JP2000307125A

JP2000307125A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2000307125A
Application number: JP2000096078A
Authority: JP
Inventors: Naoki Makita; 直樹牧田; Tadayoshi Miyamoto; 忠芳宮本; Takamasa Kozai; 孝真香西
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-01-01
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2000-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】ＴＦＴを効率よく横方向結晶成長領域に作製
し、キャリアの高移動度の実現による高性能で安定した
特性のＴＦＴを、基板全面に亘って形成することがで
き、更に、結晶化に必要な時間を短縮することができる
半導体装置を提供する。【構成】結晶化を助長する線状領域を選択的に形成し
てアニール処理することにより基板と平行に結晶成長さ
せた結晶性ケイ素膜を利用して薄膜トランジスタを構成
する半導体装置において、図１０における距離ａを１２
０μｍ以下、あるいは距離ｂを３０μｍ以上、あるいは
距離ｃを１２０μｍ以上、あるいは距離ｄを５μｍ以上
とする。また、一つの線状領域から成長した横方向結晶
成長結晶性ケイ素膜を利用して、複数の薄膜トランジス
タを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス等の絶縁基
板上に設けられたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いた
半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス等の絶縁基板上にＴＦＴを有する
半導体装置としては、これらのＴＦＴを画素の駆動に用
いるアクティブマトリクス型液晶表示装置やイメージセ
ンサー等が知られている。これらの装置に用いられるＴ
ＦＴには、薄膜状のケイ素半導体を用いるのが一般的で
ある。薄膜状のケイ素半導体は、非晶質ケイ素半導体
（ａ−Ｓｉ）からなるものと、結晶性を有するケイ素半
導体からなるものの２つに大別される。非晶質ケイ素半
導体は作製温度が低く、気相法で比較的容易に作製する
ことが可能で量産性に富むため、最も一般的に用いられ
ている。しかし、導電性等の物性が結晶性を有するケイ
素半導体に比べて劣るため、今後より高速な動作特性を
得るためには、結晶性を有するケイ素半導体からなるＴ
ＦＴの作製方法の確立が強く求められていた。尚、結晶
性を有するケイ素半導体としては、多結晶ケイ素、微結
晶ケイ素、結晶成分を含む非晶質ケイ素、結晶性と非晶
質性の中間の状態を有するセミアモルファスケイ素等が
知られている。

【０００３】これら結晶性を有する薄膜状のケイ素半導
体を得る方法としては、（１）成膜時に結晶性を有する膜を直接成膜する。（２）非晶質の半導体膜を成膜しておき、レーザー光の
エネルギーによって結晶性を有せしめる。（３）非晶質の半導体膜を成膜しておき、熱エネルギー
を加えることによって結晶性を有せしめる。といった方法が知られている。

【０００４】しかしながら、（１）の方法では、成膜工
程と同時に結晶化が進行するので、大粒径の結晶性ケイ
素を得るにはケイ素膜の厚膜化が不可欠であり、良好な
半導体物性を有する膜を基板上に全面に亘って均一に成
膜することが技術上困難である。また成膜温度が６００
℃以上と高いので、安価なガラス基板が使用できないと
いう生産性及びコストの問題があった。

【０００５】また、（２）の方法では、溶融固化過程の
結晶化現象を利用するため、小粒径ながら粒界が良好に
処理され、高品質な結晶性ケイ素膜が得られる。一方、
現在最も一般的に使用されているエキシマレーザーを例
にとると、レーザー光の照射面積が小さくスループット
が低いという問題がまず有り、また大面積基板の全面を
均一に処理するにはスループットの安定性が充分ではな
いという問題を有している。レーザー光を用いるのは、
次世代の技術という感が強い。

【０００６】（３）の方法は、（１）、（２）の方法と
比較すると大面積に対応できるという利点があるが、結
晶化に際し、６００℃以上の高温にて数十時間にわたる
加熱処理が必要であるという問題点がある。すなわち、
安価なガラス基板の使用とスループットの向上を考える
と、加熱温度を下げ、さらに短時間で結晶化させるとい
う相反する問題点を同時に解決する必要がある。また、
（３）の方法では、固相結晶化現象を利用するため、結
晶粒は基板面に平行に広がり、数μｍの粒径を持つもの
さえ現れるが、成長した結晶粒同士がぶつかり合いなが
ら粒界が形成されるため、その粒界はキャリアに対する
トラップ準位として働き、ＴＦＴにおけるキャリアの移
動度を低下させる大きな原因となっている。

【０００７】そこで、上記のような様々な問題点を全て
解決するため、上記の（３）の方法において、結晶化に
必要な温度の低温化と処理時間の短縮を両立し、さらに
は粒界の影響を最小限とした結晶性ケイ素薄膜の作製方
法が、本願出願人によって特願平５−２１８１５６号で
提案されている。この提案された技術は、本発明の基礎
となる技術であり、本発明の従来技術ではない。

【０００８】この方法では、結晶成長の核としてＮｉ等
の不純物元素を非晶質ケイ素膜に導入することによっ
て、結晶化初期の核生成速度と、その後の核成長速度と
が飛躍的に向上され、従来考えられなかったような５８
０℃以下の温度において４時間程度の熱処理で、十分な
特性を有する結晶性ケイ素膜が得られる。この結晶化の
メカニズムは、不純物元素を核とした結晶核発生が加熱
工程の早期に起こり、その後、その不純物元素が触媒と
なって結晶化を助長し、結晶成長が急激に進行すること
による。以後、これらの不純物元素を触媒元素と呼ぶ。

【０００９】この方法を利用して、基板の一部に選択的
に触媒元素を導入することによって、レーザー結晶化の
ように同一基板内に選択的に結晶性ケイ素膜と非晶質ケ
イ素膜とを形成することが可能となる。さらに、その
後、熱処理を継続させると、選択的に触媒元素が導入さ
れ、結晶化している部分から、その周辺部の非晶質部分
へと横方向（基板面に平行な方向）に結晶成長部分が延
びる現象が起きる。この横方向結晶成長領域では、基板
と平行に針状あるいは柱状の結晶が成長方向に沿って延
びており、その成長方向において結晶粒界が存在しな
い。故に、この横方向結晶成長領域を利用してＴＦＴの
チャネル部を形成することによって、高性能なＴＦＴが
実現可能となる。

【００１０】列を挙げると、図１６に示すような要領で
ＴＦＴチャネル部を形成する。図１６は、横方向結晶成
長領域を利用したＴＦＴを基板上面から見た場合の平面
図である。すなわち、基板全面に形成された非晶質ケイ
素膜上に二酸化ケイ素膜などからなるマスク８０６を堆
積し、そのマスク８０６に触媒元素添加用の穴を触媒元
素添加領域８００として開け、触媒元素を導入する。次
に約５５０℃の温度で４時間程度の熱処理を行うと、触
媒元素添加領域８００内の非晶質ケイ素膜が結晶化し、
非晶質ケイ素膜のそれ以外の部分が非晶質ケイ素のまま
で残る。さらに８時間程度熱処理を継続すると、触媒元
素添加領域８００を中心として矢符８０１のような成長
方向で横方向結晶成長が進行し、横方向結晶成長領域８
０２が形成される。

【００１１】その後、この横方向結晶成長領域８０２を
利用して、従来の方法に従いＴＦＴを作製する。その
際、横方向結晶成長領域８０２に対しソース領域８０
３、チャネル領域８０４、ドレイン領域８０５を図１６
（Ａ）のように、矢符８０１に沿って隣接した配置で設
けることにより、キャリアが移動する方向と結晶成長方
向８０１とが同一方向となり、キャリアの移動方向に結
晶粒界が存在しない高移動度ＴＦＴが実現できる。ま
た、横方向結晶成長領域８０２に対し、ソース領域８０
３、チャネル領域８０４、ドレイン領域８０５を、図１
６（Ｂ）のように、矢符８０１と垂直方向に沿って隣接
した配置で設けることにより、キャリアの移動する方向
と結晶成長方向８０１とが交差し、その移動に対して多
数の結晶粒界を横切ることになる。結果として、ソース
／ドレイン間の抵抗は増大し、移動度は低下するが、Ｔ
ＦＴオフ動作時のリーク電流の小さなＴＦＴが得られ
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記の特願平５−２１
８１５６号の技術は、以上述べたように非常に有効なも
のである。一方、上記の技術を用いるには、少なくとも
ＴＦＴのチャネル領域を覆う横方向結晶成長距離が必要
であることが想定される。横方向結晶成長が到達しない
領域は非晶質ケイ素膜として残るから、横方向結晶成長
が不十分であれば、チャネル領域内に横成長結晶性ケイ
素膜と非晶質ケイ素膜が存在することになり、ＴＦＴの
特性を大きく低下させてしまうことが想定される。しか
しながら、長大な横方向結晶成長を得るためには長時間
にわたる加熱処理が必要で、スループットを低下させる
大きな原因となる。

【００１３】上記の特願平５−２１８１５６号では、図
１６に示すように、矩形状に触媒元素を導入している。
この方法では、非晶質ケイ素膜に添加された触媒元素は
四方八方に拡散していくため、後で示すように、触媒元
素添加用のパターン形状および大きさによって、横方向
結晶成長距離にばらつきが生じることが想定される。こ
の原因に関する考察を図１７を用いて説明する。横方向
結晶成長領域９０２は、触媒元素が直接添加され、触媒
元素添加領域９００に対応する範囲の先に結晶化した部
分の端部に偏在した触媒元素が周囲に拡散することによ
って成長する。

【００１４】例えば、触媒元素添加領域９００が図１７
のように長方形であれば、角部９０６における横方向結
晶成長方向９０１の自由度は理論上２７０℃であり、触
媒元素の密度が、触媒元素添加領域９００の他の周辺部
９０７よりも実質上小さいことになる。故に角部９０６
では横方向結晶成長距離が他の部分に比べて短く、角部
９０６にその周辺部の触媒元素が取り込まれる。結果と
して、触媒元素添加領域９００が小さいパターンである
ほど、横方向結晶成長距離が短くなる。特にアクティブ
マトリクス基板の画素スイッチング素子のような小さい
サイズのＴＦＴでは、十分な長さの横方向結晶成長距離
が得られないことが想定される。

【００１５】また、横方向結晶成長においては、結晶成
長中に成長方向に存在するａ−Ｓｉ膜の自然核発生、あ
るいはａ−Ｓｉ膜中の酸素、炭素、および窒素、その他
金属元素等の不純物による影響で、結晶成長方向が分岐
する現象が生じる。横方向結晶成長の距離を大きくする
と、その先端部では横方向結晶成長領域を構成する針状
結晶あるいは柱状結晶の分岐、曲がりなどが多くなり、
結晶成長方向が一次元的に揃った高品質な結晶性ケイ素
膜を得ることが困難になることが想定される。また、図
１７に示したように、触媒元素添加領域９００の角部９
０６付近では、前述の理由から、結晶成長方向が特に乱
れており、それ以外の横方向結晶成長領域の結晶の特性
に大きく影響を与えることになる。結晶性ケイ素膜を用
いたＴＦＴにおいて、結晶成長の方向を揃えることは、
素子の高性能化に不可欠であり、前述のような現象は大
きな問題として残ることが想定される。

【００１６】本発明は、上記（１）〜（３）の従来技術
の問題点を解決すべくなされたものであり、ＴＦＴを効
率よく横方向結晶成長領域に作製し、キャリアの高移動
度の実現による高性能で安定した特性のＴＦＴを、基板
全面に亘って形成することができ、更に、結晶化に必要
な時間を短縮することができる半導体装置を提供するこ
とをその目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】詳しく述べると本発明は
以下の特徴を有する。

【００１８】本発明の半導体装置は、結晶性を有するケ
イ素膜を利用してチャネル領域が絶縁表面を有する基板
上に構成された半導体装置であって、前記チャネル領域
は、非晶質ケイ素膜に該ケイ素膜の結晶化を助長する線
状領域を選択的に形成し、アニール処理により、前記線
状領域の周辺部において、基板表面に平行に結晶成長さ
せた結晶性ケイ素膜により形成されたものであり、前記
チャネル領域が、前記線状領域から、該アニール処理で
結晶性ケイ素膜が形成される範囲内に配置されており、
そのことによって上記目的を達成することができる。

【００１９】本発明において、前記チャネル領域が、前
記線状領域から距離１２０μｍ以内の位置に配置されて
いることが好ましい。

【００２０】本発明において、前記チャネル領域は、前
記結晶性ケイ素が一次元的結晶方向を有する範囲内であ
って、更に、前記結晶性ケイ素が、前記結晶方向に関し
て、前記一次元的結晶方向からの分岐または屈曲する数
が２以下の範囲に配置されていることが好ましい。

【００２１】本発明において、前記チャネル領域は、前
記線状領域から、６０μｍ以内の位置に配置されている
ことが好ましい。

【００２２】本発明において、前記チャネル領域は、前
記結晶性ケイ素が、前記結晶方向に関して、前記一次元
的結晶方向からの分岐または屈曲する数が１以下の範囲
に形成されていることが好ましい。

【００２３】本発明において、前記チャネル領域は、前
記線状領域から、３０μｍ以内の位置に配置されている
ことが好ましい。

【００２４】本発明の半導体装置は、結晶性を有するケ
イ素膜を利用してチャネル領域が絶縁表面を有する基板
上に構成された半導体装置であって、前記チャネル領域
は、非晶質ケイ素膜に該ケイ素膜の結晶化を助長する線
状領域を選択的に形成し、アニール処理により、前記線
状領域の周辺部において、基板表面に平行に結晶成長さ
せた結晶性ケイ素膜により形成されたものであり、前記
線状領域の長軸方向における、前記チャネル領域と前記
線状領域端部との距離が、前記チャネル領域から、前記
アニール処理で一次元的結晶方向を有する結晶性ケイ素
が形成される範囲内とされており、そのことによって上
記目的を達成することができる。

【００２５】本発明において、前記線状領域の長軸方向
における、前記チャネル領域と前記線状領域端部との距
離が３０μｍ以上であることが好ましい。

【００２６】本発明の半導体装置は、結晶性を有するケ
イ素膜を利用してチャネル領域が絶縁表面を有する基板
上に構成された半導体装置であって、前記チャネル領域
は、非晶質ケイ素膜に該ケイ素膜の結晶化を助長する線
状領域を選択的に形成し、アニール処理により、前記線
状領域の周辺部において、基板表面に平行に結晶成長さ
せた結晶性ケイ素膜により形成されたものであり、前記
線状領域の長軸方向の長さは、前記結晶性ケイ素が前記
線状領域から成長する距離が飽和する予め定める長さ以
上の長さに定められることが好ましい。

【００２７】本発明において、前記線状領域の長軸方向
の前記予め定める長さが１２０μｍ以上であることが好
ましい。

【００２８】本発明の半導体装置は、結晶性を有するケ
イ素膜を利用してチャネル領域が絶縁表面を有する基板
上に構成された半導体装置であって、前記チャネル領域
は、非晶質ケイ素膜に該ケイ素膜の結晶化を助長する線
状領域を選択的に形成し、アニール処理により、前記線
状領域の周辺部において、基板表面に平行に結晶成長さ
せた結晶性ケイ素膜により形成されたものであり、前記
線状領域の長軸方向と交差する方向の幅は、前記結晶性
ケイ素が前記線状領域から成長する距離が飽和する予め
定める幅以上の幅に定められ、そのことによって上記目
的を達成することができる。

【００２９】本発明において、前記線状領域の長軸方向
と交差する方向の前記予め定める幅が５μｍ以上である
ことが好ましい。

【００３０】本発明の半導体装置は、結晶性を有するケ
イ素膜を利用してチャネル領域が絶縁表面を有する基板
上に構成された半導体装置であって、非晶質ケイ素膜に
該ケイ素膜の結晶化を助長する線状領域を選択的に形成
し、アニール処理により、基板表面における１本の前記
線状領域の周辺部において、該基板表面に平行に結晶成
長させた結晶性ケイ素膜を利用して、複数個の薄膜トラ
ンジスタが設けられており、そのことによって上記目的
を達成することができる。

【００３１】本発明において、前記１本の線状領域の両
側に薄膜トランジスタを構成することが好ましい。

【００３２】本発明において、前記チャネル領域は、非
晶質ケイ素膜にケイ素膜の結晶化を助長する線状領域を
選択的に形成し、アニール処理により、前記線状領域の
周辺部において、基板表面に平行に結晶成長させた後、
レーザー光または高照度の光を照射することによって形
成された結晶性ケイ素膜であることが好ましい。

【００３３】本発明の作用について、以下に説明する。

【００３４】まず、本発明の請求項１〜６に記載されて
いる半導体装置における作用について説明する。成長初
期はアニール処理時間に比例して横方向結晶成長距離Ｌ
は延びるが、そのうち、所定の横方向成長距離Ｌで飽和
し、それ以上成長しない。横方向成長距離Ｌの限界値が
存在する理由は、成長方向におけるａ−Ｓｉ領域の自然
核発生による結晶成長にあり、横方向結晶成長領域が通
常の結晶成長領域と衝突し、成長が終了する。ここで重
要なのは、横方向結晶成長距離がアニール処理時間に比
例しなくなるポイントで、この地点からａ−Ｓｉ領域で
成長が始まり、横方向結晶成長領域に通常の結晶成長領
域が混じり合うことになる。すなわち、横方向結晶成長
距離が、選択的に形成された線状領域（例えば、触媒元
素の導入領域）から、該アニール処理で結晶性ケイ素膜
が形成される範囲を超えた領域では、針状結晶あるいは
柱状結晶と通常の固相成長法で得られる双晶が混じり合
い、結晶性は極めて悪くなっている。したがって、横方
向結晶成長距離が前記選択的に形成された線状領域か
ら、該アニール処理で結晶性ケイ素膜が形成される範囲
内の領域の結晶性ケイ素膜を利用して、例として、横方
向結晶成長距離が１２０μｍ以下で、ＴＦＴのチャネル
領域を形成することで、目的とする良好な特性の半導体
装置が得られる。

【００３５】また、横方向結晶成長距離が大きくなると
指数関数的に針状結晶あるいは柱状結晶の分岐および曲
がりの数が増大する。これは、不純物による分岐・曲が
りだけでなく、アニール処理時間の増大にともない成長
方向のａ−Ｓｉ領域の核発生が寄与するようになるから
である。例として、針状結晶あるいは柱状結晶の分岐・
曲がりの平均数が２以下の領域（例として、横方向結晶
成長距離６０μｍ以内の領域）は、成長方向がほぼ一次
元的に揃った良好な結晶性を示し、さらに、針状結晶あ
るいは柱状結晶の分岐・曲がりの平均数が１以下（横方
向結晶成長距離３０μｍ以内）となると、理想に近い横
方向結晶成長ケイ素膜が得られる。これらの分岐・曲が
りの平均数が２以下、さらに好適には１以下の結晶性ケ
イ素膜でＴＦＴのチャネル部を構成することによって、
ＴＦＴ特性、特に移動度において極めて優れたＴＦＴが
得られる。よって、ＴＦＴのチャネル部を構成する位置
として、前記チャネル領域が、前記線状領域から、該ア
ニール処理で結晶性ケイ素膜が形成される範囲内に配置
され、更に、好適には６０μｍ以下、さらに最適には３
０μｍ以下であれば、なおさら良い。

【００３６】次に、本発明の請求項７〜８に記載されて
いる半導体装置における作用について説明を行う。選択
的に形成された線状領域端部からの距離が、前記チャネ
ル領域から、前記アニール処理で一次元的結晶方向を有
する結晶性ケイ素が形成される範囲外の領域では、横方
向結晶成長距離Ｌの減少が見られる。これは、以前に説
明したように、線状領域（例えば、触媒元素の導入領
域）の角部で結晶成長方向が発散し、触媒元素がその部
分でのみ多量に消費されるため、角部付近では横方向結
晶成長距離Ｌが著しく短くなることに起因する。すなわ
ち、線状領域端部からの距離が、前記チャネル領域か
ら、前記アニール処理で一次元的結晶方向を有する結晶
性ケイ素が形成される範囲外の横方向結晶成長領域で
は、触媒元素が不足していると共に、線状領域端部にお
ける結晶成長方向の乱れの影響を受けて、一次元的な横
方向結晶成長が行われていないことになる。

【００３７】故に、線状領域の端部からＹ方向への距離
が、前記チャネル領域から、前記アニール処理で一次元
的結晶方向を有する結晶性ケイ素が形成される範囲内の
横方向結晶成長領域では、横方向結晶成長距離Ｌが安定
し、結晶成長方向が一次元的に揃った横方向結晶成長ケ
イ素膜が得られる。したがって、線状領域の端部からＹ
方向への距離が、前記チャネル領域から、前記アニール
処理で一次元的結晶方向を有する結晶性ケイ素が形成さ
れる範囲内となるような位置にＴＦＴのチャネル領域を
形成することで、従来のものより性能および安定性に優
れた半導体装置が得られる。前記チャネル領域から、前
記アニール処理で一次元的結晶方向を有する結晶性ケイ
素が形成される範囲内となるようなＴＦＴのチャネル領
域を形成する位置は、前記チャネル領域から、前記アニ
ール処理で一次元的結晶方向を有する結晶性ケイ素が形
成される範囲内であり、好適には３０μｍ以上以上であ
ればよい。本発明は、そのことによって、上記目的を達
成することができる。

【００３８】次に、本発明の請求項９〜１０に記載され
ている半導体装置における作用について説明を行う。前
述した横方向結晶成長距離Ｌの測定点は、線状領域（例
えば、触媒元素の導入領域）の長軸方向の中央付近の位
置である。前記線状領域のＸ方向の幅が例として４０μ
ｍ等の所定の幅である場合、前記選択的に形成された線
状領域の長軸方向の長さは、前記結晶性ケイ素が前記線
状領域から成長する距離が飽和する予め定める長さ以上
の長さに定められる。このとき、横方向結晶成長距離Ｌ
の減少が見られる。また、触媒元素添加量を上げても、
線状領域の長軸方向の長さに対する横方向結晶成長距離
Ｌの変化が、全体として横方向結晶成長距離Ｌが増大す
る方向にシフトするだけで、線状領域の面積、例として
長軸方向の長さに対する成長距離Ｌの依存性は変わらな
い。

【００３９】これは、前述のように、線状領域の角部で
結晶成長方向が発散し、触媒元素がその部分でのみ多量
に消費されるため、該角部付近では横方向結晶成長距離
Ｌが著しく短くなることに起因する。すなわち、線状領
域の長軸方向の長さが、前記結晶性ケイ素が前記線状領
域から成長する距離が飽和する予め定める長さ未満で
は、十分な距離の横方向結晶成長領域が得られない。ま
た、触媒元素が不足しているため、線状領域端部におけ
る結晶成長方向の乱れの影響を受けて、一次元的に成長
方向の揃った高品質な横方向結晶成長領域が得られな
い。故に、線状領域の長軸方向の長さを、前記結晶性ケ
イ素が前記線状領域から成長する距離が飽和する予め定
める長さ以上に定めることにより、一定の横方向結晶成
長距離Ｌが安定して得られる。これにより、その後の製
造工程を容易に進めることが可能となるだけでなく、結
晶成長方向が一次元適に揃った横方向結晶成長ケイ素膜
によって、特性面で優れた半導体装置が得られる。

【００４０】前記線状領域の長軸方向の長さは、好適に
は１２０μｍ以上であることが好ましい。

【００４１】次に、本発明の請求項１１〜１２に記載さ
れている半導体装置における作用について説明を行う。
横方向結晶成長距離Ｌの測定点は、線状領域（例えば、
触媒元素の導入領域）の長軸方向の中央付近の位置であ
り、線状領域の長軸方向（Ｙ方向）の長さは例として２
００μｍである。線状領域の幅が、結晶性ケイ素が前記
線状領域から成長する距離が飽和する予め定める幅未満
に定められる場合では、横方向結晶成長距離Ｌが減少す
る。さらに、線状領域の前記幅例として１μｍ未満など
極めて小さい場合、横方向結晶成長が起きない。すなわ
ち、線状領域の幅が前記線状領域から成長する距離が飽
和する予め定める幅未満に定められる場合では、十分な
距離の横方向結晶成長領域が得られないだけでなく、横
方向結晶成長距離Ｌのばらつきも大きく、実用的でな
い。

【００４２】故に、線状領域の前記幅を前記結晶性ケイ
素が前記線状領域から成長する距離が飽和する予め定め
る幅以上の幅に定められる場合では、一定の横方向結晶
成長距離Ｌが安定して得られるため、その後の製造工程
が容易に進めることが可能となり、均一性に優れた高性
能半導体装置が得られる。前記予め定める幅は、好適に
は、５μｍが好ましい。

【００４３】次に、本発明の請求項１３に記載されてい
る半導体装置における作用について説明を行う。線状領
域（例えば、触媒元素の導入領域）を線状に延長し、１
個の線状領域から成長した横方向結晶成長ケイ素膜で複
数のＴＦＴを作製することで、複数のＴＦＴを１枚の基
板上に有する半導体装置としては、均一性に非常に優れ
た半導体装置が得られる。結晶性ケイ素膜をチャネル領
域に用いたＴＦＴの特性は、主にその結晶性ケイ素膜の
結晶性で決定されるため、結晶性の微妙な違いが素子の
特性のばらつきとなって現れてくる。

【００４４】本発明では、１個の線状領域から横方向結
晶成長させた結晶性ケイ素膜に複数のＴＦＴを作製する
ことで、それら複数のＴＦＴのチャネル領域を構成する
結晶性ケイ素膜は同様の結晶性を示し、その結果、それ
らの複数のＴＦＴ間で特性面のばらつきがほとんど無
く、動作特性の均一性に優れた半導体装置が得られる。
本発明は、例えば、液晶表示装置のアクティブマトリク
ス基板のように１枚の基板上に数万個に及ぶ素子を形成
する場合に特に有効で、今まで個々のＴＦＴ毎にポイン
ト的にばらついていたＴＦＴの特性を、各行方向或いは
各列方向のＴＦＴ列間のライン的なばらつきにまで大き
く低減することができる。

【００４５】また、本発明の請求項１４に記載されてい
る半導体装置によれば、線状領域（例えば、触媒元素の
導入領域）の片側だけでなく、その両側の横成長結晶性
ケイ素膜を用いることで、さらに素子のばらつきを半減
できる。また、この線状領域の両側を利用して、片側に
Ｎ型ＴＦＴ、そしてもう一方にＰ型ＴＦＴを作製するこ
とで、安定した特性のＣＭＯＳ（相補型金属−酸化膜−
シリコン構造トランジスタ）回路が得られる。

【００４６】以上述べたように、本発明は、大きく分け
て５つの発明により構成される。本発明の請求項１５に
記載されている半導体装置によれば、これらの半導体装
置において、アニール処理により横方向結晶成長させた
結晶性ケイ素膜に、レーザー光あるいは高照度の光の照
射を行うことによって、前記結晶性ケイ素膜の結晶粒界
部分が重点的にアニール処理され、固相成長結晶性ケイ
素で特に問題となる結晶粒界によるキャリアのトラップ
準位密度を大きく低減することができ、結晶性をさらに
向上することができる。

【００４７】なお、線状領域が触媒元素を導入した領域
である場合には、その触媒元素としてＮｉを用いた場合
に顕著な効果を得ることができるが、その他利用できる
触媒元素の種類としては、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａ
ｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂを利用す
ることができる。これらから選ばれた一種または複数種
類の元素であれば、微量（１０¹⁸ｃｍ^-3程度）で結晶化
助長の効果があるため、半導体素子への影響は問題はな
い。

【００４８】

【発明の実施の形態】本発明の特徴について図１０に基
づいて説明する。図１０は、本発明に基づく横方向結晶
成長領域を利用したＴＦＴを基板上面から見た場合の平
面図である。すなわち、基板全面に形成された非晶質ケ
イ素膜上に二酸化ケイ素膜などからなるマスク７０３を
堆積し、そのマスク７０３に触媒元素添加用の穴を触媒
元素添加領域（以下、領域）７００として開け、触媒元
素を導入する。二酸化ケイ素膜の領域７００を含む範囲
の非晶質ケイ素膜が結晶化し、領域７００を中心として
横方向結晶成長が進行し、横方向結晶成長領域７０１が
形成される。横方向結晶成長領域７０１を用いて、トラ
ンジスタのチャネル領域７０２が形成される。図１０に
おいて示されている各変数ａ、ｂ、ｃ、ｄは、以下に説
明するように、本発明の趣旨を示す量である。

【００４９】以下に、請求項１〜６に記載されている発
明の実施例の半導体装置の特徴について説明する。図１
１は、領域７００から横方向結晶成長領域７０１先端部
までの距離Ｌに対する、アニール温度５８０℃での、横
方向結晶成長距離Ｌのアニール時間依存性を表すグラフ
である。図１１から、成長初期はアニール時間に比例し
て横方向結晶成長距離Ｌは延びるが、そのうち、横方向
成長距離１４０μｍ程度で飽和し、それ以上成長しない
ことがわかる。横方向成長距離Ｌの限界値が存在する理
由は、成長方向におけるａ−Ｓｉ領域の自然核発生によ
る結晶成長にあり、横方向結晶成長領域がａ−Ｓｉ領域
の通常の結晶成長領域とぶつかり合って、成長が終了す
る。

【００５０】ここで重要なのは、横方向結晶成長距離Ｌ
がアニール時間に比例しなくなるポイントである。この
地点からａ−Ｓｉ領域で成長が始まり、横方向結晶成長
領域７０１に通常の結晶成長領域が混じり合うことにな
る。すなわち、図１１からわかるように、横方向結晶成
長距離Ｌが１２０μｍを超える領域では、針状結晶ある
いは柱状結晶と通常の固相成長法で得られる双晶が混じ
り合い、結晶性は極めて悪くなっている。したがって、
横方向結晶成長距離Ｌが１２０μｍ以下の領域の結晶性
ケイ素膜を利用して、すなわち図１０において、領域７
００のチャネル領域７０２側端部と、チャネル領域７０
２の領域７００と反対側端部との距離ａが１２０μｍ以
下の範囲の結晶性ケイ素膜を用いて、ＴＦＴのチャネル
領域７０２を形成することで、目的とする良好な特性の
半導体装置が得られる。

【００５１】図１２は、横方向結晶成長領域を構成する
針状結晶１本における分岐あるいは曲がりの数を縦軸に
とり、横軸に横方向結晶成長距離Ｌをとったグラフであ
る。図１２のグラフは、ＴＥＭ（Transmission Elector
on Microscopy；透過型電子顕微鏡）観測によって針状
結晶あるいは柱状結晶１本の分岐、曲がりの数を測定
し、平均化したデータである。図１２において、横方向
結晶成長距離Ｌが大きくなると、指数関数的に針状結晶
あるいは柱状結晶の分岐および曲がりの数が増大するの
は、不純物による分岐・曲がりだけでなく、アニール時
間の増大にともない成長方向のａ−Ｓｉ領域で発生した
核が寄与するようになるからである。

【００５２】針状結晶あるいは柱状結晶の分岐・曲がり
の平均数が２以下の領域、具体的には、図１２から分か
るように、横方向結晶成長距離Ｌが６０μｍ以内の領域
は、成長方向がほぼ一次元的に揃った良好な結晶性を示
し、さらに、針状結晶あるいは柱状結晶の分岐・曲がり
の平均数が１以下の領域、具体的には、図１２から分か
るように、横方向結晶成長距離Ｌが３０μｍ以内の領域
では、理想に近い横方向結晶成長ケイ素膜が得られる。
これらの分岐・曲がりの平均数が２以下、さらに好適に
は１以下の結晶性ケイ素膜でＴＦＴのチャネル部７０２
を構成することによって、ＴＦＴ特性、特にキャリアの
移動度において極めて優れたＴＦＴが得られる。よっ
て、ＴＦＴのチャネル部７０２を構成する位置として、
図１０における距離ａは、領域７００から、前記アニー
ル温度で結晶性ケイ素膜が形成される範囲内に選ばれ、
好適には６０μｍ以下、さらに最適には３０μｍ以下で
あれば、なおさら良い。

【００５３】次に、請求項７〜８に記載されている発明
の実施例の半導体装置における特徴について説明を行
う。図１３は、図１０における領域７００の長軸方向端
部からＹ方向に沿う距離ｂの位置に関するＸ方向の横方
向結晶成長距離Ｌを表したグラフである。また、図１３
のグラフは、前記非晶質ケイ素膜を、アニール温度５５
０℃で１６時間アニールした後に測定したデータを示し
ている。図１３からわかるように、領域７０の前記端部
からの前記距離ｂが３０μｍ以下の領域では、横方向結
晶成長距離Ｌの減少が見られる。これは、図１７を用い
て以前に説明したように、領域９００の角部９０６で結
晶成長方向が発散し、触媒元素がその部分でのみ多量に
消費されるため、角部９０６付近では横方向結晶成長距
離Ｌが著しく短くなることに起因する。

【００５４】すなわち、図１０における、領域７００の
前記端部からの距離ｂが３０μｍ以下の横方向結晶成長
領域７０１では、触媒元素が不足していると共に、領域
７００の前記端部における結晶成長方向の乱れの影響を
受けて、一次元的な横方向結晶成長が行われていないこ
とになる。故に、図１０において、領域７００の前記端
部からＹ方向への距離ｂが３０μｍ以上となる横方向結
晶成長領域では、横方向結晶成長距離Ｌが安定し、結晶
成長方向が一次元的に揃った横方向結晶成長ケイ素膜が
得られる。したがって、領域７００の前記端部からＹ方
向への距離ｂが３０μｍ以上となるような位置にＴＦＴ
のチャネル領域７０２を形成することで、従来のものよ
り性能および安定性に優れた半導体装置が得られる。

【００５５】次に、請求項９〜１０に記載されている発
明の実施例の半導体装置における特徴について説明を行
う。図１４は、図１０において領域７００の長軸方向
（Ｙ方向）の長さｃに対するＸ方向の横方向結晶成長距
離Ｌを表したグラフである。図１４において、横方向結
晶成長距離Ｌの測定ポイントは、領域７００の長軸方向
ｃの中央付近の位置であり、領域７００のＸ方向の幅ｄ
は４０μｍである。図１４のグラフは、前記非晶質ケイ
素膜をアニール温度が５５０℃で、１６時間アニールし
た後に測定したデータを示している。

【００５６】図１４からわかるように、領域７００の長
軸方向の長さｃが１２０μｍ以下の場合では、横方向結
晶成長距離Ｌの減少が見られる。また、触媒元素添加量
を上げた場合、横方向結晶成長距離Ｌを示す特性曲線ｋ
が特性曲線ｊへと、全体として横方向結晶成長距離Ｌが
増大する方向にシフトするだけで、領域７００の長軸方
向の長さｃによる成長距離の依存性は変わらない。これ
は、前述のように、図１７において領域９００の角部９
０６で結晶成長方向が発散し、触媒元素がその部分での
み多量に消費されるため、角部９０６付近では横方向結
晶成長距離Ｌが著しく短くなることに起因する。すなわ
ち、図１０において、領域７００の長軸方向の長さｃが
１２０μｍ以下では、十分な横方向成長距離Ｌの横方向
結晶成長領域７０１が得られない。

【００５７】また、触媒元素が不足して居るため、領域
７００の前記端部における結晶成長方向の乱れの影響を
受けて、一次元的に成長方向の揃った高品質な横方向結
晶成長領域７０１が得られない。故に、図１０におい
て、領域７００の長軸方向の長さｃを１２０μｍ以上と
することにより、一定の横方向結晶成長距離Ｌが安定し
て得られる。このため、その後の製造工程が容易に進め
ることが可能となるだけでなく、結晶成長方向が一次元
的に揃った横方向結晶成長ケイ素膜により、特性面で優
れた半導体装置が得られる。

【００５８】次に、請求項１１〜１２に記載されている
発明の実施例の半導体装置における特徴について説明を
行う。図１５は、図１０において領域７００の短辺（Ｘ
方向）の幅ｄに対するＸ方向の横方向結晶成長距離Ｌを
表したグラフである。図１５において、横方向結晶成長
距離Ｌの測定ポイントは、領域７００の長軸方向ｃの中
央付近の位置であり、領域７００の長軸方向（Ｙ方向）
の長さｃは２００μｍである。図１５のグラフは、前記
非晶質ケイ素膜を、アニール温度が５５０℃で、１６時
間アニールした後に測定したデータを示している。

【００５９】図１５からわかるように、領域７００の幅
ｄが５μｍ以下の領域では、横方向結晶成長距離Ｌの減
少が見られる。さらに、領域７００の幅ｄが１μｍ以下
では、横方向結晶成長が起きないことが確認された。す
なわち、図１０において、領域７００の幅ｄが５μｍ以
下では、十分な距離の横方向結晶成長領域７０１が得ら
れないだけでなく、横方向結晶成長距離Ｌのばらつきも
大きく、実用的でない。故に、図１０において、領域７
００の幅ｄを５μｍ以上とすることによって、一定の横
方向結晶成長距離Ｌが安定して得られるため、その後の
製造工程が容易に進めることが可能となり、均一性に優
れた高性能半導体装置が得られる。

【００６０】次に、請求項１３に記載されている発明の
実施例の半導体装置における特徴について説明を行う。
領域７００を線状に延長し、１個の領域７００から成長
した横方向結晶成長ケイ素膜で複数のＴＦＴを作製する
ことで、複数のＴＦＴを１枚の基板上に有する半導体装
置としては、均一性に非常に優れた半導体装置が得られ
る。結晶性ケイ素膜をチャネル領域７０２に用いたＴＦ
Ｔの特性は、主にその結晶性ケイ素膜の結晶性で決定さ
れる。このため、結晶性の微妙な違いが素子の特性のば
らつきとなって現れてくる。

【００６１】本発明では、１個の領域７００から横方向
結晶成長させた結晶性ケイ素膜に複数のＴＦＴを作製す
ることで、それら複数のＴＦＴのチャネル領域７０２を
構成する結晶性ケイ素膜は同様の結晶性を示し、その結
果、それらの複数のＴＦＴ間で特性面のばらつきがほと
んど無い均一性に優れた半導体装置が得られる。

【００６２】本発明は、例えば液晶表示装置のアクティ
ブマトリクス基板のように１枚の基板上に数万個に及ぶ
素子を形成する場合に特に有効で、今まで個々のＴＦＴ
毎にポイント的にばらついていたＴＦＴの特性を、各行
方向或いは各列方向のＴＦＴ列間のライン的なばらつき
にまで大きく低減することができる。

【００６３】また、請求項１４に記載されている発明の
実施例の半導体装置において、線状の領域７００の片側
だけでなく、両側の横成長結晶性ケイ素膜を用いること
で、さらに素子のばらつきを半減できる。また、この線
状の領域７００の両側を利用して、片側にＮ型ＴＦＴ、
そしてもう一方にＰ型ＴＦＴを作製することで、安定し
た特性のＣＭＯＳ回路が得られる。

【００６４】以上述べたように、本発明は、大きく分け
て５つの発明により構成される。請求項１５に記載され
ている発明の実施例の半導体装置において、加熱処理に
より横方向結晶成長させた結晶性ケイ素膜に、レーザー
光あるいは高照度の光の照射を行うことにより、前記結
晶性ケイ素膜の結晶粒界部分が重点的にアニールされ、
固相成長結晶性ケイ素で特に問題となる結晶粒界による
キャリアのトラップ準位密度を大きく低減することがで
き、結晶性をさらに向上することができる。

【００６５】なお、触媒元素を導入した線状領域の場合
には、その触媒元素としてＮｉを用いた場合に顕著な効
果を得ることができるが、その他利用できる触媒元素の
種類としては、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、
Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂを利用することがで
きる。これらから選ばれた一種または複数種類の元素で
あれば、微量（１０¹⁸ｃｍ^-3程度）で結晶化助長の効果
があるため、半導体素子への影響は問題はない。

【００６６】（実施例１）本発明を用いた実施例１の半
導体装置について説明する。本実施例では、ガラス基板
上にＮ型ＴＦＴを作製する際の工程において、本発明を
利用した場合についての説明を行う。本実施例のＴＦＴ
は、アクティブマトリ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のは勿論、同一
ガラス基板上にＣＰＵ（中央処理装置）を構成する半導
体素子としても用いることができる。なお、本発明を実
施したＴＦＴの応用範囲としては、液晶表示装置のみで
はなく、一般に言われている薄膜集積回路に利用できる
ことは言うまでもない。

【００６７】図１は、本実施例で説明するＴＦＴの製作
工程の概要を示し、横方向結晶成長領域を利用したＴＦ
Ｔを基板上面から見た場合の平面図である。図２は、図
１の切断面線Ａ−Ａ'で切った断面図であり、図２
（Ａ）→図２（Ｆ）の順に従って製作工程が順次進行す
る。

【００６８】まず、ガラス基板１０１上に、例えばスパ
ッタリング法によって膜厚２００ｎｍ程度の酸化ケイ素
からなる下地膜１０２を形成する。この酸化ケイ素膜
は、ガラス基板１０１からの不純物の拡散を防ぐために
設けられる。次に減圧ＣＶＤ法（化学的気相成長法）あ
るいはプラズマＣＶＤ法によって、膜厚２５〜１００ｎ
ｍ、例えば８０ｎｍの真性（Ｉ型）の非晶質ケイ素膜
（ａ−Ｓｉ膜）１０３を成膜する。

【００６９】次に、酸化ケイ素膜または窒化ケイ素膜等
によって形成され、線状の領域１００が透孔として形成
されたマスク１０４を設ける。このマスク１０４の領域
１００において、スリット状にａ−Ｓｉ膜１０３が露呈
される。即ち、図２（Ａ）の状態を上面から見ると、図
１のように、ａ−Ｓｉ膜１０３が領域１００でスリット
状に露呈しており、他の部分はマスク１０４によって被
覆されている状態となっている。図１において、切断面
線Ａ−Ａ'で切った断面が図２（Ｅ）または図２（Ｆ）
に対応する。本実施例では、図１（Ａ）のように、ソー
ス領域１１１、チャネル領域１１０およびドレイン領域
１１２が、領域１００の長軸方向と垂直な方向に沿っ
て、この順に配置された状態でＴＦＴを作製するが、図
１（Ｂ）のように、ソース領域１１１、チャネル領域１
１０およびドレイン領域１１２が、領域１００の長軸方
向と平行な方向に沿って、順に配置された状態でも、同
様の方法で全く問題なくＴＦＴを作製できる。

【００７０】上記マスク１０４を設けた後、図２（Ｂ）
に示すように、例えば酢酸ニッケルあるいは硝酸ニッケ
ル等のニッケル塩の水溶液１０５をガラス基板１０１全
面に塗布し、その後、スピンナーにて均一膜厚として乾
燥させる。この際の水溶液１０５中のニッケル濃度は５
０〜２００ｐｐｍが適当で、好ましくは１００ｐｐｍで
ある。領域１００の部分では、析出したＮｉイオンがａ
−Ｓｉ膜１０３と接触しており、ａ−Ｓｉ膜１０３の領
域１００に相当する部分に、ニッケルの微量添加が選択
的に行われたことになる。そして、これを水素還元雰囲
気下、好ましくは、水素の分圧が０．１〜１気圧の水素
還元雰囲気下、または不活性雰囲気下（大気圧）のいず
れかの雰囲気下で、加熱温度５２０〜５８０℃で数時間
から数十時間、例えば５８０℃で１６時間アニールし
て、ａ−Ｓｉ膜１０３を結晶化させる。

【００７１】この際、ニッケルの微量添加が行われた前
記領域１００に相当する部分においては、ガラス基板１
０１に対して垂直方向にａ−Ｓｉ膜１０３の結晶化が起
こり、結晶性ケイ素膜１０３ａが形成される。そして、
領域１００の周辺領域では、図２（Ｃ）において、矢印
１０６で示すように、領域１００から横方向（基板と平
行な方向）に結晶成長が行われ、横方向結晶成長した結
晶性ケイ素膜１０３ｂが形成される。それ以外のａ−Ｓ
ｉ膜領域は、そのままａ−Ｓｉ膜１０３として残る。な
お、上記結晶成長に際し、矢印１０６で示される基板と
平行な方向の横方向結晶成長距離Ｌは１４０μｍ程度で
ある。

【００７２】その後、マスク１０４を除去し、結晶性ケ
イ素膜１０３ｂの不要な部分を除去して素子間分離を行
う。この際、後にＴＦＴのチャネル領域１１０が、触媒
元素（本実施例ではＮｉ）添加領域１００からの距離ａ
＝１２０μｍ以内の位置となるように、結晶性ケイ素膜
１０３ｂのパターニングを行う。すなわち、図１（Ａ）
において、距離ａを１２０μｍ以下としてＴＦＴのチャ
ネル領域１１０を形成する。距離ａの値としては、さら
に好適には６０μｍ以下、最適には３０μｍ以下であれ
ば、上述の理由で更に良好な効果を奏することができ
る。

【００７３】本実施例では、距離ａが２０μｍとなるよ
うに、ａ−Ｓｉ膜１０３のパターニングを行った。ま
た、前述したような図１（Ｂ）に示すような配置でＴＦ
Ｔを構成する際には、領域１００のチャネル領域１１０
側の端部から、チャネル領域１１０の領域１００と反対
側の端部までの距離ａ'が１２０μｍ以下となるよう
に、結晶性ケイ素膜１０３ｂをパターニングすれば、本
発明の効果が得られる。以下の工程により、後にＴＦＴ
のソース領域１１１、ドレイン領域１１２およびチャネ
ル領域１１０からなる活性領域となる島状の結晶性ケイ
素膜１０３ｂが形成され、図２（Ｄ）の状態を得る。

【００７４】次に、上記の活性領域となる結晶性ケイ素
膜１０３ｂを覆うように、膜厚２０〜１５０ｎｍ、ここ
では１００ｎｍの膜厚の酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜１
０７として成膜する。酸化ケイ素膜の形成には、ここで
は、ＴＥＯＳ（Tetra Eth Oxy Silan）を原料とし、酸
素とともに基板温度１５０〜６００℃、好ましくは３０
０〜４５０℃で、ＲＦプラズマＣＶＤ法で分解・堆積し
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４００〜５５０℃として
形成してもよい。成膜後、ゲート絶縁膜１０７自身のバ
ルク特性および結晶性ケイ素膜１０３ｂ／ゲート絶縁膜
１０７の界面特性を向上するために、不活性ガス雰囲気
下で４００〜６００℃で３０〜６０分アニールを行っ
た。

【００７５】引き続いて、スパッタリング法によって、
膜厚４００〜８００ｎｍ、例えば６００ｎｍのアルミニ
ウムを成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニン
グして、ゲート電極１０８を形成する。さらに、このア
ルミウムのゲート電極１０８の表面を陽極酸化して、表
面に酸化物層１０９を形成する。この状態が図２（Ｅ）
に相当する。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い、最初一定電流で２２０
Ｖまでゲート電極１０８の電圧を上げ、その状態で１時
間保持して終了させる。得られた酸化物層１０９の膜厚
は２００ｎｍである。なお、この酸化物層１０９は、後
のイオンドーピング工程において、オフセットゲート領
域を形成する膜厚となるので、後述するオフセットゲー
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。

【００７６】次に、イオンドーピング法によって、ゲー
ト電極１０８とその周囲の酸化物層１０９をマスクとし
て、前記結晶性ケイ素膜１０３ｂに不純物（リン）を注
入して、前記活性領域を形成する。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、ドープ量を１×１０15〜８
×１０¹⁵ｃｍ^-2、例えば２×１０¹⁵ｃｍ^-2とする。こ
の工程によって、不純物が注入された結晶性ケイ素膜１
０３ｂの各領域１１１ａ、１１２ａは、後にＴＦＴのソ
ース／ドレイン領域１１１、１１２となり、ゲート電極
１０８およびその周囲の酸化層１０９にマスクされ、前
記不純物が注入されない結晶性ケイ素膜の領域１１０ａ
は、後にＴＦＴのチャネル領域１１０となる。

【００７７】その後、図２（Ｅ）に示すように、レーザ
ー光の照射によってアニールを行い、イオン注入した不
純物の活性化を行うと同時に、上記の不純物導入工程で
結晶性が劣化した結晶性ケイ素膜の結晶性を改善させ
る。この際、使用するレーザーとしては、ＸｅＣ１エキ
シマレーザー（波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅ
ｃ）を用い、エネルギー密度１５０〜４００ｍＪ／ｃｍ
²、好ましくは２００〜２５０ｍＪ／ｃｍ²でレーザー光
照射を行った。こうして形成されたＮ型不純物（リン）
領域である前記領域１１１、１１２のシート抵抗は、２
００〜８００Ω／□であった。

【００７８】続いて、膜厚６００ｎｍ程度の酸化ケイ素
膜あるいは窒化ケイ素膜を層間絶縁膜１１３として形成
する。酸化ケイ素膜を用いる場合には、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ＣＶＤ法によって層
間絶縁膜１１３を形成すれば、段差被覆性に優れた良好
な層間絶縁膜１１３が得られる。また、ＳｉＨ４とＮＨ
３を原料ガスとしてプラズマＣＶＤ法で成膜された窒化
ケイ素膜を用いて層間絶縁膜１１３を形成すれば、図２
（Ｅ）に示す前記ソース領域１１１、チャネル領域１１
０およびドレイン領域１１２からなる前記活性領域１１
６／ゲート絶縁膜１０７の界面へ水素原子を供給し、Ｔ
ＦＴ特性を劣化させる不対結合手を低減する効果があ
る。

【００７９】次に、層間絶縁膜１１３にコンタクトホー
ル１１７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をパターンニングして、ＴＦＴの
ソース電極とその配線１１４、およびドレイン電極とそ
の配線１１５を形成する。そして最後に、１気圧の水素
雰囲気で３５０℃、３０分のアニールを行い、図２
（Ｆ）に示すＴＦＴ１１８を完成させる。

【００８０】本ＴＦＴ１１８を、例としてアクティブマ
トリクス型の液晶表示素子の画素電極をスイッチングす
る素子として用いる場合には、電極１１４、１１５のい
ずれか一方を、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）など透明
導電膜からなる画素電極に接続し、電極１１４、１１５
のいずれか他方の電極から表示用の信号を入力すればよ
い。また、本ＴＦＴ１１８を薄膜集積回路に用いる場合
には、ゲート電極１０８上にもコンタクトホールを形成
し、このコンタクトホールを介して、ゲート電極１０８
と接続される必要とする配線を施せばよい。

【００８１】以上の実施例にしたがって作製したＮ型Ｔ
ＦＴ１１８は、電界効果移動度８０〜１２０ｃｍ²／Ｖ
ｓ、閾値電圧２〜３Ｖという良好な特性を示した。ま
た、前述した本願出願人による特願５−２１８１５６号
に関して想定された種々の問題点をも解決している。

【００８２】（実施例２）本発明を用いた実施例２の半
導体装置について説明する。本実施例では、ガラス基板
上にＰ型ＴＦＴを作製する際の工程において、本発明を
利用した場合についての説明を行う。

【００８３】以下において、図３は、本実施例で説明す
るＴＦＴの作製工程の概要を示し、横方向結晶成長領域
を利用したＴＦＴを基板上面から見た場合の平面図であ
る。図４は、図３の切断面線Ｂ−Ｂ'で切った断面図で
あり、図４（Ａ）→図４（Ｆ）の順にしたがって作製工
程が順次進行する。

【００８４】まず、図４（Ａ）に示されるように、ガラ
ス基板２０１上に例えばスパッタリング法によって膜厚
２００ｎｍ程度の酸化ケイ素または窒化ケイ素膜、例と
して、酸化ケイ素膜からなる下地膜２０２を形成する。
次に減圧ＣＶＤ法あるいはプラズマＣＶＤ法によって、
膜厚２５〜１００ｎｍ、例えば５０ｎｍの真性（Ｉ型）
の非晶質ケイ素膜（ａ−Ｓｉ膜）２０３を成膜する。

【００８５】次に、酸化ケイ素膜または窒化ケイ素膜等
によって形成され、線状の領域２００が透孔として形成
されたマスク２０４を設ける。このマスク２０４の領域
２００によって、スリット状にａ−Ｓｉ膜２０３が露呈
される。即ち、図４（Ａ）の状態を上面から見ると、図
３のようにａ−Ｓｉ膜２０３が領域２００でスリット状
に露呈しており、他の部分はマスクされている状態とな
っている。図３において、切断面線Ｂ−Ｂ'で切った断
面が図４（Ｅ）または図４（Ｆ）に対応する。本実施例
では、図３（Ａ）のように、ソース領域２１１、チャネ
ル領域２１０およびドレイン領域２１２が、領域２００
の長軸方向と垂直な方向に沿って、この順に配置された
状態でＴＦＴを作製するが、図３（Ｂ）のように、ソー
ス領域２１１、チャネル領域２１０およびドレイン領域
２１２が、領域２００の長軸方向と平行な方向に沿っ
て、順に配置された状態でも、同様の方法で全く問題な
くＴＦＴを作製できる。

【００８６】上記マスク２０４を設けた後、図４（Ｂ）
に示すように、スパッタリング法によって膜厚０．５〜
２０ｎｍ、例えば２ｎｍのケイ化ニッケル膜２０５（化
学式ＮｉＳｉＸ、０．４≦Ｘ≦２．５、例えばＸ＝２．
０）を成膜する。そして、これを水素還元雰囲気下また
は不活性雰囲気下で、加熱温度５２０〜５８０℃で数時
間から数十時間、例として、５５０℃で１６時間アニー
ルして結晶化させる。

【００８７】この際、ニッケル微量添加が行われた領域
２００に対応するａ−Ｓｉ膜２０３の部分においては、
基板２０１に対して垂直方向にａ−Ｓｉ膜２０３の結晶
化が起こり、結晶性ケイ素膜２０３ａが形成される。そ
して、領域２００の周辺領域では、図４（Ｃ）におい
て、矢印２０６で示すように、領域２００から横方向
（基板と平行な方向）に結晶成長が行われ、横方向結晶
成長した結晶性ケイ素膜２０３ｂが形成される。それ以
外のａ−Ｓｉ膜領域は、そのままａ−Ｓｉ膜２０３とし
て残る。なお、上記結晶成長に際し、矢印２０６で示さ
れる基板と平行な方向の横方向結晶成長距離Ｌは、８０
μｍ程度である。その後、マスク２０４を除去し、結晶
性ケイ素膜２０３ｂの不要な部分を除去して、素子間分
離を行う。

【００８８】この際、図３（Ａ）において、後に説明す
るＴＦＴのチャネル領域２１０の長軸方向一端部から、
触媒元素（本実施例ではＮｉ）添加領域２００の長軸方
向に沿う同一側端部までの距離ｂが３０μｍ以上となる
ように、結晶性ケイ素膜２０３ｂのパターニングを行
う。本実施例では、前記距離ｂが６０μｍとなるよう
に、結晶性ケイ素膜２０３ｂのパターニングを行った。
また、図３（Ｂ）に示すように、ソース領域２１１、チ
ャネル領域２１０およびドレイン領域２１２が、領域２
００の長軸方向と垂直な方向に沿って、この順に配置さ
れた状態でＴＦＴを構成する際には、前記距離ｂと同様
に定義される距離ｂ'が３０μｍ以上となるように、結
晶化ケイ素膜２０３ｂをパターニングすれば、本発明の
効果が得られる。

【００８９】以上の工程によって、後に、ＴＦＴのソー
ス領域２１１、チャネル領域２１０およびドレイン領域
２１２からなる活性化領域となる島状の結晶性ケイ素膜
２０３ｂが形成され、図４（Ｄ）の状態を得る。

【００９０】次に、上記の活性領域となる結晶性ケイ素
膜２０３ｂを覆うように膜厚２０〜１５０ｎｍ、ここで
は１００ｎｍの膜厚の酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜２０
７として成膜する。本実施例では、ゲート絶縁膜２０７
の成膜方法としてスパッタリング法を用いた。スパッタ
リングには、ターゲットとして酸化ケイ素を用い、スパ
ッタリング時の基板温度は２００〜４００℃の範囲内の
温度、例えば３５０℃、スパッタリング雰囲気は酸素と
アルゴンで、アルゴン／酸素＝０〜０．５、例えば０．
１以下とした。

【００９１】引き続いて、スパッタリング法によって、
膜厚４００ｎｍのアルミニウム膜を成膜する。そして、
アルミニウム膜をパターニングしてゲート電極２０８を
形成した。その後、イオンドーピング法によって、ゲー
ト電極２０８をマスクとして活性領域に不純物（ホウ
素）を注入する。ドーピングガスとして、ジボラン（Ｂ
２Ｈ６）を用い、加速電圧を４０ｋＶ〜８０ｋＶ、例え
ば６５ｋＶとし、ドーズ量は１×１０¹⁵〜８×１０¹⁵ｃ
ｍ^-2、例えば５×１０¹⁵ｃｍ^-2とする。この工程によっ
て、不純物が注入された結晶性ケイ素膜２０３ｂの各領
域２１１ａ、２１２ａは、後にＴＦＴのソース領域２１
１およびドレイン領域２１２となり、ゲート電極２０８
にマスクされ不純物が注入されない結晶性ケイ素膜２０
３ｂの領域２１０ａは、後にＴＦＴのチャネル領域２１
０となる。

【００９２】その後、図４（Ｅ）に示すように、レーザ
ー光の照射によってアニールを行い、イオン注入した不
純物の活性化を行うと同時に、上記の不純物導入工程で
結晶性が劣化した結晶性ケイ素膜２０３ｂの部分の結晶
性を改善させる。この際、使用するレーザーとしては、
ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２
０ｎｓｅｃ）を用い、エネルギー密度１５０〜４００ｍ
Ｊ／ｃｍ²、好ましくは２００〜２５０ｍＪ／ｃｍ²で照
射を行った。こうして形成されたＰ型不純物（ホウ素）
領域である前記ソース領域２１１、およびドレイン領域
２１２のシート抵抗は、５００〜９００Ω／□であっ
た。

【００９３】続いて、膜厚６００ｎｍ程度の酸化ケイ素
膜を層間絶縁膜２１３として形成する。酸化ケイ素膜を
用いる場合、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ＣＶＤ法によって、酸化ケイ素膜を形成すれ
ば、段差被覆性に優れた良好な層間絶縁膜２１３が得ら
れる。

【００９４】次に、層間絶縁膜２１３にコンタクトホー
ル２１６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のソース電極と
その配線２１４、およびドレイン電極とその配線２１５
を形成する。そして最後に、水素のプラズマ雰囲気で３
５０℃、３０分のアニールを行い、図４（Ｆ）に示すＴ
ＦＴ２１８を完成させる。

【００９５】本ＴＦＴ２１８を、例としてアクティブマ
トリクス型の液晶表示素子の画素電極をスイッチングす
る素子として用いる場合には、電極２１４または電極２
１５のいずれか一方の電極をＩＴＯなど透明導電膜から
なる画素電極に接続し、いずれか他方の電極から表示用
の信号を入力する。また、本ＴＦＴ２１８を薄膜集積回
路に用いる場合には、ゲート電極２０８上にもコンタク
トホールを形成し、このコンタクトホールを介して、ゲ
ート電極２０８と接続される必要とする配線を施せばよ
い。

【００９６】以上の実施例にしたがって作製したＰ型Ｔ
ＦＴは、電界効果移動度６０〜８０ｃｍ²／Ｖｓ、閾値
電圧−５〜−８Ｖという良好な特性を示した。

【００９７】（実施例３）本発明を用いた実施例３の半
導体装置について説明する。

【００９８】図５は、本実施例の概要を示し、横方向結
晶成長領域を利用したＴＦＴを基板上面から見た場合の
平面図であり、ソース領域３１１、ドレイン領域３１
２、およびチャネル領域３１０を備え、作製されるＴＦ
Ｔと触媒元素添加領域３００、横方向結晶成長領域３０
３ｂとの位置関係を示す図である。

【００９９】実施例１、実施例２と同様の工程によっ
て、ガラス基板上に下地膜、ａ−Ｓｉ膜３０３を成膜す
る。次に、ａ−Ｓｉ膜３０３の結晶化を助長する触媒元
素の注入用のマスク３０４として、膜厚１０ｎｍ〜２０
０ｎｍの範囲で、例えば５０ｎｍの膜厚で酸化ケイ素膜
を成膜する。この酸化ケイ素膜をパターニングし領域３
００の部分をエッチングすることで、ａ−Ｓｉ膜３０３
に触媒元素を選択添加するためのスルーホールである領
域３００を形成する。このとき、領域３００において、
後に形成するＴＦＴの活性領域と向い合う辺の長さ、即
ち、図５に示されている略矩形状の領域３００の長軸方
向の長さである距離ｃを、１２０μｍ以上となるように
する。

【０１００】その後、このマスク３０４によって、スリ
ット状にａ−Ｓｉ膜３０３が露呈している領域３００
に、ニッケルなどの結晶化を助長する元素の微量添加
を、前記実施例１および実施例２と同様に行う。そし
て、このａ−Ｓｉ膜３０３を、不活性雰囲気下にて、加
熱温度５５０℃で１６時間程度アニールすることで結晶
化させる。ここで、前記領域３００内のａ−Ｓｉ膜３０
３において、ａ−Ｓｉ膜３０３のガラス基板面に垂直方
向である膜厚方向に結晶成長した縦成長結晶性ケイ素膜
３０３ａが形成され、領域３００の周辺部では、領域３
００から、ガラス基板と平行な方向である横方向に結晶
成長した横成長結晶性ケイ素膜３０３ｂが形成される。
横成長結晶性ケイ素膜３０３ｂの矢印３０６方向の成長
距離Ｌは８０μｍ程度である。

【０１０１】上記のような触媒元素を添加するための領
域３００が、基板上に複数存在している場合には、どの
領域３００に基づく横成長性ケイ素膜３０３ｂにおいて
も、安定した一定の横方向結晶成長距離Ｌが得られる。
その後、マスク３０４を除去し、横成長結晶性ケイ素膜
３０３ｂの不要な部分を除去して素子間分離を行う。

【０１０２】以上の工程によって、後にＴＦＴのソース
領域３１１、ドレイン領域３１２およびチャネル領域３
１０からなる活性領域となる島状の結晶性ケイ素膜３０
３が成され、以後、実施例１、実施例２と同様の工程を
経て目的とするＴＦＴ３１３が完成する。

【０１０３】（実施例４）本発明を用いた実施例４の半
導体装置について説明する。

【０１０４】図６は、本実施例の概要を示し、横方向結
晶成長領域を利用したＴＦＴを基板上面から見た場合の
平面図であり、ソース領域４１１、ドレイン領域４１
２、およびチャネル領域４１０を含む作製されるＴＦＴ
と、触媒元素を添加する領域４００と、横方向結晶成長
領域４０３ｂとの位置関係を示す図である。

【０１０５】実施例１、実施例２と同様の工程によっ
て、ガラス基板上に下地膜、ａ−Ｓｉ膜４０３を成膜す
る。次に、ａ−Ｓｉ膜４０３の結晶化を助長する触媒元
素を添加するためのマスク４０４として、触媒元素を添
加するための領域４００をスルーホールとして有する膜
厚１０ｎｍ〜２００ｎｍ、例えば２０ｎｍの酸化ケイ素
膜を成膜する。この酸化ケイ素膜をパターニングし、領
域４００の部分をエッチングすることで、ａ−Ｓｉ膜４
０３に触媒元素を選択添加するための領域４００を形成
する。このとき、図６において、触媒元素を添加する領
域４００のＸ方向に沿う幅ｄが５μｍ以上となるように
する。

【０１０６】その後、このマスク４０４によってスリッ
ト状にａ−Ｓｉ膜４０３が露呈している領域４００に、
ニッケルなどの結晶化を助長する元素の微量添加を行
う。そして、これを不活性雰囲気下にて、加熱温度５５
０℃で１６時間程度アニールすることで結晶化させる。
領域４００内では、ａ−Ｓｉ膜のガラス基板の表面に垂
直な方向である膜厚方向に沿って結晶成長した縦成長結
晶性ケイ素膜４０３ａが形成され、領域４００の周辺部
では領域４００から、ガラス基板と平行な方向である横
方向に沿って結晶成長した横成長結晶性ケイ素膜４０３
ｂ（以下、前記縦成長結晶性ケイ素膜４０３ａと横成長
結晶性ケイ素膜４０３ｂとを総称して符号４０３で示す
場合がある）が形成される。横成長結晶性ケイ素膜４０
３ｂの矢印４０６方向の成長距離Ｌは８０μｍ程度であ
る。上記のような触媒元素を添加する領域４００が基板
上に複数存在している場合には、どの領域４００に基づ
く横成長性ケイ素膜４０３ｂにおいても、安定した一定
の横方向結晶成長距離Ｌが得られる。その後、マスク４
０４を除去し、横成長結晶性ケイ素膜４０３ｂの不要な
部分を除去して素子間分離を行う。

【０１０７】以上の工程によって、後にソース領域４１
１、ドレイン領域４１２およびチャネル領域４１０を有
するＴＦＴ４１３の活性領域となる島状の結晶性ケイ素
膜４０３が形成され、以後、実施例１、実施例２と同様
の工程を経て目的とするＴＦＴ４１３を作製する。

【０１０８】（実施例５）本発明の半導体装置を用いた
実施例５について説明する。本実施例では、ガラス基板
上に複数のＴＦＴを作製する際の工程において、本発明
を利用した場合についての説明を行う。本実施例の半導
体装置はアクティブマトリクス型の液晶表示装置のドラ
イバー回路や画素部分は勿論、薄膜集積回路にも利用で
きるが、ここでは液晶表示装置におけるアクティブマト
リクス部の画素スイッチングＴＦＴに応用した場合につ
いて説明する。

【０１０９】図７は、本実施例で説明する液晶表示装置
のアクティブマトリクス表示部の作製工程の概要を示
し、横方向結晶成長領域を利用したＴＦＴを基板上面か
ら見た場合の平面図である。本実施例において、図７
（Ａ）から図７（Ｅ）の順に従って作製工程が順次進行
する。実際には、液晶表示装置のアクティブマトリクス
表示部は、数万個以上のＴＦＴを含んで構成されるもの
である。本実施例では、本発明の趣旨を簡潔に説明する
ために、３×３のアクティブマトリクス表示部を用いて
説明する。

【０１１０】まず、ガラス基板上に酸化ケイ素からなる
下地膜を形成し、膜厚５０ｎｍ程度のａ−Ｓｉ膜を形成
し、ａ−Ｓｉ膜５０３を成膜する。その後、ａ−Ｓｉ膜
５０３の結晶化を助長する触媒元素を選択添加するため
のマスク５０４を設け、線状にａ−Ｓｉ膜５０３が露呈
されるように、触媒元素を選択添加するためのスルーホ
ールである領域５００を形成する。

【０１１１】上記マスク５０４を形成した後、蒸着法に
よって膜厚１ｎｍのニッケル膜を成膜する。そして、こ
のガラス基板を不活性雰囲気下、例えば５５０℃で１６
時間程度アニールして、前記ａ−Ｓｉ膜５０３を結晶化
させる。この際、図７（Ａ）において、ニッケル微量添
加が行われる領域５００においては、ガラス基板表面に
対して垂直方向にａ−Ｓｉ膜５０３の結晶化が起こり、
結晶性ケイ素膜５０３ａが形成される。そして、領域５
００の周辺領域では、矢印５０６で示すように、領域５
００から横方向（基板と平行な方向）に結晶成長が行わ
れ、横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜５０３ｂが形成
される。それ以外のａ−Ｓｉ膜５０３の領域は、そのま
まａ−Ｓｉ膜５０３として残る。その後、マスク５０４
を除去して、図７（Ａ）の状態を得る。

【０１１２】次に、横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜
５０３ｂの不要な部分を除去して素子間分離を行う。こ
の際、図７（Ｂ）に示すように、一つのニッケル添加領
域５００から横方向結晶成長した横方向結晶性ケイ素膜
５０３ｂで、複数（本実施例では３個）の前記各実施例
で説明した活性領域５０３ｃを形成する。このとき、図
７（Ｂ）において、前記各実施例で説明した距離ａが１
２０μｍ以内、距離ｂが３０μｍ以上、幅ｄが５μｍ以
上となるような位置に活性領域５０３ｃを形成すると、
前記各実施例で説明したように、更に、良好な効果を達
成することができる。この活性領域５０３ｃは、後に、
ＴＦＴのソース領域、チャネル領域、およびドレイン領
域となる領域である。図７（Ｂ）はａ−Ｓｉ膜５０３の
パターニング時にレジストパターンを形成した状態に相
当する。この後、横方向結晶性ケイ素膜５０３ｂの不要
な部分をエッチングして、図７（Ｃ）の状態を得る。

【０１１３】次に、上記の結晶性ケイ素膜５０３ｂの活
性領域５０３ｃを覆うように、膜厚１２０ｎｍ程度の酸
化ケイ素膜をゲート絶縁膜として成膜し、引き続いて、
膜厚５００ｎｍ程度のアルミニウム膜を成膜する。そし
て、アルミニウム膜をパターニングして、図７（Ｄ）に
示すように、ゲート電極・配線５０８を形成する。この
後、イオンドーピング法によって、ゲート電極５０８を
マスクとして活性領域５０３ｃに不純物（リンまたはホ
ウ素）を注入する。この工程によって、不純物が注入さ
れた領域５１１ａ、５１２ａは、後にＴＦＴ５１３のソ
ース領域５１１、ドレイン領域５１２となり、ゲート電
極５０８にマスクされ不純物が注入されない領域５１０
ａは、後にＴＦＴ５１３のチャネル領域５１０となる。

【０１１４】その後、レーザー光の照射によってアニー
ルを行い、イオン注入した不純物の活性化を行うと同時
に、上記の不純物導入工程で結晶性が劣化した活性領域
５０３ｃを構成する結晶性ケイ素膜の結晶性を改善させ
る。

【０１１５】続いて、膜厚６００ｎｍ程度の酸化ケイ素
膜を層間絶縁膜として形成する。続いて、図７（Ｅ）に
示すように、層間絶縁膜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ＴＦＴ５１３のソース電極とそれに連なる
配線５１４、およびドレイン電極５１５を形成する。そ
の後、電極５１５をＩＴＯなど透明導電膜からなる画素
電極５１６に接続し、水素雰囲気で３５０℃、３０分の
アニールを行い、図７（Ｅ）に示すＴＦＴ５１３を完成
させる。

【０１１６】本実施例で作製したアクティブマトリクス
基板では、１つの領域５００から成長した横成長結晶性
ケイ素膜５０３ｂで、それぞれ３個のＴＦＴ５１３を作
製するため、これらの３つのＴＦＴ５１３は、相互に同
一の動作特性を有することになる。

【０１１７】従来、結晶性ケイ素膜をチャネル領域に用
いたＴＦＴを用いて、３×３のアクティブマトリクス基
板を作製した場合、各ＴＦＴを構成する結晶性ケイ素膜
の結晶性の違いにより、９個のＴＦＴ間で動作特性がば
らついていた。これに対し、本実施例では、３個のＴＦ
Ｔ５１３を含むグループ間にばらつきが生じる程度に、
発生する可能性があるばらつきの密度を低減でき、該ば
らつきが発生した場合に必要な補償処理が容易になる。
実際のｍ×ｎ個のＴＦＴを有するアクティブマトリクス
基板では、ｍ×ｎ個ＴＦＴ間の動作特性のばらつきを、
ｍ個のＴＦＴグループ間の動作特性のばらつきにその密
度を低減できる。これにより、例として、アクティブマ
トリクス基板における、製造工程の簡略化を図ることが
できる。また、本実施例では、線状の領域５００から成
長した横成長結晶性ケイ素膜５０３ｂの、領域５００の
幅方向の一方側の横成長結晶性ケイ素膜５０３ｂを利用
してＴＦＴ５１３を作製したが、領域５００の幅方向両
側の横成長結晶性ケイ素膜５０３ｂを利用してＴＦＴ５
１３を作製することで、さらにＴＦＴ５１３間の特性の
ばらつきが半減できる。

【０１１８】（実施例６）本発明を用いた実施例６につ
いて説明する。本実施例では、ガラス基板上にＮ型ＴＦ
Ｔと型ＰＴＦＴとを相補型に構成したＣＭＯＳ構造の回
路の作製工程において、本発明を利用した場合について
の説明を行う。本実施例では、触媒元素を添加するため
の１つの領域から横方向結晶成長した横方向成長結晶性
ケイ素膜に関して、該１つの領域の幅方向両側の横成長
結晶性ケイ素膜で、それぞれＮ型ＴＦＴ、およびＰ型Ｔ
ＦＴを構成する場合について説明する。

【０１１９】図８は、本実施例で説明するＴＦＴの作製
工程の概要を示す平面図である。図９は、図８の切断面
線Ｃ−Ｃ'で切った断面図である。図９（Ａ）から図９
（Ｅ）の順に従って製造工程が順次進行する。

【０１２０】まず、図９（Ａ）に示すように、ガラス基
板６０１上に、例えばスパッタリング法によって膜厚１
００ｎｍ程度の酸化ケイ素からなる下地膜６０２を形成
する。次に減圧ＣＶＤ法によって、膜厚２５〜１００ｎ
ｍ範囲内で、例えば膜厚５０ｎｍの真性（Ｉ型）の非晶
質ケイ素膜（ａ−Ｓｉ膜）６０３を成膜する。

【０１２１】次に、膜厚５０ｎｍ程度の酸化ケイ素膜ま
たは窒化ケイ素膜等によって形成されたマスク６０４を
設ける。このマスク６０４を選択的に除去し、触媒元素
を添加するための注入口となる領域６００を形成する。
従って、領域６００を通して線状にａ−Ｓｉ膜６０３が
露呈する。即ち、図９（Ａ）の状態を上面から見ると、
図８のように触媒元素を注入するための領域６００を通
して、ａ−Ｓｉ膜６０３が露呈しており、ａ−Ｓｉ膜６
０３の他の部分はマスクされている状態となっている。
このとき、図８において、領域６００の長軸方向の長さ
ｃが１２０μｍ以上、幅ｄが５μｍ以上となるように、
領域６００を形成する。これにより、後の工程で十分な
横方向結晶成長距離Ｌが得られる。

【０１２２】上記マスク６０４を形成した後、例えば酢
酸ニッケルあるいは硝酸ニッケル等のニッケル塩の水溶
液をガラス基板６０１全面に塗布し、その後、スピンナ
ーにて均一膜厚で乾燥させる。この際の前記水溶液中の
ニッケル濃度は５０〜２００ｐｐｍが適当で、好ましく
は１００ｐｐｍである。領域６００の部分では、析出し
たＮｉイオンがａ−Ｓｉ膜６０３と接触しており、領域
６００に対応するａ−Ｓｉ膜６０３の部分に対するニッ
ケル微量添加が選択的に行われたことになる。そして、
これを水素還元雰囲気下または不活性雰囲気下におい
て、５５０℃で１６時間アニールして、ａ−Ｓｉ膜６０
３を結晶化させる。

【０１２３】この際、図９（Ｂ）に示されるように、ニ
ッケルの微量添加が行われた領域６００においては、基
板６０１に対して垂直方向にａ−Ｓｉ膜６０３の結晶化
が起こり、結晶性ケイ素膜６０３ａが形成される。そし
て、領域６００の周辺領域では、図９（Ｂ）において、
矢印６０６で示すように、領域６００からガラス基板と
平行な方向である横方向に結晶成長が行われ、横方向結
晶成長したケイ素膜６０３ｂが形成される。それ以外の
ａ−Ｓｉ膜６０３の領域は、そのままａ−Ｓｉ膜として
残る。引き続いて、マスク６０４を除去し、レーザー光
を照射することで結晶性ケイ素膜６０３ｂの結晶性を助
長する。このときのレーザー光としては、ＸｅＣｌエキ
シマレーザー（波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅ
ｃ）を用いた。レーザー光の照射条件は、照射時にガラ
ス基板を２００〜４５０℃、例えば４００℃に加熱し、
エネルギー密度２００〜４００ｍＪ／ｃｍ²の範囲内、
例えば３００ｍＪ／ｃｍ²のエネルギー密度で照射し
た。

【０１２４】その後、図９（Ｃ）に示すように、後にＴ
ＦＴのドレイン領域、チャネル領域、およびドレイン領
域をそれぞれ含む各活性領域６０３ｎ、６０３ｐとなる
結晶性ケイ素膜６０３ｂを残し、それ以外の領域をエッ
チング除去して素子間分離を行う。このとき、図８にお
いて、距離ａが１２０μｍ以下、距離ｂが３０μｍ以上
となるように活性化領域６０３ｎ、６０３ｐとなる前記
結晶性ケイ素膜６０３ｂをそれぞれ形成することで、結
晶成長方向が一次元的に揃った高品質な横成長結晶性ケ
イ素膜６０３ｂでＴＦＴのチャネル領域を形成すること
ができる。

【０１２５】上記の活性領域６０３ｎ、６０３ｐとなる
各結晶性ケイ素膜６０３ｂを覆うように、膜厚１００ｎ
ｍの酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜６０７として成膜す
る。本実施例では、ゲート絶縁膜６０７の成膜方法とし
てＴＥＯＳを原料とし、酸素とともに基板温度３５０℃
で、ＲＦプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した。

【０１２６】引き続いて、図９（Ｄ）に示すように、ス
パッタリング法によって膜厚４００〜８００ｎｍの範囲
内、例えば６００ｎｍの膜厚でアルミニウム（０．１〜
２％のシリコンを含む）を成膜し、該アルミニウム膜を
パターニングして、ゲート電極６０８、６０９を形成す
る。

【０１２７】次に、イオンドーピング法によって、各活
性領域６０３ｂにゲート電極６０８、６０９をマスクと
して、不純物（リン、およびホウ素）を注入する。ドー
ピングガスとして、フォスフィン（ＰＨ３）およびジボ
ラン（Ｂ２Ｈ６）を用い、前者の場合は、加速電圧を６
０〜９０ｋＶの範囲内、例えば８０ｋＶ、後者の場合
は、４０ｋＶ〜８０ｋＶの範囲内、例えば６５ｋＶと
し、ドーズ量は１×１０¹⁵〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2の範囲内
に選び、例えばリンを２×１０¹⁵ｃｍ^-2、ホウ素を５×
１０¹⁵ｃｍ^-2のドーズ量とする。

【０１２８】この工程によって、ゲート電極６０８、６
０９にマスクされ不純物が注入されない領域は、後に各
ＴＦＴ６２０、６２１のチャネル領域６１０、６１１と
なる。ドーピングに際しては、ドーピングが不要な領域
をフォトレジストで覆うことによって、それぞれの元素
を選択的にドーピングする。この結果、Ｎ型の不純物領
域６１２、６１３、Ｐ型の不純物領域６１４、６１５が
形成され、図９（Ｄ）に示すように、Ｎチャネル型ＴＦ
Ｔ（以下、ＮＴＦＴ）６２０とＰチャネル型ＴＦＴ（以
下、ＰＴＦＴ）６２１とを形成することができる。

【０１２９】その後、図９（Ｄ）に示すように、レーザ
ー光の照射によってアニールを行い、イオン注入した不
純物の活性化を行う。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２０ｎｓｅ
ｃ）を用い、レーザー光の照射条件としては、エネルギ
ー密度２５０ｍＪ／ｃｍ²で一か所につき２ショット照
射した。

【０１３０】続いて、図９（Ｅ）に示すように、膜厚６
００ｎｍの酸化ケイ素膜を層間絶縁膜６１６としてプラ
ズマＣＶＤ法によって形成し、これにコンタクトホール
６２２、６２３、６２４、６２５を形成して、金属材
料、例えば、窒化チタンとアルミニウムとの多層膜によ
って、ＴＦＴ６２０、６２１の電極および配線６１７、
６１８、６１９を形成する。そして最後に、水素のプラ
ズマ雰囲気で３５０℃、３０分のアニールを行い、ＴＦ
Ｔ６２０、６２１を完成させる。

【０１３１】以上の実施例に従って作製されたＣＭＯＳ
構造を有する半導体回路において、それぞれのＴＦＴ６
２０、６２１のキャリアの電界効果移動度は、ＮＴＦＴ
６２０で１４０〜１７０ｃｍ²／Ｖｓ、ＰＴＦＴ６２１
で１００〜１３０ｃｍ²／Ｖｓと高く、閾値電圧はＮＴ
ＦＴ６２０で１．５〜２Ｖ、ＰＴＦＴ６２１で−２〜−
３Ｖと非常に良好な特性を示す。

【０１３２】以上、本発明に基づく実施例を６例につき
具体的に説明したが、本発明は上述の実施例に限定され
るものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変
形が可能である。

【０１３３】例えば、前述の６例の実施例においては、
ニッケルを導入する方法として、非晶質ケイ素膜表面に
ニッケル塩水溶液を塗布、あるいはケイ化ニッケル薄
膜、ニッケル薄膜（極めて薄いので、膜として観察する
ことは困難である）を形成することによって、選択的に
ニッケルの微量添加を行い、この部分から非晶質ケイ素
膜の結晶成長を行わせる方法を採用した。しかし、非晶
質ケイ素膜成膜前に、例として、図２の下地膜１０２表
面に選択的にニッケル微量添加を行う方法でもよい。即
ち、結晶成長は非晶質ケイ素膜の上面側から行ってもよ
いし、下面側から行ってもよい。また、ニッケルの添加
方法としてはイオンドーピング法を用いて、ニッケルイ
オンを非晶質ケイ素膜に選択的に注入する方法を採用し
てもよい。この場合は、ニッケル元素の濃度を制御する
ことができるという特徴を併せて有する。また、ニッケ
ルの薄膜を成膜する代わりにＮｉ電極を用いてプラズマ
処理によって、ニッケルの微量添加を行ってもよい。さ
らに、非晶質ケイ素の結晶化を助長する不純物金属元素
としては、ニッケル以外にコバルト、パラジウム、白
金、銅、銀、金、インジウム、スズ、アルミニウム、リ
ン、ヒ素、アンチモンを用いても同様の効果が得られ
る。

【０１３４】また、前記各実施例では、結晶性ケイ素膜
の結晶性を助長する手段として、パルスレーザーである
エキシマレーザー照射による加熱法を用いたが、それ以
外のレーザー（例えば連続発振Ａｒレーザーなど）でも
同様の処理が可能である。また、レーザー光の代わりに
赤外光、フラッシュランプを使用して短時間に９００〜
１２００℃まで上昇させ試料を加熱する、いわゆるＲＴ
Ａ（ラピッド・サーマル・アニール）（ＲＴＰ、ラピッ
ド・サーマル・プロセスともいう）などのいわゆるレー
ザー光と同等の高照度の光を用いてもよい。

【０１３５】さらに、本発明の応用としては、液晶表示
用のアクティブマトリクス型基板以外に、例えば、密着
型イメージセンサー、ドライバー内蔵型のサーマルヘッ
ド、有機系ＥＬ（エレクトロルミネッセンス素子）等を
発光素子としたドライバー内蔵型の書き込み素子や表示
素子、三次元ＩＣ（集積回路）等が可能である。本発明
を用いることで、これらの素子の高速、高解像度化等の
高性能化が実現される。さらに本発明は、上述の実施例
で説明したＭＯＳ型トランジスタに限らず、結晶性半導
体を素子材としたバイポーラトランジスタや静電誘導ト
ランジスタをはじめとして幅広く半導体プロセス全般に
応用することができる。

【０１３６】

【発明の効果】本発明を用いることによって、基板と平
行に結晶成長させた結晶性ケイ素膜を利用して薄膜トラ
ンジスタを構成する半導体装置において、その製造工程
が簡便となり、大面積基板にわたって均一で安定した特
性の高性能薄膜トランジスタを有する半導体装置が得ら
れる。特に液晶表示装置においては、アクティブマトリ
クス基板に要求される画素スイッチングＴＦＴの特性の
均一化、周辺駆動回路部を構成するＴＦＴに要求される
高性能化を同時に満足し、同一基板上にアクティブマト
リクス部と周辺駆動回路部を構成するドライバモノリシ
ック型アクティブマトリクス基板が実現でき、モジュー
ルのコンパクト化、高性能化、低コスト化がはかれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１において横方向結晶成長領域
を利用したＴＦＴを基板上面から見た場合の平面図であ
る。

【図２】第１の実施例の作製工程を示す図１の切断面線
Ａ−Ａ'で切った断面図である。

【図３】第２の実施例において横方向結晶成長領域を利
用したＴＦＴを基板上面から見た場合の平面図である。

【図４】第２の実施例の作製工程を示す図３の切断面線
Ｂ−Ｂ'で切った断面図である。

【図５】第３の実施例において横方向結晶成長領域を利
用したＴＦＴを基板上面から見た場合の平面図である。

【図６】第４の実施例において横方向結晶成長領域を利
用したＴＦＴを基板上面から見た場合の平面図である。

【図７】第５の実施例において横方向結晶成長領域を利
用したＴＦＴを基板上面から見た場合の平面図である。

【図８】第６の実施例において横方向結晶成長領域を利
用したＴＦＴを基板上面から見た場合の平面図である。

【図９】図８の切断面線Ｃ−Ｃ'で切った断面図であ
る。

【図１０】本発明に基づく横方向結晶成長領域を利用し
たＴＦＴを基板上面から見た場合の平面図である。

【図１１】本発明においてアニール時間に対する横方向
結晶成長距離Ｌのアニール時間依存性を表すグラフであ
る。

【図１２】本発明において針状結晶１本における分岐あ
るいは曲がりの数に対する横方向結晶成長距離Ｌのグラ
フである。

【図１３】本発明において距離ｂの横方向結晶成長距離
Ｌを表したグラフである。

【図１４】本発明において長さｃに対するＸ方向の横方
向結晶成長距離Ｌを表したグラフである。

【図１５】本発明において幅ｄに対するＸ方向の横方向
結晶成長距離Ｌを表したグラフである。

【図１６】本発明の基礎となる構成において横方向結晶
成長領域を利用したＴＦＴを基板上面から見た場合の平
面図である。

【図１７】本発明の基礎となる構成において横方向結晶
成長の不均一性を説明する平面図である。

【符号の説明】

１００、２００、３００、４００、５００、６００ニ
ッケル微量添加領域１０１、２０１、６０１ガラス基板１０２、２０２、６０２下地膜１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４マ
スク１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６結
晶成長方向１０７、２０７、６０７ゲート絶縁膜１０８、２０８、５０８、６０８、６０９ゲート電極１０９陽極酸化層１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、６
１１、７０２チャネル領域１１１、２１１、３１１、４１１、５１１ソース領域１１２、２１２、３１２、４１２、５１２ドレイン領
域１１３、２１３、６１６層間絶縁物１１４、１１５、２１４、２１５、５１５、６１７、６
１９電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶性を有するケイ素膜を利用してチャ
ネル領域が絶縁表面を有する基板上に構成された半導体
装置であって、前記チャネル領域は、非晶質ケイ素膜に該ケイ素膜の結
晶化を助長する線状領域を選択的に形成し、アニール処
理により、前記線状領域の周辺部において、基板表面に
平行に結晶成長させた結晶性ケイ素膜により形成された
ものであり、前記チャネル領域が、前記線状領域から、該アニール処
理で結晶性ケイ素膜が形成される範囲内に配置されてい
る半導体装置。
【請求項２】前記チャネル領域が、前記線状領域から
距離１２０μｍ以内の位置に配置されている請求項１に
記載の半導体装置。
【請求項３】前記チャネル領域は、前記結晶性ケイ素
が一次元的結晶方向を有する範囲内であって、更に、前
記結晶性ケイ素が、前記結晶方向に関して、前記一次元
的結晶方向からの分岐または屈曲する数が２以下の範囲
に配置されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】前記チャネル領域は、前記線状領域か
ら、６０μｍ以内の位置に配置されている請求項３に記
載の半導体装置。
【請求項５】前記チャネル領域は、前記結晶性ケイ素
が、前記結晶方向に関して、前記一次元的結晶方向から
の分岐または屈曲する数が１以下の範囲に形成されてい
る請求項３に記載の半導体装置。
【請求項６】前記チャネル領域は、前記線状領域か
ら、３０μｍ以内の位置に配置されている請求項５に記
載の半導体装置。
【請求項７】結晶性を有するケイ素膜を利用してチャ
ネル領域が絶縁表面を有する基板上に構成された半導体
装置であって、前記チャネル領域は、非晶質ケイ素膜に該ケイ素膜の結
晶化を助長する線状領域を選択的に形成し、アニール処
理により、前記線状領域の周辺部において、基板表面に
平行に結晶成長させた結晶性ケイ素膜により形成された
ものであり、前記線状領域の長軸方向における、前記チャネル領域と
前記線状領域端部との距離が、前記チャネル領域から、
前記アニール処理で一次元的結晶方向を有する結晶性ケ
イ素が形成される範囲内である半導体装置。
【請求項８】前記線状領域の長軸方向における、前記
チャネル領域と前記線状領域端部との距離が３０μｍ以
上である請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】結晶性を有するケイ素膜を利用してチャ
ネル領域が絶縁表面を有する基板上に構成された半導体
装置であって、前記チャネル領域は、非晶質ケイ素膜に該ケイ素膜の結
晶化を助長する線状領域を選択的に形成し、アニール処
理により、前記線状領域の周辺部において、基板表面に
平行に結晶成長させた結晶性ケイ素膜により形成された
ものであり、前記線状領域の長軸方向の長さは、前記結晶性ケイ素が
前記線状領域から成長する距離が飽和する予め定める長
さ以上の長さに定められる半導体装置。
【請求項１０】前記線状領域の長軸方向の前記予め定
める長さが１２０μｍ以上である請求項９に記載の半導
体装置。
【請求項１１】結晶性を有するケイ素膜を利用してチ
ャネル領域が絶縁表面を有する基板上に構成された半導
体装置であって、前記チャネル領域は、非晶質ケイ素膜に該ケイ素膜の結
晶化を助長する線状領域を選択的に形成し、アニール処
理により、前記線状領域の周辺部において、基板表面に
平行に結晶成長させた結晶性ケイ素膜により形成された
ものであり、前記線状領域の長軸方向と交差する方向の幅は、前記結
晶性ケイ素が前記線状領域から成長する距離が飽和する
予め定める幅以上の幅に定められる半導体装置。
【請求項１２】前記線状領域の長軸方向と交差する方
向の前記予め定める幅が５μｍ以上である請求項１１に
記載の半導体装置。
【請求項１３】結晶性を有するケイ素膜を利用してチ
ャネル領域が絶縁表面を有する基板上に構成された半導
体装置であって、非晶質ケイ素膜に該ケイ素膜の結晶化を助長する線状領
域を選択的に形成し、アニール処理により、基板表面に
おける１本の前記線状領域の周辺部において、該基板表
面に平行に結晶成長させた結晶性ケイ素膜を利用して、
複数個の薄膜トランジスタが設けられている半導体装
置。
【請求項１４】前記１本の線状領域の両側に薄膜トラ
ンジスタを構成した請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】前記チャネル領域は、非晶質ケイ素膜
にケイ素膜の結晶化を助長する線状領域を選択的に形成
し、アニール処理により、前記線状領域の周辺部におい
て、基板表面に平行に結晶成長させた後、レーザー光ま
たは高照度の光を照射することによって形成された結晶
性ケイ素膜である請求項１、７、９、１１及び１３のい
ずれかに記載の半導体装置。