JP3300153B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜状の絶縁ゲイト型
電界効果トランジスタ（薄膜トランジスタもしくはＴＦ
Ｔ）等の薄膜デバイスに用いられる結晶性半導体を得る
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜状の絶縁ゲイト型電界効果ト
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は、プラズマＣＶＤ法や熱ＣＶ
Ｄ法で形成されたアモルファスシリコン膜を電気炉等の
装置の中で６００℃以上の温度で１２時間以上の長時間
にわたって結晶化させて作製された。特に十分な特性
（高い電界効果移動度や高い信頼性）を得るためにはよ
り長時間の熱処理が求められていた。

【０００３】

【発明が解決しようする課題】しかしながら、このよう
な従来の方法は多くの課題を抱えていた。１つはスルー
プットが低く、したがって、コストが高くなることであ
る。例えば、この結晶化工程に２４時間の時間を要する
ものとすると、基板１枚当たりの処理時間を２分とすれ
ば７２０枚の基板を同時に処理しなければならなかっ
た。しかしながら、例えば、通常使用される管状炉で
は、１度に処理できる基板の枚数は５０枚がせいぜい
で、１つの装置（反応管）だけを使用した場合には１枚
当たり３０分も時間がかかってしまった。すなわち、１
枚当たりの処理時間を２分とするには、反応管を１５本
も使用しなければならなかった。このことは投資規模が
拡大することと、その投資の減価償却が大きく、製品の
コストに跳ね返ることを意味していた。

【０００４】もう１つの問題は、熱処理の温度であっ
た。通常、ＴＦＴの作製に用いられる基板は石英ガラス
のような純粋な酸化珪素からなるものと、コーニング社
７０５９番（以下、コーニング７０５９という）のよう
な無アルカリのホウ珪酸ガラスに大別される。このう
ち、前者は、耐熱性が優れており、通常の半導体集積回
路のウェファープロセスと同じ取扱いができるため、温
度に関しては何ら問題がない。しかしながら、そのコス
トが高く、基板面積の増加と共に指数関数的に急激に増
大する。したがって、現在のところ、比較的小面積のＴ
ＦＴ集積回路にのみ使用されている。

【０００５】一方、無アルカリガラスは、石英に比べれ
ばコストは十分に低いが、耐熱性の点で問題があり、一
般に歪み点が５５０〜６５０℃程度、特に入手しやすい
材料では６００℃以下であるので、６００℃の熱処理で
は基板に不可逆的な収縮やソリという問題が生じた。特
に基板が対角１０インチを越えるような大きなものでは
顕著であった。以上のような理由から、シリコン半導体
膜の結晶化に関しては、５５０℃以下、４時間以内とい
う熱処理条件がコスト削減に不可欠とされていた。本発
明はこのような条件をクリアする半導体の作製方法およ
び、そのような半導体を用いた半導体装置の作製方法を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、アモルファス
状態、もしくは実質的にアモルファス状態と言えるよう
な乱雑な結晶状態（例えば、結晶性のよい部分とアモル
ファスの部分が混在しているような状態）にあるシリコ
ン膜の上もしくば下にニッケル、鉄、コバルト、白金、
パラジウムを含有する島状の膜やドット、粒子、クラス
ター、線等を形成し、これを通常のアモルファスシリコ
ンの結晶化温度よりも低い温度、もしくは基板のガラス
転移点温度よりも低い温度でアニールすることによって
結晶性シリコン膜を得ることを特徴とする。

【０００７】従来のシリコン膜の結晶化に関しては、結
晶性の島状の膜を核として、これを種結晶として固相エ
ピタキシャル成長させる方法（例えば、特開平１−２１
４１１０等）が提案されている。しかしながら、このよ
うな方法では、６００℃以下の温度ではほとんど結晶成
長が進行しなかった。シリコン系においては、一般にア
モルファス状態から結晶状態に移行するには、アモルフ
ァス状態にある分子鎖を分断し、しかもその分断された
分子が、再び他の分子と結合しないような状態としたう
えで、何らかの結晶性の分子に合わせて、分子を結晶の
一部に組み換えるという過程を経る。しかしながら、こ
の過程のなかで、最初の分子鎖を分断して、他の分子と
結合しない状態に保持するためのエネルギーが大きく、
結晶化反応においてはここが障壁となっている。このエ
ネルギーを与えるには、１０００℃程度の温度で数分、
もしくは６００℃程度の温度では数１０時間が必要であ
り、時間は温度（＝エネルギー）に指数関数的に依存す
るので、６００℃以下、例えば、５５０℃では、結晶化
反応が進行することはほとんど観測できなかった。従来
の固相エピタキシャル結晶化の考えも、この問題に対す
る解答を与えたものではなかった。

【０００８】本発明人は、従来の固相結晶化の考えとは
全く別に、何らかの触媒作用によって、前記の過程の障
壁エネルギーを低下させることを考えた。本発明人はニ
ッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、白金
（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）がシリコンと結合しやす
く、例えば、ニッケルの場合、容易に珪化ニッケル（化
学式ＮｉＳｉ_x 、０．４≦ｘ≦２．５）となり、かつ、
珪化ニッケルの格子定数がシリコン結晶のものに近いこ
とに着目した。そこで、結晶シリコン−珪化ニッケル−
アモルファスシリコンという３元系のエネルギー等をシ
ミュレーションした結果、アモルファスシリコンは珪化
ニッケルとの界面で容易に反応して、 アモルファスシリコン（シリコンＡ）＋珪化ニッケル
（シリコンＢ）→珪化ニッケル（シリコンＡ）＋結晶シ
リコン（シリコンＢ） （シリコンＡ、Ｂはシリコンの位置を示す） という反応が生じることが明らかになった。この反応の
ポテンシャル障壁は十分に低く、反応の温度も低い。こ
の反応式は、ニッケルがアモルファスシリコンを結晶シ
リコンに造り変えながら進行してゆくことを示してい
る。実際には、５８０℃以下で、反応が開始され、４５
０℃でも反応が観測されることが明らかになった。当然
のことであるが、温度が高いほど反応の進行する速度が
速い。また、同様な効果は、白金、鉄、コバルトでも認
められた。

【０００９】本発明では、島状、ストライプ状、線状、
ドット状のニッケル、鉄、コバルト、白金、パラジウム
単体やそれらの珪化物、酢酸塩、硝酸塩等のニッケル、
鉄、コバルト、白金、パラジウムの少なくとも１つを含
有する膜、粒子、クラスター等を出発点として、ここか
らニッケル、鉄、コバルト、白金、パラジウムが上記の
反応に伴って周囲に展開してゆくことによって、結晶シ
リコンの領域を拡げてゆく。なお、ニッケル、鉄、コバ
ルト、白金を含有する材料としては、酸化物は好ましく
ない。これは、酸化物は安定な化合物で、上記反応を開
始することができないからである。

【００１０】このように特定の場所から拡がった結晶シ
リコンは、従来の固相エピタキシャル成長とは異なる
が、結晶性の連続性のよい、単結晶に近い構造を有する
ものであるので、ＴＦＴ等の半導体素子に利用するうえ
では都合がよい。基板上に均一にニッケル、鉄、コバル
ト、白金、パラジウムを含む材料を設けた場合には、結
晶化の出発点が無数に存在して、そのため結晶性の良好
な膜を得ることは難しかった。また、この結晶化の出発
材料としてのアモルファスシリコン膜は水素濃度が少な
いほど良好な結果が得られた。ただし、結晶化の進行に
したがって、水素が放出されるので、得られたシリコン
膜中の水素濃度は、出発材料のアモルファスシリコン膜
の水素濃度とはそれほど明確な相関は見られなかった。
本発明による結晶シリコン中の水素濃度は、典型的には
１×１０¹⁵原子／ｃｍ³ 以上５原子％以下であった。

【００１１】本発明ではニッケル、鉄、コバルト、白
金、パラジウムを用いるが、これらの材料は半導体材料
としてのシリコンにとっては好ましくない。そこで、過
剰にシリコン膜中に含まれている場合には、これを除去
することが必要であるが、ニッケルに関しては、上記の
反応の結果、結晶化の終端に達した珪化ニッケルはフッ
酸もしくは塩酸に容易に溶解するので、これらの酸によ
る処理によって基板からニッケルを減らすことができ
る。さらに、積極的にニッケル、鉄、コバルト、白金、
パラジウムを減らすには、結晶化工程の終了した後、塩
化水素、各種塩化メタン（ＣＨ₃ Ｃｌ、ＣＨ₂ Ｃｌ₂ 、
ＣＨＣｌ₃ ）、各種塩化エタン（Ｃ₂ Ｈ₅ Ｃｌ、Ｃ₂ Ｈ
₄ Ｃｌ₂ 、Ｃ₂ Ｈ₃Ｃｌ₃ 、Ｃ₂ Ｈ₂ Ｃｌ₄ 、Ｃ₂ ＨＣ
ｌ₅ ）あるいは各種塩化エチレン（Ｃ₂ Ｈ₃Ｃｌ、Ｃ₂
Ｈ₂ Ｃｌ₂ 、Ｃ₂ ＨＣｌ₃ ）等の塩素を含む雰囲気中
で、４００〜６５０℃で処理すればよい。特に、トリク
ロロエチレン（Ｃ₂ ＨＣｌ₃ ）は使用しやすい材料であ
る。本発明によるシリコン膜中のニッケル、鉄、コバル
ト、白金の濃度は、、１×１０¹⁵ｃｍ^-3〜１原子％、よ
り好ましくは１×１０¹⁶ｃｍ^-3〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3が好
ましいとわかった。この範囲以下では結晶化が十分に進
行せず、一方、この範囲を上回った場合には、特性、信
頼性が劣化する。

【００１２】膜状のニッケル、鉄、コバルト、白金、パ
ラジウムを形成するには各種物理的、化学的手法を用い
ることができる。例えば、真空蒸着法、スパッタリング
法、ＣＶＤ法等の真空装置の必要な方法や、スピンコー
ト法やディップ法（塗布法）、ドクターブレード法、ス
クリーン印刷法、スプレー熱分解法等の大気中でおこな
える方法である。特にスピンコート法やディップ法はさ
したる設備も不要でありながら、膜厚の均一性に優れ、
なおかつ、微妙な濃度調整が可能な手段である。これら
の手段に用いる溶液としては、ニッケル、鉄、コバル
ト、白金、パラジウムの酢酸塩や硝酸塩、あるいは各種
のカルボン酸塩、その他の有機酸塩を水や各種アルコー
ル（低級や高級）、石油類（飽和炭化水素あるいは不飽
和炭化水素）等に溶解あるいは拡散せしめたものを用い
ればよい。

【００１３】しかしながら、この場合にはそれらの塩に
含まれる酸素、炭素がシリコン膜中に拡散して半導体特
性を劣化させることが懸念された。しかしながら、熱天
秤法および示差熱分析法によって、研究を進めた結果、
適当な材料においては４５０℃以下の温度において、酸
化物あるいは単体にまで分解してしまい、その後、シリ
コン膜中にまで拡散することはほとんどないことが確認
された。特に、酢酸塩や硝酸塩のように低次の物質を窒
素雰囲気等の還元雰囲気下で加熱すると４００℃以下で
分解して、金属単体となった。同じく、酸素雰囲気で加
熱すると、最初に酸化物が形成され、より高温で酸素が
離脱して金属単体となることが観測された。

【００１４】本発明によって作製した結晶シリコン膜を
ＴＦＴ等の半導体素子に利用する上で、上記の説明から
明らかなように、結晶化の終端（ここは、複数の出発点
から開始された結晶化がぶつかる部分であるが）では、
大きな粒界（結晶性の不連続な部分）が存在し、また、
ニッケル、鉄、コバルト、白金、パラジウム等の濃度が
高いので、半導体素子を設けることは好ましくない。特
に、ＴＦＴのチャネル領域は設けるべきではない。ま
た、結晶化の開始される場所、すなわち、ニッケル、
鉄、コバルト、白金、パラジウム等を有する物質が設け
られた領域も、これらの元素の濃度が高いので半導体素
子を形成する上では十分な注意が必要であり、また、こ
れらの元素の含まれないシリコン膜と比較すると、一般
にフッ酸系の溶液に対してエッチングされやすいので、
コンタクトホール等を形成する場合には、コンタクト不
良の原因となる。したがって、本発明を利用して半導体
素子を形成するにあたっては、結晶化の出発点となるニ
ッケル、鉄、コバルト、白金、パラジウム等含有物被膜
のパターンと半導体素子のパターンとを最適化しなけれ
ばならない。以下に実施例を示し、より詳細に本発明を
説明する。

【００１５】

【実施例】

〔実施例１〕 本実施例は、コーニング７０５９ガラス
基板上の島状の複数のニッケル膜を形成し、これらを出
発点としてアモルファスシリコン膜の結晶化をおこな
い、得られた結晶シリコン膜を用いてＴＦＴを作製する
方法について記述する。島状のニッケル膜を形成する方
法には、それをアモルファスシリコン膜の上に設ける
か、下に設けるかという点で２つの方法がある。図２
（Ａ−１）は下に設ける方法であり、図２（Ａ−２）は
上に設ける方法である。特に後者について注意しなけれ
ばならないことは、アモルファスシリコン膜の全面にニ
ッケルが形成された後にこれを選択的にエッチングする
という工程となるので、ニッケルとアモルファスシリコ
ンが少量ではあるが反応して、珪化ニッケルが形成され
てしまう。これを残存させたままでは、本発明が目的と
するような良好な結晶性のシリコン膜は得られないの
で、塩酸やフッ酸等で、この珪化ニッケルを十分に除去
してしまうことが求められる。また、そのため、アモル
ファスシリコンは初期より薄くなる。

【００１６】一方、前者についてはそのような問題は生
じないが、この場合もエッチングによって、島状部分以
外のニッケル膜は完全に除去されることが望まれる。さ
らに、残存ニッケルの影響を抑えるためには、基板を酸
素プラズマやオゾン等によって処理して、島状領域以外
のニッケルを酸化させてしまえばよい。

【００１７】いずれの場合も、基板（コーニング７０５
９）１Ａ上には、厚さ２０００Åの下地酸化珪素膜１Ｂ
をプラズマＣＶＤ法によって形成した。また、アモルフ
ァスシリコン膜１は厚さ２００〜３０００Å、好ましく
は５００〜１５００Åとし、プラズマＣＶＤ法もしくは
減圧ＣＶＤ法によって作製した。アモルファスシリコン
膜は３５０〜４５０℃で０．１〜２時間アニールするこ
とによって水素出しをおこなって、膜中の水素濃度を５
原子％以下にしておくと結晶化しやすかった。図２（Ａ
−１）の場合には、アモルファスシリコン膜１の形成の
前にスパッタ法によってニッケル膜を厚さ５０〜１００
０Å、好ましくは１００〜５００Å堆積し、これをパタ
ーニングして島状ニッケル領域２を形成した。

【００１８】一方、図２（Ａ−２）の場合には、アモル
ファスシリコン膜１の形成の後にスパッタ法によってニ
ッケル膜を厚さ５０〜１０００Å、好ましくは１００〜
５００Å堆積し、これをパターニングして島状ニッケル
領域２を形成した。この様子を上方から見た図面を図１
（Ａ）に示す。

【００１９】島状ニッケルは一辺２μｍの正方形で、そ
の間隔は、５〜５０μｍ、例えば２０μｍとした。ニッ
ケルの代わりに珪化ニッケルを用いても同様な効果が得
られる。また、ニッケルの成膜時には基板を１００〜５
００℃、好ましくは１８０〜２５０℃に加熱しておくと
良好な結果が得られた。これは下地の酸化珪素膜とニッ
ケル膜とも密着性が向上することと、酸化珪素とニッケ
ルが反応して、珪化ニッケルが生成するためである。酸
化珪素のかわりに窒化珪素、炭化珪素、珪素を用いても
同様な効果が得られる。

【００２０】次に、これを４５０〜６５０℃、例えば５
５０℃で８時間窒素雰囲気中でアニールした。図２
（Ｂ）は、その中間状態で、図２（Ａ）において、端の
ほうにあった島状ニッケル膜からニッケルが珪化ニッケ
ル３Ａとして中央部に進行し、また、ニッケルが通過し
た部分３は結晶シリコンとなっている。やがて、図２
（Ｃ）に示すように２つの島状ニッケル膜から出発した
結晶化がぶつかって、中間に珪化ニッケル３Ａが残っ
て、結晶化が終了する。

【００２１】図１（Ｂ）は、この状態の基板を上方から
見た様子を示したもので、図２（Ｃ）の珪化ニッケル３
Ａとは、粒界４のことである。さらにアニールを続けれ
ば、ニッケルは粒界４に沿って移動して、これらの島状
ニッケル領域（この段階では原形を留めていることはな
いが）の中間領域５に集まる。

【００２２】以上の工程で結晶シリコンを得ることがで
きるが、このときに生じる珪化ニッケル３Ａからニッケ
ルが半導体被膜中に拡散することは好ましくない。した
がって、フッ酸もしくは塩酸でエッチングすることが望
まれる。なお、フッ酸、塩酸ともシリコン膜には影響を
与えない。エッチングした様子を図２（Ｄ）に示す。粒
界のあった部分は溝４Ａとなる。この溝を挟むようにＴ
ＦＴの半導体領域（活性層等）を形成することは好まし
くない。ＴＦＴの配置に関しては、その例を図１（Ｃ）
に示すが、半導体領域６は粒界４を横切らないように配
置した。一方、ゲイト配線７は粒界４を横切ってもよ
い。

【００２３】以上の工程で得られた結晶シリコンを用い
てＴＦＴを作製する例を図３および図４に示す。図３
（Ａ）において、中央部のＸは、図２の溝４Ａのあった
場所を意味する。図面に示すように、このＸの部分には
ＴＦＴの半導体領域が横切らないように配置した。すな
わち、図２に示した工程で得られた結晶シリコン膜３を
パターニングして、島状半導体領域１１ａ、１１ｂを形
成した。そして、ＲＦプラズマＣＶＤ法、ＥＣＲプラズ
マＣＶＤ法、スパッタリング法等の方法によってゲイト
絶縁膜として機能する酸化珪素膜１２を形成した。

【００２４】さらに、減圧ＣＶＤ法によって、燐が１×
１０²⁰〜５×１０²⁰ｃｍ^-3ドープされた厚さ３０００〜
６０００Åの多結晶シリコン膜を形成し、これをパター
ニングして、ゲイト電極１３ａ、１３ｂを形成した。
（図３（Ａ））

【００２５】次に、プラズマドーピング法によって不純
物ドープをおこなった。ドーピングガスとしては、例え
ば、Ｎ型にはフォスフィン（ＰＨ₃ ）を、Ｐ型にはジボ
ラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）を用いた。図ではＮ型ＴＦＴを示す。
加速電圧は、フォスフィンは８０ｋｅＶ、ジボランは６
５ｋｅＶとした。さらに５５０℃で４時間アニールする
ことによって、不純物の活性化をおこない、不純物領域
１４ａ〜１４ｄを形成した。活性化にはレーザーアニー
ルもしくはフラッシュランプアニールのような光エネル
ギーを使用する方法も用いることができる。（図３
（Ｂ））

【００２６】最後に、通常のＴＦＴ作製と同様に層間絶
縁物１５として、厚さ５０００Åの酸化珪素膜を堆積
し、これにコンタクトホールを形成してソース領域、ド
レイン領域に配線・電極１６ａ〜１６ｄを形成した。
（図３（Ｃ））以上の工程によってＴＦＴ（図ではＮチ
ャネル型）が作製された。得られたＴＦＴの電界効果移
動度はＮチャネル型で４０〜６０ｃｍ² ／Ｖｓ、Ｐチャ
ネル型で３０〜５０ｃｍ² ／Ｖｓであった。

【００２７】図４には、アルミニウムゲイトのＴＦＴ作
製をおこなった場合を示す。図４（Ａ）において、中央
部のＸは、図２の溝４Ａのあった場所を意味する。図面
に示すように、このＸの部分にはＴＦＴの半導体領域が
横切らないように配置した。すなわち、図２に示した工
程で得られた結晶シリコン膜３をパターニングして、島
状半導体領域２１ａ、２１ｂを形成した。そして、ＲＦ
プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法、スパッタ
リング法等の方法によってゲイト絶縁膜として機能する
酸化珪素膜２２を形成した。プラズマＣＶＤ法を採用す
る場合には、原料ガスはＴＥＯＳ（テトラ・エトキシ・
シラン）と酸素を用いると好ましい結果が得られた。そ
して、１％のシリコンを含むアルミニウム膜（厚さ５０
００Å）をスパッタ法によって堆積し、これをパターニ
ングしてゲイト配線・電極２３ａ、２３ｂを形成した。

【００２８】次に、基板を３％の酒石酸のエチレングリ
コール溶液に浸し、白金を陰極として、アルミニウム配
線を陽極とし、これに電流を流して陽極酸化をおこなっ
た。電流は最初は、２Ｖ／分で電圧が上昇するように印
加し、２２０Ｖに達したところで電圧を一定とし、電流
が１０μＡ／ｍ² 以下になったところで電流を停止し
た。この結果、厚さ２０００Åの陽極酸化物２４ａ、２
４ｂが形成された。（図４（Ａ））

【００２９】次に、プラズマドーピング法によって不純
物ドープをおこなった。ドーピングガスとしては、Ｎ型
にはフォスフィン（ＰＨ₃ ）を、Ｐ型にはジボラン（Ｂ
₂ Ｈ₆ ）を用いた。図にはＮチャネル型ＴＦＴを示す。
加速電圧は、フォスフィンは８０ｋｅＶ、ジボランは６
５ｋｅＶとした。さらにこれをレーザーアニールするこ
とによって、不純物の活性化をおこない、不純物領域２
５ａ〜２５ｄを形成した。使用したレーザーは、ＫｒＦ
レーザー（波長２４８ｎｍ）で、２５０〜３００ｍＪ／
ｃｍ² のエネルギー密度のレーザー光を５ショット照射
した。（図４（Ｂ））

【００３０】最後に、通常のＴＦＴ作製と同様に層間絶
縁物２６として、厚さ５０００Åの酸化珪素膜を堆積
し、これにコンタクトホールを形成してソース領域、ド
レイン領域に配線・電極２７ａ〜２７ｄを形成した。
（図４（Ｃ））得られたＴＦＴの電界効果移動度はＮチ
ャネル型で６０〜１２０ｃｍ² ／Ｖｓ、Ｐチャネル型で
５０〜９０ｃｍ² ／Ｖｓであった。また、このＴＦＴを
用いて作製されたシフトレジスタではドレイン電圧１７
Ｖで６ＭＨｚ、２０Ｖで１１ＭＨｚでの動作が確認され
た。

【００３１】〔実施例２〕 図５には、図４と同様にア
ルミニウムゲイトのＴＦＴ作製をおこなった場合を示
す。ただし、ここではアモルファスシリコンを活性層と
して用いた。図５（Ａ）に示すように、基板３１上に下
地酸化珪素膜３２を堆積し、さらに厚さ２０００〜３０
００Åのアモルファスシリコン膜３３を堆積した。アモ
ルファスシリコン膜には適当な量のＰ型もしくはＮ型不
純物を混入させておいてもよい。そして、上記に示した
ように島状のニッケルもしくは珪化ニッケル被膜３４
Ａ、３４Ｂを形成し、この状態で５５０℃、４時間アニ
ールすることによってアモルファスシリコン膜を結晶化
させた。

【００３２】次に、このようにして得られた結晶シリコ
ン膜を図５（Ｂ）に示すようにパターニングした。この
とき、図の中央部（ニッケルもしくは珪化ニッケル被膜
３４Ａ、３４Ｂの中間部）のシリコン膜にはニッケルが
多量に含まれているので、これを除くようにパターニン
グして、島状シリコン領域３５Ａ、３５Ｂを形成した。
さらに、その上に実質真性なアモルファスシリコン膜３
６を堆積した。その後、図５（Ｃ）に示すようにゲイト
絶縁膜３７として窒化珪素、酸化珪素等の材料で被膜を
形成し、ゲイト電極３８をアルミニウムによって形成
し、図４の場合と同様に陽極酸化をおこない、イオンド
ーピング法によって不純物を拡散させて不純物領域３９
Ａ、３９Ｂを形成する。さらに、層間絶縁物４０を堆積
し、コンタクトホールを形成し、金属電極４１Ａ、４１
Ｂをソース、ドレインに形成してＴＦＴが完成する。こ
のＴＦＴでは活性層の厚さに比べて、ソース、ドレイン
の部分の半導体膜が厚く、また、抵抗率が小さいことが
特徴で、この結果、ソース、ドレイン領域の抵抗が減少
し、ＴＦＴの特性が向上する。また、コンタクトの形成
も容易である。

【００３３】〔実施例３〕 図６には、ＣＭＯＳ型のＴ
ＦＴ作製をおこなった場合を示す。図６（Ａ）に示すよ
うに、基板５１上に下地酸化珪素膜５２を堆積し、さら
に厚さ１０００〜１５００Åのアモルファスシリコン膜
５３を堆積した。そして、上記に示したように島状のニ
ッケルもしくは珪化ニッケル被膜５４を形成し、この状
態で５５０℃でアニールする。この工程によって、珪化
シリコン領域５５が成長し、結晶化が進行する。４時間
のアニールによって、図６（Ｂ）に示すように、アモル
ファスシリコン膜は結晶シリコンに変化する。また、結
晶化の進行によって珪化シリコン５９Ａ、５９Ｂは端に
追いやられる。

【００３４】次に、このようにして得られた結晶シリコ
ン膜を図６（Ｂ）に示すようにパターニングして島状シ
リコン領域５６を形成した。このとき、島状領域の両端
はニッケルの濃度が大きいことに注意すべきである。島
状シリコン領域形成後、ゲイト絶縁膜５７、ゲイト電極
５８Ａ、５８Ｂを形成した。

【００３５】その後、図５（Ｃ）に示すように、イオン
ドーピング法によって不純物を拡散させてＮ型の不純物
領域６０ＡとＰ型の不純物領域６０Ｂを形成する。この
際には、例えば、Ｎ型不純物として燐（ドーピングガス
はフォスフィンＰＨ₃ ）を用い、６０〜１１０ｋＶの加
速電圧で全面にドーピングをおこない、次に、フォトレ
ジストでＮチャネル型ＴＦＴの領域を覆って、Ｐ型不純
物、例えばホウ素（ドーピングガスはジボランＢ₂ Ｈ
₆ ）を用い、４０〜８０ｋＶの加速電圧でドーピングす
ればよい。

【００３６】ドーピング終了後、図４の場合と同様にレ
ーザー光の照射によって、ソース、ドレインの活性化を
おこない、さらに、層間絶縁物６１を堆積し、コンタク
トホールを形成し、金属電極６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃを
ソース、ドレインに形成してＴＦＴが完成する。

【００３７】〔実施例４〕 本実施例は、実施例３の工
程において、５５０℃、４時間の加熱による結晶化工程
の後に、さらにレーザー光を照射し、結晶シリコン膜の
結晶性をさらに向上させる構成に関する。図７に本実施
例のＣＭＯＳ型のＴＦＴの作製工程を示す。まず図７
（Ａ）に示すように、基板５１上に下地酸化珪素膜５２
をスパッタ法により２０００Åの厚さに堆積した。さら
に厚さ１０００〜１５００Åのアモルファスシリコン膜
５３をプラズマＣＶＤ法で堆積した。そして、島状のニ
ッケルもしくは珪化ニッケル被膜５４を形成した。

【００３８】そして窒素雰囲気中において５５０℃、４
時間のアニールを行なった。この工程によって、珪化シ
リコン領域５５が成長し、結晶化が進行する。次に、こ
のようにして得られた結晶シリコン膜を図７（Ｂ）に示
すようにパターニングして島状シリコン領域５６を形成
した。

【００３９】さらにＫｒＦエキシマレーザー光（波長２
４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）７１を照射した。照
射条件は、２５０ｍＪ／ｃｍ² で２ショトとした。照射
パワーとしては、膜厚、基板温度、等の条件を考慮して
２００〜４００ｍＪ／ｃｍ²とすればよい。また、レー
ザー光としては、ＸｅＣｌレーザー（波長３０８ｎ
ｍ）、ＡｒＦレーザー（波長１９３ｎｍ）等も用いるこ
とができる。

【００４０】また、レーザー光の照射と同等の効果を得
ることのできる強光を照射するのでもよい。特に赤外光
の照射によるＲＴＡ（ラピット・サーマル・アニール）
は、シリコンに赤外光を選択的に吸収させることができ
るので、効果的なアニールを行なうことができる。な
お、パターニング工程の前にレーザー光の照射を行なう
のでもよい。以上のようにして結晶性の良好なシリコン
膜を得ることができる。このような処理を施した結果、
熱アニールによって結晶化していたシリコン膜５３はよ
り結晶性の良好なシリコン膜となった。一方、結晶化し
ていなかった領域（図示せず）においてもレーザー照射
の結果、多結晶性の膜が得られ、膜の変質が観測された
が、結晶性は良くないことがラマン分光法によって明ら
かになった。また、透過型電子顕微鏡による観察では結
晶化しないままレーザーが照射され、結晶化した膜は小
さな結晶が無数に形成されているのに対し、本発明によ
って、結晶化した後、レーザー照射された膜５３は結晶
の方向のそろった比較的大きな結晶が観察された。

【００４１】その後、シリコンを主成分とするゲイト電
極５８Ａ、５８Ｂを形成した。そして図７（Ｃ）に示す
ように、イオンドーピング法によって不純物を拡散させ
てＮ型の不純物領域６０ＡとＰ型の不純物領域６０Ｂを
形成した。この際には、例えば、Ｎ型不純物として燐
（ドーピングガスはフォスフィンＰＨ₃ ）を用い、６０
〜１１０ｋＶの加速電圧で全面にドーピングをおこな
い、次に、フォトレジストでＮチャネル型ＴＦＴの領域
を覆って、Ｐ型不純物、例えばホウ素（ドーピングガス
はジボランＢ₂ Ｈ₆ ）を用い、４０〜８０ｋＶの加速電
圧でドーピングすればよい。

【００４２】ドーピング終了後、レーザー光の照射によ
って、ソース、ドレインの活性化を行い、さらに層間絶
縁物６１を堆積し、コンタクトホールを形成し、金属電
極６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃをソース、ドレインに形成し
てＴＦＴが完成する。本実施例で示したように、結晶化
を助長する触媒元素を導入することにより、５５０℃、
４時間程度の低温短時間の結晶化工程とレーザー光の照
射によるアニール工程とを併用することにより、結晶性
の良好の結晶シリコン膜を得ることができる。そしてこ
のような結晶シリコン膜を用いてＴＦＴを作製すること
により、高性能なＴＦＴを得ることができる。すなわ
ち、実施例１によって得られたＮチャネル型ＴＦＴで
は、電界効果移動度（モビリティー）は、４０〜６０ｃ
ｍ² ／Ｖｓ（シリコンゲイト型、図３参照）、あるいは
６０〜１２０ｃｍ² ／Ｖｓ（アルミゲイト型、図４参
照）、しきい値電圧は３〜８Ｖであったが、本実施例で
得られたＮチャネル型ＴＦＴのモビリティーは１５０〜
２００ｃｍ² ／Ｖｓ、しきい値電圧は０．５〜１．５Ｖ
であり、モビリティーが大幅に向上したことと、しきい
値電圧のばらつきが減少したことが注目される。

【００４３】このような特性は従来は、アモルファスシ
リコン膜のレーザー結晶化によってのみ可能であった
が、従来のレーザー結晶化では、得られるシリコン膜の
特性のばらつきが大きく、また、結晶化には４００℃以
上の温度で、３５０ｍＪ／ｃｍ² 以上の高いレーザーエ
ネルギーの照射が必要であり、量産性に問題があった。
この点、本実施例では、基板温度、エネルギー密度とも
それより小さい値で十分であるため、量産性に関しては
問題がなかった。さらに、ばらつきは従来の熱アニール
による固相成長結晶化法と同程度であるため、得られる
ＴＦＴも特性の揃ったものであった。

【００４４】なお、本発明ではＮｉの濃度が低いとシリ
コン膜の結晶化が不十分であり、ＴＦＴの特性が良くな
かった。しかしながら、本実施例では仮にシリコン膜の
結晶性が不十分であっても、その後のレーザー照射によ
ってそれを補うことができるので、Ｎｉの濃度が低くと
もＴＦＴの特性が低下することはなかった。このため、
デバイスの活性層領域におけるニッケル濃度をさらに低
くすることができ、デバイスの電気的安定性や信頼性の
上から極めて好ましい構成とすることができる。

【００４５】〔実施例５〕 本実施例は、アモルファス
シリコンの結晶化を助長する触媒元素を溶液に含有さ
せ、この溶液をアモルファスシリコン膜上に塗布するこ
とにより、触媒元素をアモルファスシリコン膜に導入す
る構成に関する。さらに本実施例は、触媒元素を選択的
に導入し、該導入領域より触媒元素が導入されなかった
領域へと結晶成長を行なわすことにより、触媒元素の濃
度が少ない結晶性シリコン膜を得る方法に関する。

【００４６】図８に本実施例の作製工程の概略を示す。
また図８において、図２と同符号の部分は図２と同一の
箇所を示す。まず、ガラス基板（コーニング７０５９、
１０ｃｍ角）上に下地の酸化珪素膜１Ｂを２０００Åの
厚さにスパッタ法で形成し、さらにプラズマＣＶＤ法に
よりアモルファスシリコン膜１を１０００Åの厚さに成
膜した。次にマスクとなる酸化珪素膜８０を２０００Å
の厚さに成膜した。この酸化珪素膜８０の膜厚について
は、発明者等の実験によると５００Åでも問題がないこ
とを確認しており、膜質が緻密であれば更に薄くても良
いと思われる。

【００４７】そして通常のフォトリソパターニング工程
によって、必要とするパターンに酸化珪素膜８０をパー
ニングした。そして、酸素雰囲気中における紫外線の照
射で薄い酸化珪素膜８２を露呈したアモルファスシリコ
ン膜１の表面に成膜した。この酸化珪素膜８２の作製
は、酸素雰囲気中でＵＶ光を５分間照射することによっ
て行なわれる。なおこの酸化珪素膜８２の厚さは２０〜
５０Å程度と考えられる。（図８（Ａ））

【００４８】この酸化珪素膜は、後の工程において塗布
される溶液の濡れ性を良くするためのものである。この
状態において、酢酸塩溶液中にニッケルを１００ｐｐｍ
（重量換算）添加した酢酸塩溶液を５ｍｌ滴下（１０ｃ
ｍ角基板の場合）した。またこの際、スピナー８４で５
０ｒｐｍで１０秒のスピンコートを行い、基板表面全体
に均一な水膜８３を形成させた。さらにこの状態で５分
間保持した後スピナー８４を用いて２０００ｒｐｍ、６
０秒のスピンドライを行った。なおこの保持は、スピナ
ー上において０〜１５０ｒｐｍの回転をさせながら行な
ってもよい。（図８（Ａ））

【００４９】上記工程によって、８５で示される領域に
ニッケルが導入されることになる。そして３００〜５０
０度の温度で加熱処理を行い、８５で示す領域の表面に
珪化ニッケルを生成させた。次にマスクである酸化珪素
膜８０を取り除き、５５０度（窒素雰囲気）、４時間の
加熱処理を施すことにより、アモルファスシリコン膜８
０の結晶化を行った。この際、ニッケルが導入された領
域８５からニッケルが導入されなった領域へと横方向
（基板に平行な方向）に結晶成長が行われる。勿論ニッ
ケルが直接導入された領域においても結晶化が行なわれ
る。

【００５０】ここでは、熱処理を加えて８５で示す領域
の表面に珪化ニッケル膜を生成させ、その後に酸化珪素
膜８０を取り除いたが、酸化珪素膜８０を取り除かず
に、５５０度、４時間の加熱処理を行い、結晶化をさせ
る場合は、珪化ニッケル膜を生成させる工程を行わなく
てよい。この場合は、結晶化工程の後に酸化珪素膜８０
を取り除けばよい。

【００５１】図８（Ｂ）に示すのは、結晶化が進行する
中間状態を示す。これは、端のほうに導入されたニッケ
ルが珪化ニッケル３Ａとして中央部に進行し、また、ニ
ッケルが通過した部分３は結晶シリコンとなっている状
態を示す。さらに結晶化が進行すると、図８（Ｃ）に示
すように２つのニッケルが導入された領域８５から出発
した結晶化がぶつかって、中間に珪化ニッケル３Ａが残
って、結晶化が終了する。

【００５２】以上の工程で結晶シリコンを得ることがで
きるが、このときに生じる珪化ニッケル３Ａからニッケ
ルが半導体被膜中に拡散することは好ましくない。そこ
で、フッ酸もしくは塩酸で、３Ａの領域をエッチングし
た。エッチングした様子を図８（Ｄ）に示す。粒界のあ
った部分は溝４Ａとなる。

【００５３】図８（Ｃ）において、領域８６が領域８５
から横方向に結晶化が行われた領域である。この８６で
示される領域のニッケル濃度を図９に示す。図９に示す
のは、ＳＩＭＳで結晶化工程が終了した結晶シリコン膜
の８６で示される領域の深さ方向のニッケル濃度分布を
計測したものである。またニッケルが直接導入された領
域８５におけるニッケルの濃度は図９に示す濃度分布よ
りさらに１桁以上高い値を示すことが確認されている。
このようにして得られた結晶性シリコン膜を用いて、実
施例１と同様な方法でＴＦＴを作製した。

【００５４】なお、このようにして得られた結晶性シリ
コン膜に実施例４のようにレーザーもしくはそれと同等
な強光の照射によって、結晶性をさらに改善せしめるこ
とは有効である。実施例４においてはシリコン膜中のニ
ッケル濃度が比較的高かったために、レーザー照射によ
って、シリコン膜中のニッケルが析出して０．１〜１０
μｍ程度の珪化ニッケルの粒がシリコン膜内に形成さ
れ、膜のモフォロジーが悪化した。しかしながら、本実
施例では、実施例１および２よりもはるかにニッケルの
濃度を低減せしめることが可能であるため、珪化ニッケ
ルの析出はなく、レーザー照射によって膜が荒れること
も防げた。

【００５５】図９に示されるニッケル濃度は、溶液中の
ニッケル濃度を制御することによって、制御することが
できる。本実施例においては、溶液中のニッケル濃度を
１００ｐｐｍとしたが、これを１０ｐｐｍとしても結晶
化が可能なことが判明している。この場合、図９で示さ
れる図８の領域８６のニッケル濃度をさらに１桁下げる
ことができる。しかしながら、溶液中のニッケル濃度を
少なくすると、横方向への結晶成長距離が短くなるとい
う問題がある。

【００５６】以上のようにして結晶化が行なわれた結晶
シリコン膜はそのままＴＦＴの活性層に利用することが
できる。特に８６で示される領域を用いてＴＦＴの活性
層を形成することはその触媒元素濃度の低いことから極
めて有用である。本実施例においては、触媒元素を含ま
せた溶液として、酢酸塩溶液を用いたが、広く水溶液、
有機溶媒溶液等を用いることができる。ここで触媒元素
は化合物として含まれていなくても単に分散させること
により含ませるのでもよい。

【００５７】触媒元素を含ませる溶媒としては、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
ものを用いることができる。触媒としてニッケルを用
い、このニッケルを極性溶媒に含ませる場合、ニッケル
はニッケル化合物として導入される。このニッケル化合
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、塩化ニッケル、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−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。

【００５８】また溶媒としては、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を用いることができる。
この場合はニッケルはニッケル化合物として導入され
る。この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−ト、２−エチルヘキサン酸ニッケル
から選ばれたものを用いることができる。

【００５９】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。また
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。

【００６０】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）を用いることができる。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。また不純物を
添加することも自由であるので、利用することができ
る。

【００６１】なおこれらのことは、触媒元素としてニッ
ケル以外の材料を用いた場合であっても同様である。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、非晶質珪素膜
表面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
布することは有効である。しかし塗布量が多過ぎる場合
には逆に非晶質珪素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。

【００６２】溶液に含ませる触媒元素の量は、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。なお本実
施例においては、アモルファスシリコン膜の上表面に触
媒元素を含有した溶液を塗布する例を示したが、アモル
ファスシリコン膜の成膜前に下地膜上に触媒元素を含有
した溶液を塗布するのでもよい。

【００６３】〔実施例６〕 本実施例は、本発明を用い
てＴＦＴを作製する際の触媒元素の添加領域と結晶化領
域、およびＴＦＴの活性層（チャネル領域）、コンタク
トホールの位置関係に関する。以下には、マクティブマ
トリクスの画素部分を例にして説明する。図１０に本実
施例のＴＦＴの作製工程を示す。まず図１０（Ａ）に示
すように、基板９１上に下地酸化珪素膜９２をスパッタ
法により２０００Åの厚さに堆積した。さらに厚さ３０
０〜１５００Å、例えば、８００Åのアモルファスシリ
コン膜９３をプラズマＣＶＤ法で堆積した。そして、厚
さ２００〜２０００Å、例えば、３００Åの酸化珪素膜
９４を形成し、これに孔９６ａ、９６ｂを形成して、こ
れをマスクとした。そして、スパッタ法もしくは実施例
５のごときスピン塗布法によって、極めて薄いニッケル
膜もしくはニッケル化合物膜９５を全面に形成した。

【００６４】そして窒素雰囲気中において５５０℃、４
時間のアニールを行なった。この工程によって、アモル
ファスシリコン膜は孔９６ａ、９６ｂの直下の部分９７
ａ、９７ｂが珪化物となり、そこから結晶化が進行しシ
リコン領域９８ａ、９８ｂが成長した。その先端部分は
ニッケル濃度の高い領域９９ａ、９９ｂであった。（図
１０（Ｂ））十分に結晶化が進行した状態では孔９６ａ
と９６ｂから進行した結晶化がその中間で衝突し、この
状態で結晶化が停止した。結晶化の衝突した部分にはニ
ッケルの濃度の高い領域９９ａが残された。この状態
で、さらに実施例４のようにエキシマレーザー等によっ
て光アニールをおこなってもよい。（図１０（Ｃ））次
に、このようにして得られた結晶シリコン膜を図１０
（Ｄ）に示すようにパターニングして島状シリコン領域
１００を形成した。シリコン領域１００の中にはニッケ
ル濃度の高い領域９７ａの一部と９９ｃが残されてい
る。さらに、プラズマＣＶＤ法によって厚さ７００〜２
０００Å、例えば、１２００Åの酸化珪素膜１０１を形
成し、これをゲイト絶縁膜とした。（図１０（Ｄ））

【００６５】その後、実施例１と同じ手段を用いて、ア
ルミニウムによってゲイト電極１０２を形成した。ゲイ
ト電極の周囲には厚さ１０００〜５０００Åの陽極酸化
膜１０３を形成した。そして、イオンドーピング法によ
って不純物を拡散させてＮ型の不純物領域１０４、１０
５を形成した。この際には、図にも示したように、ニッ
ケル濃度の高い領域９７ａ、９９ｃがゲイト電極の直下
の部分（チャネル領域）に位置しないよう、ゲイト電極
の位置を決定しなければならない。（図１０（Ｅ）

【００６６】ドーピング終了後、レーザー光の照射によ
って、ソース、ドレインの活性化を行い、さらに層間絶
縁物１０６を堆積し、スパッタ法によって、厚さ５００
〜１５００Å、例えば８００Åの透明導電体被膜を形成
し、これをパターニング・エッチングすることによって
画素電極１０７を形成した。さらに、層間絶縁物１０６
にコンタクトホールを形成し、金属電極１０８、１０９
をＴＦＴのソース、ドレインに形成してＴＦＴが完成し
た。コンタゥトホールの形成の際には、コンタクトホー
ルをニッケル濃度の高い領域９７ａ、９９ｃを避けて形
成することが望ましい。このためには、コンタクトホー
ルはニッケル添加のための孔９６ａ、９６ｂと極力重な
らないように設計すればよい。このような設計をおこな
うのは、ニッケルの濃度の高い領域ではフッ化水素系の
溶液に対して、ニッケルを有しないシリコン膜に比較し
てエッチングされやすく、コンタクトホールの形成の際
に、シリコン膜がオーバーエッチされてしまい、コンタ
クト不良を生じやすいからである。図では、左側のコン
タクトはニッケル濃度の高い領域９７ａと一部、重なっ
ているが、電極のうち、少なくとも一部は、ニッケルの
添加された領域でない領域とコンタクトしていることが
望ましい。

【００６７】

【発明の効果】以上、述べたように、本発明はアモルフ
ァスシリコン結晶化の低温化、短時間化を促進するとい
う意味で画期的なものであり、また、そのための設備、
装置、手法は極めて一般的で、かつ量産性に優れたもの
であるので、産業にもたらす利益は図りしえないもので
ある。

【００６８】例えば、従来の固相成長法においては、少
なくとも２４時間のアニールが必要とされたために、１
枚当たりの基板処理時間を２分とすれば、アニール炉は
１５本も必要とされたのであるが、本発明によって、４
時間以内に短縮することができたので、アニール炉の数
を１／６以下に削減することができる。このことによる
生産性の向上、設備投資額の削減は、基板処理コストの
低下につながり、ひいてはＴＦＴ価格の低下とそれによ
る新規需要の喚起につながるものである。このように本
発明は工業上、有益であり、特許されるにふさわしいも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の工程の上面図を示す。（結晶化と
ＴＦＴの配置）

【図２】 実施例の工程の断面図を示す。（選択的に
結晶化する工程）

【図３】 実施例の工程の断面図を示す。（実施例１
参照）

【図４】 実施例の工程の断面図を示す。（実施例１
参照）

【図５】 実施例の工程の断面図を示す。（実施例２
参照）

【図６】 実施例の工程の断面図を示す。（実施例３
参照）

【図７】 実施例の工程の断面図を示す。（実施例４
参照）

【図８】 実施例の工程の断面図を示す。（実施例５
参照）

【図９】 結晶シリコン膜中のニッケル濃度を示す。
（実施例５参照）

【図１０】 実施例の工程の断面図を示す。（実施例６
参照）

【符号の説明】

１ ・・・アモルファスシリコン ２ ・・・島状ニッケル膜 ３ ・・・結晶シリコン ４ ・・・粒界 ５ ・・・結晶化の進行していない領域 ６ ・・・半導体領域 ７ ・・・ゲイト配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 舜平 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 (72)発明者 竹村 保彦 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 平２−140915（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−280420（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−219628（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−299035（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−22540（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−104021（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−335337（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/20 H01L 29/786 H01L 21/336

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁表面にシリコンの結晶化を促進する
   金属元素の化合物を溶解させた又は拡散させた溶液を塗
   布した後に、前記絶縁表面上に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を熱アニールすることで前
   記金属元素を前記アモルファスシリコン膜内を移動させ
   て、前記アモルファスシリコン膜を結晶化する半導体装
   置の製造方法であって、 前記金属元素はニッケル、鉄、コバルト、白金、パラジ
   ウムのうちのいずれかの元素であることを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 絶縁表面にシリコンの結晶化を促進する
   金属元素の化合物を溶解させた又は拡散させた溶液を塗
   布した後に、前記絶縁表面上に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を熱アニールすることで前
   記金属元素を前記アモルファスシリコン膜内を移動させ
   て、前記アモルファスシリコン膜を結晶化して結晶シリ
   コン膜を形成し、 前記結晶シリコン膜内の金属元素を減らすか又は除去す
   る半導体装置の製造方法であって、 前記金属元素はニッケル、鉄、コバルト、白金、パラジ
   ウムのうちのいずれかの元素であることを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 絶縁表面上に半導体装置を製造する方法
   であって、 絶縁表面上にアモルファスシリコン膜を形成し、 シリコンの結晶化を促進する金属元素の化合物を溶解さ
   せた又は拡散させた溶液を前記アモルファスシリコン膜
   の表面に塗布し、 前記アモルファスシリコン膜を熱アニールすることで前
   記金属元素を前記アモルファスシリコン膜内を移動させ
   て、前記アモルファスシリコン膜を結晶化する半導体装
   置の製造方法であって、 前記金属元素はニッケル、鉄、コバルト、白金、パラジ
   ウムのうちのいずれかの元素であることを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 絶縁表面上に半導体装置を製造する方法
   であって、 絶縁表面上にアモルファスシリコン膜を形成し、 シリコンの結晶化を促進する金属元素の化合物を溶解さ
   せた又は拡散させた溶液を前記アモルファスシリコン膜
   の表面に塗布し、 前記アモルファスシリコン膜を熱アニールすることで前
   記金属元素を前記アモルファスシリコン膜内を移動させ
   て、前記アモルファスシリコン膜を結晶化して結晶シリ
   コン膜を形成し、 前記結晶シリコン膜内の金属元素を減らすか又は除去す
   る半導体装置の製造方法であって、 前記金属元素はニッケル、鉄、コバルト、白金、パラジ
   ウムのうちのいずれかの元素であることを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 絶縁表面上に半導体装置を製造する方法
   であって、 絶縁表面上に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上に、開口部を有するマス
   クを形成し、 前記マスクが前記アモルファスシリコン膜上に存在する
   状態で、シリコンの結晶化を促進する金属元素の化合物
   を溶解させた又は拡散させた溶液を前記アモルファスシ
   リコン膜の表面に塗布し、 前記アモルファスシリコン膜を熱アニールすることで前
   記金属元素を前記アモルファスシリコン膜内を移動させ
   て、前記アモルファスシリコン膜を結晶化する半導体装
   置の製造方法であって、 前記金属元素はニッケル、鉄、コバルト、白金、パラジ
   ウムのうちのいずれかの元素であることを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】 絶縁表面上に半導体装置を製造する方法
   であって、 絶縁表面上に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上に、開口部を有するマス
   クを形成し、 前記マスクが前記アモルファスシリコン膜上に存在する
   状態で、シリコンの結晶化を促進する金属元素の化合物
   を溶解させた又は拡散させた溶液を前記アモルファスシ
   リコン膜の表面に塗布し、 前記アモルファスシリコン膜を熱アニールすることで前
   記金属元素を前記アモルファスシリコン膜内を移動させ
   て、前記アモルファスシリコン膜を結晶化して 結晶シリ
   コン膜を形成し、 前記結晶シリコン膜内の金属元素を減らすか又は除去す
   る半導体装置の製造方法であって、 前記金属元素はニッケル、鉄、コバルト、白金、パラジ
   ウムのうちのいずれかの元素であることを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
7. 【請求項７】 請求項２、４又は６において、フッ酸も
   しくは塩素を含有する酸によって、前記結晶シリコン膜
   を処理することにより、前記結晶シリコン膜内の前記金
   属元素を減らすか又は除去することを特徴とする半導体
   装置の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項２、４又は６において、塩素を含
   有する雰囲気で前記結晶シリコン膜を加熱することによ
   り、前記結晶シリコン膜の金属元素を減らすか又は除去
   することを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項２、４又は６において、前記アモ
   ルファスシリコン膜を結晶化した以降に、前記結晶シリ
   コン膜にレーザーもしくはそれと同等な強光を照射する
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 絶縁表面に接してシリコンの結晶化を
    促進する金属元素を含む材料を形成した後に、前記絶縁
    表面上に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を熱アニールすることで前
    記金属元素を前記アモルファスシリコン膜内を移動させ
    て、前記アモルファスシリコン膜を結晶化して結晶シリ
    コン膜を形成し、 塩素を含む雰囲気内で、前記結晶シリコン膜を加熱処理
    する半導体装置の製造方法であって、 前記金属元素はニッケル、鉄、コバルト、白金、パラジ
    ウムのうちのいずれかの元素であることを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
11. 【請求項１１】 絶縁表面に接してシリコンの結晶化を
    促進する金属元素を含む材料を選択的に形成した後に、
    前記絶縁表面上に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を熱アニールすることで前
    記金属元素を前記アモ ルファスシリコン膜内を移動させ
    て、前記アモルファスシリコン膜を結晶化して結晶シリ
    コン膜を形成し、 塩素を含む雰囲気内で、前記結晶シリコン膜を加熱処理
    する半導体装置の製造方法であって、 前記金属元素はニッケル、鉄、コバルト、白金、パラジ
    ウムのうちのいずれかの元素であることを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
12. 【請求項１２】 絶縁表面に接してアモルファスシリコ
    ン膜を形成し、 シリコンの結晶化を促進する金属元素を含む材料を前記
    アモルファスシリコン膜表面上に形成し、 前記アモルファスシリコン膜を熱アニールすることで前
    記金属元素を前記アモルファスシリコン膜内を移動させ
    て、前記アモルファスシリコン膜を結晶化して結晶シリ
    コン膜を形成し、 塩素を含む雰囲気内で、前記結晶シリコン膜を加熱処理
    する半導体装置の製造方法であって、 前記金属元素はニッケル、鉄、コバルト、白金、パラジ
    ウムのうちのいずれかの元素であることを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
13. 【請求項１３】 絶縁表面に接してアモルファスシリコ
    ン膜を形成し、 シリコンの結晶化を促進する金属元素を含む材料を前記
    アモルファスシリコン膜表面上に選択的に形成し、 前記アモルファスシリコン膜を熱アニールすることで前
    記金属元素を前記アモルファスシリコン膜内を移動させ
    て、前記アモルファスシリコン膜を結晶化して結晶シリ
    コン膜を形成し、 塩素を含む雰囲気内で、前記結晶シリコン膜を加熱処理
    する半導体装置の製造方法であって、 前記金属元素はニッケル、鉄、コバルト、白金、パラジ
    ウムのうちのいずれかの元素であることを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
14. 【請求項１４】 請求項１０乃至１３のいずれか１項に
    おいて、 前記塩素を含む雰囲気内の加熱処理の温度は、４００〜
    ６５０℃であることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
15. 【請求項１５】 請求項１０乃至１４のいずれか１項に
    おいて、 真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法のいずれかの
    方法を用いて、前記金属元素を含む材料を形成すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
16. 【請求項１６】 請求項１０乃至１４のいずれか１項に
    おいて、 スピンコート法、ディップ法、ドクターブレード法、ス
    クリーン印刷法、スプレー熱分解法のいずれかの方法を
    用いて、前記金属元素を含む材料を形成することを特徴
    とする半導体装置の製造方法。