JP3535275B2 - 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】本明細書で開示する発明は、薄膜
トランジスタの作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、石英基板やガラス基板上に形成さ
れる薄膜トランジスタが注目されている。この薄膜トラ
ンジスタは、主にアクティブマトリクス型の液晶表示装
置に利用される。

【０００３】以下にガラス基板上に薄膜トランジスタを
作製する場合の概略の工程を説明する。まずガラス基板
上に下地の酸化珪素膜を成膜し、さらに非晶質珪素膜を
プラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法で成膜する。そして
加熱処理やレーザー光の照射を行うことにより、非晶質
珪素膜を結晶性珪素膜に変成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記ような構成を採用
した場合、以下のような点が問題となる。 １．得られる結晶性珪素膜の結晶性が不十分である。 ２．ゲイト絶縁膜の膜質とゲイト絶縁膜と活性層との界
面特性が良好なものが得られない。この結果、薄膜トラ
ンジスタの特性が不安定になってしまう

【０００５】本発明者らの研究によれば、上記ような問
題を解決する手段として、以下に示すような方法があ
る。 １．基板として石英基板を用い、非晶質珪素膜の結晶化
のための加熱温度を高くする。 ２．ゲイト絶縁膜の形成を熱酸化法を用いて形成する。

【０００６】上記のような方法を用いることにより、結
晶性珪素膜の結晶性の向上とゲイト絶縁膜の膜質の改善
を計ることができる。しかし、必要とする特性を得るた
めには、さたに高い結晶性を実現する必要がある。ま
た、ゲイト絶縁膜の膜質についてもさらに高いものが必
要とされる。特に活性層とゲイト絶縁膜との界面特性を
さらに向上させることが要求される。

【０００７】また上記ような要求事項を満たすととも
に、作製工程を削減することが求められる。これは、生
産コストを極力下げるとともに、生産歩留りを高めるた
めである。

【０００８】本明細書で開示する発明は、優れた膜質を
有するゲイト絶縁膜を得ることを改題とする。即ち、膜
中にピンホールが欠陥が存在しないようなゲイト絶縁膜
を得ることを課題とする。

【０００９】また本明細書で開示する発明が解決せんと
する他の課題は、活性層とゲイト絶縁膜との界面特性が
良好な薄膜トランジスタを提供することを課題とする。

【００１０】さらに本明細書で開示する発明が解決せん
とする他の課題は、上記課題の少なくとも一つを解決し
た上でさらに高い結晶性の活性層を有する薄膜トランジ
スタを提供することを課題とする。

【００１１】さらに本明細書で開示する発明が解決せん
とする他の課題は、上記課題の少なくとも一つを解決す
ると同時に作製工程を少なくする技術を提供することを
課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の一つは、絶縁表面上に珪素の結晶化を助長する金属元
素を接して保持させる工程と、前記絶縁表面上に非晶質
珪素膜を成膜する工程と、前記非晶質珪素膜をパターニ
ングし島状の領域を形成する工程と、前記島状の領域を
覆ってゲイト絶縁膜を成膜する工程と、加熱処理を施し
前記非晶質珪素膜の結晶化と前記ゲイト絶縁膜のアニー
ルとを同時に行う工程と、を有することを特徴とする。

【００１３】上記構成において、絶縁表面とは、絶縁表
面を有する基板、半導体素子が形成された上に絶縁膜を
形成した単結晶珪素基板、熱酸化膜を形成した単結晶珪
素基板、等を挙げることができる。またその他に各種ガ
ラス基板、石英基板を挙げることができる。絶縁表面を
形成する絶縁膜は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化
珪素膜、これら絶縁膜の積層膜を挙げることができる。
また本明細書においては、ガラス基板上に酸化珪素膜等
の絶縁膜が形成されている場合であっても単に基板とい
うものとする。

【００１４】珪素の結晶化を助長する金属元素として
は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉ
ｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複
数種類の元素が用いられることができる。特にＮｉ（ニ
ッケル）を用いることがその再現性や効果の点から好ま
しい。

【００１５】加熱処理は、４５０℃〜１１００℃、また
は４５０℃〜（基板が耐える温度）の範囲で行うことが
できる。一般にガラス基板（石英基板も含む）を用いる
場合には、の加熱処理温度の上限をガラス基板の歪点以
下とすることが必要である。

【００１６】得られる結晶性珪素膜の結晶性をより高い
ものとするには、上記の加熱処理温度を非晶質珪素膜の
結晶化温度以上とすることが必要となる。非晶質珪素膜
の結晶化温度は、非晶質珪素膜の成膜方法や成膜条件に
よって異なるものであるが、一般に５８０℃〜６２０℃
程度である。なおこの結晶化温度は、ニッケル等の珪素
の結晶化を助長する金属元素を利用することで、５００
℃〜５５０℃程度まで下げることができる。

【００１７】従って良好な結晶性を得るためには、一般
的に７５０℃〜１１００℃以下の温度で加熱処理を行う
ことが好ましい。なお、ランプアニール等の瞬間的な加
熱を行う方法を加熱処理に利用することは好ましくな
い。これは、結晶成長が一様に進行しないからである。

【００１８】他の発明の構成は、絶縁表面上に珪素の結
晶化を助長する金属元素を接して保持させる工程と、前
記絶縁表面上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、前記非
晶質珪素膜上に絶縁膜を形成する工程と、加熱処理を施
し前記非晶質珪素膜の結晶化と前記絶縁膜のアニールと
を同時に行う工程と、を有することを特徴とする。

【００１９】他の発明の構成は、非晶質珪素膜の下面に
接して珪素の結晶化を助長する金属元素を保持させる工
程と、前記非晶質珪素膜上に絶縁膜を形成する工程と、
加熱処理を施し前記非晶質珪素膜を結晶化させると同時
に前記絶縁膜のアニールを同時に行うことを特徴とす
る。

【００２０】他の発明の構成は、絶縁表面上に珪素の結
晶化を助長する金属元素を接して保持させる工程と、前
記絶縁表面上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、酸化性
雰囲気中で加熱処理を行い前記非晶質珪素膜を結晶化さ
せるとともに前記非晶質珪素膜上に熱酸化膜を成膜する
工程と、を有することを特徴とする。

【００２１】

【作用】非晶質珪素膜の下面に接して珪素の結晶化を助
長する金属元素を接して保持させ、さらに非晶質珪素膜
をパターニングすることにより活性層を形成し、さらに
ゲイト絶縁膜を形成し、その後に熱処理を行うことによ
って、活性層の結晶化とゲイト絶縁膜のアニールとを同
時に行うことができる。

【００２２】また、加熱処理を酸化性雰囲気で行うこと
により、熱酸化法によりゲイト絶縁膜を同時に形成する
ことができる。このような構成とした場合、活性層とゲ
イト絶縁膜とを一体化して構成することができるので、
界面特性を著しく向上させることができる。また、作製
工程を減らすことができる。また熱酸化法を用いること
で、ゲイト絶縁膜の膜質を向上させることができる。こ
の結晶化の工程と熱酸化膜の形成の工程とを兼ねる方法
においては、加熱の温度を７５０℃以上の温度、好まし
くは９００℃以上で行うとよい。こうすることで、良好
な結晶性を有した珪素膜の形成と良好な界面特性並びに
良好な膜質を有するゲイト絶縁膜の形成を行うことがで
きる。

【００２３】

【実施例】

〔実施例１〕図１及び図２に本実施例の作製工程を示
す。本実施例に示すのは、オフセットゲイト型を有した
Ｐチャネル型とＮチャネル型の薄膜トランジスタをガラ
ス基板上に１組形成する例である。

【００２４】まず図１（Ａ）に示すようにガラス基板１
０２上に下地膜として酸化珪素膜１０３を３０００Å〜
１μｍの厚さにプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法によ
って成膜する。次に珪素の結晶化を助長する金属元素で
あるニッケルを酸化珪素膜１０３の表面に接して保持さ
せた状態とする。

【００２５】具体的には、まず所定のニッケル濃度に調
整されたニッケル酢酸塩溶液を塗布し水膜１０４を形成
する。そしてスピンコーター１０１を用いて余分な溶液
を除去する。こうして図１（Ｂ）に示すように酸化珪素
膜１０３の表面に１０５で示されるようにニッケル元素
が接して保持された状態が実現される。

【００２６】この方法は、ニッケル元素の導入量を制御
することが容易であり、またニッケル元素を均一に導入
することができるという顕著な有意性を有している。

【００２７】なお、酢酸ニッケル塩溶液中におけるニッ
ケル濃度は、最終的に得られる結晶性珪素膜中における
ニッケル濃度が１×１０¹⁵ｃｍ^-3〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3の
範囲となるように調整する必要がある。これはこの濃度
範囲を上回る場合は、金属としての性質が顕在化してし
まうからであり、この濃度を下回る場合は結晶化を助長
する効果が得られないからである。

【００２８】酸化珪素膜１０３の表面にニッケル元素を
１０５で示されるように接して保持させた後、図１
（Ｃ）に示すように非晶質珪素膜１０６を減圧熱ＣＶＤ
法で成膜する。非晶質珪素膜１０６の膜厚は５００Åと
する。

【００２９】図１（Ｃ）に示す状態を得たら、パターニ
ングを行い薄膜トランジスタの活性層１０７と１０８を
形成する。この状態においては、２つの活性層は非晶質
珪素で構成されている。（図１（Ｄ））

【００３０】図１（Ｄ）に示す状態を得たら、紫外線を
照射した状態において５００℃の温度で熱酸化を行い、
活性層の表面に図示しない薄い熱酸化膜を形成する。こ
の熱酸化膜は活性層とゲイト絶縁膜との間の界面特性を
向上させる効果がある。しかし、この熱酸化膜は温度が
低いので、厚さを１００Å程度にしかできない。そこ
で、この上にさらにプラズマＣＶＤ法により、酸化珪素
膜を１０００Åの厚さに成膜する。こうしてゲイト絶縁
膜１１１が形成される。（図１（Ｅ））

【００３１】そして、５５０℃、４時間の加熱処理を窒
素雰囲気中で行う。この工程によって、非晶質珪素膜で
なる活性層１０７と１０８は結晶化される。同時にゲイ
ト絶縁膜と、活性層とゲイト絶縁膜１１１との界面のア
ニールが行われる。即ち、活性層１０７と１０８の結晶
化と、ゲイト絶縁膜中の欠陥や準位の減少させること
と、活性層とゲイト絶縁膜１１１との界面における界面
準位の減少させることとを同時に行うことができる。こ
の加熱処理の雰囲気中にハロゲン元素を微量に混入させ
てもよい。例えば、窒素雰囲気中にＨＣｌを微量に添加
してもよい。これは、活性層中やゲイト絶縁膜中、さら
には活性層とゲイト絶縁膜との界面んいおける準位を減
少させうことに効果がある。

【００３２】こうして、珪素の結晶化を助長する金属元
素の作用によって結晶化された結晶性珪素膜でなる活性
層１１２と１１３とが形成される。（図１（Ｆ））

【００３３】なお、基板として石英基板を用いる場合に
は、加熱処理の温度をさらに高い温度（例えば８５０
℃）とすることによって、さらに高い結晶性を得ること
ができる。

【００３４】次に図２（Ａ）に示すようにゲイト電極１
１４と１１５とを形成する。ここでは、まずスカンジウ
ムまたは銅と珪素を微量に含有したアルミニウム膜を５
０００Åの厚さに成膜する。さらにそれをパターニング
することによってアルミニウムでなるゲイト電極１１４
と１１５とを形成する。

【００３５】そして電解溶液中においてゲイト電極を陽
極として陽極酸化を行い陽極酸化膜１１６と１１７とを
形成する。ここでは、電解溶液として酒石酸、硼酸、硝
酸が含まれたＰＨ≒７のエチレングルコール溶液を用い
る。この陽極酸化膜の厚さは２５００Åとする。この陽
極酸化膜は緻密な膜質を有している。この緻密な陽極酸
化膜の膜厚は印加電圧によって制御することができる。
（図２（Ａ））

【００３６】次に珪素に一導電型を付与する不純物イオ
ンの注入を行い、ソース及びドレイン領域の形成を行
う。ここでは、プラズマドーピング法を用いて不純物イ
オンの注入を行う。

【００３７】具体的には、まず右側の薄膜トランジスタ
の領域を図示しないレジストマスクで覆い、Ｂ（ボロ
ン）のイオンの注入を行う。この工程でＰ型を有した領
域１１８と１２１とが形成される。この１１８と１２１
で示される領域がソース及びドレイン領域となる。また
１２０の領域がチャネル形成領域となる。また１１９の
領域がオフセットゲイト領域となる。

【００３８】次に右側の薄膜トランジスタの領域を覆っ
た図示しないレジストマスクを除去し、左側の薄膜トラ
ンジスタの領域を覆うレジストマスク（図示せず）を形
成する。そしてＰ（リン）イオンの注入を行う。する
と、Ｎ型を有する領域１２２と１２５とが形成される。
この１２２と１２５の領域がソース及びドレイン領域と
なる。また１２４がチャネル形成領域となる。また１２
３がオフセットゲイト領域となる。（図２（Ｂ））

【００３９】図２（Ｂ）に示す不純物イオンの注入工程
が終了したら、レーザー光の照射を行い、ソース／ドレ
イン領域の活性化とイオンの注入による損傷のアニール
とを同時に行う。

【００４０】次に層間絶縁膜として酸化珪素膜１２６を
６０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法を用いて成膜す
る。そしてコンタクトホールの形成を行う。さらにチタ
ン膜とアルミニウム膜との積層膜を用いてＰチャネル型
の薄膜トランジスタ（ＰＴＦＴ）のソース電極１２７と
ドレイン電極１２８とを形成する。また同時にＮチャネ
ル型の薄膜トランジスタ（ＮＴＦＴ）のソース電極１２
９とドレイン電極１３０とを形成する。

【００４１】最後に３５０℃の水素雰囲気中において加
熱処理を行う。こうしてＰチャネル型の薄膜トランジス
タとＮチャネル型の薄膜トランジスタとを１枚のガラス
基板上に形成することができる。本実施例に示す構成
は、例えばアクティブマトリクス型の液晶表示装置の周
辺駆動回路を構成するＣＭＯＳ回路に利用することがで
きる。

【００４２】〔実施例２〕本実施例は、低ＯＦＦ電流特
性を実現するためのＰチャネル型の薄膜トランジスタと
Ｎチャネル型の薄膜トランジスタをガラス基板上に集積
化する構成に関する。図３及び図４に本実施例の作製工
程を示す。

【００４３】まず、図１に示す工程と同様な工程を経
て、図１（Ｆ）に示すようにガラス基板上に結晶性珪素
膜でなる２つの活性層１１２と１１３とを形成する。こ
れら活性層はゲイト絶縁膜１１１によって覆われてい
る。

【００４４】この状態を得る方法としては、基板として
石英基板を用い、８００℃や８５０℃という高温での加
熱処理によって、結晶性珪素膜を得る方法を利用しても
よい。またゲイト絶縁膜として熱酸化膜を利用すること
は有効である。

【００４５】図１（Ｆ）に示す状態を得たら、その上に
スカンジウムを微量に含有したアルミニウム膜を５００
０Åの厚さに成膜する。成膜方法は、スパッタ法や電子
ビーム蒸着法を用いればよい。そして酒石酸、硼酸、硝
酸が含まれたＰＨ≒７のエチレングルコール溶液を用い
た陽極酸化を行い、厚さ１００Å程度の緻密な陽極酸化
膜３０３を成膜する。この陽極酸化膜は後の多孔質状の
陽極酸化膜を選択的に形成する際にマスクとして機能す
る。またアルミニウム膜上に形成されるレジストマスク
の密着性を高める機能を有する。（図３（Ａ））

【００４６】そしてアルミニウム膜上にレジストマスク
を配置し、パターニングを行うことにより、ゲイト電極
３０１と３０２を形成する。（図３（Ａ））

【００４７】次に電解溶液として３〜２０％のクエン酸
もしくは硝酸、燐酸、クロム酸、硫酸を用いて、露呈し
たゲイト電極の表面に陽極酸化膜を形成する。ここでは
２０％の硝酸を用いる。この陽極酸化膜は多孔質状を有
しており、数千Åの厚さに形成することができる。ここ
では、この多孔質状の陽極酸化膜を６０００Åの厚さに
形成する。この多孔質状の陽極酸化膜の膜厚は陽極酸化
時間によって制御することができる。

【００４８】この多孔質状の陽極酸化膜は図３（Ｂ）の
３０４、３０５で示される部分に形成される。ここで
は、緻密な陽極酸化膜３０３がマスクとなるので、ゲイ
ト電極３０１と３０２の側面において選択的に多孔質状
の陽極酸化膜３０４と３０５が形成される。（図３
（Ｂ））

【００４９】次に緻密な陽極酸化膜３０３を取り除く。
そして電解溶液として酒石酸、硼酸、硝酸が含まれたＰ
Ｈ≒７のエチレングルコール溶液を用いた陽極酸化を行
い、緻密な陽極酸化膜３０６と３０７を形成する。（図
３（Ｃ））

【００５０】この陽極酸化工程においては、電解溶液が
多孔質状を有する陽極酸化膜３０４と３０５内に進入す
るので、ゲイト電極３０１と３０２の表面（陽極酸化膜
３０４と３０５の内側）に陽極酸化膜が形成される。こ
の陽極酸化膜３０６と３０７の厚さは５００Åとする。
この陽極酸化膜３０６と３０７は、後の工程においてア
ルミニウムの異常成長やクラックの発生を抑える役割を
有している。（図３（Ｃ））

【００５１】図３（Ｃ）に示す状態を得たら、露呈した
ゲイト絶縁膜１１１を除去する。こうして３０８と３０
９で示される部分にゲイト絶縁膜が残存する。（図３
（Ｄ））

【００５２】次に多孔質状の陽極酸化膜３０４と３０５
とを除去する。ここでは、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用
いて多孔質状の陽極酸化膜３０４と３０５とを選択的に
除去する。（図３（Ｄ））

【００５３】次にゲイト電極３０１と３０２、ゲイト電
極周囲の緻密な陽極酸化膜３０６と３０７、多孔質状の
陽極酸化膜３０４と３０５をマスクとしてＰまたはＮ型
を付与するための不純物イオンを注入する。（図３
（Ｅ））

【００５４】ここでは、詳細は図示しないが、まず右側
の薄膜トランジスタの領域上にレジストマスクを配置
し、露呈した左側の薄膜トランジスタの領域にＢ（ボロ
ン）イオンを注入する。この工程で、３１０の領域と３
１３の領域に高濃度にＢイオンが注入されることにな
る。また３１１の領域には低濃度にＢイオンが注入され
ることになる。これは、残存したゲイト絶縁膜３０８が
存在するためである。なお必要とする濃度を得るために
ドーズ量や加速電圧は調整する必要がある。

【００５５】こうして、Ｐチャネル型の薄膜トランジス
タのソース及びドレイン領域となる３１０と３１３、低
濃度不純物領域３１１、チャネル形成領域３１２が形成
される。なお、緻密な陽極酸化膜３０６の直下にオフセ
ットゲイト領域が形成されるが、本実施例においては、
陽極酸化膜３０６の膜厚が５００Åと薄いのでその存在
は無視することができる。

【００５６】Ｂイオンの注入工程の終了後、右側の薄膜
トランジスタの領域上に配置されたレジストマスクを除
去する。さらに新たに左側の薄膜トランジスタの領域上
に図示しないレジストマスクを配置する。そして、露呈
した右側の薄膜トランジスタの領域にＰ（ボロン）イオ
ンを注入する。この工程で、３１４の領域と３１７の領
域に高濃度にＰイオンが注入されることになる。また３
１５の領域には低濃度にＰイオンが注入されることにな
る。これは、残存したゲイト絶縁膜３０９が存在するた
めである。

【００５７】こうして、Ｎチャネル型の薄膜トランジス
タのソース及びドレイン領域となる３１４と３１７、低
濃度不純物領域３１５、チャネル形成領域３１６が形成
される。（図３（Ｅ））

【００５８】その後図示しないレジストマスクを取り除
き、レーザー光の照射を行うことにより、注入された不
純物の活性化と加速されたイオンの衝撃による損傷のア
ニールとを行う。

【００５９】次に図４（Ａ）に示すように、層間絶縁膜
３１８として酸化珪素膜を７０００Åの厚さにプラズマ
ＣＶＤ法でもって成膜する。さらにコンタクトホールの
形成を行いＰチャネル型薄膜トランジスタのソース及び
ドレイン電極３１９と３２０とを形成する。さらにＮチ
ャネル型薄膜トランジスタのソース及びドレイン電極３
２１と３２２とを形成する。

【００６０】最後に３５０℃の水素雰囲気中において加
熱処理を行うことによって、低濃度不純物領域を有した
Ｐチャネル型の薄膜トランジスタとＮチャネル型の薄膜
トランジスタとを完成させる。これらの薄膜トランジス
タは、チャネル形成領域とドレイン領域との間に低濃度
不純物濃度領域を有しているので、低ＯＦＦ電流特性を
得ることができる。このチャネル形成領域とドレイン領
域との間の低濃度不純物濃度領域は、一般にＬＤＤ（ラ
イトドープドレイン）領域と称されている。この低濃度
不純物領域は、チャネル形成領域とドレイン領域のどの
間に加わる電界強度を緩和させ、ＯＦＦ動作時のリーク
電流（ＯＦＦ電流）を低減させる効果を有している。

【００６１】〔実施例３〕本実施例は、周辺回路と一体
化されたアクティブマトリクス型の液晶表示装置に利用
される回路構成に関する。周辺回路と一体化されたアク
ティブマトリクス型の液晶表示装置においては、周辺回
路を構成する薄膜トランジスタとマトリクス領域（画素
領域）に配置される薄膜トランジスタとでは、必要とす
る特性が異なる。

【００６２】周辺回路は高速動作を行わせ、また低イン
ピーダンス駆動を行わせる必要性から、とにかく高移動
度を有することが必要とされる。一方、マトリクス領域
に配置される薄膜トランジスタは、所定の量の電荷を画
素電極に所定の時間において保持させる必要があるの
で、ＯＦＦ電流（トランジスタがＯＦＦ時に漏れ出てし
まう電流）を極力小さくした特性が必要とされる。

【００６３】即ち、同一基板上に上記のような特性の異
なる薄膜トランジスタを選択的に形成する技術が必要と
される。図５及び図６に本実施例の作製工程を示す。図
５及び図６において、左側が周辺回路領域に配置される
高移動度を有する薄膜トランジスタの作製工程であり、
右側が低ＯＦＦ電流特性を有する薄膜トランジスタの作
製工程を示す。

【００６４】まず図１に示す工程に従って、図１（Ｆ）
に示すような状態を得る。即ち、ガラス基板上に結晶性
珪素膜でなる活性層を形成した状態を得る。詳細な作製
工程等は実施例１に記載したのと同様である。

【００６５】図１（Ｆ）に示す状態を得たら、図５
（Ａ）に示すようにスカンジウムを微量に含有したアル
ミニウム膜でなるゲイト電極５０１と５０２を形成す
る。具体的には、まずスカンジスムを微量に含有したア
ルミニウム膜をスパッタ法によって６０００Åの厚さに
成膜し、さらにその上面に厚さ１００Å程度の緻密な陽
極酸化膜５０３を成膜する。そしてパターニングを行う
ことにより、図５（Ａ）に示すようなゲイト電極５０１
と５０２を形成する。

【００６６】そして電解溶液中において、ゲイト電極５
０２のみに電流を流し陽極酸化を行う。この陽極酸化工
程では多孔質状の陽極酸化膜５０４が形成される。この
多孔質状の陽極酸化膜５０４の厚さは５０００Åとす
る。この陽極酸化膜５０４の成長距離でもって低濃度不
純物領域の幅をほぼ決めることができる。一方この工程
において、図面の左側の薄膜トランジスタのゲイト電極
５０１には陽極酸化は行われない。（図５（Ｂ））

【００６７】次にゲイト電極５０１と５０２を陽極とし
て再び陽極酸化を行う。この工程では、緻密な陽極酸化
膜５０５と５０６とを形成する。この緻密な陽極酸化膜
の厚さは５００Åとする。（図５（Ｃ））

【００６８】次に露呈した酸化珪素膜１１１を除去す
る。こうして図５（Ｄ）に示す状態を得る。この状態に
おいては、ゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素膜５０７と
５０８とが残存した状態が得られる。

【００６９】そしてＮ型を付与するためにＰ（リン）イ
オンの注入を行いＮ型を有する領域５０８と５１０と５
１１と５１４とを形成する。これらの領域はＰイオンが
高濃度に注入された領域であり、ソースまたはドレイン
領域として機能する。また右側の薄膜トランジスタにお
いては、５１２で示される低濃度不純物領域が形成され
る。

【００７０】この工程の後、レーザー光の照射を行い、
注入された不純物イオンの活性化とイオンの注入に際し
て生じた損傷のアニールとを行う。

【００７１】さらに図６（Ａ）に示すように、層間絶縁
膜として酸化珪素膜５１５をプラズマＣＶＤ法により６
０００Åの厚さに成膜する。そして層間絶縁膜上にはＩ
ＴＯでなる画素電極５１６を形成する。さらにコンタク
トホールの形成を行い、周辺回路用に配置されるＮチャ
ネル型薄膜トランジスタ（周辺回路用ＴＦＴ）のソース
及ぶドレイン電極５１７と５１８、さらに画素電極に配
置されるＮチャネル型トランジスタ（画素電極用ＴＦ
Ｔ）のソース電極及びドレイン電極５２０を形成する。
ここで画素電極用薄膜トランスタのドレイン電極は画素
電極５１６に接続される。

【００７２】このようにして得られた構成においては、
周辺回路に高速動作が可能な薄膜トランジスタを配置す
ることができる。この周辺回路用の薄膜トランジスタ
は、低濃度不純物領域がないので、ＯＦＦ電流値は大き
いが、ソース／ドレイン間の抵抗を小さくすることがで
きるので、高速動作を行わすことができる。

【００７３】一方、画素用薄膜トランジスタは、低濃度
不純物領域を備えているので、高速動作には向かない
が、低ＯＦＦ電流特性を有するものとすることができ
る。

【００７４】このように集積化された構成は、アクティ
ブマトリクス型の液晶表示装置に最適なものの一つとな
る。

【００７５】〔実施例４〕本実施例は、基板として石英
基板を用いた例を示す。図７及び図８に本実施例の作製
工程を示す。まず石英基板７０２上に下地の酸化珪素膜
７０３を５０００Åの厚さに成膜する。石英基板は加熱
に際する縮は小さいので、珪素膜との間に応力が発生し
ないように下地膜を厚く形成することが重要である。

【００７６】次に図７（Ａ）に示すように所定に濃度に
調整したニッケル酢酸塩溶液を塗布し、水膜７０４を形
成する。ニッケル酢酸塩溶液中におけるニッケル濃度は
例えば１０ｐｐｍとする。そしてスピナー７０１を用い
て余計な溶液を除去し、７０５で示されるようにニッケ
ル元素が酸化珪素膜７０３に接して保持された状態とす
る。（図７（Ｂ））

【００７７】さらに減圧熱ＣＶＤ法またはプラズマＣＶ
Ｄ法によって、非晶質珪素膜７０６を１０００Åの厚さ
に成膜する。（図７（Ｃ））

【００７８】次にパターニングを施すことにより、薄膜
トランジスタの活性層７０７と７─８を形成する。（図
７（Ｄ））

【００７９】そして９５０℃の酸化雰囲気中において加
熱処理を行い、活性層の表面に熱酸化膜を５００Åの厚
さに成膜する。この加熱処理と同時に非晶質珪素膜でな
る活性層７０７と７０８は結晶化される。この時、珪素
の結晶化を助長する金属元素であるニッケル元素７０
９、７１０の存在によって、高い結晶性を得ることがで
きる。（図７（Ｅ））

【００８０】熱酸化膜の厚さを制御するには、雰囲気の
温度を制御するか加熱処理時間を制御すればよい。この
制御は、熱酸化膜の厚さと得られる結晶性との兼ね合い
で決定する必要がある。なおこの熱酸化膜の形成によっ
て、活性層の厚さは７５０Å程度の減少する。

【００８１】こうして結晶性珪素膜でなる活性層７１３
と７１４、この活性層の表面に形成された熱酸化膜（ゲ
イト絶縁膜）７１１と７１２とを有した構成を得る。
（図７（Ｆ））

【００８２】次にモリブデンシリサイドまたはタングス
テンシリサイドでなる膜を形成する。この膜をレジスト
マスク７１５と７１６を用いてパターニングすることに
よって、ゲイト電極７１７と７１８とを形成する。ここ
で、モリブデンシリサイドまたはタングステンシリサイ
ドでなるゲイト電極を形成するのは、後にソース／ドレ
イン領域の活性化を加熱処理によって行うためである。
（図８（Ａ））

【００８３】次にモリブデンシリサイドまたはタングス
テンシリサイドを選択的にエッチングできるエッチング
方法によって、図８（Ｂ）に示すようにゲイト電極の露
呈した側面をエッチングする。このエッチング工程でゲ
イト電極７１７と７１８とはその寸法がその側面方向に
おいて目減りする。

【００８４】この状態で図８（Ｃ）に示すようにＰイオ
ンの注入を行う。すると、レジストマスク７１５がマス
クとなって７１９、７２２、７２３、７２６の領域にＰ
イオンが注入される。これらの領域はソースおよびドレ
イン領域となる。またゲイト電極直下の７１２と７２５
の領域がチャネル形成領域となる。そして図８（Ｂ）の
工程においてゲイト電極に対するサイドエッチングが行
われた部分に対応する７２０と７２４の領域がオフセッ
トゲイト領域となる。

【００８５】不純物イオンの注入を行った後、８５０℃
温度で２時間の加熱処理を行うことにより、ソース／ド
レイン領域の活性化を行う。また同時にイオンの注入に
よって生じた損傷のアニールを行う。

【００８６】次に層間絶縁膜となる酸化珪素膜７２７を
プラズマＣＶＤ法により、６０００Åの厚さに成膜す
る。そしてコンタクトホールの形成を行い、チタン膜と
アルミニウム膜の積層膜を形成する。そしてこれをパタ
ーニングすることによって、ソース電極７２８、７３
０、ドレイン電極７２９、７３１を形成する。最後に５
００℃の水素雰囲気中において加熱処理を施すことによ
り、２つのＮチャネル型薄膜トランジスタを完成する。

【００８７】

【発明の効果】活性層の結晶化と活性層上のゲイト絶縁
膜のアニールとを同一の工程で実施することにより、作
製工程を簡略することができる。また活性層とゲイト絶
縁膜とを一体化することができる。特に、珪素の結晶化
を助長する金属元素を利用することで、活性層の結晶性
を高いものとすることができる。

【００８８】また、薄膜トランジスタの安定した動作を
させる上で重要な、活性層とゲイト絶縁膜との間におけ
る界面特性を向上させることができる。このように、本
明細書で開示する発明を利用することで、作製工程に削
減と得られる薄膜トランジスタの特性の向上を得ること
ができる。

【００８９】また、珪素の結晶化を助長する金属元素を
用いた加熱による活性層の結晶化と、酸化性雰囲気中に
おける加熱による活性層の表面への熱酸化膜（ゲイト絶
縁膜を形成する）の形成とを同じ工程で行うことで、良
好な界面特性を有するゲイト絶縁膜を形成することがで
きるとともに、作製工程を簡略化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。

【図２】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。

【図３】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。

【図４】 薄膜トランジスタの概要を示す。

【図５】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。

【図６】 薄膜トランジスタの概要を示す。

【図７】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。

【図８】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。

【符号の説明】

１０１ スピナー １０２ ガラス基
板（石英基板） １０３ 下地膜
（酸化珪素膜） １０４ 水膜 １０５ ニッケル
元素 １０６ 非晶質珪
素膜 １０７、１０８ 非晶質珪
素膜でなる活性層 １０９、１１０ ニッケル
元素 １１１ ゲイト絶
縁膜 １１２、１１３ 結晶性珪
素膜でなる活性層 １１４、１１５、３０１、３０２ ゲイト電
極 １１６、１１７、３０３、３０６、３０７ 緻密な陽
極酸化膜 １１８、１２２、 オフセッ
トゲイト領域 ３１０、３１４ ソース領
域 ３１１、３１５ 低濃度不
純物領域 １２１、１２５、３１３、３１７ ドレイン
領域 １２０、１２４、３１２、３１６ チャネル
形成領域 １２６、３１８ 層間絶縁
膜 １２７、１２９、３１９、３２１ ソース電
極 １２８、１３０、３２０、３２２ ドレイン
電極 ３０４、３０５ 多孔質状
の陽極酸化膜 ３０８、３０９ 残存した
ゲイト電極 ５０１、５０２ ゲイト電
極 ５０３、５０５、５０６ 緻密な陽
極酸化膜 ５０４ 多孔質状
の陽極酸化膜 ５０７、５０８ 残存した
ゲイト絶縁膜 ５０８、５１１ ソース領
域 ５０９、５１３ チャネル
形成領域 ５１０、５１４ ドレイン
領域 ５１２ 低濃度不
純物領域 ５１５ 層間絶縁
膜（酸化珪素膜） ５１６ 画素電極
（ＩＴＯ電極） ５１７、５１９ ソース電
極 ５１８、５２０ ドレイン
電極 ７０１ スピナー ７０２ 石英基板 ７０３ 酸化珪素
膜（下地膜） ７０４ ニッケル
酢酸塩溶液の水膜 ７０５、７０９、７１０ ニッケル
元素 ７０６ 非晶質珪
素膜 ７０７、７０８ 活性層
（非晶質珪素膜） ７１１、７１２ ゲイト絶
縁膜（熱酸化膜） ７１３、７１４ 活性層
（結晶性珪素膜） ７１５、７１６ レジスト
マスク ７１７、７１８ ゲイト電
極 ７１９、７２３ ソース領
域 ７２０、７２４ オフセッ
トゲイト領域 ７２１、７２５ チャネル
形成領域 ７２２、７２６ ドレイン
領域 ７２７ 層間絶縁
膜 ７２８、７３０ ソース電
極 ７２９、７３１ ドレイン
電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−124890（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−275808（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−112223（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−314786（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−43642（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−332130（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−35959（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−304670（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−184076（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−136168（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−275650（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−13611（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−182983（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−152325（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−102531（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−204570（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 29/786 H01L 21/20 H01L 21/316 H01L 21/336

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁表面上に珪素の結晶化を助長する金属
   元素を接して保持させ、前記絶縁表面上に非晶質珪素膜
   を形成し、 前記非晶質珪素膜上にゲイト絶縁膜を形成し、 前記非晶質珪素膜及び前記ゲイト絶縁膜に加熱処理を施
   し、前記非晶質珪素膜の結晶化と前記ゲイト絶縁膜のア
   ニールとを同時に行い、 前記ゲイト絶縁膜上にモリブデンシリサイドまたはタン
   グステンシリサイドでなる膜を形成し、前記膜をレジス
   トマスクを用いてパターニングすることにより前記ゲイ
   ト絶縁膜上に前記レジストマスクとゲイト長方向の寸法
   が等しいゲイト電極を形成し、 前記レジストマスクを用いて、前記ゲイト電極の側面の
   みをエッチングすることにより、前記ゲイト電極のゲイ
   ト長方向の寸法を目減りさせ、 前記目減りしたゲイト電極上に前記レジストマスクがあ
   る状態で、結晶化した前記非晶質珪素膜に不純物イオン
   の注入を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. 【請求項２】絶縁表面上に珪素の結晶化を助長する金属
   元素を接して保持させ、 前記金属元素上に非晶質珪素膜を形成し、 前記非晶質珪素膜上にゲイト絶縁膜を形成し、 前記非晶質珪素膜及び前記ゲイト絶縁膜に加熱処理を施
   し、前記非晶質珪素膜を結晶化させると同時に前記ゲイ
   ト絶縁膜のアニールを同時に行い、 前記ゲイト絶縁膜上にモリブデンシリサイドまたはタン
   グステンシリサイドでなる膜を形成し、前記膜をレジス
   トマスクを用いてパターニングすることにより前記ゲイ
   ト絶縁膜上に前記レジストマスクとゲイト長方向の寸法
   が等しいゲイト電極を形成し、 前記レジストマスクを用いて、前記ゲイト電極の側面の
   みをエッチングすることにより、前記ゲイト電極のゲイ
   ト長方向の寸法を目減りさせ、 前記目減りしたゲイト電極上に前記レジストマスクがあ
   る状態で、結晶化した前記非晶質珪素膜に不純物イオン
   の注入を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. 【請求項３】絶縁表面上に珪素の結晶化を助長する金属
   元素を接して保持させ、 前記絶縁表面上に非晶質珪素膜を形成し、 前記非晶質珪素膜をパターニングし島状の領域を形成
   し、 前記島状の領域を覆ってゲイト絶縁膜を成膜し、 前記非晶質珪素膜及び前記ゲイト絶縁膜に加熱処理を施
   し、前記非晶質珪素膜の結晶化と前記ゲイト絶縁膜のア
   ニールとを同時に行い、 前記ゲイト絶縁膜上にモリブデンシリサイドまたはタン
   グステンシリサイドでなる膜を形成し、前記膜をレジス
   トマスクを用いてパターニングすることにより前記ゲイ
   ト絶縁膜上に前記レジストマスクとゲイト長方向の寸法
   が等しいゲイト電極を形成し、 前記レジストマスクを用いて、前記ゲイト電極の側面の
   みをエッチングすることにより、前記ゲイト電極のゲイ
   ト長方向の寸法を目減りさせ、 前記目減りしたゲイト電極上に前記レジストマスクがあ
   る状態で、結晶化した前記非晶質珪素膜に不純物イオン
   の注入を行う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乃至請求項３のいずれか一項にお
   いて、紫外線を照射して熱酸化することで前記非晶質珪
   素膜表面に熱酸化膜を形成す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乃至請求項４のいずれか一項にお
   いて、前記絶縁膜のアニールはハロゲン元素を含んだ雰
   囲気中で行われることを特徴とする半導体装置の作製方
   法。
6. 【請求項６】絶縁表面上に珪素の結晶化を助長する金属
   元素を接して保持させ、 前記絶縁表面上に非晶質珪素膜を形成し、 酸化性雰囲気中で加熱処理を行い前記非晶質珪素膜を結
   晶化させるとともに前記非晶質珪素膜上に熱酸化膜を形
   成し、 前記熱酸化膜上にモリブデンシリサイドまたはタングス
   テンシリサイドでなる膜を形成し、前記膜をレジストマ
   スクを用いてパターニングすることにより前記熱酸化膜
   上に前記レジストマスクとゲイト長方向の寸法が等しい
   ゲイト電極を形成し、 前記レジストマスクを用いて、前記ゲイト電極の側面の
   みをエッチングすることにより、前記ゲイト電極のゲイ
   ト長方向の寸法を目減りさせ、 前記目減りしたゲイト電極上に前記レジストマスクがあ
   る状態で、結晶化した前記非晶質珪素膜に不純物イオン
   の注入を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
7. 【請求項７】請求項１乃至請求項６のいずれか一項にお
   いて、加熱処理を非晶質珪素膜の結晶化温度以上の温度
   で行う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１乃至請求項７のいずれか一項にお
   いて、珪素の結晶化を助長する金属元素として、Ｆｅ、
   Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａ
   ｕ、Ｃｕから選ばれた一種または複数種類の元素が用い
   られることを特徴とする半導体装置の作製方法。
9. 【請求項９】請求項１乃至請求項８のいずれか一項にお
   いて、加熱処理は非晶質珪素膜の結晶化温度以上の温度
   でかつ１１００℃以下の温度で行われることを特徴とす
   る半導体装置の作製方法。
10. 【請求項１０】請求項１乃至請求項９のいずれか一項に
    おいて、前記ゲイト電極上に酸化珪素膜を形成すること
    を特徴とする半導体装置の作製方法。