JP3190517B2

JP3190517B2 - 半導体の作製方法

Info

Publication number: JP3190517B2
Application number: JP12417194A
Authority: JP
Inventors: 宏勇張
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1994-05-13
Filing date: 1994-05-13
Publication date: 2001-07-23
Anticipated expiration: 2016-07-23
Also published as: JPH07307286A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は結晶性を有する半導体、
特に薄膜状シリコン半導体とそれを用いた半導体装置及
びそれらの作製方法に関する。

【０００１】

【従来の技術】従来、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の
薄膜デバイスに用いられる結晶性シリコン半導体薄膜を
得る方法としてレーザーアニール法および固相成長法
（熱アニール法）が知られている。後者は、プラズマＣ
ＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、スパッタリング法
等の手段によって堆積されたアモルファス状態のシリコ
ン膜を高温でアニールするものであり、前者は、アモル
ファス状態のシリコン膜にレーザー光を照射することに
よって、瞬時に結晶化せしめるものである。

【０００２】特にレーザーアニール法によって得られる
結晶性シリコン膜を用いて作製されたＴＦＴは、固相成
長法によって得られた結晶性シリコン膜を用いて作製さ
れたＴＦＴに比較して、モビリティーが高く、しきい値
電圧の絶対値が小さいという利点があった。また、固相
成長法においては、最低でも６００℃の温度が要求され
るのに対し、レーザーアニール法では、最高プロセス温
度が５５０℃以下の低いものであるので、基板として高
価な石英を用いる必要がない。すなわち、基板にコスト
の低い無アルカリガラスが使用でき、ＴＦＴの集積回路
の低コスト化に適したものであった。

【０００３】レーザーアニール法に用いるレーザーとし
ては、アルゴンイオンレーザーのごとき連続発振レーザ
ーを用いることも可能であるが、大出力のパルスレーザ
ーを用いる方が量産性の点で優れている。量産性を高め
るためには、パルスレーザーのビームを長方形もしくは
線状に加工し、基板を移動させてレーザー光を走査する
方法が採られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パルス
レーザーによるレーザーアニール法の欠点は、得られる
ＴＦＴの特性のバラツキが大きいことであった。この原
因を研究した本発明人は、アモルファスシリコン膜の水
素出しが不十分なためであるという結論を得た。従来、
レーザーアニールの前には、非水素雰囲気において、４
００〜５５０℃、例えば４５０℃で１時間程度の熱アニ
ールをおこなうことにより、水素出しをおこなってい
た。しかし、本発明人の分析の結果、この程度の熱アニ
ールでは、シリコン−水素結合を断ち切るには不十分
で、シリコン膜中の水素を完全に除去するには至らない
ことが分かった。

【０００５】特に、モノシラン（ＳｉＨ₄）等を原料と
して、比較的、低温で成膜できるプラズマＣＶＤ法や光
ＣＶＤ法においては、膜に残留する水素の濃度は大き
く、容易に除去できないものであった。加えて、膜内に
おいて水素濃度の分布が不均一であった。このため、シ
リコン膜で吸収されるレーザー光が場所によってまちま
ちであり、これが、ＴＦＴ特性のバラツキの第１の原因
であった。

【０００６】さらに、膜内に水素が多数残存した水素
は、レーザーアニールの最初の１ショットで、膜外に離
脱するが、その際に無数の孔を形成して離脱するため、
膜の表面が荒れ、その後に続くレーザー光の第２ショッ
ト以降の光の吸収が場所によって不均一となった。これ
が、ＴＦＴ特性のバラツキの第２の原因であった。この
ように、従来の方法では、アモルファスシリコン膜の水
素出しが完全におこなえなかったために、ＴＦＴ特性が
ばらつくこととなった。本発明はアモルファスシリコン
膜の水素出しを均一に、かつ、十分におこない、その後
にレーザーアニールをおこなうことによって、均一な結
晶性シリコン半導体薄膜を得ることを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明においては、アモ
ルファスシリコン膜の水素出しを十分におこなうため
に、アモルファスシリコン膜に水素離脱を促進させる触
媒元素を拡散させることを特徴とする。本発明人の研究
の結果、ニッケルはアモルファスシリコン膜中において
は非常に拡散速度が早く、かつ、拡散に際して、シリコ
ン−水素結合を断ち切り、アモルファスシリコン中の水
素を離脱させる上で有効であることが明らかになった。
ニッケルのアモルファスシリコン中での拡散速度は、単
結晶シリコン中におけるものよりはるかに早い。この差
異を説明するには、ニッケルのアモルファスシリコン中
の拡散が、単なる、侵入型拡散ではなく、ニッケルがシ
リコン−水素結合の水素を置換しつつ、拡散していると
推定せざるをえない。

【０００８】この方法によれば、比較的、水素濃度の低
い、減圧ＣＶＤ法によって堆積されたアモルファスシリ
コン膜のみならず、水素濃度の高い、プラズマＣＶＤ法
や光ＣＶＤ法によって堆積されたアモルファスシリコン
膜中の水素濃度も十分に低減せしめることができる。ニ
ッケルをアモルファスシリコン膜に拡散させるには、最
も簡単な方法としては、アモルファスシリコン膜の上も
しくは下に密着して、ニッケルもしくはニッケル化合物
層を形成し、その後、４００〜５００℃の熱アニール処
理を施せばよい。この際、熱アニール温度が５００℃以
上の場合には、アモルファスシリコン膜が結晶化してし
まうおそれがあるので、注意が必要である。

【０００９】あるいは、アモルファスシリコン膜とニッ
ケルもしくはニッケル化合物層との間に酸化珪素等の材
料によって厚さ１００〜５００Åの緩衝層を設け、アモ
ルファスシリコンに拡散するニッケルの濃度を制御する
こともできる。前者の方法では、ニッケルもしくはニッ
ケル化合物層からアモルファスシリコン膜に拡散するニ
ッケルの量は、ニッケルもしくはニッケル化合物層の厚
さ以外にはほとんど制御できなかったのに対し、この場
合には、バリヤ層の厚さ、その後の熱アニール温度・時
間によって制御可能である。この場合には、アモルファ
スシリコン膜に侵入するニッケルの濃度は比較的低いた
め、５５０℃以下であれば、結晶化は進行しない。一
方、温度が高ければ、それだけ水素離脱を促進させるこ
とができ、効果的である。

【００１０】アモルファスシリコン膜上に、緩衝層とニ
ッケルもしくはニッケル化合物層を形成する場合には、
ニッケルを拡散する工程が終了したのちに、ニッケルも
しくはニッケル化合物層を除去してしまえば、その後の
工程によって、ニッケルもしくはニッケル化合物層から
シリコン膜中に不要なニッケルが侵入することもない。
また、緩衝層もその際に除去できる。

【００１１】ニッケルもしくはニッケル化合物層を形成
するには、ニッケルを含有した溶液を塗布したのち、乾
燥させる方法（例えば、スピンコーティング法やディッ
ピング法）や、ニッケルもしくはニッケル化合物をスパ
ッタリング法によって成膜する方法、あるいは、ガス状
の有機ニッケルを熱・光やプラズマによって分解・堆積
させる方法（気相成長法）を用いればよい。いずれの方
法も、層の厚さは必要とするニッケルの量によって決定
すればよい。一般に、シリコン膜中において、許容され
るニッケルの濃度は１×１０¹⁹原子／ｃｍ³以下である
ので、ニッケルもしくはニッケル化合物層の厚さは、極
めて薄いものとなる。したがって、実際には膜状とはな
らない場合もある。

【００１２】ニッケルもしくはニッケル化合物層をスパ
ッタリング法によって堆積する場合には、スパッタリン
グターゲットの素材としては、ニッケル単体以外に、珪
化ニッケルを用いてもよい。ニッケルもしくはニッケル
化合物層を形成する方法のうち、溶液の塗布・乾燥によ
る方法に関しては、溶液として水溶液、有機溶媒溶液等
を用いればよい。ここで含有とは、化合物として含ませ
るという意味と、単に分散させることにより含ませると
いう意味との両方を含む。

【００１３】溶媒としては、極性溶媒である水、アルコ
ール、酸、アンモニアから選ばれたものを用いる場合、
溶質となるニッケル化合物としては、代表的には臭化ニ
ッケル、酢酸ニッケル、蓚酸ニッケル、炭酸ニッケル、
沃化ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、蟻酸ニッ
ケル、ニッケルアセチルアセトネート、４─シクロヘキ
シル酪酸ニッケル、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、か
ら選ばれたものが用いられる。また、無極性溶媒である
ベンゼン、トルエン、キシレン、四塩化炭素、クロロホ
ルム、エーテルから選ばれたものが用いる場合は、ニッ
ケル化合物としては代表的には、ニッケルアセチルアセ
トネート、２─エチルヘキサン酸ニッケルから選ばれた
ものをものを用いることができる。もちろん、その他の
溶媒・溶質を用いてもよい。

【００１４】また触媒元素を含有させた溶液に界面活性
剤を添加することも有用である。これは、被塗布面に対
する密着性を高め吸着性を制御するためである。この界
面活性剤は予め被塗布面上に塗布するのでもよい。な
お、触媒元素としてニッケル単体を用いる場合には、酸
に溶かして溶液とする必要がある。以上述べたのは、触
媒元素であるニッケルが完全に溶解した溶液を用いる例
であるが、ニッケルが完全に溶解していなくとも、ニッ
ケル単体あるいはニッケルの化合物からなる粉末が分散
媒中に均一に分散したエマルジョンの如き材料を用いて
もよい。または酸化膜形成用の溶液を用いるのでもよ
い。このような溶液としては、東京応化工業株式会社の
ＯＣＤ（Ohka Diffusion Source ）がある。このＯＣＤ
溶液を用いれば、被形成面上に塗布し、２００℃程度で
ベークすることで、簡単に酸化珪素膜を形成できる。こ
の酸化珪素膜中にニッケルを含有させることにより、ア
モルファスシリコン膜にニッケルを拡散させることがで
きる。

【００１５】なお、溶液溶媒として水の如き極性溶媒を
用いた場合において、アモルファスシリコン膜にこれら
溶液を直接塗布すると、溶液が弾かれてしまうことがあ
る。この場合は、１００Å以下の薄い酸化膜をまず形成
し、その上に触媒元素を含有させた溶液を塗布すること
で、均一に溶液を塗布することができる。また、界面活
性剤の如き材料を溶液中に添加する方法により濡れを改
善する方法も有効である。

【００１６】また、溶液として２─エチルヘキサン酸ニ
ッケルのトルエン溶液の如き無極性溶媒を用いること
で、アモルファスシリコン膜に直接塗布することができ
る。この場合にはレジスト塗布の際に使用されている密
着剤の如き材料を予め塗布すると効果的でよい。しかし
塗布量が多すぎる場合には逆にアモルファスシリコン中
への触媒元素の添加を妨害してしまうために注意が必要
である。

【００１７】溶液に含ませるニッケルの量は、その溶液
の種類にも依存するが、概略の傾向としてはニッケル量
として溶液に対して２００ｐｐｍ〜１ｐｐｍ、好ましく
は５０ｐｐｍ〜１ｐｐｍ（重量換算）とすることが望ま
しい。これは、結晶化終了後における膜中のニッケル濃
度や耐フッ酸性に鑑みて決められる値である。以上のよ
うな手段によって、ニッケルをアモルファスシリコン膜
中に拡散せしめ、水素出しをおこなった後、レーザーア
ニールをおこなうことによって均一な結晶性のシリコン
膜を得ることができた。用いるべきレーザーとしては、
各種エキシマーレーザーのごとき紫外線レーザーや、Ｎ
ｄ：ＹＡＧレーザー、Ｎｄ：ガラスレーザー、ルビーレ
ーザーのごとき赤外線。可視光線レーザーがよい。いず
れもパルスレーザーであることが好ましい。特に、紫外
線のパルスレーザーである各種エキシマーレーザー光
は、アモルファスシリコンによって、良く吸収され、量
産性が高い。

【００１８】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例では、アモルファスシリコン中の
水素出しを促進させる触媒であるニッケルを酢酸ニッケ
ルというかたちで溶液に含有させて、アモルファスシリ
コン膜上に塗布し、これを熱アニールすることによっ
て、アモルファスシリコン膜中に拡散させ、水素出しを
行い、さらにレーザーアニールにより均一性のよい結晶
性シリコン半導体薄膜を作製する例である。本実施例で
は、その後、作製した結晶性シリコン半導体薄膜を用い
て、ＴＦＴを得る工程まで説明する。本実施例のＴＦＴ
は、アクティブマトリックス型の液晶表示装置のドライ
バー回路や画素部分に用いることができる。なお、ＴＦ
Ｔの応用範囲としては、液晶表示装置のみではなく、一
般的に薄膜集積回路に利用できることはいうまでもな
い。

【００１９】図１を用いて、ニッケルを導入し、レーザ
─アニールによって結晶性シリコンを得る工程を説明す
る。本実施例においては、基板としてコーニング７０５
９ガラスを用いた。また、その大きさは１００ｍｍ×１
００ｍｍとした。まず、ガラス基板からの不純物の拡散
を防ぐために下地の酸化シリコン膜（図示せず）が２０
００Åの厚さにコーティングされたガラス基板１１上
に、アモルファスシリコン膜をプラズマＣＶＤ法やＬＰ
ＣＶＤ法によって１００〜１５００Åの厚さに成膜し
た。ここでは、プラズマＣＶＤ法によってアモルファス
シリコン膜１２を５００Åの厚さに成膜した。（図１
（Ａ））

【００２０】そして、汚れ及び自然酸化膜を取り除くた
めにフッ酸処理をおこない、アモルファスシリコン膜表
面の洗浄をおこなった。その後、アモルファスシリコン
表面を酸化することによって、酸化膜１３を１５〜５０
Åに形成した。汚れが無視できる場合には、酸化膜の代
わりに自然酸化膜を用いてもよい。（図１（Ｂ））なお、この酸化膜は極薄のため正確な膜厚は不明であ
る。本実施例では、酸素雰囲気中でのＵＶ光の照射によ
り酸化膜を形成した。成膜条件は、酸素雰囲気中におい
てＵＶを５分間照射することによっておこなった。この
酸化膜の成膜法としては、４５０〜６００℃、好ましく
は、５００〜５５０℃の酸化性雰囲気における熱酸化法
を用いるのでもよい。また、過酸化水素、もしくは過酸
化水素とアンモニアの混合液による処理によって作製し
てもよい。

【００２１】この酸化膜は、ニッケルを添加した酢酸塩
溶液を塗布する工程で、アモルファスシリコン膜の表面
全体に酢酸塩溶液をゆき渡らせるため、すなわちアモル
ファスシリコン膜が酢酸塩溶液を弾かないようにする
（濡れ性を改善する）ためのものである。アモルファス
シリコン膜の表面に直接酢酸塩溶液を塗布した場合、ア
モルファスシリコンが酢酸塩溶液を弾いてしまうので、
アモルファスシリコン膜の表面全体にニッケルを導入す
ることができない。即ち、均一な拡散をおこなうことが
できない。

【００２２】つぎに、酢酸塩溶液中にニッケルを添加し
た酢酸塩溶液を作る。ニッケルの濃度は２５ｐｐｍとす
る。そしてこの酢酸塩溶液をアモルファスシリコン膜上
の酸化膜の表面に２ｍｌ滴下し、この状態を５分間保持
する。そしてスピナーを用いてスピンドライ（２０００
ｒｐｍ，６０秒）をおこなう。酢酸塩溶液中におけるニ
ッケル濃度は、１ｐｐｍ以上好ましくは１０ｐｐｍ以上
であれば実用になる。また、溶液として、酢酸ニッケル
をイソプロピルアルコールに溶解させたものや、２─エ
チルヘキサン酸ニッケルをトルエン溶液の如き無極性溶
媒に溶かしたものを用いる場合には酸化膜は不要であ
り、直接、アモルファスシリコン膜上に触媒元素を導入
することができる。

【００２３】このニッケル溶液の塗布工程を、１回〜複
数回行うことにより、スピンドライ後のアモルファスシ
リコン膜の表面に数〜数十Åの平均の膜厚を有するニッ
ケルを含む層１４を形成することができる。なお、この
層というのは完全な膜になっているとは限らない。（図
１（Ｃ））そして、加熱炉において窒素雰囲気中において５００
℃、１時間の加熱処理をおこなった。この結果、アモル
ファスシリコン中にニッケルが拡散し、ニッケルの触媒
効果のためアモルファスシリコン中の水素出しが促進さ
れた。なお、この工程において、アモルファスシリコン
膜に含まれるニッケルの濃度は、１×１０¹⁹atoms/ｃｍ
³以下、好ましくは１×１０¹⁷atoms/ｃｍ³になるよう
にした。（図１（Ｄ））

【００２４】以上のように、本実施例においては、アモ
ルファスシリコン膜上にニッケル化合物層を形成する方
法を示したが、アモルファスシリコン膜下にニッケル化
合物層を形成する方法を採用してもよい。この場合は、
アモルファスシリコン膜の成膜前にニッケルを含有した
溶液を用いて、下地膜上にニッケルを導入すればよい。
加熱処理により水素出しをおこなったアモルファスシリ
コン膜１５を得たら、次にＫｒＦエキシマレーザ（波長
２４８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓｅｃ）を大気中もしくは
酸素雰囲気中において２００〜３５０ｍＪ／ｃｍ²のパ
ワー密度で数ショト照射した。この結果、均一性のよい
結晶性シリコン半導体薄膜１６が作製できた。なお、こ
のレーザー照射の工程は、赤外光の強光の照射によって
おこなってもよい。（図１（Ｅ））

【００２５】次に、以上のようにして作製した結晶性シ
リコン半導体薄膜を用いて、ＴＦＴを作製する例を示
す。図２に本実施例の作製工程の概要を示す。最初に、
図１に示す方法によって、結晶化したシリコン膜をエッ
チングして、島状の領域２１を形成した。この島状の領
域２１はＴＦＴの活性層を構成する。この際には、薄い
酸化珪素膜１３も除去し、結晶性シリコン膜１６の表面
を露出せしめた。そして、厚さ８００〜１５００Å、こ
こでは１２００Åの酸化珪素膜２２を形成した。この酸
化珪素膜はゲイト絶縁膜としても機能する。（図２
（Ａ））

【００２６】上記酸化珪素膜２２は、ＴＥＯＳを原料と
し、酸素とともに基板温度１５０〜６００℃、好ましく
は３００〜４５０℃で、ＲＦプラズマＣＶＤ法で分解・
堆積した。ＴＥＯＳと酸素の圧力比は１：１〜１：３、
また、圧力は０．０５〜０．５ｔｏｒｒ、ＲＦパワーは
１００〜２５０Ｗとした。あるいはＴＥＯＳを原料とし
て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３５０〜６００℃、好ましくは
４００〜５５０℃として形成してもよい。このような方
法で得た酸化珪素膜は、その後、酸素もしくはオゾンの
雰囲気で４００〜６００℃で３０〜６０分アニールし
た。

【００２７】その後、厚さ２０００Å〜１μｍのアルミ
ニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成して、これを
パターニングし、ゲイト電極２３を形成した。アルミニ
ウムにはスカンジウム（Ｓｃ）を０．０５〜０．２重量
％ドーピングしておくと、加熱等によるヒロックの発生
を抑制できる。次に基板をｐＨ≒７、１〜３％の酒石酸
のエチレングリコール溶液に浸し、白金を陰極、このア
ルミニウムのゲイト電極を陽極として、陽極酸化をおこ
なった。陽極酸化は、最初、一定電流で２２０Ｖまで電
圧を上げた後、２２０Ｖで１時間保持して終了させた。
本実施例では最初の定電流状態では、電圧の上昇速度は
２〜５Ｖ／分が適当である。このようにして、厚さ１５
００〜３５００Å、例えば、２０００Åの陽極酸化物２
４を形成した。（図２（Ｂ））

【００２８】その後、イオンドーピング法（プラズマド
ーピング法ともいう）によって、各ＴＦＴの島状シリコ
ン膜中に、ゲイト電極部をマスクとして自己整合的に不
純物（燐）を注入した。ドーピングガスとしてはフォス
フィン（ＰＨ₃ ）を用いた。ドーズ量は、１×１０¹⁴〜
４×１０¹⁵atoms/ｃｍ²、例えば、１×１０¹⁵atoms/ｃ
ｍ²とした。さらに，図２（Ｃ）に示すようにＫｒＦエ
キシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓ
ｅｃ）を照射して、上記不純物領域の導入によって結晶
性の劣化した部分の結晶性を改善させた（レーザー活性
化工程）。レーザーのエネルギー密度は１５０〜４００
ｍＪ／ｃｍ² 、好ましくは２００〜２５０ｍＪ／ｃｍ²
であった。こうして、Ｎ型不純物（燐）領域２５、２６
を形成した。これらの領域のシート抵抗は２００〜８０
０Ω／□であった。

【００２９】この工程において、レーザー光を用いる代
わりに、フラッシュランプを使用して短時間に１０００
〜１２００℃（シリコンウェファーに設置されたモニタ
ーの温度）まで上昇させて試料を加熱する、いわゆるＲ
ＴＡ（ラピッド・サーマル・アニール、ＲＴＰ（ラピッ
ト・サーマル・プロセス）ともいう）等のいわゆるレー
ザー光と同等の強光を用いてもよい。その後、全面に層
間絶縁物２７として厚さ３０００〜８０００Åの酸化珪
素膜を堆積した。ここでは、ＴＥＯＳと酸素を原料とし
たプラズマＣＶＤ法、もしくはＴＥＯＳとオゾンを原料
とした減圧ＣＶＤ法あるいは常圧ＣＶＤ法によって厚さ
５０００Åに形成した。基板温度は２５０〜４５０℃、
例えば、３５０℃とした。さらに、成膜後，表面の平坦
性を得るため、この酸化シリコン膜を化学的・機械的に
研磨した。この方法は、一般にＣＭＰ（ケミカル・メカ
ニカル・ポリッシング）法と呼ばれる。（図２（Ｄ））

【００３０】そして、層間絶縁物２７をエッチングし
て、図２（Ｅ）に示すようにＴＦＴのソース／ドレイン
にコンタクトホールを形成し、クロムもしくは窒化チタ
ンの配線２８、２９を形成した。最後に、水素中で３０
０〜４００℃で０．１〜２時間アニールして、シリコン
膜およびゲイト絶縁膜界面を水素化し、不対電子対をタ
ーミネートした。このようにして、ＴＦＴが完成した。
図２には、単一のＴＦＴ素子しか示していないが、基板
上には同時により多くのＴＦＴが作製された。本実施例
の構成を採用した場合、活性層中に存在するニッケルの
濃度は、３×１０¹⁸atoms/ｃｍ³程度あるいはそれ以下
の、１×１０¹⁶〜３×１０¹⁸atoms/ｃｍ³であると考え
られる。

【００３１】本実施例で作製されたＴＦＴは、移動度が
Ｎチャネルで１５０ｃｍ² ／Ｖｓ以上のものが得られ
た。またＶ_thも小さく良好な特性を有していることが確
認されている。さらに、移動度のバラツキも±１０％以
内であることが確認されている。このバラツキの少なさ
は、触媒としてニッケルを添加した加熱処理により十分
に水素出しがなされたために由来する。レーザー光のみ
を利用した場合には、Ｎチャネル型で１５０ｃｍ² ／Ｖ
ｓ以上のものを容易に得ることができるが、バラツキが
大きく、本実施例のような均一性を得ることができなか
った。

【００３２】〔実施例２〕本実施例は、実施例１および
図１に示す作製方法において、１００〜５００Åの酸化
シリコン膜を設け、ニッケルの拡散を制御する例であ
る。図３を用いて、本実施例によって、結晶性シリコン
を得る方法について説明する。まず、下地の酸化シリコ
ン膜（図示せず）が２０００Åの厚さにコーティングさ
れたガラス基板３１上に、アモルファスシリコン膜をプ
ラズマＣＶＤ法やＬＰＣＶＤ法によって１００〜１５０
０Åの厚さに成膜した。ここでは、プラズマＣＶＤ法に
よってアモルファスシリコン膜３２を５００Åの厚さに
成膜した。（図３（Ａ））

【００３３】そして、汚れ及び自然酸化膜を取り除くた
めにフッ酸処理をおこなった。その後、酸化シリコン膜
３３を、プラズマＣＶＤ法もしくはスパッタリング法に
よって、１００〜５００Åに成膜した。（図３（Ｂ））この酸化膜３３は、ニッケルが急激に拡散しないように
制御する役割をする。また、実施例１とは異なり、酸化
膜３３の存在によって、ニッケルを添加した酢酸塩溶液
を塗布する工程で、アモルファスシリコン膜の表面を酸
化しなくとも、溶液を均一に塗布することができる。

【００３４】つぎに、実施例１と同様に、酢酸ニッケル
溶液を表面に２ｍｌ滴下し、この状態を５分間保持した
後、そしてスピナーを用いてスピンドライ（２０００ｒ
ｐｍ，６０秒）をおこない、酢酸ニッケル層３４を形成
した。（図３（Ｃ））その後、５００〜５５０℃、例えば、５５０℃で４〜８
時間の熱処理をおこなった。その結果、アモルファスシ
リコン中にニッケルが拡散し、水素の離脱が活性化され
た。この際には、実例１と異なり、酸化珪素膜３３が緩
衝膜として機能し、ニッケルの急激な拡散を押さえるこ
とができた。そのため、熱処理の条件を変化させること
により、ニッケルの拡散速度及び濃度の最適化を図るこ
とができる。加えて、実施例１に比較して、熱アニール
の温度が高いので、水素離脱の効果が高かった。この際
のアモルファスシリコン膜３５中のニッケルの濃度は１
×１０¹⁸atoms/ｃｍ³以下、好ましくは１×１０¹⁷atom
s/ｃｍ³であった。ニッケルの濃度が１×１０¹⁸atoms/
ｃｍ³以上の場合には、５００℃以上の加熱ではアモル
ファスシリコン膜が結晶化したため、好ましくなかっ
た。（図３（Ｄ））

【００３５】加熱処理により水素出しをおこなったアモ
ルファスシリコン膜３５を得た後、緩衝膜（酸化珪素）
３３をエッチングし、アモルファスシリコン膜３５を露
出せしめた。そして、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２
４８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓｅｃ）を窒素雰囲気中にお
いて２００〜３５０ｍＪ／ｃｍ²のパワー密度で数ショ
ト照射し、結晶性シリコン膜３６を得た。レーザー照射
の工程は、赤外光の照射によってもよい。（図３
（Ｅ））

【００３６】本実施例においては、アモルファスシリコ
ン膜上にニッケルを導入する方法を示したが、アモルフ
ァスシリコン膜下にニッケルを導入する方法を採用して
もよい。この場合は、アモルファスシリコン膜の成膜前
にニッケルを含有した溶液を用いて、下地膜上にニッケ
ルを導入する。その後，ニッケル層の上に酸化珪素膜を
１００〜５００Åに成膜し、さらにアモルファスシリコ
ン膜を成膜すればよい。また、実施例１および図２のよ
うに、本実施例によって得られた結晶性シリコン膜を用
いて、ＴＦＴを作製した場合には、実施例１と同様に均
一性の良いＴＦＴが得られた。

【００３７】

【発明の効果】以上に示した手段を用いることによっ
て、均一性の良い結晶性シリコン膜を得ることができ
た。このような均一性の良いシリコン膜を用いて得られ
たＴＦＴ等の薄膜半導体素子は特性（例えば、モビリテ
ィー、しきい値電圧、サブスレシュホールド特性等）が
揃っており、このように均一な特性の素子を用いて形成
された集積回路は歩留りが格段に向上した。

【００３８】例えば、シフトレジスタ等の回路において
は、次段に信号を伝達してゆく必要があるが、そのため
にはしきい値電圧の絶対値が低く、かつ、揃っているこ
とが望ましい。すなわち、１か所にでもしきい値電圧の
絶対値が高い素子があれば、低い駆動電圧では、その素
子のために、以後の回路に信号が伝達できないこととな
る。すなわち、回路全体を駆動させるためには駆動電圧
を上げなければならない。逆に、全ての素子のしきい値
電圧の絶対値が低く、かつ、揃っておれば、全体の駆動
電圧を低くすることが可能である。同じことは、モビリ
ティー（移動度）についても言える。上記の実施例にお
いては、Ｎチャネル型のＴＦＴについてのみ記述した
が、Ｐチャネル型ＴＦＴにおいても同様な効果が得られ
ることは明らかであろう。このように、本発明は工業
上、有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の工程を示す。

【図２】実施例１のＴＦＴの作製工程を示す。

【図３】実施例２の工程を示す。

【符号の説明】１１・・・・ガラス基板１２・・・・アモルファスシリコン膜１３・・・・酸化シリコン膜１４・・・・酢酸ニッケル膜１５・・・・水素出しが行われたアモルファスシリコン
膜１６・・・・結晶性シリコン膜２１・・・・活性層２２・・・・酸化シリコン膜２３・・・・ゲイト電極２４・・・・酸化物層２５・・・・ソース／ドレイン領域２６・・・・ドレイン／ソース領域２７・・・・層間絶縁膜２８・・・・電極２９・・・・電極

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】水素を含有するアモルファスシリコン膜を
形成し、前記アモルファスシリコン膜中にニッケルを熱的に拡散
させることによって、水素の離脱を促進させ、前記アモルファスシリコン膜にレーザー光または強光を
照射することによって、該アモルファスシリコンを結晶
化する半導体装置の作製方法であって、前記アモルファスシリコン膜上にニッケルもしくはニッ
ケル化合物の層をスパッタリング法により形成すること
を特徴とする半導体の作製方法。
【請求項２】水素を含有するアモルファスシリコン膜
と、前記アモルファスシリコン膜の近隣にニッケルもし
くはニッケル化合物の層とを形成し、前記アモルファスシリコン膜を５００℃以下の温度で熱
アニールし、前記アモルファスシリコン膜にレーザー光または強光を
照射することによって、該アモルファスシリコン膜を結
晶化することを特徴とする半導体の作製方法。
【請求項３】請求項１または２において、前記ニッケル
もしくはニッケル化合物の層は、前記アモルファスシリ
コン膜上に形成され、かつ、前記アモルファスシリコン
膜と前記ニッケルもしくはニッケル化合物の層との間に
は酸化珪素が存在することを特徴とする半導体の作製方
法。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか一において、前
記アモルファスシリコン膜に含まれるニッケルの濃度は
１×１０ ¹⁹ atoms/ｃｍ ³ 以下となることを特徴とする半
導体装置の作製方法。
【請求項５】水素を含有するアモルファスシリコン膜
と、ニッケルもしくはニッケル化合物の層と、前記アモ
ルファスシリコン膜および前記ニッケルもしくはニッケ
ル化合物の層との間に、厚さ１００〜５００Åの緩衝層
とを形成し、前記アモルファスシリコン膜を５５０℃以下の温度で熱
アニールし、前記アモルファスシリコン膜にレーザー光または強光を
照射することによって、該アモルファスシリコン膜を結
晶化することを特徴とする半導体の作製方法。
【請求項６】請求項５において、該緩衝層は酸化珪素を
主たる成分とすることを特徴とする半導体の作製方法。
【請求項７】請求項５または６において、前記アモルフ
ァスシリコン膜に含まれるニッケルの濃度は１×１０ ¹⁸
atoms/ｃｍ ³ 以下となることを特徴とする半導体装置の
作製方法。
【請求項８】請求項５乃至７のいずれか一において、前
記ニッケルもしくはニッケル化合物の層は、前記アモル
ファスシリコン膜の上に形成されることを特徴とする半
導体の作製方法。
【請求項９】請求項５乃至８のいずれか一において、前
記ニッケルもしくはニッケル化合物の層および前記緩衝
層を除去することを特徴とする半導体の作製方法。
【請求項１０】請求項１乃至９のいずれか一において、
前記アモルファスシリコン膜はプラズマＣＶＤ法によっ
て形成されることを特徴とする半導体の作製方法。
【請求項１１】請求項２乃至１０のいずれか一におい
て、前記ニッケルもしくはニッケル化合物の層はスパッ
タリング法によって形成されることを特徴とする半導体
の作製方法。
【請求項１２】請求項２乃至１０のいずれか一におい
て、前記ニッケルもしくはニッケル化合物の層はスピン
コーティング法によって形成されることを特徴とする半
導体の作製方法。
【請求項１３】請求項１乃至１２のいずれか一におい
て、前記レーザー光としてＹＡＧレーザーを用いること
を特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】請求項１乃至１２のいずれか一におい
て、前記レーザー光として、紫外線エキシマーレーザー
を用いることを特徴とする半導体の作製方法。
【請求項１５】請求項１乃至１２のいずれか一におい
て、前記レーザー光として、可視光線レーザーを用いる
ことを特徴とする半導体の作製方法。