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JPH0869967A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

半導体装置の作製方法

Info

Publication number
JPH0869967A
JPH0869967A JP6225851A JP22585194A JPH0869967A JP H0869967 A JPH0869967 A JP H0869967A JP 6225851 A JP6225851 A JP 6225851A JP 22585194 A JP22585194 A JP 22585194A JP H0869967 A JPH0869967 A JP H0869967A
Authority
JP
Japan
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silicon film
nickel
film
amorphous silicon
semiconductor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6225851A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Fukunaga
健司 福永
Hisashi Otani
久 大谷
Shoji Miyanaga
昭治 宮永
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.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP6225851A priority Critical patent/JPH0869967A/ja
Publication of JPH0869967A publication Critical patent/JPH0869967A/ja
Priority to US10/752,994 priority patent/US7186601B2/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 結晶化を助長する触媒元素を用いて、５５０
℃程度、４時間程度の加熱処理で結晶性珪素を得る方法
において、加熱処理とレーザー光の照射を併用する。 【構成】 ガラス基板１１上に形成された非晶質珪素膜
１２上に極薄の酸化膜１３を形成し、ニッケル等の触媒
元素を１０〜２００ｐｐｍ（要調整）添加した酢酸塩溶
液等の水溶液１４を滴下する。この状態で所定の時間保
持し、スピナー１５を用いてスピンドライを行なう。そ
して、５５０℃、４時間の加熱処理を行ない、さらにレ
ーザー光を照射することによって、結晶性珪素膜を得
る。そしてさらに５５０℃、４時間の加熱処理を施すこ
により、欠陥密度の小さい結晶性珪素膜を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は結晶性を有する半導体を
用いた半導体装置およびその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】薄膜半導体を用いた薄膜トランジスタ
（以下ＴＦＴ等）が知られている。このＴＦＴは、基板
上に薄膜半導体を形成し、この薄膜半導体を用いて構成
されるものである。このＴＦＴは、各種集積回路に利用
されているが、特に電気光学装置特にアクティブマトリ
ックス型の液晶表示装置の各画素の設けられたスイッチ
ング素子、周辺回路部分に形成されるドライバー素子と
して注目されている。
【０００３】ＴＦＴに利用される薄膜半導体としては、
非晶質珪素膜を用いることが簡便であるが、その電気的
特性が低いという問題がある。ＴＦＴの特性向上を得る
ためには、結晶性を有するシリコン薄膜を利用するばよ
い。結晶性を有するシリコン膜は、多結晶シリコン、ポ
リシリコン、微結晶シリコン等と称されている。この結
晶性を有するシリコン膜を得るためには、まず非晶質珪
素膜を形成し、しかる後に加熱によって結晶化させれば
よい。
【０００４】しかしながら、加熱による結晶化は、加熱
温度が６００℃以上の温度で２０時間以上の時間を掛け
ることが必要であり、基板としてガラス基板を用いるこ
とが困難であるという問題がある。例えばアクティブ型
の液晶表示装置に用いられるコーニング７０５９ガラス
はガラス歪点が５９３℃であり、基板の大面積化を考慮
した場合、６００℃以上の加熱には問題がある。即ち、
一般に多用されているコーニング７０５９ガラス基板に
対して６００℃以上の温度で２０時間以上の加熱処理を
行うと、基板の縮みや撓みが顕著になってしまう。
【０００５】このような問題を解決するには、なるべく
低い温度で加熱処理を施すことが必要とされる。また一
方で生産性を高める目的で加熱処理工程の時間をできる
だけ短縮することが要求される。
【０００６】また、非晶質珪素膜を加熱により結晶化さ
せた場合、珪素膜の全体が結晶化してしまい、部分的に
結晶化を行ったり、特定の領域の結晶性を制御したりす
ることができないという問題がある。
【０００７】この問題を解決するための方法として、非
晶質珪素膜中に人為的に結晶核となる部分あるいは領域
を形成し、しかる後に加熱処理を施すことにより、選択
的に結晶化を行わす技術が、特開平２─１４０９１５号
や特開平２─２６０５２４号に記載されている。この技
術は、非晶質珪素膜中の所定の位置に結晶核を発生させ
ようとするものである。
【０００８】例えば、特開平２─１４０９１５号公報に
は、非晶質珪素膜上にアルミニウムの層を形成し、この
非晶質珪素とアルミニウムとが接触している部分に結晶
核を生成させ、さらに加熱処理を施すことによりこの結
晶核から結晶成長を行わす構成が記載されている。また
特開平２─２６０５２４号公報には、非晶質珪素膜中に
スズ（Ｓｎ）をイオン注入法で添加し、このスズイオン
が添加された領域に結晶核を生成させる構成が記載され
ている。
【０００９】しかしＡｌやＳｎは置換型の金属元素であ
り、珪素と合金を形成してしまい珪素膜中に拡散進入し
てない。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）から結晶成長が行われることが特徴であ
る。一般に結晶化は初期核の発生とその核からの結晶成
長という２段階の過程を経て進行する。ＡｌやＳｎとい
う珪素に対して置換型の金属元素は、初期核の発生を発
生させるのには有効であるが、その後の結晶成長にはほ
とんど効果がない。従って、ＡｌやＳｎを用いた場合に
は、単に非晶質珪素膜を加熱によって結晶化させる場合
に比較して特にその温度を低く、またその時間を短くで
きる訳ではい。即ち、従来の単に加熱によって行う非晶
質珪素膜の結晶化工程に比較して顕著な優位性を有する
ものではない。
【００１０】〔発明の背景〕本発明者らの研究によれ
ば、非晶質珪素膜の表面にニッケルやパラジウム等の珪
素に対す侵入型となる元素を微量に堆積させ、しかる後
に加熱することで、５５０℃、４時間程度の処理時間で
結晶化を行なえることが判明している。この場合、初期
核発生の過程のみならず、その後の結晶成長を容易たら
しめることができ、従来の加熱のみによる方法に比較し
て、大きく加熱温度を低くすることができ、また加熱時
間を短くすることができる。
【００１１】上記のような微量な元素（結晶化を助長す
る触媒元素）を導入するには、プラズマ処理や蒸着、さ
らにはイオン注入を利用すればよい。プラズマ処理と
は、平行平板型あるいは陽光柱型のプラズマＣＶＤ装置
において、電極として触媒元素を含んだ材料を用い、窒
素または水素等の雰囲気でプラズマを生じさせることに
よって非晶質珪素膜に触媒元素の添加を行なう方法であ
る。
【００１２】上記の結晶化を助長する金属元素として
は、進入型の元素であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕを用い
ることができる。これら進入型の元素は、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。
【００１３】従って、結晶核から徐々に結晶化が進行す
る場合と異なる方法で結晶化を進行させることができ
る。例えば、非晶質珪素膜の特定の場所に上記金属元素
を導入ししかる後に加熱処理を行うと、結晶化がこの金
属元素が導入された領域から膜平面に平行な方向に向か
って進行する。この長さ数十μｍ以上のもなる。また、
非晶質珪素膜の全面に対して上記金属元素を導入する
と、膜全体を一様に結晶化させることができる。勿論こ
の場合、膜全体は多結晶あるいは微結晶構造を有してい
るのであるが、特定の場所に明確な粒界を有しているよ
うな構造ではない。従って、膜の任意の場所を利用して
特性の揃ったデバイスを形成することができる。
【００１４】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。
【００１５】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５×１０19ｃｍ-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。
【００１６】結晶化後の結晶性珪素膜中における上記の
ニッケル等の結晶化を助長する元素（本明細書では、結
晶化を助長する元素を触媒元素という）の濃度に最適な
範囲にするためには、これら元素を非晶質珪素膜に導入
する際にその量を制御する必要がある。
【００１７】また、ニッケルを触媒元素とした場合、非
晶質珪素膜を成膜し、ニッケル添加をプラズマ処理法に
よって行ない結晶性珪素膜を作製し、その結晶化過程等
を詳細に検討したところ以下の事項が判明した。 （１）プラズマ処理によってニッケルを非晶質珪素膜上
に導入した場合、熱処理を行なう以前に既に、ニッケル
は非晶質珪素膜中のかなりの深さの部分まで侵入してい
る。 （２）結晶の初期核発生は、ニッケルを導入した表面か
ら発生している。 （３）蒸着法でニッケルを非晶質珪素膜上に成膜した場
合であっても、プラズマ処理を行なった場合と同様に結
晶化が起こる。
【００１８】上記事項から、プラズマ処理によって導入
されたニッケルが全て効果的に機能していないというこ
とが結論される。即ち、多量のニッケルが導入されても
十分に機能していないニッケルが存在していると考えら
れる。このことから、ニッケルと珪素が接している点
（面）が低温結晶化の際に機能していると考えられる。
そして、可能な限りニッケルは微細に原子状に分散して
いることが必要であることが結論される。即ち、「必要
なのは非晶質珪素膜の表面近傍に低温結晶化が可能な範
囲内で可能な限り低濃度のニッケルが原子状で分散して
導入されればよい」ということが結論される。
【００１９】非晶質珪素膜の表面近傍のみに極微量のニ
ッケルを導入する方法、言い換えるならば、非晶質珪素
膜の表面近傍のみ結晶化を助長する触媒元素を極微量導
入する方法としては、蒸着法を挙げることができるが、
蒸着法は制御性が悪く、触媒元素の導入量を厳密に制御
することが困難であるという問題がある。
【００２０】また、触媒元素の導入量は極力少ないこと
が必要とされるが、この場合、結晶性が不純物となる問
題が生じる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、触媒元素を
用いた６００℃以下の熱処理による結晶性を有する薄膜
珪素半導体の作製において、 （１）触媒元素の量を制御して導入し、その量を最小限
の量とする。 （２）生産性の高い方法とする。 （３）熱処理で得られる結晶性よりさらに高い結晶性を
得る。 といった要求の少なくとも一つを満たすことを目的とす
る。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を満
足するために以下の手段を用いて結晶性を有した珪素膜
を得る。非晶質珪素膜に接して該非晶質珪素膜の結晶化
を助長する触媒元素単体または前記触媒元素を含む化合
物を保持させ、前記非晶質珪素膜に前記触媒元素単体ま
たは前記触媒元素を含む化合物が接した状態において、
レーザー光または強光を照射することによりさらに結晶
化を助長する。こうして極めて結晶性の良好な結晶性珪
素膜を得る。
【００２３】結晶化を助長する触媒元素の導入方法とし
ては、触媒元素を含む溶液を非晶質珪素膜表面に塗布す
ることによる方法が有用である。
【００２４】特に本発明においては、非晶質珪素膜の表
面に接して触媒元素が導入されることが特徴である。こ
のことは、触媒元素の量を制御する上で極めて重要であ
る。
【００２５】触媒元素が導入されるのは、非晶質珪素膜
の上面であっても下面であってもよい。非晶質珪素膜の
上面に触媒元素を導入するのであれば、非晶質珪素膜を
形成した後に、触媒元素を含有した溶液を非晶質珪素膜
上に塗布すればよいし、非晶質珪素膜の下面に触媒元素
を導入するのであれば、非晶質珪素膜を形成する前に下
地表面に触媒元素を含有した溶液を塗布し、下地表面に
接して触媒元素を保持する状態とすればよい。
【００２６】また発明は、結晶化された結晶性珪素膜を
用いて半導体装置のＰＮ、ＰＩ、ＮＩその他の電気的接
合を少なくとも１つ有する活性領域を構成することを特
徴とする。半導体装置としては、薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）、ダイオード、光センサ、を挙げることができ
る。また本発明を利用して抵抗耐やキャパシタを形成す
ることもできる。
【００２７】本発明の構成を採用することによって以下
に示すような基本的な有意性を得ることができる。 （ａ）溶液中における触媒元素濃度は、予め厳密に制御
し結晶性をより高めかつその元素の量をより少なくする
ことが可能である。 （ｂ）溶液と非晶質珪素膜の表面とが接触していれば、
触媒元素の非晶質珪素への導入量は、溶液中における触
媒元素の濃度によって決まる。 （ｃ）非晶質珪素膜の表面に吸着する触媒元素が主に結
晶化に寄与することとなるので、必要最小限度の濃度で
触媒元素を導入できる。 （ｄ）高温プロセスを必要としないで、結晶性の良好な
結晶性珪素膜を得ることができる。
【００２８】非晶質珪素膜上に結晶化を助長する元素を
含有させた溶液を塗布する方法としては、溶液として水
溶液、有機溶媒溶液等を用いることができる。ここで含
有とは、化合物として含ませるという意味と、単に分散
させることにより含ませるという意味との両方を含む。
【００２９】触媒元素を含む溶媒としては、極性溶媒で
ある水、アルコール、酸、アンモニアから選ばれたもの
を用いることができる。
【００３０】触媒としてニッケルを用い、このニッケル
を極性溶媒に含ませる場合、ニッケルはニッケル化合物
として導入される。このニッケル化合物としては、代表
的には臭化ニッケル、酢酸ニッケル、蓚酸ニッケル、炭
酸ニッケル、塩化ニッケル、沃化ニッケル、硝酸ニッケ
ル、硫酸ニッケル、蟻酸ニッケル、ニッケルアセチルア
セトネ−ト、４−シクロヘキシル酪酸ニッケル、酸化ニ
ッケル、水酸化ニッケルから選ばれたものが用いられ
る。
【００３１】また触媒元素を含む溶媒として、無極性溶
媒であるベンゼン、トルエン、キシレン、四塩化炭素、
クロロホルム、エーテルから選ばれたものを用いること
ができる。
【００３２】この場合はニッケルはニッケル化合物とし
て導入される。このニッケル化合物としては代表的に
は、ニッケルアセチルアセトネ−ト、２−エチルヘキサ
ン酸ニッケルから選ばれたものを用いることができる。
【００３３】また触媒元素を含有させた溶液に界面活性
剤を添加することも有用である。これは、被塗布面に対
する密着性を高め吸着性を制御するためである。この界
面活性剤は予め被塗布面上に塗布するのでもよい。
【００３４】触媒元素としてニッケル単体を用いる場合
には、酸に溶かして溶液とする必要がある。
【００３５】以上述べたのは、触媒元素であるニッケル
が完全に溶解した溶液を用いる例であるが、ニッケルが
完全に溶解していなくとも、ニッケル単体あるいはニッ
ケルの化合物からなる粉末が分散媒中に均一に分散した
エマルジョンの如き材料を用いてもよい。または酸化膜
形成用の溶液を用いるのでもよい。このような溶液とし
ては、東京応化工業株式会社のＯＣＤ(Ohka Diffusion
Source）を用いることができる。このＯＣＤ溶液を用い
れば、被形成面上に塗布し、２００℃程度でベークする
ことで、簡単に酸化珪素膜を形成できる。また不純物を
添加することも自由であるので、本発明に利用すること
ができる。この場合、酸化膜に触媒元素を含有させ、こ
の酸化膜を非晶質珪素膜に接して設け、触媒元素を非晶
質珪素膜中に拡散させるための加熱（３５０℃〜４００
℃）を行い、さらに酸化膜の除去を行った後、結晶化の
ために加熱処理を行えばよい。この結晶化のための加熱
処理は、４５０℃〜６００℃例えば５５０℃の温度で４
時間程度行えばよい。
【００３６】なおこれらのことは、触媒元素としてニッ
ケル以外の材料を用いた場合であっても同様である。
【００３７】結晶化を助長する触媒元素としてニッケル
を用い、このニッケルを含有させる溶液溶媒として水の
如き極性溶媒を用いた場合において、非晶質珪素膜にこ
れら溶液を直接塗布すると、溶液が弾かれてしまうこと
がある。この場合は、１００Å以下の薄い酸化膜をまず
形成し、その上に触媒元素を含有させた溶液を塗布する
ことで、均一に溶液を塗布することができる。また、界
面活性剤の如き材料を溶液中に添加する方法により濡れ
を改善する方法も有効である。
【００３８】また、溶液として２−エチルヘキサン酸ニ
ッケルのトルエン溶液の如き無極性溶媒を用いること
で、非晶質珪素膜表面に直接塗布することができる。こ
の場合にはレジスト塗布の際に使用されている密着剤の
如き材料を予め塗布することは有効である。しかし塗布
量が多過ぎる場合には逆に非晶質珪素中への触媒元素の
添加を妨害してしまうために注意が必要である。
【００３９】溶液に含ませる触媒元素の量は、その溶液
の種類にも依存するが、概略の傾向としてはニッケル量
として溶液に対して２００ｐｐｍ〜１ｐｐｍ、好ましく
は５０ｐｐｍ〜１ｐｐｍ（重量換算）とすることが望ま
しい。これは、結晶化終了後における膜中のニッケル濃
度や耐フッ酸性に鑑みて決められる値である。
【００４０】レーザー光の照射を行い結晶性珪素膜を得
た後、さらに加熱処理を行うことにより、膜中の欠陥を
減少させることができる。この加熱処理の温度は、４５
０℃〜７５０℃の温度範囲において行うことが好まし
い。なおガラス基板を用いる場合には、４５０℃〜６０
０℃の温度範囲とすることが望ましい。
【００４１】またレーザー光の照射の前に加熱処理を施
すことも効果的である。この場合は、４５０℃〜７５０
℃、好ましくは４５０℃〜６００℃の温度範囲に試料を
加熱して加熱処理を施せばよい。
【００４２】レーザー光としては、パルス発振方式のエ
キシマレーザー光を用いることができる。例えばＫｒＦ
エキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌエキシ
マレーザー（波長３０８ｎｍ）、ＸｅＦエキシマレーザ
ー（波長３５１、３５３ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ
ー（波長１９３ｎｍ）、ＸｅＦエキシマレーザー（波長
４８３ｎｍ）等を用いることができる。またその励起方
式も放電励起方式、Ｘ線励起方式、光励起方式、マイク
ロ波放電励起方式、電子ビーム励起方式等を用いること
ができる。
【００４３】またレーザー光の照射の代わりに、強光特
に赤外光を照射する方法を採用してもよい。赤外光はガ
ラスには吸収されにくく、珪素薄膜に吸収されやすいの
で、ガラス基板上に形成された珪素薄膜を選択的に加熱
することができ有用である。この赤外光を用いる方法
は、ラピッド・サーマス・アニール（ＲＴＡ）またはラ
ピッド・サーマル・プロセス（ＲＴＰ）と呼ばれる。
【００４４】レーザー光または強光の照射後に行われる
加熱処理によって、結晶性珪素膜中の欠陥を低減するこ
とができる。図８に示すのは、試料条件の項目に記載さ
れている条件で作製された結晶性珪素膜のスピン密度を
電子スピン共鳴法（ＥＳＲ）によって測定した結果であ
る。図８に示されるのは、レーザー光の照射の前に加熱
処理を予め加えた場合の例であるが、加熱処理を行わず
にレーザー光の照射を最初に行った場合であっても、図
８に示すのと同様な効果を得ることができるものと見る
ことができる。
【００４５】図８の試料条件の項目に記載されているの
は、窒素雰囲気中での加熱温度と加熱時間、さらにＬＣ
と記載されているのは、レーザー光の照射を示す。また
Ｎｉ無しと示された試料以外は、ニッケルを触媒元素と
して結晶化を行ったものを示す。またｇ値というのは、
スペクトルの位置を示す指標であり、ｇ＝2.0055が不対
結合手に起因するスペクトルである。従って、図８に示
すスピン密度は、膜中の不対結合手に対応したものと理
解することができる。
【００４６】図８を見ると、試料４の場合が最もスピン
密度は小さく、膜中の不対結合手が少ないことが分か
る。このことは、膜中における欠陥や準位が最も少ない
ことを示すものといえる。例えば試料３と試料４とを比
較した場合、スピン密度を約１桁さげれることが分か
る。即ち、レーザー光の照射後に加熱処理を加えること
で、結晶性珪素膜中の欠陥や準位を１桁以上少なくでき
ることが分かる。
【００４７】また図８の試料２と試料３とを比較すると
分かるように、レーザー光を照射してもスピン密度ほと
んど変化しない。即ち、レーザー光の照射は、膜中の欠
陥を減少させることに全く効果がないことが分かる。し
かし、透過型電子顕微鏡写真による解析等によると、レ
ーザー光の照射による結晶性の助長効果が極めて高いも
のがあることが判明している。従って、一旦加熱により
結晶化された結晶性珪素膜の結晶性を助長させるには、
レーザー光の照射が極めて有効であり、さらにその結晶
性の助長された膜に対して再度加熱処理を施すことは、
膜中の欠陥を減少させる上で極めて有効であることにな
る。こうして、結晶性に優れ、しかも膜中の欠陥密度の
低い珪素膜を得ることができる。
【００４８】なお本明細書で開示する発明においては、
発明において、金属元素を含んだ溶液を選択的に塗布す
ることにより、即ち結晶化を助長する金属元素を選択的
に導入することにより、結晶成長を選択的に行なうこと
ができる。特にこの場合、溶液が塗布されなかった領域
に向かって、溶液が塗布された領域から珪素膜の面に概
略平行な方向に結晶成長を行なわすことができる。この
珪素膜の面に概略平行な方向に結晶成長が行なわれた領
域を本明細書中においては横方向に結晶成長した領域と
いうこととする。
【００４９】またこの横方向に結晶成長が行なわれた領
域は、触媒元素の濃度が低いことが確かめられている。
半導体装置の活性層領域として、結晶性珪素膜を利用す
ることは有用であるが、活性層領域中における不純物の
濃度は一般に低い方が好ましい。従って、上記横方向に
結晶成長が行なわれた領域を用いて半導体装置の活性層
領域を形成することはデバイス作製上有用である。
【００５０】本発明においては、触媒元素としてニッケ
ルを用いた場合に最も顕著な効果を得ることができる
が、その他利用できる金属元素の種類としては、好まし
くはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉ
ｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕから選ばれた一種または複
数種類の金属元素を利用することができる。
【００５１】また、触媒元素の導入方法は、水溶液やア
ルコール等の溶液を用いることに限定されるものではな
く、触媒元素を含んだ物質を広く用いることができる。
例えば、触媒元素を含んだ金属化合物や酸化物を用いる
ことができる。
【００５２】また本発明において、結晶化率を向上させ
るためにレーザー光または強光の照射工程と、膜中の欠
陥の減少させるための加熱処理工程とを２回以上交互に
繰り返して行ってもよい。
【００５３】
【作用】結晶化を助長する元素である侵入型の元素の作
用により、非晶質珪素膜の結晶化を低温で短時間で行う
ことができる。具体的には、従来では不可能であった５
５０℃、４時間程度の加熱処理を行うことによって、結
晶性珪素膜を得ることができる。また珪素に対して侵入
型の元素は、珪素膜中に拡散していきながら結晶化を助
長するので、結晶核からの結晶成長と異なり、明確な結
晶粒界のない結晶性珪素膜を得ることができる。
【００５４】さらにこの触媒元素の作用により加熱によ
って結晶化された結晶性珪素膜に対して、レーザー光ま
たは強光を照射し、さらに加熱処理を加えることによっ
て、膜中の欠陥が少なく結晶性の高い珪素膜を得ること
ができる。
【００５５】レーザー光の照射では、膜中に存在する欠
陥を減少させてやすことはできない。またレーザー光の
照射は、珪素膜の表面を瞬間的な溶融状態とするので、
膜中に応力が生じる。そしてこの応力によって膜中に新
たな欠陥が生じてしまう。そこで、さらに加熱処理を施
しこの応力を緩和させてやることで、欠陥を減少させる
ことができ、電気的に優れた結晶性珪素膜を得ることが
できる。
【００５６】
【実施例】
〔実施例１〕本実施例では、結晶化を助長する触媒元素
を水溶液に含有させて、非晶質珪素膜上に塗布し、しか
る後にレーザー光の照射を行い、非晶質珪素膜に結晶性
を有せしめる例である。。
【００５７】図１を用いて、触媒元素（ここではニッケ
ルを用いる）を導入するところまでを説明する。本実施
例においては、基板としてコーニング７０５９ガラスを
用いる。またその大きさは１００ｍｍ×１００ｍｍとす
る。
【００５８】まず、非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法や
ＬＰＣＶＤ法によってアモルファス状のシリコン膜を１
００〜１５００Å形成する。ここでは、プラズマＣＶＤ
法によって非晶質珪素膜１２を１０００Åの厚さに成膜
する。（図１（Ａ））
【００５９】そして、汚れ及び自然酸化膜を取り除くた
めにフッ酸処理を行い、その後酸化膜１３を１０〜５０
Åに成膜する。汚れが無視できる場合には、酸化膜１３
の代わりに自然酸化膜をそのまま用いれば良い。
【００６０】なお、この酸化膜１３は極薄のため正確な
膜厚は不明であるが、２０Å程度であると考えられる。
ここでは酸素雰囲気中でのＵＶ光の照射により酸化膜１
３を成膜する。成膜条件は、酸素雰囲気中においてＵＶ
を５分間照射することにおって行なった。この酸化膜１
３の成膜方法としては、熱酸化法を用いるのでもよい。
また過酸化水素による処理によるものでもよい。
【００６１】この酸化膜１３は、後のニッケルを含んだ
酢酸塩溶液を塗布する工程で、非晶質珪素膜の表面全体
に酢酸塩溶液を行き渡らせるためのものである。即ち、
濡れ性の改善の為のものである。例えば、非晶質珪素膜
の表面に直接酢酸塩溶液を塗布した場合、非晶質珪素が
酢酸塩溶液を弾いてしまうので、非晶質珪素膜の表面全
体にニッケルを導入することができない。即ち、均一な
結晶化を行うことができない。
【００６２】つぎに、酢酸塩溶液中にニッケルを添加し
た酢酸塩溶液を作る。ニッケルの濃度は２５ｐｐｍとす
る。そしてこの酢酸塩溶液を非晶質珪素膜１２上の酸化
膜１３の表面に２ｍｌ滴下し、この状態を５分間保持す
る。そしてスピナーを用いてスピンドライ（２０００ｒ
ｐｍ、６０秒）を行う。（図１（Ｃ）、（Ｄ））
【００６３】酢酸溶液中におけるニッケルの濃度は、１
ｐｐｍ以上好ましくは１０ｐｐｍ以上であれば実用にな
る。また、溶液として２−エチルヘキサン酸ニッケルの
トルエン溶液の如き無極性溶媒を用いる場合、酸化膜１
３は不要であり、直接非晶質珪素膜上に触媒元素を導入
することができる。
【００６４】このニッケル溶液の塗布工程を、１回〜複
数回行なうことにより、スピンドライ後の非晶質珪素膜
１２の表面に数Å〜数百Åの平均の膜厚を有するニッケ
ルを含む層を形成することができる。この場合、この層
のニッケルがその後の加熱工程において、非晶質珪素膜
に拡散し、結晶化を助長する触媒として作用する。な
お、この層というのは、完全な膜になっているとは限ら
ない。
【００６５】上記溶液の塗布の後、１分間その状態を保
持させる。この保持させる時間によっても、最終的に珪
素膜１２中に含まれるニッケルの濃度を制御することが
できるが、最も大きな制御因子は溶液の濃度である。
【００６６】そして、窒素雰囲気中において試料を５５
０度の温度に加熱したした状態において、ＫｒＦエキシ
マレーザー光を照射することによって、非晶質珪素膜に
結晶性を有せしめる。ここで、試料を加熱するのは、レ
ーザー光の照射による結晶化の効果をさらに高めるため
である。ここでは、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８
ｎｍ、パルス幅３０ｎｓｅｃ）を用い、２００〜３５０
ｍＪ／ｃｍ2 のパワー密度で数ショト照射を行う。この
工程において、エキシマレーザー光のパルス幅を大きく
してやることは有効である。これは、レーザー光の照射
によって生じる珪素膜表面の溶融時間を長くし、微小部
分での結晶成長を助長させることができるからである。
【００６７】上記の加熱処理は４５０度以上の温度で行
うことができるが、温度が低いと加熱時間を長くしなけ
らばならず、生産効率が低下する。また、５５０度以上
とすると基板として用いるガラス基板の耐熱性の問題が
表面化してしまう。
【００６８】本実施例においては、非晶質珪素膜上に触
媒元素を導入する方法を示したが、非晶質珪素膜下に触
媒元素を導入する方法を採用してもよい。この場合は、
非晶質珪素膜の成膜前に触媒元素を含有した溶液を用い
て、下地膜上に触媒元素を導入すればよい。
【００６９】上記レーザー光の照射が終了した後、窒素
雰囲気中において５５０度、４時間の加熱処理を行う。
この加熱処理は、４５０℃〜６００℃の温度で行うこと
ができる。このレーザー光の照射後の加熱処理を行うこ
とによって、珪素膜中における欠陥を減少させることが
できる。こうして、結晶性に優れ、同時に欠陥の少ない
結晶性珪素膜を得ることができる。
【００７０】〔実施例２〕本実施例は、実施例１に示す
作製方法において、１２００Åの酸化珪素膜を選択的に
設け、この酸化珪素膜をマスクとして選択的にニッケル
を導入する例である。そして、基板と平行な方向へと結
晶成長を行わす場合の例である。
【００７１】図２に本実施例における作製工程の概略を
示す。まず、ガラス基板（コーニング７０５９、１０ｃ
ｍ角）上にマスクとなる酸化珪素膜２１を１０００Å以
上、ここでは１２００Åの厚さに成膜する。この酸化珪
素膜２１の膜厚については、発明者等の実験によると５
００Åでも問題がないことを確認しており、膜質が緻密
であれば更に薄くても良いと思われる。
【００７２】そして通常のフォトリソパターニング工程
によって、必要とするパターンに酸化珪素膜２１をパー
ニングする。そして、酸素雰囲気中における紫外線の照
射で薄い酸化珪素膜２０を成膜する。この酸化珪素膜２
０の作製は、酸素雰囲気中でＵＶ光を５分間照射するこ
とによって行なわれる。なおこの酸化珪素膜２０の厚さ
は２０〜５０Å程度と考えられる（図２（Ａ））。尚、
この濡れ性を改善するための酸化珪素膜については、溶
液とパターンのサイズが合致した場合には、マスクの酸
化珪素膜の親水性のみによっても丁度よく添加される場
合がある。しかしながらこの様な例は特殊であり、一般
的には酸化珪素膜２０を使用したほうが安全である。
【００７３】この状態において、実施例１と同様に１０
０ｐｐｍのニッケルを含有した酢酸塩溶液を５ｍｌ滴下
（１０ｃｍ角基板の場合）する。またこの際、スピナー
で５０ｒｐｍで１０秒のスピンコートを行い、基板表面
全体に均一な水膜を形成させる。さらにこの状態で、５
分間保持した後スピナーを用いて２０００ｒｐｍ、６０
秒のスピンドライを行う。なおこの保持は、スピナー上
において０〜１５０ｒｐｍの回転をさせながら行なって
もよい。（図２（Ｂ））
【００７４】そして５５０度（窒素雰囲気）、４時間の
加熱処理を施すことにより、非晶質珪素膜１２の結晶化
を行う。この際、ニッケルが導入された部分２２の領域
から２３で示されるように、ニッケルが導入されなった
領域へと横方向に結晶成長が行われる。図２（Ｃ）にお
いて、２４がニッケルが直接導入され結晶化が行われた
領域であり、２５が横方向に結晶化が行われた領域であ
る。この２５の領域は、概略〈１１１〉軸方向に結晶成
長が行われていることが確認されている。またこの２５
で示される領域は、基板に平行な方向の柱状あるいは枝
状に結晶成長が進行していることがＴＥＭ写真（透過型
電子顕微鏡写真）によって確認されている。
【００７５】上記加熱処理による結晶化工程の後、Ｘｅ
Ｃｌレーザー（波長３０８ｎｍ）を用いて珪素膜１２の
結晶性をさらに向上させる。この工程において行われる
レーザー光の照射によって、先の加熱処理において、基
板に平行な方向に柱状あるいは枝状に結晶成長した部分
の柱と柱の間あるいは枝と枝の間の結晶化が進行する。
即ち、その結晶化率を高めることができる。こうして、
この工程によって、横方向に結晶成長した領域２５の結
晶性を大きく高めることができる。
【００７６】また上記レーザー光の照射工程において、
基板またはレーザー光の被照射面を加熱することは有効
である。加熱の温度は４５０℃〜６００℃程度で行なう
ことが好ましい。
【００７７】レーザー光の照射が終了したら、５５０度
（窒素雰囲気）、４時間の加熱処理を施し、膜中の欠陥
をさらに低減させる。
【００７８】本実施例において、溶液濃度、保持時間を
変化させることにより、ニッケルが直接導入された領域
におけるニッケルの濃度を１×１０16atoms ｃｍ-3〜１
×１０19atoms ｃｍ-3の範囲で制御可能であり、同様に
横成長領域の濃度をそれ以下に制御することが可能であ
る。
【００７９】本実施例で示したような方法によって形成
された結晶珪素膜は、耐フッ酸性が良好であるという特
徴がある。本発明者らによる知見によれば、ニッケルを
プラズマ処理で導入し、結晶化させた結晶性珪素膜は、
耐フッ酸性が低い。
【００８０】例えば、結晶性珪素膜上にゲイト絶縁膜や
層間絶縁膜として機能する酸化珪素膜を形成し、しかる
後に電極の形成のために穴開け工程を経て、電極を形成
をする作業が必要とされる場合がある。このような場
合、酸化珪素膜をバッファフッ酸によって除去する工程
が普通採用される。しかしながら、結晶性珪素膜の耐フ
ッ酸性が低い場合、酸化珪素膜のみを取り除くことは困
難であり、結晶性珪素膜をもエッチングしてしまうとい
う問題がある。
【００８１】しかしながら、結晶性珪素膜が耐フッ酸性
を有している場合、酸化珪素膜と結晶性珪素膜のエンチ
ッングレートの違い（選択比）を大きくとることができ
るので、酸化珪素膜のみを選択的の除去でき、作製工程
上極めて有意なものとなる。
【００８２】以上述べたように、横方向に結晶が成長し
た領域は触媒元素の濃度が小さく、しかも結晶性が良好
であるので、この領域を半導体装置の活性領域として用
いることは有用である。例えば、薄膜トランジスタのチ
ャネル形成領域として利用することは極めて有用であ
る。
【００８３】〔実施例３〕本実施例は、本発明の方法を
利用して作製した結晶性珪素膜を用いて、ＴＦＴを得る
例である。本実施例のＴＦＴは、アクティブマトリック
ス型の液晶表示装置のドライバー回路や画素部分に用い
ることができる。なお、ＴＦＴの応用範囲としては、液
晶表示装置のみではなく、一般に言われる薄膜集積回路
に利用できることはいうまでもない。
【００８４】図３に本実施例の作製工程の概要を示す。
まずガラス基板上に下地の酸化珪素膜（図示せず）を２
０００Åの厚さに成膜する。この酸化珪素膜は、ガラス
基板からの不純物の拡散を防ぐために設けられる。
【００８５】そして、非晶質珪素膜を実施例１と同様な
方法で５００Åの厚さに成膜する。そして、自然酸化膜
を取り除くためのフッ酸処理の後、薄い酸化膜を２０Å
程度の厚さに酸素雰囲気でのＵＶ光の照射によって成膜
する。この薄い酸化膜の作製方法は、過水処理や熱酸化
による方法でもよい。
【００８６】そして１０ｐｐｍのニッケルを含有した酢
酸塩溶液を塗布し、５分間保持し、スピナーを用いてス
ピンドライを行う。その後バッファフッ酸によって酸化
珪素膜２０と２１を取り除く。さらに、試料を５００度
の温度に加熱した状態でＫｒＦエキシマレーザー光を２
００〜３００ｍＪで照射することにより、珪素膜の結晶
性を助長させる。この工程よって、結晶性珪素膜を得る
ことができる。
【００８７】次に、結晶化した珪素膜をパターニングし
て、島状の領域１０４を形成する。この島状の領域１０
４はＴＦＴの活性層を構成する。そして、厚さ２００〜
１５００Å、ここでは１０００Åの酸化珪素１０５を形
成する。この酸化珪素膜はゲイト絶縁膜としても機能す
る。（図３（Ａ））
【００８８】上記酸化珪素膜１０５の作製には注意が必
要である。ここでは、ＴＥＯＳを原料とし、酸素ととも
に基板温度１５０〜６００℃、好ましくは３００〜４５
０℃で、ＲＦプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した。ＴＥ
ＯＳと酸素の圧力比は１：１〜１：３、また、圧力は
０．０５〜０．５ｔｏｒｒ、ＲＦパワーは１００〜２５
０Ｗとした。あるいはＴＥＯＳを原料としてオゾンガス
とともに減圧ＣＶＤ法もしくは常圧ＣＶＤ法によって、
基板温度を３５０〜６００℃、好ましくは４００〜５５
０℃として形成した。成膜後、酸素もしくはオゾンの雰
囲気で４００〜６００℃で３０〜６０分アニールした。
【００８９】この状態でＫｒＦエキシマーレーザー（波
長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）あるいはそれと
同等な強光を照射することで、シリコン領域１０４の結
晶化を助長さえてもよい。特に、赤外光を用いたＲＴＡ
（ラピットサーマルアニール）は、ガラス基板を加熱せ
ずに、珪素のみを選択的に加熱することができ、しかも
珪素と酸化珪素膜との界面における界面準位を減少させ
ることができるので、絶縁ゲイト型電界効果半導体装置
の作製においては有用である。
【００９０】上記レーザー光の照射が終了した後、窒素
雰囲気中において５５０℃、４時間の加熱処理を行う。
【００９１】その後、厚さ２０００Å〜１μｍのアルミ
ニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成して、これを
パターニングし、ゲイト電極１０６を形成する。アルミ
ニウムにはスカンジウム（Ｓｃ）を０．１５〜０．２重
量％ドーピングしておいてもよい。次に基板をｐＨ≒
７、１〜３％の酒石酸のエチレングリコール溶液に浸
し、白金を陰極、このアルミニウムのゲイト電極を陽極
として、陽極酸化を行う。陽極酸化は、最初一定電流で
２２０Ｖまで電圧を上げ、その状態で１時間保持して終
了させる。本実施例では定電流状態では、電圧の上昇速
度は２〜５Ｖ／分が適当である。このようにして、厚さ
１５００〜３５００Å、例えば、２０００Åの陽極酸化
物１０９を形成する。（図３（Ｂ））
【００９２】その後、イオンドーピング法（プラズマド
ーピング法ともいう）によって、各ＴＦＴの島状シリコ
ン膜中に、ゲイト電極部をマスクとして自己整合的に不
純物（燐）を注入した。ドーピングガスとしてはフォス
フィン（ＰＨ3 ）を用いた。ドーズ量は、１〜４×１０
15ｃｍ-2とする。
【００９３】さらに、図３（Ｃ）に示すようにＫｒＦエ
キシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓ
ｅｃ）を照射して、上記不純物領域の導入によって結晶
性の劣化した部分の結晶性を改善させる。レーザーのエ
ネルギー密度は１５０〜４００ｍＪ／ｃｍ2 、好ましく
は２００〜２５０ｍＪ／ｃｍ2 である。こうして、Ｎ型
不純物（燐）領域１０８、１０９を形成する。これらの
領域のシート抵抗は２００〜８００Ω／□であった。
【００９４】この工程において、レーザー光を用いる代
わりに、フラッシュランプを使用して短時間に１０００
〜１２００℃（シリコンモニターの温度）まで上昇さ
せ、試料を加熱する、いわゆるＲＴＡ（ラピッド・サー
マル・アニール）（ＲＴＰ、ラピット・サーマル・プロ
セスともいう）等のいわゆるレーザー光と同等の強光を
用いてもよい。
【００９５】その後、全面に層間絶縁物１１０として、
ＴＥＯＳを原料として、これと酸素とのプラズマＣＶＤ
法、もしくはオゾンとの減圧ＣＶＤ法あるいは常圧ＣＶ
Ｄ法によって酸化珪素膜を厚さ３０００Å形成する。基
板温度は２５０〜４５０℃、例えば、３５０℃とする。
成膜後、表面の平坦性を得るため、この酸化珪素膜を機
械的に研磨する。（図３（Ｄ））
【００９６】そして、層間絶縁物１１０をエッチングし
て、図１（Ｅ）に示すようにＴＦＴのソース／ドレイン
にコンタクトホールを形成し、クロムもしくは窒化チタ
ンの配線１１２、１１３を形成する。
【００９７】従来、プラズマ処理を用いてニッケルを導
入した結晶性珪素膜は、酸化珪素膜に比較してバッファ
フッ酸に対する選択性が低いので、上記コンタクトホー
ルの形成工程において、エッチングされてしまうことが
多かった。
【００９８】しかし、本実施例のように１０ｐｐｍの低
濃度で水溶液を用いてニッケルを導入した場合には、耐
フッ酸性が高いので、上記コンタクトホールの形成が安
定して再現性よく行なうことができる。
【００９９】最後に、水素中で３００〜４００℃で０．
１〜２時間アニールして、シリコンの水素化を完了す
る。このようにして、ＴＦＴが完成する。そして、同時
に作製した多数のＴＦＴをマトリクス状に配列せしめて
アクティブマトリクス型液晶表示装置として完成する。
このＴＦＴは、ソース／ドレイン領域１０８／１０９と
チャネル形成領域１１４を有している。また１１５がＮ
Ｉの電気的接合部分となる。
【０１００】本実施例の構成を採用した場合、活性層中
に存在するニッケルの濃度は、３×１０18ｃｍ-3程度あ
るいはそれ以下の、１×１０16atoms ｃｍ-3〜３×１０
18atoms ｃｍ-3であると考えられる。
【０１０１】〔実施例４〕本実施例においては、実施例
２に示すようにニッケルを選択的に導入し、その部分か
ら横方向（基板に平行な方向）に結晶成長した領域を用
いて電子デバイスを形成する例を示す。このような構成
を採用した場合、デバイスの活性層領域におけるニッケ
ル濃度をさらに低くすることができ、デバイスの電気的
安定性や信頼性の上から極めて好ましい構成とすること
ができる。
【０１０２】図４に本実施例の作製工程を示す。まず、
基板２０１を洗浄し、ＴＥＯＳ（テトラ・エトキシ・シ
ラン）と酸素を原料ガスとしてプラズマＣＶＤ法によっ
て厚さ２０００Åの酸化珪素の下地膜２０２を形成す
る。そして、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ５００〜
１５００Å、例えば１０００Åの真性（Ｉ型）の非晶質
珪素膜２０３を成膜する。次に連続的に厚さ５００〜２
０００Å、例えば１０００Åの酸化珪素膜２０５をプラ
ズマＣＶＤ法によって成膜する。そして、酸化珪素膜２
０５を選択的にエッチングして、非晶質珪素の露出した
領域２０６を形成する。
【０１０３】そして実施例２に示した方法により結晶化
を助長する触媒元素であるニッケル元素を含んだ溶液
（ここでは酢酸塩溶液）塗布する。酢酸溶液中における
ニッケルの濃度は１００ｐｐｍである。その他、詳細な
工程順序や条件は実施例２で示したものと同一である。
この工程は、実施例３または実施例４に示した方法によ
るものであってもよい。
【０１０４】この後、線状に形成されたレーザー光を２
０６の領域から図面左の方向に走査させながら照射する
ことで、珪素膜２０３の結晶化を行う。この線状のレー
ザー光は、図面奥行き方向に長手方向を有する幅数ミリ
〜数センチ、長さ数十センチを有する線状のものを用い
る。またこのレーザー光の照射工程は、試料を５５０℃
の温度に加熱しながら行う。
【０１０５】上記ようなレーザー光の照射を行うことに
よって、ニッケルに直接接触した領域２０６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
結晶成長が進行する。図において、領域２０４はニッケ
ルが直接導入されて結晶化した部分、領域２０３は横方
向に結晶化した部分を示す。この２０３で示される横方
向への結晶は、数十μｍ程度である。（図４（Ａ））
【０１０６】ここでは、上記加熱処理による結晶化工程
の後にさらに赤外光の照射により珪素膜２０３の結晶性
を助長させる。この工程は、波長１．２μｍの赤外光を
照射することによって行なう。この工程によって、数分
間で高温加熱処理したものと同等の効果を得ることがで
きる。
【０１０７】赤外線の光源としてはハロゲンランプを用
いる。赤外光の強度は、モニターの単結晶シリコンウェ
ハー上の温度が９００〜１２００℃の間にあるように調
整する。具体的には、シリコンウェハーに埋め込んだ熱
電対の温度をモニターして、これを赤外線の光源にフィ
ードバックさせる。本実施例では、昇温は、一定で速度
は５０〜２００℃／秒、降温は自然冷却で２０〜１００
℃とする。この赤外光照射は、珪素膜を選択的に加熱す
ることになるので、ガラス基板への加熱を最小限に抑え
ることができる。
【０１０８】さらに窒素雰囲気中において５５０℃、４
時間の加熱処理を行い、膜中の欠陥を減少させる。次
に、酸化珪素膜２０５を除去する。この際、領域２０６
の表面に形成される酸化膜も同時に除去する。そして、
珪素膜２０４をパターニング後、ドライエッチングし
て、島状の活性層領域２０８を形成する。この際、図４
（Ａ）で２０６で示された領域は、ニッケルが直接導入
された領域であり、ニッケルが高濃度に存在する領域で
ある。また、結晶成長の先端にも、やはりニッケルが高
濃度に存在することが確認されている。これらの領域で
は、その中間の領域に比較してニッケルの濃度が高いこ
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２０８において、これらのニッケル濃度の高い領
域がチャネル形成領域と重ならないようにした。
【０１０９】その後、１００体積％の水蒸気を含む１０
気圧、５００〜６００℃の、代表的には５５０℃の雰囲
気中において、１時間放置することによって、活性層
（珪素膜）２０８の表面を酸化させ、酸化珪素膜２０９
を形成する。酸化珪素膜の厚さは１０００Åとする。熱
酸化によって酸化珪素膜２０９を形成したのち、基板
を、アンモニア雰囲気（１気圧、１００％）、４００℃
に保持させる。そして、この状態で基板に対して、波長
０．６〜４μｍ、例えば、０．８〜１．４μｍにピーク
をもつ赤外光を３０〜１８０秒照射し、酸化珪素膜２０
９に対して窒化処理を施す。なおこの際、雰囲気に０．
１〜１０％のＨＣｌを混入してもよい。（図４（Ｂ））
【０１１０】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ３０００〜８０００Å、例えば６０００Åのアルミ
ニウム（０．０１〜０．２％のスカンジウムを含む）を
成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極２１０を形成する。（図２（Ｃ））
【０１１１】さらに、このアルミニウムの電極の表面を
陽極酸化して、表面に酸化物層２１１を形成する。この
陽極酸化は、酒石酸が１〜５％含まれたエチレングリコ
ール溶液中で行う。得られる酸化物層２１１の厚さは２
０００Åである。なお、この酸化物２１１は、後のイオ
ンドーピング工程において、オフセットゲイト領域を形
成する厚さとなるので、オフセットゲイト領域の長さを
上記陽極酸化工程で決めることができる。（図４
（Ｄ））
【０１１２】次に、イオンドーピング法（プラズマドー
ピング法とも言う）によって、活性層領域（ソース／ド
レイン、チャネルを構成する）にゲイト電極部、すなわ
ちゲイト電極２１０とその周囲の酸化層２１１をマスク
として、自己整合的にＮ導電型を付与する不純物（ここ
では燐）を添加する。ドーピングガスとして、フォスフ
ィン（ＰＨ3 ）を用い、加速電圧を６０〜９０ｋＶ、例
えば８０ｋＶとする。ドーズ量は１×１０15〜８×１０
15ｃｍ-2、例えば、４×１０15ｃｍ-2とする。この結
果、Ｎ型の不純物領域２１２と２１３を形成することが
できる。図からも明らかなように不純物領域とゲイト電
極とは距離ｘだけ放れたオフセット状態となる。このよ
うなオフセット状態は、特にゲイト電極に逆電圧（Ｎチ
ャネルＴＦＴの場合はマイナス）を印加した際のリーク
電流（オフ電流ともいう）を低減する上で有効である。
特に、本実施例のようにアクティブマトリクスの画素を
制御するＴＦＴにおいては良好な画像を得るために画素
電極に蓄積された電荷が逃げないようにリーク電流が低
いことが望まれるので、オフセットを設けることは有効
である。
【０１１３】その後、レーザー光の照射によってアニー
ルを行う。レーザー光としては、ＫｒＦエキシマレーザ
ー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を用いる
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が２００〜４００ｍＪ／ｃｍ2 、
例えば２５０ｍＪ／ｃｍ2 とし、一か所につき２〜１０
ショット、例えば２ショット照射した。このレーザー光
の照射時に基板を２００〜４５０℃程度に加熱すること
によって、効果を増大せしめてもよい。（図４（Ｅ））
【０１１４】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜２１
４を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成す
る。さらに、スピンコーティング法によって透明なポリ
イミド膜２１５を形成し、表面を平坦化する。
【０１１５】そして、層間絶縁物２１４、２１５にコン
タクトホールを形成して、金属材料、例えば、窒化チタ
ンとアルミニウムの多層膜によってＴＦＴの電極・配線
２１７、２１８を形成する。最後に、１気圧の水素雰囲
気で３５０℃、３０分のアニールを行い、ＴＦＴを有す
るアクティブマトリクスの画素回路を完成する。（図４
（Ｆ））
【０１１６】本実施例で作製したＴＦＴは高移動度を得
ることができるので、アクティブマトリックス型の液晶
表示装置のドライバー回路に利用することができる。
【０１１７】〔実施例５〕図５に本実施例の作製工程の
断面図を示す。まず、基板（コーニング７０５９）５０
１上にスパッタリング法によって厚さ２０００Åの酸化
珪素の下地膜５０２を形成する。基板は、下地膜の成膜
の前もしくは後に、歪み温度よりも高い温度でアニール
をおこなった後、０．１〜１．０℃／分で歪み温度以下
まで徐冷すると、その後の温度上昇を伴う工程（本発明
の熱酸化工程およびその後の熱アニール工程を含む）で
の基板の収縮が少なく、マスク合わせが用意となる。コ
ーニング７０５９基板では、６２０〜６６０℃で１〜４
時間アニールした後、０．０３〜１．０℃／分、好まし
くは、０．１〜０．３℃／分で徐冷し、４００〜５００
℃まで温度が低下した段階で取り出すとよい。
【０１１８】次に、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ５
００〜１５００Å、例えば１０００Åの真性（Ｉ型）の
非晶質珪素膜を成膜する。そして、実施例１で示した方
法により非晶質珪素膜の表面に結晶化を助長する触媒元
素としてニッケルを導入する。そして窒素雰囲気（大気
圧）中において試料を５００℃に加熱した状態におい
て、ＫｒＦエキシマレーザーを照射し、非晶質珪素膜を
結晶化させる。さらに窒素雰囲気中において５５０℃、
４時間の加熱処理を行う。そして、珪素膜を１０〜１０
００μｍ角の大きさにパターニングして、島状の珪素膜
（ＴＦＴの活性層）５０３を形成する。（図５（Ａ））
【０１１９】その後、７０〜９０％の水蒸気を含む１気
圧、５００〜７５０℃、代表的には６００℃の酸素雰囲
気を水素／酸素＝１．５〜１．９の比率でパイロジェニ
ック反応法を用いて形成する。かかる雰囲気中におい
て、３〜５時間放置することによって、珪素膜表面を酸
化させ、厚さ５００〜１５００Å、例えば１０００Åの
酸化珪素膜５０４を形成する。注目すべきは、かかる酸
化により、初期の珪素膜は、その表面が５０Å以上減少
し、結果として、珪素膜の最表面部分の汚染が、珪素−
酸化珪素界面には及ばないようになることである。すな
わち、清浄な珪素−酸化珪素界面が得られることであ
る。酸化珪素膜の厚さは酸化される珪素膜の２倍である
ので、１０００Åの厚さの珪素膜を酸化して、厚さ１０
００Åの酸化珪素膜を得た場合には、残った珪素膜の厚
さは５００Åということになる。
【０１２０】一般に酸化珪素膜（ゲイト絶縁膜）と活性
層は薄ければ薄いほど移動度の向上、オフ電流の減少と
いう良好な特性が得られる。一方、初期の非晶質珪素膜
の結晶化はその膜厚が大きいほど結晶化させやすい。し
たがって、従来は、活性層の厚さに関して、特性とプロ
セスの面で矛盾が存在していた。本発明はこの矛盾を初
めて解決したものであり、すなわち、結晶化前には非晶
質珪素膜を厚く形成し、良好な結晶性珪素膜を得る。そ
して、次にはこの珪素膜を酸化することによって珪素膜
を薄くし、ＴＦＴとしての特性を向上させるものであ
る。さらに、この熱酸化においては、再結合中心の存在
しやすい非晶質成分、結晶粒界が酸化されやすく、結果
的に活性層中の再結合中心を減少させるという特徴も有
する。このため製品の歩留りが高まる。
【０１２１】熱酸化によって酸化珪素膜５０４を形成し
たのち、基板を一酸化二窒素雰囲気（１気圧、１００
％）、６００℃で２時間アニールする。（図５（Ｂ）） 引き続いて、減圧ＣＶＤ法によって、厚さ３０００〜８
０００Å、例えば６０００Åの多結晶珪素（０．０１〜
０．２％の燐を含む）を成膜する。そして、珪素膜をパ
ターニングして、ゲイト電極５０５を形成する。さら
に、この珪素膜をマスクとして自己整合的に、イオンド
ーピング法（プラズマドーピング法とも言う）によっ
て、活性層領域（ソース／ドレイン、チャネルを構成す
る）にＮ導電型を付与する不純物（ここでは燐）を添加
する。ドーピングガスとして、フォスフィン（ＰＨ3 ）
を用い、加速電圧を６０〜９０ｋＶ、例えば８０ｋＶと
する。ドーズ量は１×１０15〜８×１０15ｃｍ-2、例え
ば、５×１０15ｃｍ-2とする。この結果、Ｎ型の不純物
領域５０６と５０７が形成される。
【０１２２】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行う。レーザー光としては、ＫｒＦエキシマレーザー
（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を用いた
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が２００〜４００ｍＪ／ｃｍ2 、
例えば２５０ｍＪ／ｃｍ2 とし、一か所につき２〜１０
ショット、例えば２ショット照射する。このレーザー光
の照射時に基板を２００〜４５０℃程度に加熱すること
によって、効果を増大せしめてもよい。（図６（Ｃ））
【０１２３】また、この工程は、近赤外光によるランプ
アニールによる方法でもよい。近赤外線は非晶質珪素よ
りも結晶化した珪素へは吸収されやすく、１０００℃以
上の熱アニールにも匹敵する効果的なアニールを行うこ
とができる。その反面、ガラス基板（遠赤外光はガラス
基板に吸収されるが、可視・近赤外光（波長０．５〜４
μｍ）は吸収されにくい）へは吸収されにくいので、ガ
ラス基板を高温に加熱することがなく、また短時間の処
理ですむので、ガラス基板の縮みが問題となる工程にお
いては最適な方法であるといえる。
【０１２４】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜５０
８を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成す
る。この層間絶縁物としてはポリイミドを利用してもよ
い。さらにコンタクトホールを形成して、金属材料、例
えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってＴＦ
Ｔの電極・配線５０９、５１０を形成する。最後に、１
気圧の水素雰囲気で３５０℃、３０分のアニールを行
い、ＴＦＴを完成する。（図６（Ｄ））
【０１２５】上記に示す方法で得られたＴＦＴの移動度
は１１０〜１５０ｃｍ2 ／Ｖｓ、Ｓ値は０．２〜０．５
Ｖ／桁であった。また、同様な方法によってソース／ド
レインにホウ素をドーピングしたＰチャネル型ＴＦＴも
作製したところ、移動度は９０〜１２０ｃｍ2 ／Ｖｓ、
Ｓ値は０．４〜０．６Ｖ／桁であり、公知のＰＶＤ法や
ＣＶＤ法によってゲイト絶縁膜を形成した場合に比較し
て、移動度は２割以上高く、Ｓ値は２０％以上も減少し
た。また、信頼性の面からも、本実施例で作製されたＴ
ＦＴは１０００℃の高温熱酸化によって作製されたＴＦ
Ｔにひけをとらない良好な結果を示した。
【０１２６】〔実施例６〕図６に本実施例の作製工程の
断面図を示す。本実施例で示すＴＦＴは、アクティブマ
トリックス型の液晶表示装置の画素部分に配置されるＴ
ＦＴに関する。
【０１２７】まず、基板（コーニング７０５９）５１上
に厚さ２０００Åの酸化珪素の下地膜５２を形成する。
さらにプラズマＣＶＤ法により非晶質珪素膜を２００〜
１５００Å、ここでは８００Åの真性（Ｉ型）の非晶質
珪素膜を形成する。そして実施例１に示した方法によ
り、触媒元素であるニッケルを導入し、さらに５５０℃
に加熱した状態において、ＫｒＦエキシマレーザー光を
照射することにより、この結晶性珪素膜の結晶性をさら
に助長させる。さらに窒素雰囲気中において５５０℃、
４時間の加熱処理を加える。
【０１２８】このようにして得られた結晶性珪素膜は、
特定の領域に明確な結晶粒界が存在しない結晶性珪素膜
とすることができ、その表面の任意の場所にＴＦＴの活
性層を形成することができる。即ち、膜全体が一様に結
晶化しているので、マトリクス状に薄膜トランジスタを
形成した場合であっても、ＴＦＴの活性層を構成する結
晶性珪素膜の物性を全体において一様にすることがで
き、結果として特性のバラツキの小さい多数のＴＦＴを
形成することができる。
【０１２９】そしてパターニングを行なうことにより、
結晶性シリコンの島状領域５３を形成する。そしてさら
に島状シリコン領域を覆って、厚さ１０００Åの酸化珪
素膜５４を形成する。以下においては、図６用いて一つ
のＴＦＴを形成する例を示すが、実際には、マトリクス
状に必要とする数のＴＦＴが同時に形成される。
【０１３０】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ３０００〜８０００Å、例えば６０００Åのアルミ
ニウム膜（０．１〜０．３重量％のスカンジウムを含
む）を堆積する。そして、アルミニウム膜の表面に厚さ
１００〜４００Åの薄い陽極酸化物を形成する。そし
て、このように処理したアルミニウム膜上に、スピンコ
ート法によって厚さ１μｍ程度のフォトレジストを形成
する。そして、公知のフォトリソグラフィー法によっ
て、ゲイト電極５５を形成する。ここでゲイト電極上に
は、フォトレジストのマスク５６が残存する。（図６
（Ａ））
【０１３１】次に、基板を１０％シュウ酸水溶液に浸漬
し、５〜５０Ｖ、例えば８Ｖの定電圧で１０〜５００
分、例えば２００分陽極酸化をおこなうことによって、
厚さ約５０００Åの多孔質の陽極酸化物５７をゲイト電
極の側面に形成する。ゲイト電極の上面にはマスク材５
６が存在していたので、陽極酸化はほとんど進行しな
い。（図６（Ｂ））
【０１３２】次に、マスク材を除去して、ゲイト電極上
面を露出させ、３％酒石酸のエチレングリコール溶液
（アンモニアで中性にｐＨ調整したもの）中に基板を浸
漬し、これに電流を流して、１〜５Ｖ／分、例えば４Ｖ
／分で電圧を１００Ｖまで上昇させて、陽極酸化を行な
う。この際には、ゲイト電極上面のみならず、ゲイト電
極側面も陽極酸化されて、緻密な無孔質陽極酸化物５８
が厚さ１０００Å形成される。この陽極酸化物の耐圧は
５０Ｖ以上である。（図６（Ｃ））
【０１３３】次に、ドライエッチング法によって、酸化
珪素膜５４をエッチングする。このエッチングにおいて
は、陽極酸化物３７および３８はエッチングされず、酸
化珪素膜のみがエッチングされる。また、陽極酸化物の
下の酸化珪素膜はエッチングされずにゲイト絶縁膜５９
として残る。（図６（Ｄ））
【０１３４】次に、燐酸、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用
いて多孔質陽極酸化物５７をエッチングし、無孔質陽極
酸化物５８を露出させる。そして、プラズマドーピング
法によって、シリコン領域３３にゲイト電極３５および
側面の多孔質陽極酸化物３７をマスクとして不純物
（燐）を注入する。ドーピングガスとして、フォスフィ
ン（ＰＨ3 ）を用い、加速電圧を５〜３０ｋＶ、例えば
１０ｋＶとする。ドーズ量は１×１０14〜８×１０15ｃ
ｍ-2、例えば、２×１０15ｃｍ-2とする。
【０１３５】このドーピング工程においては、ゲイト絶
縁膜５９で被覆されていない領域６０には高濃度の燐が
注入されるが、ゲイト絶縁膜５９で表面の覆われた領域
６１においては、ゲイト絶縁膜が障害となって、ドーピ
ング量は少なく、本実施例では、領域６０の０．１〜５
％の不純物しか注入されなない。この結果、Ｎ型の高濃
度不純物領域６０および低濃度不純物領域６１が形成さ
れる。（図６（Ｅ））
【０１３６】その後、上面からレーザー光を照射して、
レーザーアニールをおこない、ドーピングされた不純物
を活性化する。続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜６
２を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成す
る。そして、画素電極となるＩＴＯ電極６４を形成す
る。さらにコンタクトホールを形成して、金属材料、例
えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってＴＦ
Ｔのソース領域、ドレイン領域の電極・配線６３を形成
する。最後に、１気圧の水素雰囲気で３５０℃、３０分
のアニールをおこなった。以上の工程によって薄膜トラ
ンジスタが完成する。（図６（Ｆ））
【０１３７】本実施例では、いわゆる低濃度ドレイン
（ＬＤＤ）構造と同じ構造を得ることができる。ＬＤＤ
構造はホットキャリヤによる劣化を抑制するうえで有効
であることが示されているが、本実施例で作製したＴＦ
Ｔでも同じ効果が得られる。しかしながら、公知のＬＤ
Ｄを得るプロセスに比較すると、本実施例では１回のド
ーピング工程によって、ＬＤＤが得られることに特徴が
ある。また、本実施例では多孔質陽極酸化物５７によっ
て画定されたゲイト絶縁膜５９を利用することによって
高濃度不純物領域６０が画定されていることに特徴があ
る。すなわち、最終的には多孔質陽極酸化物５７によっ
て、間接的に不純物領域が画定されるのである。そし
て、本実施例で明らかなように、ＬＤＤ領域の幅ｘは、
実質的に多孔質陽極酸化物の幅によって決定される。
【０１３８】本実施例の作製方法を用いて、より高度な
集積化を実行することができる。そして、その際には、
ＴＦＴの必要とされる特性に応じてオフセット領域ある
いはＬＤＤ領域の幅ｘを変化させるとより都合がよい。
特に、本実施例の構成を採用した場合、ＯＦＦ電流の低
減を実現することができるので、画素電極における電荷
保持を目的としたＴＦＴには最適なものとなる。
【０１３９】〔実施例７〕図７には、１枚のガラス基板
上にディスプレーから、ＣＰＵ、メモリーまで搭載した
集積回路を用いた電気光学システムののブロック図を示
す。ここで、入力ポートとは、外部から入力された信号
を読み取り、画像用信号に変換し、補正メモリーは、ア
クティブマトリクスパネルの特性に合わせて入力信号等
を補正するためのパネルに固有のメモリーである。特
に、この補正メモリーは、各画素固有の情報を不揮発性
メモリーとして融資、個別に補正するためのものであ
る。すなわち、電気光学装置の画素に点欠陥のある場合
には、その点の周囲の画素にそれに合わせて補正した信
号を送り、点欠陥をカバーし、欠陥を目立たなくする。
または、画素が周囲の画素に比べて暗い場合には、その
画素により大きな信号を送って、周囲の画素同じ明るさ
となるようにするものである。
【０１４０】ＣＰＵとメモリーは通常のコンピュータの
ものと同様で、特にメモリーは各画素に対応した画像メ
モリーをＲＡＭとして持っている。また、画像情報に応
じて、基板を裏面から照射するバックライトを変化させ
ることもできる。
【０１４１】そして、これらの回路のそれぞれに適した
オフセット領域あるいはＬＤＤ領域の幅を得るために、
３〜１０系統の配線を形成し、個々に陽極酸化条件を変
えられるようにすればよい。典型的には、アクティブマ
トリクス回路においては、チャネル長が１０μｍで、Ｌ
ＤＤ領域の幅は０．４〜１μｍ、例えば、０．６μｍ。
ドライバーにおいては、Ｎチャネル型ＴＦＴで、チャネ
ル長８μｍ、チャネル幅２００μｍとし、ＬＤＤ領域の
幅は０．２〜０．３μｍ、例えば、０．２５μｍ。同じ
くＰチャネル型ＴＦＴにおいては、チャネル長５μｍ、
チャネル幅５００μｍとし、ＬＤＤ領域の幅は０〜０．
２μｍ、例えば、０．１μｍ。デコーダーにおいては、
Ｎチャネル型ＴＦＴで、チャネル長８μｍ、チャネル幅
１０μｍとし、ＬＤＤ領域の幅は０．３〜０．４μｍ、
例えば、０．３５μｍ。同じくＰチャネル型ＴＦＴにお
いては、チャネル長５μｍ、チャネル幅１０μｍとし、
ＬＤＤ領域の幅は０〜０．２μｍ、例えば、０．１μｍ
とすればよい。さらに、図６における、ＣＰＵ、入力ポ
ート、補正メモリー、メモリーのＮＴＦＴ、ＰＴＦＴは
高周波動作、低消費電力用のデコーダーと同様にＬＤＤ
領域の幅を最適化すればよい。かくして、電気光学装置
７４を絶縁表面を有する同一基板上に形成することがで
きた。
【０１４２】本発明においては、高抵抗領域の幅を２〜
４種類、またはそれ以上に用途によって可変することを
特徴としている。また、この領域はチャネル形成領域と
全く同じ材料、同じ導電型であるという必要はない。す
なわち、ＮＴＦＴでは、微量にＮ型不純物を、また、Ｐ
ＴＦＴでは微量にＰ型不純物を添加し、また、選択的に
炭素、酸素、窒素等を添加して高抵抗領域を形成するこ
ともホットキャリヤによる劣化と信頼性、周波数特性、
オフ電流とのトレードオフを解消する上で有効である。
【０１４３】また、画素電極に設けられたＴＦＴを駆動
するドライバー回路のＴＦＴとしては、図３〜図５に示
したＴＦＴを用いることが望ましい。
【０１４４】〔実施例８〕本実施例は、概略以下の作製
工程によって形成されることを特徴とする。 （１）レーザー光の照射を行うことにより（１）の工程
において結晶化された珪素膜の結晶性を助長させる。 （２）ゲイト電極を形成し、このゲイト電極をマスクと
して、不純物イオン注入を行い、ソース／ドレイン領域
を形成する。 （３）加熱処理を行い、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を行う。 以上のように、本実施例においては、レーザー光照射−
加熱処理を行うことを特徴とする。ここで、レーザー光
照射は非晶質珪素膜の結晶化を助長させるためのもので
あり、その後の加熱処理はソース／ドレイン領域の再結
晶化と該領域に注入された不純物の活性化、さらにチャ
ネル形成領域中における欠陥の除去を行う為のものであ
る。
【０１４５】以下に図９に示す薄膜トランジスタの作製
工程を示す。まずガラス基板９０１上に下地の酸化珪素
膜９０２を２０００Åの厚さにスパッタ法によって形成
する。次に非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法または減圧
熱ＣＶＤ法によって１０００Åの厚さに形成する。そし
て、ニッケル酢酸塩を用いて非晶質珪素膜の表面にニッ
ケル元素を導入する。
【０１４６】そして、試料を５００℃の温度に加熱した
状態において、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８
ｎｍ）、ＸｅＦエキシマレーザーを３００ｍＪ／ｃｍ2
の照射強度で照射し、結晶性珪素膜９０３の結晶性を助
長させる。（図９（Ａ））
【０１４７】次に結晶性珪素膜９０３に対してパターニ
ングを施すことにより、薄膜トランジスタの活性層を形
成する。そしてゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜を１００
０Åの厚さにプラズマＣＶＤ法で形成する。ゲイト絶縁
膜の形成後、アルミニウムを主成分とする膜を５０００
Å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９０５を形成する。そして、ゲイト電極９０５
を陽極として電解溶液中において陽極酸化を行うことに
よって、ゲイト電極９０５の周囲に酸化物層９０６を形
成する。ここではこの酸化物層９０５の厚さは２０００
Åとする。
【０１４８】次にゲイト電極９０５とゲイト電極９０５
周囲の酸化物層９０６をマスクとして不純物イオンの注
入を行い、自己整合的にソース領域９０７とドレイン領
域９１１、チャネル形成領域９０９、オフセットゲイト
領域９０８、９１０を形成する。ここではＮチャネル型
の薄膜トランジスタを得るために不純物イオンとしてリ
ンのイオンを用いる。なおこの際、ソース／ドレイン領
域はイオンの衝撃によって非晶質化される。（図９
（Ｂ））
【０１４９】次に（Ｃ）に示す工程において、５００
度、２時間の加熱処理を施すことにより、ソース領域９
０７とドレイン領域９１１の再結晶化と注入されたリン
イオンの活性化とを行う。この工程においては、結晶性
を有しているオフセットゲイト領域９０８と非晶質化し
ているソース領域９０７との界面から矢印９１２で示す
ような結晶成長が進行する。この結晶成長は、オフセッ
トゲイト領域９０８を核として進行する。また同様に結
晶性を有しているオフセットゲイト領域９１０と非晶質
化しているドレイン領域９１１との界面から矢印９１２
で示すような結晶成長が進行する。この結晶成長は、ソ
ース／ドレイン領域に注入されているリンイオンの作用
により、５００度またはそれ以下の温度において容易に
進行する。また、オフセットゲイト領域から連続した結
晶構造を得ることができるので、格子不整合に起因する
欠陥の集中を防ぐことができる。
【０１５０】この（Ｃ）の工程で行われる加熱処理工程
は、３００度以上の温度で行えばよい。本実施例のよう
な場合は、ゲイト電極にアルミニウムを用いており、ま
たガラス基板の耐熱性の問題もあるので、３００〜６０
０度の温度において行えばよい。
【０１５１】またこの（Ｃ）で示す加熱処理工程におい
て、加熱処理工程の前または後にレーザー光または強光
の照射によるアニールを組み合わせることは有効であ
る。
【０１５２】次に層間絶縁膜を６０００Åの厚さにプラ
ズマＣＶＤ法で形成し、さらにソース電極９１４とドレ
イン電極９１５を形成する。そして３５０度の水素雰囲
気中において加熱処理を施すことにより、水素化を行い
（Ｄ）に示す薄膜トランジスタを完成させる。
【０１５３】本実施例においては、オフセットゲイト領
域９０８と９１０を形成する構成を示したが、オフセッ
トゲイト領域を形成しない場合には、（Ｃ）の加熱工程
において、結晶性を有しているチャネル形成領域からソ
ース／ドレイン領域へと結晶化が進行することになる。
【０１５４】〔実施例９〕本実施例は、アクティブマト
リクス型の液晶表示装置の構成に関する。本実施例に示
すアクティブマトリクス型の液晶表示装置は、図１０に
示すように、マトリクス状に配置された画素領域と、こ
の画素領域を駆動するための周辺回路領域とにを有して
いる。
【０１５５】マトリクス状に配置された画素領域のそれ
ぞれの画素には、スイッチング素子として薄膜トランジ
スタが配置されている。また周辺回路も薄膜トランジス
タで構成されている。
【０１５６】本実施例で特徴とするのは、画素領域を構
成する薄膜トランジスタを金属元素を用いないで構成
し、周辺回路を構成する薄膜トランジスタを金属元素を
用いたものとして構成することである。
【０１５７】一般に画素領域を構成する薄膜トランジス
タは、それ程の高移動度を要求されない代わりに、特性
の安定性や低いＯＦＦ電流特性を要求される。一方、周
辺回路領域を構成する薄膜トランジスタとしては、大電
流を流すことができ、高い移動度を有することが要求さ
れる。
【０１５８】そこで、本実施例に示す構成においては、
周辺回路を構成する薄膜トランジスタとして、高い移動
度を得ることのできるニッケルを用いた結晶性珪素膜を
用いたものとし、画素領域部分に配置される薄膜トラン
ジスタを高い移動度は期待できないが、低ＯＦＦ電流を
期待できるレーザーアニールによる結晶性珪素膜を用い
たものとする。
【０１５９】上記のような構成を実現するには、周辺回
路領域を構成する珪素膜のみに選択的にニッケル元素を
導入すればよい。または、周辺回路領域を構成する薄膜
トランジスタを作製する際に、図４に示すような作製工
程を採用すればよい。
【０１６０】
【効果】触媒元素を導入し、さらにレーザー光または強
光を照射することによって、結晶性珪素膜を得ることが
できる。また、さらに加熱処理を加えることにより、珪
素膜中の欠陥を減少させることができる。そしてこのよ
うにして得られた結晶性珪素膜を用いて、半導体装置を
作製することで、生産性が高く、特性のよいデバイスを
得ることができる。特にＮｉに代表される侵入型の触媒
元素を用いることで、 （１）特定の領域に結晶粒界が存在しない一様な結晶性
を有した結晶性珪素膜を得ることができる。そして、こ
の結晶性珪素膜を用いることで例えばアクティブマトリ
クス型の液晶表示装置に利用されるような多数の特性の
揃った薄膜トランジスタを同一平面内に形成することが
できる。 （２）結晶の成長方向を制御した結晶性珪素膜を得るこ
とができ、必要とする特性を有する薄膜トランジスタを
形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の工程を示す
【図２】 実施例の工程を示す。
【図３】 実施例の作製工程を示す。
【図４】 実施例の作製工程を示す。
【図５】 実施例の作製工程を示す。
【図６】 実施例の作製工程を示す。
【図７】 実施例の構成を示す。
【図８】 ＥＳＲ測定の結果を示す。
【図９】 実施例の作製工程を示す。
【図１０】実施例のアクティブマトリクス型の液晶表示
装置の構成を示す。
【符号の説明】
１１・・・・ガラス基板 １２・・・・非晶質珪素膜 １３・・・・酸化珪素膜 １４・・・・ニッケルを含有した酢酸溶液膜 １５・・・・ズピナー ２１・・・・マスク用酸化珪素膜 ２０・・・・酸化珪素膜 １１・・・・ガラス基板 １０４・・・活性層 １０５・・・酸化珪素膜 １０６・・・ゲイト電極 １０９・・・酸化物層 １０８・・・ソース／ドレイン領域 １０９・・・ドレイン／ソース領域 １１０・・・層間絶縁膜（酸化珪素膜） １１２・・・電極 １１３・・・電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/786 21/336

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 結晶化を助長する金属元素を非晶質珪素
    膜に選択的に導入する工程と、 前記珪素膜に対してレーザー光または強光を照射する工
    程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  2. 【請求項２】 結晶化を助長する金属元素を非晶質珪素
    膜に選択的に導入する工程と、 前記珪素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強光が照射された結晶性珪素膜に
    対して加熱処理を施す工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  3. 【請求項３】 請求項１または請求項２において、 金属元素として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐ
    ｄ、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用られることを特徴とする
    半導体装置の作製方法。
  4. 【請求項４】 請求項１または請求項２において、 金属元素として、侵入型の原子を用いることを特徴とす
    る半導体装置。
  5. 【請求項５】 請求項１または請求項２において、 膜中における金属元素の濃度が、１×１０15atoms ｃｍ
    -3〜５×１０19atomsｃｍ-3であることを特徴とする半
    導体装置の作製方法。
  6. 【請求項６】 請求項１または請求項２において、 レーザー光または強光の照射は、試料を４５０℃〜６０
    ０℃の温度に加熱した状態で行われることを特徴とする
    半導体装置の作製方法。
  7. 【請求項７】 非晶質珪素膜に接して該非晶質珪素膜の
    結晶化を助長する触媒元素単体または前記触媒元素を含
    む化合物を保持させ、前記非晶質珪素膜に前記触媒元素
    単体または前記触媒元素を含む化合物が接した状態にお
    いて、 レーザー光または強光を照射することにより結晶性を有
    せしめる工程と、 前記結晶性が助長された珪素膜に対して加熱処理を施す
    工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  8. 【請求項８】 非晶質珪素膜上に該非晶質珪素膜の結晶
    化を助長する触媒元素単体を溶解あるいは分散させた溶
    液を塗布する工程と、 該工程の後にレーザー光または強光を照射し、前記珪素
    膜の結晶性を助長する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  9. 【請求項９】 請求項７または請求項８において、 金属元素として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐ
    ｄ、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用いられることを特徴とす
    る半導体装置の作製方法。
  10. 【請求項１０】請求項７または請求項８において、 金属元素として侵入型の原子を用いることを特徴とする
    半導体装置の作製方法。
  11. 【請求項１１】非晶質珪素膜上に該非晶質珪素膜の結晶
    化を助長する触媒元素を含む化合物を極性溶媒に溶解あ
    るいは分散させた溶液を塗布する工程と、 該工程の後にレーザー光または強光を照射し、前記珪素
    膜の結晶性を有せしめる工程と、 前記結晶性が助長された珪素膜に対して加熱処理を施す
    工程と、 を有する半導体装置の作製方法。
  12. 【請求項１２】請求項１１において、極性溶媒として、
    水、アルコール、酸、アンモニア水から選ばれた１つま
    たは複数が用いられることを特徴とする半導体装置の作
    製方法。
  13. 【請求項１３】請求項１１において、金属元素としてニ
    ッケルを用い、該ニッケルはニッケル化合物として用い
    られることを特徴とする半導体装置作製方法。
  14. 【請求項１４】請求項１３において、ニッケル化合物と
    して、臭化ニッケル、酢酸ニッケル、蓚酸ニッケル、炭
    酸ニッケル、塩化ニッケル、沃化ニッケル、硝酸ニッケ
    ル、硫酸ニッケル、蟻酸ニッケル、ニッケルアセチルア
    セトネ−ト、４−シクロヘキシル酪酸ニッケル、酸化ニ
    ッケル、水酸化ニッケルから選ばれた少なくとも１種類
    が用いられることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  15. 【請求項１５】非晶質珪素膜に結晶化を助長する金属元
    素を導入する第１の工程と、 レーザー光または強光を照射する第２の工程と、 を有し、 加熱処理を施す第３の工程と、 前記第２の工程と前記第３の工程とを２回以上繰り返し
    て行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
  16. 【請求項１６】絶縁表面を有する基板上に複数の薄膜ト
    ランジスタを作製する方法であって、 絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を形成する工程
    と、 前記非晶質珪素膜に接して珪素の結晶化を助長する金属
    元素を選択的に導入する工程と、 レーザー光を照射して前記非晶質珪素膜に結晶性を有せ
    しめる工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
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