JP3190483B2 - 半導体装置作製方法 - Google Patents
半導体装置作製方法Info
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Description
【０００１】
【産業上に利用分野】本発明は、アモルファスシリコン
膜を加熱アニールによって結晶化させた結晶シリコン膜
を半導体装置に利用することに関する。
膜を加熱アニールによって結晶化させた結晶シリコン膜
を半導体装置に利用することに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ガラス基板上に多数のＴＦＴ
（薄膜トランジスタ、一般には薄膜シリコン半導体を用
いた絶縁ゲイト型電界効果半導体装置が用いられる）を
マトリック状に設け、やはりマトリックス状に設けられ
た画素を駆動するアクティブマトリクス型液晶表示装置
が知られている。このアクティブマトリックス型液晶表
示装置の画素の駆動に用いられるＴＦＴとしては、アモ
ルファスシリコンを用いたものが一般的であるが、さら
なる性能の向上を計るためには、結晶性を有するシリコ
ン（以下結晶シリコンという）を用いることが有効であ
る。
（薄膜トランジスタ、一般には薄膜シリコン半導体を用
いた絶縁ゲイト型電界効果半導体装置が用いられる）を
マトリック状に設け、やはりマトリックス状に設けられ
た画素を駆動するアクティブマトリクス型液晶表示装置
が知られている。このアクティブマトリックス型液晶表
示装置の画素の駆動に用いられるＴＦＴとしては、アモ
ルファスシリコンを用いたものが一般的であるが、さら
なる性能の向上を計るためには、結晶性を有するシリコ
ン（以下結晶シリコンという）を用いることが有効であ
る。
【０００３】結晶シリコンを形成する方法としては、気
相法やスパッタ法で形成したアモルファスシリコンにレ
ーザー光のエネルギーを与えて結晶化させる方法、さら
には気相法やスパッタ法で形成したアモルファスシリコ
ンを加熱アニールし、結晶化させる方法が知られてい
る。しかしながら、レーザー光を用いる方法は、レーザ
ー光の照射面積が小さく、また再現性の問題等から実用
性が低い。また加熱アニールによる方法は、加熱温度が
６００℃以上必要であり、基板としてガラス基板（一般
にコーニング７０５９ガラスが用いられる）を用いる場
合には、６００℃の温度では温度がやや高く（コーニン
グ７０５９ガラスの歪点は５９３℃）、大面積基板を用
いる場合には問題があった。またこの場合、６００℃の
温度で２４時間程度加熱アニールする必要があり、生産
性の観点からも問題があった。
相法やスパッタ法で形成したアモルファスシリコンにレ
ーザー光のエネルギーを与えて結晶化させる方法、さら
には気相法やスパッタ法で形成したアモルファスシリコ
ンを加熱アニールし、結晶化させる方法が知られてい
る。しかしながら、レーザー光を用いる方法は、レーザ
ー光の照射面積が小さく、また再現性の問題等から実用
性が低い。また加熱アニールによる方法は、加熱温度が
６００℃以上必要であり、基板としてガラス基板（一般
にコーニング７０５９ガラスが用いられる）を用いる場
合には、６００℃の温度では温度がやや高く（コーニン
グ７０５９ガラスの歪点は５９３℃）、大面積基板を用
いる場合には問題があった。またこの場合、６００℃の
温度で２４時間程度加熱アニールする必要があり、生産
性の観点からも問題があった。
【０００４】一方、アモルファスシリコン膜に微量のニ
ッケル元素を導入し、しかる後に加熱アニールを行う
と、５５０℃、４時間程度の加熱アニールによって結晶
化することが実験的に確かめられている。しかしなが
ら、このニッケルを触媒材料として、熱アニールによる
結晶化を助長する方法は、結晶シリコン中に金属元素で
あるニッケルが残留してしまい、この結晶シリコンを用
いて半導体装置（例えばＴＦＴ）を作製した際に、その
性能や信頼性に低下をきたすことが懸念される。
ッケル元素を導入し、しかる後に加熱アニールを行う
と、５５０℃、４時間程度の加熱アニールによって結晶
化することが実験的に確かめられている。しかしなが
ら、このニッケルを触媒材料として、熱アニールによる
結晶化を助長する方法は、結晶シリコン中に金属元素で
あるニッケルが残留してしまい、この結晶シリコンを用
いて半導体装置（例えばＴＦＴ）を作製した際に、その
性能や信頼性に低下をきたすことが懸念される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、５
５０℃程度（実験では４５０℃程度でも結晶化が見られ
た）の温度でのアニールで結晶性シリコン膜がガラス基
板上に形成できる方法において、結晶シリコン膜中に残
存する結晶化のための触媒材料である金属元素の影響を
低減させる構成、さらにはその方法を提供することを目
的とする。
５０℃程度（実験では４５０℃程度でも結晶化が見られ
た）の温度でのアニールで結晶性シリコン膜がガラス基
板上に形成できる方法において、結晶シリコン膜中に残
存する結晶化のための触媒材料である金属元素の影響を
低減させる構成、さらにはその方法を提供することを目
的とする。
【０００６】本発明は、基板上に実質的にアモルファス
状態のシリコン膜を形成する工程と、前記工程の前また
は後にニッケル、鉄、コバルト、白金のうち、少なくと
も１つの元素を含む膜を成膜する工程と、前記結晶化し
たシリコン膜上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜
上にＰＳＧ膜を形成する工程と、前記シリコン膜を通常
のアモルファスシリコン膜の結晶化温度以下の温度でア
ニールすることにより結晶化させる工程と、を有する半
導体装置作製方法を要旨とするものである。
状態のシリコン膜を形成する工程と、前記工程の前また
は後にニッケル、鉄、コバルト、白金のうち、少なくと
も１つの元素を含む膜を成膜する工程と、前記結晶化し
たシリコン膜上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜
上にＰＳＧ膜を形成する工程と、前記シリコン膜を通常
のアモルファスシリコン膜の結晶化温度以下の温度でア
ニールすることにより結晶化させる工程と、を有する半
導体装置作製方法を要旨とするものである。
【０００７】上記発明は、基板上に設けられたＰＳＧ膜
によって、結晶化を助長するために導入した触媒材料で
ある結晶シリコン膜中の金属元素（例えばニッケル）を
ゲッタリングさせんとするものである。上記発明におい
て、ＰＳＧ膜というのは、リンシリサイドガラス（Phos
phosilicate Glass)のことであり、公知のように塗布や
気相法によって形成することができる。
によって、結晶化を助長するために導入した触媒材料で
ある結晶シリコン膜中の金属元素（例えばニッケル）を
ゲッタリングさせんとするものである。上記発明におい
て、ＰＳＧ膜というのは、リンシリサイドガラス（Phos
phosilicate Glass)のことであり、公知のように塗布や
気相法によって形成することができる。
【０００８】シリコン膜の結晶化を助長するための触媒
材料である金属元素としては、ニッケル、鉄、コバル
ト、白金の内、少なくとも一つの元素を用いることがで
きる。
材料である金属元素としては、ニッケル、鉄、コバル
ト、白金の内、少なくとも一つの元素を用いることがで
きる。
【０００９】実質的なアモルファス状態の膜の作製方法
としては、公知のプラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法、
さらには光ＣＶＤ法やスパッタ法を挙げることができ
る。この実質的なアモルファス状態の膜というのは、通
常アモルファスシリコン太陽電池やアモルファスシリコ
ンＴＦＴに用いられるアモルファスシリコン半導体膜の
ことである。
としては、公知のプラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法、
さらには光ＣＶＤ法やスパッタ法を挙げることができ
る。この実質的なアモルファス状態の膜というのは、通
常アモルファスシリコン太陽電池やアモルファスシリコ
ンＴＦＴに用いられるアモルファスシリコン半導体膜の
ことである。
【００１０】通常のアモルファスシリコン膜の結晶化温
度というのは、前述したように６００℃以上の温度のこ
とをいう。即ち、本発明においては、６００℃以下の温
度で結晶化ができることを特徴とするものである。本発
明における結晶化の工程は、５５０℃の温度であれば４
時間程度で十分であることが確認されており、また４５
０℃程度の温度でも可能であることが確認されている。
従って、本発明における結晶化のためのアニール温度
は、４５０℃〜５５０℃の温度（勿論基板の耐熱性等の
問題が許せばそれ以上の温度でもよい）であると定める
ことができる。
度というのは、前述したように６００℃以上の温度のこ
とをいう。即ち、本発明においては、６００℃以下の温
度で結晶化ができることを特徴とするものである。本発
明における結晶化の工程は、５５０℃の温度であれば４
時間程度で十分であることが確認されており、また４５
０℃程度の温度でも可能であることが確認されている。
従って、本発明における結晶化のためのアニール温度
は、４５０℃〜５５０℃の温度（勿論基板の耐熱性等の
問題が許せばそれ以上の温度でもよい）であると定める
ことができる。
【００１１】
【作用】ＰＳＧ膜が存在することによって、シリコン膜
を結晶化させる際に触媒として作用させたニッケル等の
金属元素をゲッタリングすることができ、この結晶化し
たシリコン膜を利用した半導体装置の電気的特性や安定
性を向上させることができる。
を結晶化させる際に触媒として作用させたニッケル等の
金属元素をゲッタリングすることができ、この結晶化し
たシリコン膜を利用した半導体装置の電気的特性や安定
性を向上させることができる。
【００１２】
【実施例】〔実施例１〕本実施例は、ガラス基板上に結
晶シリコンを用いたＰチャネル型ＴＦＴ（ＰＴＦＴとい
う）とＮチャネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴという）とを相補
型に組み合わせた回路を形成する例である。本実施例の
構成は、アクティブ型の液晶表示装置の周辺ドライバー
回路や画素部分のスッチング素子（相補型回路によって
画素の駆動を行う）に利用することができる。
晶シリコンを用いたＰチャネル型ＴＦＴ（ＰＴＦＴとい
う）とＮチャネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴという）とを相補
型に組み合わせた回路を形成する例である。本実施例の
構成は、アクティブ型の液晶表示装置の周辺ドライバー
回路や画素部分のスッチング素子（相補型回路によって
画素の駆動を行う）に利用することができる。
【００１３】図１に本実施例の作製工程の断面図を示
す。まず、基板（コーニング７０５９）１０１上にスパ
ッタリング法によって厚さ１００〜２０００Åここでは
５００Å厚さに酸化珪素の下地膜１０２を形成した。つ
ぎにスパッタリング法によって、厚さ５〜２００Å、例
えば２０Åの珪化ニッケル膜（化学式ＮｉＳｉx 、０．
４≦ｘ≦２．５、例えば、ｘ＝２．０）を成膜する。こ
の工程によって、下地膜１０２上、言い換えるならば後
に成膜されるアモルファスシリコン膜１０４下に珪化ニ
ッケル膜として、ニッケルが導入されたことになる。
す。まず、基板（コーニング７０５９）１０１上にスパ
ッタリング法によって厚さ１００〜２０００Åここでは
５００Å厚さに酸化珪素の下地膜１０２を形成した。つ
ぎにスパッタリング法によって、厚さ５〜２００Å、例
えば２０Åの珪化ニッケル膜（化学式ＮｉＳｉx 、０．
４≦ｘ≦２．５、例えば、ｘ＝２．０）を成膜する。こ
の工程によって、下地膜１０２上、言い換えるならば後
に成膜されるアモルファスシリコン膜１０４下に珪化ニ
ッケル膜として、ニッケルが導入されたことになる。
【００１４】また下地膜１０２の上にアモルファスシリ
コン膜１０４を成膜した後、珪化ニッケル膜を成膜して
もよい。即ち、ニッケルが導入されるのは、アモルファ
スシリコン膜１０４の下側であっても、また上側でもよ
い。
コン膜１０４を成膜した後、珪化ニッケル膜を成膜して
もよい。即ち、ニッケルが導入されるのは、アモルファ
スシリコン膜１０４の下側であっても、また上側でもよ
い。
【００１５】つぎに、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ
５００〜１５００Å、例えば１０００Åの真性（Ｉ型）
のアモルファスシリコン膜１０４を成膜した。さらに酸
化珪素膜１０５をＴＥＯＳと酸素とを用いたプラズマＣ
ＶＤ法によって１０００Åの厚さに成膜した。さらに、
スピンコート法によって１０００Åの厚さにＰＳＧ膜１
０６を形成した。さらに２００℃、３０分の条件でこの
ＰＳＧ膜のベーク工程を行った。ＰＳＧ膜の材料として
は、市販の酸化珪素系被膜の形成用塗布液を用い、Ｐの
濃度が５×１０14〜５×１０21ｃｍ-3となるようにし
た。またその厚さは、２００〜２０００Åの厚さの範囲
で設定すればよい。
５００〜１５００Å、例えば１０００Åの真性（Ｉ型）
のアモルファスシリコン膜１０４を成膜した。さらに酸
化珪素膜１０５をＴＥＯＳと酸素とを用いたプラズマＣ
ＶＤ法によって１０００Åの厚さに成膜した。さらに、
スピンコート法によって１０００Åの厚さにＰＳＧ膜１
０６を形成した。さらに２００℃、３０分の条件でこの
ＰＳＧ膜のベーク工程を行った。ＰＳＧ膜の材料として
は、市販の酸化珪素系被膜の形成用塗布液を用い、Ｐの
濃度が５×１０14〜５×１０21ｃｍ-3となるようにし
た。またその厚さは、２００〜２０００Åの厚さの範囲
で設定すればよい。
【００１６】そして、これを水素還元雰囲気下（好まし
くは、水素の分圧が０．１〜１気圧）、５５０℃で４時
間アニールしてシリコン膜１０４を結晶化させた。この
際、珪化ニッケル膜が成膜された領域において、基板１
０１に対して垂直方向にシリコン膜１０４の結晶化が起
こる。ここでは、全面に珪化ニッケル膜を形成したの
で、シリコン膜１０４の全体が結晶化する。（図１
（Ｂ））
くは、水素の分圧が０．１〜１気圧）、５５０℃で４時
間アニールしてシリコン膜１０４を結晶化させた。この
際、珪化ニッケル膜が成膜された領域において、基板１
０１に対して垂直方向にシリコン膜１０４の結晶化が起
こる。ここでは、全面に珪化ニッケル膜を形成したの
で、シリコン膜１０４の全体が結晶化する。（図１
（Ｂ））
【００１７】上記工程の結果、アモルファスシリコン膜
を結晶化させて、結晶シリコン膜１０４を得ることがで
きた。そして、酸化珪素膜１０５とＰＳＧ膜１０６とを
取り除いた。その後、結晶シリコン膜１０４をパターニ
ングすることで素子間分離を行った。つぎに、スパッタ
リング法によって厚さ１０００Åの酸化珪素膜１２１を
ゲイト絶縁膜として成膜した。スパッタリングには、タ
ーゲットとして酸化珪素を用い、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＝０
〜０．５、例えば０．１以下とした。引き続いて、スパ
ッタリング法によって、厚さ６０００〜８０００Å、例
えば６０００Åのアルミニウム（０．１〜２％のシリコ
ンを含む）を成膜した。なお、この酸化珪素膜１２１と
アルミニウム膜の成膜工程は連続的に行うことが望まし
い。
を結晶化させて、結晶シリコン膜１０４を得ることがで
きた。そして、酸化珪素膜１０５とＰＳＧ膜１０６とを
取り除いた。その後、結晶シリコン膜１０４をパターニ
ングすることで素子間分離を行った。つぎに、スパッタ
リング法によって厚さ１０００Åの酸化珪素膜１２１を
ゲイト絶縁膜として成膜した。スパッタリングには、タ
ーゲットとして酸化珪素を用い、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＝０
〜０．５、例えば０．１以下とした。引き続いて、スパ
ッタリング法によって、厚さ６０００〜８０００Å、例
えば６０００Åのアルミニウム（０．１〜２％のシリコ
ンを含む）を成膜した。なお、この酸化珪素膜１２１と
アルミニウム膜の成膜工程は連続的に行うことが望まし
い。
【００１８】そして、シリコン膜をパターニングして、
ゲイト電極１０７、１０９を形成した。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１０８、１１０を形成した。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っ
た。得られた酸化物層１０８、１１０の厚さは２０００
Åであった。なお、この酸化物層１０８と１１０とは、
後のイオンドーピング工程において、オフセットゲイト
領域を形成する厚さとなるので、オフセットゲイト領域
の長さを上記陽極酸化工程で決めることができる。
ゲイト電極１０７、１０９を形成した。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１０８、１１０を形成した。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っ
た。得られた酸化物層１０８、１１０の厚さは２０００
Åであった。なお、この酸化物層１０８と１１０とは、
後のイオンドーピング工程において、オフセットゲイト
領域を形成する厚さとなるので、オフセットゲイト領域
の長さを上記陽極酸化工程で決めることができる。
【００１９】次に、イオンドーピング法によって、シリ
コン領域にゲイト電極１０７とその周囲の酸化層１０
８、ゲイト電極１０９とその周囲の酸化層１１０をマス
クとして不純物（燐およびホウ素）を注入した。ドーピ
ングガスとして、フォスフィン（ＰＨ3 ）およびジボラ
ン（Ｂ2 Ｈ6 ）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、４０〜８
０ｋＶ、例えば６５ｋＶとした。ドース量は１×１０15
〜８×１０15ｃｍ-2、例えば、燐を２×１０15ｃｍ-2、
ホウ素を５×１０15ｃｍ-2とした。ドーピングに際して
は、一方の領域をフォトレジストで覆うことによって、
それぞれの元素を必要とする場所に選択的にドーピング
した。この結果、Ｎ型の不純物領域１１４と１１６、Ｐ
型の不純物領域１１１と１１３が形成され、Ｐチャネル
型ＴＦＴ（ＰＴＦＴ）の領域とＮチャネル型ＴＦＴ（Ｎ
ＴＦＴ）との領域を形成することができた。
コン領域にゲイト電極１０７とその周囲の酸化層１０
８、ゲイト電極１０９とその周囲の酸化層１１０をマス
クとして不純物（燐およびホウ素）を注入した。ドーピ
ングガスとして、フォスフィン（ＰＨ3 ）およびジボラ
ン（Ｂ2 Ｈ6 ）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、４０〜８
０ｋＶ、例えば６５ｋＶとした。ドース量は１×１０15
〜８×１０15ｃｍ-2、例えば、燐を２×１０15ｃｍ-2、
ホウ素を５×１０15ｃｍ-2とした。ドーピングに際して
は、一方の領域をフォトレジストで覆うことによって、
それぞれの元素を必要とする場所に選択的にドーピング
した。この結果、Ｎ型の不純物領域１１４と１１６、Ｐ
型の不純物領域１１１と１１３が形成され、Ｐチャネル
型ＴＦＴ（ＰＴＦＴ）の領域とＮチャネル型ＴＦＴ（Ｎ
ＴＦＴ）との領域を形成することができた。
【００２０】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行った。レーザー光としては、ＫｒＦエキシマレーザ
ー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を用いた
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が２００〜４００ｍＪ／ｃｍ2 、
例えば２５０ｍＪ／ｃｍ2 とし、一か所につき２〜１０
ショット、例えば２ショット照射した。このレーザー光
の照射時に基板を２００〜４５０℃程度に加熱すること
は有用である。
ル行った。レーザー光としては、ＫｒＦエキシマレーザ
ー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を用いた
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が２００〜４００ｍＪ／ｃｍ2 、
例えば２５０ｍＪ／ｃｍ2 とし、一か所につき２〜１０
ショット、例えば２ショット照射した。このレーザー光
の照射時に基板を２００〜４５０℃程度に加熱すること
は有用である。
【００２１】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜１１
８を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成
し、これにコンタクトホールを形成して、金属材料、例
えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってＴＦ
Ｔの電極・配線１１７、１２０、１１９を形成した。最
後に、１気圧の水素雰囲気で３５０℃、３０分のアニー
ルを行った。以上の工程によって半導体回路が完成し
た。（図１（Ｄ））この回路は、ゲイト電極が入力とな
り、電極１２０が出力となる相補型の構成となる。
８を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成
し、これにコンタクトホールを形成して、金属材料、例
えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってＴＦ
Ｔの電極・配線１１７、１２０、１１９を形成した。最
後に、１気圧の水素雰囲気で３５０℃、３０分のアニー
ルを行った。以上の工程によって半導体回路が完成し
た。（図１（Ｄ））この回路は、ゲイト電極が入力とな
り、電極１２０が出力となる相補型の構成となる。
【００２２】本実施例においては、ニッケルを導入する
方法として、アモルファスシリコン膜１０４下の下地膜
１０２上に選択的にＮｉを薄膜（極めて薄いので、膜と
して観察することは困難である）を全面に成膜し、シリ
コン膜１０４全体を一様に結晶成長させたが、一部分に
ニッケルを導入することで、選択的に結晶化をさせるこ
ともできる。その際、ニッケルが導入された領域の周囲
では結晶成長が、膜と平行な方向に向かって起こるの
で、結晶成長の向きとキャリアの移動する方向を合わせ
ることにより、例えば高移動度を有するＴＦＴを作るこ
とができる。本実施例においては、結晶シリコン膜中に
含まれるニッケル元素の濃度を、ＳＩＭＳ（二次イオン
質量分析法）で調べたところ、１０17〜１０18ｃｍ-3で
あった。
方法として、アモルファスシリコン膜１０４下の下地膜
１０２上に選択的にＮｉを薄膜（極めて薄いので、膜と
して観察することは困難である）を全面に成膜し、シリ
コン膜１０４全体を一様に結晶成長させたが、一部分に
ニッケルを導入することで、選択的に結晶化をさせるこ
ともできる。その際、ニッケルが導入された領域の周囲
では結晶成長が、膜と平行な方向に向かって起こるの
で、結晶成長の向きとキャリアの移動する方向を合わせ
ることにより、例えば高移動度を有するＴＦＴを作るこ
とができる。本実施例においては、結晶シリコン膜中に
含まれるニッケル元素の濃度を、ＳＩＭＳ（二次イオン
質量分析法）で調べたところ、１０17〜１０18ｃｍ-3で
あった。
【００２３】また、予めアモルファスシリコンを成膜
し、さらにイオンドーピング法を用いて、ニッケルイオ
ンをアモルファスシリコン膜１０４に選択的に注入する
方法を採用してもよい。この場合は、ニッケル元素の濃
度を制御することができるという特徴を有する。
し、さらにイオンドーピング法を用いて、ニッケルイオ
ンをアモルファスシリコン膜１０４に選択的に注入する
方法を採用してもよい。この場合は、ニッケル元素の濃
度を制御することができるという特徴を有する。
【００２４】〔実施例２〕本実施例は、アクティブ型の
液晶表示装置において、Ｎチャネル型ＴＦＴをスイッチ
ング素子として各画素に設けた例である。以下において
は、一つの画素について説明するが、他に多数（一般に
は数十万）の画素が同様な構造で形成される。
液晶表示装置において、Ｎチャネル型ＴＦＴをスイッチ
ング素子として各画素に設けた例である。以下において
は、一つの画素について説明するが、他に多数（一般に
は数十万）の画素が同様な構造で形成される。
【００２５】本実施例の作製工程の概略を図２に示す。
本実施例において、透光性の絶縁基板３０１として、コ
ーニング７０５９ガラス基板（厚さ１．１ｍｍ、３００
×４００ｍｍ）を使用した。まず、このガラス基板上に
下地膜３０２（酸化珪素膜）を１０００Åの厚さにスパ
ッタ法で形成する。この酸化珪素膜中には、ニッケルの
ゲッタリング効果を高めるために、塩素を添加した。
本実施例において、透光性の絶縁基板３０１として、コ
ーニング７０５９ガラス基板（厚さ１．１ｍｍ、３００
×４００ｍｍ）を使用した。まず、このガラス基板上に
下地膜３０２（酸化珪素膜）を１０００Åの厚さにスパ
ッタ法で形成する。この酸化珪素膜中には、ニッケルの
ゲッタリング効果を高めるために、塩素を添加した。
【００２６】この後、ＬＰＣＶＤ法もしくはプラズマＣ
ＶＤ法でアモルファスシリコン膜３０３（厚さ３００〜
１５００Å、ここでは１０００Å）を形成し、この後珪
化ニッケル膜（極めて薄いので図示せず）を成膜した。
この珪化ニッケル膜は、スパッタリング法によって、厚
さ５〜２００Å、例えば２０Åの厚さに形成する。この
珪化ニッケル膜は、化学式ＮｉＳｉx 、０．４≦ｘ≦
２．５、例えば、ｘ＝２．０で示される。即ち、本実施
例の構成においては、アモルファスシリコン膜３０３を
成膜後に、その上面にニッケルを珪化ニッケル膜として
導入した。
ＶＤ法でアモルファスシリコン膜３０３（厚さ３００〜
１５００Å、ここでは１０００Å）を形成し、この後珪
化ニッケル膜（極めて薄いので図示せず）を成膜した。
この珪化ニッケル膜は、スパッタリング法によって、厚
さ５〜２００Å、例えば２０Åの厚さに形成する。この
珪化ニッケル膜は、化学式ＮｉＳｉx 、０．４≦ｘ≦
２．５、例えば、ｘ＝２．０で示される。即ち、本実施
例の構成においては、アモルファスシリコン膜３０３を
成膜後に、その上面にニッケルを珪化ニッケル膜として
導入した。
【００２７】さらに酸化珪素膜３０４を実施例１と同様
にＴＥＯＳと酸素とを用いたプラズマＣＶＤ法によって
１０００Åの厚さに成膜した。そして、実施例１と同様
にして、ＰＳＧ膜３０５を２００〜２０００Å、ここで
は１０００Åの厚さにスピンコート法で塗布し、２００
℃、３０分のベーク工程で成膜を行った。
にＴＥＯＳと酸素とを用いたプラズマＣＶＤ法によって
１０００Åの厚さに成膜した。そして、実施例１と同様
にして、ＰＳＧ膜３０５を２００〜２０００Å、ここで
は１０００Åの厚さにスピンコート法で塗布し、２００
℃、３０分のベーク工程で成膜を行った。
【００２８】この後、４００℃で１時間脱水素化を行
い、加熱アニールによって結晶化を行った。このアニー
ル工程は、水素還元雰囲気下（好ましくは、水素の分圧
が０．１〜１気圧）、５５０℃で４時間行った。この
際、アモルファスシリコン膜３０３上には、珪化ニッケ
ル膜が成膜されているので、珪化ニッケル膜から結晶化
が基板２０１に垂直方向に起こる。そして、基板２０１
に垂直方向に結晶成長した結晶シリコン膜を得ることが
できる。（図２（Ｂ））
い、加熱アニールによって結晶化を行った。このアニー
ル工程は、水素還元雰囲気下（好ましくは、水素の分圧
が０．１〜１気圧）、５５０℃で４時間行った。この
際、アモルファスシリコン膜３０３上には、珪化ニッケ
ル膜が成膜されているので、珪化ニッケル膜から結晶化
が基板２０１に垂直方向に起こる。そして、基板２０１
に垂直方向に結晶成長した結晶シリコン膜を得ることが
できる。（図２（Ｂ））
【００２９】そして、この結晶シリコンよりなる半導体
領域（３０３で示される部分）をパターニング（素子間
分離）して島状の半導体領域（ＴＦＴの活性層）を形成
した。さらにテトラ・エトキシ・シラン（ＴＥＯＳ）を
原料として、酸素雰囲気中のプラズマＣＶＤ法によっ
て、酸化珪素のゲイト絶縁膜（厚さ７００〜１２００
Å、典型的には１０００Å）３００を形成した。基板温
度はガラスの縮みやソリを防止するために４００℃以
下、好ましくは２００〜３５０℃とした。しかしなが
ら、この程度の基板温度では、酸化膜中には多量の炭化
水素基が含まれ、多くの再結合中心が存在し、例えば、
界面準位密度は１０12ｃｍ-2以上でゲイト絶縁膜として
は使用できないレベルのものであった。
領域（３０３で示される部分）をパターニング（素子間
分離）して島状の半導体領域（ＴＦＴの活性層）を形成
した。さらにテトラ・エトキシ・シラン（ＴＥＯＳ）を
原料として、酸素雰囲気中のプラズマＣＶＤ法によっ
て、酸化珪素のゲイト絶縁膜（厚さ７００〜１２００
Å、典型的には１０００Å）３００を形成した。基板温
度はガラスの縮みやソリを防止するために４００℃以
下、好ましくは２００〜３５０℃とした。しかしなが
ら、この程度の基板温度では、酸化膜中には多量の炭化
水素基が含まれ、多くの再結合中心が存在し、例えば、
界面準位密度は１０12ｃｍ-2以上でゲイト絶縁膜として
は使用できないレベルのものであった。
【００３０】そこで、図２（Ｃ）に矢印で示すようにＫ
ｒＦレーザー光を照射して、この結晶性シリコン膜の結
晶性を助長せしめると同時に、ゲイト酸化膜３００の再
結合中心（トラップセンター）を減少させ、ゲイト酸化
膜３００の特性の改善を図った。また、このレーザー照
射は１０ｔｏｒｒ以下の減圧下で行われるのが好まし
い。なぜならば、減圧状態の方が酸化膜中の炭素原子の
離脱が容易であるからである。このときにはレーザー光
のエネルギー密度は２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ2と設定
し、また、ショット数も１０回とした。この際基板温度
を好ましくは、２００〜４００℃、代表的には３００℃
に保つと良い。その結果、シリコン膜２０４は結晶性が
改善され、また、ゲイト酸化膜の界面準位密度も１０11
ｃｍ-2以下に減少した。
ｒＦレーザー光を照射して、この結晶性シリコン膜の結
晶性を助長せしめると同時に、ゲイト酸化膜３００の再
結合中心（トラップセンター）を減少させ、ゲイト酸化
膜３００の特性の改善を図った。また、このレーザー照
射は１０ｔｏｒｒ以下の減圧下で行われるのが好まし
い。なぜならば、減圧状態の方が酸化膜中の炭素原子の
離脱が容易であるからである。このときにはレーザー光
のエネルギー密度は２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ2と設定
し、また、ショット数も１０回とした。この際基板温度
を好ましくは、２００〜４００℃、代表的には３００℃
に保つと良い。その結果、シリコン膜２０４は結晶性が
改善され、また、ゲイト酸化膜の界面準位密度も１０11
ｃｍ-2以下に減少した。
【００３１】次に、アウミニウムのゲイト電極３０６を
形成し、基板ごと電解溶液に浸漬して、これを陽極とし
て通電し、ゲイト電極等のアルミニウム配線表面に陽極
酸化物の層３１４を厚さ２０００Å形成した。この工程
の完了した様子を図３（Ｃ）に示す。また、陽極酸化工
程が終了した後に、逆に負の電圧、例えば−１００〜−
２００Ｖの電圧を０．１〜５時間印加してもよい。この
ときには、基板温度は１００〜２５０℃、代表的には１
５０℃とすることが好ましい。この工程によって、酸化
珪素中あるいは酸化珪素とシリコン界面にあった可動イ
オンがゲイト電極（Ａｌ）に引き寄せられる。
形成し、基板ごと電解溶液に浸漬して、これを陽極とし
て通電し、ゲイト電極等のアルミニウム配線表面に陽極
酸化物の層３１４を厚さ２０００Å形成した。この工程
の完了した様子を図３（Ｃ）に示す。また、陽極酸化工
程が終了した後に、逆に負の電圧、例えば−１００〜−
２００Ｖの電圧を０．１〜５時間印加してもよい。この
ときには、基板温度は１００〜２５０℃、代表的には１
５０℃とすることが好ましい。この工程によって、酸化
珪素中あるいは酸化珪素とシリコン界面にあった可動イ
オンがゲイト電極（Ａｌ）に引き寄せられる。
【００３２】その後、Ｎ型の不純物として、硼素をイオ
ンドーピング法でシリコン膜に自己整合的に注入し、Ｔ
ＦＴのソース／ドレイン３０７、３０９、さらにはチャ
ネル形成領域３０８を形成した。さらに、図２（Ｃ）に
示すように、これにＫｒＦレーザー光を照射して、この
イオンドーピングのために結晶性の劣化したシリコン膜
の結晶性を改善せしめた。このときにはレーザー光のエ
ネルギー密度は２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ2 と設定し
た。このレーザー照射によって、このＴＦＴのソース／
ドレインのシート抵抗は３００〜８００Ω／ｃｍ2 とな
った。
ンドーピング法でシリコン膜に自己整合的に注入し、Ｔ
ＦＴのソース／ドレイン３０７、３０９、さらにはチャ
ネル形成領域３０８を形成した。さらに、図２（Ｃ）に
示すように、これにＫｒＦレーザー光を照射して、この
イオンドーピングのために結晶性の劣化したシリコン膜
の結晶性を改善せしめた。このときにはレーザー光のエ
ネルギー密度は２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ2 と設定し
た。このレーザー照射によって、このＴＦＴのソース／
ドレインのシート抵抗は３００〜８００Ω／ｃｍ2 とな
った。
【００３３】その後、ポリイミドによって層間絶縁物３
１０を形成し、さらに、画素電極３１３をＩＴＯによっ
て形成した。そして、コンタクトホールを形成して、Ｔ
ＦＴのソース／ドレイン領域にクロム／アルミニウム多
層膜で電極３１１、３１２を形成し、このうち一方の電
極３１２は画素電極であるＩＴＯ３１３にも接続するよ
うにした。クロム／アルミニウム多層膜は、下層にクロ
ム膜２０〜２０００Åここでは１０００Å、上層にアル
ミニウム膜１０００〜２００００Åここでは５０００Å
が成膜されてできている。これらは連続的にスパッタ法
にて形成することが望まれる。最後に、水素中で２００
〜３００℃で２時間アニールして、シリコンの水素化を
完了した。このようにして、ＴＦＴが完成した。そし
て、同時に作製した多数のＴＦＴをマトリクス状に配列
せしめてアクティブマトリクス型液晶表示装置の表示部
分の一方の基板を完成させた。
１０を形成し、さらに、画素電極３１３をＩＴＯによっ
て形成した。そして、コンタクトホールを形成して、Ｔ
ＦＴのソース／ドレイン領域にクロム／アルミニウム多
層膜で電極３１１、３１２を形成し、このうち一方の電
極３１２は画素電極であるＩＴＯ３１３にも接続するよ
うにした。クロム／アルミニウム多層膜は、下層にクロ
ム膜２０〜２０００Åここでは１０００Å、上層にアル
ミニウム膜１０００〜２００００Åここでは５０００Å
が成膜されてできている。これらは連続的にスパッタ法
にて形成することが望まれる。最後に、水素中で２００
〜３００℃で２時間アニールして、シリコンの水素化を
完了した。このようにして、ＴＦＴが完成した。そし
て、同時に作製した多数のＴＦＴをマトリクス状に配列
せしめてアクティブマトリクス型液晶表示装置の表示部
分の一方の基板を完成させた。
【００３４】以上の実施例１および実施例２の構成を採
用することで、結晶シリコン中に存在するニッケル元素
をゲッタリングさせることができ、装置の動作時におい
て、ニッケル元素が動作に悪影響を及ぼすことを防ぐこ
とができる。
用することで、結晶シリコン中に存在するニッケル元素
をゲッタリングさせることができ、装置の動作時におい
て、ニッケル元素が動作に悪影響を及ぼすことを防ぐこ
とができる。
【００３５】また、以上の本実施例においては、ゲッタ
リングを行う材料としてＰＳＧ膜（リンシリケイトガラ
ス）を用いたが、この他にＢＳＧ膜（ボロンシリケイト
ガラス）やＢＰＳＧ膜を用いることができる。さらに、
これらの膜中にハロゲン元素（例えば塩素）を添加し、
ゲッタリング効果を高めてもよい。また、これらの膜の
成膜方法としては、平坦性を確保するためにスピンコー
ト法を用いたが、気相法で作製する方法を採用したもよ
い。
リングを行う材料としてＰＳＧ膜（リンシリケイトガラ
ス）を用いたが、この他にＢＳＧ膜（ボロンシリケイト
ガラス）やＢＰＳＧ膜を用いることができる。さらに、
これらの膜中にハロゲン元素（例えば塩素）を添加し、
ゲッタリング効果を高めてもよい。また、これらの膜の
成膜方法としては、平坦性を確保するためにスピンコー
ト法を用いたが、気相法で作製する方法を採用したもよ
い。
【００３６】
【効果】基板上にＰＳＧ膜を形成し、しかる後に下地酸
化珪素膜を形成し、さらにニッケル等の金属元素によっ
て低温結晶化（従来よりも低温での結晶化という意味）
させた結晶シリコンを形成する構成とすることによっ
て、この結晶シリコンを用いた半導体装置の電気的特性
が、ニッケルの存在によって悪影響を受けることを防ぐ
ことができた。
化珪素膜を形成し、さらにニッケル等の金属元素によっ
て低温結晶化（従来よりも低温での結晶化という意味）
させた結晶シリコンを形成する構成とすることによっ
て、この結晶シリコンを用いた半導体装置の電気的特性
が、ニッケルの存在によって悪影響を受けることを防ぐ
ことができた。
【図１】 実施例の作製工程を示す。
【図２】 実施例の作製工程を示す。
１０１ ガラス基板 １０２ 下地膜（酸化珪素膜） １０４ シリコン膜 １０５ 絶縁膜（酸化珪素膜） １０６ ＰＳＧ膜 １０７ ゲイト電極 １０８ 陽極酸化層 １０９ ゲイト電極 １１０ 陽極酸化物層 １１１ ソース／ドレイン領域 １１２ チャネル形成領域 １１３ ドレイン／ソース領域 １１４ ソース／ドレイン領域 １１５ チャネル形成領域 １１６ ドレイン／ソース領域 １１７ 電極 １１８ 層間絶縁物 １２０ 電極 １１９ 電極 ３０１ ガラス基板 ３０２ 下地膜（酸化珪素膜） ３０３ シリコン膜 ３０４ 絶縁膜（酸化珪素膜） ３００ ゲイト絶縁膜 ３０６ ゲイト電極 ３０７ ソース／ドレイン領域 ３０８ チャネル形成領域 ３０９ ドレイン／ソース領域 ３１０ 層間絶縁物 ３１１ 電極 ３１２ 電極 ３１３ ＩＴＯ（画素電極） ３１４ 陽極酸化物層
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上に実質的にアモルファス状態のシ
リコン膜を形成する工程と、 前記工程の前または後にニッケル、鉄、コバルト、白金
のうち、少なくとも１つの元素を含む膜を成膜する工程
と、 前記シリコン膜上に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜上にＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜またはＰＢＳＧ膜を
形成する工程と、 前記シリコン膜を６００℃以下の温度でアニールするこ
とにより結晶化させる工程と、 を有する半導体装置作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14288193A JP3190483B2 (ja) | 1993-05-21 | 1993-05-21 | 半導体装置作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14288193A JP3190483B2 (ja) | 1993-05-21 | 1993-05-21 | 半導体装置作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06333825A JPH06333825A (ja) | 1994-12-02 |
| JP3190483B2 true JP3190483B2 (ja) | 2001-07-23 |
Family
ID=15325771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14288193A Expired - Fee Related JP3190483B2 (ja) | 1993-05-21 | 1993-05-21 | 半導体装置作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3190483B2 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100319332B1 (ko) | 1993-12-22 | 2002-04-22 | 야마자끼 순페이 | 반도체장치및전자광학장치 |
| JP3192546B2 (ja) * | 1994-04-15 | 2001-07-30 | シャープ株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
| US5789284A (en) | 1994-09-29 | 1998-08-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for fabricating semiconductor thin film |
| USRE43450E1 (en) | 1994-09-29 | 2012-06-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for fabricating semiconductor thin film |
| KR0144643B1 (ko) * | 1994-12-28 | 1998-08-17 | 심상철 | 금속흡착법에 의한 다결정 규소박막의 제조방법 |
| US7075002B1 (en) | 1995-03-27 | 2006-07-11 | Semiconductor Energy Laboratory Company, Ltd. | Thin-film photoelectric conversion device and a method of manufacturing the same |
| JP3910229B2 (ja) * | 1996-01-26 | 2007-04-25 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体薄膜の作製方法 |
| US6331457B1 (en) | 1997-01-24 | 2001-12-18 | Semiconductor Energy Laboratory., Ltd. Co. | Method for manufacturing a semiconductor thin film |
| JP3844552B2 (ja) | 1997-02-26 | 2006-11-15 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
| JPH1140498A (ja) * | 1997-07-22 | 1999-02-12 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
| JP2004362901A (ja) | 2003-06-04 | 2004-12-24 | Sharp Corp | イオンドーピング装置、イオンドーピング方法および半導体装置 |
| WO2005076329A1 (en) | 2004-02-03 | 2005-08-18 | Sharp Kabushiki Kaisha | Ion doping apparatus, ion doping method, semiconductor device, and method of fabricating semiconductor device |
| JP4700317B2 (ja) * | 2004-09-30 | 2011-06-15 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 表示装置の作製方法 |
| JP4176797B2 (ja) * | 2006-11-15 | 2008-11-05 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体薄膜の作製方法 |
-
1993
- 1993-05-21 JP JP14288193A patent/JP3190483B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH06333825A (ja) | 1994-12-02 |
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