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、ＭＩＳトランジスタの作製方法に関する。特に本発明は、高速イオンを照射することによって、半導体領域中に不純物を導入した後、レーザーアニールもしくはランプアニールのごとき、レーザーあるいはそれと同等な強光を半導体に照射することによって結晶性を向上せしめる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体（Ｓ）上に薄い絶縁被膜（Ｉ）と制御用の（金属）電極（Ｍ）を設けた構造をＭＩＳ構造といい、このような構造によって半導体を流れる電流を制御するトランジスタをＭＩＳトランジスタという。絶縁被膜として、酸化珪素膜が用いられる場合にはＭＯＳトランジスタと称される。
【０００３】このようなＭＩＳトランジスタは従来は、不純物導入後の活性化工程（すなわち、不純物導入の際に生じた結晶欠陥を回復させる工程）を熱アニールによっておこなっていたが、そのためには１０００℃以上もの高温を必要とした。近年、プロセスの低温化の要請によって、このような高温での熱アニールに代わる方法が検討されている。その中で有力な方法はレーザー等の強光を照射することによって活性化をおこなう方法で、使用する光源によってレーザーアニール、あるいはランプアニールと称される。
【０００４】従来のレーザーアニールを用いたＭＩＳトランジスタの作製例を図４を用いて説明する。基板４０１上に下地絶縁膜４０２を堆積し、さらに実質的に真性の結晶性の半導体被膜を堆積し、これをパターニングして島状半導体領域４０３を形成する。そして、ゲイト絶縁膜として機能する絶縁被膜４０４を堆積し、さらに、ゲイト電極４０５を形成する。（図４（Ａ））
【０００５】必要ならば、ゲイト電極を陽極酸化して、ゲイト電極・配線の上面および側面に陽極酸化物４０６を形成する。このような陽極酸化物を形成する方法およびそのメリットについては、特願平４−３０２２０、同４−３４１９４、同４−３８６３７等に詳述されている。もちろん、必要がなければ、このような陽極酸化工程を用いなくとも構わないことは言うまでもない。（図４R>４（Ｂ））
その後、高速イオン流に基板を置き、このゲイト電極部、すなわちゲイト電極とその周囲の陽極酸化物をマスクとして、島状半導体領域４０３に自己整合的に不純物を注入し、不純物領域（ソース、ドレインとなる）４０７を形成する。（図４（Ｃ））
【０００６】さらに、レーザー光等の強光を照射して、先の不純物注入工程によって結晶性が劣化した半導体領域の結晶性を回復させる。（図４（Ｄ））
その後、層間絶縁物４０８を堆積し、これにコンタクトホールを設けて、ソースおよびドレイン電極４０９を形成して、完成させる。（図４（Ｅ））
【０００７】
【発明が解決しようする課題】上記の方法では、不純物注入の際に、ゲイト絶縁膜４０４にも多量の不純物が注入された。このような不純物は、それ自体がレーザー光を吸収する中心となるばかりか、不純物注入の際に発生した欠陥によってもレーザー光が大きく吸収されることがあった。特に、紫外光は吸収が著しく、不純物半導体領域４０７を活性化させるのに十分な光が到達しないという問題が生じた。通常は、絶縁被膜としては酸化珪素が用いられ、また、レーザー光としては量産性に優れたエキシマーレーザーが用いられる。酸化珪素は純粋なものはエキシマーレーザーの紫外光に対して十分に透明であるが、リンやボロン等の不純物が存在すると、その透明度が著しく低下した。そのため活性化は十分でないという問題が生じた。
【０００８】このように不純物領域の活性化が不十分であると、不純物領域の抵抗が高くなり、ソース／ドレイン間に直列に抵抗を挿入したことと同じこととなる。すなわち、トランジスタの見掛けの移動度が低下し、また、ＯＮ時の立ち上がり（急峻性）も劣化する。本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、レーザー活性化を効率よくおこなうための方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明では、ゲイト絶縁膜として形成された絶縁被膜もしくはその一部を通して不純物を高速イオン照射によって半導体領域に導入した後、ゲイト電極部の下の部分以外の前記絶縁被膜を除去し、その後、半導体領域を露出せしめた構造でレーザー照射、もしくはそれと同等な強光を照射することによって、アニールを達成するものである。このような方法を採用するために、先に指摘したようなレーザー光の絶縁被膜による吸収は生じず、きわめて効率よく活性化が達成できる。
【００１０】
【実施例】〔実施例１〕 図１には本実施例を示す。コーニング７０５９等の無アルカリガラス基板１０１上に下地絶縁膜１０２として、厚さ１０００Åの酸化珪素膜を堆積し、さらに実質的に真性のアモルファスのシリコン半導体被膜（厚さ１５００Å）堆積し、６００℃で１２時間アニールすることによってこれを結晶化させた。これをパターニングして島状半導体領域１０３を形成した。そして、ゲイト絶縁膜として厚さ１２００Åの酸化珪素被膜１０４を堆積し、さらに、厚さ６０００Åのアルミニウムを用いてゲイト電極１０５を形成した。（図１（Ａ））
【００１１】その後、ゲイト電極を陽極酸化して、ゲイト電極・配線の上面および側面に陽極酸化物１０６を形成した。このような陽極酸化物を形成する方法およびそのメリットについては、特開平４−３０２２０、同４−３４１９４、同４−３８６３７等に詳述されている。もちろん、必要がなければ、このような陽極酸化工程を用いなくとも構わないことは言うまでもない。（図１（Ｂ））
【００１２】その後、６５〜１００ｋｅＶ、例えば８０ｋｅＶに加速したリン／水素プラズマ流を照射することによって、島状半導体領域１０３に自己整合的にリンを注入し、不純物領域（ソース、ドレインとなる）１０７を形成した。（図１（Ｃ））
そして、陽極酸化部をマスクとしてゲイト絶縁膜１０４をエッチングし、不純物半導体領域１０７の表面を露出させた。さらに、ＫｒＦエキシマーレーザー光（波長２４８ｎｍ）を照射して、先の不純物注入工程によって結晶性が劣化した半導体領域１０７の結晶性を回復させた。このときのエネルギー密度は、１５０〜３００ｍＪ／ｃｍ2 、例えば、２００ｍＪ／ｃｍ2 とした。（図１（Ｄ））
その後、層間絶縁物１０８を堆積し、これにコンタクトホールを設けて、ソースおよびドレイン電極１０９を形成して完成させた。以上の工程によってＮチャネル型トランジスタが形成された（図１（Ｅ））
【００１３】同様にしてＰチャネル型トランジスタも形成でき、また、公知のＣＭＯＳ技術を使用すれば、同一基板上にＮチャネル型トランジスタとＰチャネル型トランジスタを混載することも可能である。例えば、本実施例に示した方法によって作製したＭＯＳトランジスタの典型的な移動度は、Ｎチャネル型で１２０ｃｍ2 ／Ｖｓ、Ｐチャネル型で８０ｃｍ2 ／Ｖｓであった。また、同一基板上にＮチャネルトランジスタとＰチャネルトランジスタを形成して作製したＣＭＯＳシフトレジスタ（５段）では、ドレイン電圧２０Ｖで１５ＭＨｚの同期を確認した。
【００１４】〔実施例２〕 図２には本実施例を示す。無アルカリガラス２０１上に下地絶縁膜２０２として、厚さ１０００Åの酸化珪素膜を堆積し、さらに実質的に真性のアモルファスのシリコン半導体被膜（厚さ５００Å）堆積した。これに、ＫｒＦレーザー光を照射することによって結晶化させた。レーザーのエネルギー密度は２５０〜４００ｍＪ／ｃｍ2 が好ましく、また、レーザー照射の際には基板を３００〜５５０℃に保持しておくと良好な特性が得られた。このようにして結晶化させたシリコン膜をパターニングして島状半導体領域２０３を形成した。そして、ゲイト絶縁膜として厚さ１２００Åの酸化珪素被膜２０４を堆積し、さらに、厚さ６０００Åのアルミニウムを用いてゲイト電極２０５を形成した。（図２（Ａ））
【００１５】その後、ゲイト電極を陽極酸化して、ゲイト電極・配線の上面および側面に陽極酸化物２０６を形成した。もちろん、必要がなければ、このような陽極酸化工程を用いなくとも構わないことは言うまでもない。（図２（Ｂ））
その後、ゲイト絶縁膜２０４をゲイト電極部をマスクとして、気相エッチング法によって２００〜７００Å程度エッチングし、ゲイト絶縁膜の薄膜化をおこなった。このようにして薄い絶縁膜２０７を形成した。そして、２５〜７０ｋｅＶ、例えば５０ｋｅＶに加速したリン／水素プラズマ流を照射することによって、島状半導体領域２０３に自己整合的にリンを注入し、不純物領域（ソース、ドレインとなる）２０８を形成した。（図２（Ｃ））
【００１６】一般に、ゲイト絶縁膜の耐圧を向上させるにはゲイト絶縁膜の厚さは厚いほどよい。しかしながら、厚い絶縁膜を通してイオンを注入せんとすれば、イオンの加速エネルギーが高くなる。また、特に本実施例のように、イオンに質量や散乱断面積の異なるものが混在している場合には、不必要なイオンが基板深くに注入されることがある。例えば、リンの１価イオンを１５００Åの深さに注入するには１００ｋｅＶのエネルギーが必要であるが、同時に加速される１００ｋｅＶの水素イオンは５０００Åの深さに打ち込まれる。すなわち、ゲイト電極を透過して、ゲイト絶縁膜やその下の半導体領域にまで到達する危険がある。このような問題点を解決するには、不純物の注入される部分のみは必要な厚さにまで絶縁膜を薄くしてやればよい。
【００１７】さて、イオン注入の工程が終了した後、陽極酸化部をマスクとしてゲイト絶縁膜２０４をエッチングし、不純物半導体領域２０８の表面を露出させた。さらに、ＫｒＦエキシマーレーザー光を照射して、先の不純物注入工程によって結晶性が劣化した半導体領域２０８の結晶性を回復させた。（図２（Ｄ））
その後、層間絶縁物２０９を堆積し、これにコンタクトホールを設けて、ソースおよびドレイン電極２１０を形成して完成させた。以上の工程によってＮチャネル型トランジスタが形成された（図２（Ｅ））
【００１８】〔実施例３〕 図３には本実施例を示す。無アルカリガラス３０１上に下地絶縁膜３０２として、厚さ１０００Åの酸化珪素膜を堆積し、さらに実質的に真性のアモルファスのシリコン半導体被膜（厚さ５００Å）堆積した。これに、ＫｒＦレーザー光を照射することによってこれを結晶化させた。レーザーのエネルギー密度は２５０〜４００ｍＪ／ｃｍ2 が好ましく、また、レーザー照射の際には基板を３００〜５５０℃に保持しておくと良好な特性が得られた。このようにして結晶化させたシリコン膜をパターニングして島状半導体領域３０３を形成した。そして、ゲイト絶縁膜として厚さ１２００Åの酸化珪素被膜３０４を堆積し、さらに、厚さ６０００Åのアルミニウムを用いてゲイト電極３０５を形成した。
【００１９】その後、ゲイト電極を陽極酸化して、ゲイト電極・配線の上面および側面に陽極酸化物３０６を形成した。ゲイト絶縁膜３０４をゲイト電極部をマスクとして、ウェットエッチング法によって、全てエッチングした。（図３（Ａ））
そして、新たに２００〜３００Åの酸化珪素膜３０７を堆積し、１０〜４０ｋｅＶ、例えば２０ｋｅＶに加速したリン／水素プラズマ流を照射することによって、島状半導体領域３０３に自己整合的にリンを注入し、不純物領域（ソース、ドレインとなる）３０８を形成した。（図３（Ｂ））
【００２０】本実施例の方法は、ソース、ドレイン上の絶縁被膜を極端に薄くする場合に適している。すなわち、実施例２の方法では、残存する絶縁膜の厚さは、ゲイト絶縁膜が厚い場合には精密に制御できないからである。例えば、実施例２の方法で、１２００Åの酸化珪素膜を２００Åまで薄くしようとしても、２００Å以上のばらつきが生じてしまった。これに対し、本実施例のように絶縁膜を堆積する方法では５０Å以下のばらつきであった。
【００２１】さて、イオン注入の工程が終了した後、陽極酸化部をマスクとして酸化珪素膜３０７を全てエッチングし、不純物半導体領域３０８の表面を露出させた。さらに、ＫｒＦエキシマーレーザー光を照射して、先の不純物注入工程によって結晶性が劣化した半導体領域３０８の結晶性を回復させた。（図３（Ｃ））
その後、層間絶縁物３０９を堆積し、これにコンタクトホールを設けて、ソースおよびドレイン電極３１０を形成して完成させた。以上の工程によってＮチャネル型トランジスタが形成された（図３（Ｄ））
【００２２】
【発明の効果】本発明によってレーザーアニールもしくはランプアニールを効率的におこなう方法が提供された。本発明が、プロセスの低温化に寄与すること、およびそのことによる工業的利益が大であることは明らかであろう。実施例では、本発明を薄膜状の活性層を有するＭＩＳトランジスタ、いわゆる薄膜トランジスタに関して説明した。これは、特に基板の制約を受けやすい薄膜トランジスタにおいては、低温プロセスが必須とされているからである。しかしながら、単結晶半導体基板上に形成されたＭＩＳトランジスタに本発明を適用しても同様な効果が得られることは明白であろう。
【００２３】本発明においては、半導体領域を構成する半導体の種類はシリコン、ゲルマニウム、炭化珪素、シリコン−ゲルマニウム合金、砒化ガリウム等が使用できる。さらに、ゲイト電極を構成する材料としても、ドープドシリコン、モリブテン、タングステン、チタン、アルミニウム、およびそれらの合金や珪化物、窒化物等が使用される。本発明において、レーザーを用いる場合には、ＡｒＦレーザー（波長１９３ｎｍ）、ＫｒＦレーザー（２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌレーザー（３０８ｎｍ）、ＸｅＦレーザー（３５０ｎｍ）等のエキシマーレーザー、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（波長１０６４ｎｍ）、その第２高調波（５３２ｎｍ）、第３高調波（３５５ｎｍ）、第４高調波（２６６ｎｍ）等が適しているが、その他のレーザー、光源を使用することも本発明の範疇に含まれることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の作製プロセスを示す。
【図２】 実施例の作製プロセスを示す。
【図３】 実施例の作製プロセスを示す。
【図４】 従来の作製プロセスを示す。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、４０１・・・基板
１０２、２０２、３０２、４０２・・・下地絶縁膜
１０３、２０３、３０３、４０３・・・島状半導体領域
１０４、２０４、３０４、４０４・・・ゲイト絶縁膜
１０５、２０５、３０５、４０５・・・ゲイト電極
１０６、２０６、３０６、４０６・・・陽極酸化物
２０７、３０７ ・・・薄い絶縁膜
１０７、２０８、３０８、４０７・・・不純物領域
１０８、２０９、３０９、４０８・・・層間絶縁物
１０９、２１０、３１０、４０９・・・ソース、ドレイン電極
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＩＳトランジスタの作製方法に関する。特に本発明は、高速イオンを照射することによって、半導体領域中に不純物を導入した後、レーザーアニールもしくはランプアニールのごとき、レーザーあるいはそれと同等な強光を半導体に照射することによって結晶性を向上せしめる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体（Ｓ）上に薄い絶縁被膜（Ｉ）と制御用の（金属）電極（Ｍ）を設けた構造をＭＩＳ構造といい、このような構造によって半導体を流れる電流を制御するトランジスタをＭＩＳトランジスタという。絶縁被膜として、酸化珪素膜が用いられる場合にはＭＯＳトランジスタと称される。
【０００３】このようなＭＩＳトランジスタは従来は、不純物導入後の活性化工程（すなわち、不純物導入の際に生じた結晶欠陥を回復させる工程）を熱アニールによっておこなっていたが、そのためには１０００℃以上もの高温を必要とした。近年、プロセスの低温化の要請によって、このような高温での熱アニールに代わる方法が検討されている。その中で有力な方法はレーザー等の強光を照射することによって活性化をおこなう方法で、使用する光源によってレーザーアニール、あるいはランプアニールと称される。
【０００４】従来のレーザーアニールを用いたＭＩＳトランジスタの作製例を図４を用いて説明する。基板４０１上に下地絶縁膜４０２を堆積し、さらに実質的に真性の結晶性の半導体被膜を堆積し、これをパターニングして島状半導体領域４０３を形成する。そして、ゲイト絶縁膜として機能する絶縁被膜４０４を堆積し、さらに、ゲイト電極４０５を形成する。（図４（Ａ））
【０００５】必要ならば、ゲイト電極を陽極酸化して、ゲイト電極・配線の上面および側面に陽極酸化物４０６を形成する。このような陽極酸化物を形成する方法およびそのメリットについては、特願平４−３０２２０、同４−３４１９４、同４−３８６３７等に詳述されている。もちろん、必要がなければ、このような陽極酸化工程を用いなくとも構わないことは言うまでもない。（図４R>４（Ｂ））
その後、高速イオン流に基板を置き、このゲイト電極部、すなわちゲイト電極とその周囲の陽極酸化物をマスクとして、島状半導体領域４０３に自己整合的に不純物を注入し、不純物領域（ソース、ドレインとなる）４０７を形成する。（図４（Ｃ））
【０００６】さらに、レーザー光等の強光を照射して、先の不純物注入工程によって結晶性が劣化した半導体領域の結晶性を回復させる。（図４（Ｄ））
その後、層間絶縁物４０８を堆積し、これにコンタクトホールを設けて、ソースおよびドレイン電極４０９を形成して、完成させる。（図４（Ｅ））
【０００７】
【発明が解決しようする課題】上記の方法では、不純物注入の際に、ゲイト絶縁膜４０４にも多量の不純物が注入された。このような不純物は、それ自体がレーザー光を吸収する中心となるばかりか、不純物注入の際に発生した欠陥によってもレーザー光が大きく吸収されることがあった。特に、紫外光は吸収が著しく、不純物半導体領域４０７を活性化させるのに十分な光が到達しないという問題が生じた。通常は、絶縁被膜としては酸化珪素が用いられ、また、レーザー光としては量産性に優れたエキシマーレーザーが用いられる。酸化珪素は純粋なものはエキシマーレーザーの紫外光に対して十分に透明であるが、リンやボロン等の不純物が存在すると、その透明度が著しく低下した。そのため活性化は十分でないという問題が生じた。
【０００８】このように不純物領域の活性化が不十分であると、不純物領域の抵抗が高くなり、ソース／ドレイン間に直列に抵抗を挿入したことと同じこととなる。すなわち、トランジスタの見掛けの移動度が低下し、また、ＯＮ時の立ち上がり（急峻性）も劣化する。本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、レーザー活性化を効率よくおこなうための方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明では、ゲイト絶縁膜として形成された絶縁被膜もしくはその一部を通して不純物を高速イオン照射によって半導体領域に導入した後、ゲイト電極部の下の部分以外の前記絶縁被膜を除去し、その後、半導体領域を露出せしめた構造でレーザー照射、もしくはそれと同等な強光を照射することによって、アニールを達成するものである。このような方法を採用するために、先に指摘したようなレーザー光の絶縁被膜による吸収は生じず、きわめて効率よく活性化が達成できる。
【００１０】
【実施例】〔実施例１〕 図１には本実施例を示す。コーニング７０５９等の無アルカリガラス基板１０１上に下地絶縁膜１０２として、厚さ１０００Åの酸化珪素膜を堆積し、さらに実質的に真性のアモルファスのシリコン半導体被膜（厚さ１５００Å）堆積し、６００℃で１２時間アニールすることによってこれを結晶化させた。これをパターニングして島状半導体領域１０３を形成した。そして、ゲイト絶縁膜として厚さ１２００Åの酸化珪素被膜１０４を堆積し、さらに、厚さ６０００Åのアルミニウムを用いてゲイト電極１０５を形成した。（図１（Ａ））
【００１１】その後、ゲイト電極を陽極酸化して、ゲイト電極・配線の上面および側面に陽極酸化物１０６を形成した。このような陽極酸化物を形成する方法およびそのメリットについては、特開平４−３０２２０、同４−３４１９４、同４−３８６３７等に詳述されている。もちろん、必要がなければ、このような陽極酸化工程を用いなくとも構わないことは言うまでもない。（図１（Ｂ））
【００１２】その後、６５〜１００ｋｅＶ、例えば８０ｋｅＶに加速したリン／水素プラズマ流を照射することによって、島状半導体領域１０３に自己整合的にリンを注入し、不純物領域（ソース、ドレインとなる）１０７を形成した。（図１（Ｃ））
そして、陽極酸化部をマスクとしてゲイト絶縁膜１０４をエッチングし、不純物半導体領域１０７の表面を露出させた。さらに、ＫｒＦエキシマーレーザー光（波長２４８ｎｍ）を照射して、先の不純物注入工程によって結晶性が劣化した半導体領域１０７の結晶性を回復させた。このときのエネルギー密度は、１５０〜３００ｍＪ／ｃｍ2 、例えば、２００ｍＪ／ｃｍ2 とした。（図１（Ｄ））
その後、層間絶縁物１０８を堆積し、これにコンタクトホールを設けて、ソースおよびドレイン電極１０９を形成して完成させた。以上の工程によってＮチャネル型トランジスタが形成された（図１（Ｅ））
【００１３】同様にしてＰチャネル型トランジスタも形成でき、また、公知のＣＭＯＳ技術を使用すれば、同一基板上にＮチャネル型トランジスタとＰチャネル型トランジスタを混載することも可能である。例えば、本実施例に示した方法によって作製したＭＯＳトランジスタの典型的な移動度は、Ｎチャネル型で１２０ｃｍ2 ／Ｖｓ、Ｐチャネル型で８０ｃｍ2 ／Ｖｓであった。また、同一基板上にＮチャネルトランジスタとＰチャネルトランジスタを形成して作製したＣＭＯＳシフトレジスタ（５段）では、ドレイン電圧２０Ｖで１５ＭＨｚの同期を確認した。
【００１４】〔実施例２〕 図２には本実施例を示す。無アルカリガラス２０１上に下地絶縁膜２０２として、厚さ１０００Åの酸化珪素膜を堆積し、さらに実質的に真性のアモルファスのシリコン半導体被膜（厚さ５００Å）堆積した。これに、ＫｒＦレーザー光を照射することによって結晶化させた。レーザーのエネルギー密度は２５０〜４００ｍＪ／ｃｍ2 が好ましく、また、レーザー照射の際には基板を３００〜５５０℃に保持しておくと良好な特性が得られた。このようにして結晶化させたシリコン膜をパターニングして島状半導体領域２０３を形成した。そして、ゲイト絶縁膜として厚さ１２００Åの酸化珪素被膜２０４を堆積し、さらに、厚さ６０００Åのアルミニウムを用いてゲイト電極２０５を形成した。（図２（Ａ））
【００１５】その後、ゲイト電極を陽極酸化して、ゲイト電極・配線の上面および側面に陽極酸化物２０６を形成した。もちろん、必要がなければ、このような陽極酸化工程を用いなくとも構わないことは言うまでもない。（図２（Ｂ））
その後、ゲイト絶縁膜２０４をゲイト電極部をマスクとして、気相エッチング法によって２００〜７００Å程度エッチングし、ゲイト絶縁膜の薄膜化をおこなった。このようにして薄い絶縁膜２０７を形成した。そして、２５〜７０ｋｅＶ、例えば５０ｋｅＶに加速したリン／水素プラズマ流を照射することによって、島状半導体領域２０３に自己整合的にリンを注入し、不純物領域（ソース、ドレインとなる）２０８を形成した。（図２（Ｃ））
【００１６】一般に、ゲイト絶縁膜の耐圧を向上させるにはゲイト絶縁膜の厚さは厚いほどよい。しかしながら、厚い絶縁膜を通してイオンを注入せんとすれば、イオンの加速エネルギーが高くなる。また、特に本実施例のように、イオンに質量や散乱断面積の異なるものが混在している場合には、不必要なイオンが基板深くに注入されることがある。例えば、リンの１価イオンを１５００Åの深さに注入するには１００ｋｅＶのエネルギーが必要であるが、同時に加速される１００ｋｅＶの水素イオンは５０００Åの深さに打ち込まれる。すなわち、ゲイト電極を透過して、ゲイト絶縁膜やその下の半導体領域にまで到達する危険がある。このような問題点を解決するには、不純物の注入される部分のみは必要な厚さにまで絶縁膜を薄くしてやればよい。
【００１７】さて、イオン注入の工程が終了した後、陽極酸化部をマスクとしてゲイト絶縁膜２０４をエッチングし、不純物半導体領域２０８の表面を露出させた。さらに、ＫｒＦエキシマーレーザー光を照射して、先の不純物注入工程によって結晶性が劣化した半導体領域２０８の結晶性を回復させた。（図２（Ｄ））
その後、層間絶縁物２０９を堆積し、これにコンタクトホールを設けて、ソースおよびドレイン電極２１０を形成して完成させた。以上の工程によってＮチャネル型トランジスタが形成された（図２（Ｅ））
【００１８】〔実施例３〕 図３には本実施例を示す。無アルカリガラス３０１上に下地絶縁膜３０２として、厚さ１０００Åの酸化珪素膜を堆積し、さらに実質的に真性のアモルファスのシリコン半導体被膜（厚さ５００Å）堆積した。これに、ＫｒＦレーザー光を照射することによってこれを結晶化させた。レーザーのエネルギー密度は２５０〜４００ｍＪ／ｃｍ2 が好ましく、また、レーザー照射の際には基板を３００〜５５０℃に保持しておくと良好な特性が得られた。このようにして結晶化させたシリコン膜をパターニングして島状半導体領域３０３を形成した。そして、ゲイト絶縁膜として厚さ１２００Åの酸化珪素被膜３０４を堆積し、さらに、厚さ６０００Åのアルミニウムを用いてゲイト電極３０５を形成した。
【００１９】その後、ゲイト電極を陽極酸化して、ゲイト電極・配線の上面および側面に陽極酸化物３０６を形成した。ゲイト絶縁膜３０４をゲイト電極部をマスクとして、ウェットエッチング法によって、全てエッチングした。（図３（Ａ））
そして、新たに２００〜３００Åの酸化珪素膜３０７を堆積し、１０〜４０ｋｅＶ、例えば２０ｋｅＶに加速したリン／水素プラズマ流を照射することによって、島状半導体領域３０３に自己整合的にリンを注入し、不純物領域（ソース、ドレインとなる）３０８を形成した。（図３（Ｂ））
【００２０】本実施例の方法は、ソース、ドレイン上の絶縁被膜を極端に薄くする場合に適している。すなわち、実施例２の方法では、残存する絶縁膜の厚さは、ゲイト絶縁膜が厚い場合には精密に制御できないからである。例えば、実施例２の方法で、１２００Åの酸化珪素膜を２００Åまで薄くしようとしても、２００Å以上のばらつきが生じてしまった。これに対し、本実施例のように絶縁膜を堆積する方法では５０Å以下のばらつきであった。
【００２１】さて、イオン注入の工程が終了した後、陽極酸化部をマスクとして酸化珪素膜３０７を全てエッチングし、不純物半導体領域３０８の表面を露出させた。さらに、ＫｒＦエキシマーレーザー光を照射して、先の不純物注入工程によって結晶性が劣化した半導体領域３０８の結晶性を回復させた。（図３（Ｃ））
その後、層間絶縁物３０９を堆積し、これにコンタクトホールを設けて、ソースおよびドレイン電極３１０を形成して完成させた。以上の工程によってＮチャネル型トランジスタが形成された（図３（Ｄ））
【００２２】
【発明の効果】本発明によってレーザーアニールもしくはランプアニールを効率的におこなう方法が提供された。本発明が、プロセスの低温化に寄与すること、およびそのことによる工業的利益が大であることは明らかであろう。実施例では、本発明を薄膜状の活性層を有するＭＩＳトランジスタ、いわゆる薄膜トランジスタに関して説明した。これは、特に基板の制約を受けやすい薄膜トランジスタにおいては、低温プロセスが必須とされているからである。しかしながら、単結晶半導体基板上に形成されたＭＩＳトランジスタに本発明を適用しても同様な効果が得られることは明白であろう。
【００２３】本発明においては、半導体領域を構成する半導体の種類はシリコン、ゲルマニウム、炭化珪素、シリコン−ゲルマニウム合金、砒化ガリウム等が使用できる。さらに、ゲイト電極を構成する材料としても、ドープドシリコン、モリブテン、タングステン、チタン、アルミニウム、およびそれらの合金や珪化物、窒化物等が使用される。本発明において、レーザーを用いる場合には、ＡｒＦレーザー（波長１９３ｎｍ）、ＫｒＦレーザー（２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌレーザー（３０８ｎｍ）、ＸｅＦレーザー（３５０ｎｍ）等のエキシマーレーザー、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（波長１０６４ｎｍ）、その第２高調波（５３２ｎｍ）、第３高調波（３５５ｎｍ）、第４高調波（２６６ｎｍ）等が適しているが、その他のレーザー、光源を使用することも本発明の範疇に含まれることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の作製プロセスを示す。
【図２】 実施例の作製プロセスを示す。
【図３】 実施例の作製プロセスを示す。
【図４】 従来の作製プロセスを示す。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、４０１・・・基板
１０２、２０２、３０２、４０２・・・下地絶縁膜
１０３、２０３、３０３、４０３・・・島状半導体領域
１０４、２０４、３０４、４０４・・・ゲイト絶縁膜
１０５、２０５、３０５、４０５・・・ゲイト電極
１０６、２０６、３０６、４０６・・・陽極酸化物
２０７、３０７ ・・・薄い絶縁膜
１０７、２０８、３０８、４０７・・・不純物領域
１０８、２０９、３０９、４０８・・・層間絶縁物
１０９、２１０、３１０、４０９・・・ソース、ドレイン電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ガラス基板上に半導体薄膜を形成し、前記半導体薄膜をアニールして前記半導体薄膜を結晶化させた後、前記半導体薄膜をパターニングして島状半導体薄膜を形成し、前記島状半導体薄膜上にゲイト絶縁膜を形成し、前記島状半導体薄膜に選択的に不純物を添加して不純物領域を形成し、前記ゲイト絶縁膜を選択的に除去して前記不純物領域を露出させ、露出した前記不純物領域表面にレーザー光を照射する半導体装置の作製方法であって、前記レーザー光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】 ガラス基板上に半導体薄膜を形成し、前記半導体薄膜をアニールして前記半導体薄膜を結晶化させた後、前記半導体薄膜をパターニングして島状半導体薄膜を形成し、前記島状半導体薄膜上にゲイト絶縁膜を形成し、前記島状半導体薄膜に選択的に不純物を添加して不純物領域を形成し、前記ゲイト絶縁膜を選択的に除去して前記不純物領域を露出させ、露出した前記不純物領域表面にレーザー光を照射する半導体装置の作製方法であって、前記レーザー光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第３高調波であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】 ガラス基板上に半導体薄膜を形成し、前記半導体薄膜をアニールして前記半導体薄膜を結晶化させた後、前記半導体薄膜をパターニングして島状半導体薄膜を形成し、前記島状半導体薄膜上にゲイト絶縁膜を形成し、前記島状半導体薄膜に選択的に不純物を添加して不純物領域を形成し、前記ゲイト絶縁膜を選択的に除去して前記不純物領域を露出させ、露出した前記不純物領域表面にレーザー光を照射する半導体装置の作製方法であって、前記レーザー光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波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】 ガラス基板上に半導体薄膜を形成し、前記半導体薄膜をアニールして前記半導体薄膜を結晶化させた後、前記半導体薄膜をパターニングして島状半導体薄膜を形成し、前記島状半導体薄膜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、前記ゲイト電極をマスクとして前記島状半導体薄膜に不純物を添加して不純物領域を形成し、前記ゲイト絶縁膜を選択的に除去して前記不純物領域を露出させ、露出した前記不純物領域表面にレーザー光を照射する半導体装置の作製方法であって、前記レーザー光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波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】 ガラス基板上に半導体薄膜を形成し、前記半導体薄膜をアニールして前記半導体薄膜を結晶化させた後、前記半導体薄膜をパターニングして島状半導体薄膜を形成し、前記島状半導体薄膜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、前記ゲイト電極をマスクとして前記島状半導体薄膜に不純物を添加して不純物領域を形成し、前記ゲイト絶縁膜を選択的に除去して前記不純物領域を露出させ、露出した前記不純物領域表面にレーザー光を照射する半導体装置の作製方法であって、前記レーザー光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第３高調波であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】 ガラス基板上に半導体薄膜を形成し、前記半導体薄膜をアニールして前記半導体薄膜を結晶化させた後、前記半導体薄膜をパターニングして島状半導体薄膜を形成し、前記島状半導体薄膜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、前記ゲイト電極をマスクとして前記島状半導体薄膜に不純物を添加して不純物領域を形成し、前記ゲイト絶縁膜を選択的に除去して前記不純物領域を露出させ、露出した前記不純物領域表面にレーザー光を照射する半導体装置の作製方法であって、前記レーザー光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１】 ガラス基板上に半導体薄膜を形成し、前記半導体薄膜をアニールして前記半導体薄膜を結晶化させた後、前記半導体薄膜をパターニングして島状半導体薄膜を形成し、前記島状半導体薄膜上にゲイト絶縁膜を形成し、前記島状半導体薄膜に選択的に不純物を添加して不純物領域を形成し、前記ゲイト絶縁膜を選択的に除去して前記不純物領域を露出させ、露出した前記不純物領域表面にレーザー光を照射する半導体装置の作製方法であって、前記レーザー光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】 ガラス基板上に半導体薄膜を形成し、前記半導体薄膜をアニールして前記半導体薄膜を結晶化させた後、前記半導体薄膜をパターニングして島状半導体薄膜を形成し、前記島状半導体薄膜上にゲイト絶縁膜を形成し、前記島状半導体薄膜に選択的に不純物を添加して不純物領域を形成し、前記ゲイト絶縁膜を選択的に除去して前記不純物領域を露出させ、露出した前記不純物領域表面にレーザー光を照射する半導体装置の作製方法であって、前記レーザー光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第３高調波であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】 ガラス基板上に半導体薄膜を形成し、前記半導体薄膜をアニールして前記半導体薄膜を結晶化させた後、前記半導体薄膜をパターニングして島状半導体薄膜を形成し、前記島状半導体薄膜上にゲイト絶縁膜を形成し、前記島状半導体薄膜に選択的に不純物を添加して不純物領域を形成し、前記ゲイト絶縁膜を選択的に除去して前記不純物領域を露出させ、露出した前記不純物領域表面にレーザー光を照射する半導体装置の作製方法であって、前記レーザー光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波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】 ガラス基板上に半導体薄膜を形成し、前記半導体薄膜をアニールして前記半導体薄膜を結晶化させた後、前記半導体薄膜をパターニングして島状半導体薄膜を形成し、前記島状半導体薄膜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、前記ゲイト電極をマスクとして前記島状半導体薄膜に不純物を添加して不純物領域を形成し、前記ゲイト絶縁膜を選択的に除去して前記不純物領域を露出させ、露出した前記不純物領域表面にレーザー光を照射する半導体装置の作製方法であって、前記レーザー光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波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】 ガラス基板上に半導体薄膜を形成し、前記半導体薄膜をアニールして前記半導体薄膜を結晶化させた後、前記半導体薄膜をパターニングして島状半導体薄膜を形成し、前記島状半導体薄膜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、前記ゲイト電極をマスクとして前記島状半導体薄膜に不純物を添加して不純物領域を形成し、前記ゲイト絶縁膜を選択的に除去して前記不純物領域を露出させ、露出した前記不純物領域表面にレーザー光を照射する半導体装置の作製方法であって、前記レーザー光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第３高調波であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】 ガラス基板上に半導体薄膜を形成し、前記半導体薄膜をアニールして前記半導体薄膜を結晶化させた後、前記半導体薄膜をパターニングして島状半導体薄膜を形成し、前記島状半導体薄膜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、前記ゲイト電極をマスクとして前記島状半導体薄膜に不純物を添加して不純物領域を形成し、前記ゲイト絶縁膜を選択的に除去して前記不純物領域を露出させ、露出した前記不純物領域表面にレーザー光を照射する半導体装置の作製方法であって、前記レーザー光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【特許番号】特許第３３８７８６２号（Ｐ３３８７８６２）
【登録日】平成１５年１月１０日（２００３．１．１０）
【発行日】平成１５年３月１７日（２００３．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１１−２５８８９９
【分割の表示】特願平４−３５９１５６の分割
【出願日】平成４年１２月２６日（１９９２．１２．２６）
【公開番号】特開２０００−６８２０６（Ｐ２０００−６８２０６Ａ）
【公開日】平成１２年３月３日（２０００．３．３）
【審査請求日】平成１１年１０月１５日（１９９９．１０．１５）
【前置審査】 前置審査
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【参考文献】
【文献】特開 平２−２２８０４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭５８−２３４７９（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１５年１月１０日（２００３．１．１０）
【発行日】平成１５年３月１７日（２００３．３．１７）
【国際特許分類】
【分割の表示】特願平４−３５９１５６の分割
【出願日】平成４年１２月２６日（１９９２．１２．２６）
【公開番号】特開２０００−６８２０６（Ｐ２０００−６８２０６Ａ）
【公開日】平成１２年３月３日（２０００．３．３）
【審査請求日】平成１１年１０月１５日（１９９９．１０．１５）
【前置審査】 前置審査
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【参考文献】
【文献】特開 平２−２２８０４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭５８−２３４７９（ＪＰ，Ａ）
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