JP3090855B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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する半導体装
置およびその製造方法に関する。特に、本発明は、絶縁
基板上に設けられたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を有す
る半導体装置に有効であり、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ー、三次元ＩＣな
どに適用できるものである。

【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ー、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
膜上に高性能な半導体素子を形成する試みがなされてい
る。これらの装置に用いられる半導体素子には、薄膜状
のケイ素半導体層を用いるのが一般的である。

【０００３】この薄膜状のケイ素半導体層としては、非
晶質ケイ素半導体（ａ−Ｓｉ）からなるものと、結晶性
を有するケイ素半導体からなるものの２つに大別され
る。非晶質ケイ素半導体は作製温度が低く、気相法で比
較的容易に作製することが可能で量産性に富むため、最
も一般的に用いられているが、導電性等の物性が結晶性
を有するケイ素半導体に比べて劣る。このため今後より
高速特性を得るためには、結晶性を有するケイ素半導体
からなる半導体装置の作製方法の確立が強く求められて
いる。なお、結晶性を有するケイ素半導体としては、多
結晶ケイ素、微結晶ケイ素、結晶成分を含む非晶質ケイ
素、結晶性と非晶質の中間の状態を有するセミアモルフ
ァスケイ素等が知られている。

【０００４】これら結晶性を有する薄膜状のケイ素半導
体層を得る方法としては、（１）半導体膜の成膜を、該
半導体膜に結晶性を持たせつつ行う、（２）非晶質の半
導体膜を成膜し、その後レーザー光のエネルギーによ
り、該半導体膜を結晶性を有するものにする、（３）非
晶質の半導体膜を成膜し、その後熱エネルギーを加える
ことにより、該半導体膜を結晶性を有するものとする、
といった方法が知られている。

【０００５】しかしながら、（１）の方法では、成膜工
程と同時に結晶化が進行するので、大粒径の結晶性ケイ
素を得るにはケイ素膜の厚膜化が不可欠であり、良好な
半導体物性を有する膜を基板上に全面に渡って均一に成
膜することが技術上困難である。またこの方法では成膜
温度が６００℃以上と高いので、安価なガラス基板が使
用できないというコスト面での問題があった。

【０００６】また、（２）の方法では、溶融固化過程の
結晶化現象を利用するため、小粒径ながら粒界が良好に
処理され、高品質な結晶性ケイ素膜が得られるが、現在
レーザーとして最も一般的に使用されているエキシマレ
ーザーを例にとると、レーザー光の照射面積が小さくス
ループットが低いという問題がまず有る。またレーザー
光による結晶化処理は、大面積基板の全面を均一に処理
するにはレーザーの安定性が充分ではなく、次世代の技
術という感が強い。

【０００７】（３）の方法は、（１）、（２）の方法と
比較すると大面積に対応できるという利点はあるが、結
晶化に際し６００℃以上の高温にて数十時間にわたる加
熱処理が必要である。一方、安価なガラス基板の使用と
スループットの向上を考えると、加熱温度を下げ、さら
に短時間で結晶化させなければならない。このため
（３）の方法では、上記のような相反する問題点を同時
に解決する必要がある。

【０００８】また、（３）の方法では、固相結晶化現象
を利用するため、結晶粒は基板面に平行に拡がり数μｍ
の粒径を持つものさえ現れるが、成長した結晶粒同士が
ぶつかり合って粒界が形成されるため、その粒界がキャ
リアに対するトラップ準位として働き、ＴＦＴの移動度
を低下させる大きな原因となってしまう。

【０００９】上記（３）の方法を利用して、前述の結晶
粒界の問題点を解決する方法が、特開平５−５５１４２
号公報あるいは特開平５−１３６０４８号公報で提案さ
れている。これらの方法では、結晶成長の核となる異物
を非晶質ケイ素膜中に導入して、その後熱処理をするこ
とで、その異物を核とした大粒径の結晶性ケイ素膜を得
ている。

【００１０】前者では、シリコン（Ｓｉ⁺）をイオン注
入法によって非晶質ケイ素膜に導入し、その後熱処理に
より粒径数μｍの結晶粒をもつ多結晶ケイ素膜を得る。
後者では、粒径１０〜１００ｎｍのＳｉ粒子を高圧の窒
素ガスとともに非晶質ケイ素膜に吹きつけて成長核を形
成している。両者とも非晶質ケイ素膜に選択的に異物を
導入し、それを核として結晶成長させた高品質な結晶性
ケイ素膜を利用して半導体素子を形成しているのは同様
である。

【００１１】しかしながら、特開平５−５５１４２号公
報あるいは特開平５−１３６０４８号公報で提案されて
いるこれらの技術では、導入された異物は成長核として
のみ作用する訳であり、結晶成長の際の核発生や結晶成
長方向の制御には有効であるが、結晶化のための加熱処
理工程における上述の問題はなお残る。

【００１２】特開平５−５５１４２号公報では、温度６
００℃で４０時間の加熱処理により結晶化を行ってい
る。また、特開平５−１３６０４８号公報では、加熱温
度６５０℃以上の熱処理を行っている。ゆえに、これら
の技術はＳＯＩ（Silicon-On-Insulator）基板やＳＯＳ
（Silicon-On-Sapphire）基板には有効な技術である
が、これらの技術を用いて安価なガラス基板に結晶性ケ
イ素膜を作製し半導体素子を形成することは困難であ
る。例えば、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に
用いられるコーニング７０５９（コーニング社商品名）
ガラスはガラス歪点が５９３℃であり、基板の大面積化
を考慮した場合、６００℃以上の加熱には問題がある。

【００１３】そこで、本発明者らは、上述のような様々
な問題を解決するために、結晶化に必要な温度の低温化
と処理時間の短縮を両立し、さらには粒界の影響を最小
限に留めた結晶性ケイ素薄膜の作製方法を見いだした。

【００１４】本発明者らの研究によれば、非晶質ケイ素
膜の表面にニッケルやパラジウム等の金属元素を微量に
導入させ、しかる後に加熱することで、５５０℃、４時
間程度の処理時間で結晶化を行えることが判明してい
る。このメカニズムは、まず金属元素を核とした結晶核
発生が加熱処理の早期に起こり、その後その金属元素が
触媒となって結晶成長を助長し、結晶化が急激に進行す
ると理解される。これらの金属元素により結晶化が助長
されて結晶成長した結晶性ケイ素膜は、通常の固相成長
法で結晶化した非晶質ケイ素膜が双晶構造であるのに対
して、何本もの針状結晶あるいは柱状結晶で構成されて
おり、それぞれの針状結晶あるいは柱状結晶内部は理想
的な単結晶状態となっている。

【００１５】このような結晶性ケイ素膜を活性領域に用
いてＴＦＴを作製すると、通常の固相成長法で形成した
結晶性ケイ素膜を用いた場合に比べ、電界効果移動度が
１．２倍程度向上する。また、上記触媒元素を用いた結
晶化処理の後、レーザー光あるいは強光を照射し、その
結晶性を助長することで、その電界効果移動度の差はさ
らに顕著になる。

【００１６】すなわち、結晶性ケイ素膜にレーザー光あ
るいは強光を照射した場合、結晶性ケイ素膜と非晶質ケ
イ素膜との融点の相違から結晶粒界部が集中的に処理さ
れる訳であるが、通常の固相成長法で形成した結晶性ケ
イ素膜では、結晶構造が双晶状態であるため、レーザー
光照射後も結晶粒界内部は双晶欠陥として残る。それに
比べ、金属元素を導入し結晶化した結晶性ケイ素膜は、
針状結晶あるいは柱状結晶で形成されており、その内部
はほぼ単結晶状態であるため、レーザー光あるいは強光
の照射により結晶粒界部が処理されると、基板全面にわ
たって非常に良質の結晶性ケイ素膜が得られる。

【００１７】また、本発明者らは、非晶質ケイ素膜の一
部に選択的に金属元素を導入して加熱処理することによ
り、金属元素が導入されていない部分を非晶質ケイ素膜
の状態として残したまま、金属元素が導入された領域の
みを選択的に結晶化できることを見い出した。さらに、
加熱処理時間を延長することにより、該金属元素が選択
的に導入された領域から横方向、つまり基板表面に対し
て概略平行な方向に結晶成長が行われるという現象を発
見した。

【００１８】この横方向結晶成長領域の内部では、成長
方向が一方向に揃った針状結晶あるいは柱状結晶がひし
めき合っており、金属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、格段に結晶性が良
好な領域となっている。このとき、結晶化に寄与する金
属元素は、針状結晶あるいは柱状結晶の先端部、即ち結
晶成長の先端部に存在している。

【００１９】すなわち、金属元素が結晶化に効率良く機
能していれば、金属元素は結晶化が行われる結晶成長部
のみに存在し、既に結晶化された横方向結晶成長領域に
はほぼ存在しないことになる。従って、横方向に成長し
た結晶性ケイ素膜中の金属元素の濃度は、金属元素が直
接導入され結晶化した領域に比べ、約一桁以上小さい値
となっている。そういう意味からも、この横方向結晶成
長領域を半導体素子の活性領域に用いるメリットは大き
い。

【００２０】さらに、この横方向結晶成長領域にレーザ
ー光または強光を照射すると、針状結晶または柱状結晶
の間の結晶粒界が処理され、ほぼ単結晶状態に近い結晶
性ケイ素膜を得ることができる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な触媒元素を微量に導入するには、プラズマ処理やイオ
ン注入、さらには金属元素を含む溶液を塗布する方法を
利用すればよい。ここでプラズマ処理とは、プラズマＣ
ＶＤ装置において、電極として所望の金属元素を含んだ
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ケイ素膜に金属元素の添加
を行う方法である。

【００２２】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
ましいことでない。

【００２３】即ち、上述のニッケル等の結晶化を助長す
る金属元素は、非晶質ケイ素領域を結晶化させる際には
必要であるが、結晶化したケイ素領域中には極力含まれ
ないようにすることが好ましい。この目的を達成するた
めには、金属元素として結晶性ケイ素領域中で不活性な
傾向が強いものを選ぶと同時に、結晶化に必要な金属元
素の量を極力少なくし、最低限の量で結晶化を行う必要
がある。そしてそのためには、上記金属元素の添加量を
精密に制御して導入する必要があり、さらにその際の処
理法における金属元素の添加量の基板内の均一性、及び
基板間の安定性（再現性）、つまり処理の対象となる基
板間でばらつきが小さいことを確保することが不可決で
ある。

【００２４】また、所望の金属元素としてニッケルを用
いた場合について、非晶質ケイ素膜を成膜し、ニッケル
添加をプラズマ処理法によって行って結晶性ケイ素膜を
作製するプロセスにおける結晶化過程を詳細に検討した
ところ以下の事項が判明した。

【００２５】（１）プラズマ処理によってニッケルを非
晶質ケイ素膜上に導入した場合、熱処理を行う以前に既
に、ニッケルは非晶質ケイ素膜中のかなりの深さの部分
まで侵入している。

【００２６】（２）結晶の初期核は、ニッケルを導入し
た領域の表面から発生している。

【００２７】（３）プラズマ処理によってニッケルを非
晶質ケイ素膜上に導入し結晶化した結晶性ケイ素膜にレ
ーザー光を照射した場合、結晶性ケイ素膜表面に過剰の
ニッケルが析出する。

【００２８】これらの事項から、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。すなわち、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、ニッケルとケイ素が接し
ている接点部分あるいは接触面部分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
ルは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。すなわち、「必要なのは非晶質ケイ素膜
の表面近傍に、低温結晶化が可能な範囲内でかつ可能な
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。

【００２９】以上の理由により、非晶質ケイ素膜の膜中
深くに金属元素が入り込むような方法は不適当であり、
スパッタリング法による薄膜形成やイオン注入による金
属元素導入法もプラズマ処理と同様に問題がある。金属
元素を薄膜として形成する方法であって、非晶質ケイ素
膜表面近傍のみに金属元素が導入される方法としては、
真空蒸着法があるが、この際に非晶質ケイ素膜の結晶化
に必要な金属元素量は、肉眼では見えない程の極薄膜
（厚さ１ｎｍ以下）に対応するものであり、非晶質ケイ
素膜に導入される金属元素量の低濃度制御は非常に困難
である。

【００３０】さて、非晶質ケイ素膜の表面近傍のみに効
率的に極微量のニッケルを導入する方法、言い換えるな
らば、非晶質ケイ素膜の表面近傍のみ結晶化を助長する
金属元素を極微量導入する方法としては、非晶質ケイ素
膜表面に金属元素を溶かせた溶媒をスピナーにより塗布
する方法がある。この方法では、その溶液中のニッケル
濃度を制御することで、容易に非晶質ケイ素膜中に導入
されるニッケル量の管理が容易で、結晶化に必要最小限
の量の金属元素の添加が可能となる。またこの方法を用
いて結晶化した結晶性ケイ素膜にレーザー光を照射した
場合には、ニッケルの析出は起こらず、高品質な結晶性
ケイ素膜が得られる。

【００３１】しかしながら、上記の非晶質ケイ素膜に金
属元素を溶かせた溶媒をスピナーにより塗布する方法で
は、基板内の均一性がよくないという問題点が存在す
る。この理由を以下に記す。この方法では、金属元素が
例えばニッケルの場合は硝酸ニッケルや酢酸ニッケルな
どのニッケル塩を溶質として用い、それを溶かす溶媒と
しては水やエタノールなどを用いている。この溶液を非
晶質ケイ素膜表面にスピンコートする訳であるが、実際
にはスピンコートではなく、スピンによる乾燥工程で金
属元素が非晶質ケイ素膜表面に析出しているのである。
したがって、この方法では塗布というイメージではな
く、非晶質ケイ素膜表面にイオン状であった金属元素を
析出させて置いていくというイメージの方が正しい。よ
って、この方法では溶液の乾燥むらが、そのまま金属元
素導入量、さらには加熱により得られる結晶性ケイ素膜
の結晶性の不均一性に現れる。ここで言う不均一性は、
スピナーの影響によるマクロ的な不均一性と、乾燥工程
の際の微小な（μｍオーダー）水滴残りによるミクロ的
な不均一性の両方を含んでいる。

【００３２】また、この方法では、非晶質ケイ素膜表面
に滴下された金属元素を含む溶液が、スピナーによりど
れほど均一に表面に接したまま乾燥されたかが最大のポ
イントとなるため、非晶質ケイ素膜表面に対するその溶
液の濡れ性が重要になる。よって、濡れ性向上のために
非晶質ケイ素膜表面を薄膜酸化するなどの工程が必要と
なり、余分な工程が増えるだけでなく、金属元素導入量
を支配するパラメータがさらに増えるため、処理法自体
の安定性も低くなる。この方法を用いた場合の実際の金
属元素添加量のマクロ的なばらつきは、１２７ｍｍ角基
板において±１０〜２０％であった。

【００３３】さらに、上記従来の方法により金属元素を
非晶質ケイ素膜に選択的に導入し、横方向に結晶成長さ
せる場合には、以下のような新たな問題点が生じる。現
状では、非晶質ケイ素膜に金属元素を選択的に導入する
ためのマスク膜としては、主に酸化ケイ素膜を使用して
いる。上記従来の方法では、基板全面に金属元素を添加
して加熱することにより、酸化ケイ素膜のスルーホール
内に露呈している非晶質ケイ素膜領域に選択的に金属元
素を導入している。しかしながら、この方法では、酸化
ケイ素膜上に存在する金属元素も徐々に酸化ケイ素膜中
に拡散するので、ある加熱時間を超えると酸化ケイ素膜
下側の非晶質ケイ素膜に金属元素が到達し、そこでラン
ダムな結晶核発生が起こる。すなわち、マスクとなる酸
化ケイ素膜の膜厚が何らかの要因で薄くなった場合に
は、薄くなった領域で金属元素が酸化ケイ素膜下側の非
晶質ケイ素膜に到達し、その領域は成長方向が全く制御
されていないランダムな核発生による結晶性ケイ素領域
となってしまう。また、マスクとなる酸化ケイ素膜にピ
ンホールがあった場合、そのピンホールを介して金属元
素が非晶質ケイ素膜に達し、ランダムな核発生が起こる
場合もある。換言すれば、マスク膜を用いた金属元素の
選択的な導入により結晶成長方向を制御しているにも拘
らず、マスク膜を通り抜けた金属元素により、基板の一
部に全く結晶粒界の制御されていない結晶性ケイ素膜領
域が形成される場合があり得る。

【００３４】従って、非晶質ケイ素膜を横方向に結晶成
長させる上記技術を量産プロセスに適用する場合には、
再現性および均一性の面で大きな問題があり、歩留りの
低下が予想される。

【００３５】また、現状において最も有効な方法であ
る、金属元素を溶かした溶液をスピナーにより塗布する
方法を用いて金属元素の選択導入を行い、これに続く横
方向の結晶成長により高品質な結晶性ケイ素膜を形成す
るような場合、マスク膜のスルーホール（マスク開口）
のエッジ等のパターン段差の、スピナーへの影響が顕著
に現れ、この方法の問題点である基板内の不均一性が非
常に顕著になっている。

【００３６】このように金属元素添加量の基板内の不均
一性が大きいと、局所的に金属元素量不足で結晶成長が
起こらない領域や、横方向結晶成長距離が素子形成領域
に届かないような領域、また金属元素が半導体素子の特
性に影響を及ぼすほど多量に入った領域が出現する。し
たがって、液晶表示装置のアクティブマトリクス基板の
製造プロセスのように一つの基板上に数十万個のＴＦＴ
を均一性よく作製することは、上記の方法では困難であ
った。

【００３７】現在、さらに装置の低コスト化、大面積化
の要望にしたがい、４００ｍｍ角以上のガラス基板に対
応できるほど均一性、安定性に優れた半導体装置および
その製造方法が要求されているが、現状の手法ではその
要求を満たすことは困難であった。

【００３８】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、必要とされる最小限の量の金属元素を、
その添加量を精密に制御して、かつ基板面内での均一性
及び基板間での再現性よく非晶質ケイ素膜に導入するこ
とができ、しかも通常の熱処理により得られる結晶性よ
りさらに高い結晶性を有する結晶性ケイ素膜を、生産性
よく、かつ６００℃以下の低温熱処理により形成するこ
とができる半導体装置およびその製造方法を得ることが
本発明の目的である。

【００３９】

【課題を解決するための手段】

（１）この発明に係る半導体装置は、絶縁性表面を有す
る基板と、該基板の絶縁性表面上に形成され、非晶質ケ
イ素膜を加熱処理により結晶化してなる活性領域とを備
えている。該活性領域は、非晶質ケイ素膜の結晶化を助
長する触媒としての金属元素を含むものである。該活性
領域に含まれる金属元素は、該非晶質ケイ素膜表面にメ
ッキ処理により添加したものである。そのことにより上
記目的が達成される。

【００４０】（２）この発明に係る半導体装置は、絶縁
性表面を有する基板と、該基板の絶縁性表面上に形成さ
れ、非晶質ケイ素膜を加熱処理により結晶化してなる活
性領域とを備えている。該活性領域は、加熱処理によ
り、その近傍の結晶化領域から基板表面に対して平行な
方向に結晶成長が進んで形成された、その結晶粒がほぼ
単結晶状態である横方向結晶成長領域の一部である。該
結晶化領域は、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒
としての金属元素を含むものである。該活性領域に含ま
れる金属元素は、選択的なメッキ処理により該非晶質ケ
イ素膜表面に選択的に添加したものである。そのことに
より上記目的が達成される。

【００４１】（３）この発明は、上記半導体装置におい
て、前記活性領域が、前記非晶質ケイ素膜の加熱処理に
より得られた結晶化領域に、レーザー光あるいは強光の
照射処理を施してその結晶を処理したものであることが
好ましい。

【００４２】（４）この発明は、上記半導体装置におい
て、前記メッキ処理は、ケイ素膜が反応触媒として作用
する無電解メッキ処理であることが好ましい。

【００４３】（５）この発明は、上記半導体装置におい
て、前記金属元素として、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃ
ｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｓｂから選ばれた
一種または複数種類の元素が用いられていることが好ま
しい。

【００４４】（６）この発明は、上記半導体装置におい
て、前記活性領域中における金属元素の濃度が、１×１
０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³〜１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³
であることが好ましい。

【００４５】（７）この発明に係る半導体装置の製造方
法は、基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、該非
晶質ケイ素膜の表面を、該非晶質ケイ素膜の結晶化を助
長する金属元素を含むメッキ液に晒して、該非晶質ケイ
素膜表面に該金属元素の薄膜メッキ層を形成する工程
と、加熱処理により、該薄膜メッキ層から該金属元素を
該非晶質ケイ素膜に導入するとともに、該非晶質ケイ素
膜の結晶化を行う工程とを含むものであり、そのことに
より上記目的が達成される。

【００４６】（８）この発明に係る半導体装置の製造方
法は、基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、該非
晶質ケイ素膜上に、所定部分にマスク開口を有するマス
ク膜を形成する工程と、該非晶質ケイ素膜の、マスク開
口内に露出した領域を、該非晶質ケイ素膜の結晶化を助
長する金属元素を含むメッキ液に晒して、該非晶質ケイ
素膜表面に選択的に該金属元素の薄膜メッキ層を形成す
る工程と、加熱処理により、該薄膜メッキ層から該非晶
質ケイ素膜に該金属元素を選択的に導入するとともに、
該非晶質ケイ素膜を選択的に結晶化させる工程と、続く
加熱処理により、この結晶化した部分から基板表面に対
しほぼ平行な方向へ結晶成長を行って、該非晶質ケイ素
膜中に横方向結晶成長領域を形成する工程とを含むもの
であり、そのことにより上記目的が達成される。

【００４７】（９）この発明に係る半導体装置の製造方
法は、基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、該非
晶質ケイ素膜上に、所定部分にマスク開口を有するマス
ク膜を形成する工程と、該非晶質ケイ素膜の、マスク開
口内に露出した領域を、該非晶質ケイ素膜の結晶化を助
長する金属元素を含む無電解メッキ液に晒して、該非晶
質ケイ素膜表面に選択的に該金属元素の薄膜メッキ層を
形成する工程と、加熱処理により、該薄膜メッキ層から
該非晶質ケイ素膜に該金属元素を選択的に導入するとと
もに、該非晶質ケイ素膜を選択的に結晶化させる工程
と、続く加熱処理により、この結晶化した部分から基板
表面に対しほぼ平行な方向へ結晶成長を行って、該非晶
質ケイ素膜中に横方向結晶成長領域を形成する工程とを
含むものであり、そのことにより上記目的が達成され
る。

【００４８】（１０）この発明は、上記半導体装置の製
造方法において、前記薄膜メッキ層を形成する際に金属
元素がメッキされる速度が、３ｎｍ／分以下であること
が好ましい。

【００４９】（１１）この発明は、上記半導体装置の製
造方法において、加熱処理により前記非晶質ケイ素膜を
結晶化させた後、該非晶質ケイ素膜にレーザー光あるい
は強光を照射して、その結晶を処理する工程を含むこと
が好ましい。

【００５０】（１２）この発明は、上記半導体装置の製
造方法において、前記非晶質ケイ素膜上に形成されるマ
スク膜の構成材料として、感光性樹脂を用いることが好
ましい。

【００５１】

【作用】この発明の半導体装置においては、基板の絶縁
性表面に形成された活性領域を、非晶質ケイ素膜の加熱
による結晶化を助長する金属元素を含む構造としたか
ら、非晶質ケイ素膜の結晶化により得られる、上記活性
領域を構成する結晶性ケイ素膜を、通常の固相成長法で
得られる結晶性よりさらに高い結晶性を有するものとで
きる。

【００５２】この発明においては、上記活性領域を、そ
の近傍の結晶化領域から基板表面に対して平行な方向に
結晶成長が進んで形成された、その結晶粒がほぼ単結晶
状態である横方向結晶成長領域の一部から構成している
ため、該活性領域が、結晶成長方向が一方向に揃った、
格段に結晶性が良好な領域となる。

【００５３】また、非晶質ケイ素膜の加熱による結晶化
は、金属元素により助長されるため、高品質な結晶性ケ
イ素膜を生産性よく形成できる。しかもこの際、結晶化
に要する加熱温度が６００℃以下に抑えられるため、安
価なガラス基板を使用可能となる。

【００５４】また、上記活性領域における金属元素の膜
中濃度を、１×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³〜１×１０¹⁹
ａｔｏｍｓ／ｃｍ³としているため、非晶質ケイ素膜の
結晶化の際、この金属元素を触媒として効果的に機能さ
せることができる。

【００５５】また、上記活性領域は、非晶質ケイ素膜を
加熱処理により結晶化させた領域に、レーザ光または強
光の照射処理を施したものであるため、該活性領域は、
結晶粒界が処理された、結晶性が一層向上したものとな
っている。

【００５６】この発明の半導体装置の製造方法において
は、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する金属元素を、メ
ッキ処理により非晶質ケイ素膜表面に添加しているの
で、該金属元素を非晶質ケイ素膜に導入するための設備
を、ほとんどメッキ処理槽のみの簡単なものとできる。

【００５７】また、メッキ処理は、溶液を用いる溶液処
理であるため、非晶質ケイ素膜への金属元素の導入量
を、溶液であるメッキ液の濃度や温度、さらにはｐＨ値
により、極微量にしかも精度よくコントロールすること
ができる。

【００５８】また、メッキ処理では、メッキ液中で金属
元素が非晶質ケイ素膜に付着し、薄膜メッキ層が形成さ
れるため、後の洗浄工程で金属元素が非晶質ケイ素膜か
ら除去されることはなく、また溶液の塗布により金属元
素を非晶質ケイ素膜表面に添加する溶液塗布法における
問題、つまり溶液の乾燥むらにより金属元素添加量が不
均一なものとなることもない。

【００５９】これにより、金属元素の非晶質ケイ素膜へ
の導入を、基板全面にわたって均一にかつ必要最小限の
量に制御して行うことができる。

【００６０】この発明に係る半導体装置の製造方法にお
いては、非晶質ケイ素膜表面の一部に選択的に上記金属
元素をメッキし、加熱処理により、該金属元素を非晶質
ケイ素膜に導入するとともに、金属元素がメッキされた
領域からその周辺領域へ横方向に結晶成長させるように
したので、結晶性が良好な結晶性ケイ素膜が得られる。

【００６１】さらに、メッキ処理では、金属元素が、フ
ォトレジストの除去の際に除去されることのない薄膜メ
ッキ層の状態で非晶質ケイ素膜表面に付着されるため、
金属元素を非晶質ケイ素膜へ選択的に添加する工程で、
パターニングなどの処理が簡単なフォトレジストをマス
クとして用いることができ、金属元素の選択導入のため
のマスクを簡単に作製することが可能となる。

【００６２】また、非晶質ケイ素膜が反応触媒となる無
電解メッキ法により、金属元素を非晶質ケイ素膜にメッ
キするので、金属元素が非晶質ケイ素膜の触媒作用によ
り原理的に非晶質ケイ素膜表面に均一に存在することと
なる。このため、金属元素の溶液のスピンコート後の乾
燥工程で水滴残りに起因して生ずるようなミクロ的な金
属元素添加量のばらつきはほとんどない。

【００６３】また、金属元素のメッキ速度を３ｎｍ／分
以下にしているため、１ｎｍ以下のメッキ層を形成する
のに必要な実質的なメッキ処理時間を、メッキ処理の再
現性及び安定性から規定される５秒程度にすることがで
き、極低濃度の金属元素導入を制御性良く行うことが可
能となる。

【００６４】このような金属元素として、Ｎｉ、Ｃｏ、
Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌおよ
びＳｂから選択された一種または複数種類の元素を用い
るので、微量で結晶化助長の効果がある。

【００６５】

【実施例】以下、本発明の基本原理について説明する。
本発明では、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する金属元
素の導入方法として、非晶質ケイ素膜表面に金属元素を
メッキする方法を用いている。この方法では薄膜形成法
でありながら、真空装置などを有する大掛かりな設備を
用いることなく、非晶質ケイ素膜の表面のみに金属元素
を導入することが可能である。さらに、溶液処理である
ことから、メッキ液の濃度や温度さらにはｐＨ等を制御
することで、金属元素の導入量を低濃度にコントロール
することができる。さらに、金属元素の導入量の基板内
での均一性も良好で、基板内の金属元素添加量のばらつ
きは、本発明者らの実験では１２７ｍｍ角基板で±５％
以内に収まっていた。

【００６６】本発明では、金属元素の導入は基本的には
溶液処理によるため、その導入量の制御は、溶液中の濃
度制御により行うことができ、またこのような溶液処理
は、処理槽のみの簡単な設備で行うことができる。しか
も、メッキ処理では、金属元素が実際に非晶質ケイ素膜
表面に薄膜状に形成されるので、その後、純水による表
面洗浄を行っても、非晶質ケイ素膜表面の金属元素が除
去されない。このように非晶質ケイ素膜にメッキされた
金属元素は、その後の処理による影響を受けないので、
上記金属元素の導入量は、従来の溶液塗布法で問題とな
っていた、溶液塗布後の乾燥工程に依存することはな
い。また、メッキ処理を用いる金属元素の導入方法で
は、その導入量の均一性がスピナーに依存する工程がな
いので、４００ｍｍ角を超える大面積基板への対応が容
易となり、プロセス的にも簡便化でき、ひいては、低コ
スト化が可能となる。

【００６７】また、本発明では、金属元素を非晶質ケイ
素膜の表面にメッキしているため、金属元素は、非晶質
ケイ素膜の表面部分にのみ導入されることとなり、金属
元素は、すべて結晶成長に寄与し効果的に機能する。

【００６８】従って、メッキにより金属元素を非晶質ケ
イ素膜の表面部分に導入することにより、金属元素を非
晶質ケイ素膜に導入する従来の方法におけるすべての問
題が解決される。つまり、必要最小限の量の金属元素を
基板全面に渡って均一に非晶質ケイ素膜に導入すること
が可能である。このため、レーザー光または強光の照射
処理を、上記金属元素が導入された非晶質ケイ素膜の表
面部分に施しても金属元素の析出は起こらず、大面積基
板上に、均一性および安定性に優れた半導体装置を作製
することができる。

【００６９】さらに、非晶質ケイ素膜表面が反応触媒と
して作用する無電解メッキ法を用いた場合には、非晶質
ケイ素膜表面の触媒作用を利用することになるため、原
理的には非晶質ケイ素膜表面に均一に金属元素が存在
し、スピンコート法の際に見られたようなミクロ的な導
入量のばらつきもほぼなくすことができる。

【００７０】また、非晶質ケイ素膜に、結晶化を助長す
る金属元素を選択的に導入し、その領域から横方向に結
晶成長を行わせた場合には、無電解メッキ法を用いるこ
とは特に有効である。なぜなら、無電解メッキ法では、
上記のように非晶質ケイ素膜表面の触媒作用を利用して
メッキを行うので、非晶質ケイ素膜露呈部のみを選択的
にメッキすることが可能となるからである。従って、従
来、金属元素を非晶質ケイ素膜に選択的に導入する際の
マスク膜として使用されている酸化ケイ素膜上には、金
属元素が全く導入されない。このため、従来法で問題で
あった、酸化ケイ素膜中を、その上に添加された金属元
素が通り抜けて、必要でない領域の非晶質ケイ素膜を結
晶化させるという事態はまったくなくなる。

【００７１】また、本発明では、スピン塗布法で見られ
たようなマスク膜のパターン段差による影響が皆無であ
るので、パターン形成後の基板に対しても均一で安定し
た処理が可能であり、これにより大幅な歩留り向上を図
ることができる。

【００７２】本発明では、選択メッキのためのマスク膜
として、酸化ケイ素膜ではなく、従来法では使用不可能
であった、その形成が簡単な感光性樹脂材料（フォトレ
ジスト）を使用することもできる。

【００７３】従来法でフォトレジストを使用不可能であ
った理由を以下に説明する。フォトレジストは結晶成長
のための加熱処理に耐えることができないため、金属元
素の選択的導入後にフォトレジストを除去して結晶化を
行う必要があるのに対し、従来の溶液塗布による方法で
は、フォトレジストを除去する際に非晶質ケイ素膜表面
に添加された金属元素も除去されてしまうからである。
よって、従来金属元素の導入に最も有効であった溶液塗
布法では、上述のように酸化ケイ素膜をマスクとして用
い、金属元素添加後にマスク膜を残した状態で結晶化の
ための加熱処理を行っていた。それに対して、本発明で
は非晶質ケイ素膜の表面に金属元素をメッキしているの
で、実際に非晶質ケイ素膜表面に金属薄膜として金属元
素が形成される。このため、マスク膜としてフォトレジ
ストのみを使用し、金属元素の導入後であって結晶化処
理の前にフォトレジストを除去しても、導入された金属
元素が除去されず、その後の結晶成長が可能となる。従
って、従来の溶液塗布法で必要であった酸化ケイ素膜の
成膜およびエッチング等の余分なプロセスを省くことが
でき、従来の方法に比べて製造プロセスの簡略化および
装置の低コスト化を図ることができる。

【００７４】ところで、非晶質ケイ素膜の結晶化に必要
な金属元素量は、薄膜状態の金属膜の膜厚にすると、膜
厚１ｎｍ以下に相当し、この金属膜は、肉眼では膜とし
て確認することが全くできない程度の極薄膜である。こ
のような極微量の金属元素をメッキ法により形成するた
めには、メッキ速度、つまり１分間に成長するメッキ層
の膜厚を３ｎｍ／ｍｉｎ以下とすることが望ましい。即
ち、メッキ処理の再現性および安定性を考慮すると、実
質的な処理時間は５秒以上であるのが望ましいが、５秒
間で１ｎｍ以下、特に０．２〜０．５ｎｍ程度のメッキ
膜の成長量になるようにするためには、メッキ速度とし
ては、せめて３ｎｍ／ｍｉｎ以下である必要がある。こ
のメッキ速度は、メッキ液の液温およびメッキ液のｐＨ
値にも依存するが、主としてメッキ液の金属元素濃度を
変えることにより容易に調整することができる。また、
メッキ速度を３ｎｍ／ｍｉｎ以下にすることにより、制
御性良く極低濃度の金属元素導入を行うことが可能とな
る。

【００７５】非晶質ケイ素膜に導入される金属元素の濃
度は、低ければ低いほどよいが、あまりに低いと非晶質
ケイ素膜の結晶化を助長するように機能しない。本発明
者らが調べたところでは、結晶化が生じる金属元素の最
低濃度は１×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であり、これ以
下の濃度では金属元素による結晶成長は起こらない。

【００７６】また、金属元素の濃度が高すぎると半導体
素子の特性への影響が問題となる。金属元素の濃度が高
い場合に起こる現象としては、主にＴＦＴのオフ領域で
のリーク電流増大がある。これは、金属元素がケイ素膜
中で形成する不純物準位が影響しており、その準位を介
したトンネル電流によるものと理解される。本発明者ら
が調べた結果、半導体素子への影響を抑えることが可能
な金属元素の最高濃度は１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³
である。従って、金属元素の膜中濃度が１×１０¹⁵〜１
×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であれば、最も効果的に金
属元素が機能することになる。

【００７７】上記金属元素としてはＮｉ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、Ｃｏ、
Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｓ
ｂを用いることができる。これらの金属元素から選ばれ
た一種または複数種類の元素であれば、微量でも結晶化
助長の効果があるため、半導体素子への影響はあまりな
い。

【００７８】〔実施例１〕図１は本発明の第１の実施例
による半導体装置及びその製造方法を説明するための断
面図であり、図１（ａ）ないし図１（ｅ）は、本実施例
のＴＦＴの製造方法を工程順に示している。

【００７９】図において、１００はＮ型薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）１０を有する半導体装置で、該ＴＦＴ１０
は、ガラス基板１０１上に酸化ケイ素膜等の絶縁性下地
膜１０２を介して形成されている。該絶縁性下地膜１０
２上には、上記ＴＦＴを構成する島状の結晶性ケイ素膜
１０３ｉが形成されている。この結晶性ケイ素膜１０３
ｉの中央部分は、チャネル領域１１０となっており、そ
の両側部分は、ソース，ドレイン領域１１１，１１２と
なっている。上記チャネル領域１１０上には、ゲート絶
縁膜１０７を介してアルミニウムゲート電極１０８が設
けられている。このゲート電極１０８の表面は酸化物層
１０９により被覆されている。上記ＴＦＴ１０はその全
面が層間絶縁膜１１３により覆われており、該層間絶縁
膜１１３の、ソース，ドレイン領域１１１，１１２に対
応する部分には、コンタクトホール１１３ａが形成され
ている。上記ソース，ドレイン領域１１１，１１２はこ
のコンタクトホール１１３ａを介して電極配線１１４，
１１５に接続されている。

【００８０】そしてこの実施例では、上記結晶性ケイ素
膜１０３ｉは、非晶質ケイ素膜の加熱処理による結晶化
を助長する触媒元素（Ｎｉ）を含み、この膜中の結晶粒
がほぼ単結晶状態の針状結晶あるいは柱状結晶からなっ
ているものである。

【００８１】この実施例のＴＦＴ１０は、アクティブマ
トリクス型の液晶表示装置のドライバー回路や画素部分
を構成する素子として用いることができることは勿論、
これらの回路や画素部分と同一基板上に搭載したＣＰＵ
を構成する素子としても用いることができる。なお、Ｔ
ＦＴの応用範囲としては、液晶表示装置のみではなく、
一般に言われる薄膜集積回路に利用できることは言うま
でもない。

【００８２】次に製造方法について説明する。まず、ガ
ラス基板１０１上に例えばスパッタリング法によって厚
さ２００ｎｍ程度の酸化ケイ素からなる下地膜１０２を
形成する。この酸化ケイ素膜は、ガラス基板からの不純
物の拡散を防ぐために設けられる。次に減圧ＣＶＤ法あ
るいはプラズマＣＶＤ法によって、厚さ２５〜１００ｎ
ｍ、例えば８０ｎｍの真性（Ｉ型）の非晶質ケイ素膜
（ａ−Ｓｉ膜）１０３を成膜する。

【００８３】次にａ−Ｓｉ膜１０３が形成された基板１
０１を例えばニッケルメッキ液に浸し、その後純水によ
るオーバーフロー洗浄を行い、スピン乾燥を行う。この
ときメッキ液の温度は６０℃に固定し、メッキ液中のニ
ッケル濃度を調整することで、ａ−Ｓｉ膜１０３へのニ
ッケルのメッキ速度が２ｎｍ／ｍｉｎ程度となるように
した。

【００８４】メッキ開始時には若干のデッドタイムがあ
るが、上記条件で約１５秒間処理することにより、図１
（ａ）に示すようにａ−Ｓｉ膜１０３表面上に面密度で
７×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ²程度のニッケルメッキ層
１０５が形成される。

【００８５】そして、これを水素還元雰囲気下または不
活性雰囲気下、加熱温度５２０〜５８０℃で数時間から
数十時間、５５０℃で８時間アニールして結晶化させ
る。この際、表面に添加されたニッケルが核となり、基
板１０１に対して垂直方向に非晶質ケイ素膜１０３の結
晶化が起こる。この結晶化と同時に膜中にニッケルが拡
散する。この結果、結晶性ケイ素膜１０３ａ中のニッケ
ル濃度は８×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度になってい
る。

【００８６】引き続いて、図１（ｂ）に示すようにレー
ザー光を照射することで結晶性ケイ素膜１０３ａの結晶
性を助長する。このときのレーザー光としては、ＸｅＣ
ｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎ
ｓｅｃ）を用いた。レーザー光の照射は、基板を２００
〜４５０℃、例えば４００℃に加熱した状態で、エネル
ギー密度２００〜４００ｍＪ／ｃｍ²、例えば３００ｍ
Ｊ／ｃｍ²にて行った。

【００８７】次に、図１（ｃ）に示すように、不要な部
分の結晶性ケイ素膜１０３ａを除去して素子間分離を行
い、後にＴＦＴの活性領域（ソース／ドレイン領域、チ
ャネル領域）となる島状の結晶性ケイ素膜１０３ｉを形
成する。

【００８８】次に、上記の活性領域となる結晶性ケイ素
膜１０３ｉを覆うように厚さ２０〜１５０ｎｍ、ここで
は１００ｎｍの酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜１０７とし
て成膜する。ここでは、酸化ケイ素膜の形成は、ＴＥＯ
Ｓ（Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈｏｘｙ Ｏｒｔｈｏ Ｓｉｌｉ
ｃａｔｅ）を原料とし、これを酸素とともに基板温度１
５０〜６００℃、好ましくは３００〜４５０℃で、ＲＦ
プラズマＣＶＤ法により、分解，堆積して行った。な
お、上記酸化ケイ素膜は、ＴＥＯＳを原料とし、これを
オゾンガスとともに減圧ＣＶＤ法もしくは常圧ＣＶＤ法
によって、基板温度を３５０〜６５０℃、好ましくは４
００〜５５０℃で処理して形成してもよい。この成膜
後、ゲート絶縁膜自身のバルク特性および結晶性ケイ素
膜／ゲート絶縁膜の界面特性を向上するために、不活性
ガス雰囲気下で４００〜６００℃で３０〜６０分アニー
ルを行った。

【００８９】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ４００〜８００ｎｍ、例えば６００ｎｍのアルミニ
ウムを成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニン
グして、ゲート電極１０８を形成する。さらに、このア
ルミニウムの電極の表面を陽極酸化して、表面に酸化物
層１０９を形成する（図１（ｄ））。ここで陽極酸化
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
の状態を１時間保持して処理を終了させる。得られた酸
化物層１０９の厚さは２００ｎｍである。なお、この酸
化物層１０９の膜厚は、後のイオンドーピング工程にお
いて、オフセットゲート領域を規定する長さとなるの
で、オフセットゲート領域の長さを上記陽極酸化工程で
決めることができる。

【００９０】次に、イオンドーピング法によって、ゲー
ト電極１０８とその周囲の酸化物層１０９をマスクとし
て活性領域に不純物（リン）を注入する。ドーピングガ
スとして、フォスフィン（ＰＨ₃）を用い、加速電圧を
６０〜９０ｋＶ、例えば８０ｋＶ、ドーズ量を１×１０
¹⁵〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2、例えば２×１０¹⁵ｃｍ^-2とす
る。この工程により、不純物が注入された領域１１１と
１１２は後にＴＦＴのソース，ドレイン領域となり、ゲ
ート電極１０８およびその周囲の酸化層１０９にマスク
され不純物が注入されない領域１１０は、後にＴＦＴの
チャネル領域となる。

【００９１】その後、図１（ｄ）に示すように、レーザ
ー光の照射によってアニールを行い、イオン注入した不
純物の活性化を行うと同時に、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、
使用するレーザーとしてはＸｅＣｌエキシマレーザー
（波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ）を用い、エ
ネルギー密度１５０〜４００ｍＪ／ｃｍ²、好ましくは
２００〜２５０ｍＪ／ｃｍ²で照射を行う。こうして形
成されたＮ型不純物（リン）領域１１１、１１２のシー
ト抵抗は、２００〜８００Ω／□である。

【００９２】続いて、厚さ６００ｎｍ程度の酸化ケイ素
膜あるいは窒化ケイ素膜を層間絶縁膜１１３として形成
する。酸化ケイ素膜を用いる場合には、ＴＥＯＳを原料
として、これと酸素とのプラズマＣＶＤ法、もしくはこ
れとオゾンとの減圧ＣＶＤ法あるいは常圧ＣＶＤ法によ
って形成すれば、段差被覆性に優れた良好な層間絶縁膜
が得られる。また、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／ゲート絶縁膜の界面へ水素原子を供給し、Ｔ
ＦＴ特性を劣化させる不対結合手を低減する効果があ
る。

【００９３】次に、層間絶縁膜１１３にコンタクトホー
ル１１３ａを形成して、金属材料、例えば、窒化チタン
とアルミニウムの二層膜によってＴＦＴの電極配線１１
４、１１５を形成する。この際、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。そして最後に、１気圧の水素雰
囲気で３５０℃、３０分のアニールを行い、図１（ｅ）
に示すＴＦＴ１０を完成させる。

【００９４】本ＴＦＴを、画素電極をスイッチングする
素子として用いる場合には電極１１４または１１５をＩ
ＴＯなど透明導電膜からなる画素電極に接続し、もう一
方の電極より信号を入力する。また、本ＴＦＴを薄膜集
積回路に用いる場合には、ゲート電極１０８上にもコン
タクトホールを形成し、必要とする配線を施せばよい。

【００９５】この実施例で作製したＮ型ＴＦＴ１０は、
電界効果移動度は１２０〜１５０ｃｍ²／Ｖｓ、Ｓ値は
０．２〜０．４Ｖ／桁、閾値電圧２〜３Ｖという良好な
特性を示した。ここでＳ値は、ＴＦＴのサブスレッシュ
領域での立ち上がり係数であり、ゲート電圧とドレイン
電流との関係を示すグラフにおいて、ドレイン電流が急
峻に立ち上がる地点でのグラフの傾きを、該ドレイン電
流が１桁増大したときのゲート電圧の変化で示してい
る。また基板内におけるＴＦＴ特性のばらつきは、電界
効果移動度で±１２％、閾値電圧で±８％以内であっ
た。

【００９６】このように本実施例では、ガラス基板１０
１上の絶縁層１０２表面に形成された活性領域１０３ｉ
を、非晶質ケイ素膜１０３の加熱による結晶化を助長す
る金属元素を含む構造としたので、非晶質ケイ素膜１０
３の結晶化により得られる、上記活性領域を構成する結
晶性ケイ素膜１０３ａを、通常の固相成長法で得られる
結晶性よりさらに高い結晶性を有するものとできる。

【００９７】また、非晶質ケイ素膜１０３の加熱による
結晶化は、金属元素により助長されるため、高品質な結
晶性ケイ素膜１０３ａを生産性よく形成できる。しかも
この際、結晶化に要する加熱温度が６００℃以下に抑え
られるため、安価なガラス基板を使用可能となる。

【００９８】また、上記活性領域における金属元素の膜
中濃度を、１×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³〜１×１０¹⁹
ａｔｏｍｓ／ｃｍ³としているため、非晶質ケイ素膜１
０３の結晶化の際、この金属元素を触媒として効果的に
機能させることができる。

【００９９】この実施例の半導体装置の製造方法では、
非晶質ケイ素膜１０３の結晶化を助長する金属元素を、
メッキ処理により非晶質ケイ素膜１０３の表面に添加し
ているので、該金属元素を非晶質ケイ素膜に導入するた
めの設備を、ほとんどメッキ処理槽のみの簡単なものと
できる。

【０１００】また、メッキ処理は、溶液を用いる溶液処
理であるため、非晶質ケイ素膜１０３への金属元素の導
入量を、溶液であるメッキ液の濃度や温度、さらにはｐ
Ｈ値により、極微量にしかも精度よくコントロールする
ことができる。

【０１０１】また、メッキ処理では、メッキ液中で金属
元素が非晶質ケイ素膜１０３に付着し、薄膜メッキ層１
０５が形成されるため、後の洗浄工程で金属元素が非晶
質ケイ素膜から除去されることはなく、溶液の塗布によ
り金属元素を非晶質ケイ素膜表面に添加する溶液塗布法
における問題、つまり溶液の乾燥むらにより金属元素添
加量が不均一なものとなるのを回避できる。

【０１０２】これにより、金属元素の非晶質ケイ素膜へ
の導入を、基板全面にわたって均一にかつ必要最小限の
量に制御して行うことができる。

【０１０３】また、非晶質ケイ素膜１０３が反応触媒と
なる無電解メッキ法により、金属元素を非晶質ケイ素膜
にメッキするので、金属元素が非晶質ケイ素膜の触媒作
用により原理的に非晶質ケイ素膜表面に均一に存在する
こととなり、スピンコートの際に生ずる乾燥工程での水
滴残りに起因するミクロ的な金属元素添加量のばらつき
をほとんど無くすことができる。

【０１０４】また、金属元素のメッキ速度を２ｎｍ／分
にしているため、１ｎｍ以下のメッキ層を形成するのに
必要な実質的なメッキ処理時間を、メッキ処理の再現性
及び安定性から規定される５秒程度にすることができ、
極低濃度の金属元素導入を制御性良く行うことが可能と
なる。

【０１０５】〔実施例２〕図２（ａ），（ｂ）は本発明
の第２の実施例による半導体装置及びその製造方法を説
明するための平面図、図３は図２（ａ）のＡ−Ａ’線部
分に対応する断面図であり、図３（ａ）ないし図３
（ｆ）は、本実施例のＴＦＴの製造方法を工程順に示し
ている。

【０１０６】図において、２００はＰ型薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）２０を有する半導体装置で、該ＴＦＴ２０
は、陽極酸化膜を有していない点以外は、上記第１の実
施例の半導体装置におけるＮ型ＴＦＴ１０と同一の断面
構造を有している。なお、図２及び図３中、２００番台
の符号を付した本実施例の構成要素は、酸化ケイ素膜あ
るいは窒化ケイ素膜からなるマスク２０４を除いては、
図１に示す第１の実施例における１００番台の符号を付
した構成要素に対応するものである。但し、この実施例
では、上記結晶性ケイ素膜２０３ｉは、その近傍の結晶
化ケイ素領域２０３ａから基板表面に対して平行な方向
に結晶成長が進んで形成された横方向結晶領域２０３ｂ
の一部である。該結晶化ケイ素領域２０３ａ及び横方向
結晶領域２０３ｂは、非晶質ケイ素膜の加熱処理による
結晶化を助長する金属元素（Ｎｉ）を含み、この膜中の
結晶粒がほぼ単結晶状態の針状結晶あるいは柱状結晶か
らなっているものである。

【０１０７】次に製造方法について説明する。まず、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２００ｎｍ程度の酸化ケイ素からなる下地膜２０２を
形成する。次に減圧ＣＶＤ法あるいはプラズマＣＶＤ法
によって、厚さ２５〜１００ｎｍ、例えば５０ｎｍの真
性（Ｉ型）の非晶質ケイ素膜（ａ−Ｓｉ膜）２０３を成
膜する。

【０１０８】次に、該非晶質ケイ素膜２０３上に、酸化
ケイ素膜または窒化ケイ素膜等からなる、所定位置にマ
スク開口２０４ａを有するマスク層２０４を形成する。
このマスク２０４の開口２０４ａ内には、スリット状に
ａ−Ｓｉ膜２０３が露呈する。即ち、図３（ａ）の状態
を上面から見ると、ａ−Ｓｉ膜２０３が領域２００ａで
スリット状に露呈しており、他の部分はマスクされてい
る状態となっている。ここでは、図２（ａ）のように、
ソース，ドレイン領域２１１，２１２が横方向結晶成長
の方向２０６に並ぶ配置でＴＦＴ２０を作製するが、図
２（ｂ）のように、ソース，ドレイン領域２１１，２１
２が上記方向２０６に垂直な方向に並ぶ配置でも同様の
方法で全く問題なくＴＦＴを作製できる。

【０１０９】上記マスク２０４を形成した後、図３
（ｂ）に示すように、ａ−Ｓｉ膜２０３表面が露呈して
いる領域２００ａをニッケルの無電解メッキ液に晒す。
本実施例では、ニッケルの無電解メッキ液として、ニボ
ロン５Ｍ及びニボロン５Ｂ〔（株）ワールドメタル社商
品名〕の混合液を用いた。この無電解メッキ液では、ニ
ボロン５Ｍ及びニボロン５Ｂのそれぞれの溶液の混合比
を変えることにより、溶液中のニッケル濃度を制御し、
メッキ速度を調節することができる。本実施例では、処
理時の液温を４０〜５０℃、ｐＨ値は７．５〜９．５と
して、メッキ速度が２ｎｍ／ｍｉｎとなるようにメッキ
液の混合比を調整した。そして上記条件にて、約３０秒
間メッキ処理することによりａ−Ｓｉ膜２０３表面が露
呈された領域２００ａのみに面密度２×１０¹³ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ₂程度のニッケル層２０５を形成する。そし
て、不活性雰囲気下、例えば加熱温度５５０℃で１６時
間アニール処理を行う。

【０１１０】この際、領域２００ａにおいては、ａ−Ｓ
ｉ膜表面に添加されたニッケルを核として基板２０１に
対して垂直方向に非晶質ケイ素膜２０３の結晶化が起こ
り、結晶性ケイ素膜２０３ａが形成される。この結晶化
と同時に膜中にニッケルが拡散する。この結果、結晶性
ケイ素膜２０３ａの中のニッケル濃度は４×１０¹⁸ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ³程度となる。このとき、領域２００ａ以
外の部分のマスク膜２０４上には、ニッケルが全く添加
されていないため、その下層のａ−Ｓｉ膜２０３にニッ
ケルが拡散により到達し、該ａ−Ｓｉ膜が結晶化するよ
うなことはない。そして、領域２００ａの周辺領域で
は、図３（ｃ）において、矢印２０６で示すように、領
域２００ａから横方向（基板と平行な方向）に結晶成長
が行われ、横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜２０３ｂ
が形成される、それ以外の非晶質ケイ素膜２０３の領域
は、そのまま非晶質ケイ素膜領域２０３ｃとして残る。
この横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜２０３ｂ中のニ
ッケル濃度は８×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度であ
り、そのシード領域とも言える直接ニッケルを添加し結
晶成長した結晶性ケイ素膜２０３ａに比べ、一桁以上小
さな値となっている。なお、上記結晶成長に際し、矢印
２０６で示される基板と平行な方向の結晶成長の距離
は、８０μｍ程度である。

【０１１１】その後、マスク２０４を除去し、不要な部
分のケイ素膜２０３を除去して素子間分離を行う。以上
の工程で、後にＴＦＴの活性領域（ソース／ドレイン領
域、チャネル領域）となる島状の結晶性ケイ素膜２０３
ｉが形成される（図３（ｄ））。

【０１１２】次に、上記の活性領域となる結晶性ケイ素
膜２０３ｉを覆うように厚さ２０〜１５０ｎｍ、ここで
は１００ｎｍの酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜２０７とし
て成膜する。本実施例では、ゲート絶縁膜２０７の成膜
方法としてスパッタリング法を用いる。スパッタリング
には、ターゲットとして酸化ケイ素を用い、スパッタリ
ング時の基板温度は２００〜４００℃、例えば３５０
℃、スパッタリング雰囲気は酸素とアルゴンで、アルゴ
ン／酸素は０〜０．５、例えば０．１以下とする。

【０１１３】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ４００ｎｍのアルミニウムを成膜する。そして、ア
ルミニウム膜をパターニングしてゲート電極２０８を形
成した後、イオンドーピング法によって、ゲート電極２
０８をマスクとして活性領域に不純物（ホウ素）を注入
する。ドーピングガスとして、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用
い、加速電圧を４０ｋＶ〜８０ｋＶ、例えば６５ｋＶと
し、ドーズ量は１×１０¹⁵〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2、例えば
５×１０¹⁵ｃｍ^-2とする。この工程により、不純物が注
入された領域２１１と２１２は、後にＴＦＴのソース，
ドレイン領域となり、ゲート電極２０８にマスクされ不
純物が注入されない領域２１０は、後にＴＦＴのチャネ
ル領域となる。

【０１１４】その後、図３（ｅ）に示すように、レーザ
ー光の照射によってアニールを行い、イオン注入した不
純物の活性化を行うと同時に、上記の不純物導入工程で
結晶性が劣化した部分の結晶性を改善させる。この際、
使用するレーザーとしてはＫｒＦエキシマレーザー（波
長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を用い、エネル
ギー密度１５０〜４００ｍＪ／ｃｍ²、好ましくは２０
０〜２５０ｍＪ／ｃｍ²で照射を行った。こうして形成
されたＰ型不純物（ホウ素）領域２１１、２１２のシー
ト抵抗は、５００〜９００Ω／□であった。

【０１１５】続いて、厚さ６００ｎｍ程度の酸化ケイ素
膜を層間絶縁膜２１３として形成する。酸化ケイ素膜を
用いる場合には、ＴＥＯＳを原料として、これと酸素と
を用いたプラズマＣＶＤ法、もしくはこれとオゾンとを
用いた減圧ＣＶＤ法あるいは常圧ＣＶＤ法によって酸化
ケイ素膜を形成すれば、段差被覆性に優れた良好な層間
絶縁膜が得られる。

【０１１６】次に、層間絶縁膜２１３にコンタクトホー
ル２１３ａを形成して、金属材料、例えば、窒化チタン
とアルミニウムの二層膜によってＴＦＴの電極配線２１
４、２１５を形成する。そして最後に、水素のプラズマ
雰囲気で３５０℃、３０分のアニールを行い、図３
（ｆ）に示すＴＦＴ２０を完成させる。

【０１１７】本ＴＦＴを、画素電極をスイッチングする
素子として用いる場合には電極２１４または２１５をＩ
ＴＯなど透明導電膜からなる画素電極に接続し、もう一
方の電極より信号を入力する。また、本ＴＦＴを薄膜集
積回路に用いる場合には、ゲート電極２０８上にもコン
タクトホールを形成し、必要とする配線を施せばよい。

【０１１８】この実施例で作製したＰＴＦＴ２０は、電
界効果移動度３５〜５０ｃｍ²／Ｖｓ、Ｓ値０．９〜
１．２Ｖ／桁、閾値電圧−５〜−６Ｖという良好な特性
を示した。基板内におけるＴＦＴ特性のばらつきは、電
界効果移動度で±１０％、閾値電圧でほぼ±５％以内で
あった。

【０１１９】この実施例では、上記実施例の効果に加え
て、選択的な無電解メッキ処理により、非晶質ケイ素膜
２０３の表面にニッケル層２０５を形成し、加熱処理に
よりニッケルを選択的に非晶質ケイ素膜２０３に拡散さ
せるとともに、該非晶質ケイ素２０３を選択的に結晶化
させ、続く加熱処理により、この結晶化した部分２０３
ａから基板表面に対しほぼ平行な方向２０６へ結晶成長
を行って、該非晶質ケイ素膜中に横方向結晶成長領域２
０３ｂを形成するので、触媒元素を導入した領域２０３
ａに比べると格段に結晶性が良好な結晶化領域２０３ｂ
を得ることができる。

【０１２０】さらに、メッキ処理では、金属元素が、フ
ォトレジストの除去の際に除去されることのない薄膜メ
ッキ層の状態で非晶質ケイ素膜表面に付着されるため、
金属元素を非晶質ケイ素膜へ選択的に添加する工程で、
パターニングなどの処理が簡単なフォトレジストをマス
クとして用いることができ、この場合、金属元素の選択
導入のためのマスクを簡単に作製することが可能とな
る。

【０１２１】〔実施例３〕図４は本発明の第３の実施例
による半導体装置及びその製造方法を説明するための平
面図、図５は図４のＢ−Ｂ’線部分に対応する断面図で
あり、図５（ａ）ないし図５（ｅ）は、本実施例のＴＦ
Ｔの製造方法を工程順に示している。

【０１２２】図において、３００は本実施例の半導体装
置で、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ＣＭＯＳ構成
の回路３０を有している。このＣＭＯＳ構成の回路は、
Ｎ型ＴＦＴ３１とＰ型ＴＦＴ３２とをこれらが相補的な
動作を行うよう接続したもので、ガラス基板３０１上に
構成されている。

【０１２３】該Ｎ型ＴＦＴ３１とＰ型ＴＦＴ３２とはそ
れぞれガラス基板３０１上に酸化ケイ素膜等の絶縁性下
地膜３０２を介して形成されている。該絶縁性下地膜３
０２上には、上記各ＴＦＴ３１，３２を構成する島状の
結晶性ケイ素膜３０３ｎ，３０３ｐが隣接して形成され
ている。この結晶性ケイ素膜３０３ｎ，３０３ｐの中央
部分は、それぞれＮチャネル領域３１０，Ｐチャネル領
域３１１となっている。上記結晶性ケイ素膜３０３ｎの
両側部分はＮ型ＴＦＴのＮ型ソース，ドレイン領域３１
２，３１３、上記結晶性ケイ素膜３０３ｐの両側部分は
Ｐ型ＴＦＴのＰ型ソース，ドレイン領域３１４，３１５
となっている。

【０１２４】上記Ｎチャネル領域３１０及びＰチャネル
領域３１１上には、ゲート絶縁膜３０７を介してアルミ
ニウムゲート電極３０８及び３０９が配設されている。
また上記ＴＦＴ３１及び３２は全面が層間絶縁膜３１６
により覆われており、該層間絶縁膜３１６の、Ｎ型ＴＦ
Ｔ３１のソース，ドレイン領域３１２，３１３に対応す
る部分にはコンタクトホール３１６ｎが、また該層間絶
縁膜３１６の、Ｐ型ＴＦＴ３２のソース，ドレイン領域
３１４，３１５に対応する部分には、コンタクトホール
３１６ｐが形成されている。そして上記Ｎ型ＴＦＴ３１
のソース，ドレイン領域３１２，３１３はこのコンタク
トホール３１６ｎを介して電極配線３１７，３１８に接
続されている。また上記Ｐ型ＴＦＴ３２のソース，ドレ
イン領域３１４，３１５は上記コンタクトホール３１６
ｐを介して電極配線３１８，３１９に接続されている。

【０１２５】そして本実施例では、上記結晶性ケイ素膜
３０３ｎ，３０３ｐは、１つの金属元素添加領域３０３
ａから横方向結晶成長した、その両側の横成長結晶性ケ
イ素膜３０３ｂの一部である。

【０１２６】次に製造方法について説明する。まず、ガ
ラス基板３０１上に例えばスパッタリング法によって厚
さ１００ｎｍ程度の酸化ケイ素からなる下地膜３０２を
形成する。次に減圧ＣＶＤ法によって、厚さ２５〜１０
０ｎｍ、例えば５０ｎｍの真性（Ｉ型）の非晶質ケイ素
膜（ａ−Ｓｉ膜）３０３を成膜する。

【０１２７】次にａ−Ｓｉ膜３０３を覆うように感光性
樹脂材料（フォトレジスト）を塗布しパターニングし
て、所定部分にマスク開口（スルーホール）３０４ａを
有するマスク膜３０４を形成する。

【０１２８】この開口３０４ａ内には、ａ−Ｓｉ膜３０
３がスリット状に露呈する。即ち、図５（ａ）の状態を
上面から見ると、ａ−Ｓｉ膜３０３が領域３００ａでス
リット状に露呈しており、他の部分はマスクされている
状態となっている。

【０１２９】上記マスク３０４を形成した後、図５
（ａ）に示すように、ａ−Ｓｉ膜３０３表面が露呈して
いる領域３００ａをニッケルの無電解メッキ液に晒す。
本実施例でも、ニッケルの無電解メッキ液として、上記
第２実施例で用いた（株）ワールドメタル製のニボロン
５Ｍ及びニボロン５Ｂの混合液を用いた。この無電解メ
ッキ液では、ニボロン５Ｍ及びニボロン５Ｂのそれぞれ
の溶液の混合比を変えることにより、溶液中のニッケル
濃度を制御し、メッキ速度を調節することができる。本
実施例では、処理時の液温を４０〜５０℃、ｐＨ値は
７．５〜９．５として、メッキ速度が１ｎｍ／ｍｉｎと
なるようにメッキ液の混合比を調整した。そして上記条
件にて、約３０秒間メッキ処理することによりａ−Ｓｉ
膜３０３表面が露呈された領域３００ａのみに面密度２
×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ²程度の薄膜ニッケル層３０
５を形成する。

【０１３０】その後、上記マスク３０４を除去する。こ
のときａ−Ｓｉ膜３０３の表面に形成されたニッケル層
３０５は除去されずにそのまま残る。そして不活性雰囲
気下、例えば加熱温度５５０℃で１６時間アニール処理
を行う。

【０１３１】この際、領域３００ａにおいては、ａ−Ｓ
ｉ膜３０３表面に添加されたニッケルを核として基板３
０１に対して垂直方向に非晶質ケイ素膜３０３の結晶化
が起こり、結晶性ケイ素膜３０３ａが形成される。この
結晶化と同時に膜中にニッケルが拡散する。この結果、
結晶性ケイ素膜３０３ａの中のニッケル濃度は１×１０
¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度となる。このとき、領域３０
０ａ以外の部分にはニッケルが存在しておらず、その領
域でａ−Ｓｉ膜３０３が結晶化することはない。 そし
て、領域３００ａの周辺領域では、図５（ｂ）において
矢印３０６で示すように、領域３００ａから横方向（基
板と平行な方向）に結晶成長が行われ、横方向結晶成長
した結晶性ケイ素膜３０３ｂが形成される。それ以外の
非晶質ケイ素膜３０３の領域は、そのまま非晶質ケイ素
膜領域３０３ｃとして残る。この横方向結晶成長した結
晶性ケイ素膜３０３ｂ中のニッケル濃度は５×１０¹⁶ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ³程度であり、そのシード領域とも言え
る直接ニッケルを添加し結晶成長した結晶性ケイ素膜３
０３ａに比べ、やはり一桁以上小さな値となっている。
なお、上記結晶成長に際し、矢印３０６で示される基板
と平行な方向の結晶成長の距離は、８０μｍ程度であ
る。

【０１３２】引き続いて、レーザー光を照射することで
結晶性ケイ素膜３０３ｂの結晶性を助長する。このとき
のレーザー光としては、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波
長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ）を用いた。レー
ザー光の照射は、基板を２００〜４５０℃、例えば４０
０℃に加熱した状態で、エネルギー密度２００〜４００
ｍＪ／ｃｍ²、例えば３００ｍＪ／ｃｍ²にて行った。

【０１３３】その後、図５（ｃ）に示すように、後にＴ
ＦＴの活性領域（素子領域）３０３ｎ、３０３ｐとなる
結晶性ケイ素膜を残し、それ以外の領域をエッチング除
去して素子間分離を行う。

【０１３４】次に、上記の活性領域となる結晶性ケイ素
膜３０３ｎおよび３０３ｐを覆うように厚さ１００ｎｍ
の酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜３０７として成膜する。
本実施例では、ゲート絶縁膜３０７の成膜は、ＴＥＯＳ
を原料とし、これを酸素とともに基板温度３５０℃で、
ＲＦプラズマＣＶＤ法により分解，堆積して行ってい
る。

【０１３５】引き続いて、図５（ｄ）に示すように、ス
パッタリング法によって厚さ４００〜８００ｎｍ、例え
ば５００ｎｍのアルミニウム（０．１〜２％のシリコン
を含む）を成膜し、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲート電極３０８、３０９を形成する。

【０１３６】次に、イオンドーピング法によって、活性
領域３０３ｎ、３０３ｐにゲート電極３０８、３０９を
マスクとして不純物（リン、およびホウ素）を注入す
る。ドーピングガスとして、フォスフィン（ＰＨ₃）お
よびジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用い、前者の場合は、加速電
圧を６０〜９０ｋＶ、例えば８０ｋＶ、後者の場合は、
４０ｋＶ〜８０ｋＶ、例えば６５ｋＶとし、ドーズ量は
１×１０¹⁵〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2、例えばリンを２×１０
¹⁵ｃｍ^-2、ホウ素を５×１０¹⁵ｃｍ^-2とする。この工程
により、ゲート電極３０８、３０９にマスクされ不純物
が注入されない領域は後にＴＦＴのチャネル領域３１
０、３１１となる。ドーピングに際しては、ドーピング
が不要な領域をフォトレジストで覆うことによって、そ
れぞれの元素の選択的なドーピングを行う。この結果、
Ｎ型の不純物領域３１２と３１３、Ｐ型の不純物領域３
１４と３１５が形成され、図５（ｄ）に示すようにＮチ
ャネル型ＴＦＴ（Ｎ型ＴＦＴ）３１とＰチャネル型ＴＦ
Ｔ（Ｐ型ＴＦＴ）３２とを形成することができる。

【０１３７】その後、図５（ｄ）に示すように、レーザ
ー光の照射によってアニールを行い、イオン注入した不
純物の活性化を行う。レーザー光としては、ＸｅＣｌエ
キシマレーザー（波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅ
ｃ）を用い、レーザー光の照射条件としては、エネルギ
ー密度２５０ｍＪ／ｃｍ²で一か所につき２ショット照
射するものとした。

【０１３８】続いて、図５（ｅ）に示すように、厚さ６
００ｎｍの酸化ケイ素膜を層間絶縁膜３１６としてプラ
ズマＣＶＤ法によって形成し、これにコンタクトホール
３１６ｎ，３１６ｐ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二層膜によってＴＦＴの電極
配線３１７、３１８、３１９を形成する。そして最後
に、１気圧の水素雰囲気下で３５０℃、３０分のアニー
ルを行い、ＴＦＴ３１，３２を完成させる。

【０１３９】この実施例で作製したＣＭＯＳ構成の回路
において、それぞれのＴＦＴの電界効果移動度はＮ型Ｔ
ＦＴ３１では１５０〜１８０ｃｍ²／Ｖｓ、Ｐ型ＴＦＴ
３２では１００〜１２０ｃｍ²／Ｖｓと高く、閾値電圧
はＮ型ＴＦＴ３１では１．５〜２Ｖ、Ｐ型ＴＦＴ３２で
は−２〜−３Ｖとなっており、上記ＣＭＯＳ構成の回路
は非常に良好な特性を示す。

【０１４０】このような構成の第３の実施例において
は、上記第２の実施例の効果に加えて、金属元素を非晶
質ケイ素膜へ選択的に添加する工程で、パターニングな
どの処理が簡単なフォトレジストをマスクとして用いて
いるため、金属元素の選択導入のためのマスクを簡単に
作製することができる効果がある。

【０１４１】以上、本発明に基づく実施例３例につき具
体的に説明したが、本発明は上述の実施例に限定される
ものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形
が可能である。

【０１４２】例えば、前述の３例の実施例においては、
結晶化を助長する不純物金属元素としては、ニッケルを
用いたが、ニッケル以外にコバルト、パラジウム、白
金、銅、銀、金、インジウム、スズ、アルミニウム、ア
ンチモンを用いても同様の効果が得られる。

【０１４３】また、本実施例では結晶性ケイ素膜の結晶
性を助長する手段として、パルスレーザーであるエキシ
マレーザー照射による加熱法を用いたが、それ以外のレ
ーザー（例えば連続発振Ａｒレーザーなど）でも同様の
処理が可能である。また、レーザー光の代わりに赤外
光、フラッシュランプからの出射光（いわゆる強光）を
使用して短時間に１０００〜１２００℃（シリコンモニ
ターの温度）まで上昇させ試料を加熱する、いわゆるＲ
ＴＡ（ラピッド・サーマル・アニール）、あるいはＲＴ
Ｐ（ラピッド・サーマル・プロセス）とも言われる加熱
処理を用いてもよい。

【０１４４】さらに、本発明の応用としては、液晶表示
用のアクティブマトリクス型基板以外に、例えば、密着
型イメージセンサー、ドライバー内蔵型のサーマルヘッ
ド、有機系ＥＬ（Electroluminescence）素子等を発光
素子としたドライバー内蔵型の光書き込み素子や表示素
子、三次元ＩＣ等が考えられる。ここで、有機系ＥＬ素
子は、有機材料を発光素材とした電界発光素子である。
そして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できる。

【０１４５】またさらに本発明は、上述の実施例で説明
したＭＯＳ型トランジスタに限らず、結晶性半導体を素
子材としたバイポーラトランジスタや静電誘導トランジ
スタをはじめとする素子の半導体プロセス全般に幅広く
応用することができる。

【０１４６】

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る半導体装置
によれば、基板の絶縁性表面に形成された活性領域を、
非晶質ケイ素膜の加熱による結晶化を助長する金属元素
を含む構造としたので、非晶質ケイ素膜の結晶化により
得られる、上記活性領域を構成する結晶性ケイ素膜を、
通常の固相成長法で得られる結晶性よりさらに高い結晶
性を有するものとできる効果がある。

【０１４７】また、上記活性領域を、その近傍の結晶化
領域から基板表面に対して平行な方向に結晶成長が進ん
で形成された、その結晶粒がほぼ単結晶状態である横方
向結晶成長領域の一部から構成しているため、該活性領
域が、結晶成長方向が一方向に揃った、格段に結晶性が
良好な領域となるという効果がある。

【０１４８】また、非晶質ケイ素膜の加熱による結晶化
は、金属元素により助長されるため、高品質な結晶性ケ
イ素膜を生産性よく形成できる。しかもこの際、結晶化
に要する加熱温度が６００℃以下に抑えられるため、安
価なガラス基板を使用可能となる。

【０１４９】また、上記活性領域は、非晶質ケイ素膜を
加熱処理により結晶化させた後、レーザ光または強光を
照射して処理したものであるため、結晶粒界が処理され
た、結晶性が一層向上したものとなっている。

【０１５０】この発明に係る半導体装置の製造方法によ
れば、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する金属元素を、
メッキ処理により非晶質ケイ素膜表面に添加しているの
で、該金属元素を非晶質ケイ素膜に導入するための設備
を、ほとんどメッキ処理槽のみの簡単なものとできる効
果がある。

【０１５１】また、メッキ処理は、溶液を用いる溶液処
理であるため、非晶質ケイ素膜への金属元素の導入量
を、溶液であるメッキ液の濃度や温度、さらにはｐＨ値
により、極微量にしかも精度よくコントロールすること
ができる。また、メッキ処理では、メッキ液中で金属元
素が非晶質ケイ素膜に付着し、薄膜メッキ層が形成され
るため、後の洗浄工程で金属元素が非晶質ケイ素膜から
除去されることはなく、溶液の塗布により金属元素を非
晶質ケイ素膜表面に添加する溶液塗布法における問題、
つまり溶液の乾燥むらにより金属元素添加量が不均一な
ものとなるのを回避できる。これにより、金属元素の非
晶質ケイ素膜への導入を、基板全面にわたって均一にか
つ必要最小限の量に制御して行うことができる効果があ
る。

【０１５２】さらに、メッキ処理では、金属元素が、フ
ォトレジストの除去の際に除去されることのない薄膜メ
ッキ層の状態で非晶質ケイ素膜表面に付着されるため、
金属元素を非晶質ケイ素膜へ選択的に添加する工程で、
パターニングなどの処理が簡単なフォトレジストをマス
クとして用いることができ、金属元素の選択導入のため
のマスクを簡単に作製することが可能となる。

【０１５３】また、この発明によれば、非晶質ケイ素膜
が反応触媒となる無電解メッキ法により、金属元素を非
晶質ケイ素膜にメッキするので、金属元素が非晶質ケイ
素膜の触媒作用により原理的に非晶質ケイ素膜表面に均
一に存在することとなり、スピンコートの際に生ずる乾
燥工程での水滴残りに起因するミクロ的な金属元素添加
量のばらつきをほとんど無くすことができる効果があ
る。

【０１５４】また、金属元素のメッキ速度を３ｎｍ／分
以下にしているため、１ｎｍ以下のメッキ層を形成する
のに必要な実質的なメッキ処理時間を、メッキ処理の再
現性及び安定性から規定される５秒程度にすることがで
き、極低濃度の金属元素導入を制御性良く行うことが可
能となる。

【０１５５】このように本発明では、大面積基板全面に
わたって均一で安定した特性の高性能薄膜トランジスタ
を有する半導体装置が、簡便な製造プロセスにて得られ
る。特に液晶表示装置においては、アクティブマトリク
ス基板に要求される画素スイッチングＴＦＴの特性の均
一化、周辺駆動回路部を構成するＴＦＴに要求される高
性能化を同時に満足し、同一基板上にアクティブマトリ
クス部と周辺駆動回路部を有するドライバモノリシック
型アクティブマトリクス基板を実現でき、モジュールの
コンパクト化、高性能化、低コスト化を図ることができ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による半導体装置及びそ
の製造方法を説明するための断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例による半導体装置及びそ
の製造方法を説明するための平面図である。

【図３】上記第２の実施例の半導体装置の製造方法を工
程順に示す断面図である。

【図４】本発明の第３の実施例による半導体装置及びそ
の製造方法を説明するための平面図である。

【図５】上記第３の実施例の半導体装置の製造方法を工
程順に示す断面図である。

【符号の説明】

１０、３１ Ｎ型ＴＦＴ ３０ ＣＭＯＳ回路 ２０、３２ Ｐ型ＴＦＴ １００、２００、３００ 半導体装置 ２００ａ、３００ａ ニッケル微量添加領域 １０１、２０１、３０１ ガラス基板 １０２、２０２、３０２ 下地絶縁膜 １０３，２０３、３０３ 非晶質ケイ素膜 １０３ａ，２０３ａ、３０３ａ 結晶性ケイ素膜 １０３ｉ，２０３ｉ、３０３ｎ、３０３ｐ 活性領域 １０５、２０５、３０５ ニッケルメッキ層 ２０６、３０６ 結晶成長方向 １０７、２０７、３０７ ゲート絶縁膜 １０８、２０８、３０８、３０９ ゲート電極 １０９ 陽極酸化層 １１０、２１０、３１０、３１１ チャネル領域 １１１、１１２、２１１、２１２、３１２、３１３、３
１４、３１５ ソース，ドレイン領域 １１３、２１３、３１６ 層間絶縁物 １１３ａ、２１３ａ、３１６ｎ、３１６ｐ コンタクト
ホール １１４、１１５、２１４、２１５、３１７、３１８、３
１９ 電極配線 ２０３ｂ，３０３ｂ 横方向結晶成長領域 ２０４，３０４ マスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−267989（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/20 H01L 29/786

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性表面を有する基板と、 該基板の絶縁性表面上に形成され、非晶質ケイ素膜を加
   熱処理により結晶化してなる活性領域とを備え、 該活性領域は、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒
   としての金属元素を含むものであり、 該活性領域に含まれる金属元素は、該非晶質ケイ素膜表
   面にメッキ処理により添加したものである半導体装置。
2. 【請求項２】 絶縁性表面を有する基板と、 該基板の絶縁性表面上に形成され、非晶質ケイ素膜を加
   熱処理により結晶化してなる活性領域とを備え、 該活性領域は、加熱処理により、その近傍の結晶化領域
   から基板表面に対して平行な方向に結晶成長が進んで形
   成された、その結晶粒がほぼ単結晶状態である横方向結
   晶成長領域の一部であり、 該結晶化領域は、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触
   媒としての金属元素を含むものであり、 該活性領域に含まれる金属元素は、選択的なメッキ処理
   により該非晶質ケイ素膜表面に選択的に添加したもので
   ある半導体装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の半導体装置に
   おいて、 前記活性領域は、前記非晶質ケイ素膜の加熱処理により
   得られた結晶化領域に、レーザー光あるいは強光の照射
   処理を施してその結晶を処理したものである半導体装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１または２に記載の半導体装置に
   おいて、 前記メッキ処理は、ケイ素膜が反応触媒として作用する
   無電解メッキ処理である半導体装置。
5. 【請求項５】 請求項１または２に記載の半導体装置に
   おいて、 前記金属元素として、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、
   Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｓｂから選ばれた一種
   または複数種類の元素が用いられている半導体装置。
6. 【請求項６】 請求項１または２に記載の半導体装置に
   おいて、 前記活性領域中における金属元素の濃度が、１×１０¹⁵
   ａｔｏｍｓ／ｃｍ³〜１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であ
   る半導体装置。
7. 【請求項７】 基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程
   と、 該非晶質ケイ素膜の表面を、該非晶質ケイ素膜の結晶化
   を助長する金属元素を含むメッキ液に晒して、該非晶質
   ケイ素膜表面に該金属元素の薄膜メッキ層を形成する工
   程と、 加熱処理により、該薄膜メッキ層から該金属元素を該非
   晶質ケイ素膜に導入するとともに、該非晶質ケイ素膜の
   結晶化を行う工程とを含む半導体装置の製造方法。
8. 【請求項８】 基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程
   と、 該非晶質ケイ素膜上に、所定部分にマスク開口を有する
   マスク膜を形成する工程と、 該非晶質ケイ素膜の、該マスク開口内に露出した領域
   を、該非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する金属元素を含
   むメッキ液に晒して、該非晶質ケイ素膜表面に選択的に
   該金属元素の薄膜メッキ層を形成する工程と、 加熱処理により、該薄膜メッキ層から該非晶質ケイ素膜
   に該金属元素を選択的に導入するとともに、該非晶質ケ
   イ素膜を選択的に結晶化させる工程と、 続く加熱処理により、この結晶化した部分から基板表面
   に対しほぼ平行な方向へ結晶成長を行って、該非晶質ケ
   イ素膜中に横方向結晶成長領域を形成する工程とを含む
   半導体装置の製造方法。
9. 【請求項９】 基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程
   と、 該非晶質ケイ素膜上に、所定部分にマスク開口を有する
   マスク膜を形成する工程と、 該非晶質ケイ素膜の、マスク開口内に露出した領域を、
   該非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する金属元素を含む無
   電解メッキ液に晒して、該非晶質ケイ素膜表面に選択的
   に該金属元素の薄膜メッキ層を形成する工程と、 加熱処理により、該薄膜メッキ層から該非晶質ケイ素膜
   に該金属元素を選択的に導入するとともに、該非晶質ケ
   イ素膜を選択的に結晶化させる工程と、 続く加熱処理により、この結晶化した部分から基板表面
   に対しほぼ平行な方向へ結晶成長を行って、該非晶質ケ
   イ素膜中に横方向結晶成長領域を形成する工程とを含む
   半導体装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項７ないし９のいずれかに記載の
    半導体装置の製造方法において、 前記薄膜メッキ層を形成する際、金属元素が非晶質ケイ
    素膜の表面にメッキされる速度は、３ｎｍ／分以下であ
    る半導体装置の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項７ないし９のいずれかに記載の
    半導体装置の製造方法において、 加熱処理により前記非晶質ケイ素膜を結晶化させた後、
    該非晶質ケイ素膜にレーザー光あるいは強光を照射し
    て、その結晶を処理する工程を含む半導体装置の製造方
    法。
12. 【請求項１２】 請求項８または９に記載の半導体装置
    の製造方法において、 前記非晶質ケイ素膜上に形成されるマスク膜の構成材料
    として、感光性樹脂を用いる半導体装置の製造方法。