JP2001326176A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶性ケイ素膜を活性領域として備えた高性
能な半導体装置を、特性ばらつきが少なく、歩留まり良
く製造する。 【解決手段】 絶縁表面を有する基板１０１上に形成さ
れた非晶質ケイ素膜１０３の一部の領域に、その非晶質
ケイ素膜の結晶化を促進するための触媒元素１０５を導
入する触媒導入工程（図４（Ａ））を有する。加熱処理
を施して、触媒元素１０５が導入された領域の非晶質ケ
イ素膜を結晶化して結晶性ケイ素膜１０３ａにする加熱
工程（図４（Ｂ））を有する。光を照射して、その領域
１０３ａから横方向１０８へ非晶質ケイ素膜の結晶化を
進める光照射工程（図４（Ｃ））を有する。光照射工程
で結晶化された領域１０３ｃの結晶性ケイ素膜が、半導
体装置を構成する能動領域の少なくとも一部になるよう
に加工を行う素子化工程を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置およ
びその製造方法に関し、さらに詳しく言えば、非晶質ケ
イ素膜を結晶化した結晶性ケイ素膜を活性領域として備
えた半導体装置およびその製造方法に関する。特に、本
発明は、絶縁表面を有する基板上に設けられた薄膜トラ
ンジスタ（ＴＦＴ）に適し、さらにはアクティブマトリ
クス型の液晶表示装置、密着型イメージセンサ、三次元
ＩＣなどに利用される。

【０００２】

【従来の技術】近年、大型で高解像度の液晶表示装置、
高速で高解像度の密着型イメージセンサ、三次元ＩＣな
どへの実現に向けて、ガラス等の絶縁基板上や、絶縁膜
上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の半導体素子を形成
する試みがなされている。これらの半導体素子には、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（アモルファス
シリコン）からなるものと、多結晶ケイ素、微結晶ケイ
素等のように結晶性を有するケイ素半導体からなるもの
（これを「結晶性ケイ素膜」と呼ぶ。）との２つに大別
される。非晶質ケイ素半導体は、気相法で比較的低温で
容易に作製することが可能で量産性に富むが、結晶性を
有するケイ素半導体に比べて導電性等の物性が劣る。こ
のため、高性能な半導体素子を得るために、結晶性ケイ
素膜を利用することが強く求められている。

【０００３】従来、高品質な結晶性ケイ素膜を得るため
に、次のような方法が提案されている（特開平９−４５
９３１公報）。すなわち、まず図１２（ａ）に示すよう
に、ガラス基板３０１上に、下地膜３０２と、アモルフ
ァスシリコン膜３０３と、窓（厚さ方向に貫通した開
口）３０５を有するマスク層３０４とを順に形成する。
次に、アモルファスシリコン膜３０３のうち上記窓３０
５に対応した領域３０３ａに結晶化を促進するための触
媒元素（ニッケルやパラジウム等の金属元素）３０６を
導入する。図１２（ｂ）に示すように、５５０℃の加熱
処理を行って、アモルファスシリコン膜３０３のその領
域３０３ａを結晶化させるとともに、横方向（図中に矢
印で示すように、基板３０１と平行方向を指す。）ヘの
結晶化の進行によってその近傍領域を結晶化させて、上
記領域３０３ａよりも広い結晶性シリコン領域３０７ａ
を得る。次に図１２（ｃ）に示すように、上記マスク層
３０４を除去した後、レーザ光Ｌを照射することによっ
て、上記結晶性シリコン領域３０７ａの結晶性を向上す
るとともに、残されたアモルファスシリコン領域３０３
ｂを結晶化させる。この方法では、非晶質ケイ素（アモ
ルファスシリコン）膜の結晶化を助長する触媒元素を利
用することで、加熱温度の低温化および処理時間の短
縮、そして結晶性の向上を図っている。その結果、特に
高速動作が必要なＴＦＴを高性能化しようとしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記加熱処
理後レーザ光照射前の結晶化ケイ素領域３０７ａでは、
ケイ素の柱状結晶（幅８００Å〜１０００Å）が横方向
に延びて網状（ネットワーク状態）になっている。個々
の柱状結晶内部は単結晶状態であるが、これらの柱状結
晶の曲がりや分岐などにより転位などの結晶欠陥が多数
存在する。上記従来法で、加熱処理後にレーザ光を照射
している理由は、良好な結晶性を有する柱状結晶成分を
元に、結晶粒内の欠陥を消滅させるためである。

【０００５】しかしながら現実には、単にレーザ光を照
射しただけでは、高品質で均一性に優れた結晶性ケイ素
膜を得ることはできない。

【０００６】実際にレーザ光照射を行うと、低いレーザ
パワーでは、上記加熱処理後の結晶化ケイ素領域３０７
ａは、元の結晶状態をほぼ維持するだけであり、膜質は
殆ど改善されない。一方、高いレーザパワーでは、元の
結晶状態がリセットされてしまい、レーザ光照射による
溶融固化のみで結晶化されたのと同様な状態になる。

【０００７】また、上記加熱処理後に残されたアモルフ
ァスシリコン領域３０３ｂでは、非晶質から直接結晶成
長する部分が現れる。なぜなら、レーザ光照射は、ケイ
素膜における瞬時の溶融固化過程を利用して結晶化して
いるため、結晶化ケイ素領域３０７ａから或る程度以上
の距離が離れていれば、結晶化ケイ素領域３０７ａから
の横方向の結晶成長が到達するより先に、溶融固化によ
る結晶化が生じるからである。

【０００８】このため、レーザ光照射後に得られた結晶
性ケイ素膜を用い、その結晶性ケイ素膜を活性領域とす
るＴＦＴを作製した場合、そのＴＦＴの特性は、触媒元
素を導入した加熱処理による結晶化のみ（レーザ光照射
無し）の膜を用いた場合と殆ど差のない電流駆動能力が
低いものになるか、または電流駆動能力は或る程度高く
なっているが特性ばらつきが大きいものになるか、のい
ずれかとなる。

【０００９】このように、上記加熱処理後の結晶性ケイ
素膜に、単にレーザ光を照射しただけでは、高品質で均
一性に優れた結晶性ケイ素膜を得ることはできない。従
来は、そのような結晶性ケイ素膜をそのままチャネル領
域等に用いているため、高性能な半導体装置を歩留まり
良く製造することができなかった。

【００１０】そこで、この発明の目的は、結晶性ケイ素
膜を活性領域として備えた半導体装置であって、高性能
で特性ばらつきの少ないものを提供することにある。ま
た、この発明の目的は、結晶性ケイ素膜を活性領域とし
て備えた高性能な半導体装置を、歩留まり良く製造でき
る半導体装置の製造方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、触媒元素
を用い結晶化されたケイ素膜のミクロ的な結晶性の良さ
に注目し、それを上手く引き出すことで、より高品質で
均一性に優れた結晶性ケイ素膜が得られないかと考え、
日夜研究を重ねた。そして、ついにそのような結晶性ケ
イ素膜を得る方法をを実現した。その結晶性ケイ素膜を
用いることによって高性能で特性ばらつきの少ない半導
体装置が得られる。また、高性能な半導体装置を歩留ま
り良く製造できる。以下、この発明の半導体装置および
その製造方法について説明する。

【００１２】上記目的を達成するため、この発明の半導
体装置は、絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性
ケイ素膜を活性領域として備えた半導体装置において、
上記活性領域のうち少なくとも能動領域の一部は、非晶
質ケイ素膜の一部の領域に結晶化を促進するための触媒
元素を導入して加熱処理によりその領域を結晶化し、こ
の加熱処理により結晶化された領域をシードとして溶融
固化過程において結晶成長させた結晶性ケイ素膜からな
ることを特徴とする。

【００１３】また、この発明の半導体装置は、絶縁表面
を有する基板上に形成された結晶性ケイ素膜を活性領域
として備えた半導体装置において、上記活性領域のうち
少なくとも能動領域は、非晶質ケイ素膜の一部の領域に
結晶化を促進するための触媒元素を導入して加熱処理に
よりその領域を結晶化し、この加熱処理により結晶化さ
れた領域をシードとして溶融固化過程において結晶成長
させた結晶性ケイ素膜からなることを特徴とする。

【００１４】なお、「能動領域」とは、上記活性領域の
うちキャリア（電荷担体）が流れて半導体装置の電気特
性を実質的に定める部分を指す。特に、半導体装置が薄
膜トランジスタである場合は、チャネル領域を指す。

【００１５】本発明の半導体装置では、活性領域のうち
能動領域の全域または少なくとも一部は、非晶質ケイ素
膜の一部の領域に結晶化を促進するための触媒元素を導
入して加熱処理によりその領域を結晶化し、この加熱処
理により結晶化された領域（これを適宜「触媒加熱結晶
化領域」という。）をシードとして溶融固化過程におい
て結晶成長させた結晶性ケイ素膜からなる。したがっ
て、半導体装置の能動領域を構成するケイ素膜の結晶性
が、非常に高品質な結晶性ケイ素膜となっている。すな
わち、本発明の半導体装置における、能動領域の全域ま
たは少なくとも一部を構成する結晶性ケイ素膜は、触媒
加熱結晶化領域をシードとして溶融固化で結晶成長した
ものであるため、触媒加熱結晶化領域のミクロ的に良好
な結晶成分（柱状結晶成分）を効率的に引き継いで結晶
成長される訳であるから、欠陥が非常に少ない。すなわ
ち、本発明は、触媒元素による結晶化で得られるミクロ
的に良好な結晶状態と、固相成長結晶化法の特徴である
結晶状態の基板内での良好な均一性と、光照射による溶
融固化結晶化での低い粒内欠陥密度とを、全て盛り込ん
だ状態の非常に高品質な結晶性ケイ素膜を実現し、その
ような結晶性ケイ素膜により半導体装置の能動領域を構
成する訳である。その結果、今までにない非常に高性能
な（特に電流駆動能力の高い）半導体装置が実現でき
る。具体的に、従来法（特開平９−４５９３１公報）に
よる結晶性ケイ素膜を用いたＴＦＴと本発明によるＴＦ
Ｔとを比較した場合、電界効果移動度について２〜３倍
程の非常に大きな向上が見られている。

【００１６】また、本発明では、結晶性が良好な触媒加
熱結晶化領域をシードとしているので、後の光照射によ
る結晶化状態が安定する。さらに、非晶質ケイ素膜のう
ち触媒元素を導入した領域に応じて触媒加熱結晶化領域
が定まり、この触媒加熱結晶化領域に応じて溶融固化に
より結晶性ケイ素膜を得る訳であるから、基板上でその
結晶性ケイ素膜が形成される領域は特定されている。し
たがって、その溶融固化により得られた結晶性ケイ素膜
を、半導体素子の能動領域として用いることは容易に行
える。したがって、基板上に作製される全ての半導体素
子において能動領域の結晶性を均一とすることができ、
素子間ばらつきの非常に少ない安定した特性の高性能半
導体装置を実現できる。

【００１７】一実施形態の半導体装置では、上記能動領
域のうち、上記溶融固化過程において結晶成長させた結
晶性ケイ素膜以外の部分は、上記加熱処理により触媒元
素を用いて結晶化した結晶性ケイ素膜からなることを特
徴とする。

【００１８】本発明において、最も良いのは、勿論、能
動領域の全域を、上記溶融固化過程において結晶成長さ
せた高品質な結晶性ケイ素膜で構成することである。し
かしながら、能動領域のサイズや素子レイアウトなどに
より、能動領域全域を上記溶融固化過程において結晶成
長させた高品質な結晶性ケイ素膜で構成できない場合に
は、その一部を構成するだけでも良く、これでも従来法
による結晶性ケイ素膜を用いた場合に比べて十分な効果
が得られている。その場合、能動領域は、触媒加熱結晶
化領域の結晶性ケイ素膜と、その結晶性を反映して上記
溶融固化過程において結晶成長させた高品質な結晶性ケ
イ素膜とで構成される状態が望ましい。すなわち、非晶
質状態から直接溶融固化して形成された溶融固化結晶が
含まれないようにすることが望ましい。この理由は、そ
のような溶融固化結晶よりは、触媒元素を用いて加熱処
理で結晶化された結晶の方がまだ高品質で、安定性が高
いからである。

【００１９】一実施形態の半導体装置では、上記能動領
域でのキャリアの移動方向と、上記能動領域の少なくと
も一部を構成する結晶性ケイ素膜の上記溶融固化過程に
おける結晶成長方向とが、実質的に平行になっているこ
とを特徴とする。

【００２０】このように本発明においては、能動領域で
のキャリアの移動方向と、能動領域の少なくとも一部を
構成する結晶性ケイ素膜の上記溶融固化過程における結
晶成長方向とが、実質的に平行になっていることがより
望ましい。溶融固化における結晶化の際、本発明では、
触媒加熱結晶化領域の結晶性を反映して非晶質ケイ素膜
を横方向（基板と平行方向）に結晶化するのであるが、
このとき、成長方向に対して垂直な方向には、シード領
域である触媒加熱結晶化領域の結晶状態を反映して、結
晶粒界が生じている。これに対して、結晶成長方向に
は、結晶粒界が存在していない。したがって、この結晶
成長方向を半導体装置の能動領域でのキャリアの移動方
向と概略一致させることで、キャリアに対する粒界での
トラップ密度が減少して、半導体装置の電気特性の向
上、特に高移動度化を図ることができる。また、素子特
性のばらつきに関して言えば、仮に、溶融固化による成
長方向と能動領域におけるキャリアの移動方向とが垂直
となる場合には、シード領域の結晶状態のばらつきのた
め、能動領域を流れるキャリアに対する結晶粒界がどの
程度の数になるか予測できず、特性ばらつきが必然的に
大きくなる。これに対して溶融固化による成長方向と能
動領域のキャリアの移動方向とが平行に配置された場
合、能動領域を流れるキャリアに対する粒界数が０また
は１つなど、完全にその数を制御可能になる。したがっ
て、特性ばらつきが小さい半導体装置が得られる。

【００２１】さて、本発明の半導体装置は基本的に、そ
の能動領域が、触媒加熱結晶化領域をシードとして溶融
固化過程で結晶成長させた結晶性ケイ素膜により構成さ
れるものである。したがって、本発明の半導体装置で
は、能動領域に触媒元素を幾分か含む。本発明に使用可
能な触媒元素の種類としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐ
ｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕが挙げられる。これらから選ばれ
た一種類または複数種類の元素であれば、微量でも結晶
化を助長する効果があり、しかも、半導体（結晶性ケイ
素）中での不活性な傾向が強く、半導体装置の電気特性
に対する悪影響が比較的少ない。また、これらの元素の
中でも、特にＮｉが顕著な触媒効果を示すことが分かっ
ている。この理由については、以下のようなモデルが考
えられる。触媒元素は単独では作用せず、ケイ素膜と結
合してシリサイド化することで結晶成長に作用する。そ
のときの結晶構造が、非晶質ケイ素膜結晶化時に一種の
鋳型のように作用し、非晶質ケイ素膜の結晶化を促すと
いったモデルである。Ｎｉは２つのＳｉと結合してＮｉ
Ｓｉ₂というシリサイドを形成する。このＮｉＳｉ₂は、
単結晶ケイ素のダイヤモンド構造と非常に類似した螢石
型の結晶構造を示し、しかも、ＮｉＳｉ₂の格子定数は
５．４０６Åであり、結晶シリコンのダイヤモンド構造
での格子定数５．４３０Åと非常に近い値をもつ。よっ
て、ＮｉＳｉ₂は、非晶質ケイ素膜を結晶化させるため
の鋳型としては最高のものであり、実際に、得られた結
晶性ケイ素膜の結晶性およびその結晶化促進の触媒効果
を見ても、触媒元素としてＮｉが最も良いのは間違いな
い。このように触媒元素としてＮｉを用いれば、触媒加
熱結晶化領域の結晶性が良好になり、この結果、この触
媒加熱結晶化領域をシードとして溶融固化過程で結晶成
長させた結晶性ケイ素膜の結晶性も良好になって、半導
体装置の特性を大きく高める。

【００２２】そこで一実施形態の半導体装置では、上記
能動領域が含有している触媒元素は、ニッケルであるこ
とを特徴とする。

【００２３】本発明の半導体装置においては、触媒元素
として用いられたＮｉは、能動領域に或る程度残存して
いる。このとき、実際に半導体装置の能動領域中に含ま
れているニッケル元素の濃度としては、１×１０¹⁶ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ³〜５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であるこ
とが望ましい。ニッケル元素の濃度が５×１０¹⁷ａｔｏ
ｍｓ／ｃｍ³を超えるような量であれば、ニッケルシリ
サイドとして能動領域（ケイ素膜）中に析出する箇所が
多数現れて、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすように
なる。ニッケル元素の濃度が５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ³以下であれば、ニッケル元素は、殆どシリサイドと
して析出はせず、ケイ素膜中に固溶し、また結晶欠陥に
組み込まれているような状態になっていると思われる。
このような状態では、半導体装置への悪影響は見られな
い。すなわち、ニッケルシリサイドが析出し出したとき
に特性上の悪影響が見られている。また、逆に、能動領
域中の残存ニッケル濃度が１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ
³よりも少ないようでは、ニッケルの触媒効果を用いて
十分に結晶化されたとは考えられず、この場合、シード
領域の結晶性は低く、半導体装置の高特性化はできない
と考えられる。例えば、触媒として十分な量のニッケル
を導入し結晶成長させた場合、結晶化後の後の工程にお
いて、能動領域中のニッケル量を低減するような処理を
行ったとしても、１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下の
濃度にまで低下させることはできず、これ以上の濃度の
ニッケルが必ず残るからである。したがって、能動領域
中に含まれているニッケルの濃度が、１×１０¹⁶ａｔｏ
ｍｓ／ｃｍ³〜５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であるとき
に、触媒効果によりシード領域の結晶性を高めるととも
に半導体装置の電気特性を高められることが分かる。

【００２４】そこで、一実施形態の半導体装置では、上
記能動領域は、上記触媒元素を１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／
ｃｍ³乃至５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の範囲内の濃度
で含んでいることを特徴とする。

【００２５】また、上記目的を達成するため、この発明
の半導体装置の製造方法は、絶縁表面を有する基板上に
形成された非晶質ケイ素膜の一部の領域に、その非晶質
ケイ素膜の結晶化を促進するための触媒元素を導入する
触媒導入工程と、加熱処理を施して、上記触媒元素が導
入された領域の非晶質ケイ素膜を結晶化して結晶性ケイ
素膜にする加熱工程と、光を照射して、上記加熱工程で
結晶化された領域から上記基板と平行な横方向へ上記非
晶質ケイ素膜の結晶化を進める光照射工程と、上記光照
射工程で結晶化された領域の結晶性ケイ素膜が、半導体
装置を構成する能動領域の少なくとも一部になるように
加工を行う素子化工程と、を有することを特徴とする。

【００２６】本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁表
面を有する基板上に形成された非晶質ケイ素膜の一部の
領域に、その結晶化を促進するための触媒元素を導入し
（触媒導入工程）、加熱処理を施して、上記触媒元素が
導入された領域の非晶質ケイ素膜を結晶化して結晶性ケ
イ素膜にする（加熱工程）。続いて、光を照射して、上
記加熱工程で結晶化された領域から上記基板と平行な横
方向へ上記非晶質ケイ素膜の結晶化を進める（光照射工
程）。そして、上記光照射工程で結晶化された領域の結
晶性ケイ素膜が、半導体装置を構成する能動領域の少な
くとも一部になるように加工を行う（素子化工程）。上
記光照射工程では、上記加熱工程で結晶化された領域
（触媒加熱結晶化領域）の結晶性を反映して、溶融固化
現象により横方向に結晶成長が生じる。すなわち、触媒
加熱結晶化領域のミクロ的に良好な結晶成分（柱状結晶
成分）を効率的に引き継いで結晶成長が生じる。したが
って、この光照射工程では、触媒元素による結晶化で得
られるミクロ的に良好な結晶状態と、固相成長結晶化法
の特徴である結晶状態の基板内での良好な均一性と、光
照射による溶融固化結晶化での低い粒内欠陥密度とを、
全て盛り込んだ状態の非常に高品質な結晶性ケイ素膜が
形成される。そして、この結晶性ケイ素膜が、半導体装
置を構成する能動領域の少なくとも一部になるように加
工を行うので、今までにない非常に高性能（特に電流駆
動能力の高い）で、非常に素子間ばらつきの少ない安定
した特性を示す半導体装置が得られる。

【００２７】本発明の半導体装置の製造方法では、上記
加熱工程で結晶化された領域（触媒加熱結晶化領域）が
光照射工程における結晶成長のシードとされるから、上
記触媒加熱結晶化領域の結晶性が重要である。なぜな
ら、シードとされる触媒加熱結晶化領域の結晶性が低け
れば、光照射工程により得られる結晶性ケイ素膜の結晶
性も、これを反映して低いものとなり、半導体装置の特
性を低下させることになるからである。したがって、上
記触媒加熱結晶化領域の結晶性を、さらに高めるのが望
ましい。

【００２８】そこで、一実施形態の半導体装置の製造方
法は、上記加熱工程で、上記触媒元素が導入された領域
の横方向に隣接した領域まで結晶化することを特徴とす
る。

【００２９】すなわち、加熱工程では、或る時間だけ加
熱することで、まず上記触媒導入工程で触媒元素が導入
された領域のみを結晶化し、さらに加熱時間を延長する
ことで、その領域から基板と平行な横方向に隣接した領
域（これを「隣接領域」と呼ぶ。）まで結晶成長を行わ
せる。つまり、上記触媒導入工程で触媒元素が導入され
た領域だけでなく隣接領域をも結晶化して、触媒加熱結
晶化領域にする。この隣接領域の内部では、成長方向が
概略一方向に揃った柱状結晶がひしめき合っており、触
媒元素が直接導入されランダムに結晶核の発生が起こっ
た領域に比べて、結晶性がさらに良好な領域となってい
る。よって、この隣接領域をシードとすることにより、
光照射工程により得られる結晶性ケイ素膜の結晶性をさ
らに高めることができ、半導体装置のさらなる高性能化
が行える。

【００３０】また、本発明においては、触媒導入工程で
触媒元素が導入された領域に応じて、加熱工程で結晶性
ケイ素膜になる領域（触媒加熱結晶化領域）が定まり、
さらに、この触媒加熱結晶化領域に応じて、光照射工程
で結晶化される領域が定まることから、上記触媒導入工
程で触媒元素が導入される領域の配置が重要となる。

【００３１】そこで、一実施形態の半導体装置の製造方
法は、上記触媒導入工程で触媒元素が導入される領域
は、上記非晶質ケイ素膜のうち触媒元素が導入されない
領域を挟むかまたは囲む配置になっていることを特徴と
する。

【００３２】このようにした場合、上記触媒導入工程で
触媒元素が導入されない領域の両側または周囲に相当す
る領域が、上記加熱工程で結晶化されて結晶性ケイ素膜
になる。続いて、光照射工程では、上記加熱工程で結晶
化された領域から上記基板と平行な横方向へ上記非晶質
ケイ素膜の結晶化が進む。つまり、上記加熱工程後に非
晶質のまま残存している領域（これを「未結晶化領域」
と呼ぶ。）は、両側または周囲から中央へ向かって上記
基板と平行な横方向に結晶化される。したがって、光照
射工程では、上記加熱工程で結晶化された領域の結晶性
を効率良く、旦つ広面積にわたって反映することがで
き、高品質な結晶性ケイ素膜を比較的広面積の領域に形
成することができる。この結果、半導体装置を高性能化
できるだけでなく、基板上形成される各半導体素子のレ
イアウトが容易となる。

【００３３】一実施形態の半導体装置の製造方法は、上
記加熱工程では上記非晶質ケイ素膜のうち上記触媒導入
工程で触媒元素が導入されなかった領域に未結晶化領域
を残し、上記光照射工程でその未結晶化領域を上記横方
向に結晶化させることを特徴とする。

【００３４】このようにした場合、上記光照射工程で高
品質な結晶性ケイ素膜を比較的広面積の領域に形成でき
るだけでなく、半導体装置の能動領域の少なくとも一部
（最も良いのは全域であるが）を、確実に、上記光照射
工程で横方向に結晶化して得られた高品質な結晶性ケイ
素膜を用いて形成することができる。

【００３５】ここで、もう一つ重要なポイントとなるの
は、上記加熱工程で残された未結晶化領域の形状と大き
さである。未結晶化領域の形状に特に広い部分がある
と、その広い部分に、上記加熱工程で結晶化された領域
からの横方向の結晶化が到達するより先に、溶融固化に
よる結晶化が生じてしまう。すると、上記光照射工程で
得られる結晶性ケイ素膜には、上記加熱工程で結晶化さ
れた領域から横方向に結晶化した領域と、非晶質状態か
ら直接溶融固化して結晶化された領域とが混在すること
になる。これでは、半導体装置の特性を低下させるだけ
でなく、特性ばらつきをも増大させることになる。

【００３６】そこで、一実施形態の半導体装置の製造方
法は、上記加熱工程で残された未結晶化領域の形状は実
質的に帯状または矩形状であり、上記未結晶化領域の帯
幅または短辺方向の幅は、上記加熱工程で結晶化された
領域の結晶性が上記光照射工程で結晶化される領域の結
晶性に引き継がれるような幅以下に設定されていること
を特徴とする。

【００３７】これにより、上記光照射工程で横方向に結
晶化する際、上記未結晶化領域の帯幅方向または短辺方
向に沿って一次元的な結晶成長が行われ、結晶成長が安
定すると共に結晶粒界の制御が行い易くなる。さらに、
上記未結晶化領域の帯幅または短辺方向の幅は、上記加
熱工程で結晶化された領域の結晶性が上記光照射工程で
結晶化される領域の結晶性に引き継がれるような幅以下
に設定されているので、上記加熱工程で結晶化された領
域の結晶性が上記光照射工程で横方向に結晶化される領
域の結晶性に引き継がれて、上記光照射工程で高品質な
結晶性ケイ素膜が形成される。

【００３８】一実施形態の半導体装置の製造方法は、上
記未結晶化領域の帯幅または短辺方向の幅は６μｍ以下
に設定されていることを特徴とする。

【００３９】このように未結晶化領域の帯幅または短辺
方向の幅が６μｍ以下であれば、上記加熱工程で結晶化
された領域の結晶性が上記光照射工程で結晶化される領
域の結晶性に引き継がれる。この６μｍという値は、図
１０および図１１に示すような、本発明者らが実際に行
った実験結果から得られた値である。

【００４０】図１０は、上記光照射工程で結晶化された
領域の結晶性をラマン分光法により調べた結果を示して
いる。横軸は上記加熱工程で残された未結晶化領域の
幅、縦軸はその未結晶化領域を上記光照射工程で結晶化
して得られた結晶性ケイ素膜のラマンシフトの波数をそ
れぞれ表している。具体的には、上記加熱工程後の未結
晶化領域の形状を矩形パターンとし、その長辺の長さを
１００μｍに固定し、短辺の長さを２μｍから１６μｍ
まで可変して設定した。そして、上記光照射工程後にそ
の矩形パターンの中央部を直径１μｍφの空間分解能を
もつラマン分光器を用いて測定した。図１０から分かる
ように、未結晶化領域の短辺方向の幅が６μｍ以下であ
れば、ラマンシフト波数が５１８ｃｍ^-1程度になるが、
未結晶化領域の短辺方向の幅が６μｍを超えると、ラマ
ンシフト波数は急激に低下して５１６ｃｍ^-1程度にな
る。この５１６ｃｍ^-1というラマンシフト波数は、触媒
元素を用いず非晶質状態から直接溶融固化して結晶化さ
れた状態に相当する。これに対して、５１８ｃｍ^-1とい
うラマンシフト波数は、上記加熱工程で結晶化された領
域の結晶性を引き継いで上記光照射工程で結晶化された
結晶性ケイ素膜に相当する。すなわち、未結晶化領域の
短辺方向の幅が６μｍ以下であれば、その中央部まで、
上記加熱工程で結晶化された領域の結晶性を反映した結
晶化が行われていることが分かる。言い換えれば、上記
加熱工程で結晶化された領域から片側３μｍの距離であ
れば、上記加熱工程で結晶化された領域の結晶性を反映
した結晶成長が行われるのである。

【００４１】図１１は、上記光照射工程後の結晶性ケイ
素膜を用いて作製されたＴＦＴの電界効果移動度を示し
ている。上の場合と同様に、上記加熱工程後の未結晶化
領域の形状を矩形パターンとし、その長辺の長さを１０
０μｍに固定し、短辺の長さを２μｍから１６μｍまで
可変して設定した。そして、その未結晶化領域を上記光
照射工程で結晶化して得られた結晶性ケイ素膜が、ＴＦ
Ｔを構成するチャネル領域になるようにパターン加工を
行った。具体的には、形成すべきＴＦＴのチャネル長を
２μｍに固定した上で、チャネル方向を上記矩形パター
ン（上記加熱工程で残された未結晶化領域のパターン）
の短辺方向に一致させ、チャネル領域が上記矩形パター
ンの中央部に配置されるようにした。図１１から分かる
ように、未結晶化領域の短辺方向の幅が６μｍ以下であ
れば、電界効果移動度が２００ｃｍ²／Ｖｓ以上の高い
レベルになるが、未結晶化領域の短辺方向の幅が６μｍ
を超えると、電界効果移動度は急激に低下してばらつき
も大きくなっている。この原因は、勿論、図１０に関し
て述べたように、未結晶化領域の短辺方向の幅が６μｍ
を超えると、触媒元素を用いず非晶質状態から直接溶融
固化して結晶化された状態が現れるからである。

【００４２】なお、この実験結果から、実際の半導体装
置におけるチャネル長が６μｍ以上必要とされる場合で
あっても、上記加熱工程後の未結晶化領域の幅は６μｍ
を超えるべきではない、ということが言える。この場合
は、上記触媒導入工程で触媒元素が導入されない領域の
幅をそのチャネル長以上に設定し、上記触媒元素が導入
されない領域のうち触媒元素が導入された領域の隣接領
域まで上記加熱工程で結晶化して、上記加熱工程後の未
結晶化領域の幅を６μｍにするのが望ましい。これによ
り、能動領域内の触媒元素濃度を抑えて半導体装置の電
気特性に悪影響を及ぼすのを防止できるとともに、能動
領域を、上記加熱処理で横方向に結晶化された領域（隣
接領域）と上記光照射工程で横方向に結晶化された領域
とで構成でき、高品質な結晶性ケイ素膜で構成できる。

【００４３】一実施形態の半導体装置の製造方法は、上
記加熱工程で残された未結晶化領域の帯幅方向または短
辺方向を、上記能動領域を通してキャリアが流れる方向
と実質的に平行に設定することを特徴とする。

【００４４】既に述べたように、上記光照射工程で横方
向に結晶化する際には、上記未結晶化領域の帯幅方向ま
たは短辺方向に沿って一次元的な結晶成長が行われる。
したがって、上記加熱工程で残された未結晶化領域の帯
幅方向または短辺方向を、上記能動領域を通してキャリ
アが流れる方向と実質的に平行に設定することによっ
て、上記光照射工程で結晶化された領域の結晶成長方向
と上記能動領域を通してキャリアが流れる方向とが実質
的に平行になる。これにより、上記能動領域を流れるキ
ャリアに対する粒界でのトラップ密度が減少して、半導
体装置の電気特性の向上、特に高移動度化を図ることが
できる。また、素子特性のばらつきに関して言えば、上
記光照射工程での結晶成長方向と能動領域におけるキャ
リアの移動方向とが平行に設定されることによって、能
動領域を流れるキャリアに対する粒界数が０または１つ
など、完全にその数を制御可能になる。したがって、特
性ばらつきが小さい半導体装置が得られる。なお、上記
光照射工程での結晶成長方向と能動領域におけるキャリ
アの移動方向とが垂直となる場合には、シード領域の結
晶状態のばらつきのため、能動領域を流れるキャリアに
対する結晶粒界がどの程度の数になるか予測できず、特
性ばらつきが必然的に大きくなる。

【００４５】さて本発明は、上記加熱工程で未結晶化領
域を残し、上記光照射工程でその未結晶化領域を結晶化
して結晶性ケイ素膜を得ている。ここで、上記加熱工程
での加熱処理の温度があまりに高いと、未結晶化領域で
非晶質ケイ素膜自体の自然核発生が起こり、この自然発
生核から結晶成長が始まる。このような結晶は、触媒元
素によって制御されたものではなく、欠陥の多い双晶構
造を作る。このため、光照射工程において、触媒元素を
用いて上記加熱工程で結晶化された領域の結晶性を引き
継いで未結晶化領域を結晶化する前に、未結晶化領域に
それら自然発生核からの結晶成長が生じてしまい、高品
質な結晶性ケイ素膜が得られない。一方、上記加熱工程
での加熱処理の温度は、最低でも、触媒元素による結晶
核が発生してこの結晶核からの結晶成長が進行するよう
な温度に設定する必要がある。

【００４６】そこで、一実施形態の半導体装置の製造方
法は、上記加熱工程での加熱処理の温度を、非晶質ケイ
素膜自体による結晶核の自然発生が起こらず、触媒元素
による結晶核が発生してこの結晶核からの結晶成長が進
行するような温度に設定することを特徴とする。

【００４７】実際に、触媒元素による結晶成長が起こり
始める温度は５２０℃程度である。一方、非晶質ケイ素
膜に触媒元素によらない自然核発生が生じる温度は、非
晶質ケイ素膜の膜質にも大きく左右されるが、本発明に
有効なプラズマＣＶＤ法による非晶質ケイ素膜を想定し
た場合、ほぼ５８０℃となる。

【００４８】そこで、一実施形態の半導体装置の製造方
法は、上記加熱工程での加熱処理の温度を５２０℃から
５８０℃までの範囲内に設定することを特徴とする。

【００４９】このように上記加熱工程での加熱処理の温
度を設定した場合、実際に、非晶質ケイ素膜自体による
結晶核の自然発生が起こらず、触媒元素による結晶核の
みが発生して、触媒元素による結晶成長のみが進行す
る。

【００５０】さて、上記光照射工程では、光照射の強度
が非常に重要である。光照射の強度が小さすぎれば、ケ
イ素膜は殆ど溶融されず、上記加熱工程で結晶化された
領域の結晶性を反映した結晶成長が行われない。一方、
光照射の強度が大きすぎれば、上記加熱工程で結晶化さ
れた領域の良好な結晶性が完全に失われ、すなわちリセ
ットされてしまい、レーザ光照射による溶融固化のみで
結晶化されたのと同様な結晶状態になってしまい、性能
が低下するだけでなく、レーザ結晶化が本来有している
不均一性の問題が発生する。

【００５１】そこで、一実施形態の半導体装置の製造方
法は、上記光照射工程での光照射の強度を、上記加熱工
程で残された未結晶化領域が完全に溶融する一方、上記
加熱工程で結晶化された領域が元の結晶状態を維持する
ような範囲の強度に設定することを特徴とする。

【００５２】具体的には、上記光照射工程で使用される
光としては、波長４００ｎｍ以下のエキシマレーザ光が
最も適している。波長４００ｎｍ以下であれば、ケイ素
膜に対する吸収係数が極めて高く、したがって、ガラス
基板に熱的ダメージを与えることなく、ケイ素膜のみを
瞬時に加熱することができる。また、エキシマレーザ光
は発振出力が大きく、大面積基板を処理するのに適して
いる。その中でも、特に波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキ
シマレーザ光は、出力が大きいので、基板照射時のビー
ムサイズを大きくでき、大面積基板に適用し易い。ま
た、出力も比較的安定しており、量産用の光照射装置と
して最も望ましい。そして、上記光照射工程での光照射
の強度を、ケイ素膜表面でのレーザ光のエネルギ密度が
２００ｍＪ／ｃｍ²〜４５０ｍＪ／ｃｍ²となるように設
定するのが望ましい。仮に、ケイ素膜表面でのレーザ光
のエネルギ密度が２００ｍＪ／ｃｍ²より小さければ、
ケイ素膜は殆ど溶融されず、未結晶化領域が十分には結
晶化されない。一方、ケイ素膜表面でのレーザ光のエネ
ルギ密度が４５０ｍＪ／ｃｍ²よりも大きければ、上記
加熱工程で結晶化された領域の良好な結晶性が完全に失
われ、すなわちリセットされてしまい、レーザ光照射に
よる溶融固化のみで結晶化されたのと同様な結晶状態に
なってしまい、性能が低下するだけでなく、レーザ結晶
化が本来有している不均一性の問題が発生する。

【００５３】そこで、一実施形態の半導体装置の製造方
法は、上記光照射工程で照射する光として４００ｎｍ以
下の波長を持つエキシマレーザ光を用い、このエキシマ
レーザ光の上記ケイ素膜の表面でのエネルギ密度を２０
０ｍＪ／ｃｍ²から４５０ｍＪ／ｃｍ²までの範囲内に設
定することを特徴とする。

【００５４】このようなエネルギ密度範囲であれば、実
際に、上記加熱工程で結晶化された領域が完全には溶融
せず、少なくとも元の結晶状態を維持する一方、上記加
熱工程で残された未結晶化領域が完全に溶融して結晶化
される。したがって、上記加熱工程で結晶化された領域
の結晶性を反映した結晶成長が行われ、高品質な結晶性
ケイ素膜が得られる。

【００５５】一実施形態の半導体装置の製造方法は、上
記触媒元素としてＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃ
ｕ、Ａｕのうちの少なくとも一つの元素を用いることを
特徴とする。

【００５６】上記触媒元素がＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、
Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕのうちの少なくとも一つの元素であれ
ば、微量でも結晶化を助長する効果がある。既述のよう
に、これらの元素の中でも、特にＮｉを用いた場合に、
結晶化を助長する効果が顕著になる。

【００５７】さて、触媒元素として主に金属元素が用い
られることに関して一つの問題がある。上記加熱工程で
の触媒元素による非晶質ケイ素膜の結晶化過程では、ま
ず触媒元素と非晶質ケイ素とのシリサイド反応が起こ
り、このシリサイドがケイ素の結晶化を引き起こす。す
なわち、成長する結晶の先端に常に触媒元素のシリサイ
ドが存在し、このシリサイドが前方にある非晶質ケイ素
を次々と結晶化してゆく。この結果、成長する結晶同士
がぶつかり合って生じた成長境界には、それぞれの結晶
の先端に存在する触媒元素のシリサイドが非常に高濃度
で存在する。この発明に従って、上記加熱工程で残され
た未結晶化領域が、上記光照射工程で両側または周囲か
ら中央へ向かって横方向に結晶化される場合、得られた
結晶性ケイ素膜の中央部に触媒元素が高濃度に残存する
ことになる。この結晶性ケイ素膜を半導体装置の能動領
域として用いると、触媒元素が半導体装置の信頼性や電
気的安定性を阻害するおそれがある。特に、半導体装置
がＴＦＴである場合には、オフ動作時のリーク電流増大
という大きな問題を引き起こす。このため、上記光照射
工程後に、半導体装置の能動領域となる領域の触媒元素
濃度を低減するのが望ましい。

【００５８】そこで、一実施形態の半導体装置の製造方
法は、上記光照射工程後に、上記結晶性ケイ素膜のうち
半導体装置の能動領域となる領域以外の領域に、上記触
媒元素をゲッタリングするための５族Ｂ元素を導入する
ゲッタ導入工程と、加熱処理を行って、上記５族Ｂ元素
が導入された領域に上記結晶性ケイ素膜中の触媒元素を
移動させるゲッタリング工程と、を有することを特徴と
する。

【００５９】これにより、半導体装置の能動領域となる
領域の触媒元素濃度を低減できる。したがって、残存す
る触媒元素によって半導体装置の信頼性が損なわれるお
それが少なくなる。この方法は、半導体装置の電気特性
に悪影響が大きいシリサイド状態の触媒元素に対して、
特に有効である。

【００６０】なお、上記５族Ｂ元素が導入された領域に
触媒元素がゲッタリングされるので、その領域の結晶性
ケイ素膜をエッチング等によって除去するのが望まし
い。このようにした場合、基板上には触媒元素の高濃度
領域は全く残らない。したがって、残存する触媒元素に
よって半導体装置の信頼性が損なわれるおそれが皆無に
なる。

【００６１】さらに、一実施形態の半導体装置の製造方
法は、上記５族Ｂ元素としてＰ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ
のうちの少なくとも一つの元素を用いることを特徴とす
る。

【００６２】上記５族Ｂ元素がＰ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ
ｉのうちの少なくとも一つの元素であれば、上記能動領
域となる領域以外の領域に触媒元素を効率的に移動させ
ることができ、十分なゲッタリング効果が得られる。こ
のゲッタリングのメカニズムに関しては、未だ詳しい知
見は得られていないが、これらの元素の中でも、最もゲ
ッタリング効果が高いのはＰであることが分かってい
る。

【００６３】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。

【００６４】（第１の実施形態）この実施形態では、ガ
ラス基板上にＮチャネル型ＴＦＴを作製する製造方法に
ついて説明する。この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回路や画素部分は勿論、薄
膜集積回路を構成する素子としても利用される。この実
施形態では、それらの代表として、基板上に数十万から
数百万のＮ型ＴＦＴを特に均一に作製する必要がある液
晶表示装置用アクティブマトリクス基板の画素駆動用Ｔ
ＦＴを作製するものとする。

【００６５】図２乃至図３は、本実施形態の作製工程を
示す平面図であり、図２（Ａ）→図３（Ｅ）の順に作製
工程が進行する。なお、実際には前述のように数十万個
以上のＴＦＴが作製されるが、ここでは簡略して、３行
×３列の９個のＴＦＴを含む領域を図示している。図１
は、その内の一つのＴＦＴの拡大図であり、本実施形態
における結晶性ケイ素膜とＴＦＴとの位置関係を示して
いる。図４乃至図５は、本実施形態の作製工程を示す断
面図（図１、図２および図３におけるＹ−Ｙ′線矢視断
面に相当する）であり、図４（Ａ）→図５（Ｈ）の順に
作製工程が進行する。

【００６６】まず、図４（Ａ）に示すように、ガラス基
板１０１上に例えばスパッタリング法によって厚さ３０
０ｎｍ〜５００ｎｍ程度の酸化ケイ素からなる下地膜１
０２を形成する。この酸化ケイ素膜１０２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。
次にプラズマＣＶＤ法または減圧ＣＶＤ法によって、厚
さ２０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内、例えば３５ｎｍの真性
（Ｉ型）の非晶質ケイ素膜（ａ−Ｓｉ膜）１０３を成膜
する。本実施形態では、平行平板式のプラズマＣＶＤ装
置を用い、加熱温度を３００℃とし、ＳｉＨ₄ガスとＨ₂
ガスを材料ガスに用いた。そして、ＲＦパワーのパワー
密度を１０ｍＷ／ｃｍ²〜２００ｍＷ／ｃｍ²の範囲内、
例えば８０ｍＷ／ｃｍ²として行った。

【００６７】次に、ａ−Ｓｉ膜１０３上に酸化ケイ素膜
または窒化ケイ素膜等の絶縁性薄膜を堆積し、この絶縁
性薄膜をパターン加工（フォトリソグラフィおよびエッ
チング）してマスク１０４を形成する。本実施形態にお
いては、マスク１０４の材料として、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔ
ｒａ Ｅｔｈｏｘｙ Ｏｒｔｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ）
を酸素とともにＲＦプラズマＣＶＤ法で分解・堆積して
なる酸化ケイ素膜を用いた。マスク１０４の厚さは、１
００ｎｍ〜４００ｎｍであることが望ましく、本実施形
態では、上記酸化ケイ素膜の厚さを１５０ｎｍとした。
マスク１０４の平面的なパターン形状は、図２（Ａ）中
に示すように、図において左右方向に延び、かつ上下方
向に等間隔で複数並ぶ帯状とした。図１には最終的なＴ
ＦＴの配置と、マスク１０４との位置関係を示している
が、このときの各帯状マスク１０４の幅αは５μｍとし
た。図２（Ａ）から分かるように、後に作成される９個
のＴＦＴに対して、帯状マスク１０４が３本設けられて
いる。マスク１０４で覆われていない領域においては、
ａ−Ｓｉ膜１０３が露出している。

【００６８】次に、図４（Ａ）に示すように、ａ−Ｓｉ
膜１０３およびマスク膜１０４の露出した表面上にニッ
ケル１０５の微量添加を行う（触媒導入工程）。このニ
ッケル１０５の微量添加は、ニッケルを溶かせた溶液を
ａ−Ｓｉ１０３およびマスク１０４上に供給し、その溶
液をスピナーによって基板１０１上に均一に延ばし、乾
燥させることにより行った。本実施形態では、溶質とし
ては酢酸ニッケルを用い、溶媒としてはエタノールを用
い、溶液中のニッケル濃度は２ｐｐｍとなるようにし
た。このようにして添加されたａ−Ｓｉ膜１０３および
マスク１０４の表面上のニッケル濃度を全反射蛍光Ｘ線
分析（ＴＲＸＲＦ）法により測定すると、１×１０¹³ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ²程度であった。ここで、平面的に見る
と、ニッケル１０５は、図２（Ａ）中に多数の点で示す
ように基板上の全域に広がった状態になっている。

【００６９】そして、図４（Ｂ）に示すように、この状
態のものを不活性雰囲気下、例えば窒素雰囲気下で、加
熱温度５２０℃〜５８０℃の範囲内、例えば５５０℃で
２時間アニールする（加熱工程）。この際、ａ−Ｓｉ膜
１０３のうち、マスク１０４に覆われておらず、直接ニ
ッケル１０５が添加された領域においては、ａ−Ｓｉ膜
表面に添加されたニッケル１０５のシリサイド化が起こ
り、それを核としてａ−Ｓｉ膜１０３の結晶化が進行す
る結果、結晶性ケイ素膜１０３ａが形成される。ここ
で、ニッケルの添加濃度とアニール温度・時間の組み合
わせによっては、ニッケルが導入され結晶化された領域
１０３ａから、マスク１０４下の領域へ横方向に結晶成
長が引き起こされる場合があるが、本実施形態では、ニ
ッケル濃度とアニール温度・時間を上記のように設定す
ることで、マスク１０４下の領域への横方向の結晶成長
が生じないようにしている。また、マスク１０４上に存
在するニッケル１０５は、マスク層１０４に阻まれて、
下層のａ−Ｓｉ膜へは到達しない。したがって、本実施
形態では、直接ニッケルが導入された領域１０３ａのみ
ａ−Ｓｉ膜１０３の結晶化が行われ、ａ−Ｓｉ膜１０３
のうちマスク１０４に覆われた領域（ニッケルが導入さ
れなかった領域）は非晶質のまま未結晶化領域１０３ｅ
として残る。

【００７０】次に、図４（Ｃ）に示すように、マスクと
して用いた酸化ケイ素膜１０４をエッチングして除去す
る。本実施形態では、このエッチングは、下層のケイ素
膜１０３ｅ，１０３ａ′と十分に選択性のある１：１０
バッファードフッ酸（ＢＨＦ）をエッチャントとして用
い、ウェットエッチングにより行った。そして、この状
態で、レーザ光１０７を照射することで、残存している
未結晶化領域１０３ｅを、上記加熱工程で結晶化された
領域（触媒加熱結晶化領域）１０３ａから、矢印１０８
で示すように基板と平行な横方向に結晶化させる（光照
射工程）。その結果、未結晶化領域１０３ｅは、非常に
高品質な結晶性ケイ素膜１０３ｃとなる（以下、この層
全体をＣＧＳと呼ぶ。）。すなわち、このレーザ光照射
により、未結晶化領域１０３ｅが優先的に溶融し、触媒
加熱結晶化領域１０３ａの良好な結晶成分を反映して横
方向１０８に結晶成長する。そして、両側の触媒加熱結
晶化領域１０３ａから横方向１０８に成長する結晶同士
がぶつかり合って、結晶成長が止まる。このとき、成長
する結晶同士がぶつかり合って生じた成長境界１０３ｄ
が、結晶性ケイ素膜１０３ｃの中央部に形成される。な
お、このレーザ光照射により、触媒加熱結晶化領域１０
３ａもその結晶性が幾分改善される（それを１０３ａ′
と表す）。この光照射工程では、レーザ光１０７として
ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅４
０ｎｓｅｃ）を用いた。レーザ光照射時には、基板１０
１を２００℃〜４５０℃の範囲内、例えば４００℃に加
熱した。また、レーザ光のエネルギ密度を２００ｍＪ／
ｃｍ²〜４５０ｍＪ／ｃｍ²の範囲内、例えば３５０ｍＪ
／ｃｍ²に設定した。また、ビームサイズを基板表面で
１５０ｍｍ×１ｍｍの長尺形状となるように成形し、そ
の長尺方向に対して垂直方向に０．０５ｍｍのステップ
幅で順次走査を行った。すなわち、ケイ素膜の任意の一
点において、計２０回のレーザ光照射が行われたことに
なる。

【００７１】次に、図４（Ｄ）に示すように、結晶性ケ
イ素膜ＣＧＳ上に酸化ケイ素膜または窒化ケイ素膜等の
絶縁性薄膜を堆積し、この絶縁性薄膜をパターン加工し
てマスク１０９を形成する。本実施形態においては、マ
スク１０９の材料として、ＴＥＯＳを酸素とともにＲＦ
プラズマＣＶＤ法で分解・堆積してなる酸化ケイ素膜を
用いた。マスク１０９の厚さは、１００ｎｍ〜４００ｎ
ｍであることが望ましく、本実施形態では、上記酸化ケ
イ素膜の厚さを１５０ｎｍとした。平面的に見ると、図
２（Ｂ）中に示すように、マスク１０９は、図において
上下方向に長い矩形のパターン形状に設定されている。
各マスク１０９は、それぞれ同一寸法を持ち、互いに等
間隔で行列状に、かつ各マスク１０９の中央部が光照射
工程で結晶化された領域１０３ｃと交差するように配置
されている。

【００７２】次に、この状態で、図４（Ｄ）に示すよう
に、基板１０１上方より、ニッケルをゲッタリングする
ための５族Ｂ元素としてリン１１０を全面にイオンドー
ピングする（ゲッタ導入工程）。このときのリン１１０
のドーピング条件としては、加速電圧を５ｋＶ〜１０ｋ
Ｖとし、ドーズ量を５×１０¹⁵ｃｍ^-2〜１×１０¹⁶ｃｍ
^-2とした。このゲッタ導入工程により、図２（Ｂ）中に
示すように、結晶性ケイ素膜ＣＧＳのうちマスク１０９
から露出している領域にリン１１０が注入され、リンド
ープされた結晶性ケイ素領域１０３ｆ（図中に斜線で示
す）が形成される。このとき、結晶性ケイ素膜ＣＧＳの
うちマスク１０９によって覆われている領域には、リン
はドーピングされない。なお、この段階では、後に形成
されるＴＦＴの活性領域１１２（図２（Ｃ）参照）は、
マスク１０９によって完全に覆われた状態となってい
る。

【００７３】次に、図５（Ｅ）に示すように、この状態
のものに、不活性雰囲気下、例えば窒素雰囲気にて５５
０℃〜６５０℃の温度で数時間から数十時間の加熱処理
を施す（ゲッタリング工程）。本実施形態では、一例と
して６００℃にて６時間の加熱処理を行う。この加熱処
理により、領域１０３ｆにドーピングされたリン１１０
がその領域に存在するニッケル１０５をまずトラップす
る。そして、図２（Ｂ）に示すように、さらにマスク１
０９下の結晶性ケイ素膜ＣＧＳ、そして特に結晶成長境
界１０３ｄに存在しているニッケル１０５を矢印１１１
に示すような方向、すなわち、マスク１０９に覆われた
領域から四方八方に外側の領域１０３ｆへ向かって引き
出させる。その結果、マスク１０９下の結晶性ケイ素膜
領域ＣＧＳにおけるニッケル濃度は大きく低減される。
実際に、このゲッタリング工程後の結晶性ケイ素膜１０
３ｃ中のニッケル濃度を二次イオン質量分析法（ＳＩＭ
Ｓ）により測定したところ５×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ
³程度であった。ちなみに、このゲッタリング工程前の
結晶性ケイ素膜１０３ｃ中のニッケル濃度は５×１０¹⁷
ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度であった。したがって、このゲ
ッタリング工程により、結晶性ケイ素膜１０３ｃ中のニ
ッケル濃度を１桁程度低減できたことが分かる。

【００７４】次に、図５（Ｆ）に示すように、マスクと
して用いた酸化ケイ素膜１０９をエッチングして除去す
る。本実施形態では、このエッチングは、下層の結晶性
ケイ素膜ＣＧＳと十分に選択性のある１：１０バッファ
ードフッ酸（ＢＨＦ）をエッチャントとして用い、ウェ
ットエッチングにより行った。その後、図２（Ｃ）に示
すように、結晶性ケイ素膜ＣＧＳをパターン加工して、
各マスク１０９を左右方向および上下方向に縮小した領
域に相当する矩形の島状にするとともに、素子間分離を
行う。この島状の結晶性ケイ素膜ＣＧＳが、次工程以降
でＴＦＴの活性領域（ソース／ドレイン領域、チャネル
領域）１１２として用いられる。図５（Ｆ）から分かる
ように、活性領域１１２は、光照射工程で結晶化された
高品質な結晶性ケイ素膜領域１０３ｃと、その結晶性ケ
イ素膜領域１０３ｃの両側を挟むように配置された触媒
加熱結晶化領域１０３ａ′とからなっている。

【００７５】次に、図５（Ｇ）に示すように、結晶性ケ
イ素膜ＣＧＳからなる活性領域１１２を覆うように厚さ
２０ｎｍ〜１５０ｎｍ、ここでは厚さ１００ｎｍのゲー
ト絶縁膜１１３を成膜する。本実施形態においては、こ
のゲート絶縁膜１１３の材料として、ＴＥＯＳを酸素と
ともにＲＦプラズマＣＶＤ法で分解・堆積してなる酸化
ケイ素膜を用いた。成膜条件としては、基板温度を１５
０℃〜６００℃、好ましくは３００℃〜４５０℃に設定
する。なお、このゲート絶縁膜１１３の材料として、Ｔ
ＥＯＳを原料とし、オゾンガスとともに減圧ＣＶＤ法ま
たは常圧ＣＶＤ法で分解・堆積してなる酸化ケイ素膜を
用いても良い。そのとき、成膜条件としては、基板温度
を３５０℃〜６００℃、好ましくは４００℃〜５５０℃
に設定する。このようにしてゲート絶縁膜１１３を成膜
した後、ゲート絶縁膜１１３自身のバルク特性、および
結晶性ケイ素膜ＣＧＳとゲート絶縁膜１１３との間の界
面特性を向上するために、不活性ガス雰囲気下で温度４
００℃〜６００℃、１時間〜４時間のアニールを行う。

【００７６】引き続いて、ゲート絶縁膜１１３上の全域
に、スパッタリング法によって、厚さ４００ｎｍ〜８０
０ｎｍの範囲内、例えば６００ｎｍのアルミニウムを成
膜し、図５（Ｇ）に示すように、このアルミニウム膜を
パターン加工してゲート電極１１４を形成する。さら
に、陽極酸化を行って、このゲート電極１１４の表面に
酸化物層１１５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い、
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。得られた酸化物層１１５の厚
さは２００ｎｍである。なお、この酸化物層１１５の厚
さは、次に述べるイオンドーピング工程においてオフセ
ットゲート領域の長さを定める。図３（Ｄ）に示すよう
に、平面的には、各ゲート電極１１４は、活性領域１１
２に沿って図において上下方向に延びるゲートバスライ
ン１３０につながっている。

【００７７】次に、図５（Ｇ）に示すように、イオンド
ーピング法によって、ゲート電極１１４とその周囲の酸
化物層１１５をマスクとして活性領域１１２に不純物
（リン）を注入して、ＴＦＴのソース領域１１７および
ドレイン領域１１８を形成する（イオンドーピング工
程）。このとき、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６０ｋＶ〜９０ｋＶの範
囲内、例えば８０ｋＶとし、ドーズ量を１×１０¹⁵ｃｍ
^-2〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2の範囲内、例えば２×１０¹⁵ｃｍ
^-2とする。活性領域１１２のうちゲート電極１１４およ
びその周囲の酸化層１１５にマスクされて不純物（リ
ン）が注入されない領域１１６は、ＴＦＴのチャネル領
域１１６となる。

【００７８】ここで、活性領域１１２におけるチャネル
領域１１６と、高品質結晶性ケイ素領域１０３ｃとの位
置関係は、図１によって最も良く理解される。すなわ
ち、チャネル領域１１６は、光照射工程で結晶化された
高品質な結晶性ケイ素膜領域１０３ｃと、加熱工程で結
晶化された触媒加熱結晶化領域１０３ａ′とによって構
成される。高品質結晶性ケイ素膜領域１０３ｃの幅α
は、触媒元素（ニッケル）の導入に用いたマスク１０４
の幅と一致し、本実施形態では５μｍとしている。ま
た、ＴＦＴのチャネル領域１１６の長さ（チャネル長）
βは、７μｍとしている。よって、チャネル領域１１６
において、図１でγで表される幅が触媒加熱結晶化領域
１０３ａ′で構成される。この結果、本実施形態におけ
るＴＦＴでは、チャネル領域１１６は、チャネル長方向
に関して、５μｍの高品質結晶性領域１０３ｃと、その
両側にある（１μｍ＋１μｍ）の触媒加熱結晶化領域１
０３ａ′とで構成される。また、既に述べたように、チ
ャネル領域１１６の中央部には、光照射工程で両側から
の横方向結晶成長で生じた成長境界１０３ｄが存在す
る。さらに、光照射工程での横方向結晶成長方向１０８
と、本ＴＦＴのキャリアの移動方向すなわちチャネル方
向１２７とは、平行になるように設定されている。ソー
ス領域１１７、ドレイン領域１１８は、それぞれチャネ
ル領域１１６を挟んだ触媒加熱結晶化領域１０３ａ′，
１０３ａ′内に存在する。

【００７９】その後、図５（Ｇ）に示すように、レーザ
光１１９を照射してアニールを行い、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
結晶性が劣化した部分の結晶性を改善させる。この際、
使用するレーザとしてはＸｅＣｌエキシマレーザ（波長
３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ）を用い、エネルギ
密度を１５０ｍＪ／ｃｍ²〜４００ｍＪ／ｃｍ²、好まし
くは２００ｍＪ／ｃｍ ²〜２５０ｍＪ／ｃｍ²の範囲内に
設定する。こうして形成されたＮ型不純物（リン）領域
１１７、１１８のシート抵抗は、２００Ω／□〜８００
Ω／□であった。

【００８０】続いて、図５（Ｈ）に示すように、厚さ６
００ｎｍ程度の酸化ケイ素膜または窒化ケイ素膜を層間
絶縁膜１２０として形成する。層間絶縁膜１２０の材料
として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、またはオゾ
ンとの減圧ＣＶＤ法若しくは常圧ＣＶＤ法によって形成
すれば、層間絶縁膜１２０の段差被覆性を優れたものに
することができる。また、層間絶縁膜１２０の材料とし
て、ＳｉＨ₄とＮＨ₃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れば、活性領域１１２
とゲート絶縁膜１１３との界面へ水素原子を供給するこ
とができ、その結果、ＴＦＴの特性を劣化させる不対結
合手を低減することができる。

【００８１】次に、図５（Ｈ）に示すように、層間絶縁
膜１２０にコンタクトホール１２０ａ，１２０ｂを形成
する。この上に、金属材料、例えば、窒化チタンとアル
ミニウムの二層膜を用いて、ソース領域１１７につなが
るソース電極１２１を形成する。なお、窒化チタン膜
は、アルミニウムが半導体層に拡散するのを防止するた
めのバリア膜として設けられる。また、ＩＴＯ（錫添加
酸化インジウム）などの透明導電膜を用いて、ドレイン
領域１１８につながる画素電極１２２を設ける。そして
最後に、１気圧の水素雰囲気で温度３５０℃、１時間の
アニールを行ってＴＦＴ１２４を完成させる。なお、必
要に応じて、ＴＦＴ１２４を保護する目的で、ＴＦＴ１
２４上に窒化ケイ素膜などからなる保護膜を設けても良
い。

【００８２】図３（Ｅ）に示すように、ソース電極１２
１は、図において左右方向に延びるソースバスライン１
３１につながっている。したがって、このソースバスラ
イン１３１を介してソース電極１２１にビデオ信号が供
給される。そして、ゲートバスライン１３０のゲート信
号に基づいてＴＦＴがオンまたはオフして、画素電極１
２２に必要な電荷が書き込まれる。この画素電極１２２
と図示しない対向電極によって、上記ビデオ信号に応じ
た電界が図示しない液晶層に印加される。

【００８３】以上の製造工程によって作製したアクティ
ブマトリクス基板（基板サイズは４００×３２０ｍｍ）
のＴＦＴの電気特性を基板内で２００点について測定し
た。その測定の結果、電界効果移動度が２００ｃｍ²／
Ｖｓ程度、閾値電圧が２Ｖ程度と非常に高性能であるに
もかかわらず、基板内での特性ばらつきが、電界効果移
動度で±１０％程度、しきい値電圧で±０．２Ｖ程度と
非常に良好であった。これに対して、従来法により作製
されたものは、各素子間で結晶性のばらつきが大きいた
め、電界効果移動度のばらつきが±５０％程度と非常に
大きく、しきい値電圧も２Ｖ±（０．５〜１．０）Ｖの
範囲で大きくばらつく。したがって、本発明は、高性能
化だけでなく、特性ばらつき改善にも大きな効果がある
ことが分かる。また、本発明のものは、繰り返し測定や
バイアスや温度ストレスによる耐久性試験を行っても、
殆ど特性劣化は見られず、信頼性も問題ない。また、触
媒元素が特に問題となるＴＦＴオフ領域でのリーク電流
の増大およびばらつきは、異常点が無く、触媒元素を用
いない場合と同等の数ｐＡ程度にまで低減でき、製造歩
留まりを大きく向上することができた。そして、本実施
形態に基づいて作製されたアクティブマトリクス基板を
備えた液晶パネルを実際に点灯評価したところ、従来法
により作成したものに比べて表示むらが小さく、ＴＦＴ
オフ領域でのリーク電流による画素欠陥も極めて少な
く、コントラスト比の高い高表示品位が得られた。

【００８４】なお、本実施形態では、アクティブマトリ
クス基板のＴＦＴを対象に説明を行ったが、本ＴＦＴは
薄膜集積回路などにも簡単に応用できる。その場合に
は、ゲート電極１１４上にもコンタクトホールを形成
し、必要とされる配線を施せばよい。

【００８５】（第２の実施形態）この実施形態では、ガ
ラス基板上に、Ｎチャネル型ＴＦＴとＰチャネル型ＴＦ
Ｔとを直列に備えたＣＭＯＳ（相補型ＭＯＳ）回路を作
製するものとする。このＣＭＯＳ回路は、アクティブマ
トリクス型の液晶表示装置の周辺駆動回路や、一般の薄
膜集積回路を構成するのに利用される。

【００８６】図６乃至図７は、本実施形態の作製工程を
示す平面図であり、図６（Ａ）→図７（Ｄ）の順に作製
工程が進行する。図８乃至図９は、本実施形態の作製工
程を示す断面図（図６および図７におけるＸ−Ｘ′線矢
視断面に相当する）であり、図８（Ａ）→図９（Ｈ）の
順に作製工程が進行する。

【００８７】まず、図８（Ａ）に示すように、ガラス基
板２０１上に例えばスパッタリング法によって厚さ３０
０ｎｍ〜５００ｎｍ程度の酸化ケイ素からなる下地膜２
０２を形成する。この酸化ケイ素膜１０２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。次にプ
ラズマＣＶＤ法または減圧ＣＶＤ法によって、厚さ２０
ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内、例えば４５ｎｍの真性（Ｉ
型）の非晶質ケイ素膜（ａ−Ｓｉ膜）２０３を成膜す
る。本実施形態では、平行平板式のプラズマＣＶＤ装置
を用い、加熱温度を３００℃とし、ＳｉＨ₄ガスとＨ₂ガ
スを材料ガスに用いた。

【００８８】次に、ａ−Ｓｉ膜２０３上に酸化ケイ素膜
または窒化ケイ素膜等の絶縁性薄膜を堆積し、この絶縁
性薄膜をパターン加工してマスク２０４を形成する。本
実施形態においては、マスク２０４の材料として、ＴＥ
ＯＳを酸素とともにＲＦプラズマＣＶＤ法で分解・堆積
してなる酸化ケイ素膜を用いた。マスク２０４の厚さ
は、１００ｎｍ〜４００ｎｍであることが望ましく、本
実施形態では、上記酸化ケイ素膜の厚さを１５０ｎｍと
した。マスク２０４の平面的なパターン形状は、図６
（Ａ）中に示すように、図において上下方向に延び、か
つ左右方向に複数並ぶ帯状とした。

【００８９】次に、図８（Ａ）に示すように、ａ−Ｓｉ
膜２０３およびマスク２０４の露出した表面上にニッケ
ル２０５の微量添加を行う（触媒導入工程）。このニッ
ケル２０５の微量添加は、純ニッケル（９９．９％以
上）のターゲットを用い、ＤＣスパッタリングにより行
った。具体的には、ＤＣパワーが１００Ｗ以下という極
低パワーにて、基板搬送速度を２０００ｍｍ／ｍｉｎに
まで高めてスパッタリング処理を行った。スパッタリン
グガスとしてはアルゴンを用いて、純ニッケルターゲッ
トに対してスパッタリング時のガス圧力を１０Ｐａ以上
に上げることで、ニッケルの極低濃度スパッタリングが
可能となる。このようにしてスパッタリングされたニッ
ケル２０５は、図８（Ａ）では便宜上、薄膜のように描
かれているが、実際には単原子層程度かそれ以下の状態
で、とても連続した膜と呼べる状態ではない。具体的に
ＤＣパワー３０Ｗ、アルゴンガス圧２２Ｐａの条件でス
パッタリングを行い、ａ−Ｓｉ膜２０３およびマスク２
０４の表面上のニッケル濃度をＴＲＸＲＦ法により測定
すると、２×１０¹³ａｔｏｍｓ／ｃｍ²程度であった。
こここで、ニッケル２０５は、平面的に見ると、図６
（Ａ）中に多数の点で示すように基板上の全域に広がっ
た状態となっている。

【００９０】そして、図８（Ｂ）に示すように、この状
態のものを不活性雰囲気下、例えば窒素雰囲気下で、加
熱温度５２０℃〜５８０℃の範囲内、例えば５５０℃で
３時間アニールする（加熱工程）。この際、ａ−Ｓｉ膜
２０３のうち、マスク２０４に覆われておらず、直接ニ
ッケル２０５が添加された領域においては、ａ−Ｓｉ膜
表面に添加されたニッケル２０５のシリサイド化が起こ
り、それを核としてａ−Ｓｉ膜２０３の結晶化が進行す
る結果、結晶性ケイ素膜２０３ａが形成される。引き続
いて、ａ−Ｓｉ膜２０３のうちマスク２０４下の領域で
は、ニッケルが導入され結晶化された領域２０３ａか
ら、矢印２０６で示すようにマスク２０４の中央に向か
って、基板と平行な横方向に隣接した領域２０３ｂまで
結晶化が進行する。つまり、この加熱工程では、ニッケ
ルが導入された領域２０３ａだけでなく、その横方向に
隣接した領域２０３ｂをも結晶化して、触媒加熱結晶化
領域にする。ここで、本実施形態では、このときのニッ
ケルの添加濃度とアニール温度・時間を上記のように設
定することで、マスク２０４下の領域が完全には結晶化
されてないようにしている。また、マスク２０４上に存
在するニッケル２０５は、マスク層２０４に阻まれて、
下層のａ−Ｓｉ膜へは到達しない。したがって、マスク
２０４下では、隣接領域２０３ｂに挟まれた位置に、非
晶質のままの未結晶化領域２０３ｅが残存する。実測し
たところ、マスク２０４下で横方向に結晶が成長した結
晶成長距離、すなわち隣接領域２０３ｂの矢印２０６方
向の幅は、８μｍであった。なお、図６（Ａ）中に示す
ように、上記触媒導入用のマスク２０４の幅δは、残存
する未結晶化領域２０３ｅの幅αが５μｍとなるよう
に、この結晶成長距離の実測値に基づいて、予め設定さ
れている。

【００９１】次に、図８（Ｃ）に示すように、マスクと
して用いた酸化ケイ素膜２０４をエッチングして除去す
る。本実施形態では、このエッチングは、下層のケイ素
膜２０３ｅ，２０３ｂ，２０３ａと十分に選択性のある
１：１０バッファードフッ酸（ＢＨＦ）をエッチャント
として用い、ウェットエッチングにより行った。そし
て、この状態で、レーザ光２０７を照射することで、残
存している未結晶化領域２０３ｅを、上記加熱工程で結
晶化された領域（触媒加熱結晶化領域）２０３ｂから、
矢印２０８に示すように基板と平行な横方向に結晶化さ
せる（光照射工程）。その結果、未結晶化領域２０３ｅ
は、非常に高品質な結晶性ケイ素膜２０３ｃとなる。す
なわち、このレーザ光照射により、未結晶化領域２０３
ｅが優先的に溶融し、触媒加熱結晶化領域２０３ｂの良
好な結晶成分を反映して横方向２０８に結晶成長する
（以下、この層全体をＣＧＳと呼ぶ。）。そして、両側
の触媒加熱結晶化領域２０３ｂから横方向２０８に成長
する結晶同士がぶつかり合って、結晶成長が止まる。こ
のとき、成長する結晶同士がぶつかり合って生じた成長
境界２０３ｄが、結晶性ケイ素膜２０３ｃの中央部に形
成される。なお、このレーザ光照射により、触媒加熱結
晶化領域２０３ａ，２０３ｂもその結晶性が幾分改善さ
れる（それぞれ２０３ａ′，２０３ｂ′と表す）。この
状態が、図６（Ｂ）に相当する。この光照射工程で結晶
化された結晶性ケイ素膜領域２０３ｃは、第１の実施形
態における結晶性ケイ素膜領域１０３ｃに比べて、より
高い結晶性を有している。なぜなら、本実施形態では、
レーザ光照射による結晶化の際のシードとして、ニッケ
ルが直接導入され結晶化された領域２０３ａよりも、横
方向に結晶成長した結晶性が高い隣接領域２０３ｂを用
いているからである。この光照射工程では、レーザ光２
０７としてＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ、
パルス幅４０ｎｓｅｃ）を用いた。レーザ光照射時に
は、基板２０１を２００℃〜４５０℃の範囲内、例えば
４００℃に加熱した。また、レーザ光のエネルギ密度を
２００ｍＪ／ｃｍ²〜４５０ｍＪ／ｃｍ²の範囲内、例え
ば３５０ｍＪ／ｃｍ²に設定した。また、ビームサイズ
を基板表面で１５０ｍｍ×１ｍｍの長尺形状となるよう
に成形し、その長尺方向に対して垂直方向に０．０５ｍ
ｍのステップ幅で順次走査を行った。すなわち、ケイ素
膜の任意の一点において、計２０回のレーザ光照射が行
われたことになる。

【００９２】次に、結晶性ケイ素膜ＣＧＳ上に酸化ケイ
素膜または窒化ケイ素膜等の絶縁性薄膜を堆積し、図８
（Ｄ）に示すように、この絶縁性薄膜をパターン加工し
てマスク２０９を形成する。本実施形態においては、マ
スク２０９の材料として、ＴＥＯＳを酸素とともにＲＦ
プラズマＣＶＤ法で分解・堆積してなる酸化ケイ素膜を
用いた。マスク２０９の厚さは、１００ｎｍ〜４００ｎ
ｍであることが望ましく、本実施形態では、上記酸化ケ
イ素膜の厚さを１５０ｎｍとした。平面的に見ると、図
７（Ｃ）中に示すように、マスク２０９は、正方形のパ
ターン形状に設定されている。各マスク２０９は、それ
ぞれ同一寸法を持ち、互いに等間隔で行列状に、かつ各
マスク２０９の中央部が光照射工程で結晶化された領域
２０３ｃを覆うように配置されている。

【００９３】次に、この状態で、図８（Ｄ）に示すよう
に、基板２０１上方より、ニッケルをゲッタリングする
ための５族Ｂ元素としてリン２１０を全面にイオンドー
ピングする（ゲッタ導入工程）。このときのリン２１０
のドーピング条件としては、加速電圧を５ｋＶ〜１０ｋ
Ｖとし、ドーズ量を５×１０¹⁵ｃｍ^-2〜１×１０¹⁶ｃｍ
^-2とした。このゲッタ導入工程により、図７（Ｃ）中に
示すように、結晶性ケイ素膜ＣＧＳのうちマスク２０９
から露出している領域にリン２１０が注入され、リンド
ープされた結晶性ケイ素領域２０３ｆ（図中に斜線で示
す）が形成される。このとき、結晶性ケイ素膜ＣＧＳの
うちマスク２０９によって覆われている領域には、リン
はドーピングされない。なお、この段階では、後に形成
されるＴＦＴ活性領域２１２ｎ，２１２ｐ（図７（Ｄ）
参照）は、マスク２０９によって完全に覆われた状態と
なっている。

【００９４】次に、図９（Ｅ）に示すように、この状態
のものに、不活性雰囲気下、例えば窒素雰囲気にて５５
０℃〜６５０℃の温度で数時間から数十時間の加熱処理
を施す（ゲッタリング工程）。本実施形態では、一例と
して６００℃にて６時間の加熱処理を行った。この加熱
処理により、領域２０３ｆにドーピングされたリン２１
０がその領域に存在するニッケル２０５をまずトラップ
する。そして、図７（Ｃ）に示すように、さらにマスク
２０９下の結晶性ケイ素膜ＣＧＳ、そして特に結晶成長
境界２０３ｄに存在しているニッケル２０５を矢印２１
１に示すような方向、すなわち、マスク２０９に覆われ
た領域から四方八方に外側の領域２０３ｆへ向かって引
き出させる。その結果、マスク２０９下の結晶性ケイ素
膜領域２０３におけるニッケル濃度は大きく低減され
る。実際に、このときの結晶性ケイ素膜２０３ｃ中のニ
ッケル濃度を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により
測定したところ５×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度であ
った。ちなみに、このゲッタリング工程前の結晶性ケイ
素膜２０３ｃ中のニッケル濃度は５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ
／ｃｍ³程度であった。したがって、このゲッタリング
工程により、結晶性ケイ素膜２０３ｃ中のニッケル濃度
を１桁程度低減できたことが分かる。

【００９５】次に、図９（Ｆ）に示すように、マスクと
して用いた酸化ケイ素膜２０９をエッチングして除去す
る。本実施形態では、このエッチングは、下層の結晶性
ケイ素膜ＣＧＳと十分に選択性のある１：１０バッファ
ードフッ酸（ＢＨＦ）をエッチャントとして用い、ウェ
ットエッチングにより行った。その後、図７（Ｄ）に示
すように、結晶性ケイ素膜ＣＧＳをパターン加工して、
各マスク２０９を左右方向および上下方向に縮小した領
域に相当する矩形の島状にするとともに、素子間分離を
行う。この島状の結晶性ケイ素膜ＣＧＳが、次工程以降
でＴＦＴの活性領域（ソース／ドレイン領域、チャネル
領域）２１２ｎ，２１２ｐとして用いられる。図９
（Ｆ）から分かるように、各活性領域２１２ｎ，２１２
ｐは、光照射工程で結晶化された高品質な結晶性ケイ素
膜領域２０３ｃと、その結晶性ケイ素膜領域２０３ｃの
両側を挟むように配置された触媒加熱結晶化領域２０３
ｂ′とからなっている。

【００９６】次に、図９（Ｇ）に示すように、結晶性ケ
イ素膜ＣＧＳからなる活性領域２１２ｎおよび２１２ｐ
を覆うように厚さ６０ｎｍのゲート絶縁膜２１３を成膜
する。本実施形態では、このゲート絶縁膜２１３の材料
として、ＴＥＯＳを酸素とともにＲＦプラズマＣＶＤ法
で分解・堆積してなる酸化ケイ素膜を用いた。成膜条件
としては、基板温度を１５０℃〜６００℃、好ましくは
３００℃〜４５０℃に設定する。なお、このゲート絶縁
膜２１３の材料として、ＴＥＯＳを原料とし、オゾンガ
スとともに減圧ＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法で分解・堆
積してなる酸化ケイ素膜を用いても良い。そのとき、成
膜条件としては、基板温度を３５０℃〜６００℃、好ま
しくは４００℃〜５５０℃に設定する。このようにして
ゲート絶縁膜２１３を成膜した後、ゲート絶縁膜２１３
自身のバルク特性、および結晶性ケイ素膜ＣＧＳとゲー
ト絶縁膜２１３との間の界面特性を向上するために、不
活性ガス雰囲気下で温度４００℃〜６００℃、１時間〜
４時間のアニールを行う。

【００９７】引き続いて、ゲート絶縁膜２１３上の全域
に、スパッタリング法によって、厚さ４００ｎｍ〜８０
０ｎｍの範囲内、例えば５００ｎｍのアルミニウムを成
膜し、図９（Ｇ）に示すように、このアルミニウム膜を
パターン加工してゲート電極２１４ｎ、２１４ｐを形成
する。

【００９８】次に、イオンドーピング法によって、それ
ぞれゲート電極２１４ｎ、２１４ｐをマスクとしてその
周囲の活性領域２１２ｎ、２１２ｐに不純物（リンおよ
びホウ素）を注入して、Ｎ型の不純物領域２１７ｎ，２
１８ｎと、Ｐ型の不純物領域２１７ｐ，２１８ｐとを形
成する。このイオンドーピング工程は、不純物ごとに、
ドーピングが不要な領域をフォトレジストでマスクして
順次行う。リンを注入する場合、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６０ｋＶ〜
９０ｋＶの範囲内、例えば８０ｋＶとし、ドーズ量を１
×１０¹⁵ｃｍ^-2〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2の範囲内、例えば２
×１０¹⁵ｃｍ^-2に設定する。ホウ素を注入する場合、ド
ーピングガスとしてジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用い、加速電
圧を４０ｋＶ〜８０ｋＶの範囲内、例えば６５ｋＶと
し、ドーズ量を１×１０¹⁵ｃｍ^-2〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2の
範囲内、例えば５×１０¹⁵ｃｍ^-2に設定する。活性領域
２１２ｎ、２１２ｐのうちゲート電極２１４ｎ、２１４
ｐにマスクされて不純物が注入されない領域は、ＴＦＴ
のチャネル領域２１６ｎ、２１６ｐとなる。

【００９９】ここで、活性領域２１２ｎ、２１２ｐにお
けるチャネル領域２１６ｎ、２１６ｐと、高品質結晶性
ケイ素領域２０３ｃとの位置関係は、図７（Ｄ）によっ
て最も良く理解される。本実施形態では、Ｎチャネル型
ＴＦＴ、Ｐチャネル型ＴＦＴ共に、チャネル領域２１６
ｎ、２１６ｐは、光照射工程で結晶化された高品質な結
晶性ケイ素膜領域２０３ｃのみにより構成される。高品
質結晶性ケイ素膜領域２０３ｃの幅αは、前述の未結晶
化領域２０３ｅの幅と一致し、本実施形態では５μｍと
している。本ＴＦＴのチャネル領域２１６ｎ、２１６ｐ
の長さ（チャネル長）βは、３μｍとしている。よっ
て、チャネル領域２１６ｎ、２１６ｐの全域が、完全
に、光照射工程で結晶化された高品質な結晶性ケイ素膜
領域２０３ｃにより構成される。また、既に述べたよう
に、チャネル領域２１６ｎ、２１６ｐの中央部には、そ
れぞれ光照射工程で両側からの横方向結晶成長で生じた
成長境界２０３ｄが存在する。さらに、光照射工程での
横方向結晶成長方向２０８と、本ＴＦＴのキャリアの移
動方向すなわちチャネル方向２２７ｎ，２２７ｐとは、
平行になるように設定されている。

【０１００】その後、図９（Ｇ）に示すように、レーザ
２１９を照射してアニールを行い、イオン注入した不純
物の活性化を行う。レーザ光としては、ＸｅＣｌエキシ
マレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ）を
用い、エネルギ密度を２５０ｍＪ／ｃｍ²に設定する。
そして、１箇所につき２０ショット照射する。

【０１０１】続いて、図９（Ｈ）に示すように、プラズ
マＣＶＤ法によって、厚さ９００ｎｍの酸化ケイ素膜を
層間絶縁膜２２０として形成する。さらに、この層間絶
縁膜２２０にコンタクトホール２２０ａ，２２０ｂ，２
２０ｃ，２２０ｄを形成する。この上に、金属材料、例
えば、窒化チタンとアルミニウムの二層膜を用いて、Ｎ
チャネル型ＴＦＴ２２５およびＰチャネル型ＴＦＴ２２
６のための電極配線２２３ａ，２２３ｂ，２２３ｃを形
成する。そして最後に、１気圧の水素雰囲気下で温度３
５０℃、１時間のアニールを行って、Ｎチャネル型ＴＦ
Ｔ２２５とＰチャネル型ＴＦＴ２２６とを完成させる。
なお、必要に応じて、ＴＦＴ２２５，２２６を保護する
目的で、ＴＦＴ２２５，２２６上に窒化ケイ素膜などか
らなる保護膜を設けてもよい。

【０１０２】以上の製造工程にしたがって作製したＣＭ
ＯＳ回路（基板サイズは４００ｍｍ×３２０ｍｍ）のＴ
ＦＴ２２５，２２６の電気特性を基板内で２００点につ
いて測定した。その測定の結果、電界効果移動度はＮ型
ＴＦＴで２５０ｃｍ²／Ｖｓ〜３００ｃｍ²／Ｖｓ程度、
Ｐ型ＴＦＴで１２０ｃｍ²／Ｖｓ〜１５０ｃｍ²／Ｖｓ程
度と高く、閾値電圧はＮ型ＴＦＴで１Ｖ程度、Ｐ型ＴＦ
Ｔで−１．５Ｖ程度と非常に良好な特性を示した。ま
た、基板内での特性ばらつきは、電界効果移動度で±１
０％程度、しきい値電圧で±０．２Ｖ程度と非常に良好
であった。また、繰り返し測定やバイアスや温度ストレ
スによる耐久性試験を行っても、殆ど特性劣化は見られ
ず、従来のものと比べて非常に信頼性が高く、安定した
回路特性を示した。

【０１０３】以上、本発明を第１の実施形態と第２の実
施形態により具体的に説明したが、本発明は上述の実施
形態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。

【０１０４】例えば、上記二つの実施形態では、加熱工
程後、光照射工程前の未結晶化領域１０３ｅ，２０３ｅ
の形状を、共に帯状としたが、矩形状としても良い。こ
の発明は、未結晶化領域を触媒加熱結晶化領域が挟むま
たは囲むような形状であれば、特に有効である。そのと
きの帯幅または短辺方向の幅は、６μｍ以下であれば良
い（本実施形態では、マージンを見て５μｍとした）。
また、このように未結晶化領域を囲まなくても、光照射
工程で、触媒加熱結晶化領域から横方向に結晶化された
た領域をＴＦＴのチャネル領域の少なくとも一部に用い
れば、本発明の効果が得られる。この場合、光照射工程
で結晶化された高品質な結晶性ケイ素膜領域の面積は小
さくなるが、チャネルサイズが比較的小さい場合には、
その結晶成長がチャネル内に入り込まないという利点も
あり、有効な場合も考えられる。

【０１０５】また、上記二つの実施形態では、ニッケル
を導入する方法としてそれぞれ、非晶質ケイ素膜表面に
ニッケル塩を溶かせたエタノール溶液を塗布する方法
と、スパッタリング法によりニッケル薄膜を形成する方
法を採用した。しかし、ニッケルの導入方法としては、
その他、様々な手法を用いることができる。例えば、ニ
ッケル塩を溶かせる溶媒として、単純に水を用いても良
い。また、ＳＯＧ（スピンオングラス）材料を溶媒とし
て、ＳｉＯ₂膜から非晶質ケイ素膜表面にニッケルを拡
散させる方法もある。また、蒸着法やメッキ法によりニ
ッケル薄膜形成する方法や、イオンドーピング法により
直接導入する方法なども採用できる。さらに、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、鉄、パラジウム、白金、銅、金を用いても同様の
効果が得られる。

【０１０６】また、本実施形態では、素子領域内のニッ
ケルを低減するために、ゲッタ元素導入工程とゲッタリ
ング工程を追加したが、作製するＴＦＴの目的・用途に
よっては、勿論、これらの工程を除いても構わない。ま
た、本実施形態では、ニッケルを低減する方法として５
族Ｂ元素を用いたが、このときの５族Ｂ元素としては、
リン以外に窒素、ヒ素、アンチモン、ビスマスを利用し
ても良い。

【０１０７】また、本実施形態では、光照射工程におい
て、パルスレーザであるエキシマレーザ光照射を行った
が、それ以外のレーザ（例えば連続発振Ａｒレーザな
ど）でも同様の光照射が可能である。また、レーザ光の
代わりに赤外光、フラッシュランプを使用して短時間に
１０００℃〜１２００℃（シリコンモニタの温度）まで
上昇させて試料を加熱する、いわゆるＲＴＡ（ラピッド
・サーマル・アニール）（ＲＴＰ、ラピッド・サーマル
・プロセスともいう）などのいわゆるレーザ光と同等の
光を用いても良い。

【０１０８】さらに、本発明は、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、ドライバ内蔵型のサーマルヘッド、有機系ＥＬ等
を発光素子としたドライバ内蔵型の光書き込み素子や表
示素子、三次元ＩＣ等に応用され得る。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、上述の実施形態で説明
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。

【０１０９】

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の半
導体装置は、結晶性ケイ素膜を活性領域として備えた半
導体装置であって、高性能で特性ばらつきの少ないもの
である。また、この発明の半導体装置は、簡便な製造プ
ロセスで作製され、その製造工程において良品率を大き
く向上でき、商品の低コスト化を推進できる。特に、こ
の発明が液晶表示装置に適用された場合は、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用ＴＦＴ
のスイッチング特性の向上、周辺駆動回路部を構成する
ＴＦＴに要求される高性能化・高集積化を同時に満足す
る。したがって、アクティブマトリクス部と周辺駆動回
路部を同一基板上に備えたドライバモノリシック型アク
ティブマトリクス基板を実現でき、モジュールのコンパ
クト化、高性能化、低コスト化を推進できる。

【０１１０】この発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、結晶性ケイ素膜を活性領域として備えた高性能な半
導体装置を、特性ばらつきが少なく、歩留まり良く製造
できる。また、この発明は、集積度の高い高性能半導体
装置を、簡便な製造プロセスで作製でき、その製造工程
において良品率を大きく向上でき、商品の低コスト化を
推進できる。特に、この発明が液晶表示装置の製造に適
用された場合は、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用ＴＦＴのスイッチング特性の向
上、周辺駆動回路部を構成するＴＦＴに要求される高性
能化・高集積化を同時に満足できる。したがって、アク
ティブマトリクス部と周辺駆動回路部同一基板上に備え
たドライバモノリシック型アクティブマトリクス基板を
実現でき、モジュールのコンパクト化、高性能化、低コ
スト化を推進できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施形態のＴＦＴのチャネル領
域付近のパターンを示す図である。

【図２】 上記ＴＦＴの作製工程を示す平面図である。

【図３】 上記ＴＦＴの作製工程を示す平面図である。

【図４】 上記ＴＦＴの作製工程を示す断面図である。

【図５】 上記ＴＦＴの作製工程を示す断面図である。

【図６】 この発明の一実施形態のＣＭＯＳ回路の作製
工程を示す平面図である。

【図７】 上記ＣＭＯＳ回路の作製工程を示す平面図で
ある。

【図８】 上記ＣＭＯＳ回路の作製工程を示す断面図で
ある。

【図９】 上記ＣＭＯＳ回路の作製工程を示す断面図で
ある。

【図１０】 加熱工程による未結晶化領域の幅を可変し
て設定し、光照射工程で結晶化された領域の結晶性をラ
マン分光法により調べた結果を示す図である。

【図１１】 加熱工程による未結晶化領域の幅を可変し
て設定し、光照射工程後の結晶性ケイ素膜を用いて作製
されたＴＦＴの電界効果移動度を示す図である。

【図１２】 従来の結晶性ケイ素膜作製方法を説明する
工程図である。

【符号の説明】

ＣＧＳ 結晶性ケイ素膜 １０１、２０１ ガラス基板 １０３、２０３ 非晶質ケイ素膜 １０３ｃ，２０３ｃ 未結晶化領域 １０５、２０５ ニッケル １１０、２１０ リン １１２、２１２ｎ，２１２ｐ 活性領域 １１３、２１３ ゲート絶縁膜 １１６、２１６ｎ，２１６ｐ チャネル領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F052 AA02 AA11 AA25 BB01 BB07 CA07 CA10 DA02 DB02 DB03 EA07 EA16 FA06 FA19 GB05 JA01 JA10 5F110 AA30 BB02 BB04 BB10 BB11 CC02 DD02 DD13 EE03 EE34 EE44 FF02 FF29 FF30 FF32 FF36 GG02 GG13 GG25 GG28 GG29 GG45 GG47 HJ01 HJ04 HJ12 HJ23 HL01 HL03 HL07 HL11 HM14 NN02 NN23 NN24 NN35 NN72 PP03 PP04 PP10 PP24 PP27 PP34 PP36 QQ23 QQ28

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁表面を有する基板上に形成された結
   晶性ケイ素膜を活性領域として備えた半導体装置におい
   て、 上記活性領域のうち少なくとも能動領域の一部は、非晶
   質ケイ素膜の一部の領域に結晶化を促進するための触媒
   元素を導入して加熱処理によりその領域を結晶化し、こ
   の加熱処理により結晶化された領域をシードとして溶融
   固化過程において結晶成長させた結晶性ケイ素膜からな
   ることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 絶縁表面を有する基板上に形成された結
   晶性ケイ素膜を活性領域として備えた半導体装置におい
   て、 上記活性領域のうち少なくとも能動領域は、非晶質ケイ
   素膜の一部の領域に結晶化を促進するための触媒元素を
   導入して加熱処理によりその領域を結晶化し、この加熱
   処理により結晶化された領域をシードとして溶融固化過
   程において結晶成長させた結晶性ケイ素膜からなること
   を特徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の半導体装置において、 上記能動領域のうち、上記溶融固化過程において結晶成
   長させた結晶性ケイ素膜以外の部分は、上記加熱処理に
   より触媒元素を用いて結晶化した結晶性ケイ素膜からな
   ることを特徴とする半導体装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか一つに
   記載の半導体装置において、 上記能動領域でのキャリアの移動方向と、上記能動領域
   の少なくとも一部を構成する結晶性ケイ素膜の上記溶融
   固化過程における結晶成長方向とが、実質的に平行にな
   っていることを特徴とする半導体装置。
5. 【請求項５】 諸求項１乃至４のいずれか一つに記載の
   半導体装置において、 上記能動領域が含有している触媒元素は、ニッケルであ
   ることを特徴とする半導体装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれか一つに
   記載の半導体装置において、 上記能動領域は、上記触媒元素を１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ
   ／ｃｍ³乃至５×１０^{1 7}ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の範囲内の濃
   度で含んでいることを特徴とする半導体装置。
7. 【請求項７】 絶縁表面を有する基板上に形成された非
   晶質ケイ素膜の一部の領域に、その非晶質ケイ素膜の結
   晶化を促進するための触媒元素を導入する触媒導入工程
   と、 加熱処理を施して、上記触媒元素が導入された領域の非
   晶質ケイ素膜を結晶化して結晶性ケイ素膜にする加熱工
   程と、 光を照射して、上記加熱工程で結晶化された領域から上
   記基板と平行な横方向へ上記非晶質ケイ素膜の結晶化を
   進める光照射工程と、 上記光照射工程で結晶化された領域の結晶性ケイ素膜
   が、半導体装置を構成する能動領域の少なくとも一部に
   なるように加工を行う素子化工程と、を有することを特
   徴とする半導体装置の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の半導体装置の製造方法
   において、 上記加熱工程で、上記触媒元素が導入された領域の横方
   向に隣接した領域まで結晶化することを特徴とする半導
   体装置の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項７または請求項８に記載の半導体
   装置の製造方法において、 上記触媒導入工程で触媒元素が導入される領域は、上記
   非晶質ケイ素膜のうち触媒元素が導入されない領域を挟
   むかまたは囲む配置になっていることを特徴とする半導
   体装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項７乃至請求項９のいずれか一つ
    に記載の半導体装置の製造方法において、 上記加熱工程では上記非晶質ケイ素膜のうち上記触媒導
    入工程で触媒元素が導入されなかった領域に未結晶化領
    域を残し、 上記光照射工程でその未結晶化領域を上記横方向に結晶
    化させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項９または請求項１０に記載の半
    導体装置の製造方法において、 上記加熱工程で残された未結晶化領域の形状は実質的に
    帯状または矩形状であり、 上記未結晶化領域の帯幅または短辺方向の幅は、上記加
    熱工程で結晶化された領域の結晶性が上記光照射工程で
    結晶化される領域の結晶性に引き継がれるような幅以下
    に設定されていることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の半導体装置の製造
    方法において、 上記未結晶化領域の帯幅または短辺方向の幅は６μｍ以
    下に設定されていることを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
13. 【請求項１３】 請求項１１または請求項１２に記載の
    半導体装置の製造方法において、 上記加熱工程で残された未結晶化領域の帯幅方向または
    短辺方向を、上記能動領域を通してキャリアが流れる方
    向と実質的に平行に設定することを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
14. 【請求項１４】 請求項７乃至請求項１３のいずれか一
    つに記載の半導体装置の製造方法において、 上記加熱工程での加熱処理の温度を、非晶質ケイ素膜自
    体による結晶核の自然発生が起こらず、触媒元素による
    結晶核が発生してこの結晶核からの結晶成長が進行する
    ような温度に設定することを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１４に記載の半導体装置の製造
    方法において、 上記加熱工程での加熱処理の温度を５２０℃から５８０
    ℃までの範囲内に設定することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
16. 【請求項１６】 請求項１０乃至請求項１３のいずれか
    一つに記載の半導体装置の製造方法において、 上記光照射工程での光照射の強度を、上記加熱工程で残
    された未結晶化領域が完全に溶融する一方、上記加熱工
    程で結晶化された領域が元の結晶状態を維持するような
    範囲の強度に設定することを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
17. 【請求項１７】 請求項１６に記載の半導体装置の製造
    方法において、 上記光照射工程で照射する光として４００ｎｍ以下の波
    長を持つエキシマレーザ光を用い、このエキシマレーザ
    光の上記ケイ素膜の表面でのエネルギ密度を２００ｍＪ
    ／ｃｍ²から４５０ｍＪ／ｃｍ²までの範囲内に設定する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
18. 【請求項１８】 請求項７乃至請求項１７のいずれか一
    つに記載の半導体装置の製造方法において、 上記触媒元素としてＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃ
    ｕ、Ａｕのうちの少なくとも一つの元素を用いることを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
19. 【請求項１９】 請求項７乃至請求項１８のいずれか一
    つに記載の半導体装置の製造方法おいて、 上記光照射工程後に、上記結晶性ケイ素膜のうち半導体
    装置の能動領域となる領域以外の領域に、上記触媒元素
    をゲッタリングするための５族Ｂ元素を導入するゲッタ
    導入工程と、 加熱処理を行って、上記５族Ｂ元素が導入された領域に
    上記結晶性ケイ素膜中の触媒元素を移動させるゲッタリ
    ング工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
20. 【請求項２０】 請求項１９に記載の半導体装置の製造
    方法おいて、 上記５族Ｂ元素としてＰ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉのうち
    の少なくとも一つの元素を用いることを特徴とする半導
    体装置の製造方法。