JP2004119867A

JP2004119867A - 半導体装置の作製方法

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Publication number: JP2004119867A
Application number: JP2002284047A
Authority: JP
Inventors: Shinji Maekawa; 前川　慎志
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】ケイ素を含む半導体膜中から触媒元素を効率良く除去するための技術を提供する。
【解決手段】ケイ素を含む非晶質半導体膜を形成し、触媒元素を添加して結晶化する。得られた結晶質半導体膜に捕獲元素を選択的に導入し、ゲッタリング領域を形成する。ここで第１の加熱処理を５５０〜６３０℃の温度条件で行い、続いて第２の加熱処理を６４０〜９５０℃の温度条件で行うことにより、結晶質半導体膜中の触媒元素をゲッタリンク領域に移動させる。このゲッタリング工程により、触媒元素が充分に低減された結晶質半導体膜を得ることが可能となる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁体表面に形成された半導体膜を活性層として作製した半導体装置の作製方法に関する。特に、ケイ素を含む結晶質半導体膜を利用した薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下、ＴＦＴとする）の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体膜を用いた半導体素子としてＴＦＴが各集積回路に用いられている。また、非晶質構造を有する半導体膜よりも、結晶構造を有する半導体膜を活性層に用いたＴＦＴの方が、駆動能力が高く、画像表示装置のスイッチング素子としてだけでなく、駆動回路の素子としても用いられている。
【０００３】
結晶構造を有する半導体膜の作製方法としては、ニッケルなどの非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素を添加する方法が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。この方法で作成される半導体膜は結晶性が良く、このような半導体膜でＴＦＴを形成すると、電界効果移動度の向上と、電気的特性の向上が可能となる。
【０００４】
しかし、このようにして得られる半導体膜をデバイスとして用いるとき、活性層中に１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の触媒元素が存在している場合、オフ電流値の上昇が引き起こされる。そのため、デバイスの動作不良が懸念される。そこで、リンなどの１５族の元素を用いたゲッタリング（例えば、特許文献２参照）やハロゲン元素を用いたゲッタリング（例えば、特許文献３参照）が、結晶構造を有する半導体膜から結晶化を助長する触媒元素を除去する手段として、本出願人により提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１３０６５２号公報
【特許文献２】
特開平１０−２７０３６３号公報
【特許文献３】
特開平１０−３０１１４７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらの方法を用いてゲッタリングを行うと、半導体膜中の触媒元素濃度は、１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満となり、ＴＦＴ特性において特に目立った問題は見られない。しかし、オフ電流値の上昇などの素子電気特性不良が全く無い訳ではない。このような不良は、表示装置の輝点、半輝点などの表示不良の原因につながっている可能性が非常に高い。
【０００７】
また、ゲッタリング処理が充分に行われていない場合、半導体膜をフッ酸溶液に浸すと、顕微鏡で観察可能な大きさの孔が発生する。これは、半導体膜中に偏析した触媒元素のケイ化物がフッ酸によって除去された跡と考えられる。つまり、半導体膜中に偏析した触媒元素のケイ化物がデバイスの動作不良を引き起こし、さらに、表示装置の表示不良を引き起こしていると考えられる。
【０００８】
また、従来の方法でゲッタリングを行う場合、ファーネスアニール炉にて８〜１２時間の処理が必要であり、処理時間が長いという問題点がある。
【０００９】
本発明は、ケイ素を含む結晶質半導体膜から上記触媒元素を効率良く除去または低減するための技術を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために、本発明は、半導体膜中に存在する触媒元素のゲッタリングの熱処理としてその熱処理の温度のプロファイルを２つに分けて処理を行う。すなわち、第１ステップ＋第２ステップを有する２段階熱処理である。
【００１１】
上記問題点を解決するために、本発明は、絶縁表面を有する基板上にケイ素を含む非晶質半導体膜を形成する第１の工程と、前記ケイ素を含む非晶質半導体膜に結晶化を助長する触媒元素を添加する第２の工程と、前記ケイ素を含む非晶質半導体膜を結晶化してケイ素を含む結晶質半導体膜を形成する第３の工程と、前記ケイ素を含む結晶質半導体膜に捕獲元素を選択的に添加する第４の工程と、第１の熱処理により前記捕獲元素を添加した領域に結晶化を助長する触媒元素をゲッタリングさせる第５の工程と、前記第１の熱処理に続いて前記第１の熱処理よりも高い温度にて第２の熱処理を行い、前記捕獲元素を添加した領域に結晶化を助長する触媒元素をゲッタリングさせる第６の工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供するものである。
【００１２】
また、本発明は、絶縁表面を有する基板上にケイ素を含む非晶質半導体膜を形成する第１の工程と、前記ケイ素を含む非晶質半導体膜に結晶化を助長する触媒元素を添加する第２の工程と、前記ケイ素を含む非晶質半導体膜を結晶化してケイ素を含む結晶質半導体膜を形成する第３の工程と、前記ケイ素を含む結晶質半導体膜に捕獲元素を選択的に添加する第４の工程と、前記結晶化を助長する触媒元素のケイ化物の酸化速度がケイ素の酸化速度以下である温度にて第１の熱処理を行い、前記捕獲元素を添加した領域に結晶化を助長する触媒元素をゲッタリングさせる第５の工程と、前記第１の熱処理に続いて前記第１の熱処理よりも高い温度にて第２の熱処理を行い、前記捕獲元素を含む領域に結晶化を助長する触媒元素をゲッタリングさせる第６の工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供するものである。
【００１３】
上記の作製方法において、前記結晶化を助長する触媒元素は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種であることを特徴としている。
【００１４】
また、上記の作製方法において、前記捕獲元素は、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉから選ばれた一種または複数種であることを特徴としている。
【００１５】
また、上記の作製方法において、前記第１の熱処理は、５５０〜６３０℃の温度で行われ、前記第２の熱処理は、６４０〜９５０℃の温度で行われることを特徴としている。
【００１６】
また、上記の作製方法において、前記第１の熱処理および前記第２の熱処理は、窒素ガス或いは不活性ガス雰囲気で行われることを特徴としている。
【００１７】
また、上記の作製方法において、前記第１の熱処理および前記第２の熱処理は、減圧雰囲気或いは大気圧雰囲気で行われることを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
本発明の実施形態について、図１を用いて説明する。
【００１９】
石英基板１００上にケイ素を含む非晶質半導体膜１０１を形成し（図１（Ａ））、触媒元素１０２（例えば、ニッケル）を利用した加熱処理によりケイ素を含む結晶質半導体膜１０３を形成する（図１（Ｂ））。ケイ素を含む非晶質半導体膜の成膜方法としては、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法などを用いることが可能である。
【００２０】
次に、触媒元素濃度を低減させたい領域をレジストや酸化ケイ素膜などからなるマスク１０４で覆い、捕獲元素（例えば、リン）をドーピングし（図１（Ｃ））、捕獲元素を高濃度に含んだゲッタリング領域１０５を形成する。
【００２１】
次に、第１の熱処理を行い、ゲッタリング領域１０５に触媒元素を移動させる（図１（Ｄ））。処理温度は、５５０〜６３０℃で、処理時間は１〜３時間とする。続いて、第２の熱処理を行い、ゲッタリング領域１０６への触媒元素の移動をさらに行う（図１（Ｅ））。ここでの処理温度は、６４０〜９５０℃で、処理時間は１〜５時間とする。ここで、第１の熱処理および第２の熱処理は、ファーネスアニール炉にて窒素ガス或いは不活性ガス雰囲気下で行われる。また、第１の熱処理および第２の熱処理は、減圧雰囲気でも大気圧雰囲気で行っても良い。
【００２２】
ここで、触媒元素としてニッケルを用い、さまざまな熱処理条件にてゲッタリングを行い、活性層中に残留しているニッケルのケイ化物をフッ酸処理して除去し、生じた孔の数を比較した。熱処理時間を同じにした場合、処理温度の高い方が、孔の数が少ないことがわかった。これは、ニッケルの拡散速度が高温ほど速いためと考えられる。また、従来技術にあたる、７００℃、１２時間（減圧雰囲気）の熱処理条件よりも、本発明にあたる、２段階熱処理条件の方が孔の数が少ないことがわかった。
【００２３】
【表１】

【００２４】
また、さまざまな熱処理条件にてゲッタリングを行い、活性層中に残留しているニッケルの濃度をＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合高周波プラズマ分光質量分析）により調べた。１２時間、減圧条件下で温度条件を６００℃、７００℃、８００℃に設定して熱処理を行ったところ、６００℃から７００℃で急激にニッケル濃度が減少した。７００℃と８００℃ではほとんど変わらない値であった。また、８００℃、３時間で、減圧雰囲気と大気圧雰囲気とを比較したところ、減圧雰囲気の方がゲッタリング効率が良いことがわかった。そして、８００℃、３時間（減圧雰囲気）のみの熱処理を行ったときよりも、６００℃、１時間＋８００℃、３時間（減圧雰囲気）の２段階熱処理条件の方がゲッタリング効率が良いことがわかった。また、本結果においても、従来技術にあたる、７００℃、１２時間（減圧雰囲気）の熱処理条件よりも、本発明にあたる、２段階熱処理条件の方がゲッタリング効率が良いことがわかった。
【００２５】
【表２】

【００２６】
上記２つの実験結果より、６００℃、１時間＋８００℃、３時間（減圧雰囲気）の熱処理条件が最もゲッタリング効率が良いと結論付けられる。
【００２７】
これらの結論は、ケイ素および触媒元素のケイ化物の酸化速度と関係付けることができる。ケイ素の酸化速度と触媒元素のケイ化物の酸化速度を比べると、温度の低い状態では、ケイ素の酸化速度の方が速いが、６４０℃付近になるとその値は逆転し、これより温度が高い状態では、触媒元素のケイ化物の酸化速度の方が速くなる事がわかっている。また、触媒元素のケイ化物が酸化され偏析してしまうと、ゲッタリングが困難になってしまう。しかし、触媒元素のケイ化物の方が酸化速度が遅くなる６４０℃以下の温度では、処理時間を長くしても、触媒元素の拡散速度が遅くなるために充分にゲッタリングを行うことができない。
【００２８】
従って、触媒元素のケイ化物の酸化速度が遅い６４０℃より低い温度でまず熱処理を行い、ある程度ゲッタリング領域に触媒元素を拡散させておいた後、熱処理温度を６４０℃以上にあげてさらに拡散を進めることで触媒元素のゲッタリングを充分に行うことが可能となる。
【００２９】
ゲッタリング工程終了後、ゲッタリング領域１０６を除去する（図１（Ｆ））。ゲッタリング領域を除去することにより、ゲッタリング領域１０６から活性層１０７への触媒元素の再拡散を防ぐことができる。除去方法は、ドライエッチング法でもウェットエッチング法でも可能である。
【００３０】
［実施形態２］
ここでは、触媒元素のゲッタリング工程の熱処理にＲＴＡ装置を用いたときの方法を図１を用いて説明する。
【００３１】
ゲッタリング領域を形成する工程までは、実施形態１と同様に行えばよい。ゲッタリング領域１０５を形成後、第１の熱処理を行い、ゲッタリング領域１０５に触媒元素を移動させる（図１（Ｄ））。処理温度は、５５０〜６３０℃で、処理時間は１〜２０分とする。続いて、第２の熱処理を行い、ゲッタリング領域１０５への触媒元素の移動をさらに行う（図１（Ｅ））。ここでの処理温度は、６４０〜９５０℃で、処理時間は０．５〜５分とする。ここで、第１の熱処理および第２の熱処理は、ＲＴＡ装置にて窒素ガス或いは不活性ガス雰囲気下で行われる。
【００３２】
ＲＴＡ装置は瞬時に、かつ、局所的に熱をかけることが特徴である。従って、ＲＴＡ装置にてゲッタリングを行う場合、処理時間が短くなるため、石英基板の代わりに高温で長時間の処理を行うことができないガラス基板などを用いることが可能となり、コストダウンが期待される。
【００３３】
【実施例】
［実施例１］
本実施例においては、本発明を用いてアクティブマトリクス基板を作製する工程について説明する。なお、本明細書において、アクティブマトリクス基板とは駆動回路および画素部（ＴＦＴおよび保持容量を有する）が同一基板上に作製された基板のことをいう。
【００３４】
まず、基板（石英基板）２００の絶縁表面に多結晶質ケイ素膜およびＷＳｉ_ｘ膜を積層し、これらの膜を所望の形状にパターニングして基板裏側からの光を遮光するための下部遮光膜２０１を形成する。下部遮光膜を形成する膜としては、多結晶質ケイ素膜、ＷＳｉ_ｘ（ｘ＝２．０〜２．８）膜、Ａｌ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ等の導電性材料からなる膜のいずれか一種または複数種を成膜すればよい。なお、下部遮光膜２０１は、ゲート線としての機能も果たす。本実施例では、多結晶質ケイ素膜を下部遮光膜２０１ａとして膜厚５０ｎｍ、ＷＳｉ_ｘ膜を第２下部遮光膜２０１ｂとして膜厚１００ｎｍで積層して形成した。以下では、下部遮光膜
２０１をゲート線２０１と称する（図２（Ａ））。
【００３５】
次いで、ゲート線２０１を覆う下地絶縁膜２０２を形成する。下地絶縁膜２０２は、ケイ素を含む絶縁膜（例えば、酸化ケイ素膜、酸化窒化ケイ素膜、窒化ケイ素膜等）をプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法などで形成する（図２（Ａ））。
【００３６】
次いで、下地絶縁膜２０２上に、非晶質ケイ素膜をプラズマＣＶＤ法または減圧ＣＶＤ法を用いて１０〜７５ｎｍ（好ましくは１５〜４５ｎｍ）の厚さに形成する。なお、非晶質ケイ素膜以外にもケイ素を含む非晶質半導体膜、例えばＳｉ_ＸＧｅ_１−Ｘ（０＜Ｘ＜１）を用いることもできる（図２（Ａ））。
【００３７】
次いで、非晶質ケイ素膜２０３を結晶化する。まず、非晶質ケイ素膜２０３に結晶化を促進する作用を有する触媒元素（例えばニッケル）を含有する触媒元素含有層２０４を形成する。続いて、窒素雰囲気において６００℃（５００〜７００℃）、１２時間（４〜１２時間）の加熱処理を行って、結晶質ケイ素膜２０５を形成する。なお、触媒元素含有層２０４を形成した後、非晶質ケイ素膜２０３中に含まれる水素を低減するために、４５０℃で１時間、水素出しのための加熱処理を行ってもよい。また、結晶化のための加熱処理後、結晶質ケイ素膜の結晶性をさらに向上させるために、レーザー照射を行ってもよい。
【００３８】
次に、触媒元素濃度を低減させたい領域にマスク２０６を形成し、捕獲元素であるリンのドーピングを行う。プラズマドーピング法を用い、ＲＦ電力を２０Ｗ、加速電圧を５〜３０ｋｅＶとし、ドーズ量を１×１０^１３〜８×１０^１５ｉｏｎｓ／ｃｍ^２で行えばよい。ちなみに、この条件でドーズ量を５×１０^１４ｉｏｎｓ／ｃｍ^２としたとき、添加されるリンの濃度は、約４×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３となる。また、リンの代わりにヒ素を用いることも可能である（図１（Ｂ））。
【００３９】
リンのドーピング工程が終了したら、ゲッタリングのための加熱処理をファーネスアニール炉にて行う。まず、第１の熱処理として、窒素雰囲気中で５５０〜６３０℃、１〜３時間（本実施例では６００℃、１時間）の加熱処理を行いゲッタリング領域２０８に触媒元素を移動させる（図２（Ｃ））。
【００４０】
続いて、第２の熱処理として、窒素雰囲気中で６４０〜９５０℃、１〜５時間（本実施例では８００℃、３時間）の加熱処理を行い、ゲッタリング領域２０８への触媒元素の移動をさらに行う（図２（Ｃ））。
【００４１】
ここで、第１および第２の加熱処理は、不活性ガス雰囲気中で行うことも可能である。また、第１および第２の加熱処理は、減圧雰囲気でも大気圧雰囲気で行っても良い。
【００４２】
以上の加熱処理により得られた結晶質ケイ素膜を所望の形状にパターニングして、後のＴＦＴの活性層となる半導体層２０９を形成する。
【００４３】
次いで、半導体層２０９を覆うゲート絶縁膜２１０を形成する（図２（Ｄ））。続いて、ゲート絶縁膜２１０を介してｐ型を付与する不純物元素（以下、ｐ型不純物元素とする）を添加する。ｐ型不純物元素としては、代表的に周期表の１３族に属する元素、典型的にはボロンまたはガリウムを用いることができる。この工程（チャネルドープ工程という）はＴＦＴのしきい値電圧を制御するための工程である。この工程により、後のＴＦＴの活性層となる半導体層２０９に１×１０^１５〜１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（代表的には、５×１０^１６〜５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）の濃度でｐ型不純物元素が添加される。
【００４４】
次いで、レジストからなるマスクを形成し、ｎ型不純物元素（本実施例では、リン）を添加して、高濃度にリンを含む不純物領域２１１を形成する。この領域には、リンが１×１０^２０〜５×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、代表的には２×１０^２０〜１×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の濃度が含まれるようにする。
【００４５】
続いて、下地絶縁膜にゲート線２０１に達するコンタクトホールを形成する。その後、ゲート電極となる導電膜を形成する。なお、ゲート電極は、単層の導電膜で形成してもよいが、必要に応じて２層、３層といった積層膜とすることが好ましい。本実施例では、導電膜（Ａ）２１２および導電膜（Ｂ）２１３からなる積層膜を形成する（図３（Ａ））。
【００４６】
本実施例では、導電膜（Ａ）２１２としてＴａＮ膜、導電膜（Ｂ）２１３としてＷ膜を用いるが、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、ケイ素（Ｓｉ）から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする導電膜（代表的には、窒化タンタル膜、窒化タングステン膜、窒化チタン膜等）、または前記元素を組み合わせた合金膜（代表的にはＭｏ−Ｗ合金膜、Ｍｏ−Ｔａ合金膜、ＷＳｉ_ｘ膜等）を用いることができる。なお、導電膜（Ａ）２１２は、１０〜５０ｎｍ（好ましくは、２０〜３０ｎｍ）とし、導電膜（Ｂ）２１３は２００〜４００ｎｍ（好ましくは、２５０〜３５０ｎｍ）の厚さで成膜すればよい。その後、導電膜（Ａ）２１２および導電膜（Ｂ）２１３を所望の形状にパターニングして、ゲート電極２１４、ソース線２１５および容量電極２１６を形成する（図３（Ｂ））。
【００４７】
次いで、ゲート電極２１４をマスクとして用いて、ｎ型を付与する不純物元素（以下、ｎ型不純物元素とする）を後のＴＦＴの活性層となる半導体層に添加する。ｎ型不純物元素としては、周期表の１５族に属する元素、典型的にはリンまたはヒ素を用いることができる。このｎ型不純物元素が添加された領域は、ＬＤＤ領域２１７として機能させるための低濃度不純物領域であり、ｎ型不純物元素が１×１０^１６〜５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（代表的には、１×１０^１７〜５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）の濃度で含まれている。
【００４８】
次いで、後のｎチャネル型ＴＦＴとなる領域をマスクで覆い、後のｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層にｐ型不純物元素としてボロンを３×１０^２０〜３×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、代表的には５×１０^２０〜１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の濃度が含まれるように添加する（図示せず）。
【００４９】
次に、第１層間絶縁膜２１８として窒化ケイ素膜、酸化ケイ素膜または窒化酸化ケイ素膜を５０〜５００ｎｍ、代表的には２００〜３００ｎｍの厚さで形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法で、２００ｎｍ厚の窒化酸化ケイ素膜を形成した（図３（Ｂ））。
【００５０】
その後、それぞれの半導体層にそれぞれの濃度で添加されたｎ型およびｐ型の不純物元素を活性化するための加熱処理を行った。この工程は、電気炉を用いたアニール法、レーザーアニール法、ランプアニール法またはそれらを併用して行うことができる。電気炉を用いたアニール法を行う場合は、不活性ガス雰囲気中において、５５０〜１０００℃で行えばよい。
【００５１】
なお、本実施例でゲート電極として用いている導電膜は、非常に酸化されやすく、酸化すると抵抗率が上がってしまうという問題があった。そこで、本実施形態における活性化のための加熱処理は、ロータリーポンプおよびメカニカルブースターポンプにより排気を行って雰囲気中の酸素濃度を低減し、減圧の雰囲気下で加熱処理を行うことが好ましい。
【００５２】
次いで、熱的に励起された水素により活性層中のダングリングボンドを終端する水素化のため、水素雰囲気中で、４１０℃で１時間の加熱処理を行う。水素化の他の手段として、プラズマにより励起された水素を用いるプラズマ水素化を行ってもよい。
【００５３】
なお、第２層間絶縁膜２１９を無機絶縁膜を用いて形成する場合には、水素化のための加熱処理は、保持容量の誘電体となる絶縁膜を形成した後に行ってもよい。
【００５４】
次いで、第２層間絶縁膜２１９を膜厚５００〜１０００ｎｍ（本実施例では８００ｎｍ）に形成する。第２層間絶縁膜としては、アクリル、ポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）といった有機絶縁膜、もしくは、酸化窒化ケイ素膜もしくは窒化酸化ケイ素膜といった無機絶縁膜を用いればよい。
【００５５】
続いて、半導体層２０９に達するコンタクトホールをゲート絶縁膜２１０、第１層間絶縁膜２１８および第２層間絶縁膜２１９に、ソース線２１５および容量電極２１６に達するコンタクトホールを第１層間絶縁膜２１８および第２層間絶縁膜２１９に形成する。次いで、それぞれのＴＦＴを電気的に接続する配線およびＴＦＴ（チャネル形成領域）を遮光するための遮光膜を形成するために導電膜を形成し、所望の形状にパターニングして配線２２０、２２１および上部遮光膜２２２を形成する（図３（Ｃ））。配線材料としては、チタン（Ｔｉ）を主成分とする導電膜を膜厚５０〜１００ｎｍに成膜した後、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする導電膜を膜厚３００〜５００ｎｍに成膜する積層構造とすればよい。なお、配線および遮光膜を形成するための導電膜としては、タンタル（Ｔａ）を主成分とする膜、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする導電膜またはチタン（Ｔｉ）を主成分とする膜のいずれかを積層させて形成すればよい。
【００５６】
次に、遮光膜２２２の表面に陽極酸化法またはプラズマ酸化法（本実施例では陽極酸化法）により２０〜１００ｎｍ（好ましくは３０〜５０ｎｍ）の厚さの酸化膜２２３を形成する。本実施例では遮光膜２２２としてチタンを主成分とする膜とアルミニウムを主成分とする膜とを積層して用いており、最上層にあるアルミニウムを主成分とする膜が陽極酸化され、陽極酸化絶縁膜２２３として酸化アルミニウム膜（アルミナ膜）が形成される。この酸化絶縁膜２２３を保持容量の誘電体として用いる。なお、タンタル（Ｔａ）またはチタン（Ｔｉ）を陽極酸化して得られる酸化絶縁膜も誘電率が高いため、保持容量の誘電体として好適に用いることができる（図４（Ａ））。
【００５７】
なお、この陽極酸化工程で陽極酸化されるのは、遮光膜２２２だけである。配線２２０、２２１は遮光膜２２２と接続していないため、陽極酸化膜が形成されることはない。また、陽極酸化の際にＴＦＴに電流が流れることもないためＴＦＴの劣化を防ぐことができる。
【００５８】
また、ここでは陽極酸化法を用いて遮光膜表面のみに絶縁膜を設ける構成としたが、絶縁膜をプラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法またはスパッタ法などの気相法によって形成しても良い。また、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ　Ｌｉｋｅ　Ｃａｒｂｏｎ）膜、酸化タンタル膜または有機絶縁膜を用いても良い。さらに、これらを組み合わせた積層膜を用いても良い。
【００５９】
酸化絶縁膜２２３を形成した後、積層構造となっている配線２２０、２２１の２層目のアルミニウムを主成分とする導電膜を除去する。アルミニウムを主成分とする導電膜の除去には、アルミニウムのエッチング液（混酸アルミ液；和光純薬工業株式会社製、硝酸：２．０％、酢酸：９．８％、リン酸：７２．３％含有）を用いることができる。
【００６０】
次いで、第３層間絶縁膜２２４を形成する。第３層間絶縁膜２２４は、平坦化する必要があるため、ポリイミド、アクリルといった有機絶縁膜を用いて膜厚１．５μｍに形成する。続いて、保持容量となる領域の層間絶縁膜はエッチングして除去し、酸化絶縁膜２２３を露出させる。また、同一の工程において第３層間絶縁膜２２４にドレイン配線２２１に達するコンタクトホールを形成し（図４（Ｂ））、画素電極２２５を形成する（図４（Ｃ））。画素電極２２５は、一部の領域で酸化絶縁膜２２３に接し、遮光膜２２２を下部電極、陽極酸化膜２２３を誘電体、画素電極２２５を上部電極とした第１保持容量２２６が形成される。本実施例では、透過型の液晶表示装置とするために、ＩＴＯ膜（酸化インジウムと酸化スズとの化合物）を用いて、膜厚１００ｎｍでスパッタ法により成膜する。なお、第２保持容量２２７は、半導体層２０９、ゲート絶縁膜２１０および容量電極２１６からなる。
【００６１】
本実施例を用いて形成されたアクティブマトリクス基板に液晶層を配向させる配向膜を形成し、公知のセル組み技術を用いて対向電極および配向膜が形成された対向基板およびアクティブマトリクス基板を貼り合わせた後、液晶を注入し封止することでアクティブマトリクス型液晶表示装置を完成することができる。
【００６２】
また、本発明を用いることで、動作速度の速いＴＦＴを作製することが可能となるため、今まで単結晶シリコン基板で形成されてきたコントローラーやＣＰＵなどの周辺集積回路部も同一基板上に形成することが可能となる。
【００６３】
また、本実施例では、活性層の下側にゲート線を有する構造としたが、その他の構造に関しても、本発明が適応されることは言うまでもない。
【００６４】
［実施例２］
実施例１では、ゲッタリングの熱処理工程をファーネスアニール炉にて行っているが、本実施例では、ランプアニール（ＲＴＡ）装置を用いた場合のアクティブマトリクス基板の作製方法を説明する。
【００６５】
基板２００には、コーニング社の＃７０５９ガラスや＃１７３７ガラスなどに代表されるバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板や石英基板など処理温度に耐えうる基板を用いることができ、捕獲元素のドーピング工程までは、実施例１と同様に行えばよい。
【００６６】
リンのドーピング工程が終了したら、ゲッタリングのための加熱処理をＲＴＡ装置にて行う。まず、第１の熱処理として、窒素雰囲気中で５５０〜６３０℃、１〜２０分の加熱処理を行いゲッタリング領域２０８に触媒元素を移動させる（図２（Ｃ））。
【００６７】
続いて、第２の熱処理として、窒素雰囲気中で６４０〜９５０℃、０．５〜５分の加熱処理を行い、ゲッタリング領域２０８への触媒元素の移動をさらに行う（図２（Ｃ））。
【００６８】
ここで、第１および第２の加熱処理は、不活性ガス雰囲気中で行うことも可能である。
【００６９】
以降の工程は、実施例１と同様に行えばよい。
【００７０】
本実施例によれば、高温において長時間耐えうることができないような基板を用いることが可能となる。
【００７１】
［実施例３］
実施例１および２で作製されたアクティブマトリクス基板を用いて作製されたアクティブマトリクス型液晶表示装置の一例について説明する。
【００７２】
図５において、アクティブマトリクス基板は基板２００上に形成された画素部と駆動回路とその他の信号処理回路とで構成される。画素部にはＴＦＴ（画素ＴＦＴともいう）と保持容量とが設けられ、画素部の周辺に設けられる駆動回路はＣＭＯＳ回路を基本として構成されている。
【００７３】
遮光膜２２２は、ゲート線２０１の上方にゲート線２０１と平行な方向に設けられ、保持容量の下部電極として機能している。ソース線２１５は、ゲート線２０１と垂直な方向に設けられている。
【００７４】
駆動回路からは、それぞれゲート線２０１、ソース線２１５が画素部に延在し、画素ＴＦＴに接続している。また、フレキシブルプリント配線板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　：ＦＰＣ）３０１が外部入力端子３０２に接続していて画像信号などを入力するのに用いる。ＦＰＣ３０１は補強樹脂によって強固に接着されており、接続配線で、それぞれの駆動回路に接続している。また、対向基板３００には図示していないが、透明対向電極が設けられている。
【００７５】
［実施例４］
本発明を実施して形成されたＴＦＴは様々な電気光学装置（代表的にはアクティブマトリクス型液晶ディスプレイ等）に用いることができる。即ち、それら電気光学装置や半導体回路を部品として組み込んだ電子機器全てに本発明を実施できる。
【００７６】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末機器（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの一例を図６に示す。
【００７７】
図６（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体６０１、画像入力部６０２、表示部６０３、キーボード６０４等を含む。本発明を画像入力部６０２、表示部６０３やその他の信号制御回路に適用することができる。
【００７８】
図６（Ｂ）はビデオカメラであり、本体６０５、表示部６０６、音声入力部６０７、操作スイッチ６０８、バッテリー６０９、受像部６１０等を含む。本発明を表示部６０６やその他の信号制御回路に適用することができる。
【００７９】
図６（Ｃ）はディスプレイであり、本体６１２、支持台６１３、表示部６１４等を含む。本発明は表示部６１４に適用することができる。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角１０インチ以上（特に３０インチ以上）のディスプレイには有利である。
【００８０】
図６（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体６１５、表示部６１６、アーム部６１７等を含む。本発明は表示部６１６やその他の信号制御回路に適用することができる。
【００８１】
図６（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体６１８、表示部６１９、スピーカー部６２０、記録媒体６２１、操作スイッチ６２２等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本発明は表示部６１９やその他の信号制御回路に適用することができる。
【００８２】
図６（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体６２３、表示部６２４、接眼部６２５、操作スイッチ６２６、受像部（図示しない）等を含む。本発明を表示部６２４やその他の信号制御回路に適用することができる。
【００８３】
図６（Ｇ）は携帯電話であり、表示用パネル６２７、操作用パネル６２８、接続部６２９、センサー内蔵ディスプレイ６３０、音声出力部６３１、操作キー６３２、電源スイッチ６３３、音声入力部６３４、アンテナ６３５等を含む。本発明をセンサー内蔵ディスプレイ６３０、音声出力部６３１、音声入力部６３４やその他の信号制御回路に適用することができる。
【００８４】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。
【００８５】
【発明の効果】
本発明を用いることにより、従来の技術を用いたゲッタリング処理を行った場合よりも活性層中の残留触媒元素濃度を低減することが可能となる。従って、オフ電流値が低下し、デバイスの動作不良が低減する。また、表示装置においては、輝点、半輝点といった表示不良が低減する。
【００８６】
また、本発明を用いることにより、ゲッタリング熱処理時間の短縮が可能となる。従って、半導体装置作製のスループットの向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のＴＦＴの断面図。
【図２】本実施例１のＴＦＴの断面図。
【図３】本実施例１のＴＦＴの断面図。
【図４】本実施例１のＴＦＴの断面図。
【図５】本実施例３の表示装置の一例を示す図。
【図６】本実施例４の電子機器の一例を示す図。
【符号の説明】
１００　　　　　　　　基板
１０１　　　　　　　　非晶質半導膜
１０２　　　　　　　　触媒元素含有領域
１０３　　　　　　　　結晶質半導体膜
１０４　　　　　　　　マスク
１０５、１０６　　　　　　　捕獲元素を含んだ領域（ゲッタリング領域）
１０７　　　　　　　　活性層

Claims

絶縁表面を有する基板上にケイ素を含む非晶質半導体膜を形成する第１の工程と、
前記ケイ素を含む非晶質半導体膜に結晶化を助長する触媒元素を添加する第２の工程と、
前記ケイ素を含む非晶質半導体膜を結晶化してケイ素を含む結晶質半導体膜を形成する第３の工程と、
前記ケイ素を含む結晶質半導体膜に捕獲元素を選択的に添加する第４の工程と、第１の熱処理により前記捕獲元素を添加した領域に結晶化を助長する触媒元素をゲッタリングさせる第５の工程と、
前記第１の熱処理に続いて前記第１の熱処理よりも高い温度にて第２の熱処理を行い、前記捕獲元素を添加した領域に結晶化を助長する触媒元素をゲッタリングさせる第６の工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
絶縁表面を有する基板上にケイ素を含む非晶質半導体膜を形成する第１の工程と、
前記ケイ素を含む非晶質半導体膜に結晶化を助長する触媒元素を添加する第２の工程と、
前記ケイ素を含む非晶質半導体膜を結晶化してケイ素を含む結晶質半導体膜を形成する第３の工程と、
前記ケイ素を含む結晶質半導体膜に捕獲元素を選択的に添加する第４の工程と、前記結晶化を助長する触媒元素のケイ化物の酸化速度がケイ素の酸化速度以下である温度にて第１の熱処理を行い、前記捕獲元素を添加した領域に結晶化を助長する触媒元素をゲッタリングさせる第５の工程と、
前記第１の熱処理に続いて前記第１の熱処理よりも高い温度にて第２の熱処理を行い、前記捕獲元素を含む領域に結晶化を助長する触媒元素をゲッタリングさせる第６の工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１または請求項２において、前記結晶化を助長する触媒元素は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１または請求項２において、前記捕獲元素は、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉから選ばれた一種または複数種であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１または請求項２において、前記第１の熱処理は、５５０〜６３０℃の温度で行われ、前記第２の熱処理は、６４０〜９５０℃の温度で行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１または請求項２において、前記第１の熱処理および前記第２の熱処理は、窒素ガス或いは不活性ガス雰囲気で行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１または請求項２において、前記第１の熱処理および前記第２の熱処理は、減圧雰囲気或いは大気圧雰囲気で行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。