(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上に下地膜を形成し、
前記下地膜上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜にパルス幅が１μｓ〜１００ｍｓのパルスレーザー光を照射することによって結晶化し、
前記結晶化された珪素膜をパターニングすることによって、薄膜トランジスタの活性層を形成し、
前記活性層上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記活性層に一導電型を付与する不純物を添加することによって、ソース領域とドレイン領域とを形成し、
前記活性層にパルス幅が１μｓ〜１００ｍｓのパルスレーザー光を照射することによって、前記ソース領域及び前記ドレイン領域に添加された前記不純物を活性化することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
ガラス基板上に下地膜を形成し、
前記下地膜上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を導入し、
前記金属元素が導入された非晶質珪素膜を加熱処理して結晶化し、
前記結晶化された珪素膜にパルス幅が１μｓ〜１００ｍｓのパルスレーザー光を照射することによって、前記結晶化された珪素膜の結晶性を向上させ、
前記結晶性が向上された珪素膜をパターニングすることによって、薄膜トランジスタの活性層を形成し、
前記活性層上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記活性層に一導電型を付与する不純物を添加することによって、ソース領域とドレイン領域とを形成し、
前記活性層にパルス幅が１μｓ〜１００ｍｓのパルスレーザー光を照射することによって、前記ソース領域及び前記ドレイン領域に添加された前記不純物を活性化することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項２において、前記金属元素は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、ＡｇおよびＡｕから選ばれた一種、または、複数種類の元素が含まれていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項２または３において、前記金属元素の前記珪素膜中の濃度は１×１０１５〜１×１０１９ｃｍ−３であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか一において、前記加熱処理の温度は、４５０度以上５５０度以下の範囲にあることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、薄膜トランジスタやその他半導体装置をレーザー光を用いて作製する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年ガラス基板上に形成された薄膜トランジタを用いてアクティブマトリクス型の液晶表示装置を作製する技術が知られている。一般にガラス基板を用いた場合には、ガラス基板の耐熱性（一般に６００度程度）の問題から、高温での加熱処理が行えず、必要とする結晶性を有する薄膜が得られないという問題、ソース／ドレイン領域の活性化に必要な温度が与えられないという問題がある。
【０００３】
上記のような問題を解決する手段として、レーザー光を用いて非晶質珪素膜の結晶化を行う方法、ソース／ドレイン領域の再結晶化や活性化を行う方法があるが、完成した薄膜トタンジスタに特性のバラツキが多いという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記レーザー光の照射による各種アニール工程を経て作製された薄膜トランジスタの特性にバラツキが多いという問題は、レーザー光として用いられるパルス発振型のエキシマレーザーのパルス間隔に起因するものと考えられる。通常はパルス発振の幅が５０ｎｓ程であるが、このような場合、珪素膜の表面は数十ｎｓ以下の時間において溶融状態となり、その短い時間において液相状態からの結晶化が進行する。この時、結晶化の時間が非常に短いため、膜質の僅かな違いや表面の平坦性の違いによって、その結晶性やレーザー光の照射後の膜質が大きく代わってしまう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明は、珪素膜に対するパルス状のレーザー光の照射に際して、表面の溶融状態をできるだけ長く持続させ、レーザー光の照射による効果を高くすることを要旨とする。
【０００６】
本発明の主要な構成は、
パルス幅が１μｓ〜１００ｍｓのパルスレーザー光を非晶質珪素膜または非晶質化した珪素膜に対して照射することを特徴とする。
【０００７】
上記構成は、パルス幅が１μｓ〜１００ｍｓのパルスレーザー光を非晶質珪素膜または非晶質化した珪素膜に対して照射することによって、非晶質珪素膜を結晶化させることを主な目的とするものである。
上記構成において、珪素膜中には結晶化を助長する金属元素が含まれている場合、さらにその効果を高めることができる。
【０００８】
上記構成において、
珪素膜中には結晶化を助長する金属元素であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕから選ばれた一種または複数種類の元素が含まれている場合、さらにその効果を高めることができる。
【０００９】
また上記構成において、珪素膜中には一導電型を付与する不純物が添加されている場合、その効果をさらに大きくするとができる。
【００１０】
上記結晶化を助長する金属元素としては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｎ等の珪素に対して進入型の原子を用いることができる。これらの元素は、加熱処理工程において、珪素膜中に拡散していく。そして、上記の進入型の元素が、拡散していくのと同時に珪素の結晶化が進行していく。即ち、上記進入型の金属は、拡散していった先々でもって触媒的な作用でもって非晶質珪素膜の結晶化を助長する。
【００１１】
また上記進入型の元素は、珪素膜中に速やかに拡散していってしまうので、その導入量（添加量）が重要となる。即ち、その導入量が少ないと、結晶化を助長する効果が小さく、良好な結晶性を得ることができない。またその導入量が多過ぎると、珪素の半導体特性が損なわれてしまう。
【００１２】
従って、非晶質珪素膜への上記金属元素の最適導入量が存在することになる。例えば、上記結晶化を助長する金属元素としてＮｉを利用する場合、結晶化された珪素膜中における濃度が１×１０15ｃｍ-3以上であれば、結晶化を助長する効果を得ることができ、また結晶化された珪素膜中における濃度が１×１０19ｃｍ-3以下であれば、半導体特性が阻害されることがないことが判明している。ここでいう濃度とは、ＳＩＭＳ（２次イオン分析法）によって得られる最小値によって定義される。また、上記に列挙したＮｉ以外の金属元素についても、Ｎｉと同様の濃度範囲においてその効果を得ることができる。
【００１３】
上記に列挙した金属元素以外にＡｌやＳｎを用いた場合にも、非晶質珪素膜の結晶化を助長させることができる。しかしＡｌやＳｎは、珪素と合金を形成してしまい珪素膜中に拡散進入していかない。そして、結晶化は珪素と合金を形成した部分が結晶核となって、その部分から結晶成長が行われていく形で進行する。この場合、ＡｌやＳｎは珪素膜中に拡散していかないので、この結晶核の部分から結晶化が進行していくこととなる。このようにＡｌやＳｎを用いた場合には、ＡｌやＳｎを導入した部分（即ちこれら元素と珪素との合金層）からしか結晶成長が行われないので、前述のＮｉ等の進入型の元素を用いた場合に比較して、その結晶性が一般に悪いという問題がある。例えば、一様に結晶化した結晶性珪素膜を得ることが困難であるという問題がある。
【００１４】
〔作用〕
非晶質珪素膜に対して、１μｓ以上のパルス幅を有するレーザー光を照射することで、非晶質珪素膜表面の溶融状態を長くすることができ、その結晶性成長時間を長くすることができる。この結晶性成長時間を長くすることで、結晶の成長過程が、膜質や表面の平坦性の影響を受けにくくなる。従って、膜質の微妙な違いや表面の平坦性の微妙な違いに影響されずに、常に一定の効果を得るとができる。即ち、常に一定の結晶性や電気的な特性を有する結晶性珪素膜を得ることができる。
【００１５】
またレーザー光を照射する珪素膜に結晶性を助長する金属元素が導入されていおる場合には、レーザー光の照射による結晶化がさらに大きく進行する。この場合も膜質な表面の平坦性等の微妙な違いに大きく影響されずにレーザー光の照射によるアニール効果を得ることができる。
【００１６】
【実施例】
以下に本明細書で開示する発明を利用した実施例を示す。以下の実施例では、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の各画素に配置される薄膜トランジスタの例を示す。しかし、このような薄膜トランジスタは、液晶表示装置の周辺回路領域、イメージセンサ、各種薄膜集積回路に利用することができる。
【００１７】
〔実施例１〕
まずガラス基板１０１（例えばコーニング７０５９）上に下地膜として酸化珪素膜１０２を２０００Åの厚さにスパッタ法で成膜する。次に非晶質珪素膜１０３をプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法で１０００Åの厚さに成膜する。次に結晶化を助長する金属であるニッケルを非晶質珪素膜上に導入する。ここでは、ニッケル酢酸塩溶液をスピンコート法によって非晶質珪素膜上に塗布することによって、非晶質珪素膜に対してニッケル元素を導入する。
【００１８】
次に５５０度、４時間の加熱処理を施すことにより、非晶質珪素膜１０３を結晶化させる。この加熱処理は、４５０度以上の温度で行うことができるが、５５０度以上ではガラス基板に対する熱ダメージが問題となるので、５５０度以下で行うことが好ましい。
【００１９】
加熱処理の終了後、レーザー光を照射することにより、結晶性珪素膜の結晶性をさらに向上させる。上記のような結晶化を助長する金属元素の作用により加熱によって結晶性が与えられた結晶性珪素膜は、非晶質成分を多く含んでいる。そこでレーザー光を照射することによって、その非晶質成分を結晶化させ、結晶性を向上させることができる。ここで行うレーザー光の照射は、パルス幅を１００μｓ、照射エネルギー密度を２５０ｍＪ／ｃｍ2 として行う。
【００２０】
次に得られた結晶性珪素膜をパターニングすることにより、薄膜トランジスタの活性層を得る。そしてゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜１０４を１００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法で形成する。さらにアルミニウムを主成分とする膜を５０００Åの厚さに形成し、パターニングを施すことにより、ゲイト電極１０５を形成する。そして電解溶液中において、ゲイト電極を陽極として陽極酸化を行うことによって、酸化物層１０６を形成する。
【００２１】
そして一導電型を付与する不純物にイオン注入を行うことによって、ソース領域１０７とドレイン領域１１１とを形成する。この際、オフセットゲイト領域１０８とチャネル形成領域１０９とが同時に形成される。ここでは、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタを作製するためにＰ（リン）イオンの注入を行う。（図１（Ｂ））
【００２２】
そして、レーザー光の照射を行うことにより、ソース／ドレイン領域の活性化を行う。この工程では、先の不純物イオン注入工程において非晶質化されたソース／ドレイン領域の再結晶化と注入された不純物の活性化が行われる。ここでのレーザー光の照射は、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌレーザー光を用い、そのパルス幅を１００μｓ、照射エネルギー密度を２５０ｍＪ／ｃｍ2 とする。
【００２３】
そして、層間絶縁膜１１２、画素電極である酸化珪素膜１１３、ソース電極１１４、ドレイン電極１１５を形成することにより、薄膜トランジスタを完成させる。
【００２４】
図２に本実施例に示す作製工程において、パルス幅を５０ｎｓから１００μｓまで可変させ、その場合における完成した薄膜トランジスタのしきい値（Ｖth）のバラツキ（相対値）との関係を示したものである。
【００２５】
図２を見れば分かるように、パルス幅を１μｓ以上とすることで、完成した薄膜トランジスタのしきい値（Ｖth）のバラツキ（相対値）を大きく低減できることが分かる。
【００２６】
パルス幅の上限としては、１００ｍｓ以下とすることが適当である。これは、これ以上のパルス幅を発振することは困難であるという問題と、ガラス基板に対する熱ダメージの問題が顕在化するという問題とによって決められる。
【００２７】
〔実施例２〕
図２に示すのは、薄膜トランジスタ（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はそのうちの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、ＴＦＴ１２８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。図２に示すようなガラス基板上に必要とする各種回路を構成する場合、本明細書で開示するような作製工程間においてレーザー照射効果の違いが小さい構成を利用することは有用である。
【００２８】
【発明の効果】
パルスレーザー光の発振周波数を１μｓ以上とすることで、このパルスレーザー光を用いた半導体に対するアニール効果を一定なものとすることができる。そして特性のバラツキの小さい薄膜トランジスタを生産することができる。本明細書で開示した発明は、各種半導体の作製に利用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例の薄膜トランジスタの作製工程を示す。
【図２】  作製された薄膜トランジスタのしきい値のバラツキと照射されたレーザー光のパルス幅との関係を示す。
【図３】  薄膜トランジスタを利用した電気光学装置の概要を示す。
【符号の説明】
１０１      ガラス基板
１０２      下地膜（酸化珪素膜）
１０３      非晶質珪素膜
１０４      ゲイト絶縁膜（酸化珪素膜）
１０５      ゲイト電極
１０６      酸化物層
１０７      ソース領域
１０８      オフセットゲイト領域
１０９      チャネル形成領域
１１０      オフセットゲイト領域
１１１      ドレイン領域
１１２      層間絶縁膜
１１３      画素電極（ＩＴＯ）電極
１１４      ソース電極
１１５      ドレイン電極
【図１】
0004152738.tif 000002
【図２】
0004152738.tif 000003
【図３】
0004152738.tif 000004