層との間に、半導体層と、該半導体層と重なる絶縁層とを形成し、
前記パルス光の照射により、前記光吸収層を選択的に加熱して、前記半導体層及び前記絶縁層の熱処理を行う工程を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
パルス光を照射する熱処理工程を含む半導体装置の作製方法であって、
前記パルス光の透過率が７０％以上のガラス基板上に、前記パルス光の透過率が７０％以下である光吸収層を島状に分離して形成し、前記ガラス基板と前記光吸収層との間に、半導体層と、該半導体層と重なる絶縁層とを形成し、
前記パルス光の照射により、前記光吸収層を選択的に加熱して、前記半導体層及び前記絶縁層の熱処理を行う工程を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
絶縁表面を有するガラス基板上に、一辺の長さが前記ガラス基板の厚さと同じ又はそれ以下であるように島状に形成された光吸収層と、前記ガラス基板と前記光吸収層との間に、半導体層と、該半導体層と重なる絶縁層とを形成し、
パルス光の照射により前記光吸収層を選択的に加熱して、前記半導体層及び前記絶縁層の熱処理を行う工程を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
パルス光源から放射されるパルス光の透過率が７０％以上であるガラス基板上に、一辺の長さが前記ガラス基板の厚さと同じ又はそれ以下であるようにパターン形成され前記パルス光の透過率が７０％以下である光吸収層を島状に形成し、前記ガラス基板と前記光吸収層との間に、半導体層と、該半導体層と重なる絶縁層とを形成し、
前記パルス光の照射により、前記光吸収層を選択的に加熱して、前記半導体層及び前記絶縁層の熱処理を行う工程を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
絶縁表面を有するガラス基板上に、島状に分割した半導体層を形成し、前記半導体層上に絶縁層を介して、該半導体層の全面と重なり且つ端部が外側に位置する光吸収層を形成し、
パルス光を照射して、前記光吸収層を選択的に加熱して、前記半導体層及び前記絶縁層の熱処理を行う工程を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
絶縁表面を有するガラス基板上に、第１絶縁層を形成し、前記第１絶縁層上に島状に分割した半導体層を形成し、前記半導体層の上面及び側面を覆う第２絶縁層を形成し、前記第２絶縁層上に、前記半導体層の上面及び端面を覆い端部が該半導体層の外側に位置する光吸収層を形成し、
パルス光を照射して、前記光吸収層を選択的に加熱して、前記半導体層及び前記絶縁層の熱処理を行い、
前記光吸収層上に金属層を形成した後エッチング加工して、前記半導体層と重畳するゲート電極を形成する各段階を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
ガラス基板上に、島状に分割した半導体層を形成し、前記半導体層上に絶縁層を介して、該半導体層の全面と重なり且つ端部が外側に位置する光吸収層を形成し、
パルス光を複数回照射して、前記光吸収層を選択的に加熱して、前記半導体層及び前記絶縁層の熱処理を行う工程を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
パルス光源から放射されるパルス光の透過率が７０％以上であるガラス基板上に、島状に分割した半導体層を形成し、前記半導体層上に絶縁層を介して、該半導体層の全面と重なり且つ端部が外側に位置して前記パルス光の透過率が７０％以下である光吸収層を形成し、
前記パルス光の複数回の照射により、前記光吸収層を選択的に加熱して、前記半導体層及び前記絶縁層の熱処理を行う工程を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項において、前記光吸収層は金属窒化物で形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれか一項において、前記パルス光が、可干渉性の光であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１１】
請求項１乃至８のいずれか一項において、前記パルス光が、パルス幅１０〜１００ナノ秒の可干渉性の光であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
請求項１乃至８のいずれか一項において、前記パルス光が、１〜１００マイクロ秒の非可干渉性の光であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１３】
請求項１乃至８のいずれか一項において、前記パルス光は、パルスレーザー発振器を光源とすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】
請求項１乃至８のいずれか一項において、前記パルス光は、キセノンフラッシュランプを光源とすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１５】
絶縁表面を有するガラス基板上に、一辺の長さが前記ガラス基板の厚さと同じ又はそれ以下であるようにパターン形成された光吸収層と、前記ガラス基板と前記光吸収層との間に、該光吸収層の内側に位置する被熱処理物を設け、
パルス光を照射して、前記光吸収層を選択的に加熱して、前記被処理物の熱処理を行うことを特徴とする熱処理方法。
【請求項１６】
パルス光源から放射されるパルス光の透過率が７０％以上であるガラス基板上に、一辺の長さが前記ガラス基板の厚さと同じ又はそれ以下であるようにパターン形成され前記パルス光の透過率が７０％以下である光吸収層と、前記ガラス基板と前記光吸収層との間に、該光吸収層の内側に位置する被熱処理物を設け、
前記パルス光の照射により、前記光吸収層が形成された領域を選択的に加熱して、前記被熱処理物の熱処理を行う工程を含むことを特徴とする熱処理方法。
【請求項１７】
請求項１５又は１６において、前記光吸収層は金属窒化物で形成することを特徴とする熱処理方法。
【請求項１８】
請求項１５又は１６において、前記パルス光が、可干渉性の光であることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１９】
請求項１５又は１６において、前記パルス光が、パルス幅１０〜１００ナノ秒の可干渉性の光であることを特徴とする熱処理方法。
【請求項２０】
請求項１５又は１６において、前記パルス光が、１〜１００マイクロ秒の非可干渉性の光であることを特徴とする熱処理方法。
【請求項２１】
請求項１５又は１６において、前記パルス光は、パルスレーザー発振器を光源とすることを特徴とする熱処理方法。
【請求項２２】
請求項１５又は１６において、前記パルス光は、キセノンフラッシュランプを光源とすることを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁表面を有する基板上に半導体層及び絶縁層を積層形成して成る半導体素子を備えた半導体装置の作製方法に関し、ガラスなど熱的に脆い素材を基板とする半導体装置の作製方法に有効な技術に関する。
また、本発明は、パルス光を照射して行う熱処理方法に関し、ガラスなど熱的に脆い素材を基板に用いる熱処理に有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスを基板として、レーザーアニールで結晶化した多結晶シリコンを用いて薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）を作製する技術が開発されている。この用途におけるガラス基板の材質は、歪み点が７００℃以下であるバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノシリケートガラスなどが使われている。従って、ＴＦＴの製造プロセスで許容される最高温度は、ガラス基板が変形しない歪み点以下の温度である。また、シリコンの結晶化及びシリコンに添加したドナー又はアクセプタ不純物の活性化処理として、レーザーアニールや瞬間熱アニール（Ｒａｐｉｄ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ａｎｎｅａｌ：ＲＴＡ）技術の重要性が高まっている。ＲＴＡは数マイクロ秒〜数十秒の期間に瞬間的に加熱する熱処理技術であり、ハロゲンランプなどから輻射される可視光域から赤外域の波長の電磁波をもってアニールするものである。
【０００３】
シリコン膜の結晶化に際しては、非晶質シリコン膜に直接レーザー光を照射して結晶化を行う場合もあるが、その他の態様として島状に形成した結晶性シリコン膜上にゲート絶縁膜を形成し、その後レーザーアニールを行うことで、シリコンの結晶性の向上のみならず、ゲート絶縁膜の物性も改善する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、ガラス基板上の多結晶シリコン膜に注入したｎ型不純物を活性化する技術として、ＲＴＡによる熱を効果的に作用させるために、ガラス基板と多結晶シリコン膜との間に形成した金属層に熱を蓄積する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
一方、半導体素子の微細化に対応して、タングステンハロゲンランプを熱源とするＲＴＡ装置よりさらに急峻な昇温が可能なガスプラズマによるフラッシュランプを熱源とするフラッシュランプアニール装置が開発され、特にゲート長が０．１μｍ以下のＭＯＳトランジスタに必須な浅い拡散領域の形成に適合するように改良が加えられている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−３２１３３５号公報（第４−５頁、第１図参照）。
【０００７】
【特許文献２】
特開２００１−１０２５８５号公報（第５−６頁、第１図参照）。
【０００８】
【特許文献３】
特開２００２−２４６３２８号公報（第４−６頁、第１図参照）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、単結晶シリコン基板に作り込むＭＯＳトランジスタの製造技術では、９００℃以上の温度でシリコンの表面を酸化して形成する熱酸化膜が有効に利用されている。一方、前述のガラス基板は、５００℃以上の温度で熱処理すると、少なくとも数十ｐｐｍ以上の割合で基板が収縮するので、光露光工程でつかうマスクパターンを熱処理前後で重ね合わせることができなくなってしまう。すなわち、半導体層とゲート電極の重ね合わせやコンタクトホールの相対的な位置がずれてしまい、当初設計した寸法でＴＦＴを完成させることができなくなってしまう。その影響はマスクの設計ルール（デザインルール）がサブミクロンレベルになるにつれ顕在化する。
【００１０】
従って、ＴＦＴの主要部であるゲート絶縁膜にしても、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法のように化学的又は物理的な現象を利用して被膜を堆積しながら形成する技術が採用されている。
【００１１】
しかし、シリコンを９００℃以上の温度で酸化する清浄な熱酸化膜と異なり、所詮４００℃以下の温度で堆積形成する酸化シリコン膜や窒化シリコン膜では、固定電荷や界面準位密度の影響が露呈し、しきい値電圧の変動やゲートリークを低減することは実質的に不可能であった。また、集積回路の微細化に対しては、ゲート絶縁膜の厚さを維持したままＴＦＴの平面的寸法のみを小さくしても、特性のばらつきが大きくなり、ＴＦＴの駆動能力も向上しないので、結局はそれを使った装置の高性能化を実現することが不可能である。よって、スケーリング則に基づくゲート絶縁膜の薄膜化が必要となる。
【００１２】
熱処理による膜質の改質は、それが熱活性化型の反応であれば、より高温でその効果を発現させることができる。レーザーアニールは高エネルギー密度に光を極短時間照射して、そのレーザー光を吸収する部位を瞬間的に高温に加熱することが可能であるが、その反面、レーザー光を吸収しない部位にはその熱的作用を有効に与えることができない。すなわち、ガラス基板上のシリコン膜の結晶化は可能であるが、その時にガラス基板には熱的損傷を殆ど与えることはない。
【００１３】
しかし、上記特許文献２であるように、ガラス基板と多結晶シリコン膜との間に形成した金属膜で熱を蓄積する方法では素子の形状に制限を受けてしまい、本当に加熱が必要な部位に効果的な熱処理を行うことが出来ない。例えば、半導体層上に形成したゲート絶縁膜の熱処理による改質を効果的に行うことが不可能である。
【００１４】
また、同様に上記特許文献１であるように、結晶性シリコン膜上にゲート絶縁膜を形成した後にレーザーアニールを行う方法では、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）のように短波長の紫外線レーザーが必要となり、レーザー発振器に種類が限定されてしまう。さらに、照射するレーザー光に対する吸収係数が異なる膜が積層された形態では、その両者のバランスをとって適切なレーザーアニール条件を設定するのは困難である。
【００１５】
本発明は、上記問題点を鑑みなされたものであり、ガラスなど熱的に脆弱な基板上に半導体膜や絶縁膜を積層形成するトランジスタに対し、熱処理による基板の収縮の影響を無くして、その上で緻密で高品質の絶縁膜を形成する技術、並びにそれを用いて高性能で高信頼性を実現する半導体装置を適用することを目的とする。また、別には、優れた絶縁層を用いたトランジスタを構成素子とする大面積集積回路を有する半導体装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、ガラスなど熱的に脆弱な基板を用いて、その上に半導体膜や絶縁膜を積層して形成する薄膜素子を形成する工程において必要となる熱処理を、該基板に熱的な損傷を与えることなく行うために、薄膜素子が形成される基板の特定部分に、パルス光の吸収が可能な光吸収層を局所的に形成して熱処理を行うものである。この光吸収層と基板との間に、半導体層や絶縁層を介在させておくと、光吸収層と重畳する部位が選択的に高温に加熱されて熱処理を行うことができる。本発明において適用する基板は、パルス光の吸収率が低く加熱されにくい素材が適用され、当該基板の主表面上にパルスレーザー光を吸収する被膜を局所的に設けて、当該被膜からの伝導加熱により、対象とする構造物を加熱して熱処理を行うものである。
【００１７】
すなわち、光吸収層は可干渉性又は非可干渉性のパルス光を吸収して温度が上昇し、その熱を伝導加熱により半導体層や絶縁層を加熱するものである。光吸収層を基板上に局所的に形成しておくことで、基板全体が高温に加熱されることがないので、基板の熱的なダメージ（そりや収縮など熱履歴に伴う変化）を低減することができる。
【００１８】
本発明は、紫外域〜赤外域の波長帯にあるパルス光を光吸収層に照射してそれを加熱し、熱伝導加熱により当該パルスレーザー光の吸収率が低い酸化シリコン膜や窒化シリコン膜、及びその積層体の熱処理を効果的に行うものである。また、該絶縁膜又はその積層体と半導体層とを重ね合わせた構造において、半導体層に形成した不純物領域の活性化を行うものである。
【００１９】
このような本発明の要旨に基づく半導体装置の作製方法は、以下に示す構成を包含することができる。
【００２０】
パルス光を照射する熱処理工程を含む半導体装置の作製方法であって、ガラス基板上で島状に分離形成されたパルス光を吸収可能な光吸収層を形成し、ガラス基板と光吸収層との間に、半導体層と、該半導体層と重なる絶縁層とを形成し、パルス光の照射により光吸収層が形成された領域を選択的に加熱して、半導体層及び前記絶縁層の熱処理を行う工程を含む半導体装置の作製方法である。
この発明の構成において、加熱を目的として照射するパルス光の透過率が７０％以上のガラス基板上に、該パルス光の透過率が７０％以下である光吸収層を島状に分離して形成することで、該光吸収層を形成した部位を選択的に加熱することができる。
【００２１】
絶縁表面を有するガラス基板上に、一辺の長さが前記ガラス基板の厚さと同じ又はそれ以下であるように島状に形成された光吸収層と、ガラス基板と前記光吸収層との間に、半導体層と、該半導体層と重なる絶縁層とを形成し、パルス光の照射により前記光吸収層が形成された領域を選択的に加熱して、半導体層及び前記絶縁層の熱処理を行う工程を含む半導体装置の作製方法である。
この発明の構成において、加熱を目的として照射するパルス光の透過率が７０％以上のガラス基板上に、該パルス光の透過率が７０％以下である光吸収層を島状に分離して形成することで、該光吸収層を形成した部位を選択的に加熱することができる。
【００２２】
絶縁表面を有するガラス基板上に、島状に分割した半導体層を形成し、半導体層上に絶縁層を介して、該半導体層の全面と重なり且つ端部が外側に位置する光吸収層を形成し、パルス光を照射して、光吸収層が形成された領域を選択的に加熱して半導体層及び前記絶縁層の熱処理を行う工程を含む半導体装置の作製方法である。
ガラス基板と半導体層との間には、熱処理時にガラス基板側からの不純物拡散で汚染されないように絶縁層を介在させても良い。また、光吸収層上に金属層を形成した後エッチング加工して、半導体層と重畳するゲート電極を形成する工程としても良い。
ガラス基板の温度を上昇させることなく、熱処理時間を実質的に延長するには、パルス光を複数回照射すれば良い。
この発明の構成において、加熱を目的として照射するパルス光の透過率が７０％以上のガラス基板上に、該パルス光の透過率が７０％以下である光吸収層を島状に分離して形成することで、該光吸収層を形成した部位を選択的に加熱することができる。
【００２３】
上記発明の構成において、前記光吸収層は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）又はクロム（Ｃｒ）の高融点金属、或いは、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）又は窒化タングステン（ＷＮ）の金属窒化物、或いは、タングステンシリサイド（ＷＳｉ２）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ２）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉ２）、タンタルシリサイド（ＴａＳｉ２）、クロムシリサイド（ＣｒＳｉ２）、コバルトシリサイド（ＣｏＳｉ２）又は白金シリサイド（ＰｔＳｉ２）シリサイドで形成する。これらの材料を用い、１０〜５０ｎｍ、好ましくは２０〜４０ｎｍの厚さの膜は紫外域から赤外域までの波長域のパルス光の透過率が７０％以下であり、同じ波長域の非可干渉性の電磁波の透過率が７０％以上のガラス基板と組み合わせることにより、当該吸収率の高い膜を形成した領域を選択的に加熱することができる。
【００２４】
上記発明の構成において、パルス光は、可干渉性の光又は非可干渉性の光である。代表的には、パルス幅１０〜１００ナノ秒の可干渉性の光、又は１〜１００マイクロ秒の非可干渉性の光である。すなわち、パルス光の光源は、気体レーザー又は固体レーザーとする可干渉性の光を供給するものであるか、キセノンフラッシュランプとする非可干渉性の光を供給するものであるかを、適宜選択することができる。
【００２５】
上記した本発明の要旨に基づく本発明の熱処理方法は、以下に示す構成を包含することができる。
【００２６】
絶縁表面を有するガラス基板上に、一辺の長さが前記ガラス基板の厚さと同じ又はそれ以下であるようにパターン形成された光吸収層と、ガラス基板と前記光吸収層との間に該光吸収層の内側に位置する被熱処理物を設け、パルス光を照射して光吸収層が形成された領域を選択的に加熱して、被処理物の熱処理を行う熱処理方法である。
この発明の構成において、加熱を目的として照射するパルス光の透過率が７０％以上のガラス基板上に、該パルス光の透過率が７０％以下である光吸収層を島状に分離して形成することで、該光吸収層を形成した部位を選択的に加熱することができる。
【００２７】
上記発明の構成において、前記光吸収層は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）又はクロム（Ｃｒ）の高融点金属、或いは、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）又は窒化タングステン（ＷＮ）の金属窒化物、或いは、タングステンシリサイド（ＷＳｉ２）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ２）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉ２）、タンタルシリサイド（ＴａＳｉ２）、クロムシリサイド（ＣｒＳｉ２）、コバルトシリサイド（ＣｏＳｉ２）又は白金シリサイド（ＰｔＳｉ２）シリサイドで形成する。これらの材料を用い、１０〜５０ｎｍ、好ましくは２０〜４０ｎｍの厚さの膜は紫外域から赤外域までの波長域のパルス光の透過率が７０％以下であり、同じ波長域の非可干渉性の電磁波の透過率が７０％以上のガラス基板と組み合わせることにより、当該吸収率の高い膜を形成した領域を選択的に加熱することができる。すなわち、ガラス基板上における熱処理の必要な領域のみを選択的に加熱することができる。この構成により、熱処理温度はガラス基板の歪み点以上の温度（吸収率の高い膜領域において）で行うことができ、熱処理効果を高めることができる。
【００２８】
上記発明の構成において、パルス光は、可干渉性の光又は非可干渉性の光である。代表的には、パルス幅１０〜１００ナノ秒の可干渉性の光、又は１〜１００マイクロ秒の非可干渉性の光である。すなわち、パルス光の光源は、気体レーザー又は固体レーザーとする可干渉性の光を供給するものであるか、キセノンフラッシュランプとする非可干渉性の光を供給するものであるか、適宜選択することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００３０】
本発明は基板上に半導体、絶縁体又は導電体の薄膜を適宜積層して形成する薄膜素子において、その作製工程において必要となる熱処理の効果を有効に発現させるものである。特に本発明は、歪み点温度が７００℃以下であるガラスなど熱的に脆い基板を用いてＴＦＴに代表される薄膜素子を形成する工程において必要とする熱処理を該基板に熱的な損傷を与えることなく行うために、基板上であって当該薄膜素子を形成する特定部位を選択的に加熱するものである。そのために、紫外域〜赤外域の波長帯にある可干渉性又は非可干渉性のパルス光を照射して、その部位の温度を上昇させることが可能な被膜を局所的に形成して熱処理を行うものである。紫外域〜赤外域の波長帯にある可干渉性又は非可干渉性のパルス光を供給する光源は、レーザー発振器、キセノンフラッシュランプなどのランプ光源である。レーザー発振器は、パルス幅１０〜１００ナノ秒のパルス幅で発振する気体レーザー発振器又は固体レーザー発振器であり、フラッシュランプ励起又はダイオード励起のＣｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３などの結晶を使ったレーザー発振器を適用する。
【００３１】
この紫外域〜赤外域までの波長帯の可干渉性又は非可干渉性のパルス光を、放射する光源を用いる熱処理方法と、該波長帯のパルス光の透過率が７０％以上の基板上に、該パルス光の透過率が７０％以下でありそれを吸収する光吸収層との組み合わせは、基板上に形成された半導体膜や絶縁膜の特定領域を対象とした局所的な熱処理を可能としている。
【００３２】
本発明において適用される基板は可視光域の光に対して透明な物質であり、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノシリケートガラスなど無アルカリガラスと呼ばれ市販されているガラス基板が含まれている。また、石英やサファイアなどを基板として用いても良い。これらの基板は、可視光域から赤外域までの波長域の非可干渉性の光の透過率が７０％以上、好ましくは８０％以上の特性を有している。
【００３３】
光吸収層としてはモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）などの高融点金属、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）などの金属窒化物、タングステンシリサイド（ＷＳｉ２）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ２）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉ２）、タンタルシリサイド（ＴａＳｉ２）、クロムシリサイド（ＣｒＳｉ２）、コバルトシリサイド（ＣｏＳｉ２）、白金シリサイド（ＰｔＳｉ２）などのシリサイドである。また、リンやボロンをドーピングした多結晶シリコンを用いても良い。
【００３４】
図３は光吸収層に用いるタングステン（Ｗ）（厚さ５０ｎｍ）、チタン（Ｔｉ）（厚さ５０ｎｍ）、窒化チタン（ＴｉＮ）（厚さ５０ｎｍ）、窒化タンタル（ＴａＮ）（厚さ３０ｎｍ）の透過率と反射率を示すグラフである。これらの金属又は金属窒化物は、３００〜８００ｎｍの波長帯で透過率が７０％以下であり、また反射率が２０％以下である。一方、図４はアルミノシリケートを素材とする厚さ０．７ｍｍのガラス基板の透過率と反射率であり、３５０〜８００ｎｍの波長帯で透過率が７０％以上、４００〜８００ｎｍでは９０％以上の透過率を有している。図３と図４を対比して明らかなように、照射するパルス光に対して、その波長で吸収体となる性質を有する光吸収層を、当該スペクトルに対し透明な基板上に部分的に形成することで、光吸収層に選択的に光を吸収させ、局所的な加熱をすることができる。
【００３５】
図１は局所加熱方式で行う本発明に係る熱処理の詳細を説明するものである。図１（Ａ）は断面構造を示し、第１絶縁層１０２、島状に形成された半導体層１０３、第２絶縁層１０４、１０５、光吸収層１０６が形成された基板１０１を、パルス光１０７の照射で熱処理をする形態を示している。パルス光１０７の光源は、上記半導体層１０３や光吸収層１０６などが形成された基板１０１の表面に対向して配置されており、パルス光１０７は、そのほぼ全面を照射する。なお、パルス光は基板１０１側（光吸収層１０６が形成されていない側）から照射しても良いし、両面から照射しても良い。
【００３６】
光吸収層１０６は半導体層１０３を覆い、その端部は半導体層１０３の端部の外側に位置するように形成する。光吸収層１０６が形成された領域と、そうでない領域とで上昇する温度は異なり、熱ストレスはその境界部１０８に集中する。この部位に半導体層１０３を配置しないことで熱ストレスによる歪みを無くしている。図１（Ｂ）は上面図であり、半導体層１０３上に形成する光吸収層１０６が張り出す長さｘとｙは１〜５μｍ、好ましくは２〜３μｍである。
【００３７】
半導体層１０３と同様に島状に形成する光吸収層１０６は、局所的に設けてその領域が選択的に加熱されるようにしている。特に、レーザー発振器を光源とするパルス光は、レンズなどで集光し基板１０１の限られた領域のみを照射することができるので、光吸収層１０６を島状に分割形成することで、熱が周辺に拡散するのを防ぐことができる。また、キセノンフラッシュランプなどで、基板１０１の全面に渡ってパルス光を照射する場合には、熱ストレスにより基板１０１の全体が歪んでしまうのを防いでいる。その効果を有利に発現させるためには、一つの島状に形成された光吸収層１０６の一辺の長さは基板１０１の板厚と同程度かそれ以下とする。特に好ましくは一辺が基板の板厚の１／５以下とする。光吸収層１０６の一辺の長さがそれ以上となると、基板を歪ませる力が優位となり、基板を変形させることになってしまうためである。
【００３８】
光吸収層１０６は熱処理後に全体を除去しても良いし、熱処理後にエッチング加工して配線や電極部材の一部としても良い。図２（Ａ）（Ｂ）は光吸収層１０６の一部を残存させてゲート電極の一部とするものである。当初の光吸収層１０６をエッチング加工で端部を後退させ所定の形状とする。加工された光吸収層１０９はそれをゲート電極としても良いし、その上に第２光吸収層１１０を形成して、全体としてはトップハット型のゲート電極を形成しても良い。
【００３９】
光吸収層１０９、１１０で成るトップハット型のゲート電極は、その特徴的な形状を利用してゲートオーバーラップＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ　Ｄｏｐｅｄ　Ｄｒａｉｎ：低濃度ドレイン）構造のＴＦＴを形成することができる。これは、光吸収層１０９の厚さと第２光吸収層１１０の厚さを異ならせて後者を厚くすることにより、イオンの阻止能を持たせて光吸収層１０９とオーバーラップをする不純物領域１１１を形成することで実現する。図２（Ｂ）はこの構造の上面図であり、光吸収層１０９と第２光吸収層１１０とで形成されるゲート電極において、チャネル長（ゲート長）（Ｌｉ）は第２光吸収層１１０の長さで確定され、ゲートオーバーラップＬＤＤの長さ（Ｌｏｖ）は光吸収層１０９の突出部の長さがこれに相当する。
【００４０】
本発明の好ましい態様としてゲート絶縁膜には、シリコンをターゲットとして、酸素又は酸素と希ガスを含む雰囲気中で高周波電力を印加してスパッタリング法により形成する酸化シリコン膜と、窒素又は窒素と希ガスを含む雰囲気中で高周波電力を印加してスパッタリング法により形成する窒化シリコン膜との積層体を用いる。当該積層体は４００℃以下、好ましくは３００℃以下の基板加熱温度で堆積形成するものであり、成膜後の熱処理により積層界面欠陥密度や膜中欠陥密度及び歪みなどを低減させることが有効である。熱処理においては図１に示すように基板１０１の特定部位に局所的に光吸収層を設けて、パルス幅１０〜１００ナノ秒の可干渉性のパルス光、又は１〜１００マイクロ秒の非可干渉性のパルス光を、１回又は複数回照射して熱処理を行う。
【００４１】
高周波スパッタリングにより、シリコンをターゲットとして酸化シリコン及び窒化シリコン膜を形成する場合、酸化シリコン膜の主要な成膜条件としては、ターゲットにシリコンを用い、酸素又は酸素と希ガスをスパッタガスとして用いる。窒化シリコン膜も同様にシリコンターゲットを用い、窒素又は窒素と希ガスをスパッタガスとして用いる。印加する高周波電力の周波数は、典型的には１３．５６ＭＨｚであるが、それより高い２７〜１２０ＭＨｚの周波数を適用しても良い。周波数の増加に従って成膜の機構はより化学的反応が優先的となり、緻密で下地へのダメージが少ない膜形成が期待できる。スパッタガスとして用いる希ガスは、基板を加熱するためのガスとして基板の裏側から導入して用いる場合もある。基板の加熱温度は、特に加熱をせず室温の状態で成膜をしても良いが、下地との密着性をより高めるには１００〜３００℃、好ましくは１５０〜２００℃で加熱をすると良好な密着性が得られる。
【００４２】
本発明が適用するスパッタリング法は、酸素と希ガス又は窒素と希ガスとの混合比が最大で１対１となる範囲内で選択するものであり、特に酸素や窒素のラジカル種を積極的に反応に利用することで従来のイオン衝撃による物理的なスパッタリング現象による成膜メカニズムとは異なる。すなわち、ターゲット表面及び被膜堆積表面において酸素又は窒素のラジカルとシリコンとが相互に反応させることを特徴とする点で化学的な成膜メカニズムが支配的となっていると考えることができる。
【００４３】
つまり、ターゲットに高周波電力の印加によりグロー放電プラズマが形成されると、酸素又は窒素のラジカルの中で化学的に極めて活性なものは、低エネルギーでもシリコンと反応して酸化物又は窒化物を形成する。つまり、ターゲット表面に拡散した酸素又は窒素の活性なラジカルは、シリコンと反応して酸化物又は窒化物を形成する。シリコンの酸化物又は窒化物は安定であるが、ターゲット表面に希ガスイオンがシース電界で加速されて入射すると、スパッタリングされ気相中に放出される。グロー放電プラズマ中を拡散するシリコンの酸化物又は窒化物は、プラズマ中でも気相反応をして一部は基板表面に達する。そこでシリコンの酸化物又は窒化物は表面反応して被膜が形成される。表面反応においてもプラズマ電位と接地電位との電位差により加速されて入射するイオン種の援助が作用していると考えられる。
【００４４】
このような成膜機構は、供給する酸素や窒素よりも希ガスの混合割合を高めてしまうと、希ガスイオンによるスパッタリングが支配的となり（つまり物理的なスパッタリングが支配的となり）実現することはできない。理想的には、酸素又は窒素ガスのみとすれば良いが、成膜速度が著しく低下するので、希ガスとの混合比が最大で１対１となる範囲内で選択することが好ましい。
【００４５】
勿論、確率的にはシリコンの微小な塊（クラスター）がスパッタリングされて堆積する被膜中に混入する場合もある。酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜中に取り込まれたシリコンクラスターは電荷を捕獲する欠陥となりヒステリシスを生じさせる原因となる。スパッタリングによるこの種の被膜を形成した後に行う熱処理は、この欠陥を消滅させるのに有効な手段となる。すなわち、酸素又は窒素を供給してシリコンクラスターを酸化又は窒化させることにより、電荷欠陥の生成を消滅させることができる。酸化又は窒化反応は、気相中から供給する酸素又は窒素に限定されず、膜中に含まれる過剰な酸素又は窒素と反応させても良い。
【００４６】
以上のように、本発明によれば、パルス光を照射する局所加熱方式の熱処理を、シリコンターゲットを用いた高周波スパッタリング法で形成される酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜又はその積層体でなるゲート絶縁膜の熱処理に適用することにより、基板温度が３００℃以下の温度で、熱的に脆弱なガラス基板上においても緻密で熱的及び電気的な外因性のストレスに対して安定な酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜を得ることができる。このような酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜とその積層体は、絶縁ゲート型電界効果トランジスタであり、特に熱的に脆弱なガラス基板上に形成する薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として用いると有益となる。勿論、この酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜、或いはその積層体はゲート絶縁膜に限定されず、半導体層と基板間の形成する下地絶縁膜や、配線間を絶縁する層間絶縁膜、外部からの不純物の侵入を阻止する保護膜など様々な用途に適用することができる。
【００４７】
上記本発明に係る熱処理の方法を用いた半導体装置の態様について、以下に図面を用いて詳細に説明する。
【００４８】
（第１の実施の形態）
シリコンをターゲットとして高周波スパッタリング法で形成する酸化シリコン膜と窒化シリコン膜を積層させ熱処理を行った積層体に、本発明のパルス光を照射する局所加熱アニールを加えてＴＦＴを完成させる一形態について説明する。
【００４９】
図５はガラス基板上に結晶性シリコン膜を形成する工程を示す図である。基板２０１に対し、本発明において適用することのできるものは、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、アルミノシリケートガラスなどを素材とするガラス基板が適している。例えばコーニング社製の１７３７ガラス基板（歪み点６６７℃）、旭硝子社製のＡＮ１００（歪み点６７０℃）などであり、勿論他の同様な基板であれば特段の限定はない。いずれにしても本発明においては歪み点７００℃以下のガラス基板を適用することが可能である。勿論、耐熱温度が１０００℃以上である合成石英基板を適用しても良い。
【００５０】
まず、図５（Ａ）で示すように、ガラス基板２０１上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜又は酸窒化シリコン膜（ＳｉＯｘＮｙ）等の絶縁膜から成る第１絶縁層２０２を形成する。代表的にはＳｉＨ４、ＮＨ３、及びＮ２Ｏを反応ガスとしてプラズマＣＶＤにより４００℃の基板加熱温度で成膜され窒素含有量が酸素含有量よりも多い又は同程度の第１酸窒化シリコン膜と、ＳｉＨ４、及びＮ２Ｏを反応ガスとしてプラズマＣＶＤにより４００℃の基板加熱温度で成膜され酸素含有量が窒素含有量よりも多い第２酸窒化シリコン膜を積層形成する構造である。
【００５１】
この構成において、第１酸窒化シリコン膜を高周波スパッタリング法で形成する窒化シリコン膜と置き換えても良い。当該窒化シリコン膜はナトリウム（Ｎａ）などガラス基板に微量に含まれるアルカリ金属が拡散するのを防ぐことができる。
【００５２】
ＴＦＴのチャネル部やソース及びドレイン部を形成する半導体層は、第１絶縁層２０２上に形成した非晶質シリコン膜２０３を結晶化して得る。プラズマＣＶＤ法で３００℃の基板加熱温度で成膜する非晶質シリコン膜は２０〜６０ｎｍの厚さで形成する。この膜の厚さの上限はＴＦＴのチャネル形成領域において完全空乏型として動作させるための上限値であり、この膜厚の下限値はプロセス上の制約であり、結晶性シリコン膜のエッチング工程において選択加工する場合に必要な最小値として決めている。一方、部分空乏型として動作させるには、非晶質シリコン膜は６０ｎｍ以上の厚さ（好ましくは１００〜２００ｎｍ）で形成する。また、非晶質シリコン膜に換えて、非晶質シリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ｘＧｅｘ；ｘ＝０．００１〜０．０５）膜を適用しても良い。
【００５３】
結晶化はニッケル（Ｎｉ）など半導体の結晶化に対し触媒作用のある金属元素を添加して結晶化させる。図５（Ａ）ではニッケル（Ｎｉ）含有層２０４を非晶質シリコン膜２０３上に保持させた後、輻射加熱又は伝導加熱による熱処理で結晶化を行う。例えば、ランプ光源を用いるＲＴＡ、又は加熱された気体を用いるＲＴＡ（ガスＲＴＡ）で設定加熱温度７４０℃で１８０秒のＲＴＡを行う。設定加熱温度は、基板の近くに配設した温度センサー（パイロメータ）の温度であり、その温度を熱処理時の設定温度としている。他の方法としては、ファーネスアニール炉を用いて５５０℃にて４時間の熱処理があり、これを用いても良い。結晶化温度の低温化及び時短化は触媒作用のある金属元素の作用によるものである。
【００５４】
次に、図５（Ｂ）で示すように、結晶性シリコン膜２０７に対し、更に結晶性を向上させるためパルス発振のエキシマレーザー、或いはパルス発振のＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザーなど固体レーザーの第２高調波を照射するレーザーアニールを行う。レーザーアニールでは当該レーザー発振器を光源とするレーザー光２０６を光学系にて線状に集光して照射する。
【００５５】
こうして、結晶性シリコン膜２０８を形成する（図５（Ｃ））。パルスレーザー光を照射した場合には、表面の平坦性が損なわれる場合がある。表面に形成された多数の凸状部をなくして平滑性を高めるにはオゾン水含有水溶液による酸化処理と、フッ酸含有水溶液による酸化膜除去処理を１回、好ましくは複数回繰り返すことで実現することができる。チャネル長０．３５〜２．５μｍのＴＦＴを作製するために、ゲート絶縁膜の実質的な厚さを２０〜８０ｎｍと、結晶性シリコン膜の表面の平滑性に関し、凹凸形状の最大値を１０ｎｍ以下好ましくは５ｎｍ以下にする。
【００５６】
図６で示すゲッタリングは、結晶性シリコン膜中に含まれる金属などの不純物を除去するために行う。特に、結晶化の工程で意図的に添加した触媒作用のある金属を１×１０１７／ｃｍ３以下の濃度にまで低減するのに有効である。薄膜状に形成した結晶性シリコン膜に対してゲッタリングを行うには、新たにゲッタリングサイトを形成する必要がある。図６では結晶性シリコン膜２０８上にバリア層２０９を介在させて非晶質シリコン膜２１０を形成してゲッタリングサイトとしている。非晶質シリコン膜２１０にはリンやボロンなどの不純物元素、又はＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの希ガス元素、酸素、窒素などを１×１０２０／ｃｍ３以上含ませて歪み場を形成する。好ましい形成方法として高周波スパッタリングでＡｒをスパッタガスとして非晶質シリコン膜を形成する。成膜時の基板加熱温度は任意であるが、例えば１５０℃とすれば十分である。
【００５７】
熱処理は、輻射加熱又は伝導加熱により行う。例えば、ランプを光源とするＲＴＡ、又は加熱された気体を用いるＲＴＡ（ガスＲＴＡ）で７５０℃で１８０秒のＲＴＡを行う。或いは、ファーネスアニール炉を用いて５５０℃にて４時間の熱処理を行う。この熱処理により金属元素は非晶質シリコン膜２１０側に偏析して、結果的に結晶性シリコン膜２０８の高純度化をすることができる。熱処理後、非晶質シリコン膜２１０はＮＦ３やＣＦ４を用いたドライエッチング、ＣｌＦ３によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド（化学式　（ＣＨ３）４ＮＯＨ）を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチングで除去する。またバリア層２０９はフッ酸でエッチング除去する。
【００５８】
その後、得られた結晶性シリコン膜２０８を写真蝕刻により所望の形状にエッチング処理して島状に分割する。図７（Ａ）で示す半導体層２１２はこうして形成され、ＴＦＴのチャネル領域やソース及びドレインなどを形成する主要構成部となる。この半導体層２１２に対し、しきい値電圧をプラス側にシフトさせるにはｐ型を付与する不純物元素を、マイナス側にシフトさせるにはｎ型を付与する不純物元素を添加する。
【００５９】
次いで、半導体層２１２上にゲート絶縁膜を形成する酸化シリコン膜２１３、窒化シリコン膜２１４を、シリコンをターゲットとして高周波スパッタリング法で成膜して、さらに大気に晒すことなく同一装置内でＲＴＡによる熱処理を行う。
【００６０】
スパッタリングによる成膜に先立って、半導体層２１２の表面を清浄にするためにオゾン水含有水溶液による酸化処理と、フッ酸含有水溶液による酸化膜除去処理を行い、半導体層２１２の表面をエッチングすると共に水素で表面ダングリングボンドを終端して不活性にする。その後、高周波スパッタリング法によりシリコン（Ｂドープ、１〜１０Ωｃｍ）をターゲットとして酸化シリコン膜を１０〜６０ｎｍの厚さで形成する。代表的な成膜条件は、スパッタガスにＯ２とＡｒを用いその混合比（流量比）を１対３とする。スパッタリング時の圧力０．４Ｐａ、放電電力４．１Ｗ／ｃｍ２（１３．５６ＭＨｚ）、基板加熱温度２００℃とする。この条件により半導体層と界面準位密度が低く、緻密な酸化シリコン膜２１３を形成することができる。また、酸化シリコン膜の堆積に先立って、予備加熱室１０３で減圧下の加熱処理や酸素プラズマ処理などの表面処理を行っても良い。酸素プラズマ処理により表面を酸化しておくと界面準位密度を低減させることができる。次いで、高周波スパッタリング法にて窒化シリコン膜２１４を１０〜３０ｎｍの厚さで形成する。代表的な成膜条件は、スパッタガスにＮ２とＡｒを用いその混合比（流量比）を１対１とする。スパッタリング時の圧力０．８Ｐａ、放電電力４．１Ｗ／ｃｍ２（１３．５６ＭＨｚ）基板加熱温度２００℃とする。
【００６１】
この積層構造のゲート絶縁膜は、実質的にはその薄膜化を図るのと同等の効果を得ることができる。これは酸化シリコンの比誘電率３．８に対し窒化シリコンの比誘電率は約７．５であることに由来している。半導体層の表面の平滑性に関し、凹凸形状の最大値を１０ｎｍ以下好ましくは５ｎｍ以下とし、ゲート絶縁膜において酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の２層構造とすることで、当該ゲート絶縁膜の全厚さを３０〜８０ｎｍとしてもゲートリーク電流を低減させ、２．５〜１０Ｖ、代表的には３．０〜５．５ＶでＴＦＴを駆動させることができる。
【００６２】
酸化シリコン膜２１３と窒化シリコン膜２１４の積層体を形成した後、第１光吸収層（第１導電層）２１５を形成する。第１光吸収層（第１導電層）２１５はモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）などの高融点金属、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステンなどの金属窒化物、タングステンシリサイド（ＷＳｉ２）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ２）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉ２）、タンタルシリサイド（ＴａＳｉ２）、クロムシリサイド（ＣｒＳｉ２）、コバルトシリサイド（ＣｏＳｉ２）、白金シリサイド（ＰｔＳｉ２）などのシリサイド、リンやボロンをドーピングした多結晶シリコンなどこの種の材料から選択される。
【００６３】
第１光吸収層（第１導電層）２１５の厚さは１０〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜５０ｎｍとする。第１光吸収層（第１導電層）２１５の膜厚が１０ｎｍよりも薄い場合は、照射されるパルス光を十分吸収できず、１００ｎｍよりも厚い場合には半導体層側が十分加熱されないので、上記膜厚の範囲が適用される。図１１（Ａ）はこの状態の上面図を示し、第１光吸収層（第１導電層）２１５を形成する位置は、半導体層２１２の全面と重なり且つその端部が外側に位置するように配設する。
【００６４】
図７（Ｂ）で示すように、パルスレーザー発振器を光源とするパルス光２１６を照射して局部加熱方式の熱処理を行う。エキシマレーザーの場合には、繰り返しパルス周波数５〜３００Ｈｚで、照射パルスエネルギー密度１００〜５００ｍＪ／ｃｍ２で行う。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの場合には、繰り返しパルス周波数５〜３００Ｈｚで、照射パルスエネルギー密度２００〜７００ｍＪ／ｃｍ２で行う。パルス幅は１０〜１００ナノ秒であり、照射パルス数は１〜３０回とする。パルス光２１６の照射を吸収する第１光吸収層（第１導電層）２１５が形成された領域は、基板２０１の他の領域よりも加熱され、第１光吸収層（第１導電層）２１５から伝導加熱される絶縁層２１３、２１４や半導体層２１２の局所的な加熱を可能としている。この処理により、膜中に取り込まれた微小なシリコンクラスターを酸化若しくは窒化させ、また、内部歪みを緩和して膜中欠陥密度、界面欠陥準位密度を低減させることができる。
【００６５】
その後、図７（Ｃ）で示すように、第２導電膜２１７としてタンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）から選ばれた元素又は当該金属元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料を堆積する。第１光吸収層（第１導電層）２１５と第２光吸収層（第２導電層）２１７とを加工してゲート電極を形成するが、その好ましい組み合わせは第１光吸収層（第１導電膜）２１５を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２光吸収層（第２導電層）２１７をタングステン（Ｗ）とする組み合わせ、又は、第１光吸収層（第１導電層）２１５を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２光吸収層（第２導電層）２１７をＴｉ膜とする組み合わせである。
【００６６】
次に、図８（Ａ）で示すように、ゲート電極パターンを形成するレジストマスク２２３を設けてドライエッチングにより第１エッチング処理を行う。エッチングには例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法が適用される。エッチング用ガスに限定はないが、タングステン（Ｗ）や窒化タンタル（ＴａＮ）のエッチングにはＣＦ４とＣｌ２とＯ２とを用いる。第１エッチング処理では、基板側には所定のバイアス電圧を印加して、形成される第１形状のゲート電極パターン２１８、２１９の側面に１５〜５０度の傾斜角を持たせる。エッチング条件にもよるが、第１エッチング処理によりゲート絶縁膜として形成された窒化シリコン膜２１４は、第１形状のゲート電極パターン２１８、２１９の下部において残存し、酸化シリコン膜２１３が露出する。
【００６７】
この後、第２エッチング条件に変え、エッチング用ガスにＳＦ６とＣｌ２とＯ２とを用い、基板側に印加するバイアス電圧を所定の値として、タングステン（Ｗ）膜の異方性エッチングを行う。こうして第１光吸収層（第１導電層）２１８と第２光吸収層（第２導電層）２２５の２層構造から成るゲート電極を形成する（図８（Ｂ））。
【００６８】
なお、図８（Ａ）〜（Ｂ）の工程において、配線２２０及び２２６は第２光吸収層（第２導電層）と同一層で形成されるものであり、図１１（Ｂ）〜（Ｃ）の上面図と対比して明らかなようにゲート電極と連続して形成することもできる。ここで、図１１（Ｂ）及び図１１（Ｃ）に示す点線における断面図は、それぞれ図８（Ａ）及び図８（Ｂ）となる。ただし、第２光吸収層上のレジストマスクは、説明のため省略してある。
【００６９】
ゲート電極は第１光吸収層（第１導電層）２１８と第２光吸収層（第２導電層）２２５との積層構造体であり、断面形状で表すと第１光吸収層（第１導電層）２１８が庇のように突出した構造（トップハット型）を有している。その後、図８（Ｃ）で示すようにドーピング処理を行う。価電子制御用の不純物イオンを電界で加速して注入するドーピング法では、イオンの加速電圧を適宜調節することにより半導体層２１２に形成する不純物領域の濃度を異ならせることも可能である。すなわち、第１光吸収層（第１導電層）２１８の庇部を透過するように高加速電圧で一導電型の不純物イオンを注入して、ゲート電極とオーバーラップする第１不純物領域２２７を形成し、その後、図８（Ｄ）で示すように、第１光吸収層（第１導電層）２１８の庇部を不純物イオンが透過しない低加速電圧で一導電型のイオンを注入して第２不純物領域２２８を形成する。このようなドーピング方法により所謂ゲートオーバーラップＬＤＤ構造のＴＦＴを形成することができる。
【００７０】
一導電型の不純物として、ｎ型不純物（ドナー）であればリン又はヒ素などの周期律１５族元素であり、ｐ型不純物（アクセプタ）であればボロンなどの周期律１３族元素である。これらの不純物を適宜選択することによりｎチャネル型又はｐチャネル型のＴＦＴを作製することができる。また、ｎチャネル型とｐチャネル型のＴＦＴを同一基板上に作り込むことも、ドーピング用のマスクパターンを追加するのみで容易に実施することができる。
【００７１】
ソース及びドレインを形成する第２不純物領域２２８、ＬＤＤを形成する第１不純物領域２２７の活性化はパルスレーザー又は連続発振レーザー２２９を照射するレーザーアニールで行う（図８（Ｅ））。５００℃以上に加熱するファーネスアニールで活性化をすることも可能であるが、ゲートの位置が確定した後では、基板２０１が熱により収縮して後の工程でのマスクの位置合わせに支障を来さないために、この段階では基板２０１を加熱することなく活性化が可能なレーザーアニールやフラッシュランプアニールが適している。特にチャネル長が０．３〜１．５μｍで加工するためには極短時間で熱処理を済ませ、チャネル長が設計値通りとなるようにソース及びドレインからの不純物拡散を防ぐことが肝要である。
【００７２】
そして、図９（Ａ）に示すように第３絶縁層２３０に水素を含有する酸窒化シリコン膜をＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３、Ｈ２の混合ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により基板加熱温度３２５℃で形成する。膜厚は５０〜２００ｎｍの厚さとし、その後、窒素雰囲気中で４１０℃の加熱処理により半導体層の水素化を行う。
【００７３】
その後、第３絶縁層２３０にコンタクトホールを形成し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどを用いて配線２３１を適宜形成する。配線構造の一例は、膜厚５０〜２５０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚３００〜５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜を用いる（図９（Ｂ））。
【００７４】
本実施の形態の工程によれば、ＴＦＴのゲート部を形成する工程において必要とされる熱処理で、半導体層が形成された部分は均一に加熱されるが、他の部分はさほど加熱されず、ガラス基板の収縮がないことから、ゲート部まわりの寸法精度が確保され、チャネル長０．３〜１．５μｍのＴＦＴをガラス基板上に形成することを可能とする。
【００７５】
こうして、ゲートオーバーラップＬＤＤ構造のＴＦＴを完成させることができる。シリコンをターゲットとして高周波スパッタリング法で作製する酸化シリコン膜と窒化シリコン膜を積層させ、パターン形成した光吸収層を用いて局所的に加熱する熱処理を行った積層体をＴＦＴのゲート絶縁膜に適用することにより、しきい値電圧やサブスレッショルド特性の変動が少ないＴＦＴを得ることができる。すなわち、水素を含有せず、熱処理により固定電荷などを含まない緻密な酸化シリコン膜又は酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層体でゲート絶縁膜を形成することが可能であり、ＴＦＴの特性安定化に寄与することができる。
【００７６】
また、本実施の形態によればゲート電極に接続するゲート配線は、第２光吸収層（第２導電層）で形成するので、配線幅を自由に設定することができ（下層の光吸収層による庇が存在しない）、配線の高密度化を実現することができる。
【００７７】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態と同様にして、図９（Ａ）で示す水素化の工程までを行う。その後、図１０（Ａ）で示すように第３絶縁層２３０上に、第４絶縁層２３２を高周波スパッタリング法でシリコンをターゲットとして形成される窒化シリコン膜で形成する。この窒化シリコン膜はバリア性に優れ、酸素や空気中の水分をはじめナトリウムなどのイオン性の不純物の侵入を阻止するブロッキング作用を得ることができる。
【００７８】
さらにアクリル又はポリイミドなどを主成分とする感光性又は非感光性の有機樹脂材料で第５絶縁層２３３を形成する。Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどの導電性材料で形成する配線２３４は第３〜第５絶縁層に形成したコンタクトホールに合わせて設ける。第５絶縁膜を有機樹脂材料で形成することで配線間容量が低減し、又表面が平滑化されるため、この層上で配線の高密度化を実現することができる。
【００７９】
（第３の実施の形態）
本実施の形態は、第１の実施の形態と異なる工程でゲートオーバーラップＬＤＤ構造のＴＦＴを作製する態様について示す。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同じものを指す符号は共通して用い、簡単のためその部位の説明は省略する。
【００８０】
図１４（Ａ）は基板２０１上に第１絶縁層２０２と半導体層２１２を形成し、その上にマスク２４０を形成した後、ドーピング処理を行い、第１不純物領域２４１の形成を行う。
【００８１】
マスク２４０を剥離して、オゾン水とフッ酸を交互に用いたサイクル洗浄やＵＶ（紫外線）オゾン処理で有機物汚染を除去して清浄表面を形成した後、酸化シリコン膜２１３、窒化シリコン膜２１４、光吸収層２１５を形成する。
【００８２】
この段階で図１４（Ｂ）に示すように、局所加熱方式の熱処理を行っても良い。パルスレーザー発振器を光源とするパルス光２１６を照射して局部加熱方式の熱処理を行う。エキシマレーザーの場合には、繰り返しパルス周波数５〜３００Ｈｚで、照射パルスエネルギー密度１００〜５００ｍＪ／ｃｍ２で行う。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの場合には、繰り返しパルス周波数５〜３００Ｈｚで、照射パルスエネルギー密度２００〜７００ｍＪ／ｃｍ２で行う。パルス幅は１０〜１００ナノ秒であり、照射パルス数は１〜３０回とする。パルス光２１６の照射を吸収する光吸収層２１５が形成された領域は、基板２０１の他の領域よりも加熱され、光吸収層（第１導電層）２１５から伝導加熱される絶縁層２１３、２１４や半導体層２１２の局所的な加熱を可能としている。この熱処理により、膜中に取り込まれた微小なシリコンクラスターを酸化若しくは窒化させ、また、内部歪みを緩和して膜中欠陥密度、界面欠陥準位密度を低減させることができる。また、第１不純物領域２４１にドーピングした不純物の活性化をすることができる。さらに、第１不純物領域２４１とチャネル形成領域２４２との接合特性を向上させることができる。
なお、この段階での熱処理は省略して、図１５（Ｂ）で示す段階で局所加熱の熱処理を行っても良い。
【００８３】
その後、第２導電層２１７をチタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）などの材料で１００〜５００ｎｍの厚さで形成する（図１４（Ｃ））。
【００８４】
第２導電層２４３はゲート電極のパターンに形成され、その位置は、マスク２４０を形成した位置に対応して形成し、第１不純物領域２４１と重畳させることでゲートオーバーラップ構造をこの段階で作り込む（図１４（Ｄ））。
【００８５】
次いで、図１５（Ａ）で示すように、光吸収層（第１導電層）２１５を残存させた状態で、第２導電層２４３をマスクとしてドーピング処理を行い第２不純物領域２４４を形成する。
【００８６】
その後、図１５（Ｂ）で示すように第１不純物領域２４５、第２不純物領域２４４の活性化とゲート絶縁膜の改質を目的とした局所加熱の熱処理を行っても良い。この段階で熱処理を行えば、光吸収層（第１導電層）２１５がパルス光を吸収して局所的な加熱をすることができる。この熱処理によりゲート絶縁膜の改質と第１不純物領域２４５、第２不純物領域２４４の活性化を同時に行うことができる。
【００８７】
その後、光吸収層（第１導電層）２４３のエッチングして、光吸収層（第１導電層）２４６と第２光吸収層（第２導電層）２４３とから成るゲート電極を形成する（図１５（Ｃ））。
【００８８】
以降の工程は、第１の実施の形態と同様に行えば、ＴＦＴを完成させることができる。本実施の形態によれば、ゲート絶縁膜の改質のみでなく、光吸収層を半導体層に形成した不純物領域に重畳させてパルス光を照射することにより、当該不純物領域の活性化が促進され、より低抵抗化を図ることができる。
【００８９】
（第４の実施の形態）
本実施の形態は、第３の実施の形態と異なる工程でゲートオーバーラップＬＤＤ構造のＴＦＴを作製する態様について示す。なお、以下の説明において、第３の実施の形態と同じものを指す符号は共通して用い、簡単のためその部位の説明は省略する。
【００９０】
最初に、第１の実施の形態と同様にして、図７（Ｃ）に示す工程まで行う。そして、第２導電層２１７をエッチングしてゲート電極の形状に加工する。その後、図１２（Ａ）に示すように第２導電層２５０をドーピング時のマスクとして用い、第１光吸収層（第１導電層）２１５を通して一導電型の不純物が添加された第１不純物領域２４１を自己整合的に形成する。
【００９１】
次に、第１光吸収層（第１導電層）２１５、第２光吸収層（第２導電層）２５０上に酸化シリコン膜などの絶縁層を形成し、異方性エッチングによりサイドスペーサ２５１を形成する。このサイドスペーサ２５１と第２光吸収層（第２導電層）２５０をドーピング時のマスクとして用い、第１光吸収層（第１導電層）２１５を通して一導電型の不純物が添加された第２不純物領域２４４を自己整合的に形成する（図１２（Ｂ））。
【００９２】
第１不純物領域２４５及び第２不純物領域２４４を形成した後、局所加熱方式の熱処理を行う（図１２（Ｃ））。熱処理は、パルスレーザー発振器を光源とするパルス光２１６を照射して局部加熱方式の熱処理を行う。エキシマレーザーの場合には、繰り返しパルス周波数５〜３００Ｈｚで、照射パルスエネルギー密度１００〜５００ｍＪ／ｃｍ２で行う。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの場合には、繰り返しパルス周波数５〜３００Ｈｚで、照射パルスエネルギー密度２００〜７００ｍＪ／ｃｍ２で行う。パルス幅は１０〜１００ナノ秒であり、照射パルス数は１〜３０回とする。パルス光２１６の照射を吸収する第１光吸収層（第１導電層）２１５が形成された領域は、基板２０１の他の領域よりも加熱され、第１光吸収層（第１導電層）２１５から伝導加熱される絶縁層２１３、２１４や半導体層２１２の局所的な加熱を可能としている。この熱処理により、第１不純物領域２４５、第２不純物領域２４４にドーピングした不純物の活性化をすることができる。さらに、第１不純物領域２４１とチャネル形成領域２４２との接合特性を向上させることができる。
【００９３】
その後、第１光吸収層（第１導電層）２１５をエッチングして、第１光吸収層（第１導電層）２５０と第２光吸収層（第２導電層）２４６から成るゲート電極を形成する（図１２（Ｄ））。
【００９４】
以降の工程は、第１の実施の形態と同様に行えば、ＴＦＴを完成させることができる。本実施の形態によれば、ゲート電極とオーバーラップする第１不純物領域の幅（チャネル長方向の幅）をサイドスペーサを用いて制御するので、特にチャネル長が１μｍ以下のＴＦＴに適している。本発明の局所加熱方式の熱処理により、短チャネル化しても、形成した不純物領域から不純物がチャネル部に拡散して、設計値以上に短チャネル化するというプロセス上の不具合を解決でき、光吸収層を半導体層に形成した不純物領域に重畳させてパルス光を照射することにより、当該不純物領域の活性化が促進され、より低抵抗化を図ることができる。
【００９５】
（第５の実施の形態）
第１の実施に形態において、図５（Ｂ）で示す結晶性シリコン膜２０７が得られた後に、図１３で示すように、連続発振型の固体レーザーとして、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３などの結晶を使ったレーザー発振器を適用する。当該レーザー発振器における基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることが可能であり、前記レーザー発振装置を用いた場合には概略第２高調波で可視光域の波長が、第３高調波で紫外域の波長が得られる。代表的には、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザー発振器（基本波１０６４ｎｍ）で、その第２高調波（５３２ｎｍ）を適用する。このレーザー光を線状若しくは矩形状に集光して１〜１００ｃｍ／秒の速度で走査させ結晶性の向上を図る。
【００９６】
この工程で連続発振レーザーを用いることで、レーザー光の走査方向に結晶粒が延びて表面が平滑な結晶性シリコン膜を得ることができ、表面の凹凸形状の最大値を１０ｎｍ以下好ましくは５ｎｍ以下にすることができる。勿論、本実施の形態は、第２〜第４の実施の形態に適用することもできる。
【００９７】
（第８の実施の形態）
実施の形態１〜７により作製される代表的な半導体装置としてマイクロコンピュータの一実施形態を図１６と図１７を用いて説明する。図１６に示すように、０．３〜１．１ｍｍの厚さのガラス基板上に各種の機能回路部を集積してマイクロコンピュータを実現することができる。各種の機能回路部は実施の形態１〜５により作製されるＴＦＴや容量部を主体として形成することが可能である。
【００９８】
図１６で示すマイクロコンピュータ（ＭＰＵ）７００の要素としては、ＣＰＵ７０１、ＲＯＭ７０２、割り込みコントローラ７０３、キャッシュメモリー７０４、ＲＡＭ７０５、ＤＭＡＣ７０６、クロック発生回路７０７、シリアルインターフェース７０８、電源発生回路７０９、ＡＤＣ／ＤＡＣ７１０、タイマカウンタ７１１、ＷＤＴ７１２、Ｉ／Ｏポート７０２などである。
【００９９】
図１７で示すように、ガラス基板上に形成されたマイクロコンピュータ（ＭＰＵ）８００は、セラミックやＦＲＰ（繊維強化プラスチック）のベース８０１にフェースダウンボンディングで固着される。マイクロコンピュータ８００のガラス基板の裏面には、熱伝導性の良い酸窒化アルミニウム８０３が被覆されて熱放散効果を高めている。さらにこれに接してアルミニウムで形成される放熱フィン８０４が設けられ、マイクロコンピュータ８００の動作に伴う発熱対策としている。全体は封止樹脂８０５で覆われ、外部回路との接続はピン８０２により行う。
【０１００】
本実施の形態ではマイクロコンピュータの形態を一例として示したが、各種機能回路の構成や組み合わせを換えれば、メディアプロセッサ、グラフィクス用ＬＳＩ、暗号ＬＳＩ、メモリー、グラフィクス用ＬＳＩ、携帯電話用ＬＳＩなど様々な機能の半導体装置を完成させることができる。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明によれば、基板と光吸収層との間に、その光吸収層の内側に位置する半導体層と、該半導体層と重なる絶縁層を形成し、可視光域から赤外域までの波長域の可干渉性又は非可干渉性のパルス光で熱処理をすることで応力を分散し、ＴＦＴの活性層を形成する半導体層であって、特にゲートを形成する部位に応力が残留することを防ぐことができる。すなわち、ガラスなど熱的に脆弱な基板上に作り込むトランジスタに対し、好適に適用可能な緻密で高品質の絶縁膜を形成することが可能となる。また、本発明によればトップハット型の２層構造のゲート電極に接続するゲート配線の幅を自由に設定することができ（下層の光吸収層による庇が存在しない）、配線の高密度化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る局所加熱による熱処理方法を説明する図である。
【図２】図１の熱処理後にゲートを形成する部位を説明する図である。
【図３】ガラス基板上に形成したＷ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴａＮの透過率・反射率を示すグラフである。
【図４】ガラス基板の透過率と反射率とを示すグラフである。
【図５】本発明に係る半導体装置の作製方法を説明する図である。
【図６】本発明に係る半導体装置の作製方法を説明する図である。
【図７】本発明に係る半導体装置の作製方法を説明する図である。
【図８】本発明に係る半導体装置の作製方法を説明する図である。
【図９】本発明に係る半導体装置の作製方法を説明する図である。
【図１０】本発明に係る半導体装置の作製方法を説明する図である。
【図１１】本発明に係る半導体装置の作製方法を説明する図である。
【図１２】本発明に係る半導体装置の作製方法を説明する図である。
【図１３】本発明に係る半導体装置の作製方法を説明する図である。
【図１４】本発明に係る半導体装置の作製方法を説明する図である。
【図１５】本発明に係る半導体装置の作製方法を説明する図である。
【図１６】本発明によるマイクロコンピュータの構成を説明する図。
【図１７】本発明によるマイクロコンピュータのパッケージ構造を説明する図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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