JP3192555B2

JP3192555B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP3192555B2
Application number: JP16438094A
Authority: JP
Inventors: 直樹牧田; 尚船井
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-07-15
Filing date: 1994-07-15
Publication date: 2001-07-30
Anticipated expiration: 2016-07-30
Also published as: JPH0831737A

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】また、高性能なＭＯＳ型トランジスタを実
現するためには、その活性領域となる上述の結晶性ケイ
素膜の高品質化だけではなく、ゲート絶縁膜の高品質
化、さらには、活性領域の半導体薄膜とゲート絶縁膜の
界面の高品質化が不可欠である。

【００１２】従来のＩＣプロセスでＳｉ基板上に作製さ
れるＭＯＳ型トランジスタでは、Ｓｉ基板表面を熱酸化
し、その熱酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜として用いてい
る。したがって、活性層とゲート絶縁膜界面はクリーン
な状態に保たれており、ゲート絶縁膜としても非常に高
品質な酸化ケイ素膜が得られる。

【００１３】しかしながら、この熱酸化工程には１００
０℃以上の高温が必要で、安価なガラス基板上に作製さ
れるＴＦＴには応用できない。また、石英基板など耐熱
性の高い基板を用いて熱酸化膜を形成したとしても、そ
の元となるケイ素膜は単結晶シリコンではなく結晶性ケ
イ素膜であり、それを酸化することで得られる酸化ケイ
素膜の絶縁特性は劣悪で、とてもゲート絶縁膜として使
用することはできない。

【００１４】このため絶縁性を有する基板上に形成され
る結晶性ケイ素膜を用いた半導体装置では、ゲート絶縁
膜をＣＶＤ法などの低温成膜法で別に形成する必要があ
る。例えば、特開平３−４５６４号公報では、半導体層
（非晶質ケイ素膜）とゲート絶縁膜とを低温成膜法で連
続形成し、その後固相結晶化のための熱処理を行うこと
で、半導体層とゲート絶縁膜との界面（以下、半導体層
／ゲート絶縁膜界面と記す。）を清浄に保ち高性能のＴ
ＦＴを実現している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、絶縁性を有
する基板上に結晶性ケイ素膜を利用してＴＦＴのような
半導体素子を作製する場合、最も問題となるのは、上述
のように活性領域となる結晶性ケイ素膜の結晶性と、半
導体層とゲート絶縁膜との界面の状態である。

【００１６】まず、ゲート絶縁膜に関しては、低温成膜
法でゲート絶縁膜を作製した場合、高温酸化法で形成し
たゲート絶縁膜と比較すると膜質が劣り、高性能のＴＦ
Ｔが実現できないという問題点があった。これは、ゲー
ト絶縁膜中の残留ストレス、ダングリングボンド、不純
物等に起因する欠陥準位が半導体層／ゲート絶縁膜界面
に存在し、空乏層が広がらないことが理由である。この
問題は半導体層／ゲート絶縁膜界面を清浄に保つことで
ほぼ解決でき、特開平３−４５６４号公報記載の技術が
有効である。

【００１７】ここで、活性領域となる結晶性ケイ素膜の
作製方法については、大面積基板対応を考えると、基板
内での結晶性がある程度安定している上記の（３）で述
べた固相結晶化法を用いるのが現状最も好ましい。しか
しながら、特開平３−４５６４号公報に示されているよ
うな従来の固相結晶化法によって作製された結晶性ケイ
素膜は、前述のように結晶粒界の影響が大きく、単一の
結晶粒内も結晶欠陥の多い双晶構造を示す。

【００１８】このような場合には、半導体層とゲート絶
縁膜とを真空を破らずに連続形成しても、半導体層／ゲ
ート絶縁膜界面はその半導体層における上述のような結
晶欠陥の影響を受けるため、半導体層／ゲート絶縁膜界
面の欠陥準位を十分に低減することはできず、Ｓｉウェ
ハーを熱酸化した時に得られるような良好な界面特性は
得られない。

【００１９】したがって、特開平３−４５６５号公報で
提案されている方法は、半導体層／ゲート絶縁膜界面の
欠陥準位を低減する有効な方法の一つではあるが、絶縁
基板あるいは絶縁膜上に６００℃以下の低温プロセスで
形成される結晶性ケイ素膜を利用した半導体装置に対し
ては、この技術だけでは十分なものではなく、更にその
高性能化を図るためには新たな飛躍が必要である。

【００２０】また、結晶性ケイ素膜の高品質化を目的と
して提案されている特開平５−５５１４２号公報あるい
は特開平５−１３６０４８号公報記載の技術では、注入
窓を通して選択的にＳｉ⁺イオンやＳｉ粒子を非晶質ケ
イ素膜中に導入して結晶成長核を形成するが、その注入
窓の内部での結晶核の発生は一つではなく、多数の結晶
核が発生し、個々の結晶成長の核から結晶成長が起こ
る。したがって、実際にはＳｉ⁺イオンあるいはＳｉ粒
子の一つの注入窓を中心とした単一の結晶粒はできず、
注入窓内に発生した多数の核により結晶粒界が形成され
る。

【００２１】よって、特開平５−５５１４２号公報ある
いは特開平５−１３６０４８号公報では、実際に結晶粒
界を制御することは不可能である。さらに、結晶核とな
るＳｉ⁺イオンあるいはＳｉ粒子を選択導入する際に注
入マスクが必要であることから、本来の半導体装置の製
造プロセスには直接関係のない余分な工程が増えること
になる。よって生産性の面でのデメリットが大きく、結
果として製品の高コスト化につながる。

【００２２】さらに、安価なガラス基板を使用する際に
は、結晶化のための加熱処理工程における基板の縮み、
反りなどの問題が発生する。例えば、アクティブマトリ
クス型の液晶表示装置に一般に用いられるコーニング７
０５９ガラス（コーニング社商品名）はガラス歪点が５
９３℃であり、基板の大面積化を考慮した場合、これ以
上の温度による加熱には問題がある。

【００２３】それに対して、従来の固相結晶化法を用い
た場合には、その出発ａ−Ｓｉ膜の成膜法や条件にもよ
るが、最低６００℃の加熱温度で２０時間以上の熱処理
が必要である。特開平３−４５６４号公報では、５００
〜７００℃の温度で長時間アニールを行うと記載されて
いるが、その実施例で述べられているａ−Ｓｉ膜の固相
結晶化においは、実際には最低６００℃の加熱温度で２
０時間以上のアニール時間が必要である。また、特開平
５−５５１４２号公報記載の技術では、温度６００℃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号公報のものでは、加熱温度６
５０℃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（Si
licon-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った。

【００２４】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、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もつ高品質な結晶性ケイ素膜を、生
産性よく形成できるとともに、半導体層／絶縁膜界面を
清浄な状態に保つことができ、しかもこの際結晶化に要
する加熱温度を５８０℃以下とし、コーニング７０５９
ガラスに代表される安価なガラス基板を使用可能とでき
る半導体装置及びその製造方法を得ることが本発明の目
的である。

【００２５】

【課題を解決するための手段】そこで、本件発明者ら
は、上記目的を達成するため鋭意研究した結果、非晶質
ケイ素膜の表面にニッケルやパラジウム、さらには鉛等
の金属元素を微量に導入させ、しかる後に加熱処理する
ことで、５５０℃、４時間程度の処理時間で非晶質ケイ
素膜の結晶化が行えることを見い出した。

【００２６】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
に進行すると考えることで理解される。そういった意味
でこれらの金属元素を触媒元素と呼ぶ。これらの触媒元
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
膜の結晶粒内は、通常の固相成長法で一つの結晶核から
成長した結晶粒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が織り込まれて構成されてお
り、しかも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。

【００２７】さらに、非晶質ケイ素膜の一部分に選択的
に触媒元素を導入することにより、その導入領域でのみ
上述のような低温結晶化が起き、それ以外の部分は非晶
質ケイ素膜として残るといった現象が生じる。その後、
熱処理を継続すると、選択的に触媒元素が導入され結晶
化している部分から、その周辺部の非晶質部分へと横方
向（基板表面に平行な方向）に結晶成長部分が延びる現
象が起きる。この横方向結晶成長領域では、その成長方
向に沿って基板と平行に針状あるいは柱状の結晶が一次
元的に延びており、その成長方向においては結晶粒界が
存在していない。故に、この横方向結晶成長領域を利用
して半導体装置の活性領域を形成することにより、高性
能な半導体装置が実現可能となる。

【００２８】本発明者らは、半導体層と絶縁性薄膜とを
連続形成し、しかも該横方向結晶成長領域を半導体層と
することで、半導体層と絶縁性薄膜との界面を清浄に保
つことができるだけでなく、特開平３−４５６４号公報
では問題となっていた絶縁性薄膜下の半導体の結晶欠陥
の影響による界面の欠陥準位を大きく低減できることを
見いだした。さらに、それに加えて、レーザー光あるい
は強光を横方向結晶成長領域に照射することで、結晶粒
界部が集中的に処理され、その結晶粒内の結晶性も助長
されて、基板全面にわたって単結晶状態に近い非常に良
好な結晶性を示す結晶性ケイ素膜が得られ、その絶縁性
薄膜との界面特性も大きく向上できることを発見した。

【００２９】上記のように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
ケイ素との融点の相違から結晶性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り、それ
ぼど大きな効果は得られない。一方上記横方向結晶成長
領域は、針状結晶性あるいは柱状結晶が一次元的に整然
と並んだ構造であり、その内部はほぼ単結晶状態である
ために、レーザー光あるいは強光の照射で結晶粒界部が
処理され、大きな効果が得られる訳である。

【００３０】特に、ＭＯＳ型トランジスタにおいては、
そのトランジスタ動作のポイントである半導体層／ゲー
ト絶縁膜界面の特性向上に対して、本件発明者らが見出
した結晶化方法を適用することができ、これによって半
導体層の良好な結晶性と、半導体層と絶縁性薄膜の良好
な界面特性のため、大きな効果が得られ、大幅な性能ア
ップができる。さらに、本件発明者ら見出した結晶化方
法では、半導体層である結晶性ケイ素膜の作製温度が５
８０℃以下と低温なため、ガラス基板上に形成される薄
膜トランジスタの高性能化に特に有効である。

【００３１】ところで、上記のような構造の半導体装置
を実際に作製するためには、いくつかの問題をクリアー
する必要があった、まず、最初の問題点としては、本発
明者らが見い出した上記の結晶性ケイ素膜の製造方法で
は、半導体層形成後に触媒元素を選択導入する工程が必
要なため、従来の固相成長法に比べ、半導体層と絶縁性
薄膜の連続形成が困難であるというものであった。

【００３２】まず、本発明者らは、半導体層の表面では
なく、半導体層を形成する前工程においてその下層（下
地膜）に触媒元素を選択導入した後、非晶質ケイ素膜を
形成し、下層から触媒元素を拡散させ結晶化を起こさせ
ることで、半導体層及び絶縁性薄膜の連続形成が可能に
なるか試みた。その結果、この方法でも結晶化は行わ
れ、半導体層及び絶縁性薄膜の連続形成が可能であるこ
とを確認した。しかしながら、この方法では、半導体層
成膜前にその下地膜表面に触媒元素を添加することにな
り、下地膜中にも触媒元素が拡散し、半導体層に添加さ
れた触媒元素の濃度をきちんと管理することができない
という大きな問題点があった。また、この方法により得
られたＴＦＴは、期待していたような高性能な特性を示
さなかった。

【００３３】そこで、本発明者らは、半導体層表面から
触媒元素を導入し、半導体層及び絶縁性薄膜を連続形成
する方法について研究した。触媒元素を非晶質ケイ素膜
表面に選択的に導入するためには、開平５−５５１４２
号公報あるいは特開平５−１３６０４８号公報にも記載
されているような注入マスクが必要である。特開平５−
５５１４２号公報および特開平５−１３６０４８号公報
では、注入マスクとしてレジストを用いているが、これ
では、半導体層及び絶縁性薄膜を連続形成することは全
く不可能である。本発明者らは、触媒元素の注入マスク
として絶縁性薄膜を用い、その絶縁性薄膜を利用して半
導体層と絶縁性薄膜との界面を形成する方法を考案し
た。この方法では、非晶質ケイ素膜及び絶縁性薄膜を真
空を破らずに連続形成でき、その後、その絶縁性薄膜に
注入口を設けて触媒元素を非晶質ケイ素膜に添加しアニ
ールすることで、該触媒の添加部分から横方向に結晶成
長が行える。

【００３４】しかしながら、上記の方法にも欠点があっ
た。触媒元素を非晶質ケイ素膜に選択的に添加する際、
注入マスクとして利用している絶縁性薄膜表面にも同様
に添加され、絶縁性薄膜の特性を著しく劣化させてしま
う。したがって、マスクとして利用した絶縁性薄膜は、
それ以外の工程、特にＭＯＳ型トランジスタのゲート絶
縁膜には、とても利用することができないことが判明し
た。

【００３５】本件発明者らは、以上のような試行錯誤の
末に、有用な２つの半導体装置の製造方法を見いだし
た。

【００３６】この第１の製造方法では、非晶質ケイ素膜
及び絶縁性薄膜を連続形成した後、パターニングした該
絶縁性薄膜をマスクとして触媒元素を添加し、加熱処理
により、その触媒元素の添加部分を結晶化し、さらにこ
の結晶化部分から非晶質ケイ素膜を基板に平行な方向に
結晶成長させる。この地点では、マスクとして用いた絶
縁性薄膜の表面近傍には触媒元素が拡散しており、ＴＦ
Ｔなどのゲート絶縁膜としては使用出来ない状態であ
る。よって、ここで、絶縁性薄膜を表面から一定の厚さ
までエッチングで除去することにより、触媒元素に犯さ
れている絶縁性薄膜の領域を取り去り、残りの絶縁性薄
膜を利用して半導体素子を形成する。このような方法を
用いて、ＴＦＴの半導体層及びゲート絶縁膜を作製した
場合、通常の固相成長法を用いた場合に比べ、その電界
効果移動度で２倍以上のＴＦＴが得られ、その閾値電圧
も非常に安定する。

【００３７】さらに、横方向に結晶成長させた領域にレ
ーザー光または強光を照射し、その結晶性を助長する工
程を経てＴＦＴを作製した場合には、通常の固相成長法
を用いた場合に比べ、その電界効果移動度は４倍以上に
もなり、レーザー結晶化のみで活性領域を作製した場合
に特に問題となる基板内での素子特性のばらつきも問題
とならないレベルまで抑えることができた。また、触媒
元素の注入マスクを全て除去せず、プロセスに利用する
ことで、プロセスの簡略化が図れる。

【００３８】上述の本件発明者らが見出した半導体装置
の製造方法を、さらに有効とするには、絶縁性薄膜を均
一に表面から一定量エッチング除去する工程で、その際
のエッチング除去する絶縁性薄膜の厚さを、非晶質ケイ
素膜の結晶化のための加熱処理工程における触媒元素の
絶縁性薄膜中での拡散距離以上の厚さとすることが望ま
しい。

【００３９】これにより、絶縁膜中に含まれる触媒元素
の濃度をほぼゼロにすることができる。このとき最初に
成膜する絶縁性薄膜の膜厚は、上記のように後の工程で
除去される厚さを見越して、最終的な設定膜厚に対して
予め厚めに設定する必要がある。

【００４０】また第２の製造方法としては、基板上に非
晶質ケイ素膜及び絶縁性薄膜を連続形成した後、絶縁性
薄膜上に触媒元素に対する拡散防止膜を形成し、非晶質
ケイ素膜を結晶化させる熱処理工程で絶縁性薄膜中に触
媒元素が拡散するのを防ぐ方法が考えられる。この場合
には、絶縁性薄膜および拡散防止膜をマスクとして、非
晶質ケイ素膜に触媒元素を選択的に導入することにな
る。拡散防止膜中には不必要な触媒元素がトラップされ
ており、非晶質ケイ素膜を基板表面に対し平行な方向に
結晶成長を行わせた後、拡散防止膜を除去することで余
分な（非晶質ケイ素膜の結晶成長に寄与しない）触媒元
素を排除することができる。このような製造方法を利用
してＴＦＴを作製した場合には、前記の製造方法で得ら
れたＴＦＴと同等の性能のものが得られる。また、前記
の場合と同様、レーザー光または強光を照射した場合に
も、大きな効果が得られる。

【００４１】上述の本件発明者らが見出した半導体装置
の製造方法をさらに有効とするには、拡散防止膜の厚さ
を、非晶質ケイ素膜の結晶化の加熱処理の際、触媒元素
が拡散防止膜中で拡散する距離以上の厚さとすることが
望ましい。これにより、絶縁膜中に含まれる触媒元素の
濃度をほぼゼロにすることができる。

【００４２】ここで、拡散防止膜としては、触媒元素の
拡散係数がケイ素膜中より小さな膜であれば良いが、ケ
イ素膜への影響を考えてケイ素化合物である酸化ケイ素
膜あるいは窒化ケイ素膜を用いるのが最も望ましい。こ
れらの膜であれば、触媒元素の拡散係数は、非晶質ケイ
素膜に比べ１／１０００以下の値であり、全く問題はな
い。また、絶縁性薄膜として酸化ケイ素膜を用いた場合
には、拡散防止膜として窒化ケイ素膜を用いることで、
拡散防止膜を除去する際に酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜
との間で十分なエッチング選択性が得られ、プロセスに
使用する絶縁性薄膜の膜厚が前記の方法に比べ管理しや
すいという利点がある。

【００４３】本件発明者らによる上述の２つの製造方法
においては触媒元素を導入する方法としては、イオン注
入による方法や、スパッタリング法により極薄膜を形成
することで微量導入を行う方法、さらにはプラズマ処理
により微量添加を行う方法などが利用できる。プラズマ
処理とは、プラズマＣＶＤ装置において、電極として触
媒元素を含んだ材料を用い、窒素または水素の雰囲気で
プラズマを生じさせることによって非晶質ケイ素膜に触
媒元素の添加を行う方法である。しかしながら、これら
の方法により非晶質ケイ素膜に触媒元素を導入した場合
には、熱処理を行う以前に既に触媒元素が非晶質ケイ素
膜中のかなりの深さの部分まで侵入していると同時に、
その注入マスクとなる絶縁性薄膜にも膜中深く入り込ん
でいる。したがって、上述のように注入マスクとして利
用した絶縁性薄膜を後のプロセスで素子の一部として利
用するためには、触媒元素は、非晶質ケイ素膜および絶
縁性薄膜あるいは拡散防止膜の極表面にのみ導入される
ことが重要である。よって、上記のような触媒元素の導
入方法はあまり適切ではない。

【００４４】以上のような理由から、触媒元素の導入法
としては、非晶質ケイ素膜に接するように基板全面に前
記触媒元素を溶解あるいは分散させた溶液あるいは化合
物を塗布する方法、あるいは触媒元素を基板表面に極薄
膜蒸着する方法が有効である。これらの方法では、触媒
元素は非晶質ケイ素膜および絶縁性薄膜あるいは拡散防
止膜の極表面にのみ導入され、膜中深くに触媒元素が入
り込むことはない。したがって、絶縁性薄膜の膜中に多
量に触媒元素が入り込まず、上述の製造方法において絶
縁性薄膜中の触媒元素を容易に除去することができる。
よって、本発明の目的を達成することが可能となる。

【００４５】ここで非晶質ケイ素膜に導入する触媒元素
の濃度としては、低ければ低いほど良いが、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結果、結晶化が起こる触媒元素
の最低濃度は１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であり、こ
れ以下の濃度では触媒元素による結晶成長は起こらな
い。

【００４６】また、触媒元素の濃度が高いと素子への影
響が問題となる。触媒元素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の増大があ
る。これは、触媒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、素子へ
の影響が現れない程度の触媒元素の最高濃度は１×１０
¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³である。よって、触媒元素の膜中
濃度として１×１０¹⁶〜１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³
であれば、最も効果的に触媒元素が機能することにな
る。

【００４７】また、本件発明者らが見い出した触媒元素
を用いる結晶化方法は、触媒元素として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、その他利用
できる触媒元素の種類としては、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃ
ｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｌが挙げられ
る。これらから選ばれた一種または複数種類の元素であ
れば、微量で結晶化助長の効果があるため、半導体素子
への影響の問題はない。

【００４８】本発明は、このような本件発明者等の鋭意
研究の結果得られたものである。

【００４９】

【００５０】

【００５１】

【００５２】

【００５３】

【００５４】本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及び絶縁性薄膜を真空を破らずに
続けて形成する工程と、該絶縁性薄膜をパターニングし
た後、該絶縁性薄膜をマスクとして非晶質ケイ素膜の一
部に、その結晶化を助長する触媒元素を選択的に導入す
る工程と、加熱処理によって、該非晶質ケイ素膜の，触
媒元素を導入した部分を結晶化させる工程と、続く加熱
処理によって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、該絶縁性薄膜
を均一に表面から一定量エッチング除去する工程と、該
横方向結晶成長領域から半導体素子の活性領域を形成
し、前記絶縁性薄膜から薄膜トランジスタのゲート絶縁
膜を形成する工程とを含んでおり、そのことにより上記
目的が達成される。

【００５５】本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及び絶縁性薄膜を真空を破らずに
続けて形成する工程と、該絶縁性薄膜をパターニングし
た後、該絶縁性薄膜をマスクとして非晶質ケイ素膜の一
部に、その結晶化を助長する触媒元素を選択的に導入す
る工程と、加熱処理によって、該非晶質ケイ素膜の，触
媒元素を導入した部分を結晶化させる工程と、続く加熱
処理によって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、該絶縁性薄膜
を均一に表面から一定量エッチング除去する工程と、レ
ーザー光あるいは強光を該横方向結晶成長領域に照射し
て、その結晶の処理を行う工程と、該処理を行った横方
向結晶成長領域から半導体素子の活性領域を形成し、前
記絶縁性薄膜から薄膜トランジスタのゲート絶縁膜を形
成する工程とを含んでおり、そのことにより上記目的が
達成される。

【００５６】好ましくは、上記半導体装置の製造方法に
おいて、前記絶縁性薄膜のエッチングにより除去する厚
さを、前記加熱処理の際触媒元素が該絶縁性薄膜中で拡
散する距離以上の厚さとする。

【００５７】本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及び絶縁性薄膜を真空を破らずに
続けて形成する工程と、該絶縁性薄膜上にこれを覆うよ
う、該非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素の該
絶縁性薄膜への拡散を防止する拡散防止膜を形成する工
程と、該絶縁性薄膜および拡散防止膜をパターニングし
た後、これらの膜をマスクとして、該非晶質ケイ素膜の
一部分に、その結晶化を助長する触媒元素を選択的に導
入する工程と、加熱処理によって、該非晶質ケイ素膜
の，触媒元素を導入した部分を結晶化させる工程と、続
く加熱処理によって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、該拡散
防止膜を除去する工程と、該横方向結晶成長領域から半
導体素子の活性領域を形成し、前記絶縁性薄膜から薄膜
トランジスタのゲート絶縁膜を形成する工程とを含んで
おり、そのことにより上記目的が達成される。

【００５８】本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及び絶縁性薄膜を真空を破らずに
続けて形成する工程と、該絶縁性薄膜上にこれを覆うよ
う、該非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素の該
絶縁性薄膜への拡散を防止する拡散防止膜を形成する工
程と、該絶縁性薄膜および拡散防止膜をパターニングし
た後、これらの膜をマスクとして、該非晶質ケイ素膜の
一部分に、その結晶化を助長する触媒元素を選択的に導
入する工程と、加熱処理によって、該非晶質ケイ素膜
の，触媒元素を導入した部分を結晶化させる工程と、続
く加熱処理によって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、該拡散
防止膜を除去する工程と、レーザー光あるいは強光を該
横方向結晶成長領域に照射して、その結晶の処理を行う
工程と、該処理を行った横方向結晶成長領域から半導体
素子の活性領域を形成し、前記絶縁性薄膜から薄膜トラ
ンジスタのゲート絶縁膜を形成する工程とを含んでお
り、そのことにより上記目的が達成される。

【００５９】好ましくは、前記拡散防止膜の厚さは、前
記非晶質ケイ素膜の結晶化のための加熱処理の際、前記
触媒元素が該拡散防止膜中で拡散する距離以上の厚さと
する。

【００６０】好ましくは、前記拡散防止膜として、酸化
ケイ素膜あるいは窒化ケイ素膜を用いる。

【００６１】好ましくは、半導体装置の製造方法は、前
記絶縁性薄膜から薄膜トランジスタのゲート絶縁膜を形
成する工程を含んでいる。

【００６２】好ましくは、前記非晶質ケイ素膜の一部分
にその結晶化を助長する触媒元素を選択的に導入する工
程では、該非晶質ケイ素膜の一部分に接するよう、該触
媒元素を溶解あるいは分散させた溶液あるいは化合物を
塗布する。

【００６３】好ましくは、前記非晶質ケイ素膜の一部分
にその結晶化を助長する触媒元素を選択的に導入する工
程では、該非晶質ケイ素膜の一部分に接するよう、該触
媒元素を蒸着する。

【００６４】好ましくは、触媒元素として、Ｎｉ、Ｃ
ｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａ
ｌ、Ｐ、ＡｓおよびＳｂの内の一種または複数種類の元
素を用いる。また、前記各工程が、５８０℃以下で行わ
れる。

【００６５】

【作用】本発明の半導体装置においては、基板の絶縁性
表面に形成される活性領域の近傍に、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を導入した領
域があるため、この領域を低温処理により非晶質から多
結晶にできる。しかも、続く低温処理により、該結晶化
した領域を基板表面に対して平行な方向に延ばして横方
向結晶成長領域を形成でき、この横方向結晶成長領域を
活性領域として利用できる。

【００６６】このため、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。

【００６７】また、活性領域の結晶性が良好であるた
め、該活性領域とその上の絶縁膜との連続形成により、
これらの界面を清浄な状態に保つことにより、該界面で
の欠陥準位を効果的に低減することができる。

【００６８】また、非晶質ケイ素膜の加熱による結晶化
は、触媒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５８０℃以下となるため、コーニング
７０５９ガラスに代表される安価なガラス基板を使用可
能とできる。

【００６９】また、上記横方向結晶成長領域の結晶粒が
ほぼ単結晶状態であるため、非晶質ケイ素膜の加熱処理
により得られたこの領域に、レーザ光あるいは強光の照
射処理を施すことにより、活性領域を構成するケイ素膜
の結晶性をさらに向上でき、該活性領域でのキリャアの
電界効果移動度を一層向上できる。

【００７０】また、上記絶縁性薄膜をＭＯＳ型トランジ
スタのゲート絶縁膜として用いることにより、トランジ
スタの特性を安定させ、リーク電流を低減することがで
きる。

【００７１】また、上記活性領域における触媒元素の膜
中濃度を、１×１０¹⁶〜１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³
とすることにより、触媒元素を効果的に機能させること
ができる。

【００７２】本発明の半導体装置の製造方法において
は、基板上に非晶質ケイ素膜及び絶縁性薄膜を、真空を
破らずに続けて形成するので、これらの膜の界面を清浄
な状態に保持することができる。

【００７３】また、上記非晶質ケイ素膜に、該非晶質ケ
イ素膜の結晶化を助長する触媒元素を導入し、その後該
触媒元素を導入した非晶質ケイ素膜を加熱によって結晶
化させるようにしたので、この領域を低温処理により非
晶質から多結晶にできる。しかも、続く低温処理によ
り、該結晶化した領域を基板表面に対して平行な方向に
延ばして横方向結晶成長領域を形成でき、この横方向結
晶成長領域を活性領域として利用できる。

【００７４】このため、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。

【００７５】しかもこの際結晶化に要する加熱温度が５
８０℃以下となり、基板として、コーニング７０５９ガ
ラスに代表される安価なガラス基板を使用できる。

【００７６】また、上記横方向結晶成長領域にレーザー
光あるいは強光を照射して、結晶の処理を行うようにし
たので、活性領域を構成する結晶性ケイ素膜の結晶性を
さらに高めることができ、活性領域でのキャリアの電界
効果移動度を一層向上できる。

【００７７】

【実施例】

〔実施例１〕図１（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施
例による薄膜トランジスタ及びその製造方法を説明する
ための平面図、図２は図１（ａ）のＡ−Ａ’線部分に対
応する断面図であり、図２（ａ）ないし図２（ｆ）は、
本実施例のＴＦＴの製造方法を工程順に示している。

【００７８】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１０４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。

【００７９】そしてこの実施例では、上記結晶性ケイ素
膜１０３ｉは、その近傍の結晶化ケイ素領域１０３ａ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１０３ｂの一部である。該結晶化
ケイ素領域１０３ａ及び横方向結晶領域１０３ｂ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。

【００８０】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。

【００８１】次に製造方法について説明する。ここで
は、ガラス基板上にＮ型ＴＦＴ１０を作製するプロセス
について説明する。

【００８２】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１０１からの不純物の拡散を防ぐために設け
られる。

【００８３】次に、図２（ａ）に示すように厚さ２５〜
１００ｎｍ、例えば８０ｎｍの真性（Ｉ型）の非晶質ケ
イ素膜（ａ−Ｓｉ膜）１０３を成膜し、そのまま真空中
にて例えば厚さ２００ｎｍの酸化ケイ素膜１０４を連続
して成膜する。このように真空を破ることなく、半導体
層及び絶縁膜を連続形成することで、半導体層とゲート
絶縁膜との界面を清浄に保つことができ、後に完成する
ＴＦＴの信頼性の向上や高性能化につながる。上記のよ
うな半導体層及び絶縁膜を大気中に取り出さずに連続し
て形成する方法としては、プラズマＣＶＤ法が一般的
で、その他、スパッタリング法、光ＣＶＤ法、電子ビー
ム蒸着法などがある。

【００８４】本実施例では、ａ−Ｓｉ膜及び酸化ケイ素
膜の連続形成をＲＦプラズマＣＶＤ法で行った。ａ−Ｓ
ｉ膜の形成には、シラン（ＳｉＨ₄）ガスを原料とし、
基板温度１５０〜４００℃、好ましくは２００〜３００
℃にて分解，堆積した。また、酸化ケイ素膜の形成に
は、ＴＥＯＳ（Tetra Ethoxy Silan）を原料とし、酸素
とともに基板温度１５０〜６００℃、好ましくは３００
〜４５０℃で分解，堆積した。ちなみに、上記ＴＥＯＳ
は、Ｓｉ原子，Ｏ原子などを含む常温では液状の有機材
料であり、層間絶縁膜などの形成に用いられ、段差被覆
性に優れた絶縁膜を得ることができるものである。

【００８５】次に、この酸化ケイ素膜１０４の所望の位
置にスルーホール１０４ａを形成し、スリット状にａ−
Ｓｉ膜１０３を露呈する。即ち、図２（ａ）の状態を上
面から見ると、ａ−Ｓｉ膜１０３が酸化ケイ素膜１０４
のスルーホール１０４ａを介して領域１００ａ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１（ａ）のように、ソー
ス，ドレイン領域１１１，１１２が横方向結晶成長の方
向１０６に並ぶ配置でＴＦＴ１０を作製するが、図１
（ｂ）のように、ソース，ドレイン領域１１１，１１２
が上記方向１０６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。

【００８６】次に、図２（ｂ）に示すように、例えば酢
酸ニッケルあるいは硝酸ニッケル等のニッケル塩の水溶
液１０５を基板全面に塗布し、その後スピンナーにて均
一に乾燥させる。この際の水溶液中のニッケル濃度は５
０〜２００ｐｐｍが適当で、好ましくは１００ｐｐｍで
ある。上記領域１００ａでは、析出したＮｉイオンがａ
−Ｓｉ膜１０３と接触しており、該領域１００ａにニッ
ケル微量添加が選択的に行われたことになる。そして、
この領域１００ａ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）または不活性雰囲気位下
（大気圧）、加熱温度５２０〜５８０℃で数時間から数
十時間、例えば５５０℃で１６時間アニールして結晶化
させる。

【００８７】この際、まず、ニッケル微量添加が行われ
た領域１００ａにおいて、基板１０１に対して垂直方向
に非晶質ケイ素膜１０３の結晶化が起こり、結晶性ケイ
素膜１０３ａが形成される。そして、この結晶化領域１
０３ａの周辺領域で、図１（ａ）および図２（ｃ）にお
いて矢印１０６で示すように、領域１００ａ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１０３ｂが形成される。それ以
外の非晶質ケイ素膜領域は、そのまま非晶質ケイ素膜１
０３ｃとして残る。なお、上記結晶成長に際し、矢印１
０６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。また、ニッケル微量添加が直接行
われ結晶化した領域１０３ａ中のこのときのニッケル濃
度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3であり、横方向結晶成長した領域
１０３ｂ中のニッケル濃度は５×１０¹⁶ｃｍ^-3程度であ
った。

【００８８】次に、酸化ケイ素膜１０４の表面をある一
定量エッチング除去する。このときのエッチング量とし
ては、先の加熱処理工程においてニッケルが酸化ケイ素
膜１０４表面からその内部に拡散した厚さ以上であるこ
とが好ましい。本実施例では、エッチャントとして１：
１０バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用い、酸化ケイ素
膜１０４を表面から１００ｎｍエッチングした。よっ
て、残りの酸化ケイ素膜１０４の厚さは１００ｎｍとな
り、その膜中には絶縁膜の特性を極めて悪化させる金属
元素（ここではニッケル）がほぼ存在していない。以上
の工程により、触媒元素（ニッケル）選択導入時のマス
ク膜として利用した酸化ケイ素膜１０４をゲート絶縁膜
１０７として再利用することが可能となる。

【００８９】次に、図２（ｄ）に示すように、不要な部
分のケイ素膜１０３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、及びチャネ
ル領域）となる島状の結晶性ケイ素膜１０３ｉを形成す
る。このときケイ素膜１０３ｂ上の酸化ケイ素膜（ゲー
ト絶縁膜）１０７は、島状の結晶性ケイ素膜１０３ｉと
同様の形状にパターニングされる。

【００９０】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２（ｅ））。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
セットゲート領域の長さとなるので、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。

【００９１】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，
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。

【００９２】その後、図２（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で照射を行った。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／□であった。

【００９３】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／ゲート絶縁膜界面へ水素原子を供給し、ＴＦＴ特性
を劣化させる不対結合手を低減する効果がある。

【００９４】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、窒化チタンは、アルミ
ニウムの半導体層への拡散を防止するためのバリア膜と
して作用する。そして最後に、１気圧の水素雰囲気で３
５０℃、３０分のアニールを行い、図２（ｆ）に示すＴ
ＦＴ１０を完成させる。

【００９５】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及び１１５の一方
をＩＴＯ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。

【００９６】以上の実施例にしたがって作製したＮ型Ｔ
ＦＴは、電界効果移動度１００〜１３０ｃｍ²／Ｖｓ、
閾値電圧１〜２Ｖ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±１
２％で、閾値電圧で±８％以内であった。

【００９７】このように本実施例では、基板１の表面の
酸化ケイ素膜１０２上に非晶質ケイ素膜１０３及び酸化
ケイ素膜１０４を、真空を破らずに続けて形成するの
で、これらの膜の界面を清浄な状態に保持することがで
きる。

【００９８】また、上記非晶質ケイ素膜１０３に、該非
晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を部分的に導
入し、その後該触媒元素を導入した領域を加熱によって
結晶化させるようにしたので、この領域１０３ａを低温
処理により非晶質から多結晶にできる。しかも、続く低
温処理により、該結晶化した領域を基板表面に対して平
行な方向に延ばして横方向結晶成長領域１０３ｂを形成
でき、この横方向結晶成長領域を活性領域１０３ｉとし
て利用できる。

【００９９】このため、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。

【０１００】しかもこの際結晶化に要する加熱温度が５
８０℃以下となり、基板として、コーニング７０５９ガ
ラスに代表される安価なガラス基板を使用できる。

【０１０１】また、上記横方向結晶成長領域１０３ｂ上
の酸化ケイ素膜１０７を、ＭＯＳ型トランジスタのゲー
ト絶縁膜として用いたので、トランジスタのリーク電流
を低減することができる。

【０１０２】また、上記触媒元素を導入した領域１０３
ａにおける触媒元素の膜中濃度を、１×１０¹⁶〜１×１
０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³としているため、触媒元素を効
果的に機能させることができる。

【０１０３】〔実施例２〕図３（ａ），（ｂ）は本発明
の第２の実施例による薄膜トランジスタ及びその製造方
法を説明するための平面図、図４は図３（ａ）のＢ−
Ｂ’線部分に対応する断面図であり、図４（ａ）ないし
図４（ｆ）は、本実施例のＴＦＴの製造方法を工程順に
示している。

【０１０４】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、上記第１の実施例の半導体装置におけるＮ型ＴＦＴ
１０と全く同一の断面構造を有している。なお、図３及
び図４中、２００番台の符号を付した本実施例の構成要
素は、窒化ケイ素膜からなる拡散防止膜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。

【０１０５】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、図４（ａ）に示
すように厚さ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
し、そのまま真空中にて厚さ２０〜１５０ｎｍ、例えば
１００ｎｍの酸化ケイ素膜２０７を連続して成膜する。

【０１０６】本実施例では、ａ−Ｓｉ膜／酸化ケイ素膜
の連続形成をＲＦプラズマＣＶＤ法で行った。ａ−Ｓｉ
膜の形成には、シラン（ＳｉＨ₄）ガスを原料とし、基
板温度１５０〜４００℃、好ましくは２００〜３００℃
にて分解，堆積した。また、酸化ケイ素膜の形成には、
ＴＥＯＳを原料とし、酸素とともに基板温度１５０〜６
００℃、好ましくは３００〜４５０℃で分解，堆積し
た。

【０１０７】その後、酸化ケイ素膜全面を覆うように例
えば厚さ２００ｎｍの窒化ケイ素膜２０４を基板全面に
堆積する。この成膜は、ＳｉＨ₄、ＮＨ₃、Ｎ₂の混合ガ
スを材料ガスとし、ＲＦプラズマＣＶＤ法により行っ
た。窒化ケイ素膜２０４は、後のａ−Ｓｉ膜結晶化工程
の際に用いる触媒元素に対するバリア膜として作用し、
酸化ケイ素膜２０７への触媒元素の拡散を防止する役割
を果たす。よって、この窒化ケイ素膜２０４の膜厚とし
ては、ａ−Ｓｉ膜結晶化の際の加熱工程において、少な
くとも触媒元素が窒化ケイ素膜中を拡散する距離以上の
厚さであることが好ましい。

【０１０８】次に、酸化ケイ素膜２０７および窒化ケイ
素膜２０４にスルーホール２０４ａを形成し、このスル
ーホール２０４ａ部分にスリット状にａ−Ｓｉ膜２０３
を露呈する。即ち、図４（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、他の部分は酸化ケイ素膜２０７および窒化
ケイ素膜２０４でマスクされている状態となっている。

【０１０９】ここでは、図３（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２
０６に並ぶ配置でＴＦＴ２０を作製するが、図３（ｂ）
のように、ソース，ドレイン領域２１１，２１２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。

【０１１０】次に、図４（ｂ）に示すように、蒸着法に
よって極薄膜のニッケル膜２０５を成膜する。この際の
ニッケル膜は目で見ることは不可能な程の極薄膜であ
り、その堆積量はニッケル原子の面密度によって制御し
ている。本実施例では、蒸着するニッケルの面密度を２
×１０¹³ｃｍ^-2とした。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、例えば５５０℃で１６時間アニー
ルして結晶化させる。

【０１１１】この際、ニッケル微量添加が行われた領域
２００ａにおいては、基板２０１に対して垂直方向にケ
イ素膜２０３の結晶化が起こり、結晶性ケイ素膜２０３
ａが形成される。そして、領域２００ａの周辺領域で
は、図４（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領域は、その
まま非晶質ケイ素膜２０３ｃとして残る。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。また、ニッ
ケル微量添加が直接行われ結晶化した領域２０３ａ中の
このときのニッケル濃度は４×１０¹⁸ｃｍ^-3であり、横
方向結晶成長した領域２０３ｂ中のニッケル濃度は１×
１０¹⁷ｃｍ^ー3程度であった。

【０１１２】その後、窒化ケイ素膜２０４を除去し、不
要な部分の結晶性ケイ素膜２０３を除去して素子間分離
を行う。このときケイ素膜２０３の上の酸化ケイ素膜２
０７は、島状の結晶性ケイ素膜２０３ｉと同様の形状に
パターニングされる。以上の工程により、後にＴＦＴの
活性領域（ソース，ドレイン領域およびチャネル領域）
となる島状の結晶性ケイ素膜２０３ｉが形成される（図
４（ｄ））。前工程において、窒化ケイ素膜２０４は触
媒元素（ここではニッケル）に対するバリア膜として作
用し、酸化ケイ素膜２０７への触媒元素の拡散を防止し
ている。よって、酸化ケイ素膜２０７中には絶縁特性を
劣化させる触媒元素がほとんど混入しておらず、ここで
ゲート絶縁膜として利用することが可能となる。

【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^ー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２１１，２１２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４（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
のプラズマＣＶＤ法、もしくはオゾンとの減圧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。

【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４
（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及び２１５の一方
をＩＴＯ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２０９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】以上の本実施例にしたがって作製したＰ型
ＴＦＴは、電界効果移動度７０〜９０ｃｍ²／Ｖｓ、閾
値電圧−４〜−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±５％以内であった。

【０１１９】このような構成の本実施例においても上記
実施例１と同様な効果がある。

【０１２０】〔実施例３〕図５は本発明の第３の実施例
による薄膜トランジスタ及びその製造方法を説明するた
めの平面図、図６は図５のＣ−Ｃ’線部分に対応する断
面図であり、図６（ａ）ないし図６（ｆ）は、本実施例
のＴＦＴの製造方法を工程順に示している。

【０１２１】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ある。

【０１２２】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。

【０１２３】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
３１４ｐ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。

【０１２４】そして本実施例では、上記結晶性ケイ素膜
３０３ｎ，３０３ｐは、１つの触媒元素添加領域から横
方向結晶成長した、その両側の横成長結晶性ケイ素膜の
一部である。

【０１２５】次に製造方法について説明する。

【０１２６】まず、図６（ａ）に示すように、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２０
０ｎｍ程度の酸化ケイ素からなる下地膜３０２を形成す
る。次に、厚さ２５〜１００ｎｍ、例えば５０ｎｍの真
性（Ｉ型）のａ−Ｓｉ膜３０３を成膜し、そのまま真空
中にて厚さ２０〜１５０ｎｍ、例えば１００ｎｍの酸化
ケイ素膜３０７を連続して成膜する。

【０１２７】本実施例では、ａ−Ｓｉ膜及び酸化ケイ素
膜の連続形成をＲＦプラズマＣＶＤ法で行った。ａ−Ｓ
ｉ膜の形成には、シラン（ＳｉＨ₄）ガスを原料とし、
基板温度１５０〜４００℃、好ましくは２００〜３００
℃にて分解，堆積した。また、酸化ケイ素膜の形成に
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℃で分解，堆積
した。

【０１２８】その後、酸化ケイ素膜全面を覆うように例
えば厚さ２００ｎｍの窒化ケイ素膜３０４を基板全面に
堆積する。この成膜は、ＳｉＨ₄、ＮＨ₃、Ｎ₂の混合ガ
スを材料ガスとし、ＲＦプラズマＣＶＤ法により行っ
た。窒化ケイ素膜３０４は、後のａ−Ｓｉ膜結晶化工程
の際に用いる触媒元素に対するバリア膜として作用し、
酸化ケイ素膜３０７への触媒元素の拡散を防止する役割
を果たす。

【０１２９】次に、酸化ケイ素膜３０７および窒化ケイ
素膜３０４にスルーホール３０４ａを形成し、そのスル
ーホール部分にスリット状にａ−Ｓｉ膜３０３を露呈す
る。即ち、図６（ａ）の状態を上面から見ると、図５の
ようにａ−Ｓｉ膜３０３が領域３００ａでスリット状に
露呈しており、他の部分は酸化ケイ素膜３０７および窒
化ケイ素膜３０４でマスクされている状態となってい
る。

【０１３０】次に、図６（ｂ）に示すように例えば酢酸
ニッケルあるいは硝酸ニッケル等のニッケル塩の水溶液
を基板全面に塗布し、その後スピンナーにて均一に乾燥
させる。この際の水溶液中のニッケル濃度は５０〜２０
０ｐｐｍが適当で、好ましくは１００ｐｐｍである。上
記領域３００ａでは、析出したＮｉイオンがａ−Ｓｉ膜
３０３と接触しており、該領域３００ａにニッケル微量
添加が選択的に行われたことになる。そして、これを水
素還元雰囲気下また不活性雰囲気下、５５０℃で１６時
間アニールして結晶化させる。

【０１３１】この際、ニッケル微量添加が行われた領域
３００ａにおいては、基板３０１に対して垂直方向にケ
イ素膜３０３の結晶化が起こり、結晶性ケイ素膜３０３
ａが形成される。そして、領域３００ａの周辺領域で
は、図６（ｃ）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領域は、その
まま非晶質ケイ素膜３０３ｃとして残る。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。また、ニッ
ケル微量添加が直接行われ結晶化した領域３０３ａ中の
このときのニッケル濃度は２×１０¹⁸ｃｍ^-3であり、横
方向結晶成長した領域３０３ｂ中のニッケル濃度は８×
１０¹⁶ｃｍ^-3程度であった。

【０１３２】引き続いて、窒化ケイ素膜３０４を除去
し、レーザー光を照射することで結晶性ケイ素膜３０３
ｂの結晶性を助長する。このときのレーザー光として
は、ＸｅＣ１エキシマレーザー（波長３０８ｎｍ、パル
ス幅４０ｎｓｅｃ）を用いた。レーザー光の照射条件
は、照射時に基板を２００〜４５０℃、例えば４００℃
に加熱し、エネルギー密度２００〜４００ｍＪ／ｃ
ｍ²、例えば３００ｍＪ／ｃｍ²で照射した。

【０１３３】その後、図６（ｄ）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。このときケイ素膜３０３上の
酸化ケイ素膜３０７は、島状の結晶性ケイ素膜３０３
ｎ、３０３ｐと同様の形状にパターニングされる。

【０１３４】引き続いて、図６（ｅ）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６００ｎｍ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。

【０１３５】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
れぞれの元素を選択的にドーピングを行う。この結果、
Ｎ型の不純物領域３１２，３１３、及びＰ型の不純物領
域３１４，３１５が形成され、図６に示すようにＮチャ
ネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴ）３１とＰチャネル型ＴＦＴ
（ＰＴＦＴ）３２とを形成することができる。

【０１３６】その後、図６（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。レーザー光としては、ＸｅＣ１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３００ｍＪ／ｃｍ²で一か所につき２ショット照
射した。

【０１３７】続いて、図６（ｆ）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、水素のプラズマ雰囲気で３５０℃、３０分のアニー
ルを行い、ＴＦＴ３１，３２を完成させる。

【０１３８】以上の実施例にしたがって作製したＣＭＯ
Ｓ構造回路において、それぞれのＴＦＴの電界効果移動
度はＮ型ＴＦＴで１５０〜２００ｃｍ²／Ｖｓ、Ｐ型Ｔ
ＦＴで１００〜１２０ｃｍ²／Ｖｓと高く、閾値電圧は
Ｎ型ＴＦＴで１〜２Ｖ、Ｐ型ＴＦＴで−２〜−３Ｖと非
常に良好な特性を示す。

【０１３９】このような構成の本実施例では、上記第１
及び第２の実施例の構成に加えて、横方向結晶成長領域
にレーザー光を照射して、結晶の処理を行うようにした
ので、上記第１，第２の実施例の効果に加えて、活性領
域を構成する結晶性ケイ素膜の結晶性をさらに高めるこ
とができ、活性領域でのキャリアの電界効果移動度を一
層向上できる。

【０１４０】なお、上記説明では、本発明の実施例とし
て３つの実施例を挙げたが、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。

【０１４１】例えば、前述の各実施例においては、ニッ
ケルを導入する方法として、非晶質ケイ素膜表面にニッ
ケル塩水溶液を塗布、あるいはニッケル極薄膜（極めて
薄いので、膜として観察することは困難である）を形成
することにより、選択的にニッケル微量添加を行う方法
を採用した。しかし、その他のニッケルの添加方法とし
て、イオンドーピング法を用いてニッケルイオンを非晶
質ケイ素膜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。また、ニッケルの薄膜を成膜す
る代わりにＮｉ電極を用いてプラズマ処理により、ニッ
ケル微量添加を行うのでもよい。さらに、結晶化を助長
する不純物金属元素としては、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、リン、ヒ素、アンチモンを用いても
同様の効果が得られる。

【０１４２】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（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ＲＴＡ（ラ
ピッド・サーマル・アニール）ＲＴＰ（ラピッド・サー
マル・プロセス）などのいわゆる加熱処理でもよい。

【０１４３】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、幅広く半導体プロセス全
般に応用することができる。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。

【０１４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、基板上に
非晶質ケイ素膜及び絶縁性薄膜を、真空を破らずに続け
て形成するので、これらの膜の界面を清浄な状態に保持
することができる。

【０１４５】また、上記非晶質ケイ素膜に、該非晶質ケ
イ素膜の結晶化を助長する触媒元素を導入し、その後該
触媒元素を導入した非晶質ケイ素膜を加熱によって結晶
化させるようにしたので、非晶質ケイ素膜の結晶化を低
温処理により行うことができる。しかも、続く低温処理
により、該結晶化した領域を基板表面に対して平行な方
向に延ばして横方向結晶成長領域を形成でき、この横方
向結晶成長領域を活性領域として利用できる。

【０１４６】このため、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。

【０１４７】しかもこの際結晶化に要する加熱温度が５
８０℃以下となり、基板として、コーニング７０５９ガ
ラスに代表される安価なガラス基板を使用できる。

【０１４８】また、上記横方向結晶成長領域にレーザー
光あるいは強光を照射して、結晶の処理を行うようにし
たので、活性領域を構成する結晶性ケイ素膜の結晶性を
さらに高めることができ、活性領域でのキャリアの電界
効果移動度を一層向上できる。

【０１４９】この結果、結晶性を有するケイ素膜を利用
して、絶縁表面を有する基板上に活性層を形成した半導
体装置として、大面積基板にわたって均一で安定した特
性の半導体素子を有するものが得られる。また、そのプ
ロセス温度の低温化により安価なガラス基板が使用可能
となり、低コスト化が図れる。

【０１５０】本発明は、ＭＯＳ型トランジスタの性能向
上に特に有効で、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構成するドライバモ
ノリシック型アクティブマトリクス基板が実現でき、モ
ジュールのコンパクト化、高性能化、低コスト化が図れ
る。また、三次元ＩＣにおいては、下層のトランジスタ
にダメージを与えることなく上層に高性能な半導体素子
を実現することが可能になる。

【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平面図である。

【図２】上記第１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３】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４】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５】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６】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、２０、３１Ｎ型ＴＦＴ３０ＣＭＯＳ回路３２Ｐ型ＴＦＴ１００、２００、３００半導体装置１００ａ、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１０３ｂ，３０３ｎ、３０３ｐ、３０３ｂ活性領域１０６、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

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に非晶質ケイ素膜及び絶縁性薄膜
を真空を破らずに続けて形成する工程と、該絶縁性薄膜をパターニングした後、該絶縁性薄膜をマ
スクとして非晶質ケイ素膜の一部に、その結晶化を助長
する触媒元素を選択的に導入する工程と、加熱処理によって、該非晶質ケイ素膜の，触媒元素を導
入した部分を結晶化させる工程と、続く加熱処理によって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、該絶縁性薄膜を均一に表面から一定量エッチング除去す
る工程と、該横方向結晶成長領域から半導体素子の活性領域を形成
し、前記絶縁性薄膜から薄膜トランジスタのゲート絶縁
膜を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】基板上に非晶質ケイ素膜及び絶縁性薄膜
を真空を破らずに続けて形成する工程と、該絶縁性薄膜をパターニングした後、該絶縁性薄膜をマ
スクとして非晶質ケイ素膜の一部に、その結晶化を助長
する触媒元素を選択的に導入する工程と、加熱処理によって、該非晶質ケイ素膜の，触媒元素を導
入した部分を結晶化させる工程と、続く加熱処理によって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、該絶縁性薄膜を均一に表面から一定量エッチング除去す
る工程と、レーザー光あるいは強光を該横方向結晶成長領域に照射
して、その結晶の処理を行う工程と、該処理を行った横方向結晶成長領域から半導体素子の活
性領域を形成し、前記絶縁性薄膜から薄膜トランジスタ
のゲート絶縁膜を形成する工程とを含む半導体装置の製
造方法。
【請求項３】前記絶縁性薄膜のエッチングにより除去
する厚さを、前記加熱処理の際触媒元素が該絶縁性薄膜
中で拡散する距離以上の厚さとする請求項１または２記
載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】基板上に非晶質ケイ素膜及び絶縁性薄膜
を真空を破らずに続けて形成する工程と、該絶縁性薄膜上にこれを覆うよう、該非晶質ケイ素膜の
結晶化を助長する触媒元素の該絶縁性薄膜への拡散を防
止する拡散防止膜を形成する工程と、該絶縁性薄膜および拡散防止膜をパターニングした後、
これらの膜をマスクとして、該非晶質ケイ素膜の一部分
に、その結晶化を助長する触媒元素を選択的に導入する
工程と、加熱処理によって、該非晶質ケイ素膜の，触媒元素を導
入した部分を結晶化させる工程と、続く加熱処理によって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、該拡散防止膜を除去する工程と、該横方向結晶成長領域から半導体素子の活性領域を形成
し、前記絶縁性薄膜から薄膜トランジスタのゲート絶縁
膜を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
【請求項５】基板上に非晶質ケイ素膜及び絶縁性薄膜
を真空を破らずに続けて形成する工程と、該絶縁性薄膜上にこれを覆うよう、該非晶質ケイ素膜の
結晶化を助長する触媒元素の該絶縁性薄膜への拡散を防
止する拡散防止膜を形成する工程と、該絶縁性薄膜および拡散防止膜をパターニングした後、
これらの膜をマスクとして、該非晶質ケイ素膜の一部分
に、その結晶化を助長する触媒元素を選択的に導入する
工程と、加熱処理によって、該非晶質ケイ素膜の，触媒元素を導
入した部分を結晶化させる工程と、続く加熱処理によって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、該拡散防止膜を除去する工程と、レーザー光あるいは強光を該横方向結晶成長領域に照射
して、その結晶の処理を行う工程と、該処理を行った横方向結晶成長領域から半導体素子の活
性領域を形成形成し、前記絶縁性薄膜から薄膜トランジ
スタのゲート絶縁膜を形成する工程とを含む半導体装置
の製造方法。
【請求項６】前記拡散防止膜は、前記非晶質ケイ素膜
の結晶化のための加熱処理の際、前記触媒元素が該拡散
防止膜中で拡散する距離以上の厚さとする請求項４また
は５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記拡散防止膜として、酸化ケイ素膜あ
るいは窒化ケイ素膜を用いる請求項４または５記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項８】前記非晶質ケイ素膜の一部分にその結晶
化を助長する触媒元素を選択的に導入する工程では、該
非晶質ケイ素膜の一部分に接するよう、該触媒元素を溶
解あるいは分散させた溶液あるいは化合物を塗布する請
求項１、２、４または５のいずれかに記載の半導体装置
の製造方法。
【請求項９】前記非晶質ケイ素膜の一部分にその結晶
化を助長する触媒元素を選択的に導入する工程では、該
非晶質ケイ素膜の一部分に接するよう、該触媒元素を蒸
着する請求項１、２、４または５のいずれかに記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項１０】触媒元素として、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、
Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｐ、Ａｓ
およびＳｂの内の一種または複数種類の元素を用いる請
求項１、２、４または５のいずれかに記載の半導体装置
の製造方法。
【請求項１１】前記各工程が、５８０℃以下で行われ
る請求項１〜１０のいずれかに記載の半導体装置の製造
方法。