JP3488360B2

JP3488360B2 - 半導体装置の作製方法

Info

Publication number: JP3488360B2
Application number: JP13609097A
Authority: JP
Inventors: 広樹安達; 裕吾後藤; 徹高山; 昭治宮永; 久大谷; 宏勇張; 保彦竹村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1997-05-09
Filing date: 1997-05-09
Publication date: 2004-01-19
Anticipated expiration: 2019-01-19
Also published as: JPH1064820A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス等の絶縁基板、
あるいは各種基板上に形成された半導体装置、例えば、
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や薄膜ダイオード（ＴＦ
Ｄ）、またはそれらを応用した薄膜集積回路、特にアク
ティブ型液晶表示装置（液晶ディスプレー）用薄膜集積
回路の作製方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラス等の絶縁基板上にＴＦＴを
有する半導体装置、例えば、ＴＦＴを画素の駆動に用い
るアクティブ型液晶表示装置やイメージセンサー等が開
発されている。ガラス基板としては、ガラス基板中から
の不純物の析出の問題、価格の問題等からコーニング７
０５９ガラスが一般に用いられる。この７０５９ガラス
の転移点温度は、６２８℃であり、歪み点は５９３℃で
ある。他の、歪み点が５５０〜６５０℃の実用的な工業
用ガラス材料としては表１に示されるものが知られてい
る。

【０００３】

【表１】

【０００４】これらの装置に用いられるＴＦＴには、薄
膜状の珪素半導体を用いるのが一般的である。薄膜状の
珪素半導体としては、非晶質珪素半導体（ａ−Ｓｉ）か
らなるものと結晶性を有する珪素半導体からなるものの
２つに大別される。非晶質珪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、導電率等
の物性が結晶性を有する珪素半導体に比べて劣るため、
今後より高速特性を得る為には、結晶性を有する珪素半
導体からなるＴＦＴの作製方法の確立が強く求められて
いた。尚、結晶性を有する珪素半導体としては、多結晶
珪素、微結晶珪素、結晶成分を含む非晶質珪素、結晶性
と非晶質性の中間の状態を有するセミアモルファス珪素
等が知られている。

【０００５】これら結晶性を有する薄膜状の珪素半導体
を得る方法としては、非晶質の半導体膜を成膜してお
き、長時間、熱エネルギーを印加（熱アニール）するこ
とにより結晶性を有せしめるという方法が知られてい
る。しかしながら、加熱温度として６００℃以上の高温
にすることが必要であり、そのため、基板が不可逆的に
収縮することが問題となっていた。特にパターニング工
程後において、かような高温での処理をおこなうことは
不可能であった。また、結晶化に要する加熱時間が数十
時間以上にも及ぶので、その時間を短くすることも必要
である。

【０００６】このような問題点に関し、最近、結晶化を
促進する触媒としての効果を有するある種の金属元素を
添加することによって、結晶化温度を低下させ、また、
結晶化時間を短縮できることがわかった。このような目
的に用いられる結晶化を助長させる金属元素（触媒性金
属元素）としてはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐ
ｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、
Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｕ、Ａｇがその効果を確かめられてい
る。

【０００７】これらの元素は珪素膜の全面にわたって、
均等に導入すると、結晶成長が膜に対して垂直、すなわ
ち膜厚の方向に生じるのに対し、珪素膜の特定の部分に
導入して、結晶化をおこなうと導入された部分を出発点
として周囲に結晶化領域が拡大する特性（横方向成長
性）があり、このようにして結晶化した珪素膜は、触媒
性金属元素を均等に導入したものに比較して高い電界効
果移動度を示した。

【０００８】しかしながら、このように選択的に触媒
性金属元素を導入するには、結晶化の熱アニール工程の
前にパターニングをおこなわなければならず、上述の基
板の収縮によって触媒性金属元素の導入のパターンが他
の素子・回路のパターンと著しくずれてしまうことがあ
った。図４には、このような手段を用いてＴＦＴを作製
する場合の例を示す。図４（Ａ）の点線で書かれた領域
４０２、４０３はそれぞれ、活性層（珪素膜）とゲイト
電極が本来パターニングされるべき位置を示す。実線で
示された長方形の領域４０１は触媒性金属元素の導入さ
れるパターンである。

【０００９】この工程によって、触媒性金属元素を導入
した後、熱アニールをおこなうと、図４（Ｂ）の楕円で
示された領域４０４が結晶化する。すなわち領域４０４
は横方向結晶領域である。この楕円の大きさは触媒性金
属元素の濃度や熱アニール時間・温度に依存する。図４
（Ｂ）に示すように、ゲイト電極や活性層が本来あるべ
き位置に形成されれば、ＴＦＴのチャネル形成領域は横
方向結晶領域内に形成されるので何ら問題はなかった。
しかしながら、実際には熱アニール工程によって基板が
収縮するために、ゲイト電極と活性層は、それぞれ４０
５、４０６に示されるように形成され、領域４０４とチ
ャネル形成領域が重ならない。すなわち、チャネル形成
領域のうち、斜線部４０７で示した領域が非晶質のまま
となる。当然の結果としてＴＦＴの特性は著しく悪くな
る。

【００１０】このように基板の収縮のために、高い温度
での処理をおこなう前にパターニングをおこなうことは
非常な困難を極めた。この場合の高い温度は基板の種類
によって異なるが、比較的、良く用いられるコーニング
社製７０５９番のガラスでは５００℃以上の温度であ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決する手段を提供するものである。より具体的には
基板の収縮を抑制する手段を開示するとともに、より歩
留りが高く特性の良い半導体回路・素子を得る手段を提
供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガラス基板上
に下地膜として、プラズマＣＶＤ法によって酸化珪素
膜、窒化珪素膜、窒化アルミニウムまたはこれらを２層
以上重ねた多層膜を形成したのち、基板をその歪み点
（歪み温度）以上、好ましくはガラス転移点以上の温度
において熱アニールし、その後、２℃／分以下、好まし
くは、０．５℃／分以下、より好ましくは０．３℃／分
以下の速度で、歪み点以下の温度まで徐冷することによ
って、ガラス基板自体のその後の熱処理における収縮を
抑制する。降温速度は基板の種類によって変動する。一
般に降温速度が低いほど良好な特性が得られるが、降温
速度を遅くすると、処理時間が長くなり、量産性が低下
する。したがって、降温速度の選択にあたっては、処理
時間と必要とする特性を考慮しなければならない。この
熱処理は酸化性もしくは窒化性の雰囲気でおこなうとよ
い。

【００１３】例えば、窒素、アンモニア、一酸化二窒素
の窒化性の気体を用いれば、これらのガスによって下地
膜の表面近傍を窒化させることができる。すると、ガラ
スの不純物であるホウ素、バリウム、ナトリウム等が後
工程で形成される半導体中に析出することを防ぐことが
でき、信頼性の高い半導体デバイスを形成するうえで有
効である。

【００１４】ガラス基板は、加熱することによって縮
む、特に加熱終了後にゆっくりと冷却すると、極めて大
きく縮むと同時にガラス基板内での局所的な応力が緩和
される。その結果、大きく縮ませれば縮ませる程、後の
加熱工程における基板の縮みは小さくなる。また、この
加熱処理温度が高い程、その効果も大きくなる。したが
って、その後、再び熱処理をおこなっても、ガラス基板
の応力が緩和されているので、それ以上、縮んだり、そ
ったりする余地は小さい。さらに、結晶化アニール等の
後の熱処理工程において、加熱温度から急冷した場合、
本発明の熱アニール処理を施したガラス基板はほとんど
縮まないことが判明した。

【００１５】例えば、コーニング７０５９基板（歪み点
５９３℃、ガラス転移点６２８℃）では、６４０℃、４
時間の熱アニール後に、０．２℃／分の速度で５５０℃
まで徐冷してから取り出した基板は、この熱アニールと
徐冷の前後で１９００ｐｐｍも収縮するが、その後は収
縮することはほとんどなく、例えば、５５０℃、８時間
の熱処理をおこなっても２０ｐｐｍの収縮しか発生せ
ず、６００℃、４時間の熱処理によっても７０ｐｐｍし
か収縮しなかった。最初の熱アニール温度（この場合は
６４０℃）を越えない温度で、その後に熱処理をおこな
う範囲では使用に差し支えるような収縮はなかったが、
好ましくは歪み点以下の温度での使用がよい。すなわ
ち、コーニング７０５９基板では５９３℃以下の温度で
熱処理（結晶化アニール等）をおこなうことが好まし
い。また、熱アニールの温度は珪素膜の結晶化の温度の
±３０℃の温度でおこなうことが好ましい。

【００１６】何も処理をおこなわなかった基板では５５
０℃、８時間の熱処理１０００ｐｐｍ以上も収縮し、熱
処理前と後にパターニングの工程が存在すると、マスク
合わせが不可能となった。また、６００℃、４時間の熱
処理後の冷却速度の違いによる基板の縮みは表２のよう
になり、通常冷却以上の速度で急冷することによって実
用的な縮みに抑えることができた。

【００１７】

【表２】

【００１８】このような熱アニールをおこなうには、以
下に示すような方法によればよい。図９に示すのは、本
発明に用いる加熱炉の例を示すものであり、石英製の反
応管１１、基板保持手段（基板ホルダー）１２、水平に
配置された基板１３が示されている。また、図には示さ
れていないが、この装置は外部から反応管１１を加熱す
るためのヒーターが備えられている。また、反応管内に
所定のガスを供給する手段、基板保持手段を反応管から
外部に移動させる手段を備えている。

【００１９】図９には、基板保持部分１２にガラス基板
１３が水平に保持されている状態が示されている。ここ
では、ガラス基板を水平に保持すると、基板が撓み、そ
の平面性が損なわれることを防ぐ上で効果があった。こ
のような構成は、ガラス基板に歪点以上の温度が加わる
工程が必要とされる場合に有用である。また、その後の
珪素膜の結晶化、活性化等の熱アニール工程において
も、上記のような構成とするとよい。

【００２０】また、上記前熱処理後に行なわれる成膜、
結晶成長、酸化、活性化等に必要な加熱処理において
は、加熱後１０℃／分〜３００℃／分の速度で急冷する
ことが重要である。特にガラス材料の歪み点付近の±１
００℃においては、上記の速度で急冷するとガラス材料
の伸縮を抑制することができた。例えば、コーニング７
０５９ガラスでは４９３〜６９３℃での処理温度が必要
なプロセスにおいては、４９３℃までは、少なくとも急
冷することが、さらなる縮み（場合によっては伸び）を
３０ｐｐｍ以下に抑える上で有効である。

【００２１】

【作用】上記の如く、ガラス基板に対しては、歪み点以
上の温度で熱アニールした後、徐冷する工程を経ると、
その後の熱処理工程（結晶化熱アニール等）においても
基板の収縮等が生じることは少なく、熱処理工程の前後
にパターニングが必要な場合にとって都合が良い。さら
に、より歩留り良く、また特性の優れた半導体回路等を
形成するには、下地膜は上述のような基板の熱アニール
および徐冷の工程の前に形成することが好ましかった。
例えば、珪素膜に触媒性金属元素（ニッケル等) を選択
的に導入し、横方向成長をおこなうと、上記のように歪
み点以上の温度で熱アニールされる際に下地膜の応力が
緩和され、結晶成長を促進する効果があることが明らか
になった。

【００２２】また、酸化珪素膜を最上層の（すなわち、
その上に珪素膜が形成される）下地膜として用いた場合
には、上記の如き高温での熱アニールによって、熱酸化
膜に近い特性を示すようになり、特性を改善することが
可能であった。通常、下地膜の上に密着して珪素膜が形
成されるが、この珪素膜と下地膜の界面には多くの界面
準位が発生する。特にプラズマＣＶＤ法によって成膜さ
れた場合には著しい。これは下地膜の膜質自体が良好で
ないためである。膜質の改善には高温での熱アニールが
好ましいが、従来は６００℃を越えるような温度での熱
アニールは行われず、したがって、膜質の改善はほとん
ど見られなかった。しかし、本発明では基板の歪み点以
上の高温でアニールされるので膜質の改善が進み、半導
体素子の特性も改善される。また、膜のエッチングレー
トも低下する。膜のエッチングレートの低下は半導体素
子を歩留り良く作製するうえで欠かせないことでもあ
る。

【００２３】従来、ＴＦＴのような半導体素子の歩留り
を高める上で障害となっているのが、下地膜のオーバー
エッチングの問題であった。従来、ＴＦＴ等の素子を得
るには、珪素膜をパターニングして、素子間の分離を計
ることが一般的であった。従来の手法を図５に示す。基
板５１上に、酸化珪素等の材料で下地膜５２を形成し、
その上に珪素膜５３を堆積する。そして、その上に酸化
珪素や窒化珪素等の材料の保護膜５４が物理的気相成長
法（ＰＶＤ法、例えばスパッタ法）や化学的気相成長法
（ＣＶＤ法、例えばプラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等）
によって形成される。

【００２４】そして、さらにフォトレジスト材料の被膜
がコーティングされ、公知のフォトリソグラフィー法に
よって、パターニングがなされ、選択的にフォトレジス
ト５５が残される。（図２（Ａ））保護膜５４が設けられる理由は、このフォトリソグラフ
ィー工程において、珪素膜とフォトレジスト膜が直接、
接触することを防止するためである。すなわち、フォト
レジストの下に存在する珪素膜は、後でＴＦＴの活性層
のように、極めて汚染の少ないことが要求される目的に
使用されるからである。しかしながら、これらＰＶＤ
法、ＣＶＤ法によって作製した絶縁膜はピンホールが多
く、そのため、数１００Å以上の厚さが必要とされた。

【００２５】そして、ドライエッチングもしくはウェッ
トエッチングによって保護膜５４と珪素膜５３をエッチ
ングし、島状の珪素膜５６を形成する。この島状の珪素
膜の上面には保護膜５７が密着している。保護膜のエッ
チングは通常、ウェットエッチングで、珪素膜のエッチ
ングは通常、ドライエッチングでおこなわれる。珪素膜
のエッチングにドライエッチングが用いられるのは、オ
ーバーエッチを極力防止するためである。（図２
（Ｂ））

【００２６】そして、公知の剥離手段によって、フォト
レジスト５５を剥離し、図２（Ｃ）に示す状態を得る。
その後、島状珪素膜状に残った保護膜２７をエッチング
するのであるが、この場合には同時に下地膜もエッチン
グされてしまう。特にウェットエッチング等の等方的な
エッチングの場合には、図５（Ｄ）に示すような空孔５
８が形成される。このエッチングの程度ｘは、下地膜と
保護膜のエッチングレートの差、厚さの差によって決定
される。

【００２７】例えば、どちらも同じエッチングレートで
あれば、少なくとも保護膜の厚さだけ、下地膜がエッチ
ングされることとなる。実際には余裕を見てエッチング
をおこなうので、ｘの大きさは保護膜の厚さよりも大き
くなる。ｘを小さくするには保護膜のエッチングレート
が下地膜よりも大きなことが必要であるが、量産性を考
慮すると、どちらもプラズマＣＶＤ法によって形成され
る酸化珪素を用いることが望まれ、そのままでは保護膜
よりも下地膜のエッチングレートを小さくすることは困
難であった。

【００２８】下地膜がオーバーエッチされて、空孔５８
ができるため、その上に形成されるゲイト絶縁膜５９や
ゲイト電極６０のステップカバレージは良いものではな
い。このため、ゲイト電極と活性層の間の絶縁が不十分
でリーク電流が発生する。特にストライプ状にパターニ
ングされるゲイト電極では空孔５８がゲイト絶縁膜の成
膜によっても埋められずに残り、ウェットエッチの際
に、エッチャントが侵入して、ゲイト電極の膜の下面か
らエッチングするため、ゲイト電極が断線するという問
題が生じた。また、同様に、ゲイト電極を陽極酸化する
ＴＦＴ（例えば、特開平５−１５２３３５）の場合に
は、ゲイト電極の上面からだけでなく、下面からも陽極
酸化が進行し、やはり断線することが問題であった。

【００２９】ところが、本発明の基板の熱アニール工程
によって、エッチングレートの問題は解決された。例え
ば、ＴＥＯＳ（テトラ・エトキシ・シラン、Ｓｉ（ＯＣ
₂Ｈ₅）₄）を原料ガスとして、プラズマＣＶＤ法によ
って成膜される酸化珪素膜に関しては、５５０〜６００
℃で４時間アニールをおこなっても、エッチングレート
は９３０Å／分程度であったが、６４０℃で４時間アニ
ールをおこなえば、８２０Å／分にまで改善される。こ
の値は熱酸化膜やスパッタ法によって形成される酸化珪
素膜よりも１０％程度大きいだけで、このことからオー
バーエッチングが防止され、また、オーバーエッチング
に起因する上記の不良も改善される。そして、下地膜と
して、プラズマＣＶＤ法による酸化珪素膜を用いること
ができるので、量産性が向上する。特に酸素、酸化窒
素、オゾン等の酸化性の雰囲気で熱処理した場合には、
酸化珪素中の炭素や水素の除去ができ、また、珪素の不
対結合手を酸素によって埋めることができたので、より
膜質を向上させることができた。

【００３０】上記のような熱アニール処理を施したガラ
ス基板はその後のより低温での熱処理によっても収縮す
ることがないので、半導体素子・回路を形成するうえで
非常に都合がよい。加えて、下地膜を上記の熱アニール
と徐冷処理の前に形成することによって、下地膜の特性
を高め、半導体素子の特性や歩留りを上げることができ
る。また、選択的に触媒性金属元素を添加しなければな
らない結晶化方式を採用する場合には、５００〜６００
℃の熱アニール工程（結晶化工程）をはさんで、パター
ニング工程が存在したために従来であれば、基板の収縮
が大きな問題であったが、本発明によって、安定してパ
ターニングでき、歩留り高く素子を形成することができ
た。

【００３１】本発明において、下地膜として、プラズマ
ＣＶＤ法による酸化珪素膜を用いることは、量産性の点
で大いにメリットがある。従来は、下地膜の特性やエッ
チングレートを考慮するとスパッタ法による酸化珪素が
最も適していたが、生産性（スルプット）が低いことが
問題であった。本発明によって、プラズマＣＶＤによっ
ても、スパッタ法に匹敵する酸化珪素膜を下地膜として
用いることができるようになった。

【００３２】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例はガラス基板上に形成された結晶
性珪素膜を用いたＰチャネル型ＴＦＴ（ＰＴＦＴとい
う）とＮチャネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴという）とを相補
型に組み合わせた回路を形成する例である。本実施例の
構成は、アクティブ型の液晶表示装置の画素電極のスイ
ッチング素子や周辺ドライバー回路、さらにはイメージ
センサや集積回路に利用することができる。

【００３３】図１に本実施例の作製工程の断面図を示
す。本実施例におけるパターニング工程と主な熱処理工
程（基板の熱アニール／徐冷工程を除く）は以下のよう
になる。ニッケルドーピングマスクのパターニング（図１
（Ａ）参照）結晶化アニール（５５０℃もしくは６００℃、図１
（Ｂ）参照）活性層パターニング（図１（Ｃ）参照）ゲイト電極パターニングコンタクトホールのパターニングソース／ドレイン電極・配線のパターニング（図１
（Ｄ）参照）このうち、の熱アニール工程の前後にパターニング工
程が存在するため基板が該熱アニール工程で収縮しない
ことが求められる。

【００３４】まず、基板（コーニング７０５９）１０１
を洗浄し、ＴＥＯＳと酸素を原料とするプラズマＣＶＤ
法によって厚さ２０００Åの酸化珪素の下地膜１０２を
形成した。次に図９の熱アニール炉を用いて、基板１０
１を歪み点（５９３℃）よりも高い６００〜６６０℃、
例えば６４０℃で１〜４時間、例えば４時間アニール
し、その後、０．１〜０．５℃／分、例えば０．２℃／
分で徐冷し、４５０〜５９０℃、例えば５５０℃まで温
度が低下した段階で取り出した。この冷却速度の制御
は、雰囲気ガスの流入量を変化させることによって行っ
た。この取り出し温度は、この後の熱処理工程の最高温
度以下であることが望ましい。すなわち、本実施例で
は、結晶化アニール温度が、その後の最高温度となるの
で、結晶化アニール温度が６００℃であれば、６００℃
以下の温度で取り出すことが望ましい。また、上記の熱
アニール処理は酸素気流中でおこなった。この熱アニー
ルは、基板の湾曲を防ぐために、水平から±３０度以下
の角度で行うことが望ましい。

【００３５】このような処理を施した基板上に、フォト
レジスト、あるいはエッチングのできるポリイミドや感
光性ポリイミド（フォトニース）によってマスク１０３
を形成し、それをパターニングして、選択的に下地膜を
露出させた領域１００を形成した。（図１（Ａ））そして、スパッタ法によって、厚さ５〜２０Å、例えば
１０Åのニッケル膜を形成した。このニッケル膜は、極
めて薄いので厳密には膜としての形状を示さない。上記
の膜厚の数字は平均的なものである。この際には基板を
１５０〜３００℃に加熱することが好ましかったので、
マスク１０３はそれなりの耐熱性があることが好ましか
った。その後、マスク１０３を取り除いた。そして、プ
ラズマＣＶＤ法によって、厚さ３００〜１５００Å、例
えば８００Åの真性（Ｉ型）の非晶質珪素膜１０４、お
よびプラズマＣＶＤ法によって厚さ２００Åの保護膜１
０６を成膜した。

【００３６】そして、窒素不活性雰囲気化（大気圧）、
５５０℃で８時間、または６００℃で４時間、熱アニー
ルして結晶化させた。この際、ニッケル膜が選択的に成
膜された１００の領域においては、基板１０１に対して
垂直方向に結晶性珪素膜１０４の結晶化が進行した。そ
して、領域１００以外の領域では、矢印で示すように、
領域１００から横方向（基板と平行な方向）に結晶成長
が進行した。ニッケルが直接形成された領域１００の周
辺、および結晶成長の先端の領域はニッケルの濃度の大
きな領域１０５であった。（図１（Ｂ））

【００３７】この工程の後に、珪素膜をパターニングし
て、ＴＦＴの島状の活性層１０４’を形成した。この
際、チャネル形成領域となる部分に結晶成長の先端部
（すなわち、結晶珪素領域と非晶質珪素領域の境界で、
ニッケルの濃度が大きい）が存在しないようにすること
が重要である。こうすることで、ソース／ドレイン間を
移動するキャリアがチャネル形成領域において、ニッケ
ル元素の影響を受けないようにすることができる。この
工程における結晶成長距離、すなわち、ニッケル添加領
域１００から結晶成長の先端まではせいぜい１００μｍ
であった。

【００３８】従来であれば、ニッケル導入マスク１０３
のパターニングと活性層１０４’のパターニングの間に
結晶化アニール工程が存在するために、１０００ｐｐ
ｍ、すなわち、１００ｍｍ角の基板においては上下で５
０μｍもの基板収縮があったために、このような微妙な
パターニングが実施できなかった。しかしながら、本実
施例では基板の収縮が７０ｐｐｍ以下、すなわち、上下
４μｍ以下に抑えられているので、十分可能である。

【００３９】活性層１０４’の大きさはＴＦＴのチャネ
ル長とチャネル幅を考慮して決定される。小さなもので
は、５０μｍ×２０μｍ、大きなものでは１００μｍ×
１０００μｍであった。このような活性層を基板上に多
く形成した。そして、ＴＥＯＳと酸素を原料としてプラ
ズマＣＶＤ法によって厚さ１２００Åの酸化珪素膜１０
７を成膜し、ゲイト絶縁膜とした。（図１（Ｃ））

【００４０】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ６０００〜８０００Å、例えば６０００Åのアルミ
ニウム（０．０１〜０．２％のスカンジウムを含む）を
成膜した。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極１０８、１１０を形成した。さらに、こ
のアルミニウムの電極の表面を陽極酸化して、表面に酸
化物層１０９、１１１を形成した。この陽極酸化は、酒
石酸が１〜５％含まれたエチレングリコール溶液中でお
こなった。得られた酸化物層１０９、１１１の厚さは２
０００Åであった。なお、この酸化物１０９と１１１
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。

【００４１】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（ゲイト
電極１０８とその周囲の酸化層１０９、ゲイト電極１１
０とその周囲の酸化層１１１）をマスクとして、自己整
合的にＰもしくはＮ導電型を付与する不純物を添加し
た。ドーピングガスとして、フォスフィン（ＰＨ₃ ）お
よびジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆）を用い、前者の場合は、加速
電圧を６０〜９０ｋＶ、例えば８０ｋＶ、後者の場合
は、４０〜８０ｋＶ、例えば６５ｋＶとした。ドース量
は１×１０¹⁵〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2、例えば、燐を２×１
０¹⁵ｃｍ^-2、ホウ素を５×１０¹⁵とした。ドーピングに
際しては、一方の領域をフォトレジストで覆うことによ
って、それぞれの元素を選択的にドーピングした。この
結果、Ｎ型の不純物領域１１５と１１７、Ｐ型の不純物
領域１１２と１１４が形成され、Ｐチャネル型ＴＦＴ
（ＰＴＦＴ）の領域とＮチャネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴ）
との領域を形成することができた。

【００４２】その後、レーザー光の照射によってアニー
ルをおこなった。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／ｃ
ｍ² 、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１
（Ｄ））

【００４３】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜１１
８を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成し
た。この層間絶縁物としてはポリイミドまたは酸化珪素
とポリイミドの２層膜を利用してもよい。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ＴＦＴの電極・配線１
１９、１２０、１２１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
を相補型に構成した半導体回路を完成した。（図１
（Ｅ））上記に示す回路は、ＰＴＦＴとＮＴＦＴとを相補型に設
けたＣＭＯＳ構造であるが、上記工程において、２つの
ＴＦＴを同時に作り、中央で切断することにより、独立
したＴＦＴを２つ同時に作製することも可能である。

【００４４】本実施例においては、ニッケルを導入する
方法として、非晶質珪素膜１０４下の下地膜１０２上に
選択的にニッケルを薄膜（極めて薄いので、膜として観
察することは困難である）として形成し、この部分から
結晶成長を行なう方法を採用したが、非晶質珪素膜１０
４を形成後に、選択的にニッケル膜を成膜する方法でも
よい。即ち、結晶成長は非晶質珪素膜の上面からおこな
ってもよいし、下面からおこなってもよい。また、予め
非晶質珪素膜を成膜し、さらにイオンドーピング法を用
いて、ニッケルイオンをこの非晶質珪素膜１０４中に選
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細かく制御することができるという
特徴を有する。またプラズマ処理やＣＶＤ法による方法
でもよい。

【００４５】〔実施例２〕本実施例は、アクティブ型の
液晶表示装置において、Ｎチャネル型ＴＦＴをスイッチ
ング素子として各画素に設けた例である。以下において
は、一つの画素について説明するが、他に多数（一般に
は数十万）の画素が同様な構造で形成される。また、Ｎ
チャネル型ＴＦＴだけではなくＰチャネル型ＴＦＴでも
よいことはいうまでもない。また、液晶表示装置の画素
部分に設けるのではなく、周辺回路部分にも利用でき
る。また、イメージセンサや他の装置に利用することが
できる。即ち薄膜トランジタと利用するのであれば、特
にその用途が限定されるものではない。

【００４６】本実施例の作製工程の概略を図２に示す。
本実施例において、基板２０１としては日本電気硝子社
製ＯＡ−２基板（歪み点６３５℃、厚さ１．１ｍｍ、３
００×４００ｍｍ）を使用した。まず、基板２０１に下
地膜２０２（酸化珪素）をプラズマＣＶＤ法で２０００
Åの厚さに形成した。ＣＶＤの原料ガスとしてはＴＥＯ
Ｓと酸素を用いた。このような熱処理を施した基板を歪
み点以上の温度の７００℃で２時間アニールした後、
０．２℃／分で６００℃まで徐冷した。熱アニールおよ
び徐冷は酸素気流中でおこなった。以上の熱処理によっ
て基板の収縮は大幅に低減された。例えば６００℃、４
時間のアニールでは２０ｐｐｍ、５５０℃、４時間のア
ニールでは１０ｐｐｍの収縮しか観察されなかった。

【００４７】この後、選択的にニッケルを導入するため
に、ポリイミドにより、マスク２０３を形成した。そし
て、スパッタリング法によりニッケル膜を成膜した。こ
のニッケル膜は、スパッタリング法によって、厚さ５〜
２００Å、例えば２０Åの厚さに形成した。このように
して、選択的に領域２０４にニッケル膜が形成された。
（図２（Ａ））

【００４８】この後、ＬＰＣＶＤ法もしくはプラズマＣ
ＶＤ法で非晶質珪素膜２０５を１０００Åの厚さに形成
し、また、プラズマＣＶＤ法によって厚さ２００Åの酸
化珪素膜２０６を保護膜として形成した。そして、４５
０℃で１時間脱水素化をおこなった後、加熱アニールに
よって結晶化をおこなった。このアニール工程は、窒素
雰囲気下、６００℃で４時間おこなった。このアニール
工程において、非晶質珪素膜２０５下の２０４の領域に
は、ニッケル膜が形成されているので、この部分から結
晶化が起こった。この結晶化の際、ニッケルが成膜され
ている領域２０４では、基板２０１に垂直方向に珪素の
結晶成長が進行した。また、矢印で示されるように、ニ
ッケルが成膜されいていない領域（領域２０５以外の領
域）においては、基板に対し、平行な方向に結晶成長が
進行した。（図２（Ｂ））

【００４９】この熱アニール工程の後、結晶化した珪素
膜をパターニングしてＴＦＴの島状活性層２０５’のみ
を残存させ、その他を除去した。この際、結晶成長した
結晶の先端部が活性層、なかでもチャネル形成領域に存
在しないようにすることが重要である。具体的には、図
２（Ｂ）の珪素膜２０５のうち、少なくとも結晶化の先
端部とニッケルが導入された２０４の部分をエッチング
で除去し、結晶性珪素膜２０５の基板に平行な方向に結
晶成長した中間部分を活性層として利用することが好ま
しい。これは、ニッケルが結晶成長先端部および導入部
に集中して存在している事実を踏まえ、この先端部に集
中したニッケルがＴＦＴの特性に悪影響を及ぼすことを
防ぐためである。

【００５０】その後、ＴＥＯＳを原料として、酸素雰囲
気中のプラズマＣＶＤ法によって、酸化珪素のゲイト絶
縁膜（厚さ７０〜１２０ｎｍ、典型的には１２０ｎｍ）
２０７を形成した。基板温度は３５０℃とした。（図２
（Ｃ））次に公知の多結晶珪素を主成分とした膜をＣＶＤ法で形
成し、パターニングを行うことによって、ゲイト電極２
０８を形成した。多結晶珪素には導電性を向上させるた
めに不純物として燐を０．１〜５％導入した。

【００５１】その後、Ｎ型の不純物として、燐をイオン
ドーピング法で注入し、自己整合的にソース領域／ドレ
イン領域２１０、チャネル形成領域２０９を形成した。
そして、５５０℃で４時間のアニールをおこなうことに
よって、イオン注入のために結晶性の劣化した珪素膜の
結晶性を改善させた。もともと結晶化を助長させる効果
のあるニッケルを含有していたため、活性層の結晶化は
容易であった。この熱アニールによって、このＴＦＴの
ソース／ドレインのシート抵抗は３００〜８００Ω／ｃ
ｍ² となった。（図２（Ｄ））

【００５２】その後、酸化珪素またはポリイミドによっ
て層間絶縁物２１１を形成し、さらに、画素電極２１２
をＩＴＯによって形成した。そして、コンタクトホール
を形成して、ＴＦＴのソース／ドレイン領域にクロム／
アルミニウム多層膜で電極２１３、２１４を形成し、こ
のうち一方の電極２１４はＩＴＯ２１２にも接続するよ
うにした。最後に、水素中で２００〜４００℃で２時間
アニールして、水素化をおこなった。このようにして、
ＴＦＴを完成した。この工程は、同時に他の多数の画素
領域においても同時におこなわれる。また、より耐湿性
を向上させるために、全面に窒化珪素等でパッシベーシ
ョン膜を形成してもよい。（図２（Ｅ））

【００５３】本実施例で作製したＴＦＴは、ソース領
域、チャネル形成領域、ドレイン領域を構成する活性層
として、キャリアの流れる方向に結晶成長させた結晶性
珪素膜を用いているので、結晶粒界をキャリアが横切る
ことがなく、即ちキャリアが針状の結晶の結晶粒界に沿
って移動することになるから、キャリアの移動度の高い
ＴＦＴを得ることができる。本実施例で作製したＴＦＴ
はＮチャネル型であり、その移動度は、９０〜１３０
（ｃｍ² ／Ｖｓ）であった。従来の６００℃、４８時間
の熱アニールによる結晶化によって得られた結晶珪素膜
を用いたＮチャネル型ＴＦＴの移動が、５０〜７０（ｃ
ｍ² ／Ｖｓ）であったことと比較すると、これは大きな
特性の向上である。

【００５４】また、本実施例は、ドーピング不純物の活
性化に熱アニールの手段を用いているが、これは、実施
例１のようなレーザー光を用いる場合に比べて、穏やか
な反応であり、特に、レーザーアニールにおいては、ゲ
イト電極部の影の部分とレーザー照射される部分の境界
の結晶性の不連続性が信頼性低下の原因となっていた
が、本実施例ではチャネル形成領域もソース／ドレイン
領域も同様に加熱されるので、特に信頼性の点で優れて
いた。

【００５５】〔実施例３〕図３を用いて、本実施例を説
明する。基板としては、コーニング社製１７３３番ガラ
ス（歪み点６４０℃）を用いた。ガラス基板３０１上に
プラズマＣＶＤ法によって下地膜３０２を形成し、さら
に、基板を歪み点以上の７００℃の一酸化二窒素（Ｎ₂
Ｏ）雰囲気中で１時間アニールした後、０．２℃／分で
６００℃まで徐冷した。そして、プラズマＣＶＤ法によ
って厚さ３００〜８００Åの非晶質珪素膜３０４を成膜
した。さらに、厚さ１０００Åの酸化珪素のマスク３０
３を用いて３００で示される領域にニッケル膜を実施例
１と同様にして成膜した。次に５５０℃、８時間の加熱
アニールを行い、珪素膜３０４の結晶化を行った。この
際、矢印３０５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した。（図３（Ａ））

【００５６】次に、マスク３０３（結晶化アニールの際
の保護膜でもある）を除去し、珪素膜３０４をパターニ
ングして、島状の活性層領域３０６および３０７を形成
した。この際、図３（Ａ）で３００で示された領域が、
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、実施例１および２で示
したように結晶成長の終点にも、やはりニッケルが高濃
度に存在する。これらの領域は、その間の結晶化してい
る領域に比較してニッケルの濃度が１桁近く高いことが
判明している。したがって、本実施例においては、アク
ティブ素子、例えばＴＦＴを形成するための領域である
活性層領域３０６、３０７はこれらのニッケル濃度の高
い領域を避けてパターニングし、ニッケルの高濃度領域
を意図的に除去した。活性層のエッチングは垂直方向に
異方性を有するＲＩＥ法によって行った。（図３
（Ｂ））

【００５７】本実施例では、活性層３０６と３０７とを
利用して相補型に構成されたＴＦＴ回路を得る。すなわ
ち、本実施例の回路はＰＴＦＴとＮＴＦＴが分断されて
いる点で、実施例１の図１（Ｄ）に示す構成と異なる。
すなわち、図１（Ｄ）に示す構造においては、２つのＴ
ＦＴの活性層が連続してつながっており、その中間領域
においてニッケル濃度が高いが、本実施例では、どの部
分を取ってみてもニッケル濃度は低いという特色を有す
る。このため動作の安定性を高めることができる。

【００５８】次いで、厚さ２００〜３０００Åの厚さの
酸化珪素または窒化珪素膜３０８をプラズマＣＶＤ法に
よって形成した。そして、可視・近赤外光のランプアニ
ールをおこなった。赤外線の光源としてはハロゲンラン
プを用いた。波長は結晶性珪素によく吸収される０．５
〜４μｍ、好ましくは０．８〜１．３μｍを用いた。可
視・近赤外光の強度は、モニターの単結晶珪素ウェハー
上の温度が８００〜１３００℃、代表的には９００〜１
２００℃の間にあるように調整した。具体的には、珪素
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た。なお、赤外
光照射は、Ｈ₂ 雰囲気中にておこなった。Ｈ₂雰囲気に
０．１〜１０％のＨＣｌ、その他ハロゲン化水素やフッ
素や塩素、臭素の化合物を混入してもよい。

【００５９】本実施例では可視・近赤外光照射の際に、
酸化珪素または窒化珪素の保護膜が活性層の表面に形成
されており、このため、赤外光照射の際の表面の荒れや
汚染を防止することができた。このようなランプアニー
ル工程を併用することによって、熱アニールによる結晶
化だけでは不十分であった結晶性を向上させることがで
きた。（図３（Ｃ））可視・近赤外光照射後、保護膜３０８を除去した。その
後は実施例１と同様にゲイト絶縁膜３０９、ゲイト電極
３１０、３１１を形成した。ゲイト電極としてはタンタ
ルを用い、ゲイト電極の表面には陽極酸化法によって、
酸化タンタルの被膜を１０００〜３０００Å、例えば３
０００Å形成した。そして、実施例１と同様にイオンド
ーピング法によって不純物元素を導入し、ソース／ドレ
イン領域を形成した。

【００６０】この不純物の活性化にはランプアニール法
を用いた。赤外線の光源としてはハロゲンランプを用い
た。波長が０．５〜４μｍ、好ましくは０．８〜１．３
μｍの可視・赤外光を３０〜１８０秒照射した。上記波
長の可視・近赤外線は燐またはホウ素が１０¹⁹〜１０²¹
ｃｍ^-3添加された非晶質珪素へは吸収されやすく、１０
００℃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。
特に本実施例では事前に基板の収縮が起こらないような
処理が施してあるのでなおさらである。

【００６１】可視・近赤外光の強度は、モニターの単結
晶珪素ウェハー上の温度が８００〜１３００℃、代表的
には９００〜１２００℃の間にあるように調整した。具
体的には、珪素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
た。なお、赤外光照射は、Ｈ₂ 雰囲気中にておこなっ
た。Ｈ₂雰囲気に０．１〜１０％のＨＣｌ、その他ハロ
ゲン化水素やフッ素や塩素、臭素の化合物を混入しても
よい。（図３（Ｄ））

【００６２】その後、層間絶縁物３１２を成膜して、こ
れにコンタクトホールを形成し、メタル配線３１３、３
１４、３１５を形成した。さらに、１気圧の水素雰囲気
中で２５０〜４００℃、例えば３５０℃でアニールする
ことによって、水素化をおこなった。（図３（Ｅ））このようにして、相補型ＴＦＴ回路を形成した。本実施
例ではランプアニール（可視・近赤外光照射）の際に活
性層の表面に保護膜が形成されており、表面の荒れや汚
染が防止される。このため、本実施例のＴＦＴの特性
（電界移動度やしきい値電圧）および信頼性は極めて良
好であった。

【００６３】〔実施例４〕図６を用いて、本実施例を説
明する。基板としては、ＮＨテクノグラス社製のＮＡ４
５ガラス（歪み点６１０℃）を用いた。ガラス基板６０
１上にプラズマＣＶＤ法によって２層の下地膜を形成し
た。まず、基板上に窒化珪素膜６０２を１０００Å成膜
し、さらに酸化珪素膜６０３を１０００Å成膜した。以
上の成膜は連続的におこなった。窒化珪素膜６０２を形
成する理由は、ガラス基板からの可動イオン等による汚
染をなくすためである。

【００６４】さらに、基板を歪み点以上の６５０℃の一
酸化二窒素（Ｎ₂Ｏ）雰囲気中で１時間アニールした
後、０．２℃／分で５００℃まで徐冷した。そして、プ
ラズマＣＶＤ法によって厚さ３００〜８００Å、例え
ば、５００Åの非晶質珪素膜６０４を成膜した。さら
に、厚さ１０００Åの酸化珪素のマスク６０５を形成し
た。そして、酢酸ニッケル水溶液を用いたスピンコーテ
ィング法によって、酢酸ニッケル膜６０６を形成した。
ニッケルの濃度は５０〜３００ｐｐｍ、例えば、１００
ｐｐｍとした。このとき、酢酸ニッケル膜６０６は数〜
数十Å程度と極めて薄いため膜になってるとは限らな
い。（図６（Ａ））

【００６５】次に５５０℃、８時間の加熱アニールをお
こない、非晶質珪素膜６０４を結晶化せしめた。この
際、矢印で示されるように、基板に対して平行な方向に
結晶成長が進行した。次に、マスク６０５（結晶化アニ
ールの際の保護膜でもある）を除去した後、結晶性の向
上のためにレーザー結晶化を施した。ＫｒＦエキシマレ
ーザー光（波長２４８ｎｍ）を２００〜３００ｍＪ／ｃ
ｍ²で照射することによって、結晶性珪素膜６０７が得
られた。（図６（Ｂ））

【００６６】その後、結晶性珪素膜６０７をパターニン
グして、島状の活性層領域６１１を形成した。この際、
図６（Ｂ）で６０８で示された領域が、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、実施例１および２で示したように結晶
成長の終点６０９、６１０にも、やはりニッケルが高濃
度に存在する。これらの領域は、その間の結晶化してい
る領域に比較してニッケルの濃度が１桁近く高いことが
判明している。したがって、本実施例においては、アク
ティブ素子、例えば画素ＴＦＴを形成するための領域で
ある活性層領域はこれらのニッケル濃度の高い領域を避
けてパターニングし、ニッケルの高濃度領域を意図的に
除去した。活性層のエッチングは垂直方向に異方性を有
するＲＩＥ法によっておこなった。

【００６７】次いで、ゲイト絶縁膜６１２として、厚さ
２００〜３０００Å、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。その後、厚さ１
０００Å〜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形成した。
そして、フォトレジストをスピンコーティング法によっ
て形成した。フォトレジスト形成前に、陽極酸化法によ
って厚さ１００〜１０００Åの酸化アルミニウム膜を表
面に形成しておくと、フォトレジストの密着性が良くな
る。その後、フォトレジストとアルミニウム膜をパター
ニングして、ゲイト電極６１３を形成した。エッチング
終了後も、フォトレジストは剥離せず、ゲイト電極６１
３上にマスク膜６１４として残存せしめた。

【００６８】さらに、これに電解溶液中で電流を通じて
ポーラス陽極酸化し、厚さ３０００〜６０００Å、例え
ば、厚さ５０００Åのポーラス型陽極酸化物６１５を形
成した。ポーラス陽極酸化は、３〜２０％のクエン酸も
しくはショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性水溶液
を用いておこない、５〜３０Ｖの一定電流をゲイト電極
に印加すればよい。本実施例においてはショウ酸溶液
（３０℃）中で、電圧を１０Ｖとし、２０〜４０分、陽
極酸化した。ポーラス型陽極酸化物の厚さは陽極酸化を
おこなう時間によって制御した。（図６（Ｃ））

【００６９】その後、マスク６１４を剥離してバリヤ陽
極酸化をおこなった。この際には、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、アルミニウムの電極を陽極として、徐々に電圧
を上げて陽極酸化を進行させた。このようにして、緻密
で耐圧の高いバリヤ型陽極酸化物６１６が形成された。
そして、ゲイト絶縁膜６１２をドライエッチング法によ
ってエッチングした。このとき、陽極酸化物６１５、６
１６はエッチングされず、ゲイト絶縁膜６１２のみがエ
ッチングされ、島状の活性層６１１が現れた時点でエッ
チングを終了した。その結果、ポーラス型陽極酸化物６
１５の下のゲイト絶縁膜６１２’はエッチングされずに
残った。（図６（Ｄ））

【００７０】その後、ポーラス型陽極酸化物６１５をエ
ッチングして、除去した。そして、イオンドーピング法
によって、島状の活性層６１１にゲイト電極部（ゲイト
電極、バリヤ型陽極酸化物、酸化珪素膜）をマスクとし
て、自己整合的に不純物として硼素を注入て、Ｐ型不純
物領域６１７が形成された。ここでは、ドーピングガス
にジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を使用した。このとき、硼素の
ドーズ量は１〜４×１０¹⁵原子／ｃｍ²、加速電圧を１
０ｋＶとした。ここで、加速電圧が低いため、ゲイト絶
縁膜の下部にはドーピングされず硼素は導入されず、オ
フセット領域が形成された。（図６（Ｅ））

【００７１】さらに、これを３５０〜５５０℃、例え
ば、５００℃、４時間の熱アニールをおこない、ドーピ
ングされた不純物の活性化をおこなった。さらに、より
活性化を進めるためにＫｒＦエキシマレーザー（波長２
４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射した。レーザ
ーのエネルギー密度は２００〜４００ｍＪ／ｃｍ²、好
ましくは２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ²が適当であった。
この際、ゲイト絶縁膜６１２’の下に存在するＰＩ接合
は、レーザー照射によって十分に活性化された。ここ
で、熱アニールによって活性化をおこなっても構わな
い。つぎに、層間絶縁膜６１９として酸化珪素膜を、プ
ラズマＣＶＤ法によって３０００Åに成膜した。

【００７２】そして、層間絶縁膜６１９のエッチングを
おこない、ソース領域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、パターニングをおこないソース電極６１９を形成
した。（図６（Ｆ））最後にパッシベーション膜６２０として厚さ１０００〜
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６１８を
エッチングしてドレインにコンタクトホールを形成し
た。その後、インディウム錫酸化物膜（ＩＴＯ膜）を形
成して、これをエッチングして画素電極６２１を形成し
た。（図６（Ｇ））以上のようにして、Ｐチャネル型のオフセット領域を有
する画素ＴＦＴが形成された。

【００７３】〔実施例５〕図７を用いて、本実施例を説
明する。基板としては、コーニング社製１７３３番ガラ
スを用いた。まず、ガラス基板７０１上に下地膜を形成
した。ここでは、基板上にスパッタリング法によって窒
化アルミニウム膜７０２を１０００Å成膜し、さらにプ
ラズマＣＶＤ法によって酸化珪素膜７０３を１０００Å
成膜し、２層から成る下地膜を形成した。窒化アルミニ
ウム膜７０２を形成する理由は、ガラス基板からの可動
イオン等による汚染をなくすためである。

【００７４】さらに、基板を歪み点以上の７００℃の窒
素（Ｎ₂）雰囲気中で１時間アニールした後、０．２℃
／分で６００℃まで徐冷した。そして、プラズマＣＶＤ
法によって厚さ３００〜８００Å、例えば、５００Åの
非晶質珪素膜７０４を成膜した。さらに、厚さ１０００
Åの酸化珪素のマスク７０５を形成した。そして、酢酸
ニッケル溶液を用いたスピンコーティング法によって、
酢酸ニッケル膜７０６を形成した。（図７（Ａ））

【００７５】次に５５０℃、８時間の加熱アニールをお
こない、非晶質珪素膜７０４の結晶化をおこなった。こ
の際、矢印で示されるように、基板に対して平行な方向
に結晶成長が進行した。次に、マスクを除去した後、結
晶性の向上のためにレーザー結晶化を施した。ＫｒＦエ
キシマレーザー光を２００〜３００ｍＪ／ｃｍ²で照射
することによって、結晶性珪素膜７０７が得られた。
（図７（Ｂ））その後、結晶性珪素膜７０７をパターニングして、島状
の活性層領域７１１を形成した。この際、実施例４と同
様に、ニッケルの濃度が高い領域を避けて活性層を形成
した。

【００７６】次いで、ゲイト絶縁膜７１２として、厚さ
２００〜３０００Å、例えば、１２００Åの酸化珪素膜
をプラズマＣＶＤ法によって形成した。その後、厚さ１
０００Å〜３μｍ、例えば、６０００Åのアルミニウム
膜をスパッタリング法によって形成した。そして、実施
例４と同様な方法で、ゲイト電極７１３、フォトレジス
トのマスク７１４、ポーラス陽極酸化物７１５を形成し
た。（図７（Ｃ）

【００７７】その後、マスク７１４を剥離してバリヤ陽
極酸化をおこない，バリヤ型陽極酸化物７１６を形成し
た。そして、ゲイト絶縁膜をドライエッチング法によっ
てエッチングしたその結果、ポーラス型陽極酸化物７１
６の下のゲイト絶縁膜７１２’が残った。（図７
（Ｄ））その後、ポーラス型陽極酸化物７１５をエッチングし
て、除去し、イオンドーピング法によって、島状の活性
層領域７１１にゲイト電極部（ゲイト電極、バリヤ型陽
極酸化物、酸化珪素膜）をマスクとして、自己整合的に
不純物として硼素を注入して、Ｐ型不純物領域７１７が
形成された。（図７（Ｅ））

【００７８】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、不純物
領域７１７の活性化をおこなった。さらに、ソース／チ
ャネル、ドレイン／チャネル間の接合を良くするため
に、３５０〜５５０℃、例えば、５００℃で４時間の熱
アニールをおこなった。つぎに、層間絶縁膜７１８とし
て酸化珪素膜を、プラズマＣＶＤ法によって３０００Å
に成膜した。そして、層間絶縁膜７１８のエッチングを
おこない、ソース領域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、パターニングをおこないソース電極７１９を形成
した。（図７（Ｆ））最後にパッシベーション膜７２０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７１８を
エッチングしてドレインにコンタクトホールを形成し
た。その後、インディウム錫酸化物膜（ＩＴＯ膜）を形
成して、これをエッチングして画素電極７２１を形成し
た。（図７（Ｇ））以上のようにして、Ｐチャネル型のオフセット領域を有
する画素ＴＦＴが形成された。

【００７９】〔実施例６〕図８を用いて、本実施例を説
明する。基板としては、コーニング社製７０５９番ガラ
スを用いた。まず、ガラス基板８０１上に下地膜を形成
した。ここでは、基板上にプラズマＣＶＤ法によって酸
化珪素膜８０２を１０００Å成膜し、さらにプラズマＣ
ＶＤ法によって窒化酸化珪素膜８０３を１０００Å成膜
し、２層から成る下地膜を形成した。

【００８０】さらに、基板を歪み点以上の６４０℃のア
ンモニア（ＮＨ₃）雰囲気中で１時間アニールした後、
０．２℃／分で４００℃まで徐冷した。そして、プラズ
マＣＶＤ法によって厚さ３００〜８００Å、例えば、５
００Åの非晶質珪素膜８０４を成膜した。さらに、厚さ
１０００Åの酸化珪素のマスク８０５を形成した。そし
て、酢酸ニッケル溶液を用いたスピンコーティング法に
よって、酢酸ニッケル膜８０６を形成した。（図８
（Ａ））次に５５０℃、８時間の加熱アニールをおこない、非晶
質珪素膜８０４の結晶化をおこなった。この際、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
進行した。

【００８１】次に、マスクを除去した後、結晶性の向上
のためにレーザー結晶化を施した。ＫｒＦエキシマレー
ザー光を２００〜３００ｍＪ／ｃｍ²で照射することに
よって、結晶性珪素膜８０７が得られた。（図８
（Ｂ））その後、結晶性珪素膜８０７をパターニングして、島状
の活性層領域８１１を形成した。この際、実施例４と同
様に、ニッケルの濃度が高い領域を避けて活性層を形成
した。この際、ＲＩＥ法によって、エッチングをおこな
ったが、窒化酸化珪素膜８０３のエッチングレートは珪
素膜に比較して非常に小さかったので、下地膜のオーバ
ーエッチは少なかった。

【００８２】次いで、ゲイト絶縁膜８１２として、厚さ
２００〜３０００Å、例えば、１２００Åの酸化珪素膜
をプラズマＣＶＤ法によって形成した。その後、厚さ１
０００Å〜３μｍ、例えば、６０００Åのアルミニウム
膜をスパッタリング法によって形成した。そして、実施
例４と同様な方法で、ゲイト電極８１３、フォトレジス
トのマスク８１４、ポーラス陽極酸化物８１５を形成し
た。（図８（Ｃ））

【００８３】その後、マスク８１４を剥離してバリヤ陽
極酸化をおこない，バリヤ型陽極酸化物８１６を形成し
た。そして、ゲイト絶縁膜をドライエッチング法によっ
てエッチングしたその結果、ポーラス型陽極酸化物８１
６の下のゲイト絶縁膜８１２’が残った。（図８
（Ｄ））

【００８４】その後、ポーラス型陽極酸化物８１５をエ
ッチングして、除去し、イオンドーピング法によって、
島状の活性層領域８１１にゲイト電極部（ゲイト電極、
バリヤ型陽極酸化物、酸化珪素膜）をマスクとして、自
己整合的に不純物として硼素を注入して、Ｐ型不純物領
域８１７が形成された。（図８（Ｅ））さらに、３５０〜５５０℃、例えば、５００℃、４時間
の熱アニールをおこない、ドーピングされた不純物の活
性化をおこなった。そして、より活性化を好ましくおこ
なうために、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎ
ｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射した。その後、ソー
ス／チャネル接合、およびドレイン／チャネル接合の特
性を改善させるために、３５０〜５５０℃、例えば、４
８０℃、１時間のアニールをおこなった。つぎに、層間
絶縁膜８１８として酸化珪素膜を、プラズマＣＶＤ法に
よって３０００Åに成膜した。

【００８５】そして、層間絶縁膜８１８のエッチングを
おこない、ソース領域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、パターニングをおこないソース電極８１９を形成
した。（図８（Ｆ））最後にパッシベーション膜８２０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７１８を
エッチングしてドレインにコンタクトホールを形成し
た。その後、インディウム錫酸化物膜（ＩＴＯ膜）を形
成して、これをエッチングして画素電極８２１を形成し
た。（図８（Ｇ））以上のようにして、Ｐチャネル型のオフセット領域を有
する画素ＴＦＴが形成された。

【００８６】

【発明の効果】上記のように基板を歪み点以上の温度で
熱アニールして、徐冷することによって以後の熱処理に
よる基板の収縮が非常に小さくなった。一般には、実施
例に示したようなニッケルを導入するパターニング工程
（マスク合わせ工程）は、他のパターニング工程に比べ
ると、それほどの精度は要求されない。一方、コンタク
トホールの開孔やゲイト電極の形成のパターニングは数
μｍ以下の精度が要求される。このため、従来はドーピ
ング不純物の活性化は実質的に熱的なプロセスを伴わな
いレーザーアニールが中心であった。

【００８７】しかしながら、本発明によって、かなりの
温度まで基板収縮を抑制できるようになったため、実施
例２に示したような熱アニールや実施例３に示したよう
なランプアニールという、より量産に適した手段を用い
ることができるようになった。このように、本発明は絶
縁基板上の半導体装置の形成に極めて効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のＴＦＴの作製工程を示す。

【図２】実施例２のＴＦＴの作製工程を示す。

【図３】実施例３のＴＦＴの作製工程を示す。

【図４】従来の基板収縮によるパターニングのずれの
例を示す。

【図５】従来のＴＦＴ形成時の下地膜のオーバーエッ
チングの例を示す。

【図６】実施例４のＴＦＴの作製工程を示す。

【図７】実施例５のＴＦＴの作製工程を示す。

【図８】実施例６のＴＦＴの作製工程を示す。

【図９】本発明に用いる熱アニール炉の構成例を示
す。

【符号の説明】

１００ニッケル導入部分１０１ガラス基板１０２下地膜（酸化珪素膜）１０３マスク１０４珪素膜１０４’ 島状珪素膜（活性層）１０５ニッケルの濃度の高い領域１０６保護膜（酸化珪素）１０７ゲイト絶縁膜（酸化珪素膜）１０８ゲイト電極（アルミニウム）１０９陽極酸化層（酸化アルミニウム）１１０ゲイト電極１１１陽極酸化層１１２ソース（ドレイン）領域１１３チャネル形成領域１１４ドレイン（ソース）領域１１５ソース（ドレイン）領域１１６チャネル形成領域１１７ドレイン（ソース）領域１１８層間絶縁物１１９電極１２０電極１２１電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大谷久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 (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２−102150（ＪＰ，Ａ) 特開平４−85969（ＪＰ，Ａ) 特開平６−296023（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−315141（ＪＰ，Ａ) 特許2753954（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 21/20 H01L 21/324 H01L 27/12 C03B 25/02 G02F 1/3333 G02F 1/1368

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス基板の上に下地膜を形成する第１の
工程と、該ガラス基板を歪み点以上の温度で加熱した後、前記歪
み点以下の温度まで２℃／分以下の速度で冷却する第２
の工程と、前記下地膜の上に非晶質珪素膜を形成する第３の工程
と、前記非晶質珪素膜に結晶化を助長させる金属元素を導入
する第４の工程と、前記非晶質珪素膜を、前記金属元素を用いて、前記歪み
点を超えない温度で加熱してすることによって結晶化す
る第５の工程と、前記非晶質珪素膜の加熱後、１０〜３００℃／分の速度
で冷却する第６の工程と、を有し、前記結晶化された珪素膜を用いて半導体装置を作製する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】ガラス基板の上に下地膜を形成する第１の
工程と、該ガラス基板を歪み点以上の温度で加熱した後、前記歪
み点以下の温度まで０．５℃／分以下の速度で冷却する
第２の工程と、前記下地膜の上に非晶質珪素膜を形成する第３の工程
と、前記非晶質珪素膜に結晶化を助長させる金属元素を導入
する第４の工程と、前記非晶質珪素膜を、前記金属元素を用いて、前記歪み
点を超えない温度で加熱してすることによって結晶化す
る第５の工程と、前記非晶質珪素膜の加熱後、１０〜３００℃／分の速度
で冷却する第６の工程と、を有し、前記結晶化された珪素膜を用いて半導体装置を作製する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】ガラス基板の上に下地膜を形成する第１の
工程と、該ガラス基板を歪み点以上の温度で加熱した後、前記歪
み点以下の温度まで０．３℃／分以下の速度で冷却する
第２の工程と、前記下地膜の上に非晶質珪素膜を形成する第３の工程
と、前記非晶質珪素膜に結晶化を助長させる金属元素を導入
する第４の工程と、前記非晶質珪素膜を、前記金属元素を用いて、前記歪み
点を超えない温度で加熱してすることによって結晶化す
る第５の工程と、前記非晶質珪素膜の加熱後、１０〜３００℃／分の速度
で冷却する第６の工程と、を有し、前記結晶化された珪素膜を用いて半導体装置を作製する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】ガラス基板の上に下地膜を形成する第１の
工程と、該ガラス基板を歪み点以上の温度で加熱した後、前記歪
み点以下の温度まで２℃／分以下の速度で冷却する第２
の工程と、前記下地膜の上に非晶質珪素膜を形成する第３の工程
と、前記非晶質珪素膜に結晶化を助長させる金属元素を選択
的に導入する第４の工程と、前記非晶質珪素膜を、前記歪み点を超えない温度で加熱
することによって結晶化する第５の工程と、を有し、前記結晶化は、前記金属元素が選択的に導入された領域
から横方向に結晶成長が行われ、前記結晶化された珪素膜を用いて半導体装置を作成する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】ガラス基板の上に下地膜を形成する第１の
工程と、該ガラス基板を歪み点以上の温度で加熱した後、前記歪
み点以下の温度まで０．５℃／分以下の速度で冷却する
第２の工程と、前記下地膜の上に非晶質珪素膜を形成する第３の工程
と、前記非晶質珪素膜に結晶化を助長させる金属元素を選択
的に導入する第４の工程と、前記非晶質珪素膜を、前記歪み点を超えない温度で加熱
して結晶化する第５の工程と、を有し、前記結晶化は、前記金属元素が選択的に導入された領域
から横方向に結晶成長が行われ、前記結晶化された珪素膜を用いて半導体装置を作成する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】ガラス基板の上に下地膜を形成する第１の
工程と、該ガラス基板を歪み点以上の温度で加熱した後、前記歪
み点以下の温度まで０．３℃／分以下の速度で冷却する
第２の工程と、前記下地膜の上に非晶質珪素膜を形成する第３の工程
と、前記非晶質珪素膜に結晶化を助長させる金属元素を選択
的に導入する第４の工程と、前記非晶質珪素膜を前記歪み点を超えない温度で加熱し
て結晶化する第５の工程と、を有し、前記結晶化は、前記金属元素が選択的に導入された領域
から横方向に結晶成長が行われ、前記結晶化された珪素膜を用いて半導体装置を作成する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】請求項４乃至請求項６のいずれか１項にお
いて、前記非晶質珪素膜の加熱後、１０〜３００℃／分の速度
で冷却す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１乃至請求項６のいずれか１項にお
いて、前記結晶化された珪素膜の上に酸化珪素膜もしくは窒化
珪素膜を形成した後、該結晶化された珪素膜に可視光も
しくは赤外光を照射することを特徴とする半導体装置の
作製方法。
【請求項９】請求項１乃至請求項６のいずれか項におい
て、前記結晶化された珪素膜にエキシマレーザー光を照射す
ることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】請求項１乃至請求項９のいずれか１項に
おいて、前記歪み点以上の温度は、６００〜６６０℃であること
を特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１１】請求項１乃至請求項１０のいずれか１項
において、前記下地膜は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒化アルミニ
ウム膜、またはこれらを２層以上重ねた多層膜であるこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】請求項１乃至請求項１１のいずれか１項
に記載の作製方法を用いて形成されたことを特徴とする
半導体装置。
【請求項１３】請求項１２において、前記半導体装置は、前記結晶化された珪素膜を活性層と
して有する薄膜トランジスタであることを特徴とする半
導体装置。
【請求項１４】請求項１２において、前記半導体装置は、前記結晶化された珪素膜を活性層と
して有する薄膜トランジスタを用いた薄膜集積回路であ
ることを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】請求項１２において、前記半導体装置は、液晶表示装置であり、前記液晶表示装置は、複数の画素を有する画素領域及び
周辺回路を有し、前記複数の画素の各画素にはスイッチング素子が設けら
れており、前記スイッチング素子は、前記結晶化された珪素膜を活
性層として有する薄膜トランジスタであることを特徴と
する半導体装置。