(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を加熱するための第１の処理室と、前記被処理基板にレーザー光を照射するための第２の処理室と、前記第１および第２の処理室に連結され、ロボットアームを備えた搬送室と、該搬送室に連結され、前記被処理基板を複数納めることが可能なカセットを搬入および搬出するための搬入搬出室とを有する装置を用いた半導体装置の作製方法であって、
前記ロボットアームにより、前記搬入搬出室に搬入されたカセットからシリコン膜が形成された基板を一枚ずつ取り出して、前記第１の処理室に搬送し、
前記第１の処理室に搬入された前記基板を水素雰囲気中において加熱処理し、
前記加熱処理した前記基板を前記ロボットアームによって前記第１の処理室から取り出して、前記第２の処理室に搬送し、
前記第２の処理室において酸素を含む雰囲気中において前記基板上のシリコン膜にレーザー光を照射し、
前記レーザー光を照射した後に、前記ロボットアームにより前記基板を前記第２の処理室から前記搬入搬出室に置かれたカセットに納めることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
被処理基板を加熱するための第１の処理室と、前記被処理基板にレーザー光を照射するための第２の処理室と、前記被処理基板に気相成長法によって成膜するための第３の処理室と、前記第１、第２及び第３の処理室に連結され、ロボットアームを備えた搬送室と、該搬送室に連結され、前記被処理基板を複数納めることが可能なカセットを搬入および搬出するための搬入搬出室とを有する装置を用いた半導体装置の作製方法であって、
前記ロボットアームにより、前記搬入搬出室に搬入されたカセットからシリコン膜が形成された基板を一枚ずつ取り出して、前記第１の処理室に搬送し、
前記第１の処理室に搬入された前記基板を水素雰囲気中において加熱処理し、
前記加熱処理した前記基板を前記ロボットアームによって前記第１の処理室から取り出して、前記第２の処理室に搬送し、
前記第２の処理室において酸素を含む雰囲気中において前記基板上のシリコン膜にレーザー光を照射し、
前記レーザー光を照射した前記基板を前記ロボットアームによって前記第２の処理室から取り出して、前記第３の処理室に搬送し、
前記第３の処理室において前記基板上に、酸化珪素を含む被膜を形成し、
前記被膜を形成した後に、前記ロボットアームにより前記基板を前記第３の処理室から前記搬入搬出室に置かれたカセットに納め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１または２において、前記搬入搬出室に搬入されたときの基板上に形成されている前記シリコン膜は結晶性のシリコン膜であ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１乃至３のいずれか１項において、前記基板は、ガラス基板で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】
本発明は、薄膜状の活性層を有する半導体装置（薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）やその集積回路等）の作製方法と半導体装置を製造するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子としてガラス基板上に形成された薄膜シリコン半導体を用いた薄膜トランジスタ（一般にＴＦＴと称される）が知られている。このＴＦＴを構成する薄膜珪素半導体としては、結晶性シリコン膜を用いることが有用である。また、良好な特性を有するＴＦＴを得るためには、シリコン膜の表面に良好な界面を特性を有して絶縁膜（一般には酸化珪素膜）を形成する必要がある。しかし、十分な界面特性を有したゲイト絶縁膜を形成することはこれまでの技術においては問題があった。
【０００３】
ゲイト絶縁膜として、もっとも特性の良い絶縁膜は、熱酸化による酸化珪素膜であった。しかしながら、熱酸化によってこのような膜を得ようとすると、９００℃を越えるような高温が必要であった。これはＴＦＴを構成する基板や材料に大きな制約をもたらし、ＴＦＴプロセスの低温化の流れの大きな障害であった。これに対し、気相成長法（すなあわち、ＣＶＤ法やＰＶＤ法）による成膜はそれほどの高温を要求されることはなかったが、得られる絶縁膜と半導体との界面特性が好ましいものではなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題を鑑みてなされたのであり、基本的に熱酸化ほどの高温を必要としないで、良好な界面特性を有した絶縁膜を形成することを主な目的とする。
また、上記絶縁膜を形成するプロセスの生産性を安定性を向上させることを他の目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の主要な構成は、
レーザー光またはそれと同等な強光を照射する処理装置と、気相成長法による真空成膜装置（例えば、プラズマＣＶＤ装置、減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）装置、大気圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）装置、スパッタリング成膜装置（スパッタ装置）等）をいずれも少なくとも１つ有する半導体処理装置において、
レーザー光またはそれと同等な強光を照射する処理装置において、基板上に形成されたアモルファス半導体膜や多結晶半導体膜、微結晶半導体膜等の非単結晶半導体膜に対してレーザー光または強光を照射する工程と、
前記レーザー光またはそれと同等な強光を照射する処理装置から外気に曝すことなく前基板を他の真空処理装置に移送し、所定の処理を行う工程と、
を有し、
前記レーザー光またはそれと同等な強光の照射は、酸素雰囲気等の酸化性雰囲気、あるいはアンモニア雰囲気等の窒化性雰囲気中において行われ、非単結晶半導体膜の結晶性を向上せしめ、その表面の酸化もしくは表面への酸化膜の形成（酸化性雰囲気の場合）、あるいはその表面の窒化もしくは表面への窒化膜の形成（窒化性雰囲気の場合）、とを行うことを特徴とする。
【０００６】
上記構成において、レーザー光またはそれと同等な強光を照射する処理装置は、レーザー光またはそれと同等な強光を照射する機能と、必要とするガスを導入する手段と、雰囲気を減圧にするための排気手段とを有している必要がある。レーザー光としては、エキシマレーザーや各種ＹＡＧレーザー、ルビーレーザー等を用いることができる。レーザー以外の非コヒーレントな光源としては、キセノンランプ、クリプトンランプの希ガスランプや、ハロゲンランプ等を用いることができる。用いる光源の波長としては、赤外から紫外までの広い範囲で可能であるが、基板の温度上昇を防止するという意味で、光の照射はパルス状になされることが好ましく、パルス幅は１μｓｅｃ以下が好ましい。
【０００７】
真空成膜装置としては、プラズマＣＶＤ装置、減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）装置、大気圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）装置、スパッタリング成膜装置（スパッタ装置）等を用いることができる。
以上の装置以外にも、その他に真空処理装置として、各種雰囲気での加熱処理装置、イオン注入装置、エッチング装置、外部との間で基板の搬入搬出を行う装置を接続しておいてもよい。これらの装置は、それぞれにおいて必要とするガスの導入系と排気系とを有し、基板の搬送を専門に行うための共通の搬送室に連結された構成を有することが望ましい。
基板を外気に曝さずに移送するのは、各処理工程において被処理物（例えば基板上のシリコン膜）が汚染されることを防ぐためである。
【０００８】
本発明の他の構成は、
非単結晶半導体膜に対して窒化性または酸化性雰囲気中において、レーザー光またはそれと同等な強光を照射し、前記非単結晶半導体表面を窒化もしくは酸化するとともに、前記非単結晶半導体膜の結晶性を改善させる工程と、
前記酸化膜上に絶縁膜を積層する工程と、
を有することを特徴とする。
【０００９】
上記構成において、非単結晶半導体膜としてはプラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法で成膜したアモルファスシリコン膜を挙げることができる。また、このようなアモルファス半導体膜を６５０℃以下の温度でアニールすることによって結晶化させた多結晶や微結晶の半導体膜も利用できる。窒化性または酸化性雰囲気中において、レーザー光またはそれと同等な強光を照射するのは、これら非単結晶半導体膜の表面に窒化膜、酸化膜あるいは酸化窒化膜を形成するとともに、非単結晶半導体膜の結晶性を向上させるためである。酸化性雰囲気とは、積極的に酸化を行わすために酸化性のあるガスを多く含有させた雰囲気のことをいい、亜酸化窒素（Ｎ2 Ｏ）や二酸化窒素（ＮＯ2 ）等を多量に含む雰囲気、あるいはこれらと酸素等との混合雰囲気のことである。従って単にこれらのガスが微量に含まれている雰囲気とは異なる。雰囲気中には塩素やトリクロロエチレン（トリクレン、ＴＣＥ、ＣＨＣｌ＝ＣＣｌ2 ）、トランス−１、２−ジクロールエチレン（ＣＨＣｌ＝ＣＨＣｌ）が含まれていても良い。このようなガスは酸化作用を促進する。
【００１０】
このレーザー光またはそれと同等な強光の照射を結晶性を有するシリコン膜に対して行えば、シリコン膜表面に薄い酸化珪素膜を形成することができる。特に紫外線を照射した場合には化学反応が促進し、良質の酸化珪素膜が得られる。
レーザ光または強光の照射の後に、プラズマＣＶＤ法等の成膜方法で絶縁膜、例えば酸化珪素を形成することで、レーザー光等の照射の際に半導体表面に形成された良好な界面特性を有する酸化膜や窒化膜に重ねて、絶縁膜を必要とする厚さに形成することができる。
【００１１】
【作用】
半導体、特にシリコン半導体に対して、窒化性または酸化性雰囲気中においてレーザー光またはそれと同等な強光を照射することにより、半導体表面に界面特性の良好な酸化膜を形成することができる。特に、半導体としてシリコンを用い、非単結晶シリコン膜に対して、窒化性または酸化性雰囲気中においてレーザー光またはそれと同等な強光を照射することにより、非単結晶半導体表面に界面特性の良好な窒化珪素膜、あるいは酸化珪素膜、もしくは酸化窒化珪素膜を形成するとともに、非単結晶半導体膜の結晶性を向上させることができる。特にこのようにして作製された酸化珪素膜の場合は、通常の乾燥酸素中で１０００〜１２００℃の温度の熱酸化で得られる酸化珪素膜に匹敵するほど、固定電荷が少なく、界面準位密度（Ｑss）も低い。このため、ＴＦＴ等の絶縁ゲイト型デバイスのゲイト絶縁膜としては優れている。
【００１２】
そして、上記の酸化膜に重ねて酸化珪素膜等の絶縁膜を形成することで、ＴＦＴのゲイト絶縁膜として用いるに十分な厚さの界面特性に優れたゲイト絶縁膜を半導体膜上に形成することができる。すなわち、本発明においてはゲイト絶縁膜は少なくとも２層から成り立っており、半導体と接する薄い酸化膜は半導体がレーザー等の照射によって酸化してできたもので、その界面特性は優れている。しかしながら、これだけではゲイト絶縁膜として用いるには耐圧等の点で不十分である。そこで、それに重ねて気相成長法によって必要な厚さと耐圧を備えた絶縁膜を形成することにより、はじめてゲイト絶縁膜として好ましい被膜を得ることができる。
【００１３】
このような成膜工程は全て実質的に大気から隔離された環境でおこなわれることが望ましい。もし、レーザー等の照射の工程の後に、一度、大気中に半導体表面をさらすと、表面が汚染されてしまい、せっかく、レーザー等の照射によって得られた良質な酸化膜等が台無しになってしまう。したがって、レーザー等の照射と気相成長法による絶縁膜の成膜の間には半導体表面を大気にさらす工程を入れてはならない。そのため、本発明においては、これらの装置の間に基板を移送するための特別な手段が必要とされる。
以下に実施例を示し、本発明の数々の例を説明する。
【００１４】
【実施例】
〔実施例１〕
図１には本発明を実施する装置の例を示す。この例では、プラズマＣＶＤ成膜装置とレーザー処理装置（例えば、レーザーアニール装置）を組み合わせたもので、２つの装置の間には予備室を１つ設けてある。
図において、１はプラズマＣＶＤ装置のチャンバーであり、２はレーザーアニール装置のチャンバーである。これらのチャンバーにはガス導入バルブ７、１８と排気バルブ８、１９を設け、必要なガスを導入し、排気できるようにし、また、内部の圧力を適切な値に保てるようにされている。
【００１５】
チャンバー１には、さらに、電極４、５が設けられ、電極５上には処理されるべき基板（試料）６を置き、電極４にはＲＦ電源（例えば、周波数１３．５６ＭＨｚ）３が接続されている。そして、チャンバー内に適切なガス（例えば、モノシランやジシランと酸素、亜酸化窒素等）を導入し、電極間に放電を生じさせて、基板６上に被膜を形成する。基板は必要によって加熱されてもよい。
【００１６】
チャンバー２には窓１４が設けられ、レーザー装置１１からミラー１２、レンズ１３を経由したレーザー光が窓を通して、サンプルホルダー１５上の基板１７に照射される。基板はヒーター１６によって２００〜５００℃、好ましくは３００〜４００℃に加熱される。この加熱は結晶化を再現性良くおこなう際には欠かすことができない。
チャンバー２では、レーザーアニールによって結晶性を改善することによって特性の向上が図られる。この際、レーザーアニール装置のチャンバー内を酸素雰囲気とすることによって、アモルファスシリコン膜等の非単結晶シリコン膜の結晶性の改善とその表面への酸化膜の形成が同時に行われる。同様にアンモニア雰囲気のような窒化性の雰囲気でレーザーアニールをおこなうと、窒化膜が形成される。亜酸化窒素雰囲気、もしくは酸素とアンモニアの混合雰囲気であれば、酸化窒化膜が形成される。
【００１７】
サンプルホルダーは可動式で、基板を乗せたまま、徐々に図の右側に移動することができる。その結果、基板全面にレーザー処理をおこなうことができる。例えば、基板が３００ｍｍ×４００ｍｍであるとすれば、レーザービームの形状を２×３５０ｍｍの線状とすることによって、基板の全面をレーザー処理できる。また、このときのホルダーの移動速度が２０ｍｍ／秒であれば、１枚の基板の処理時間は４００÷２０＝２０秒である。
【００１８】
島状のアモルファスシリコン膜もしくは多結晶シリコン膜が成膜された基板は以下のような順序で処理される。まず、予備室を１０-5〜１ｔｏｒｒに排気する。一方、レーザー処理装置のチャンバー２も同じ程度に排気されている。そして、予備室とレーザー処理装置の間のゲートを開けて、予備室からレーザー処理装置に基板を移送する。移送後、ゲートは閉じられ、チャンバー２内に適当な圧力のガスを導入する。さらにサンプルホルダー１５をヒーター１６によって適切な温度にまで加熱する。温度が安定し、レーザー処理装置にセットされた基板の精密な位置合わせが完了したら、レーザー処理がおこなわれる。このレーザー照射によって、シリコン膜の結晶性を向上させる。この際には、雰囲気は、１〜１０００ｔｏｒｒの圧力で、酸素もしくは酸化窒素（例えば、亜酸化窒素（Ｎ2 Ｏ）、二酸化窒素（ＮＯ2 ）等）の分圧が１０％以上となるようにする。この結果、レーザー照射と同時にシリコン膜表面に薄い酸化珪素膜が形成される。
【００１９】
その後、チャンバー２を排気して、１０-5〜１ｔｏｒｒの圧力にし、再び、基板を予備室９に戻し、さらに、予備室と同じ程度に排気されたプラズマＣＶＤ成膜室１に移送する。そして、成膜手順にしたがって、酸化珪素、窒化珪素等の絶縁膜を形成する。この成膜工程の間にあっては、チャンバー１では別の基板の処理をおこなってもよい。成膜終了後、成膜装置１の内部を排気して、１０-5〜１ｔｏｒｒの圧力にし、成膜装置１と予備室の間のゲートを開けて、基板をやはり同じ程度に排気された予備室に移送し、予備室を大気圧と同じ圧力にし、基板を大気に取り出す。
【００２０】
以上の工程において、例えば、基板のセッティングから位置合わせ、取り出しまでを含めた基板１枚に対するレーザー装置での処理時間が、基板のセッティング、排気をも含めたプラズマＣＶＤ装置での成膜時間とほぼ等しければ、レーザー処理装置からプラズマＣＶＤ装置まで待ち時間無しで処理できる。もし、基板１枚のレーザーの処理時間が、プラズマＣＶＤでの成膜時間の半分であれば、プラズマＣＶＤでの成膜を一度に２枚おこなうようにすればよい。この場合には、最初に２枚の基板が予備室にストックされ、その後、うち１枚がレーザー処理装置に送られ、処理され、他の１枚は予備室に保存される。そして、最初の１枚が処理された後に予備室に保存されていた１枚が処理される。２枚とも処理されたのちにプラズマＣＶＤ装置に送られ、２枚同時に成膜される。
【００２１】
本装置を使用して、ＴＦＴを作製する工程の概略について述べる。工程図を図２に示す。まず、コーニング７０５９等のガラス基板１０１上に酸化珪素の下地膜１０２を形成する。酸化珪素膜１０２の厚さは、ガラス基板１０１からのイオンが混入しないように１０００〜５０００Åが好ましい。ここでは、２０００Åとした。
その後、アモルファスシリコン膜を堆積した。その厚さは３００〜１０００Åが好ましい。ここでは、５００Åとした。そして、４００〜５００℃、例えば、４５０℃で適当な時間アニールすることにより、膜から水素を除去する。そして、このアモルファスシリコン膜を島状に加工して、島状領域１０３とした。このような処理を施した基板を図１の装置のレーザー処理装置２によって、レーザー照射することにより、アモルファス状態の島状シリコン膜１０３を結晶性のシリコン膜に変化させた。
【００２２】
レーザーとしてはＫｒＦエキシマーレーザーを用いた。レーザー照射の条件は、エネルギー密度は３５０〜４５０ｍＪ／ｃｍ2 、ショット数は１か所に付き、２〜２０ショット、基板温度は２００〜４００℃とした。レーザー照射の雰囲気は１気圧の酸素／アルゴン雰囲気でおこなった。酸素の分圧は２０％とした。
このレーザー照射の結果、島状領域１０３の表面には厚さ数１０Åの薄い酸化珪素膜１０４が形成された。（図２（Ａ））
その後、基板を図１の装置のプラズマＣＶＤ装置１に移送し、そこで、酸化珪素膜を形成した。レーザー処理装置からプラズマＣＶＤ成膜装置に基板が搬入されるまでの間、基板は水分等の大気成分に触れることはなかった。
【００２３】
プラズマＣＶＤ装置１においては、シランと亜酸化窒素を原料とし、厚さ１０００〜１５００Å、例えば、１２００Åの酸化珪素膜１０５を成膜した。原料ガスにはトリクルオロエチレンもしくは塩化水素を微量混入しておくと、シリコン膜中の可動イオンも除去できるので都合がよい。。この酸化珪素膜１０５はＴＦＴのゲイト絶縁膜としても機能する。（図２（Ｂ））
その後、アルミニウム、タンタル、クロム、タングステン、モリブテン、シリコンおよびそれらの合金や多層配線等の材料によってゲイト電極１０６、１０８を形成する。さらに、ゲイト電極に電解溶液中で通電することによって、ゲイト電極の上面および側面に陽極酸化膜１０７、１０９を形成する。陽極酸化膜の厚さは１０００〜２５００Åとした。この陽極酸化膜は、その後のイオンドーピングやレーザーアニール、層間絶縁物の成膜工程で受けるゲイト電極のダメージを減じる作用を有する。
【００２４】
その後、公知のイオンドーピング法と相補型ＭＯＳ（ＣＭＯＳ）技術によって、Ｐ型領域１１０、１１２、Ｎ型領域１１３、１１５を形成する。この結果、Ｐチャネル型ＴＦＴ（ＰＴＦＴ）のチャネル領域１１１、Ｎチャネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴ）のチャネル領域１１４を形成する。そして、これにレーザー光を照射して、イオンドーピングによってダメージを受けた領域の結晶性を改善せしめた。このレーザー照射も図１の装置のレーザー処理装置によっておこなえばよい。また、この場合にはレーザーのエネルギーは図２（Ａ）の工程ほど強力なものは必要とされない。レーザー照射の条件としては、基板温度は室温、レーザーエネルギー密度は２５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ2 とした。他の条件は図２（Ａ）の工程と同一とした。（図２（Ｃ））
【００２５】
その後、基板を図１のプラズマＣＶＤ装置に移送し、層間絶縁物として酸化珪素膜１１６を形成した。酸化珪素膜の厚さは３０００〜８０００Å、例えば、５０００Åとした。
その後、島状領域にコンタクトホールを開孔して、アルミニウム膜を３０００〜８０００Å、例えば、５０００Å堆積し、これをエッチングして、配線・電極１１７、１１８、１１９を形成した。アルミニウムと島状領域の間に厚さ５００〜１５００、例えば、１０００Åの窒化チタン膜をはさむと、良好なコンタクト特性が得られた。（図２（Ｄ））
本実施例によって作製したＴＦＴは特性が優れており、例えば、電界効果移動度としては、ＮＴＦＴで２００〜３００ｃｍ2 ／Ｖｓ、ＰＴＦＴで１００〜２５０ｃｍ2 ／Ｖｓが安定して得られた。
【００２６】
〔実施例２〕
図３には本発明の例を示す。この例では、プラズマドーピング装置（イオンドーング装置とも言う）とプラズマＣＶＤ（兼ドライエッチング）装置、およびレーザー処理装置（例えば、レーザーアニール装置）を組み合わせたもので、３つの装置の間にはそれぞれ予備室を１つ設けてある。
図３において、２１はプラズマドーピング装置のチャンバーであり、２２はエッチング装置の、また、２３はレーザーアニール装置のチャンバーである。これらのチャンバーには必要なガスを導入し、排気でき、また、内部の圧力を適切な値に保てるようにされている。
【００２７】
チャンバー２１には、さらに、アノード電極２５、グリッド電極２６が設けられ、アノードには高電圧電源２４によって、最大で１００ｋＶの高電圧が印加される。グリッド電極近傍にＲＦ放電等によって発生したプラズマ中の陽イオン２７は、上述の高電圧によってサンプルホルダー２９の方向に加速される。その結果、サンプルホルダー２９上の基板（試料）２８には、加速された陽イオン（ホウソイオンやリンイオン、あるいは水素イオン等）が打ち込まれる。
【００２８】
例えば、基板２８には絶縁基板上に結晶性シリコンと、その上の酸化珪素層が形成され、さらに、薄膜トラジスタのゲイト電極が形成されているものとする。このようなドーピングによって酸化珪素層およびシリコン層には必要な不純物が注入される。このように、酸化珪素等の材料を通してドーピングすることをスルードープというが、歩留り良く半導体素子を形成するには適した方法である。
プラズマＣＶＤ装置兼エッチング装置２２には電極３３、３４が設けられ、電極３３にはＲＦ電源３２が接続され、また、電極３４上には基板３５が置かれる。例えば、四フッ化炭素雰囲気中でＲＦ電源からの電力によって、電極間に放電を生じさせると、基板上の酸化珪素膜やチャンバーの内壁に被着した酸化珪素膜をエッチングすることができる。また、酸素雰囲気中でＲＦ放電させるとフォトレジスト等の有機物が酸化・除去され、いわゆるアッシングがおこなわれる。また、雰囲気をモノシランと酸素にしてＲＦ放電をおこなうと、酸化珪素膜の成膜をおこなうことができる。
【００２９】
レーザー処理装置２３は実施例１に示したものと実質的には同じもので、チャンバー２３には窓４１が設けられ、レーザー装置３８からミラー３９、レンズ４０を経て、レーザー光が窓を通して、可動式のサンプルホルダー４４上の基板４２に照射される。基板はヒーター４３によって加熱されてもよい。使用するレーザーとして、量産性に優れた紫外光エキシマーレーザー、例えば、ＫｒＦレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌレーザー（３０８ｎｍ）やＸｅＦレーザー（３５０ｎｍ）が好ましい。
プラズマドーピング装置２１とプラズマＣＶＤ装置２２とレーザー処理装置２３の間にはそれぞれ予備室３０、３６が設けられている。
【００３０】
本装置はいくつものチャンバーをそなえているので、多様な処理が可能である。例えば、十分に水素出しをおこなったアモルファスもしくは多結晶状態の島状のシリコン膜が形成された基板に最初、プラズマドーピング装置２１において、シリコン膜中に適量の水素イオンを注入する。次にレーザー処理装置２３において、酸素もしくは亜酸化窒素雰囲気にてレーザー照射をおこなって、島状シリコン領域の結晶性を改善させるとともに、その表面に薄い酸化珪素膜を形成する。その後、基板をプラズマＣＶＤ装置２２に移送して、ここでゲイト絶縁膜となるべき酸化珪素等の絶縁膜の成膜をおこなう。水素イオン注入の工程はなくてもよい。
【００３１】
また、ソース／ドレインのドーピング工程を含む処理にも使用できる。まず、フォトレジストでコーティングし、Ｐ型（もしくはＮ型）のＴＦＴを形成する領域のみを露出させた基板に対して、プラズマドーピング装置２１でＰ型（もしくはＮ型）不純物をドーピングする。その後、基板をプラズマＣＶＤ装置２２に移送し、ここで、酸素雰囲気中でのＲＦ放電、すなわちアッシングをおこなうことにより、フォトレジストを除去する。この結果、基板の全面が露出する。そして、再び、プラズマドーピング装置２１に基板を戻して、今度は、Ｎ型（もしくはＰ型）不純物をドーピングする。このドーピングでは、先のドーピングの工程で、フォトレジストに覆われていた領域には、Ｎ型（もしくはＰ型）の不純物がドーピングされ、Ｎ型（もしくはＰ型）となる。一方、先のドーピングの際にＰ型不純物がドーピングされた領域にもＮ型（もしくはＰ型）不純物がドーピングされるが、これは、最初のドーピングのドーズ量を後のドーピングのドーズ量よりも減らすことによって、Ｐ型（もしくはＮ型）を維持できる。
その後、基板はレーザー処理装置２３に移送され、実施例１の場合と同様に、ドーピングされた不純物の活性化のためにレーザーアニールされる。
【００３２】
このようなマルチ・チャンバー・システムを用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製する例を図５に示す。ガラス基板（例えば、コーニング７０５９）２０１上に厚さ２００〜２０００Åの下地酸化珪素膜２０２をスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法によって形成する。さらに、ＬＰＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法、スパッタリング法等の方法によってアモルファスシリコン膜を３００〜１０００Å堆積し、これを５５０〜６５０℃、４〜４８時間の窒素中、もしくは真空中の加熱によって結晶化させる。その際、膜に微量のニッケルを混入させると、結晶化温度を低下させ、かつ、結晶化時間を短くすることができる。
【００３３】
そして、この結晶化したシリコン膜をパターニングして島状領域２０３を形成する。その後、図３に示す装置に基板をセットし、まず、レーザー処理装置にてレーザー照射することにより、島状シリコン膜２０３の結晶性を改善する。実施例１の場合と異なり、既に島状シリコン領域はある程度の結晶化が進行していたが、粒界にはまだ、微細なアモルファス成分が多く、これらを完全に結晶化させることにより、ＴＦＴの特性を飛躍的に向上させることができる。
レーザーとしてはＫｒＦエキシマーレーザーを用いた。レーザー照射の条件は、エネルギー密度は３５０〜４５０ｍＪ／ｃｍ2 、ショット数は１か所に付き、２〜２０ショット、基板温度は２００〜４００℃とした。レーザー照射の雰囲気は１気圧の亜酸化窒素雰囲気でおこなう。
【００３４】
このレーザー照射の結果、島状領域２０３の表面には厚さ数１０Åの薄い酸化珪素膜２０４が形成される。（図５（Ａ））
その後、基板を図３の装置のプラズマＣＶＤ装置２２に移送し、そこで、厚さ１０００〜１５００Å、例えば、１２００Åの酸化珪素膜２０５を成膜する。（図５（Ｂ））
その後、スカンジウムが０．１〜０．３重量％入ったアルミニウムによってゲイト電極２０６、２０８を形成する。さらに、ゲイト電極に電解溶液中で通電することによって、ゲイト電極の上面および側面に陽極酸化膜２０７、２０９を形成する。陽極酸化膜の厚さは１０００〜２５００Åとした。
【００３５】
その後、図５の島状領域２０３の右側の部分をフォトレジストでマスクして、図３の装置にセットし、プラズマドーピング装置２１でホウ素を０．５〜５×１０15／ｃｍ2 ドーピングする。この結果、島状領域２０３の左側にＰ型領域２１０、２１２が形成され、また、ＰＴＦＴのチャネル領域２１１も形成される。その後、基板をプラズマＣＶＤ装置２２に移送し、酸素プラズマによって、フォトレジストをアッシング除去する。そして、再び、基板をプラズマドーピング装置２１に移送し、今度は燐をドーピングする。ドーズ量は０．１〜２×１０15／ｃｍ2 とし、かつ、先のホウ素のドーズ量よりも小さくすることが望まれる。この結果、Ｎ型領域２１３、２１５とＮＴＦＴのチャネル領域２１４を形成する。（図５（Ｃ））
【００３６】
さらに、基板をレーザー処理装置２３に移送し、ドーピングされた不純物の活性化をおこなう。レーザー照射の条件としては、基板温度は室温、レーザーエネルギー密度は２５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ2 とした。（図５（Ｄ））
その後、基板を図３のプラズマＣＶＤ装置２２に移送し、層間絶縁物として酸化珪素膜２１６を形成する。酸化珪素膜の厚さは３０００〜８０００Å、例えば、５０００Åとした。その後、基板を図３の装置から取り出し、島状領域にコンタクトホールを開孔して、窒化チタン膜１０００Å、アルミニウム膜を３０００〜８０００Å、例えば、５０００Å堆積し、これをエッチングして、配線・電極２１７、２１８、２１９を形成する。こうして、ＣＭＯＳ型のＴＦＴ回路が形成される。（図５（Ｅ））
【００３７】
〔実施例３〕
図４には、マルチチャンバー構成の本発明の装置の概略を示す。図４の装置の詳細な図面は図８に示す。図３の装置は３つの装置が直線状に接続されたマルチチャンバーであったが、本実施例の装置は星型のマルチチャンバーである。すなわち、基板の出し入れのための搬入搬出室を構成するチャンバー５１、基板に対して各種加熱処理（例えば、水素雰囲気でのアニール）をおこなう加熱処理室を構成するチャンバー５３、レーザー光の照射を行うレーザー処理室を構成するチャンバー５５、スパッタリング法で酸化珪素の成膜を行うための成膜室を構成するチャンバー５７と、共通の予備室（搬送室）５９を有する。また、予備室と各チャンバーとはゲイト５２、５４、５６、５８によって接続される。基板は６１〜６４に示されるように共通の予備室５９に配置されたロボットハンド６０によって、各チャンバー間を移送される。搬入搬出室には複数枚の基板をカセットの状態でセットするとロボットによって自動的に１枚づつ各チャンバーに移送され、処理が終了した基板は自動的にカセットに戻されるような、いわゆるカセット・トゥー・カセット（Ｃ−ｔｏ−Ｃ）方式を採用してもよい。
【００３８】
以下に図４に示す装置を用いたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の作製例を示す。図６を用いて、本実施例を説明する。まずガラス基板３０１として、コーニング７０５９基板を用い、６２０〜６６０℃で１〜４時間アニールした後、０．１〜１．０℃／分、好ましくは、０．１〜０．３℃／分で徐冷し、４５０〜５９０℃まで温度が低下した段階で取り出した。そして、基板上に下地膜３０２を形成し、さらに、プラズマＣＶＤ法によって厚さ３００〜８００Åのアモルファスシリコン膜３０３を成膜した。そして、厚さ１０００Åの酸化珪素のマスク３０４を用いて３０５で示される領域に厚さ２０〜５０Åのニッケル膜をスパッタ法で成膜した。ニッケル膜は連続した膜状でなくともよい。また、スパッタ法ではなく、スピンコーティング法でもよい。このとき、添加されたニッケルは結晶化を促進させる効果がある。
この後、窒素雰囲気下で５００〜６２０℃、例えば５５０℃、８時間の加熱アニールをおこない、シリコン膜３０３の結晶化を行った。結晶化は、ニッケルとシリコン膜が接触した領域３０５を出発点として、矢印で示されるように基板に対して平行な方向に結晶成長が進行した。（図６（Ａ））
【００３９】
次に、シリコン膜３０３をエッチングして、島状の活性層領域３０６および３０７を形成した。この際、図６（Ａ）に斜線で示したニッケルが直接導入された領域および結晶成長の先端には、ニッケルが高濃度に存在する。これらの領域は、その間の結晶化している領域に比較してニッケルの濃度が１桁近く高いことが判明している。したがって、本実施例においては、活性層領域３０６、３０７はこれらのニッケル濃度の高い領域を避けて形成し、ニッケルの濃度の高い領域は除去した。そして、ニッケルがほとんど存在しない領域にＴＦＴの活性層を形成した。本実施例の活性層中でのニッケル濃度は、１０17〜１０19ｃｍ-3程度であった。
【００４０】
このように処理した基板を、図４に示す装置に搬入搬出室（ローダー・アンローダー）５１より搬入した。搬入搬出室５１に基板をセットした後、全てのチャンバーは高真空状態とした。そしてゲイト５２を開け、ロボットアーム６０によって基板を共通の予備室（搬送室）５９に移送した。次にゲイト５２を閉じ、ゲイト５４を開け、基板を加熱処置室５３に移送した。そして、雰囲気を水素もしくは窒素とし、基板を２００〜４００℃に加熱した。
その後、ゲイト５４およびゲイト５６を開け、基板をレーザー処理室５５に移送した。そしてゲイト５６を閉じ、レーザー処理室５５を常圧の酸素雰囲気とした。ここでは酸素雰囲気するが、酸化性の雰囲気とするのでもよい。その後、実施例２と同じ条件でレーザー光の照射をおこない、活性層３０６、３０７の表面に厚さ５０〜１５０Åの酸化珪素膜３０８を得るとともに、先の熱アニールによって結晶化した領域のシリコン膜の結晶性をさらに向上させた。（図６（Ｂ））このように、基板をレーザー照射の前に加熱処理室で予め加熱しておくことにより、レーザー処理室に基板をセットしてから基板の温度が上昇するまでの時間を節約できる。
【００４１】
レーザー光の照射の終了後、レーザー処理室５５内の気体を排気し、高真空状態とした。そして、ゲイト５６を開け、基板を共通の予備室５９へとロボットハンドによって移送した。そしてゲイト５６を閉める。次にゲイト５４を開け、基板を加熱処理室５３に移送した。移送完了後ゲイト５４を閉め、加熱処理室５３内を常圧の水素雰囲気とした。そして加熱処理室５３内において３５０℃、３０分の水素熱処理をおこなった。
この水素熱処理において、酸化膜３０８と活性層３０６、３０７との界面およびその近傍に存在する不対結合手が中和され、準位を低下させることができる。そして極めて良好な界面特性を実現することができる。
【００４２】
加熱処理工程が終了後、加熱処理室５３を高真空状態とした。そしてゲイト５４を開け、基板をロボットアーム６０によって共通の予備室５９に移送した。移送完了後ゲイト５４を閉め、次にゲイト５８を開け、基板を成膜室５７に移送した。移送完了後、ゲイト５８を閉め、成膜室５７においてスパッタリング法により、酸化珪素膜３０９を成膜した。スパッタリングターゲットは高純度合成石英とした。酸化珪素膜３０９は１０００Åの厚さに成膜した。この酸化珪素膜はその下の酸化膜３０８と同化しており、膜厚を自由に制御でき、同時に下地との界面特性に優れているという利点を有する。こうしてＴＦＴのゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素膜３０９を成膜することができた。
【００４３】
上記ようにして形成されるゲイト絶縁膜は、その成膜工程の間に大気に触れることがないので、界面表面が汚染されることがなく、良好な界面特性を得ることができる。特に酸素雰囲気または酸化性雰囲気中でのレーザー光の照射によって形成される酸化膜３０８は、活性層３０６、３０７を構成する結晶性を有する珪素膜との界面特性に極めて優れており、ＴＦＴのゲイト絶縁膜として界面準位密度の低い極めて好ましいものを得ることができる。
なお成膜室５７での酸化珪素膜３０９の成膜後、さらに加熱処理室５３において水素熱処理を行ってもよい。
【００４４】
成膜室５７での酸化珪素膜３０９の成膜終了後、成膜室５７を高真空状態とする。そして、ゲイト５８を開け、基板を共通の予備室５９に移送する。そしてゲイト５８を閉じる。次にゲイト５２を開け、基板を搬入搬出室５１に移送する。そしてゲイト５２を閉じ、基板を搬入搬出室５１から装置の外部に取り出す。
次にアルミニウムを主成分とする膜を５０００Åの厚さにスパッタ法で成膜し、実施例２と同様にエッチング、陽極酸化することにより、ゲイト電極部３１０、３１１を形成した。
【００４５】
そして実施例１および２と同様に燐およびホウ素の注入をおこない、自己整合的にＴＦＴのソース／ドレイン領域を形成した。
燐およびホウ素のドーピング後、レーザー光またはそれと同等な強光の照射によって、ソース／ドレイン領域の活性化をおこなった。
そして層間絶縁物として酸化珪素膜３１２をプラズマＣＶＤ法で５０００Å程度の厚さに形成し、さらに穴明け工程を経て、ソース／ドレイン電極・配線３１３、３１４、３１５を形成した。さらに水素雰囲気中において、３５０℃の温度で水素熱処理を行うことで、ＣＭＯＳ型のＴＦＴを完成させた。
【００４６】
【発明の効果】
本発明では、レーザー処理装置とこれに関連する成膜装置、さらには他の真空装置を組み合わせてシステムとし、これを効率的に活用することによって量産性を向上させることができる。特にアモルファスまたは多結晶のシリコン膜に対して酸素雰囲気または酸化性雰囲気中において、レーザー光を照射することにより被膜の結晶性を改善することと、その表面への酸化膜の形成を同時にでき、この後、外気に曝さない状態で酸化珪素等の絶縁膜の成膜を行うことで、結晶性を有するシリコン膜上に界面特性に優れたゲイト絶縁膜を得ることができる。
【００４７】
加えて、ゲイト電極の段差部での島状領域との電気的短絡を防止できる。すなわち、図７（Ａ）に示すように、一般のＴＦＴプロセスにおいては、島状領域を作製した際に、オーバーエッチによってシリコン膜の端に空孔が生じた。特に下地の酸化珪素膜が柔らかい（エッチングレートが大きい）場合には、顕著であった。そして、従来のＰＶＤ法やＣＶＤ法でゲイト絶縁膜を形成する際には、この空孔をうまく埋めきれず、クラック等によって短絡し、リーク電流が発生することが多かった。（図７（Ｂ））
しかし、本発明においては、シリコン膜の周囲に一様な厚さのピンホール等のない緻密な酸化膜もしくは窒化膜がレーザー光もしくはそれと同等な強光の照射の結果、形成されるので上記のようなクラックが生じても、ゲイト電極と島状領域の間での短絡がなく、使用上はほとんど問題がない。（図７（Ｃ））
以上のように、本発明はＴＦＴのゲイト絶縁膜の形成に極めて有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のマルチチャンバーの概念図を示す。（実施例１）
【図２】  実施例の作製工程を示す。（実施例１）
【図３】  本発明のマルチチャンバーの概念図を示す。（実施例２）
【図４】  本発明のマルチチャンバーの概念図を示す。（実施例３）
【図５】  実施例の作製工程を示す。（実施例２）
【図６】  実施例の作製工程を示す。（実施例３）
【図７】  従来のゲイト絶縁膜と本発明のゲイト絶縁膜の差を示す。
【図８】  本発明のマルチチャンバー装置を示す。
【符号の説明】
１    ・・・成膜チャンバー
２    ・・・レーザー処理チャンバー
３    ・・・ＲＦ電源
４、５・・・電極
６    ・・・（成膜中の）基板
７    ・・・真空バルブ（ガス導入側）
８    ・・・真空バルブ（排気側）
９    ・・・予備室
１０  ・・・（レーザー処理後の）基板
１１  ・・・レーザー装置
１２  ・・・ミラー
１３  ・・・レンズ
１４  ・・・窓
１５  ・・・基板ホルダー（可動式）
１６  ・・・ヒーター
１７  ・・・（レーザー処理中の）基板
１８  ・・・真空バルブ（ガス導入側）
１９  ・・・真空バルブ（排気側）
【図１】
0003859946.tif 000002
【図２】
0003859946.tif 000003
【図３】
0003859946.tif 000004
【図４】
0003859946.tif 000005
【図５】
0003859946.tif 000006
【図６】
0003859946.tif 000007
【図７】
0003859946.tif 000008
【図８】
0003859946.tif 000009