JP3431041B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は結晶性を有する半導体を
用いた半導体装置およびその作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜半導体を用いた薄膜トランジスタ
（以下ＴＦＴ等）が知られている。このＴＦＴは、基板
上に薄膜半導体を形成し、この薄膜半導体を用いて構成
されるものである。このＴＦＴは、各種集積回路に利用
されているが、特に電気光学装置特にアクティブマトリ
ックス型の液晶表示装置の各画素の設けられたスイッチ
ング素子、周辺回路部分に形成されるドライバー素子と
して注目されている。

【０００３】ＴＦＴに利用される薄膜半導体としては、
非晶質珪素膜を用いることが簡便であるが、その電気的
特性が低いという問題がある。ＴＦＴの特性向上を得る
ためには、結晶性を有するシリコン薄膜を利用するばよ
い。結晶性を有するシリコン膜は、多結晶シリコン、ポ
リシリコン、微結晶シリコン等と称されている。この結
晶性を有するシリコン膜を得るためには、まず非晶質珪
素膜を形成し、しかる後に加熱によって結晶化さればよ
い。

【０００４】しかしながら、加熱による結晶化は、加熱
温度が６００℃以上の温度で１０時間以上の時間を掛け
ることが必要であり、基板としてガラス基板を用いるこ
とが困難であるという問題がある。例えばアクティブ型
の液晶表示装置に用いられるコーニング７０５９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。

【０００５】〔発明の背景〕本発明者らの研究によれ
ば、非晶質珪素膜の表面にニッケルやパラジウム、さら
には鉛等の元素を微量に堆積させ、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
なえることが判明している。

【０００６】上記のような微量な元素（結晶化を助長す
る触媒元素）を導入するには、プラズマ処理や蒸着、さ
らにはイオン注入を利用すればよい。プラズマ処理と
は、平行平板型あるいは陽光柱型のプラズマ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
よって非晶質珪素膜に触媒元素の添加を行なう方法であ
る。

【０００７】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
しいことではない。

【０００８】即ち、上記のニッケル等の結晶化を助長す
る元素（触媒元素）は、非晶質珪素を結晶化させる際に
は必要であるが、結晶化した珪素中には極力含まれない
ようにすることが望ましい。この目的を達成するには、
触媒元素として結晶性珪素中で不活性な傾向が強いもの
を選ぶと同時に、結晶化に必要な触媒元素の量を極力少
なくし、最低限の量で結晶化を行なう必要がある。そし
てそのためには、上記触媒元素の添加量を精密に制御し
て導入する必要がある。

【０００９】また、ニッケルを触媒元素とした場合、非
晶質珪素膜を成膜し、ニッケル添加をプラズマ処理法に
よって行ない結晶性珪素膜を作製し、その結晶化過程等
を詳細に検討したところ以下の事項が判明した。 （１）プラズマ処理によってニッケルを非晶質珪素膜上
に導入した場合、熱処理を行なう以前に既に、ニッケル
は非晶質珪素膜中のかなりの深さの部分まで侵入してい
る。 （２）結晶の初期核発生は、ニッケルを導入した表面か
ら発生している。 （３）蒸着法でニッケルを非晶質珪素膜上に成膜した場
合であっても、プラズマ処理を行なった場合と同様に結
晶化が起こる。

【００１０】上記事項から、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。即ち、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、ニッケルと珪素が接している点
（面）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。即ち、「必要
なのは非晶質珪素膜の表面近傍に低温結晶化が可能な範
囲内で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。

【００１１】非晶質珪素膜の表面近傍のみに極微量のニ
ッケルを導入する方法、言い換えるならば、非晶質珪素
膜の表面近傍のみ結晶化を助長する触媒元素を極微量導
入する方法としては、蒸着法を挙げることができるが、
蒸着法は制御性が悪く、触媒元素の導入量を厳密に制御
することが困難であるという問題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、触媒元素を
用いた６００℃以下の熱処理による結晶性を有する薄膜
珪素半導体の作製において、 （１）触媒元素の量を制御して導入し、その量を最小限
の量とする。 （２）生産性の高い方法とする。 といった要求を満たすことを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を満
足するために以下の手段を用いて結晶性を有した珪素膜
を得る。非晶質珪素膜に接して該非晶質珪素膜の結晶化
を助長する触媒元素単体または前記触媒元素を含む化合
物を保持させ、前記非晶質珪素膜に前記触媒元素単体ま
たは前記触媒元素を含む化合物が接した状態において、
加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜を結晶化させる。

【００１４】具体的には、触媒元素を含む溶液を非晶質
珪素膜表面に塗布し、触媒元素の導入を行なうことによ
って、上記構成は実現される。特に本発明においては、
非晶質珪素膜の表面に接して触媒元素が導入されること
が特徴である。このことは、触媒元素の量を制御する上
で極めて重要である。

【００１５】さらにこの結晶性珪素膜を用いて半導体装
置のＰＮ、ＰＩ、ＮＩその他の電気的接合を少なくとも
１つ有する活性領域を構成することを特徴とする。半導
体装置としては、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、ダイオ
ード、光センサを用いることができる。

【００１６】本発明の構成を採用することによって以下
に示すような基本的な有意性を得ることができる。 （ａ）溶液中における触媒元素濃度は、予め厳密に制御
し結晶性をより高めかつその元素の量をより少なくする
ことが可能である。 （ｂ）溶液と非晶質珪素膜の表面とが接触していれば、
触媒元素の非晶質珪素への導入量は、溶液中における触
媒元素の濃度によって決まる。 （ｃ）非晶質珪素膜の表面に吸着する触媒元素が主に結
晶化に寄与することとなるので、必要最小限度の濃度で
触媒元素を導入できる。

【００１７】非晶質珪素膜上に結晶化を助長する元素を
含有させた溶液を塗布する方法としては、溶液として水
溶液、有機溶媒溶液等を用いることができる。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。

【００１８】触媒元素を含む溶媒としては、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。

【００１９】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。

【００２０】また触媒元素を含む溶媒として、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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。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。

【００２５】結晶化を助長する触媒元素としてニッケル
を用い、このニッケルを含有させる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、非晶質珪素膜にこ
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。また、薄い酸化膜を形成
したのち、ラビング処理をおこなって、酸化膜に一定の
間隔、幅、方向で凹凸を形成してもよい。このような凹
凸は溶媒の浸透をより一層、促進せしめ、結晶粒の大き
さを平均化し、結晶粒の方向を揃える上で効果的であ
る。また、このように方向性を持たせた結晶性珪素膜を
適切な方向に電流が流れるように半導体素子を形成する
と、素子の特性のバラツキを抑制する上で効果的であっ
た。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】また、触媒元素を含んだ溶液を選択的に塗
布することにより、結晶成長を選択的に行なうことがで
きる。特にこの場合、溶液が塗布されなかった領域に向
かって、溶液が塗布された領域から珪素膜の面に概略平
行な方向に結晶成長を行なわすことができる。この珪素
膜の面に概略平行な方向に結晶成長が行なわれた領域を
本明細書中においては横方向に結晶成長した領域という
こととする。

【００２９】またこの横方向に結晶成長が行なわれた領
域は、触媒元素の濃度が低いことが確かめられている。
半導体装置の活性層領域として、結晶性珪素膜を利用す
ることは有用であるが、活性層領域中における不純物の
濃度は一般に低い方が好ましい。従って、上記横方向に
結晶成長が行なわれた領域を用いて半導体装置の活性層
領域を形成することはデバイス作製上有用である。

【００３０】本発明においては、触媒元素としてニッケ
ル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、好まし
くはＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓ
ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂを利用することができる。また、VI
II族元素、IIIb、IVｂ、Vb元素から選ばれた一種または
複数種類の元素を利用することもできる。

【００３１】また、触媒元素の導入方法は、水溶液やア
ルコール等の溶液を用いることに限定されるものではな
く、触媒元素を含んだ物質を広く用いることができる。
例えば、触媒元素を含んだ金属化合物や酸化物を用いる
ことができる。

【００３２】

【実施例】

〔実施例１〕

【００３３】本実施例では、結晶化を助長する触媒元素
を水溶液に含有させて、非晶質珪素膜上に塗布し、しか
る後に加熱により結晶化させる例である。

【００３４】まず図１を用いて、触媒元素（ここではニ
ッケルを用いる）を導入するところまでを説明する。本
実施例においては、基板としてコーニング７０５９ガラ
スを用いる。またその大きさは１００ｍｍ×１００ｍｍ
とする。

【００３５】まず、非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法や
ＬＰＣＶＤ法によってアモルファス状のシリコン膜を１
００〜１５００Å形成する。ここでは、プラズマＣＶＤ
法によって非晶質珪素膜１２を１０００Åの厚さに成膜
する。（図１（Ａ））

【００３６】そして、汚れ及び自然酸化膜を取り除くた
めにフッ酸処理を行い、その後酸化膜１３を１０〜５０
Åに成膜する。汚れが無視できる場合には、この工程を
省略しても良いことは言うまでもなく、酸化膜１３の代
わりに自然酸化膜をそのまま用いれば良い。なお、この
酸化膜１３は極薄のため正確な膜厚は不明であるが、２
０Å程度であると考えられる。ここでは酸素雰囲気中で
のＵＶ光の照射により酸化膜１３を成膜する。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
おって行なった。この酸化膜１３の成膜方法としては、
熱酸化法を用いるのでもよい。また過酸化水素による処
理によるものでもよい。

【００３７】この酸化膜１３は、後のニッケルを含んだ
酢酸塩溶液を塗布する工程で、非晶質珪素膜の表面全体
に酢酸塩溶液を行き渡らせるため、即ち濡れ性の改善の
為のものである。例えば、非晶質珪素膜の表面に直接酢
酸塩溶液を塗布した場合、非晶質珪素が酢酸塩溶液を弾
いてしまうので、非晶質珪素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、均一な結晶化を行うこ
とができない。

【００３８】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１００ｐｐｍと
する。そしてこの酢酸塩溶液を非晶質珪素膜１２上の酸
化膜１３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）を行う。（図１（Ｃ）、（Ｄ））

【００３９】酢酸溶液中におけるニッケルの濃度は、１
ｐｐｍ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場合、酸化膜１
３は不要であり、直接非晶質珪素膜上に触媒元素を導入
することができる。

【００４０】このニッケル溶液の塗布工程を、１回〜複
数回行なうことにより、スピンドライ後の非晶質珪素膜
１２の表面に数Å〜数百Åの平均の膜厚を有するニッケ
ルを含む層を形成することができる。この場合、この層
のニッケルがその後の加熱工程において、非晶質珪素膜
に拡散し、結晶化を助長する触媒として作用する。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。

【００４１】上記溶液の塗布の後、５分間その状態を保
持させる。この保持させる時間によっても、最終的に珪
素膜１２中に含まれるニッケルの濃度を制御することが
できるが、最も大きな制御因子は溶液の濃度である。

【００４２】そして、加熱炉において、窒素雰囲気中に
おいて５５０度、４時間の加熱処理を行う。この結果、
基板１１上に形成された結晶性を有する珪素薄膜１２を
得ることができる。

【００４３】上記の加熱処理は４５０度以上の温度で行
うことができるが、温度が低いと加熱時間を長くしなけ
らばならず、生産効率が低下する。また、５５０度以上
とすると基板として用いるガラス基板の耐熱性の問題が
表面化してしまう。

【００４４】本実施例においては、非晶質珪素膜上に触
媒元素を導入する方法を示したが、非晶質珪素膜下に触
媒元素を導入する方法を採用してもよい。この場合は、
非晶質珪素膜の成膜前に触媒元素を含有した溶液を用い
て、下地膜上に触媒元素を導入すればよい。

【００４５】〔実施例２〕本実施例は、実施例１に示す
作製方法において、１２００Åの酸化珪素膜を選択的に
設け、この酸化珪素膜をマスクとして選択的にニッケル
を導入する例である。

【００４６】図２に本実施例における作製工程の概略を
示す。まず、ガラス基板（コーニング７０５９、１０ｃ
ｍ角）上にマスクとなる酸化珪素膜２１を１０００Å以
上、ここでは１２００Åの厚さに成膜する。この酸化珪
素膜２１の膜厚については、発明者等の実験によると５
００Å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２１をパー
ニングする。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２０を成膜する。この酸化珪素膜２
０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２０の厚さ
は２０〜５０Å程度と考えられる（図２（Ａ））。尚、
この濡れ性を改善するための酸化珪素膜については、溶
液とパターンのサイズが合致した場合には、マスクの酸
化珪素膜の親水性のみによっても丁度よく添加される場
合がある。しかしながらこの様な例は特殊であり、一般
的には酸化珪素膜２０を使用したほうが安全である。

【００４８】この状態において、実施例１と同様に１０
０ｐｐｍのニッケルを含有した酢酸塩溶液を５ｍｌ滴下
（１０ｃｍ角基板の場合）する。またこの際、スピナー
で５０ｒｐｍで１０秒のスピンコートを行い、基板表面
全体に均一な水膜を形成させる。さらにこの状態で、５
分間保持した後スピナーを用いて２０００ｒｐｍ、６０
秒のスピンドライを行う。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２（Ｂ））

【００４９】そして５５０度（窒素雰囲気）、４時間の
加熱処理を施すことにより、非晶質珪素膜１２の結晶化
を行う。この際、ニッケルが導入された部分２２の領域
から２３で示されるように、ニッケルが導入されなった
領域へと横方向に結晶成長が行われる。図２（Ｃ）にお
いて、２４がニッケルが直接導入され結晶化が行われた
領域であり、２５が横方向に結晶化が行われた領域であ
る。なお２５の領域は、概略〈１１１〉軸方向に結晶成
長が行われていることが確認されている。

【００５０】本実施例において、溶液濃度、保持時間を
変化させることにより、ニッケルが直接導入された領域
におけるニッケルの濃度を１×１０¹⁶atoms ｃｍ^-3〜１
×１０¹⁹atoms ｃｍ^-3の範囲で制御可能であり、同様に
横成長領域の濃度をそれ以下に制御することが可能であ
る。

【００５１】本実施例で示したような方法によって形成
された結晶珪素膜は、耐フッ酸性が良好であるという特
徴がある。本発明者らによる知見によれば、ニッケルを
プラズマ処理で導入し、結晶化させた結晶性珪素膜は、
耐フッ酸性が低い。

【００５２】例えば、結晶性珪素膜上にゲイト絶縁膜や
層間絶縁膜として機能する酸化珪素膜を形成し、しかる
後に電極の形成のために穴開け工程を経て、電極を形成
をする作業が必要とされる場合がある。このような場
合、酸化珪素膜をバッファフッ酸によって除去する工程
が普通採用される。しかしながら、結晶性珪素膜の耐フ
ッ酸性が低い場合、酸化珪素膜のみを取り除くことは困
難であり、結晶性珪素膜をもエッチングしてしまうとい
う問題がある。

【００５３】しかしながら、結晶性珪素膜が耐フッ酸性
を有している場合、酸化珪素膜と結晶性珪素膜のエンチ
ッングレートの違い（選択比）を大きくとることができ
るので、酸化珪素膜のみを選択的の除去でき、作製工程
上極めて有意なものとなる。

【００５４】以上述べたように、横方向に結晶が成長し
た領域は触媒元素の濃度が小さく、しかも結晶性が良好
であるので、この領域を半導体装置の活性領域として用
いることは有用である。例えば、薄膜トランジスタのチ
ャネル形成領域として利用することは極めて有用であ
る。

【００５５】〔実施例３〕本実施例は、触媒元素である
ニッケルを非水溶液であるアルコールに含有させ、非晶
質珪素膜上に塗布する例である。本実施例では、ニッケ
ルの化合物としてニッケルアセチルアセトネートを用
い、該化合物をアルコールに含有させる。ニッケルの濃
度は必要とする濃度になるようにすればよい。

【００５６】後の工程は、実施例１または実施例２に示
したのと同様である。また、このニッケルを含有したア
ルコール溶液は、非晶質珪素膜下に塗布するのでもよ
い。この場合、非晶質珪素膜の形成前にこの溶液をスピ
ナーを用いて塗布すればよい。またアルコールを用いた
場合、非晶質珪素膜上に直接塗布することが可能であ
る。

【００５７】以下具体的な条件を説明する。まず、ニッ
ケル化合物として、ニッケルアセチルアセトネートを用
意する。この物質は、アルコールに可溶であり、分解温
度が低いため、結晶化工程における加熱の際に容易に分
解させることができる。

【００５８】また、アルコールとしてはエタノールを用
いる。まずエタノールに前記のニッケルアセチルアセト
ネートをニッケルの量に換算して１００ｐｐｍになるよ
うに調整し、ニッケルを含有した溶液を作製する。

【００５９】そしてこの溶液を非晶質珪素膜上に塗布す
る。なお、非晶質珪素膜は、酸化珪素の下地膜（２００
０Å厚）が形成された１００ｍｍ角のガラス基板上に１
０００Åの厚さでプラズマＣＶＤ法で形成したものであ
る。

【００６０】上記非晶質珪素膜上への溶液の塗布は、実
施例１や実施例２の水溶液を用いた場合より、少なくて
すむ。これは、アルコールの接触角が水のそれよりも小
さいことに起因する。ここでは、１００ｍｍ角の面積に
対し、２ｍｌの滴下とする。

【００６１】そして、この状態で５分間保持する。その
後、スピナーを用い乾燥を行う。この際、スピナーは１
５００ｒｐｍで１分間回転させる。この後は、５５０
℃、４時間の加熱を行ない結晶化を行う。こうして結晶
性を有する珪素膜を得る。

【００６２】〔実施例４〕本実施例は、触媒元素である
ニッケル単体を酸に溶かし、このニッケル単体が溶けた
酸を非晶質珪素膜上に塗布する例である。

【００６３】本実施例においては、酸として０．１ｍｏ
ｌ／ｌの硝酸を用いる。この硝酸の中にニッケルの濃度
が５０ｐｐｍとなるように、ニッケルの粉末を溶かし、
これを溶液として用いる。この後の工程は、実施例１の
場合と同様である。

【００６４】〔実施例５〕本実施例は、本発明の方法を
利用して作製した結晶性珪素膜を用いて、アクティブマ
トリックス型の液晶表示装置の各画素部分に設けられる
ＴＦＴを作製する例を示す。なお、ＴＦＴ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いうまでもない。

【００６５】図３に本実施例の作製工程の概要を示す。
まずガラス基板上に下地の酸化珪素膜（図示せず）を２
０００Åの厚さに成膜する。この酸化珪素膜は、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。

【００６６】そして、非晶質珪素膜を実施例１と同様な
方法で１０００Åの厚さに成膜する。そして、自然酸化
膜を取り除くためのフッ酸処理の後、薄い酸化膜２０を
２０Å程度の厚さに酸素雰囲気でのＵＶ光の照射によっ
て成膜する。

【００６７】そして１０ｐｐｍのニッケルを含有した酢
酸塩溶液を塗布し、５分間保持し、スピナーを用いてス
ピンドライを行う。その後バッファフッ酸によって酸化
珪素膜２０と２１を取り除き、５５０度、４時間の加熱
によって、珪素膜１００を結晶化させる。（ここまでは
実施例１に示した作製方法と同じ）

【００６８】このニッケルを導入する工程は、実施例３
または実施例４に示した方法によってもよい。勿論、ニ
ッケルの濃度や保持時間は適時選択すればよい。

【００６９】次に、結晶化した珪素膜をパターニングし
て、島状の領域１０４を形成する。この島状の領域１０
４はＴＦＴの活性層を構成する。そして、厚さ２００〜
１５００Å、ここでは１０００Åの酸化珪素１０５を形
成する。この酸化珪素膜はゲイト絶縁膜としても機能す
る。（図３（Ａ））

【００７０】上記酸化珪素膜１０５の作製には注意が必
要である。ここでは、ＴＥＯＳを原料とし、酸素ととも
に基板温度１５０〜６００℃、好ましくは３００〜４５
０℃で、ＲＦプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した。ＴＥ
ＯＳ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１００〜２５
０Ｗ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４００〜５５
０℃として形成した。成膜後、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。

【００７１】この状態でＫｒＦエキシマーレーザー（波
長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）あるいはそれと
同等な強光を照射することで、シリコン領域１０４の結
晶化を助長さえてもよい。特に、赤外光を用いたＲＴＡ
（ラピットサーマルアニール）は、ガラス基板を加熱せ
ずに、珪素のみを選択的に加熱することができ、しかも
珪素と酸化珪素膜との界面における界面準位を減少させ
ることができるので、絶縁ゲイト型電界効果半導体装置
の作製においては有用である。

【００７２】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１０６を形成する。アルミ
ニウムにはスカンジウム（Ｓｃ）を０．１５〜０．２重
量％ドーピングしておいてもよい。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、陽極酸化を行う。陽極酸化は、最初一定電流で
２２０Ｖまで電圧を上げ、その状態で１時間保持して終
了させる。本実施例では定電流状態では、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
１５００〜３５００Å、例えば、２０００Åの陽極酸化
物１０９を形成する。（図３（Ｂ））

【００７３】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、１〜４×１０
¹⁵ｃｍ^-2とする。

【００７４】さらに、図３（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る。レーザーのエ
ネルギー密度は１５０〜４００ｍＪ／ｃｍ² 、好ましく
は２００〜２５０ｍＪ／ｃｍ² である。こうして、Ｎ型
不純物（燐）領域１０８、１０９を形成する。これらの
領域のシート抵抗は２００〜８００Ω／□であった。

【００７５】この工程において、レーザーを用いるかわ
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、ラピット・サーマル・プロセス
ともいう）を用いてもよい。

【００７６】その後、全面に層間絶縁物１１０として、
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ＣＶ
Ｄ法によって酸化珪素膜を厚さ３０００Å形成する。基
板温度は２５０〜４５０℃、例えば、３５０℃とする。
成膜後、表面の平坦性を得るため、この酸化珪素膜を機
械的に研磨する。さらに、スパッタ法によってＩＴＯ被
膜を堆積し、これをパターニングして画素電極１１１と
する。（図３（Ｄ））

【００７７】そして、層間絶縁物１１０をエッチングし
て、図１（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１１２、１１３を形成し、配線１１３は画素電
極１１１に接続させる。

【００７８】プラズマ処理を用いてニッケルを導入した
結晶性珪素膜は、酸化珪素膜に比較してバッファフッ酸
に対する選択性が低いので、上記コンタクトホールの形
成工程において、エッチングされてしまうことが多かっ
た。

【００７９】しかし、本実施例のように１０ｐｐｍの低
濃度で水溶液を用いてニッケルを導入した場合には、耐
フッ酸性が高いので、上記コンタクトホールの形成が安
定して再現性よく行なうことができる。

【００８０】最後に、水素中で３００〜４００℃で０．
１〜２時間アニールして、シリコンの水素化を完了す
る。このようにして、ＴＦＴが完成する。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として完成する。
このＴＦＴは、ソース／ドレイン領域１０８／１０９と
チャネル形成領域１１４を有している。また１１５がＮ
Ｉの電気的接合部分となる。

【００８１】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、３×１０¹⁸ｃｍ^-3程度あ
るいはそれ以下の、１×１０¹⁶atoms ｃｍ^-3〜３×１０
¹⁸atoms ｃｍ^-3であると考えられる。

【００８２】〔実施例６〕本実施例においては、実施例
２に示すようにニッケルを選択的に導入し、その部分か
ら横方向（基板に平行な方向）に結晶成長した領域を用
いて電子デバイスを形成する例を示す。このような構成
を採用した場合、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。

【００８３】本実施例におけるニッケル元素の導入方法
としては、実施例３、実施例４で示す方法によってもよ
い。

【００８４】本実施例は、アクティブマトリクスの画素
の制御に用いられるＴＦＴの作製工程に関するものであ
る。図４に本実施例の作製工程を示す。まず、基板２０
１を洗浄し、ＴＥＯＳ（テトラ・エトキシ・シラン）と
酸素を原料ガスとしてプラズマＣＶＤ法によって厚さ２
０００Åの酸化珪素の下地膜２０２を形成する。そし
て、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ５００〜１５００
Å、例えば１０００Åの真性（Ｉ型）の非晶質珪素膜２
０３を成膜する。次に連続的に厚さ５００〜２０００
Å、例えば１０００Åの酸化珪素膜２０５をプラズマＣ
ＶＤ法によって成膜する。そして、酸化珪素膜２０５を
選択的にエッチングして、非晶質珪素の露出した領域２
０６を形成する。

【００８５】そして実施例２に示した方法により結晶化
を助長する触媒元素であるニッケル元素を含んだ溶液
（ここでは酢酸塩溶液）塗布する。酢酸溶液中における
ニッケルの濃度は１００ｐｐｍである。その他、詳細な
工程順序や条件は実施例２で示したものと同一である。
この工程は、実施例３または実施例４に示した方法によ
るものであってもよい。

【００８６】この後、窒素雰囲気下で５００〜６２０
℃、例えば５５０℃、４時間の加熱アニールを行い、珪
素膜３０３の結晶化を行う。結晶化は、ニッケルと珪素
膜が接触した領域２０６を出発点として、矢印で示され
るように基板に対して平行な方向に結晶成長が進行す
る。図においては領域２０４はニッケルが直接導入され
て結晶化した部分、領域２０３は横方向に結晶化した部
分を示す。この２０３で示される横方向への結晶は、２
５μｍ程度である。またその結晶成長方向は概略〈１１
１〉軸方向であることが確認されている。（図４
（Ａ））

【００８７】次に、酸化珪素膜２０５を除去する。この
際、領域２０６の表面に形成される酸化膜も同時に除去
する。そして、珪素膜２０４をパターニング後、ドライ
エッチングして、島状の活性層領域２０８を形成する。
この際、図４（Ａ）で２０６で示された領域は、ニッケ
ルが直接導入された領域であり、ニッケルが高濃度に存
在する領域である。また、結晶成長の先端にも、やはり
ニッケルが高濃度に存在することが確認されている。こ
れらの領域では、その中間の領域に比較してニッケルの
濃度が高いことが判明している。したがって、本実施例
においては、活性層２０８において、これらのニッケル
濃度の高い領域がチャネル形成領域と重ならないように
した。

【００８８】その後、１００体積％の水蒸気を含む１０
気圧、５００〜６００℃の、代表的には５５０℃の雰囲
気中において、１時間放置することによって、活性層
（珪素膜）２０８の表面を酸化させ、酸化珪素膜２０９
を形成する。酸化珪素膜の厚さは１０００Åとする。熱
酸化によって酸化珪素膜２０９を形成したのち、基板
を、アンモニア雰囲気（１気圧、１００％）、４００℃
に保持させる。そして、この状態で基板に対して、波長
０．６〜４μｍ、例えば、０．８〜１．４μｍにピーク
をもつ赤外光を３０〜１８０秒照射し、酸化珪素膜２０
９に対して窒化処理を施す。なおこの際、雰囲気に０．
１〜１０％のＨＣｌを混入してもよい。

【００８９】赤外線の光源としてはハロゲンランプを用
いる。赤外光の強度は、モニターの単結晶シリコンウェ
ハー上の温度が９００〜１２００℃の間にあるように調
整する。具体的には、シリコンウェハーに埋め込んだ熱
電対の温度をモニターして、これを赤外線の光源にフィ
ードバックさせる。本実施例では、昇温は、一定で速度
は５０〜２００℃／秒、降温は自然冷却で２０〜１００
℃とする。この赤外光照射は、珪素膜を選択的に加熱す
ることになるので、ガラス基板への加熱を最小限に抑え
ることができる。（図４（Ｂ））

【００９０】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ３０００〜８０００Å、例えば６０００Åのアルミ
ニウム（０．０１〜０．２％のスカンジウムを含む）を
成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極２１０を形成する。（図２（Ｃ））

【００９１】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２１１を形成する。この
陽極酸化は、酒石酸が１〜５％含まれたエチレングリコ
ール溶液中で行う。得られる酸化物層２１１の厚さは２
０００Åである。なお、この酸化物２１１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。（図４
（Ｄ））

【００９２】次に、イオンドーピング法（プラズマドー
ピング法とも言う）によって、活性層領域（ソース／ド
レイン、チャネルを構成する）にゲイト電極部、すなわ
ちゲイト電極２１０とその周囲の酸化層２１１をマスク
として、自己整合的にＮ導電型を付与する不純物（ここ
では燐）を添加する。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とする。ドーズ量は１×１０¹⁵〜８×１０
¹⁵ｃｍ^-2、例えば、４×１０¹⁵ｃｍ^-2とする。この結
果、Ｎ型の不純物領域２１２と２１３を形成することが
できる。図からも明らかなように不純物領域とゲイト電
極とは距離ｘだけ放れたオフセット状態となる。このよ
うなオフセット状態は、特にゲイト電極に逆電圧（Ｎチ
ャネルＴＦＴの場合はマイナス）を印加した際のリーク
電流（オフ電流ともいう）を低減する上で有効である。
特に、本実施例のようにアクティブマトリクスの画素を
制御するＴＦＴにおいては良好な画像を得るために画素
電極に蓄積された電荷が逃げないようにリーク電流が低
いことが望まれるので、オフセットを設けることは有効
である。

【００９３】その後、レーザー光の照射によってアニー
ルを行った。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
るが、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／ｃｍ
² 、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
ことによって、効果を増大せしめてもよい。（図４
（Ｅ））

【００９４】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜２１
４を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成す
る。さらに、スピンコーティング法によって透明なポリ
イミド膜２１５を形成し、表面を平坦化する。このよう
にして形成された平面上にスパッタ法によって厚さ８０
０Åの透明導電性膜（ＩＴＯ膜）を成膜し、これをパタ
ーニングして画素電極２１６を形成する。

【００９５】そして、層間絶縁物２１４、２１５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ＴＦＴの電極・配線
２１７、２１８を形成する。最後に、１気圧の水素雰囲
気で３５０℃、３０分のアニールを行い、ＴＦＴを有す
るアクティブマトリクスの画素回路を完成する。（図４
（Ｆ））

【００９６】〔実施例７〕図５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）５０
１上にスパッタリング法によって厚さ２０００Åの酸化
珪素の下地膜１０２を形成した。基板は、下地膜の成膜
の前もしくは後に、歪み温度よりも高い温度でアニール
をおこなった後、０．１〜１．０℃／分で歪み温度以下
まで徐冷すると、その後の温度上昇を伴う工程（本発明
の熱酸化工程およびその後の熱アニール工程を含む）で
の基板の収縮が少なく、マスク合わせが用意となる。コ
ーニング７０５９基板では、６２０〜６６０℃で１〜４
時間アニールした後、０．０３〜１．０℃／分、好まし
くは、０．１〜０．３℃／分で徐冷し、４００〜５００
℃まで温度が低下した段階で取り出すとよい。

【００９７】次に、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ５
００〜１５００Å、例えば１０００Åの真性（Ｉ型）の
非晶質珪素膜を成膜した。そして、実施例１で示した方
法により非晶質珪素膜の結晶化を行なった。そして窒素
雰囲気（大気圧）、６００℃、４８時間アニールして結
晶化させ、珪素膜を１０〜１０００μｍ角の大きさにパ
ターニングして、島状の珪素膜（ＴＦＴの活性層）５０
３を形成した。（図５（Ａ））

【００９８】その後、７０〜９０％の水蒸気を含む１気
圧、５００〜７５０℃、代表的には６００℃の酸素雰囲
気を水素／酸素＝１．５〜１．９の比率でパイロジェニ
ック反応法を用いて形成した。かかる雰囲気中におい
て、３〜５時間放置することによって、珪素膜表面を酸
化させ、厚さ５００〜１５００Å、例えば１０００Åの
酸化珪素膜５０４を形成した。注目すべき歯、かかる酸
化により、初期の珪素膜は、その表面が５０Å以上減少
し、結果として、珪素膜の最表面部分の汚染が、珪素−
酸化珪素界面には及ばないようになった、すなわち、清
浄な珪素−酸化珪素界面が得られたことである。酸化珪
素膜の厚さは酸化される珪素膜の２倍であるので、１０
００Åの厚さの珪素膜を酸化して、厚さ１０００Åの酸
化珪素膜を得た場合には、残った珪素膜の厚さは５００
Åということになる。

【００９９】一般に酸化珪素膜（ゲイト絶縁膜）と活性
層は薄ければ薄いほど移動度の向上、オフ電流の減少と
いう良好な特性が得られる。一方、初期の非晶質珪素膜
の結晶化はその膜厚が大きいほど結晶化させやすい。し
たがって、従来は、活性層の厚さに関して、特性とプロ
セスの面で矛盾が存在していた。本発明はこの矛盾を初
めて解決したものであり、すなわち、結晶化前には非晶
質珪素膜を厚く形成し、良好な結晶性珪素膜を得る。そ
して、次にはこの珪素膜を酸化することによって珪素膜
を薄くし、ＴＦＴとしての特性を向上させるものであ
る。さらに、この熱酸化においては、再結合中心の存在
しやすい非晶質成分、結晶粒界が酸化されやすく、結果
的に活性層中の再結合中心を減少させるという特徴も有
する。このため製品の歩留りが高まる。

【０１００】熱酸化によって酸化珪素膜５０４を形成し
たのち、基板を一酸化二窒素雰囲気（１気圧、１００
％）、６００℃で２時間アニールした。（図５（Ｂ）） 引き続いて、減圧ＣＶＤ法によって、厚さ３０００〜８
０００Å、例えば６０００Åの多結晶珪素（０．０１〜
０．２％の燐を含む）を成膜した。そして、珪素膜をパ
ターニングして、ゲイト電極５０５を形成した。さら
に、この珪素膜をマスクとして自己整合的に、イオンド
ーピング法（プラズマドーピング法とも言う）によっ
て、活性層領域（ソース／ドレイン、チャネルを構成す
る）にＮ導電型を付与する不純物（ここでは燐）を添加
した。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と
した。ドーズ量は１×１０¹⁵〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2、例え
ば、５×１０¹⁵ｃｍ^-2とした。この結果、Ｎ型の不純物
領域５０６と５０７が形成された。

【０１０１】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
によって、効果を増大せしめてもよい。（図５（Ｃ））

【０１０２】また、この工程は、近赤外光によるランプ
アニールによる方法でもよい。近赤外線は非晶質珪素よ
りも結晶化した珪素へは吸収されやすく、１０００℃以
上の熱アニールにも匹敵する効果的なアニールを行うこ
とができる。その反面、ガラス基板（遠赤外光はガラス
基板に吸収されるが、可視・近赤外光（波長０．５〜４
μｍ）は吸収されにくい）へは吸収されにくいので、ガ
ラス基板を高温に加熱することがなく、また短時間の処
理ですむので、ガラス基板の縮みが問題となる工程にお
いては最適な方法であるといえる。

【０１０３】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜５０
８を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成し
た。この層間絶縁物としてはポリイミドを利用してもよ
い。さら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５０９、５１０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
い、ＴＦＴを完成した。（図５（Ｄ））

【０１０４】上記に示す方法で得られたＴＦＴの移動度
は１１０〜１５０ｃｍ² ／Ｖｓ、Ｓ値は０．２〜０．５
Ｖ／桁であった。また、同様な方法によってソース／ド
レインにホウ素をドーピングしたＰチャネル型ＴＦＴも
作製したところ、移動度は９０〜１２０ｃｍ² ／Ｖｓ、
Ｓ値は０．４〜０．６Ｖ／桁であり、公知のＰＶＤ法や
ＣＶＤ法によってゲイト絶縁膜を形成した場合に比較し
て、移動度は２割以上高く、Ｓ値は２０％以上も減少し
た。また、信頼性の面からも、本実施例で作製されたＴ
ＦＴは１０００℃の高温熱酸化によって作製されたＴＦ
Ｔにひけをとらない良好な結果を示した。

【０１０５】〔実施例８〕本実施例はアクティブマトリ
クス型の液晶表示装置に本発明を利用する場合の例を示
す。図６のアクティブマトリクス型の液晶表示装置の一
方の基板の概要を示した上面図を示す。

【０１０６】図において、６１はガラス基板であり、６
２はマトリクス状に構成された画素領域であり、画素領
域には数百×数百の画素が形成されている。この画素の
一つ一つにはスイッチング素子としてＴＦＴが配置され
ている。この画素領域のＴＦＴを駆動するためのドライ
バーＴＦＴが配置されているのが周辺ドライバー領域６
２である。画素領域６３とドライバー領域６２とは同一
基板６１上に一体かされて形成されている。

【０１０７】ドライバー領域６２に配置されるＴＦＴは
大電流を流す必要があり、高い移動度が必要とされる。
また、画素領域６３に配置されるＴＦＴは画素電極の電
荷を保持率を固める必要があるので、オフ電流（リーク
電流）が少ない特性が必要とされる。例えば、画素領域
６３に配置されるＴＦＴは、実施例５に示すＴＦＴを用
いることができる。

【０１０８】〔実施例９〕本実施例は、実施例１に示す
作製方法において、酢酸ニッケル水溶液を塗布する工程
の前に、酸化珪素膜表面にラビング処理をおこなうこと
によって、該酸化珪素膜表面に微細な擦り傷を形成し、
ある一定の方向、幅、間隔をもたせて非晶質珪素膜にニ
ッケルを導入する例である。

【０１０９】まず、基板（コーニング７０５９）上に下
地膜としてスパッタリング法によって酸化珪素膜を２０
００Å形成した。そして、非晶質珪素膜をプラズマＣＶ
Ｄ法によって３００〜８００Å、例えば、５００Åに成
膜した。そして、汚れおよび自然酸化膜をを取り除くた
めにフッ酸処理をおこない、その後、酸素雰囲気中にお
いてＵＶ光の照射をおこない、１０〜１００Åの酸化珪
素膜を形成した。このとき、過酸化水素による処理や熱
酸化によって酸化珪素膜を形成してもかまわない。

【０１１０】酸化珪素膜形成後、酸化珪素膜表面にラビ
ング処理をおこない、図７（Ａ）のように微細な擦り傷
を膜表面に形成した。このラビング処理は、ダイヤモン
ドぺーストを用いておこなったが、綿布、ラバー等にお
いても可能である。ここで、擦り傷が一定の方向、幅、
間隔となることが好ましい。

【０１１１】以上のように膜表面に擦り傷による凹凸を
形成した後、実施例１と同様にスピンコーティング法に
よって酢酸ニッケルの膜を形成した。このとき、先の工
程で形成した擦り傷の凹部分に、酢酸ニッケル水溶液が
一様にしみ込んでいる。

【０１１２】その後、実施例１と同様に加熱炉におい
て、窒素雰囲気中で５５０℃、４時間の加熱処理をおこ
なった。この結果、結晶性を有する珪素膜（結晶性珪素
膜）を得ることができた。本実施例においては、酸化珪
素膜にラビング処理を施すことによって、非晶質珪素膜
に対して、一定の方向、幅、間隔を持たせてニッケルを
導入したため、図７（Ｂ）の如く、この結晶性珪素膜
は、結晶粒界の方向、大きさがある程度そろったものが
得られた。すなわち、長方形もしくは楕円形のように、
一方向に長い結晶粒が多く得られた。図７（Ｂ）におい
ては、結晶の形状が楕円形であるように書かれている
が、それ以外の形状の結晶も同時に得られた。結晶粒の
長手方向は概略、ラビングの方向であった。

【０１１３】凹凸の幅、間隔はラビングの時間、ダイヤ
モンドペーストの密度等を変化させて最適となるように
すればよい。ただし、顕微鏡観察では明確に幅や間隔を
測定できないので、得られる結晶性珪素膜の結晶粒の大
きさや非晶質珪素残りの密度等が最適になるように条件
を決定した。本実施例では、非晶質珪素の残り（未結晶
化領域）の大きさ（長径）が１μｍ以下、好ましくは、
０．３μｍ以下となるようにした。

【０１１４】実施例１のようにラビング処理を施さずに
酢酸ニッケルを塗布し、結晶化をおこなった場合におい
ては、ニッケルのしみ込みが一様でなく、結晶化が一様
におこなわれず、１〜１０μｍ程度の大きさの円形の未
結晶化領域が見られた。しかし、本実施例においては、
このような未結晶化領域の個数は格段に少なくなり、ま
た、その大きさも小さくできた。

【０１１５】〔実施例１０〕本実施例は、実施例９で作
製した結晶性珪素膜を用いて画素ＴＦＴを作製した例で
ある。図８に本実施例の作製工程を示す。まず、基板８
０１（コーニング７０５９、１０ｃｍ角）上に、下地膜
として酸化珪素膜８０２をプラズマＣＶＤ法によって３
０００Åに成膜した。そして、プラズマＣＶＤ法によっ
て非晶質珪素膜を３００〜１０００Å、例えば、５００
Åに成膜した。

【０１１６】その後、実施例９と同様に、非晶質珪素膜
状に酸化珪素膜を形成し、ラビング処理を施し、スピン
コーティング法によって酢酸ニッケル膜を形成した。そ
して、窒素雰囲気中において、５５０℃、４時間の加熱
処理を施し、結晶化せしめた。結晶は一方向に長いもの
が多かった。

【０１１７】その後、更に結晶性を向上させるためにレ
ーザー光を照射した。このとき、ＫｒＦエキシマレーザ
ー光（波長２４８ｎｍ）を２００〜３５０ｍＪ／ｃｍ²
で照射することによって、さらに、良好な結晶性珪素膜
８０３が得られた。また、この結果、僅かに存在してい
た未結晶化領域は完全に結晶化された。（図８（Ａ））

【０１１８】つぎに、この様にして得られた結晶性珪素
膜８０３をパターニングして、島状の領域８０４（島状
珪素膜）を形成した。この島状の領域を形成する際、図
９（Ａ）、（Ｂ）の様に結晶粒界に対して、垂直方向と
平行方向の二通りとることができる。

【０１１９】このとき、ＴＦＴを流れる電流は粒界を横
切る際、粒界の抵抗が大きい。また、粒界にそっては電
流が流れやすい。このため、チャネル領域に含まれる粒
界の数およびその方向によって、ＴＦＴのリーク電流
（ゲイト電極に逆バイアス電圧を印加した状態でのドレ
イン電流。例えば、Ｎチャネル型ＴＦＴの場合には、ゲ
イト電極に負の電圧を印加した状態でのドレイン電圧）
は大きな影響を受ける。特に、複数のＴＦＴが存在する
場合、各ＴＦＴのチャネル内に存在する結晶（粒界）数
や方向が大きくばらつくと、リーク電流のバラツキの原
因となる。

【０１２０】これは、結晶粒の大きさがチャネルの大き
さと同程度、もしくはそれ以下となった場合に大きな問
題となる。チャネルが結晶粒に比べて十分に大きな場合
には、このようなバラツキは平均化されてしまい、現象
として観測されない。例えば、チャネル内に粒界が１つ
存在するかしないか、という状況では、粒界が存在しな
い場合には単結晶のＴＦＴと同じ特性が期待できる。一
方、粒界がドレイン電流に平行に存在する場合には、リ
ーク電流が大きくなる。逆に、粒界がドレイン電流に直
角に存在する場合には、リーク電流が小さくなる。

【０１２１】本実施例では、結晶はラビング方向に長細
く成長するので、ドレイン電流が流れる方向をその方向
に対して、平行にとった場合（図９（Ａ））には、チャ
ネル領域内に存在する粒界（結晶）の数が平均化されに
くく、リーク電流がばらつきやすい。しかも、概して、
ドレイン電流の方向が粒界の方向であるので、リーク電
流が大きい。一方、図９（Ｂ）のように垂直にとった場
合、本発明においては、結晶粒９０１の幅がほぼ一定で
あるため、チャネル領域９０２内に存在する粒界９０３
の数がほぼ等しく、安定したＩ_off が期待できる。故
に、図９（Ｂ）のように島状珪素膜８０４はドレイン電
流が流れる方向が粒界方向に対して垂直となる方向（す
なわち、ラビング方向に概略垂直）に形成するとよい。
この島状珪素膜８０４はＴＦＴの活性層を形成する。

【０１２２】本実施例では、上記以外にも、ラビング処
理を施すことによる結晶粒の平均化による降下もあっ
た。例えば、結晶粒の大きさが大きく変動すると、チャ
ネルに存在しうる結晶の数に大きな変動が生じるので、
特にリーク電流のバラツキの原因となった。実施例１の
場合には、ニッケルの拡散が不均一であったので結晶粒
の大きさはまちまちとなることがあり、また、１０μｍ
以上の大きな未結晶化領域はレーザー照射によって結晶
化しても結晶性が著しく劣った。

【０１２３】しかしながら、本実施例のようにラビング
処理をおこなうと結晶の大きさは比較的、揃ったものと
なり、また、未結晶化領域はレーザー照射によって結晶
化される際に、近傍の結晶の影響を強く受けてエピタキ
シャル的な成長をおこなうため、良好な結晶性を示し
た。このようにラビング処理を施すことによる効果が見
られた。つぎに、ゲイト絶縁膜８０５として、膜厚２０
０〜１５００Å、例えば、１０００Åの酸化珪素膜をプ
ラズマＣＶＤ法によって形成した。

【０１２４】その後、厚さ１０００Å〜３μｍ、例え
ば、５０００Åのアルミニウム（１ｗｔ％のＳｉ、もし
くは０．１〜０．３ｗｔ％のＳｃを含む）膜をスパッタ
リング法によって成膜して、これをパターニングして、
ゲイト電極８０６を形成した。つぎに基板を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、アルミニウムのゲイト電極８０６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、その状態で１時間保持して
終了させた。このようにして、厚さ１５００〜３５００
Å、例えば、２０００Åの陽極酸化物８０７を形成し
た。（図８（Ｂ））

【０１２５】その後、イオンドーピング法によって、島
状珪素膜８０４に、ゲイト電極８０６をマスクとして自
己整合的に不純物を注入した。ここでは、ジボラン（Ｂ
₂ Ｈ₆ ）をドーピングガスとして硼素を注入して、Ｐ型
不純物領域８０８を形成した。この場合、硼素のドーズ
量は４〜１０×１０¹⁵ｃｍ^-2、加速電圧を６５ｋＶとし
た。（図８（Ｃ））

【０１２６】さらに、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２
４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、ドーピ
ングされた不純物領域８０８の活性化をおこなった。レ
ーザーのエネルギー密度は２００〜４００ｍＪ／ｃ
ｍ² 、好ましくは２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ² が適当で
あった。つぎに、層間絶縁膜８０９として、プラズマＣ
ＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ３０００Åに成膜し
た。

【０１２７】そして、層間絶縁膜８０９、ゲイト絶縁膜
８０５のエッチングをおこない、ソースにコンタクトホ
ールを形成した。その後、アルミニウム膜をスパッタリ
ング法によって形成し、パターニングしてソース電極８
１０を形成した。（図８（Ｄ））

【０１２８】最後に、パッシベーション膜８１１として
厚さ２０００〜６０００Å、例えば、３０００Åの窒化
珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって形成し、これと層間
絶縁膜８０９、ゲイト絶縁膜８０５をエッチングして、
ドレインに対してコンタクトホールを形成した。そし
て、インディウム錫酸化物膜（ＩＴＯ膜）を形成し、こ
れをエッチングして、画素電極８１２を形成した。（図
８（Ｅ）） 以上のようにして、画素ＴＦＴが形成された。

【０１２９】

【効果】触媒元素を導入して低温で短時間で結晶化させ
た結晶性珪素膜を用いて、半導体装置を作製すること
で、生産性が高く、特性のよいデバイスを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の工程を示す

【図２】 実施例の工程を示す。

【図３】 溶液中のニッケル濃度と横方向への結晶成長
距離との関係を示す。

【図４】 実施例の作製工程を示す。

【図５】 実施例の作製工程を示す。

【図６】 実施例の構成を示す。

【図７】 実施例の結晶成長について示す。

【図８】 実施例の作製工程を示す。

【図９】 実施例のＴＦＴの活性層の配置を示す。

【符号の説明】

１１・・・・ガラス基板 １２・・・・非晶質珪素膜 １３・・・・酸化珪素膜 １４・・・・ニッケルを含有した酢酸溶液膜 １５・・・・ズピナー ２１・・・・マスク用酸化珪素膜 ２０・・・・酸化珪素膜 １１・・・・ガラス基板 １０４・・・活性層 １０５・・・酸化珪素膜 １０６・・・ゲイト電極 １０９・・・酸化物層 １０８・・・ソース／ドレイン領域 １０９・・・ドレイン／ソース領域 １１０・・・層間絶縁膜（酸化珪素膜） １１１・・・画素電極（ＩＴＯ） １１２・・・電極 １１３・・・電極

フロントページの続き (72)発明者 張 宏勇 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５−67635（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−222546（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−58338（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−260524（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−20059（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−74754（ＪＰ，Ａ) Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．62 （20）ｐ．2554−2556（1993) Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．55 （７）ｐ．660−662（1989) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/20 H01L 29/786 H01L 21/336

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非晶質珪素膜上に、 前記非晶質珪素膜の結晶化を助長する元素を含む化合物
   を極性溶媒に溶解又は分散させた溶液を塗布し、 前記非晶質珪素膜を加熱することにより結晶化させるこ
   とを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記極性溶媒は、アルコール、酸又はアンモニア水であ
   ることを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. 【請求項３】非晶質珪素膜上に、 前記非晶質珪素膜の結晶化を助長する元素を含む化合物
   を水に溶解又は分散させた溶液を塗布し、 前記非晶質珪素膜を加熱することにより結晶化させるこ
   とを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項において、 前記非晶質珪素膜の結晶化を助長する元素は、ニッケル
   であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 【請求項５】請求項１乃至３のいずれか１項において、 前記化合物は、ニッケル化合物であることを特徴とする
   半導体装置の作製方法。
6. 【請求項６】請求項５において、 前記ニッケル化合物は、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ート、４−シクロヘキシル酪酸
   ニッケル、酸化ニッケル又は水酸化ニッケルであること
   を特徴とする半導体装置の作製方法。
7. 【請求項７】非晶質珪素膜の結晶化を助長する元素単体
   を溶解又は分散させた溶液に界面活性剤を混合し、 前記非晶質珪素膜上に前記界面活性剤を混合した溶液を
   塗布し、 前記非晶質珪素膜を加熱することにより結晶化させるこ
   とを特徴とする半導体装置の作製方法。
8. 【請求項８】請求項７において、 前記非晶質珪素膜の結晶化を助長する元素は、ニッケル
   であることを特徴とする半導体装置の作製方法。