JP2001053006A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶性の良好な結晶性珪素膜を提供する。 【解決手段】 非晶質珪素膜を形成し、前記非晶質珪素
膜を４５０℃〜６５０℃で熱処理し結晶化して、結晶性
珪素膜を形成し、前記結晶性珪素膜にレーザー光を照射
し、前記結晶性珪素膜を８００℃〜１１００℃で熱アニ
ールする。

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という）が知られている。このＴＦＴは、
基板上に薄膜半導体（活性層）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
ドライバー素子に用いられている。

【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、結晶性を有する珪素薄膜を利用すればよい。
結晶性を有する珪素膜は、多結晶珪素（ポリシリコ
ン）、微結晶珪素（マイクロクリスタルシリコン）等と
称されている。この結晶性を有する珪素膜を得るために
は、まず非晶質珪素膜を形成し、しかる後に加熱によっ
て結晶化さればよい。

【０００４】しかしながら、加熱により得た結晶性珪素
薄膜はその粒径が比較的小さく、またそのサイズも揃っ
ておらず、それらが特性のバラツキの原因となってい
る。また、素子を形成したときの能力の目安となる移動
度（モビリティ）に関しても、単結晶珪素に比較して大
きく劣っており、それら特性の向上が求められている。

【０００５】〔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、さら
には鉛等の元素を微量に堆積させ、しかる後に加熱する
ことで、４５０℃〜６５０℃例えば５５０℃程度の温度
で、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。また得られる結晶粒も、上記結晶化の温度
および時間によって制御可能であり、このことは素子に
必要とされる活性層を作製できることを意味する。

【０００６】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。しかしながら、上記のような元素が半導体中に多量
に存在していることは、これら半導体を用いた装置の信
頼性や電気的安定性を阻害するものであり好ましいこと
ではない。

【０００７】即ち、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）は、非晶質珪素を結晶化させる際には必要で
あるが、結晶化した珪素中には極力含まれないようにす
ることが望ましい。この目的を達成するには、触媒元素
として結晶性珪素中で不活性な傾向が強いものを選ぶと
同時に、結晶化に必要な触媒元素の量を極力少なくし、
最低限の量で結晶化を行なう必要がある。そしてそのた
めには、上記触媒元素の添加量を精密に制御して導入す
る必要がある。

【０００８】本発明人は、ニッケルを触媒元素とした場
合において、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おこない、さらに加熱処理により
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、熱処理をおこなう以前に既に、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。

【０００９】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が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。

【００１０】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
膜の表面近傍のみに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。
しかし、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。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、結晶性が不足するという問題が生じる。

【００１１】

【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。 といった要求を満たすことを目的とする。

【００１２】

【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
を得ることを特徴とする。即ち本発明は、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、４５０℃〜６５０℃、
例えば５５０℃程度の比較的低温で加熱処理を施し、前
記非晶質珪素膜を一部または全部を結晶化させる。そし
てさらに前記結晶化温度よりも高い温度、例えば基板が
石英の場合であれば１０００℃程度の温度でアニールを
おこなう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。

【００１３】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。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。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させる状態とすれ
ばよい。

【００１４】また本発明は、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
（ＴＦＴ）、ダイオード、光センサを挙げることができ
る。

【００１５】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。

【００１６】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において、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。
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。

【００１７】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。

【００１８】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。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。

【００１９】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。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。

【００２０】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
添加することも容易であるので、本発明に利用すること
ができる。以上のことは、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。

【００２１】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。

【００２２】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
ごと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。

【００２３】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。

【００２４】また結晶化の際の加熱温度を４５０℃〜６
５０℃とすることは重要である。本発明においては前述
の様に触媒元素と非晶質珪素薄膜と接している部分のみ
から結晶化を行わせることにより、粒径のそろった結晶
性の高い結晶性珪素薄膜を得ることが前提となってお
り、それ以外の部分から核発生あるいは結晶化が進行す
ることは特性のばらつきに直結するので、望ましいこと
ではない。発明者らの実験によると、上記４５０℃〜６
５０℃の範囲で短時間であれば、触媒元素と接していな
い部分の結晶化は無視することができ、本発明の構成が
得られることが判明している。上記温度範囲よりも低温
では、触媒元素を添加しても充分な結晶成長がおこなえ
ず、また、同様に上記温度範囲よりも高温では触媒に関
係なく結晶成長が発生してしまう。

【００２５】同様に、結晶化処理の後に、さらに高温の
アニールをおこない、結晶粒の界面の特性をさらに良好
にし、珪素膜の結晶性をさらに高くすることができる。
この工程を有しないと、粒界における障壁が高く、代表
的にはモビリティが高くならないなどの弊害が生じる。
信頼性についても、粒界に存在する微量な非晶質成分と
結合している触媒元素の影響により、安定した素子を形
成することは困難である。

【００２６】また、本発明のこの構成をさらに進め、触
媒元素の量を極端に減らし、最初の加熱による結晶化を
核発生直後で終了し、その後高温アニールによって結晶
成長をおこなうことも可能である。この場合には、核発
生プロセスと結晶成長プロセスを分けておこない、しか
もそれぞれに適した温度でおこなうことが可能である。

【００２７】結晶性を改善するためにおこなう高温アニ
ールは、一般的な電気炉中でのアニール（熱アニール）
以外に、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る。赤外光を用いるアニ
ール方法は、ラピッド・サーマル・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。

【００２８】また、触媒元素を含んだ溶液を選択的に塗
布することにより、結晶成長を選択的におこなうことが
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させることができる。このように
珪素膜の面に概略平行な方向に結晶成長がおこなわれた
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
と称する。

【００２９】横方向に結晶成長した領域は、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が有利であ
るが、特に、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。したがって、上記横方向に結晶成
長し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、極めて有利である。

【００３０】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、その他の利用できる触媒元素の種類としては、好ま
しくはＰｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｄ、
Ｐ、Ａｓ、Ｓｂが挙げられる。また、VIII族元素、III
b、IVｂ、Vb元素から選ばれた一種または複数種類の元
素を利用することもできる。

【００３１】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。

【００３２】

【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、しかる後に加熱により結晶化させ、さらに高温の
熱アニール処理により結晶性を高める例である。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
１１として石英ガラスを用いる。またその大きさは１０
０ｍｍ×１００ｍｍとする。

【００３３】まず、非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法や
ＬＰＣＶＤ法によって非晶質状の珪素膜を１００〜１５
００Å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）） 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１０〜５０Å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。

【００３４】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程度であると推定される。
本実施例では、酸素雰囲気中でのＵＶ光の照射により酸
化膜１３を作製する。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よっておこなった。酸化
膜１３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。

【００３５】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
酸塩溶液をゆき渡らせるためのものである。すなわち、
濡れ性の改善のためのものである。通常の非晶質珪素膜
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
な結晶化をおこなうことができない。

【００３６】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、酢酸塩溶液水膜１４を形
成し、この状態を５分間保持する。そしてスピナー１５
を用いてスピンドライ（２０００ｒｐｍ、６０秒）をお
こなう。（図１（Ｃ）、（Ｄ））

【００３７】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
トルエン溶液のごとき無極性溶媒を用いる場合、酸化膜
１３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。

【００３８】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。

【００３９】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。そ
して、加熱炉において、窒素雰囲気中において５５０
℃、４時間の加熱処理をおこなう。この結果、基板１１
上に形成された結晶性を有する珪素薄膜１２を得ること
ができる。

【００４０】上記の加熱処理は４５０℃以上の温度でお
こなうことができるが、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、あまり温
度が高すぎても、ニッケルと接した部分以外から結晶成
長が始まり、結果として大粒径の珪素粒からなる結晶性
珪素膜を作製することができない。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。

【００４１】加熱処理により結晶性を有する珪素膜１２
を得た後、汚れ及び自然酸化膜を取り除くためにフッ酸
処理を行う。そして更に１０００℃で３０分〜２時間、
ここでは１００分間のアニールを窒素中でおこない、結
晶粒内部の結晶性を高め（この工程を行うことにより結
晶内部の欠陥を減らす効果も期待できる）、界面の特性
を改善する。なお、この工程を酸素中でおこなうことに
より、結晶性向上とともに約１０００Åの熱酸化膜を形
成しても良い。その後、酸化膜を除去し、ＴＥＭによる
観察をおこなった結果、得られた結晶性珪素膜は、異方
性を有する大径の結晶粒からなる多結晶状態を呈し、そ
の結晶粒の長辺は長いものでは１０μｍ以上あり、その
大きさも比較的揃っていることが判明した。

【００４２】〔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。図２に本実施例における作製工程
の概略を示す。まず、石英ガラス基板（１０ｃｍ角）１
１上に非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法またはＬＰＣＶ
Ｄ（減圧熱ＣＶＤ法）で１０００Åの厚さに成膜する。
次に、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５００
Å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。

【００４３】そして、通常のフォトリソ工程によって、
必要とするパターンに酸化珪素膜２１をエッチングす
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。酸化珪素膜２０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お
こなわれる。なお、酸化珪素膜２０の厚さは２０〜５０
Å程度と考えられる（図２（Ａ））。酸化珪素膜２０は
濡れ性を改善するためのものであるが、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場合は特殊であり、一般的には酸化
珪素膜２０を使用したほうが安全である。

【００４４】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１５を用いて５０ｒｐｍで１０秒のスピンコートをお
こない、基板表面全体に均一な水膜１４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１５
を用いて２０００ｒｐｍ、６０秒のスピンドライをおこ
なう。なお、この保持は、スピナー上において０〜１５
０ｒｐｍの回転をさせながらおこなってもよい。（図２
（Ｂ））

【００４５】そして、５５０℃（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
化をおこなう。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２５へと横方向に結晶成長がおこなわれる。
図２（Ｃ）において、２４がニッケルが直接導入され結
晶化がおこなわれた領域であり、２５が横方向に結晶化
がおこなわれた領域である。なお２５の領域において
は、概略〈１１１〉軸方向に結晶成長がおこなわれてい
ることが確認されている。

【００４６】この段階でＴＥＭ観察をおこなうと、得ら
れた結晶性珪素膜は、ニッケルが添加された領域から周
囲に向かって放射状に幅の揃った柱状結晶が成長してお
り、個々の結晶の隙間には非晶質部分が残存しているこ
とが判明した。次に、上記加熱処理による結晶化工程の
後、酸化珪素膜を除去し、窒素中で加熱温度を１０００
℃でアニールして珪素膜１２の結晶性をさらに向上させ
る。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。

【００４７】この結晶性珪素膜をＴＥＭ観察すると、前
述の柱状結晶の隙間の部分が結晶化し、しかも、柱状結
晶を核とした擬似的にエピタキシャルな成長が起こって
いることが判明した。また、その結果、結晶粒界は非常
に判別しづらくなり、あたかも巨大な結晶粒（〜数十μ
ｍ以上）のように見える結晶性珪素膜が得られた。

【００４８】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１×１０¹⁵ｃｍ^-3〜１×１０
¹⁹ｃｍ^-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。この膜中
におけるニッケル濃度は、膜厚方向にＵ字型の分布を有
して存在するが、上記の濃度はこのＵ字型の分布の底の
部分（最小値）を示すものである。

【００４９】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。例えば、ＴＦＴ作製においては、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、それ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。
このような場合、酸化珪素膜を緩衝フッ酸によって除去
する工程が通常採用される。しかしながら、結晶性珪素
膜の耐フッ酸性が低い場合、酸化珪素膜のみを選択的に
除去することは困難であり、結晶性珪素膜をも同時にエ
ッチングしてしまうという問題がある。

【００５０】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ッチ
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
極めて有利である。以上述べたように、横方向に結晶成
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
て用いることは有利である。例えば、ＴＦＴ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。

【００５１】〔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を作製
する例である。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。なおこのようなＴＦＴ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。

【００５２】図３に本実施例の作製工程の概要を示す。
まずＮ０ガラス基板１１上に下地の窒化珪素膜（図示せ
ず）を成膜し、その上に酸化珪素膜（図示せず）を２０
００Åの厚さに成膜する。この窒化珪素膜および酸化珪
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。

【００５３】そして、非晶質珪素膜１０４を実施例１と
同様な方法で５００Åの厚さに成膜する。成膜手段とし
ては、シランあるいはジシランの如きポリシランを用い
てＬＰＣＶＤで成膜した非晶質珪素を用いることが素子
の特性上有効であった。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。

【００５４】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
ピンドライをおこなう。その後、緩衝フッ酸によって酸
化珪素膜を取り除き、５５０℃、４時間の加熱によっ
て、珪素膜を結晶化させる。上記加熱処理をおこなうこ
とによって、非晶質成分と結晶成分とが混在した珪素膜
を得られる。この結晶成分はその後の高温における結晶
成長時の結晶核が存在している領域である。

【００５５】その後、８００℃で窒素中で２時間のアニ
ールをおこない、全面を結晶化させると共に、珪素膜の
結晶性を助長させる。この工程よって、結晶成分に存在
している結晶核を核として結晶成長がおこなわれる。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。島状の領域１０４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機能する。（図３（Ａ））

【００５６】この状態で電気炉中での加熱処理、あるい
は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、シリコン活性層領域１０４と酸化珪素膜１０５
の界面の状態を改善してもよい。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る
ため、基板の温度をＮ０ガラスの軟化点以下としながら
より高温でのアニールと同等なアニールをおこなうこと
ができ、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。

【００５７】その後、厚さ２０００Å〜１μｍのタンタ
ル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。次に白金を
陰極、このタンタル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８０Ｖ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１５００〜３５０
０Å、例えば、２０００Åの陽極酸化物１０９を形成す
る。（図３（Ｂ））

【００５８】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の島状珪素領
域に、ゲイト電極部をマスクとして自己整合的に不純物
（燐）を注入する。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、１〜４×１０¹⁵ｃ
ｍ^-2とする。

【００５９】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。

【００６０】上記工程において、レーザー光を用いる代
わりに、電気炉中での加熱処理を用いても良い。また、
フラッシュランプを使用して短時間に１０００〜１２０
０℃（珪素モニターの温度）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。

【００６１】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））

【００６２】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。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
素膜に比較して緩衝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。

【００６３】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。最後に、水素中
で３００〜４００℃で０．１〜２時間アニールして、活
性層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ＮＩの電気的接合部分となる。

【００６４】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、１×１０¹⁶ｃｍ^-3〜３×１０¹⁸
ｃｍ^-3であると考えられる。本実施例で作製されたＴＦ
Ｔは、移動度がＮチャネルで２００ｃｍ² ／Ｖｓ以上の
ものが得られている。また、しきい値電圧（Ｖ_th）も小
さく良好な特性を有していることが確認されている。さ
らに、移動度のバラツキも±１０％以内であることが確
認されている。このバラツキの少なさは、加熱処理によ
り不完全な結晶化と後工程の高温（本実施例では８００
℃）熱処理による結晶性の助長とによる工程によるもの
と考えられる。６５０℃以下の熱処理による結晶化工程
のみを利用した場合には、Ｎチャケル型で１５０ｃｍ²
／Ｖｓ以上のものを容易に得ることができるが、バラツ
キが大きく、本実施例のような均一性を得ることができ
ない。

【００６５】本実施例においてはタンタルゲイトを用い
た実施例を示したが、これをＮ型あるいはＰ型の多結晶
珪素を用いた珪素ゲイトとしても良いことは言うまでも
ない。また、アイランドのエッチングを施した後に高温
熱アニールをおこなう構成としても良い。その場合には
基板の縮みによるマスク合わせの困難が生じるため、基
板としては石英を用いることが望ましい。

【００６６】〔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。

【００６７】図４に本実施例の作製工程を示す。まず、
石英基板２０１を洗浄し、ＴＥＯＳ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。なお、汚染等の問題が無
視できる場合にはこの工程は無視できる。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５００〜２０００Å、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２０５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。

【００６８】次に、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。

【００６９】この後、窒素雰囲気下で５００〜６２０
℃、例えば５５０℃、４時間の加熱アニールをおこな
い、珪素膜２０３を結晶化する。結晶化は、ニッケルと
珪素膜が接触した領域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進行する。図に
おいては領域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、２５μｍ
程度である。またその結晶成長方向は概略〈１１１〉軸
方向であることが確認されている。（図４（Ａ））

【００７０】上記加熱処理による結晶化工程の後に、酸
化珪素膜２０５を全面的にエッチングし、その後、さら
に１０５０℃で６０分程度の高温熱アニールを酸素中で
おこない、結晶性を向上させる。この工程において、結
晶性の向上と同時に１０００Å程度の熱酸化膜が形成さ
れる。応力等が問題とならないときには、この熱酸化膜
をゲイト絶縁膜として使用しても良い。本実施例では応
力を考慮して、ゲイト絶縁膜に熱酸化膜を用いることを
避けた。

【００７１】次に、熱酸化膜を除去する。そして、珪素
膜２０４をドライエッチングして、島状の活性層領域２
０８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
重ならないように回路を設計した。

【００７２】その後、ＴＥＯＳを用いたＬＰＣＶＤによ
って、基板を８００℃〜８５０℃に加熱した状態で高温
ＣＶＤ酸化膜を形成する。これがゲイト絶縁膜として作
用する酸化珪素膜２０９となる。この酸化珪素膜２０９
の厚さは１０００Åとする。（図４（Ｂ）） 引き続いて、ゲイト電極となるＰまたはＢをドープした
多結晶珪素膜をＬＰＣＶＤ法により１０００Å〜４００
０Åの厚さに成膜し、パターニングして、ゲイト電極２
１０を形成する。（図４（Ｃ））

【００７３】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２１０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６０〜９０ｋ
Ｖ、例えば８０ｋＶとする。ドーズ量は１×１０¹⁵〜８
×１０¹⁵ｃｍ^-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。

【００７４】その後、窒素雰囲気中で６００℃、１２時
間加熱を行い、不純物の活性化をおこなった。この活性
化工程の後に、必要に応じて水素雰囲気中で４００℃、
１時間熱処理することは欠陥準位密度を低下させるのに
有効であった。続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜２
１４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。

【００７５】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分のアニールをおこない、ＴＦＴを
有するアクティブマトリックス回路を完成させる。（図
４（Ｆ）） 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。

【００７６】〔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、石英基板５０１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。次に、プラズマＣＶＤ法またはＬＰＣＶＤ
法によって、厚さ５００〜１５００Å、例えば１０００
Å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）、５５０℃、４時間熱アニール
して結晶化させる。そして、珪素膜を１０〜１０００μ
ｍ角の大きさにエッチングして、島状の珪素膜（ＴＦＴ
の活性層）５０３を形成する。（図５（Ａ））

【００７７】その後、８００〜１１００℃、代表的には
１０００℃の酸素雰囲気中で２時間程度アニールを施す
ことにより、結晶性の向上と界面の特性を改善すると共
に、熱酸化膜からなるゲート絶縁膜５０４を厚さ５００
〜１５００Å、例えば１０００Åの厚さに形成する。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１０００Å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。

【００７８】熱酸化によって酸化珪素膜５０４を形成し
たのち、一酸化二窒素雰囲気（１気圧、１００％）、６
００℃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、珪素膜をエ
ッチングして、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。

【００７９】ドーピングガスとして、フォスフィン（Ｐ
Ｈ₃ ）を用い、加速電圧を６０〜９０ｋＶ、例えば８０
ｋＶとする。ドーズ量は１×１０¹⁵〜８×１０¹⁵ｃ
ｍ^-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。その後、
窒素中６００℃で１２時間熱アニール処理を施して、不
純物の活性化をおこなう。活性化工程はレーザー光の照
射によっても良い。（図５（Ｃ））

【００８０】また、同様にこの不純物の活性化工程は、
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
的なアニールをおこなうことができる。その反面、ガラ
ス基板へは吸収されにくい（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０．５〜４μｍ）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。

【００８１】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分のアニールをおこ
ない、ＴＦＴを完成する。（図５（Ｄ））

【００８２】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。

【００８３】〔実施例６〕本実施例では、図６に示す如
く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
について示す。本実施例は、各集積回路を本発明を用い
た結晶性珪素膜を用いたＴＦＴで作製する例である。

【００８４】図６において、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有し、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。

【００８５】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。本実施例に示す如く、同一基板上に結
晶性珪素膜を用いたＴＦＴで必要とする集積回路を形成
することで、高度に集積化された液晶表示装置を得るこ
とができる。

【００８６】〔実施例７〕本実施例を図７〜図１１を用
いて説明する。図７は本実施例でＴＦＴを作製する工程
断面図を示す。石英基板７０１を７０℃過酸化水素水と
アンモニアの混合溶液（過水アンモニア）によって洗浄
したのち、スパッタ法によって厚さ２０００Åの酸化珪
素膜７０２を堆積した。さらに、プラズマＣＶＤ法によ
って厚さ５００Åの非晶質珪素膜を堆積した。成膜時の
基板温度は１６０℃とした。

【００８７】そして、基板を７０℃の過水アンモニア溶
液に５分浸すことにより、非晶質珪素膜の表面にごく薄
い酸化珪素膜を形成した。そして、珪素膜表面に実施例
１および２と同様に酢酸ニッケル溶液をスピンコーティ
ング法によって塗布した。酢酸ニッケルの濃度は１０ｐ
ｐｍとした。その後、熱アニール処理をおこなって、非
晶質珪素膜を結晶化せしめた。熱アニール処理は、最初
に４５０℃、１時間の主として水素出しを目的とする工
程とその後の、５５０℃、２時間の結晶化を目的とする
工程の２段階に分けておこなった。このようにして、結
晶性珪素膜７０３を得た。

【００８８】さらに、珪素膜表面の酸化珪素膜を酢酸と
フッ酸とフッ化アンモニウムが５０：１：５０の比率で
混合されたエッチャントで除去し、この状態でＫｒＦエ
キシマーレーザー光を照射して、さらに結晶性を改善し
た。（図７（Ａ）） そして、５５０℃で１時間の熱酸化をおこなって珪素膜
表面に薄い酸化珪素の保護膜（図示せず）を形成し、珪
素膜をドライエッチングして、島状の活性層領域７０４
（ＮチャネルＴＦＴ用）、７０５（ＰチャネルＴＦＴ
用）を形成した。（図７（Ｂ））

【００８９】次に、イオンドーピング法によって、燐お
よび硼素を選択的に活性層に注入し、Ｎチャネル型ＴＦ
Ｔのソース７０６、ドレイン７０７、Ｐチャネル型ＴＦ
Ｔのソース７０８、ドレイン７０９を形成した。燐のド
ーズ量は５×１０¹⁴ｃｍ^-2、加速電圧は１０ｋＶ、硼素
のドーズ量は１×１０¹⁵ｃｍ^-2、加速電圧は１０ｋＶと
した。そして、酸化珪素の保護膜を除去した。（図７
（Ｃ））

【００９０】再び、５５０℃で１時間の熱酸化をおこな
って活性層領域の表面に薄い酸化珪素膜を形成した後、
ＴＥＯＳを用いたプラズマＣＶＤ法によって、厚さ１２
００Åの酸化珪素膜７１０を堆積した。そして、８００
℃、３０分の熱アニール処理をおこなった。この際、本
実施例では２種類の熱アニール処理をおこなった。すな
わち、第１は窒素雰囲気での熱アニール（試料Ａ）で、
第２は一酸化二窒素雰囲気での熱アニール（試料Ｂ）で
ある。

【００９１】次に、スパッタ法によって厚さ４０００Å
のアルミニウム膜を堆積した。アルミニウムには０．１
８重量％のスカンジウム（Ｓｃ）を含有せしめた。そし
て、アルミニウム膜をエッチングして、ゲイト電極７１
１（ＮチャネルＴＦＴ用）、７１２（ＰチャネルＴＦＴ
用）を形成した。この際、ゲイト電極とソース／ドレイ
ンとの位置関係を様々に形成した。すなわち、ドレイン
とゲイト電極との間の距離をｘ［μｍ］、ソースとゲイ
ト電極との間の距離をｙ［μｍ］とし、ｘ＝＋４、＋
２、＋１、０、−２、ｙ＝＋４、＋２、＋１、０、−２
とした。ここで、負号はソース／ドレインとゲイト電極
が重なっている状態と意味する。

【００９２】さらに、酒石酸のアンモニア溶液（ｐＨ＝
６．９〜７．１）で陽極酸化をおこなうことにより、ゲ
イト電極表面に厚さ約２０００Åの陽極酸化物（酸化ア
ルミニウム）被膜７１３、７１４を形成した。陽極酸化
については、特開平５−２６７６６７に記述されている
方法を用いた。陽極酸化工程の後、ゲイト配線を分断し
た。（図７（Ｄ））

【００９３】そして、層間絶縁物７１５をプラズマＣＶ
Ｄ法によって堆積した。層間絶縁物は厚さ５００Åの窒
化珪素膜（下層膜）と、厚さ５０００Åの酸化珪素膜
（上層膜）の２層構造とした。成膜時の基板温度は３５
０℃とした。そして、層間絶縁物にコンタクトホールを
開孔し、厚さ５００Åのチタン膜と厚さ８０００Åのア
ルミニウム膜（２％の珪素を含有する）の２層構造の金
属膜をスパッタ法によって堆積した。

【００９４】その後、金属膜をドライエッチングして、
Ｎチャネル型ＴＦＴのソース電極７１６、ドレイン電極
７１７、Ｐチャネル型ＴＦＴのソース電極７１８、ドレ
イン電極７１９を形成した。最後に、水素雰囲気におい
て３５０℃、１時間の熱アニール処理をおこなった。以
上によってＴＦＴを形成した。（図７（Ｅ）） さらに、外部より水分・可動イオン等が進入することを
防止するために窒化珪素膜によってパッシベーション膜
を形成してもよい。

【００９５】本実施例では、実施例３〜５とは異なり、
ソース／ドレインを形成したのちに、高温（本実施例で
は８００℃）の熱アニール処理をおこなう。この工程で
は、活性層の珪素の結晶性を向上させるだけでなくソー
ス／ドレインの活性化やゲイト絶縁膜の界面特性改善も
同時におこなうことができる。

【００９６】本実施例では、上記の熱アニール処理の際
の雰囲気を窒素（試料Ａ）、一酸化二窒素（試料Ｂ）と
して、２種類の試料を作製したが、概して、試料Ｂの方
が特性がよかった。例えば、Ｎチャネル型ＴＦＴのＳ値
に関しては、試料Ａでは０．１６〜０．２３Ｖ／桁であ
ったのに、試料Ｂでは０．１４〜０．１９Ｖ／桁であっ
た。このことは、一酸化二窒素によるゲイト絶縁膜の界
面特性が改善されていることを示す。しかしながら、Ｐ
チャネル型ＴＦＴに関しては、大した差異は認められな
かった。

【００９７】ゲイト電極／ソース／ドレインのオフセッ
ト長とＴＦＴ特性の関係を図８〜図１１に示す。図８は
初期の電界効果移動度、図９は測定を１０回繰り返した
のちの電界効果移動度の変動率（負号は電界効果移動度
の増加を意味する）、図１０は初期のしきい値電圧、図
１１は初期のオフ電流を示し、いずれも（Ａ）はＰチャ
ネル型ＴＦＴ、（Ｂ）はＮチャネル型ＴＦＴを示す。

【００９８】電界効果移動度の変動率（図９）に関して
は、電界効果移動度が１０未満の素子については有為な
評価ができないので、評価していない。以上の結果か
ら、ゲイトとソース／ドレインが離れ過ぎている素子で
は良好な特性が得られず、ややゲイト電極とソース／ド
レインが重なった素子において、好ましい特性が得られ
たことが分かる。（図８〜図１１）

【００９９】

【効果】触媒元素を導入して比較的低温で大粒径の結晶
性珪素膜を作製し、その後更に高温でのアニールを加え
ることにより、非常に結晶性の高い珪素膜とすることが
できる。そしてこの様な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。

【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】 実施例の構成を示す。

【図７】 実施例の作製工程を示す。

【図８】 実施例のＴＦＴ特性（電界効果移動度）を示
す。

【図９】 実施例のＴＦＴ特性（電界効果移動度の変動
率）を示す。

【図１０】 実施例のＴＦＴ特性（しきい値電圧）を示
す。

【図１１】 実施例のＴＦＴ特性（オフ電流）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 (72)発明者 竹村 保彦 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非晶質珪素膜を形成する工程と、 前記非晶質珪素膜を４５０℃〜６５０℃で熱処理し結晶
   化して、結晶性珪素膜を形成する工程と、 前記結晶性珪素膜にレーザー光を照射する工程と、 前記結晶性珪素膜を８００℃〜１１００℃で熱アニール
   する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置作製方法。