JP2001332495A

JP2001332495A - 結晶性半導体膜の作製方法

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Publication number: JP2001332495A
Application number: JP2001087231A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2001-11-30
Anticipated expiration: 2017-07-14
Also published as: JP3830769B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ニッケルを利用して結晶化させた珪素膜中か
らニッケルを除去する。【解決手段】第１の非晶質半導体膜に珪素の結晶化を
助長する金属元素を導入し、前記第１の非晶質半導体膜
を加熱して結晶性半導体膜を形成し、前記結晶性半導体
膜上に周期表の１５族に属する元素を含有する第２の非
晶質半導体膜を形成し、前記第２の非晶質半導体膜にレ
ーザー光または赤外光を照射することを特徴とする結晶
性半導体膜の作製方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
結晶性珪素膜の作製方法に関する。またはその結晶性珪
素膜を用いた半導体装置の作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】絶縁表面上に形成された珪素膜を用いた
薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと称する）が知られてい
る。

【０００３】現在実用化されている薄膜トランジスタの
形態は、非晶質珪素膜を用いたものと高温ポリシリコン
と称される結晶性珪素膜を用いたものである。

【０００４】非晶質珪素膜を用いたものは、ガラス基板
を利用できる関係からアクティブマトリクス型の液晶表
示装置に盛んに利用されている。

【０００５】しかし、非晶質珪素膜を用いたＴＦＴは、
その電気的な特性が低いので、アクティブマトリクス回
路に利用する以外には特に応用分野がない。

【０００６】他方、液晶パネル内に駆動回路を内蔵させ
たり、より高い表示機能を得るためにより特性の高いＴ
ＦＴを得ることが要求されている。また、アクティブマ
トリクス以外にＴＦＴの応用範囲を広げるために非晶質
珪素膜よりも高い特性を有するＴＦＴが要求されてい
る。

【０００７】高温ｐ−Ｓｉというのは、９００℃以上と
いうような高温での加熱処理を利用して結晶性珪素膜を
得る技術を利用して得られる。

【０００８】高い特性を要求する観点からは、結晶性珪
素膜を用いることが好ましい。しかし、高温ｐ−Ｓｉ膜
を作製する際に必要とされる加熱処理温度では、基板と
してガラス基板が利用できないという問題がある。

【０００９】薄膜トランジスタは、主にＬＣＤ装置に利
用されるものであり、基板としてガラス基板が利用でき
ることが要求される。

【００１０】また、プロセスマージンや生産コストを下
げるためによりプロセス温度を下げることが要求されて
いる。

【００１１】この問題を解決する手段として、より低温
でのプロセス温度で結晶性珪素膜を得る技術が研究され
ている。

【００１２】このプロセスは、高温ポリシリコンを作製
するプロセス（高温プロセス）に対応させて低温プロセ
スと称されている。

【００１３】また、この低温プロセスで作製された結晶
性珪素膜を低温ポリシリコンと称する。

【００１４】低温ポリシリコン膜を作製する技術として
は、レーザー照射による方法と加熱による方法とに大別
することができる。

【００１５】レーザー照射による方法は、レーザー光が
非晶質珪素膜の表面近傍で直接吸収される関係上、非晶
質珪素膜の表面が瞬間的に加熱されるのみで、全体が加
熱ことがない。従って、レーザー光の照射は、実質的に
加熱を行わない工程とすることができる。

【００１６】しかし、この方法は、レーザー発振器の安
定性に問題があり、また大面積に対応させることにも問
題がある。また、得られる結晶性珪素膜の結晶性も十分
なものではない。

【００１７】他方、加熱による方法は、ガラス基板が耐
えるような温度での加熱処理では、必要とする結晶性珪
素膜を得ることができないのが現状である。

【００１８】このような現状の問題点を改善する技術と
して、本出願人による特開平６−２６８２１２号に記載
された技術がある。

【００１９】この技術は、ニッケルに代表される珪素の
結晶化を助長する金属元素を非晶質珪素膜の表面に接し
て保持させ、その後に加熱処理を行うことで、従来より
も低温でしかもガラス基板が耐える温度でもって、必要
とする結晶性を有した結晶性珪素膜を得ることができる
技術である。

【００２０】このニッケルを利用する結晶化技術は、ガ
ラス基板が耐えるようなより低温での加熱処理によっ
て、必要とする結晶性を有した結晶性珪素膜を得ること
ができる有用なものである。

【００２１】しかし、結晶化に利用したニッケルが活性
層中に残留することが避けられず、そのことがＴＦＴの
特性の不安定性や信頼性の低下を招いていた。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】本明細書で開示する発
明は、上述した珪素の結晶化を助長する金属元素を用い
た結晶性珪素膜を得る技術において、得られる珪素膜中
に残留するニッケル元素の影響を排除する構成を提供す
ることを課題とする。

【００２３】

【課題を解決するために手段】本明細書で開示する発明
の一つは、珪素の結晶化を助長する金属元素の作用によ
り結晶化された珪素膜を形成する工程と、該珪素膜の少
なくとも一部の表面にバリア膜を形成する工程と、該バ
リア膜上び１５族の元素を含有させた珪素膜を成膜する
工程と、加熱処理を施し、前記金属元素を前記珪素膜か
ら前記１５族の元素を含有させた珪素膜に移動させる工
程と、前記１５族の元素を含有させた珪素膜を除去する
工程と、を有することを特徴とする半導膜の作製方法で
ある。

【００２４】上記の発明において、珪素の結晶化を助
長する金属元素としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｐ
ｂ、Ｉｎから選ばれた一種または複数種類のものを用い
ることができる。

【００２５】しかし珪素の結晶化を助長する金属元素と
して、Ｎｉを利用することが特に好ましい。Ｎｉを利用
した場合に本明細書に開示する発明を最も顕著に得るこ
とができる。

【００２６】バリア膜としては、酸化膜、窒化膜、酸化
窒化珪素膜から選ばれた膜を利用することができる。酸
化膜としては、自然酸化膜、熱酸化膜、プラズマＣＶＤ
法で成膜された酸化珪素膜等を用いることができる。

【００２７】このバリア膜は、後の珪素膜のエッチング
に際してエッチングストッパーとして利用される。よっ
てその機能を有していることが重要となる。

【００２８】１５族から選ばれた元素としては、Ｐ、Ａ
ｓ、Ｓｂから選ばれた元素を用いることができる。

【００２９】特に１５族から選ばれた元素としては、Ｐ
（燐）を用いることが最も好ましい。本明細書で開示す
る発明は、結晶化を助長する金属元素してニッケルを用
い、１５族から選ばれた元素として燐を用いた場合に特
に顕著な効果を得ることができる。

【００３０】また当該金属元素を移動させるための加熱
処理は、４５０℃〜７５０℃から選択された温度で行う
ことが重要である。

【００３１】上述した半導体膜を用いて、薄膜トランジ
スタ、さらには薄膜トランジスタを用いた半導体装置を
作製することができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】図１に具体的な作製工程例を示
す。まず、珪素の結晶化を助長する金属元素であるニッ
ケルを１０３で示されるように非晶質珪素膜１０２の表
面に接して保持させる。（図１（Ａ））

【００３３】そして、加熱処理を加えて非晶質珪素膜を
結晶化させ、結晶性珪素膜１０４を得る。この際、珪素
膜１０４中にニッケル元素が拡散する。（図１（Ｂ））

【００３４】さらに熱酸化膜１０５を成膜し、さらに燐
を高濃度に含有した非晶質珪素膜１０６を成膜する。
（図１（Ｃ））

【００３５】次に加熱処理を施し、燐を含有した珪素膜
１０６中に存在するニッケル元素を珪素膜１０６中に移
動させる。

【００３６】そして熱酸化膜１０５をエッチングストッ
パーとしてニッケル元素を吸い上げた珪素膜１０６を除
去する。

【００３７】こうして、ニッケル元素の作用により高い
結晶性が得られ、さらにニッケル元素の濃度が減少させ
られた珪素膜１０４を得ることができる。

【００３８】

【実施例】〔実施例１〕図１に本実施例の作製工程を示
す。本実施例では、ガラス基板上に結晶性珪素膜を作製
する工程を示す。

【００３９】まずガラス基板１０１上に非晶質珪素膜１
０２を減圧熱ＣＶＤ法によって、５０ｎｍの厚さに成膜
する。

【００４０】本実施例では、ガラス基板１０１として
は、コーニング１７３７ガラス基板（歪点６６７℃）を
用いる。一般にガラス基板の耐熱温度は、その歪点を目
安とすることができる。

【００４１】非晶質珪素膜の成膜方法としては、プラズ
マＣＶＤ法を利用してもよい。しかし、結晶化を阻害す
る含有水素量の問題等を考慮した場合、減圧熱ＣＶＤ法
を用いた方が好ましい。

【００４２】なお、本実施例ではガラス基板の表面に直
接非晶質珪素膜を成膜する例をしめすが、非晶質珪素膜
の下地として酸化珪素膜や窒化珪素膜、さらには酸化窒
化珪素膜等を成膜する構成を採用してもよい。

【００４３】非晶質珪素膜を成膜したら、ニッケル濃度
を重量換算で１０ｐｐｍの濃度に調整したニッケル酢酸
塩溶液を塗布し、さらにスピンコーターを用いてスピン
ドライを行い余分な溶液を吹き飛ばす。

【００４４】こうして、図１（Ａ）の１０３で示される
ようにニッケル元素が非晶質珪素膜１０２の表面に接し
て保持された状態を得る。

【００４５】ニッケルの導入方法は、本実施例に示すよ
うな溶液を用いる方法が最も簡便であり、生産性も非常
に高い。また、ニッケル濃度を調整することで簡単にニ
ッケルの導入量を調整できる点でも有利である。

【００４６】他のニッケルの導入方法としては、ＣＶＤ
法、スパッタ法、蒸着法、ガス吸着法、イオン注入法等
の方法を利用することができる。

【００４７】図１（Ａ）に示す状態を得たら、この状態
で加熱処理を行い、非晶質珪素膜１０２を結晶化させ、
図１（Ｂ）に示す結晶性珪素膜１０４を得る。

【００４８】この加熱処理は、窒素雰囲気中において、
６００℃、８時間の条件で行う。この加熱処理は、４５
０℃〜ガラス基板の歪点以下の温度で行うことができ
る。

【００４９】なお一般にニッケルを導入しない場合は、
６００℃、８時間の加熱処理では非晶質珪素膜は結晶化
しない。

【００５０】上記の加熱処理において、非晶質珪素膜１
０２の表面に接して保持されていたニッケル元素は膜中
に拡散する。そしてその際に結晶化が進行する。

【００５１】この工程は、ニッケルを膜中に拡散させる
ことにより、結晶化を促進させるものであるといえる。

【００５２】結晶性珪素膜１０４中には、ニッケル元素
が１×１０¹⁸原子／ｃｍ³〜５×１０¹⁸原子／ｃｍ³程
度の濃度で存在している。この濃度の計測は、ＳＩＭＳ
（２次イオン分析方法によって行った値である。

【００５３】図１（Ｂ）に示すように結晶性珪素膜１０
４を得たら、図１（Ｂ）に示す酸化膜１０５を形成す
る。

【００５４】ここでは、酸素雰囲気中において、６４０
℃、２時間の加熱処理を行い、およそ１０ｎｍの熱酸化
膜１０５を形成する。ここで熱酸化膜を成膜するのは、
熱酸化膜が最も緻密で後にエッチングストッパーとして
の機能を最も効果的に果たすからである。

【００５５】熱酸化膜１０５の膜厚は、２０ｎｍ以下で
あることが好ましい。なお、熱酸化膜の形成時に雰囲気
中に塩素に代表されるハロゲン元素を添加してもよい。

【００５６】熱酸化膜以外には、プラズマＣＶＤ法や熱
ＣＶＤ法で成膜される酸化珪素膜、さらにはプラズマＣ
ＶＤ法で成膜される窒化珪素膜、さらには酸化窒化珪素
膜等を利用することができる。

【００５７】次に燐を高濃度にドーピングした非晶質珪
素膜１０６を２００ｎｍの厚さに成膜する。（図１
（Ｃ））

【００５８】この非晶質珪素膜１０６は以下の条件を満
たしていることが重要である。（１）膜厚が珪素膜１０４の膜厚以上、好ましくは２倍
以上。（２）燐の含有濃度が珪素膜１０４中のニッケル濃度よ
りも高いこと。好ましくは５倍上であること

【００５９】上記（１）及び（２）に要件を満たすこと
により、後の加熱処理において、結晶性珪素膜１０４中
のニッケル元素を効果的に珪素膜１０６中に移動させる
ことができる。

【００６０】ここでは、シランを９８体積％、フォスヒ
ンを２体積％の割合で混合した成膜ガスを用いたプラズ
マＣＶＤ法により、燐が１０²⁰原子／ｃｍ³台の濃度で
含まれる非晶質珪素膜１０６を成膜する。

【００６１】こうして図１（Ｃ）に示す状態を得たら、
次に再度の加熱処理を行う。この工程では、結晶性珪素
膜１０４中のニッケル元素が酸化膜１０５を透過して珪
素膜１０６中に移動する。（図１（Ｄ））

【００６２】図１（Ｄ）に珪素膜１０４から珪素膜１０
６へとニッケル元素が移動する様子を矢印で示す。

【００６３】燐とニッケルとは、多様な結合状態を有
し、しかもその結合状態は非常に安定している。よっ
て、珪素膜１０４から珪素膜１０６に移動したニッケル
元素は、珪素膜１０６中の燐と結合され、そこで固定化
される。即ち、ニッケル元素が珪素膜１０４から珪素膜
１０６へと移動した状態が得られる。

【００６４】これは、ニッケル元素が珪素膜１０４から
珪素膜１０６へとゲッタリングされた状態と見ることも
できる。

【００６５】なお、上記工程において、酸化膜１０５の
膜厚が厚いと、ニッケル元素の移動が阻害されるので注
意が必要である。

【００６６】上記加熱処理は、窒素雰囲気中において、
６００℃、４時間の条件でもって行う。

【００６７】この加熱処理は、４５０℃〜７５０℃の範
囲で行うことができる。この温度範囲以下であるとニッ
ケルの移動が盛んに行われない。また、この温度範囲以
上だと、珪素膜１０６中の燐の移動が顕在化し、ニッケ
ルを珪素膜１０６に移動させ、そこで固定化するという
作用を得ることができない。

【００６８】なお、この工程において非晶質珪素膜１０
６は結晶化するが、このことは特に問題とはならない。

【００６９】こうして珪素膜１０４中のニッケル元素が
珪素膜１０６中に吸い出され、ニッケル濃度が減少した
珪素膜１０４を得ることができる。この珪素膜１０４
は、ニッケルの作用により高い結晶性を有し、しかも膜
中のニッケル濃度を減少させたものとして得られる。

【００７０】次に珪素膜１０６を除去し、図１（Ｅ）に
示す状態を得る。この際、酸化膜１０５がエッチングス
トッパーとして作用する。酸化膜１０５が存在しない
と、結晶性珪素膜１０４までのエッチングされてしま
う。

【００７１】次に酸化膜１０５を除去し、ガラス基板上
に形成された結晶性珪素膜１０４を得る。（図１
（Ｆ））

【００７２】ここでは、酸化膜１０５を除去する例を示
したが、この酸化膜１０５を保護膜として利用し、さら
には後に素子形成の際に利用するために残存させてもよ
い。

【００７３】〔実施例２〕本実施例は、実施例１とは異
なる作製方法により結晶性珪素膜を得る場合の例であ
る。

【００７４】図２の本実施例の作製工程を示す。まず図
２（Ａ）に示すようにコーニング１７３７ガラス基板１
０１上に非晶質珪素膜１０２を減圧熱ＣＶＤ法によって
５０ｎｍの厚さに成膜する。

【００７５】本実施例に示す結晶成長形態を実施する場
合には、出発膜の非晶質珪素膜の成膜方法として減圧熱
ＣＶＤ法を用いることが好ましい。

【００７６】非晶質珪素膜１０２を成膜したら、図示な
い酸化珪素膜を２００ｎｍの厚さに成膜する。そしてこ
の図示しない酸化珪素膜をパターニングすることによ
り、マスク２０１を形成する。このマスク２０１には、
開口２０２が設けられている。

【００７７】この開口２０２は図面の手前側から奥行き
方向へと長手形状を有するスリット形状を有したものと
する。

【００７８】次に重量換算で１０ｐｐｍのニッケル濃度
としたニッケル酢酸塩溶液を塗布しする。そして、スピ
ンコーターを用いて余分なニッケル溶液を吹き飛ばす。

【００７９】こうして２０３で示されるようにニッケル
元素が表面に接して保持された状態を得る。

【００８０】この状態では、開口２０２が設けられてい
る領域において、ニッケル元素が選択的に非晶質珪素膜
１０２の表面に接して保持された状態が得られる。即
ち、非晶質珪素膜１０２の表面の一部において、スリッ
ト形状にニッケル元素が接して保持された状態が得られ
る。

【００８１】こうして図２（Ａ）に示す状態を得る。次
に５６０℃、１４時間の加熱処理を窒素雰囲気中におい
て加える。

【００８２】この工程においては、開口部２０２が設け
られた領域から非晶質珪素膜１０２中にニッケル元素が
拡散し、それに従って図２（Ｂ）の矢印２０３で示され
る方向に向かっての結晶化が進行する。

【００８３】この結晶化は、膜面に平行な方向にしかも
開口２０２の延長方向に垂直な方向に概略平行に行われ
る。この結晶成長を横成長と称する。この結晶成長（横
成長）は、１００μｍ以上に渡って行わすことができ
る。

【００８４】この結晶成長を行わす加熱処理条件は、５
７０℃以下の温度で行うことが好ましい。これは、これ
以上の温度では、自然結晶化（ニッケルの作用によらな
い微小な領域での結晶成長）の影響で、横成長が阻害さ
れるからである。

【００８５】ただし、加熱処理温度低下させると、横成
長自体の成長速度も遅くなるので処理時間が長くなると
いう問題が発生する。

【００８６】図２（Ｂ）に示す結晶成長が終了したら、
酸化珪素膜でなるマスク２０１を除去する。

【００８７】そして図２（Ｃ）に示すように熱酸化膜１
０５を成膜する。成膜条件は実施例１の場合と同じであ
る。さらに実施例１と同様の条件により燐を高濃度に含
んだ非晶質珪素膜１０６を成膜する。

【００８８】この後は実施例１に示した構成に従い図２
（Ｄ）に示すように珪素膜１０４中のニッケル元素を珪
素膜１０６中に移動させる。

【００８９】さらに図２（Ｅ）に示すように珪素膜１０
６を除去し、さらに熱酸化膜１０５を除去する。

【００９０】こうして、横成長というニッケル元素を利
用した場合に得られる特異な結晶成長形態を有し、しか
も膜中のニッケル元素を減少させた結晶性珪素膜を得る
ことができる。

【００９１】〔実施例３〕本実施例は、実施例１または
実施例２に示した作製方法によって得られた結晶性珪素
膜を用いてＴＦＴを作製する場合の例である。

【００９２】まず実施例１または実施例２に示す作製工
程に従って結晶性珪素膜を得る。次にこの結晶性珪素膜
をパターニングし、図３（Ａ）の３０７で示すパターン
を得る。

【００９３】そして、ゲート絶縁膜となる酸化珪素膜３
０８をプラズマＣＶＤ法により１２０ｎｍの厚さに成膜
する。

【００９４】次にゲート電極を構成するための図示しな
いアルミニウム膜をスパッタ法によって、４００ｎｍの
厚さに成膜する。このアルミニウム膜は、スカンジウム
を0.18重量％含有させたターゲットを用いて成膜する。

【００９５】アルミニウム膜中にスカンジウムを含有さ
せるのは、後の工程におけるアルミニウムの異常成長に
起因するヒロックやウィスカーと呼ばれる刺状あるいは
針状の突起物が形成されることを抑制するためである。

【００９６】次にレジストマスク３００を用いて図示し
ないアルミニウム膜をパターニングし、図２（Ａ）に示
すパターン３０９を形成する。

【００９７】次にレジストマスク３００を残存させた状
態でアルミニウムパターン３０９を陽極とした陽極酸化
を行う。

【００９８】この工程では、電解溶液として３％（体
積）の蓚酸を含む水溶液を用い、アルミニウムパターン
を陽極、白金を陰極として両電極間に電流を流す。こう
して陽極酸化膜３１１が形成される。（図３（Ｂ））

【００９９】この工程は、レジストマスク３００を残存
させた状態で行うので、３１１で示されるように陽極酸
化膜は、アルミニウムパターン３０９の側面に形成され
る。なお、３１０で示されるのが、残存したアルミニウ
ム膜パターンである。

【０１００】本実施例では、陽極酸化膜３１１の成長距
離を４００ｎｍとする。本実施例で形成される陽極酸化
膜３１１は、多孔質状（ポーラス状）を有している。

【０１０１】陽極酸化膜３１１を成膜したら、レジスト
マスク３００を除去する。そして、再度の陽極酸化を行
う。この工程では、電解溶液として、３（体積）％の酒
石酸を含んだエチレングリコール溶液をアンモニア水で
中和したものを用いる。

【０１０２】この工程では、多孔質状の陽極酸化膜３１
１の内部に電解溶液が侵入する関係から、３１２で示さ
れるように陽極酸化膜が形成される。

【０１０３】即ち、アルミニウムパターン３１０の表面
に陽極酸化膜１１２が形成される。なお、このアルミニ
ウムパターン３１０が後にゲート電極となる。

【０１０４】この陽極酸化膜３１２の膜厚は、７０ｎｍ
とする。この陽極酸化膜は、緻密な膜質を有したものと
なる。

【０１０５】こうして図３（Ｂ）に示す状態を得る。

【０１０６】次にゲート電極３１０、その周囲の緻密な
膜質を有する陽極酸化膜３１２、さらに多孔質上の陽極
酸化膜３１１をマスクとして、露呈した酸化珪素膜３０
８を除去する。

【０１０７】ここでは、垂直異方性を有するドライエッ
チング法（ＲＩＥ法）を用いて露呈した酸化珪素膜３０
８をエッチング除去する。こうして、図２（Ｃ）に示す
状態を得る。ここで３１３で示される酸化珪素膜（ゲー
ト絶縁膜）が残存する。

【０１０８】次にプラズマドーピング法により、燐のド
ーピングを行う。プラズマドーピング法というのは、ド
ーパント元素を含んだ原料ガスをプラズマ化させ、そこ
から電界によりドーパントイオンを引出し、それを電界
により加速して、被ドーピング領域に加速注入するドー
ピング方法のことをいう。一般にプラズマドーピング法
とは、特に磁場を用いた質量分離を行わない方法のこと
をいう。

【０１０９】他方、ＩＣの作製等で多用されている質量
分離を行い、分離されたドーパントイオンを加速注入す
る方法をイオン注入法と称する。

【０１１０】プラズマドーピング法は、大面積に対応で
きる優位性がある反面、水素等のドーパントガス中に含
まれる他の元素もドーピングされてしまう問題がある。

【０１１１】このドーピングによって、３１４及び３１
６の領域に燐のドーピングが行われる。このドーピング
された領域を便宜上高濃度不純物領域と称する。なお、
３１４及び３１６の領域は後にソース及びドレイン領域
となる。

【０１１２】このドーピングは、通常のソース及びドレ
イン領域を形成するためのドーピング条件でもって行え
ばよい。

【０１１３】また、３１３で示される領域がドーピング
が行われなかった領域として残存する。

【０１１４】次に多孔質状の陽極酸化膜３１１を除去
し、図３（Ｄ）に示すような状態を得る。そして再度の
燐のドーピングをプラズマドーピング法でもって行う。
この工程は、（Ｃ）に示す工程におけるドーピングより
も低ドーズ量でもって行う。

【０１１５】こうして、ソース及びドレイン領域よりも
低ドーズ量でもってドーピングが行われた低濃度不純物
領域３１７及び３１９の領域が形成される。また、ドー
ピングが行われない３１８の領域がチャネル領域として
画定する。（図３（Ｄ））

【０１１６】次にエキシマレーザー光を照射することに
より、被ドーピング領域の活性化を行う。具体的には、
ドーピング時に生じた被ドーピング領域の損傷のアニー
ルと、被ドーピング領域におけるドーパントの活性化と
を行う。

【０１１７】なお、緻密な膜質を有する陽極酸化膜３１
２の膜厚分でもってチャネル領域３１８に隣接して高抵
抗領域が形成されるが、本実施例では、陽極酸化膜３１
２の膜厚が７０ｎｍと薄いので、その存在は無視する。

【０１１８】次に図２（Ｅ）に示すように層間絶縁膜と
して窒化珪素膜３２２をプラズマＣＶＤ法により２５０
ｎｍの厚さに成膜する。さらにアクリル樹脂膜３２３を
スピンコート法を用いて成膜する。アクリル樹脂膜３２
３の膜厚は、最小の部分で７００ｎｍとする。

【０１１９】さらにコンタクトホールの形成を行い、ソ
ース電極３２４とドレイン電極３２５とを形成する。こ
うして図３（Ｅ）に示すＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を
完成させる。

【０１２０】こうして、従来よりも高い結晶性を有した
活性層をガラス基板上に形成することができ、高い特性
を有したＴＦＴを得ることができる。

【０１２１】〔実施例４〕本実施例は、実施例１または
実施例２に示す作製工程において、ニッケルのゲッタリ
ングを行うための珪素膜１０６を活性化させる工程の例
を示す。

【０１２２】まず、実施例１の場合について説明する。
この場合、図１（Ｃ）に示す状態において、線状にビー
ム加工されたＫｒＦエキシマレーザー光を非晶質珪素膜
１０６に照射する。

【０１２３】こうすることにより、非晶質珪素膜１０６
中の燐が活性化されて、後のゲッタリング工程における
ゲッタリング効果を高めることができる。

【０１２４】ここではレーザー光を照射する場合の例を
示すが、赤外光を照射することにより、このアニールを
行うのでもよい。

【０１２５】実施例２の場合は、図２（Ｃ）に示す状態
においてレーザー光の照射を行う。または赤外光の照射
を行う。

【０１２６】〔実施例５〕本実施例は、ボトムゲート型
のＴＦＴを作製する場合の例を示す。図４に本実施例の
作製工程を示す。

【０１２７】まず、ガラス基板４０１上にゲート電極４
０２を形成する。本実施例では、ガラス基板上に下地膜
を形成しない場合の例を示す。（図４（Ａ））

【０１２８】ゲート電極４０２は、後の加熱処理工程に
おいて耐えることのできる材料を選ぶことが必要であ
る。ここでは、ゲート電極４０２としてスパッタ法で成
膜された４００ｎｍ厚のタンタル膜を用いる。（図４
（Ａ））

【０１２９】ゲート電極４０２を形成したら、ゲート絶
縁膜となる酸化珪素膜４０３をプラズマＣＶＤ法により
１００ｎｍの厚さに成膜する。

【０１３０】次に非晶質珪素膜４０４をプラズマＣＶＤ
法でもって５０ｎｍの厚さに成膜する。なお、非晶質珪
素膜の成膜方法とては、プラズマＣＶＤ法の代わりに減
圧熱ＣＶＤ法を用いてもよい。

【０１３１】次に露呈している非晶質珪素膜の表面の全
面にニッケル酢酸塩溶液を塗布し、４０５で示されるよ
うにニッケル元素が接して保持された状態を得る。（図
４（Ａ））

【０１３２】ここでは、非晶質珪素膜の表面の全面にニ
ッケル元素を導入する例を示すが、マスクを設けて選択
的にニッケルを導入し、横成長を行わす構成としてもよ
い。

【０１３３】次に６００℃、８時間の加熱処理を加えて
非晶質珪素膜４０４を結晶化させ、結晶性珪素膜４０６
を得る。（図４（Ｂ））

【０１３４】次に酸化珪素膜でなる熱酸化膜４０７を１
０ｎｍの厚さに成膜する。さらに燐を高濃度にドーピン
グした非晶質珪素膜４０８をプラズマＣＶＤ法により、
２００ｎｍの厚さに成膜する。

【０１３５】ここで、非晶質珪素膜４０８は、シランを
９９体積％、フォスフィンを１体積％の割合で混合させ
た成膜ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により成膜する。

【０１３６】次に６００℃、２時間の加熱処理を施すこ
とにより、結晶性珪素膜４０６中のニッケル元素を非晶
質珪素膜４０８中に移動させる。即ち、結晶性珪素膜４
０６中のニッケル元素を非晶質珪素膜４０８中にゲッタ
リングさせる。

【０１３７】次に非晶質珪素膜４０８と熱酸化膜４０７
を除去する。そして、結晶性珪素膜４０６をパターニン
グして、４１０で示されるパターンを得る。この４１０
で示される結晶性珪素膜のパターンがＴＦＴの活性層と
なる。（図４（Ｃ））

【０１３８】次に酸化珪素膜でなるマスク４０６を除去
する。そして、図示しないドーピング用のマスクを設け
て、活性層に対して選択的に燐のドーピングを行う。

【０１３９】この工程で４１１及び４１３の領域に燐が
ドーピングされる。なお、本実施例では、Ｎチャネル型
のＴＦＴを作製する場合の例を示すが、Ｐチャネル型の
ＴＦＴを作製するのであれば、ボロンのドーピングを行
えばよい。

【０１４０】ドーピングの終了後、レーザーアニールを
行い、被ドーピング領域の活性化を行う。

【０１４１】こうして、ソース領域４１１、チャネル領
域４１２、ドレイン領域４１３を形成する。（図４
（Ｄ））

【０１４２】次に層間絶縁膜として窒化珪素膜４１４を
プラズマＣＶＤ法により、３００ｎｍの厚さに成膜す
る。さらにアクリル樹脂膜４１５をスピンコート法によ
って成膜する。

【０１４３】アクリル樹脂膜以外には、ポリイミド、ポ
リアミド、ポリイミドアミド、エポキシ等の樹脂材料を
用いることができる。

【０１４４】層間絶縁膜を成膜したら、コンタクトホー
ルの形成を行い、ソース電極４１６及びドレイン電極４
１７を形成する。こうして図４（Ｄ）に示すボトムゲー
ト型のＴＦＴを完成させる。

【０１４５】〔実施例６〕本実施例では、ＴＦＴを利用
した集積回路の例を示す。集積回路の例としては、ＣＰ
Ｕ、メモリ、各種演算回路、増幅回路、スイッチ回路等
を挙げることができる。図５にＴＦＴを利用した集積回
路の概要及びその一部の断面を示す。

【０１４６】〔実施例７〕本明細書で開示する薄膜トラ
ンジスタは、各種フラットパネルディスプレイやフラッ
トパネルディスプレイを備えた情報処理端末やビデオカ
メラ等に利用することができる。本明細書では、これら
の装置を総称して半導体装置と称する。

【０１４７】以下において各種装置の具体的な構成の例
を示す。図６に各種半導体装置の例を示す。これらの半
導体装置は、ＴＦＴを少なくとも一部に用いている。

【０１４８】図６（Ａ）に示すのは、携帯型の情報処理
端末である。この情報処理端末は、本体２００１にアク
ティブマトリクス型の液晶ディスプレイまたはアクティ
ブマトリクス型のＥＬディスプレイを備え、さらに外部
から情報を取り込むためのカメラ部２００２を備えてい
る。また内部に集積回路２００６を備えている。

【０１４９】カメラ部２００２には、受像部２００３と
操作スイッチ２００４が配置されている。

【０１５０】情報処理端末は、今後益々その携帯性を向
上させるために薄く、また軽くなるもと考えられてい
る。

【０１５１】このような構成においては、アクティブマ
トリクス型のディスプレイ２００５が形成された基板上
周辺駆動回路や演算回路や記憶回路がＴＦＴでもって集
積化されることが好ましい。

【０１５２】図６（Ｂ）に示すのは、ヘッドマウントデ
ィスプレイである。この装置は、アクティブマトリクス
型の液晶ディスプレイやＥＬディスプレイ２１０２を本
体２１０１に備えている。また、本体２１０１は、バン
ド２１０３で頭に装着できるようになっている。

【０１５３】図６（Ｃ）に示すのは、カーナビゲション
システムであって、人工衛星からの信号をアンテナ２２
０４で受け、その信号に基づいて本体２２０１に備えら
れたアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ２２０
２に地理情報を表示する機能を有している。

【０１５４】ディスプレイ２２０２として、ＥＬ型の表
示装置を採用することもできる。いずれの場合でもディ
スプレイは、ＴＦＴを利用したアクティブマトリクス型
のフラットパネルディスプレイとする。

【０１５５】また、本体２２０１には操作スイッチ２２
０３が備えられており、各種操作を行うことができる。

【０１５６】図６（Ｄ）に示すのは、携帯電話である。
この装置は、本体２３０１にアクティブマトリクス型の
液晶表示装置２３０４、操作スイッチ２３０５、音声入
力部２３０３、音声出力部２３０２、アンテナ２３０６
を備えている。

【０１５７】また、最近は、（Ａ）に示す携帯型情報処
理端末と（Ｄ）に示す携帯電話とを組み合わせたような
構成も商品化されている。

【０１５８】図６（Ｅ）に示すのは、携帯型のビデオカ
メラである。これは、本体２４０１に受像部２４０６、
音声入力部２４０３、操作スイッチ２４０４、アクティ
ブマトリクス型の液晶ディスプレイ２４０２、バッテリ
ー２４０５を備えている。

【０１５９】図６（Ｆ）に示すのは、リアプロジェクシ
ン型の液晶表示装置である。この構成は、本体２５０１
に投影用のスクリーンを備えた構造となっている。表示
は、光源２５０２からの光を偏光ビームスプリッタ２５
０４で分離し、この分離された光を反射型の液晶表示装
置２５０３で光学変調し、この光学変調された画像を反
射してリフレクター２５０５、２５０６で反射し、それ
をスクリーン２５０７に投影するものである。

【０１６０】ここでは、液晶表示装置２５０３として反
射型のものを用いる例を示した。しかし、ここに透過型
の液晶表示装置を用いてもよい。この場合、光学系を変
更すればよい。

【０１６１】またここでは、主に液晶表示装置の例を示
したが、アクティブマトリクス型の表示装置として、Ｅ
Ｌ表示装置を採用するのでもよい。

【０１６２】〔実施例８〕本実施例は、他の実施例の構
成において、珪素膜としてＳｉ_XＧｅ_1-x（０＜Ｘ＜
１）で示される膜を用いる場合の例である。

【０１６３】例えば実施例の１の場合は、１０２で非晶
質珪素膜をＳｉ_XＧｅ_1-x（０＜Ｘ＜１）で示される膜
とすることができる。また、燐がドーピングされた膜１
０６をＳｉ_XＧｅ_1-x（０＜Ｘ＜１）で示される膜とす
ることもできる。

【０１６４】

【発明の効果】本明細書で開示する発明を利用すること
で、珪素の結晶化を助長する金属元素を用いた結晶性珪
素膜を得る技術において、得られる珪素膜中に残留する
ニッケル元素の影響を排除する構成を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】結晶性珪素膜を得る工程を示す図。

【図２】結晶性珪素膜を得る工程を示す図。

【図３】ＴＦＴの作製工程を示す図。

【図４】ＴＦＴの作製工程を示す図。

【図５】ＴＦＴを利用した集積回路を示す概略図。

【図６】ＴＦＴを利用した装置の概要を示す図。

【符号の説明】

１０１ガラス基板１０２非晶質珪素膜１０３表面に接して保持されたニッケル元素１０４結晶性珪素膜１０５熱酸化膜１０６燐を高濃度にドーピングした非晶質珪素膜２０１酸化珪素膜でなるマスク２０２マスク２０１に形成された開口部２０３表面に接して保持されたニッケル元素

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の非晶質半導体膜に珪素の結晶化を助
長する金属元素を導入し、前記第１の非晶質半導体膜を
加熱して結晶性半導体膜を形成し、前記結晶性半導体膜
上に周期表の１５族に属する元素を含有する第２の非晶
質半導体膜を形成し、前記第２の非晶質半導体膜にレー
ザー光を照射することを特徴とする結晶性半導体膜の作
製方法。
【請求項２】第１の非晶質半導体膜に珪素の結晶化を助
長する金属元素を導入し、前記第１の非晶質半導体膜を
加熱して結晶性半導体膜を形成し、前記結晶性半導体膜
上にバリア膜を形成し、前記バリア膜上に周期表の１５
族に属する元素を含有する第２の非晶質半導体膜を形成
し、前記第２の非晶質半導体膜にレーザー光を照射する
ことを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項３】第１の非晶質半導体膜に珪素の結晶化を助
長する金属元素を導入し、前記第１の非晶質半導体膜を
加熱して結晶性半導体膜を形成し、前記結晶性半導体膜
上に周期表の１５族に属する元素を含有する第２の非晶
質半導体膜を形成し、前記第２の非晶質半導体膜に赤外
光を照射することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方
法。
【請求項４】第１の非晶質半導体膜に珪素の結晶化を助
長する金属元素を導入し、前記第１の非晶質半導体膜を
加熱して結晶性半導体膜を形成し、前記結晶性半導体膜
上にバリア膜を形成し、前記バリア膜上に周期表の１５
族に属する元素を含有する第２の非晶質半導体膜を形成
し、前記第２の非晶質半導体膜に赤外光を照射すること
を特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか一におい
て、前記周期表の１５族に属する元素は、リン、砒素も
しくはアンチモンであることを特徴とする結晶性半導体
膜の作製方法。
【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれか一におい
て、前記第１の非晶質半導体膜は、非晶質珪素膜である
ことを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項７】請求項１乃至請求項６のいずれか一におい
て、前記珪素の結晶化を助長する金属元素は、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＣｕもしくはＡｕである
ことを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項８】請求項１乃至請求項７のいずれか一におい
て、前記第２の非晶質半導体膜の膜厚は、前記第１の非
晶質半導体膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする結晶性
半導体膜の作製方法。
【請求項９】請求項１乃至請求項８のいずれか一におい
て、前記第２の非晶質半導体膜は、Ｓｉ_XＧｅ_1-X（０＜
X＜１）であることを特徴とする結晶性半導体膜の作製
方法。
【請求項１０】請求項１乃至請求項９のいずれか一にお
いて、前記第２の非晶質半導体膜に含有された周期表の
１５族に属する元素の濃度は、前記珪素の結晶化を助長
する金属元素の濃度よりも高いことを特徴とする結晶性
半導体膜の作製方法。
【請求項１１】請求項１乃至請求項１０のいずれか一に
おいて、前記バリア膜は、酸化珪素膜、窒化珪素膜もし
くは酸化窒化珪素膜であることを特徴とする結晶性半導
体膜の作製方法。
【請求項１２】請求項１乃至請求項１１のいずれか一に
おいて、前記周期表の１５族に属する元素は、前記第２
の非晶質半導体膜にドーピングされていることを特徴と
する結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項１３】請求項１乃至請求項１２のいずれか一に
記載の作製方法によって形成された結晶性半導体膜を用
いることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項１４】請求項１乃至請求項１２のいずれか一に
記載の作製方法によって形成された結晶性半導体膜を用
いることを特徴とするボトムゲート型の薄膜トランジス
タ。
【請求項１５】請求項１３または請求項１４に記載の薄
膜トランジスタを用いたことを特徴とする液晶表示装
置。
【請求項１６】請求項１３または請求項１４に記載の薄
膜トランジスタを用いたことを特徴とするＥＬ表示装
置。
【請求項１７】請求項１３または請求項１４に記載の薄
膜トランジスタを用いたことを特徴とする半導体装置。