JP3547353B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の製造方法に関し、さらに詳しくは、非晶質ケイ素膜を結晶化した結晶性ケイ素膜を活性領域とする半導体装置の製造方法に関する。特に、この発明は、絶縁表面を有する基板上に設けられた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いた半導体装置に有効であり、アクティブマトリックス型の液晶表示装置，密着型イメージセンサ，三次元ＩＣ（集積回路）等に利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大型で高解像度の液晶表示装置や高速で高解像度の密着型イメージセンサや三次元ＩＣ等への実現に向けて、ガラス等の絶縁基板上や絶縁膜上に高性能な半導体素子を形成する試みがなされている。上記各装置に用いられる半導体素子には、薄膜状のケイ素半導体を用いるのが一般的である。薄膜状のケイ素半導体としては、非晶質ケイ素（ａ‐Ｓｉ（アモルファス・シリコン））半導体からなるものと結晶性を有するケイ素半導体からなるものの２つに大別される。
【０００３】
上記非晶質ケイ素半導体は、作製温度が低く、気相法で比較的容易に作製することが可能で量産性に富むために、最も一般的に用いられている。ところが、導電性等の物性が結晶性を有するケイ素半導体に比べて劣るため、今後より高速特性を得るためには、結晶性を有するケイ素半導体からなる半導体装置の作製方法の確立が強く求められている。尚、結晶性を有するケイとしては、多結晶ケイ素や微結晶ケイ素等が知られている。
【０００４】
これら結晶性を有する薄膜状のケイ素半導体を得る方法としては、
（１） 成膜時に結晶性を有する膜を直接成膜する。
（２） 非晶質の半導体膜を成膜しておき、レーザ光のエネルギーによって結晶性を有せしめる。
（３） 非晶質の半導体膜を成膜しておき、熱エネルギーを加えることによって結晶性を有せしめる。
等の方法が知られている。
【０００５】
しかしながら、（１）の方法においては成膜工程と同時に結晶化が進行する。したがって、大粒径の結晶性ケイ素を得るにはケイ素膜の厚膜化が不可欠であり、良好な半導体物性を有する膜を基板上に全面に渡って均一に成膜することが技術上困難である。
【０００６】
また、（２）の方法においては、溶融固化過程の結晶化現象を利用するために、粒界が良好に処理されて、小粒径ながら高品質な結晶性ケイ素膜が得られる。ところが、現在最も一般的に使用されているエキシマレーザを例にとっても、未だ十分な安定性を有するものが得られていない。したがって、大面積基板の全面を均一に処理するのは困難であり、ハード面での更なる技術向上が望まれる。
【０００７】
また、（３）の方法においては、（１），（２）の方法に比して基板内の均一性や安定性の点においては有利である。しかしながら、６００℃で３０時間程度の長時間に渡る加熱処理が必要であり、処理時間が長く、スループットが低いという問題がある。さらに、この方法においては、結晶構造が双晶構造となるために、一つの結晶粒は数μｍと比較的大きいのであるが、結晶粒内に多数の双晶欠陥を含み、上記（２）の方法に比べて結晶性は劣る。結晶性を向上させる方法として、さらに１０００℃程度で酸素雰囲気にて加熱処理を施すような手法も用いられてはいる。ところが、その場合には安価なガラス基板は使用できなくなり、また、そうして得られた素子特性もＴＦＴにおいて電界効果移動度１００ｃｍ２／Ｖｓ程度の低いものである。
【０００８】
上述の方法に対して、上記（３）の方法を改善し、高品質な結晶性ケイ素膜を得る方法が特開平１０−２４７７３５号公報，特開平１１−４０５００号公報および持開平１１−４０８１６号公報で提案されている。これらの方法においては、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を利用することによって、加熱温度の低温化および処理時間の短縮を図り、結晶性の向上を図っている。具体的には、非晶質ケイ素膜の表面にニッケルやパラジウム等の金属元素を微量に導入させ、しかる後に加熱を行うものである。
【０００９】
この低温結晶化のメカニズムは、先ず金属元素を核とした結晶核発生が早期に起こり、その後その金属元素が触媒となって結晶成長を助長し、結晶化が急激に進行することで理解される。そういった意味で、以後これらの金属元素を触媒元素と言う。これらの触媒元素によって結晶化が助長されて結晶成長した結晶性ケイ素膜は、通常の固相成長法（上記（３）の方法）で結晶化した結晶性ケイ素膜の一つの粒内が双晶構造であって多数の結晶欠陥を有しているのに対して、その粒内は何本もの柱状結晶ネットワークで構成されており、夫々の柱状結晶内部は略理想的な単結晶状態となっている。
【００１０】
さらに、上記各公報においては、非晶質ケイ素膜の一部に選択的に触媒元素を導入して加熱することで、他の部分を非晶質ケイ素膜の状態として残したまま、触媒元素が導入された領域のみを選択的に結晶化し、そして更に、加熱時間を延長することで、その導入領域から横方向（基板と平行な方向）に結晶成長を行わせている。この横方向結晶成長領域の内部では、成長方向が略一方向に揃った柱状結晶がひしめき合っており、触媒元素が直接導入されてランダムに結晶核の発生が起こった領域に比べて結晶性がさらに良好になっている。したがって、この横方向結晶成長領域の結晶性ケイ素膜を半導体装置の活性領域に用いることによって、半導体装置の高性能化が行える。
【００１１】
上記特開平１０−２４７７３５号公報，特開平１１−４０５００号公報および特開平１１−４０８１６号公報においては、上記触媒元素が導入された領域に、さらに重ねてリン等の５族Ｂの元素（上記各公報では１５族と表現している）を導入し、加熱処理を行うことによって、導入された触媒元素を元の導入部に移動（ゲッタリング）させようとしている。すなわち、触媒元素を用いてケイ素膜を横方向に結晶成長させた段階では、横方向に成長したケイ素膜中（特に成長先端部）に触媒元素が残存している。その触媒元素を元の導入領域まで引き戻し、後に素子領域として用いられる横方向に結晶成長したケイ素膜中の触媒元素を除去してしまおうというコンセプトである。上記特開平１０−２４７７３５号公報においては、通常に横方向に結晶成長させた後に触媒元素導入部にさらにリンなどを導入し、加熱処理によってゲッタリングを行っている。また、特開平１１−４０５００号公報においては、この方法をさらに発展させ、ゲッタリング後に触媒元素が集っているリンおよび触媒元素の導入部をハロゲンガスによって除去している。その際に、ハロゲンガスの作用によって、横方向結晶成長部のケイ素膜においては、さらに上記触媒元素を低減できるとしている。また、特開平１１−４０８１６号公報においては、素子領域に対して外側全域に触媒元素を導入し、素子領域の中心方向に向かって結晶成長させている。そして、その後、触媒元素が導入された領域に重ねてリンを導入し、成長と逆方向へ（素子領域の中心から外側方向へ）と触媒元素をゲッタリングしている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平１０−２４７７３５号公報，特開平１１−４０５００号公報および持開平１１−４０８１６号公報に開示されているような高品質な結晶性ケイ素膜を得る方法には、以下のような問題がある。
【００１３】
すなわち、上述したように、触媒元素を導入することによって非晶質ケイ素膜を結晶化するので、加熱温度の低温化や加熱時間の短縮化を図ることができ、結晶化後に得られるケイ素膜の結晶性は他の従来の結晶化方法に比べて明らかに優れてはいる。しかしながら、上記金属類を主とする触媒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、決して好ましいことでない。
【００１４】
したがって、上記のニッケル等の結晶化を助長する触媒元素は、非晶質ケイ素を結晶化させる際には必要であるが、結晶化したケイ素中には極力含まれないようにすることが望ましい。そのためには、第１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う必要がある。しかしながら、触媒元素の導入量を少なくしていくと、結晶成長状態が非常に不安定化する。そのような状態で作成した結晶性ケイ素膜は、基板内での結晶性のばらつきが非常に大きくなり、半導体装置の活性領域を構成する膜としては到底使用できない。
【００１５】
そこで、第２に、上記各公報のように、上記触媒元素を用いて結晶成長させた後に、触媒元素を移動（ゲッタリング）させることによって、素子領域内の触媒元素を除去あるいは低減することになる。しかしながら、実際に特開平１０−２４７７３５号公報，特開平１１−４０５００号公報および特開平１１−４０８１６号公報のような方法を用いてＴＦＴ素子を試作したところ、十分な効果が得られていないことがわかった。具体的には、ゲッタリングと称される工程の後にも触媒元素はまだ多量に存在しており、ＴＦＴ素子に明らかな悪影響を及ぼしているのである。特に、ゲッタリング工程後、導入領域を除去して、さらに高温での熱処理を行うと、素子領域内に残存している触媒元素が再凝集してシリサイド状態となって現れる。これは、上記各公報に開示されたゲッタリング方法ではまだ不十分であることの証明である。そして、これらの触媒元素がＴＦＴの接合部に存在するとリーク源となり、オフ動作時のリーク電流が非常に増大するのである。実際にＴＦＴを試作すると、上記特開平１０−２４７７３５号公報および特開平１１−４０５００号公報の方法においては、３％程度の確率で、オフ時のリーク電流が非常に大きい不良ＴＦＴが現れる。尚、ハロゲンガスによる明確差は見られない。また、特開平１１−４０８１６号公報の方法の場合には、さらに確率が高くなり、７％程度にまで不良率が増加する。この差は、特開平１１−４０８１６号公報においては、素子領域外全域に触媒元素を導入するために導入される触媒元素量も非常に多く、成長に使用される触媒元素量が過剰となって十分にゲッタリングできていないためである。
【００１６】
以上で述べたように、上記３公報の方法では、素子領域中の触媒元素量を十分に低減できない。その結果、高性能な半導体装置は一部確率的に作製できるのではあるが不良率が高く、また信頼性が非常に悪く、とても量産に適用できるような技術ではない。
【００１７】
そこで、この発明の目的は、触媒元素のゲッタリング率が高く、オフ動作時おけるリーク電流の異常な増大のない、製造歩留まりの高い半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の半導体装置の製造方法は、絶縁表面を有する基板上に非晶質ケイ素膜を形成し，この非晶質ケイ素膜の一部に結晶化を促進する触媒元素を選択的に導入する工程と、加熱処理を施して，上記触媒元素が導入された第１領域からその周辺領域へ向って上記基板と平行に上記非晶質ケイ素膜を結晶化させる工程と、上記結晶化によって得られた結晶性ケイ素膜における上記第１領域よりも広い領域であって ， 且つ ， 互いに隣接する上記第１領域から成長した結晶性ケイ素膜の境界部と上記第１領域とを含む第２領域に，５族Ｂから選ばれた元素を選択的に導入する工程と、加熱処理を行なって，上記５族Ｂから選ばれた元素が導入された上記第２領域に，この第２領域以外の第３領域中の上記触媒元素を移動させる工程と、上記結晶性ケイ素膜における上記第３領域を用いて半導体装置の活性領域を形成する工程を備えたことを特徴としている。
【００１９】
上記構成によれば、非晶質ケイ素膜を基板と平行に結晶化させた結晶性ケイ素膜に、５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）を選択的に導入して加熱処理を行うことによって、上記結晶化の際に選択的に導入された触媒元素が上記選択元素の導入領域に移動される。その際に、上記選択元素の導入領域である第２領域は、上記触媒元素の導入領域である第１領域よりも広く設定されている。したがって、上記従来の技術のごとく、上記第２領域と第１領域とが同一領域である場合に比して、上記触媒元素の導入量が少なく抑えられる一方、上記選択元素の導入量が多く確保されて、大きなゲッタリング効果が得られる。
さらに、上記非晶質ケイ素膜に導入された触媒元素は、その導入領域 （ 第１領域 ） に多く残存するために上記第１領域の触媒元素の濃度は高い。上記構成によれば、上記選択元素が上記第１領域を含む領域に対して行われるため、上記第１領域中の触媒元素がトラップされ、さらに周囲の結晶性ケイ素膜中の触媒元素が上記第１領域に効率よく集められる。したがって、上記結晶性ケイ素膜における上記選択元素の非導入領域 （ 上記第３領域 ） の触媒元素濃度がより低減される。
さらに、非晶質ケイ素膜の横方向への結晶成長に際しては、上記触媒元素が先端部に局在し、非晶質ケイ素膜の結晶化を引き起こしている。したがって、互いに隣接する上記第１領域から成長してきた結晶性ケイ素膜がぶつかり合って結晶成長が終了した場合には、上記境界部の触媒元素の濃度は高い。上記構成によれば、上記選択元素が上記境界部を含む領域に対して行われるため、上記境界部の触媒元素がトラップされ、さらに周囲の結晶性ケイ素膜中の触媒元素が上記境界部に効率よく集められる。したがって、上記結晶性ケイ素膜における上記選択元素の非導入領域 （ 上記第３領域 ） の触媒元素濃度がより低減される。
【００２０】
尚、この場合、さらに高温での熱処理を行っても、残存している触媒元素を再凝集してシリサイド状態となって現われることは全く無い。
【００２１】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記結晶性ケイ素膜における上記第３領域を用いて上記活性領域を形成するに際して、互いに隣接する上記第１領域から成長した結晶性ケイ素膜の境界部を避けて形成することが望ましい。
【００２２】
互いに隣接する上記第１領域から成長した結晶性ケイ素膜の境界部は、結晶化後においては上記触媒元素の濃度が高く、上記ゲッタリング後においては結晶性が不安定である。上記構成によれば、結晶性が不安定な上記境界部を避けて活性領域が形成されるため、信頼性および安定性の高い半導体装置が得られる。
【００２７】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記触媒元素の非晶質ケイ素膜への選択的導入を，上記非晶質ケイ素膜上に設けられて開口部を有する絶縁膜をマスクとして行い、上記５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）の結晶性ケイ素膜への選択的導入を，上記絶縁膜の開口部を更に拡げて成るマスクを用いて行うことが望ましい。
【００２８】
上記構成によれば、上記触媒元素の選択的導入と上記選択元素の選択的導入とが、同一絶縁膜から形成されたマスクを用いて行われる。こうして、上記選択元素導入用のマクス膜の堆積プロセスが省略されて、コストダウンが図られる。さらに、後に上記活性領域が形成される領域が、上記触媒元素の導入から上記選択元素の導入に亘って常に上記マスクで覆われる。したがって、上記活性領域に対するプロセス起因の汚染が最低限に抑えられ、良品率の向上が図られる。
【００２９】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記触媒元素の非晶質ケイ素膜への選択的導入を、上記非晶質ケイ素膜上に設けられると共に平行に配列された直線状（所謂、ライン＆スペース形状）の開口部を有するマスクを用いて直線状に導入するように成すことが望ましい。
【００３０】
上記構成によれば、上記触媒元素が直線状に導入されるため、結晶成長の方向が上記直線状に対して略垂直な一方向になる。その結果、横方向結晶成長領域における各柱状結晶成分は成長方向に沿って並び、曲がりや分岐等の少ない良好な結晶性が得られる。
【００３１】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記触媒元素導入用のマスクにおける直線状の開口部の幅を２μｍ以上且つ１５μｍ以下にすることが望ましい。
【００３２】
上記構成によれば、上記触媒元素導入用マスクの開口部の幅は２μｍ以上である。したがって、上記非晶質ケイ素膜の結晶成長に十分な触媒元素が導入され、結晶性長距離が十分確保される。また、上記開口部の幅は１５μｍ以下である。したがって、上記触媒元素の必要以上の導入が防止され、残留触媒元素のシリサイド化物が起因となって後のマスクの再パターニングやエッチングに際して結晶性ケイ素膜に生ずる穴開きや剥離が防止される。
【００３３】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）の結晶性ケイ素膜への選択的導入を、後に上記活性領域となる領域を含む領域上をマスクした状態で上記活性領域の周辺部に対して行なうことが望ましい。
【００３４】
上記構成によれば、上記選択元素が、後に上記活性領域となる領域を含む領域上をマスクした状態で上記活性領域の周辺部に対して行われる。その結果、少なくとも上記活性領域中の触媒元素は周囲全方向に向かって効率的に移動し、優れたゲッタリング効果が得られる。
【００３５】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記結晶性ケイ素膜における上記第３領域を用いて上記活性領域をパターン形成した後、酸化雰囲気中で加熱処理を行い、上記活性領域における結晶性ケイ素膜の表面を酸化することによって、当該結晶性ケイ素膜の結晶性をさらに向上させることが望ましい。
【００３６】
上記構成によれば、上記結晶性ケイ素膜の第３領域に形成された活性領域の表面が酸化される。そうすると、この酸化作用によって生じた過飽和Ｓｉ原子が、上記活性領域中の結晶欠陥に入り込んで欠陥を消滅させる。こうして、上記活性領域中の欠陥密度が大きく低減され、移動度が大幅に向上される。
【００３７】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記結晶性ケイ素膜における上記第３領域を用いて上記活性領域をパターン形成した後、上記活性領域における結晶性ケイ素膜に強光を照射することによって、当該結晶性ケイ素膜の結晶性をさらに向上させることが望ましい。
【００３８】
上記構成によれば、上記活性領域の結晶性ケイ素膜に紫外レーザ光等の強光が照射される。その場合、上記結晶性ケイ素膜と非晶質ケイ素膜との融点の相違から、結晶粒界部や微小な残留非晶質領域（未結晶化領域）が集中的に処理される。ここで、上記結晶性ケイ素膜は触媒元素を導入して結晶化されており、柱状結晶で形成されてその内部は単結晶状態である。したがって、上記強光の照射によって上記結晶粒界部が処理されると、基板全面に亘って単結晶状態に近い良質の結晶性ケイ素膜が得られるのである。
【００３９】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記活性領域のパターン形成を、上記結晶性ケイ素膜における第３領域内であって、且つ、上記第３領域の輪郭との間隔が１μｍ以上になるように行なうことが望ましい。
【００４０】
上記構成によれば、上記結晶性ケイ素膜における活性領域は、上記５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）が導入される第２領域から１μｍ以上離れて、上記第２領域に重なることなく形成される。したがって、上記第２領域に導入された選択元素が上記活性領域に悪影響を及ぼすことが無く、得られる半導体装置の上記選択元素に起因する性能低下が防止される。
【００４１】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）の結晶性ケイ素膜への選択的導入を、イオンドーピング法によって行なうことが望ましい。
【００４２】
上記構成によれば、上記結晶性ケイ素膜に対する上記選択元素の導入がイオンドーピングによって行われる。このように、上記結晶性ケイ素膜に対してイオンドーピングが行われることによって、上記結晶性ケイ素膜の結晶がある程度破壊されて非晶質化する。その結果、結晶性ケイ素膜から非晶質ケイ素膜へと移動する傾向が強い触媒元素は、上記第３領域から第２領域へさらに容易に移動することになる。こうして、上記第３領域における上記触媒元素濃度の更なる低下が図られる。
【００４３】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）を結晶性ケイ素膜へ選択的に導入する際における当該元素の濃度を、上記導入された触媒元素の濃度の１０倍以上とすることが望ましい。
【００４４】
上記構成によれば、上記触媒元素の濃度の１０倍以上の濃度で導入された上記選択元素によって、上記第１領域および上記境界部にある触媒元素は動かないようにトラップされる。こうして、十分なゲッタリング効果が得られる。
【００４５】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記結晶性ケイ素膜における第２領域に上記触媒元素を移動させる際の加熱処理温度を、５００℃以上且つ７００℃以下にすることが望ましい。
【００４６】
上記構成によれば、上記触媒元素のゲッタリングが、触媒元素が十分に移動させることができる５００℃以上の加熱温度で行われる。こうして、十分なゲッタリング効果が得られる。また、上記ゲッタリングが７００℃以下の加熱温度で行われる。こうして、上記触媒元素のランダムな拡散が抑制され、上記選択元素の導入領域（第２領域）外への触媒元素の移動が防止される。さらに、酸素の存在下での触媒元素シリサイドの酸化による結晶性ケイ素膜の穴開きが防止される。
【００４７】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記触媒元素として、ニッケル，コバルト，鉄，パラジウム，白金，銅および金から選択された少なくとも一つの元素を用いることが望ましい。
【００４８】
上記構成によれば、微量で上記非晶質ケイ素膜の結晶化助長効果が得られる。特に、ニッケル元素が形成するシリサイドＮｉＳｉ２は螢石型の結晶構造を示しており、その結晶構造は単結晶ケイ素のダイヤモンド構造と非常に類似している。しかも、シリサイドＮｉＳｉ２の格子定数は結晶シリコン（ダイヤモンド構造）の格子定数に非常に近い。したがって、シリサイドＮｉＳｉ２は、上記非晶質ケイ素膜を結晶化させるための最高の鋳型として機能して、上記非晶質ケイ素膜の結晶化が促される。
【００４９】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）として、リン，窒素，ヒ素，アンチモンおよびビスマスから選択された少なくとも一つの元素を用いることが望ましい。
【００５０】
上記構成によれば、上記選択元素として、リン，窒素，ヒ素，アンチモンおよびビスマスから選択された少なくとも一つの元素が用いられて、上記触媒元素が効果的に移動され、十分なゲッタリング効果が得られる。
【００５１】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、最終的に得られる上記活性領域における上記触媒元素の濃度を、１×１０１６ｃｍ３以上且つ２×１０１７ｃｍ３以下にすることが望ましい。
【００５２】
上記構成によれば、上記活性領域における触媒元素の濃度が２×１０１７ｃｍ３以下であるから、上記触媒元素が半導体装置の特性に及ぼす電気的な悪影響が防止される。尚、上記触媒元素を用いて上記非晶質ケイ素膜の結晶化を行う限り、最低限１×１０１６ｃｍ３の濃度の触媒元素が上記活性領域に残る。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
＜第１実施の形態＞
本実施の形態においては、ガラス基板上にＮ型ＴＦＴを作製する際の工程にこの発明を適用した場合について説明する。本実施の形態におけるＴＦＴは、アクティブマトリックス型の液晶表示装置のドライバ回路や画素部分は勿論のこと、薄膜集積回路を構成する素子としても利用することができる。本実施の形態においては、それらの代表として、基板上に数十万から数百万のＮ型ＴＦＴを特に均一に作製する必要がある液晶表示装置用のアクティブマトリックス基板の画素駆動用ＴＦＴを例にとって説明を行う。
【００５４】
図１は、本実施の形態におけるアクティブマトリックス基板上の画素ＴＦＴの製造工程の概要を示す平面図である。実際には前述のごとく数十万個以上のＴＦＴによって構成されるのであるが、本実施の形態においては、３行×４列の１２個のＴＦＴに簡略して説明を行う。図２および図３は、図１（ｅ）におけるＡ‐Ａ’矢視断面に相当する製造工程断面図であり、図２（ａ）から図３（ｇ）の順に従って画素ＴＦＴの作製工程が進行する。尚、触媒元素の導入部とＴＦＴの活性領域との位置関係が、図１と図２および図３とで９０゜異なっている。これは図面を分かり易くするためであり、実際にはどちらの配置を採っても構わない。
【００５５】
先ず、図２（ａ）に示すように、ガラス基板１上に、例えばスパッタリング法によって厚さ３００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の酸化ケイ素２からなる下地膜を形成する。この酸化ケイ素膜２は、ガラス基板１からの不純物の拡散を防ぐために設けられる。次に、プラズマＣＶＤ（化学蒸着）法あるいは減圧ＣＶＤ法によって、厚さ２０ｎｍ〜８０ｎｍ（例えば３０ｎｍ）の真性（Ｉ型）の非晶質ケイ素膜（ａ‐Ｓｉ膜）３を成膜する。本実施の形態においては、平行平板式のプラズマＣＶＤ装置を用いて、ＳｉＨ４ガスとＨ２ガスとを材料ガスとして用い、基板加熱温度を３００℃とし、ＲＦ（高周波）パワーのパワー密度を１０ｍＷ／ｃｍ２〜２００ｍＷ／ｃｍ２（例えば８０ｍＷ／ｃｍ２）として行った。次に、ａ‐Ｓｉ膜３上に酸化ケイ素膜あるいは窒化ケイ素膜等の絶縁性薄膜を堆積し、パターニングを行って図２（ａ）に示すようなマスク４を形成する。本実施の形態においては、絶縁性薄膜として酸化ケイ素膜を用い、ＴＥＯＳ（テトラ・エトキシ・オルソ・シリケート）を原料とし、酸素と共にＲＦプラズマＣＶＤ法によって分解・堆積した。上記マスク４の厚さは、１００ｎｍ〜４００ｎｍであることが望ましく、本実施の形態においては、上記酸化ケイ素膜の厚さを１５０ｎｍとした。マスク４のスルーホール領域５においてスリット状にａ−Ｓｉ膜３が露呈される。即ち、図２（ａ）の状態を上面から見ると、図１（ａ）に示すようにスルーホール領域５においてａ−Ｓｉ膜３が露呈しており、他の部分は酸化ケイ素膜のマスク４によって覆われた状態になっている。その場合におけるａ−Ｓｉ膜３が露呈しているスルーホール領域５の幅Ｗ１は、２μｍ〜１５μｍであることが望ましく、本実施例においては１０μｍとした。
【００５６】
次に、図２（ａ）に示すように、上記ａ−Ｓｉ膜３およびマスク４の表面にニッケル６の微量添加を行う。このニッケル６の微量添加は、ニッケルを溶かした溶液をａ−Ｓｉ膜３およびマスク４上に保持し、スピナーによって溶液を半導体積層体上に均一に延ばして乾燥させることによって行った。本実施例においては、溶質として酢酸ニッケルを用い、溶媒としてエタノールを用い、溶液中のニッケル濃度が１０ｐｐｍになるようにした。このようにして添加されたａ−Ｓｉ膜３およびマスク４の表面上のニッケル濃度を全反射蛍光Ｘ線分析（ＴＲＸＲＦ）法によって測定すると、５ラ１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度であった。
【００５７】
そして、この状態で、例えば窒素雰囲気下等の不活性雰囲気下において、加熱温度５３０℃〜６００℃（例えば、５８０℃）で１１時間アニールして結晶化させる。その際に、スルーホール領域５においては、ａ−Ｓｉ膜３の表面に存在するニッケル６を核としてａ−Ｓｉ膜３の結晶化が起こり、先ず結晶性ケイ素膜３ａが形成される。そして、引き続いてスルーホール領域５の周辺領域では、図１（ａ）および図２（ｂ）において矢印（Ａ）で示すように、スルーホール領域５から横方向（基板と平行な方向）に結晶成長が行われ、横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜３ｂが形成される。そして、互いに隣接するスルーホール領域５から成長してきた結晶性ケイ素膜３ｂ，３ｂ’同士がぶつかり合って結晶成長は終了し、そこに成長境界部３ｃが形成される。このとき、マスク４上に存在するニッケル６は、マスク４に阻まれるために下層のａ−Ｓｉ膜３には到達せず、スルーホール領域５において導入されたニッケル６のみによってａ−Ｓｉ膜３の結晶化が行われる。この横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜３ｂ中のニッケル濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によって測定したところ５×１０１７〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度であり、直接ニッケルを添加し結晶成長した結晶性ケイ素膜３ａ中のニッケル濃度は１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度であった。尚、上記結晶成長に際して、矢印（Ａ）で示されるガラス基板１に平行な方向への結晶成長距離は、最長で１３０μｍ程度である。
【００５８】
次に、図１（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、上記酸化ケイ素膜で成るマスク４を再度パターニングし、開口部を広げてマスク４’のような形状にする。未だこの段階では活性領域は形成されていないが、図１（ｂ）においては、マスク４’と後にＴＦＴの活性領域となる領域との位置関係を説明するために、右端の列のみ活性領域９を示してある。すなわち、マスク４’は、後にＴＦＴの活性領域９となる領域をすっぽりと覆うように形成される。また。マスク４’はＴＦＴ活性領域９よりも距離Ｗ２だけ一回り大きく形成されている。
【００５９】
次に、この状態で、図２（ｃ）に示すように、半導体積層体上方からリン７を全面にイオンドーピングする。その場合の上記リン７のドーピング条件としては、加速電圧を５ｋＶ〜１０ｋＶとし、ドーズ量を５×１０１５ｃｍ−２〜１×１０１６ｃｍ−２とする。この工程によって、露呈している領域の結晶性ケイ素膜３ａ，一部の結晶性ケイ素膜３ｂおよび成長境界部３ｃにリン７が注入され、リンドープされた結晶性ケイ素領域３ｄが形成される。一方、マスク４’によって覆われている領域の結晶性ケイ素膜３ｂには、リン７はドーピングされない。すなわち、図１（ｂ）において斜線で示された部分にリン７がドーピングされる。尚、上記距離Ｗ２は、リンドープ結晶性ケイ素領域３ｄとＴＦＴ活性領域９との間隔を意味しており、最低１μｍ以上必要である。本実施の形態においては３μｍとした。
【００６０】
そして、この状態で、例えば窒素雰囲気等の不活性雰囲気下において５００℃〜７００℃の温度で数時間から数十時間の加熱処理を施す。本実施の形態においては、一例として６００℃で１２時間の加熱処理を行った。この加熱処理によって、結晶性ケイ素領域３ｄにドーピングされたリン７がその領域に存在するニッケルをまずトラップする。そして更に、図１（ｂ）および図２（ｄ）に示すように、マスク４’下の結晶性ケイ素膜３ｂ中に存在しているニッケル６を、矢印（Ｂ）の方向（すなわち、周囲のリンドープ結晶性ケイ素領域３ｄの方向）へと全方向に向かって引き出す。その結果、マスク４’下の結晶性ケイ素膜３ｂ中のニッケル濃度は大幅に低減する。その場合における結晶性ケイ素膜３ｂ中のニッケル濃度をＳＩＭＳによって測定したところ、測定限界レベルの５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度にまで低減されていた。ちなみに、この工程の前における結晶性ケイ素膜３ｂ中ニッケル濃度は、５×１０１７〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度であった。
【００６１】
次に、上記マスク４’として用いた酸化ケイ素膜をエッチング除去する。エッチャントとしては、下層のケイ素膜３と十分に選択性のある１：１０バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用い、ウェットエッチングによって行う。
【００６２】
その後、上記マスク４’に覆われていた領域の結晶性ケイ素膜３ｂを残し、その他の不要な部分のケイ素膜３を除去して素子間分離を行う。すなわち、この工程によって、図１（ｃ）に示すような配置で、少なくとも結晶性ケイ素膜３ｂに、後にＴＦＴの活性領域（ソース／ドレイン領域およびチャネル領域）となる島状の結晶性ケイ素膜９が形成され、図１（ｃ）および図３（ｅ）の状態が得られる。
【００６３】
次に、図３（ｅ）に示すように、レーザ光８を照射することによって結晶性ケイ素膜９の結晶性を助長する。このときのレーザ光８としては、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ）を用いた。レーザ光８の照射条件は、照射時に半導体積層体を２００℃〜４５０℃（例えば４００℃）に加熱し、エネルギー密度２５０〜４５０ｍＪ／ｃｍ２（例えば３５０ｍＪ／ｃｍ２）で照射した。ビームサイズは、ガラス基板１の表面で１５０ｍｍ×１ｍｍの長尺形状となるように成型されており、長尺方向に対して垂直方向に０．０５ｍｍのステップ幅で順次走査を行った。すなわち、結晶性ケイ素膜９の任意の一点において計２０回のレーザ照射が行われることになる。
【００６４】
次に、上記活性領域となる結晶性ケイ素膜９を覆うように、厚さ２０ｎｍ〜１５０ｎｍ（ここでは１００ｎｍ）の酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜１０として成膜する。上記酸化ケイ素膜の形成には、ここでは上記ＴＥＯＳを原料とし、酸素と共に基板温度１５０℃〜６００℃（好ましくは３００℃〜４５０℃）で、ＲＦプラズマＣＶＤ法で分解・堆積して行った。あるいは、上記ＴＥＯＳを原料としてオゾンガスと共に減圧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℃〜５５０℃）で形成しても差し支えない。ゲート絶縁膜１０の成膜後、ゲート絶縁膜１０自身のバルク特性および結晶性ケイ素膜／ゲート絶縁膜の界面特性を向上するために、不活性ガス雰囲気下で４００℃〜６００℃で１時間〜４時間のアニールを行う。
【００６５】
引き続いて、スパッタリング法によって、厚さ４００ｎｍ〜８００ｎｍ（例えば６００ｎｍ）のアルミニウムを成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニングしてゲート電極１１を形成する。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１２を形成する。この状態が図３（ｆ）に相当する。上記ゲート電極１１は、平面的にはゲートバスライン２２をも同時に構成しており、この状態を平面的に見ると、図１（ｄ）に示すような状態になっている。上記陽極酸化は、酒石酸が１％〜５％含まれたエチレングリコール溶液中で行い、最初一定電流で２２０Ｖまで電圧を上げ、その状態で１時間保持した後に終了する。得られた酸化物層１２の厚さは２００ｎｍである。尚、この酸化物層１２は、後のイオンドーピング工程において、オフセットゲート領域を形成する厚さになるので、オフセットゲート領域の長さを上記陽極酸化工程で決めることができる。
【００６６】
次に、イオンドーピング法によって、上記ゲート電極１１とその周囲の酸化物層１２とをマスクとして上記活性領域に不純物（リン）を注入する。ドーピングガスとしてフォスフィン（ＰＨ３）を用い、加速電圧を６０ｋＶ〜９０ｋＶ（例えば８０ｋＶ）、ドーズ量を１×１０１５ｃｍ−２〜８×１０１５ｃｍ−２（例えば２×１０１５ｃｍ−２）とする。この工程によって、不純物が注入された領域１３と領域１４とは後にＴＦＴのソース／ドレイン領域となり、ゲート電極１１およびその周囲の酸化物層１２にマスクされて不純物が注入されない領域１５は、後にＴＦＴのチャネル領域となる。
【００６７】
その後、図３（ｆ）に示すように、レーザ光１６を照射してアニールを行い、イオン注入した不純物の活性化を行うと同時に、上記の不純物導入工程で結晶性が劣化した部分の結晶性を改善させる。その際に、使用するレーザとしてはＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ）を用い、エネルギー密度１５０〜４００ｍＪ／ｃｍ２（好ましくは２００〜２５０ｍＪ／ｃｍ２）で照射を行う。こうして形成されたＮ型不純物（リン）領域１３，１４のシート抵抗は、２００Ω／□〜８００Ω／□である。
【００６８】
続いて、図３（ｇ）に示すように、厚さ６００ｎｍ程度の酸化ケイ素膜あるいは窒化ケイ素膜等の層間絶縁膜１７を形成する。尚、上記酸化ケイ素膜を用いる場合には、ＴＥＯＳを原料として、上記ＴＥＯＳと酸素とのプラズマＣＶＤ法、若しくは、オゾンとの減圧ＣＶＤ法や常圧ＣＶＤ法によって形成すれば、段差被覆性に優れた良好な層間絶縁膜が得られる。また、ＳｉＨ４とＮＨ３とを原料ガスとしてプラズマＣＶＤ法で成膜された窒化ケイ素膜を用いれば、活性領域／ゲート絶縁膜の界面へ水素原子を供給し、ＴＦＴ特性を劣化させる不対結合手を低減する効果がある。
【００６９】
次に、上記層間絶縁膜１７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との二層膜）によってＴＦＴのソース電極・配線１８を形成する。窒化チタン膜は、アルミニウムが半導体層に拡散するのを防止するのを目的としたバリア膜として設けられる。このＴＦＴ２０は、画素電極をスイッチングする素子であるので、もう一方のドレイン電極にはＩＴＯ（インジュウム錫酸化物）等の透明導電膜からなる画素電極１９を設ける。すなわち、図１（ｅ）において、ソースバスライン２１およびソース電極・配線１８を介してビデオ信号が供給され、ゲートバスライン２２およびゲート電極１１からのゲート信号に基づいて画素電極１９に必要な電荷が書き込まれるのである。そして最後に、１気圧の水素雰囲気下において、３５０℃で１時間のァニールを行い、図１（ｅ）および図３（ｇ）に示すＴＦＴ２０を完成させる。さらに、必要に応じて、ＴＦＴ２０を保護する目的で、ＴＦＴ２０上に窒化ケイ素膜等からなる保護膜を設けてもよい。
【００７０】
本実施の形態に従って作製したＴＦＴは、電界効果移動度が２００ｃｍ２／Ｖｓ程度，閾値電圧が２Ｖ程度と非常に高性能であるにも拘らず、上記従来の技術においては頻繁に見られたＴＦＴオフ動作時のリーク電流の異常な増大が全く無く、単位Ｗ当たり１ｐＡ以下と非常に低い値を安定して示した。この値は、触媒元素を用いることなく作成した従来のＴＦＴと比べても全く遜色の無いものである。すなわち、本実施の形態を適用してＴＦＴを作製した場合には、製造歩留まりを大きく向上することができるのである。また、繰り返し測定やバイアスあるいは温度ストレスによる耐久性試験を行っても殆ど特性劣化は見られず、触媒元素を用いずに作成した従来のＴＦＴと比べて非常に信頼性が高いことが立証された。
【００７１】
さらに、本実施の形態に基づいて作製された液晶表示用アクティブマトリックス基板を実際に点灯評価したところ、従来法によって作成したものに比べて表示むらが小さく、ＴＦＴリークによる画素欠陥も極めて少なく、コントラスト比の高い高表示品位の液晶パネルを得ることができた。
【００７２】
上述のごとく、本実施の形態においては、ガラス基板１上に酸化ケイ素膜２およびａ‐Ｓｉ膜３を成膜する。そして、ａ‐Ｓｉ膜３上に絶縁性薄膜でなるマスク４を形成し、ライン状のスルーホール領域５を介してａ−Ｓｉ膜３上にニッケル６を導入する。そうした後に、不活性雰囲気下において加熱温度５３０℃〜６００℃でアニールを行なって、スルーホール領域５から横方向に結晶成長させる。次に、マスク４を再度パターニングし、ＴＦＴの活性領域９よりも一回り大きく、且つ、スルーホール領域５および成長境界部３ｃを開口するマスク４’を形成し、リン７を全面にイオンドーピングする。そして、不活性雰囲気下において５００℃〜７００℃の温度で加熱処理を行って、結晶性ケイ素領域３ｄにドーピングされたリン７によってその領域のニッケル６をトラップし、さらにマスク４’下の結晶性ケイ素膜３ｂ中のニッケル６をリンドープ結晶性ケイ素領域３ｄの方向に引き出す。こうして、結晶性ケイ素膜３ｂにおけるニッケル濃度を大幅に低減するのである。さらに、レーザ光８を照射して活性領域９における結晶性ケイ素膜の結晶性を助長する。以後、得られた低ニッケル濃度の結晶性ケイ素膜を用いて半導体装置の能動（チャネル）領域を形成するのである。
【００７３】
このように、本実施の形成においては、上記マスク４のスルーホール領域５を介してａ−Ｓｉ膜３上にニッケル６を導入して横方向に結晶成長させる。その後、マスク４を再度パターニングしてＴＦＴの活性領域９よりも一回り大きなマスク４’を形成し、リン７をイオンドーピングしてマスク４’下の結晶性ケイ素膜３ｂ中のニッケル６を四方にゲッタリングするようにしている。
【００７４】
したがって、上記横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜３ｂ中のニッケル濃度が５×１０１７〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である場合は、上記リン７を用いたゲッタリングによって、マスク４’下の結晶性ケイ素膜３ｂにおけるニッケル濃度を５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度にまで大幅に低減することができるのである。
【００７５】
すなわち、本実施の形態によれば、電界効果移動度が２００ｃｍ２／Ｖｓ程度，閾値電圧が２Ｖ程度と非常に高性能であり、オフ動作時のリーク電流の異常な増大が全く無いＴＦＴを、歩留りよく得ることができるのである。
【００７６】
その場合に、先ず、上記スルーホール領域５を有するマスク４を用いてニッケル６の選択的導入を行なう。引き続いて、同じマスク４を再度パターニングしてスルーホール領域５および成長境界部３ｃを開口すると共にＴＦＴの活性領域９よりも一回り大きなマスク４’を形成し、このマスク４’を用いてリン７の選択的導入を行なうようにしている。したがって、ニッケル６およびリン７の導入の際に、後に活性領域９となる結晶性ケイ素膜３ｂの領域を常にカバーすることができ、活性領域９に対するプロセス起因の汚染を最低限に抑えることができる。さらに、ニッケル６の濃度が高いスルーホール領域（ニッケル６の導入領域）５と成長境界部３ｃとのニッケル６をトラップし、且つ、その部分を避けて活性領域９を得ることができる。その結果、良品率の向上を図ることができるのである。
【００７７】
尚、本実施の形態によるＴＦＴ製造工程は、アクティブマトリックス基板の画素電極を対象にしたものである。しかしながら、本半導体装置の製造方法は薄膜集積回路等にも簡単に応用でき、その場合には、ゲート電極１１上にもコンタクトホールを形成し、必要とする配線を施せばよい。
【００７８】
＜第２実施の形態＞
本実施の形態においては、アクティブマトリックス型の液晶表示装置の周辺駆動回路や一般の薄膜集積回路を形成するＮ型ＴＦＴとＰ型ＴＦＴとを相補型に構成したＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）構造のＴＦＴ回路を石英ガラス基板上に作製する際の工程に、この発明を適用した場合について説明する。
【００７９】
図４は、本実施の形態に係るＴＦＴ製造方法を説明するための平面図である。また、図５および図６は、図４におけるＢ‐Ｂ’矢視断面に相当する製造工程断面図であり、図５（ａ）から図６（ｈ）の順に従ってＴＦＴの製造工程が進行する。
【００８０】
先ず、石英ガラス基板３１の表面を低濃度のフッ化水素酸で洗浄した後、石英ガラス基板３１上に、減圧ＣＶＤ法あるいはプラズマＣＶＤ法によって、厚さ４０ｎｍ〜１００ｎｍ（例えば５５ｎｍ）の真性（Ｉ型）のａ‐Ｓｉ膜３２を成膜する。
【００８１】
次に、上記ａ‐Ｓｉ膜３２上に酸化ケイ素膜または窒化ケイ素膜等の絶縁性薄膜を堆積し、パターニングしてマスク３３を形成する。本実施の形態におけるマスク３３の形成は、酸化ケイ素膜を用い、ＴＥＯＳを原料とし、酸素と共にＲＦプラズマＣＶＤ法で分解・堆積することによって行った。マスク３３の厚さは、１００ｎｍ〜４００ｎｍであることが望ましく、本実施の形態においては、上記酸化ケイ素膜の厚さを１５０ｎｍとした。マスク３３のスルーホール領域３４においてスリット状にａ‐Ｓｉ膜３２が露呈される。すなわち、図５（ａ）の状態を上方から見ると、図４に示すように領域３４においてａ‐Ｓｉ膜３２が露呈しており、他の部分はマスク３３によって覆われた状態になっている。その場合におけるスルーホール領域３４の幅Ｗ３は２μｍ〜１５μｍであることが望ましく、本実施の形態においては１０μｍとした。
【００８２】
上記マスク３３を形成した後、この上からニッケル３５を微量だけ添加する。このニッケル３５の微量添加は、純ニッケル（９９．９％以上）のターゲットを用い、ＤＣスパッタリングによって行う。具体的には、ＤＣパワーが５０Ｗ程度という極低パワーにおいて、基板搬送速度を２０００ｍｍ／ｍｉｎにまで高めてスパッタリング処理を行う。スパッタリングガスとしてはアルゴンを用い、純ニッケルターゲットに対するスパッタリング時のガス圧力を１０Ｐａ以上に上げることで、ニッケルの極低濃度スパッタリングが可能となる。
【００８３】
このようにしてスパッタリングされた上記ニッケル３５は、図５（ａ）においては薄膜のように表現されてはいるが、実際には単原子層程度かそれ以下の状態であって、とても膜と呼べる状態ではない。具体的には、ＤＣパワー６０Ｗ，アルゴンガス圧１８Ｐａの条件下でスパッタリングを行ったところ、半導体積層体の表面上（マスク３３および領域３４で露呈しているａ‐Ｓｉ膜３２）のニッケル濃度は６×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度（ＴＲＸＲＦ測定値）であった。
【００８４】
そして、図５（ａ）の状態で不活性雰囲気下（例えば窒素雰囲気下）で、加熱温度５３０℃〜６００℃（例えば５８０℃）で１１時間アニールして結晶化させる。その際に、領域３４においては、ａ‐Ｓｉ膜３２の表面に存在する微量のニッケル３５を核としてａ‐Ｓｉ膜３２の結晶化が起こり、図５（ｂ）に示すように、結晶性ケイ素膜３２ａが形成される。そして、引き続いて、領域３４の周辺領域においては、矢印（Ｃ）で示すように、領域３４から横方向（基板と平行な方向）に結晶成長が行われ、横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜３２ｂが形成される。それ以外の領域は、そのまま非晶質ケイ素膜領域３２ｃとして残る。その境界が成長境界部３２ｄである。レイアウト上、当該ＴＦＴの横にも別のＴＦＴが作成される場合には、非晶質ケイ素膜領域３２ｃは隣のパターンからの横成長領域となり、その境界が素子領域外に形成される。
【００８５】
その際に、上記マスク３３上に存在するニッケル３５は、マスク３３によって阻まれて下層のａ−Ｓｉ膜３２には到達せず、領域３４から導入されたニッケル３５のみによってａ−Ｓｉ膜３２の結晶化が行われる。この横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜３２ｂ中のニッケル濃度は５×１０１７〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度（ＳＩＭＳ測定値）であり、直接ニッケルを添加して結晶成長した結晶性ケイ素膜３２ａ中のニッケル濃度は１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度であった。尚、上記結晶成長に際し、矢印（Ｃ）で示される基板と平行な方向への結晶成長の距離は１３０μｍ程度である。
【００８６】
次に、図４および図５（ｃ）に示すように、上記酸化ケイ素膜から成るマスク３３を再度パターニングし、開口部を広げて、形状をマスク３３’のごとく変更する。この段階では、未だ活性領域は形成されていないが、図４においては、マスク３３’と後にＴＦＴの活性領域になる領域との位置関係を説明するために、活性領域３７を示してある。すなわち、マスク３３’は、後のＴＦＴ活性領域３７をすっぽりと覆うように形成されるのである。また。マスク３３’はＴＦＴ活性領域３７よりも距離Ｗ４だけ一回り大きく形成されている。
【００８７】
次に、この状態で、図５（ｃ）に示すように、半導体積層体上方からリン３６を全面にイオンドーピングする。その場合のリン３６のドーピング条件としては、加速電圧を５ｋＶ〜１０ｋＶとし、ドーズ量を５×１０１５ｃｍ−２〜１×１０１６ｃｍ−２とする。この工程によって、露呈している結晶性ケイ素膜３２ａ，一部の結晶性ケイ素膜３２ｂ，非晶質ケイ素膜領域３２ｃおよび成長境界部３２ｄにリン３６が注入され、リンドープ結晶性ケイ素領域３２ｅが形成される。尚、上記マスク３３’によって覆われている横方向結晶成長領域の結晶性ケイ素膜３２ｂには、リンはドーピングされない。ここで、上記距離Ｗ４は、リンドープ結晶性ケイ素領域３２ｅとＴＦＴ活性領域３７との間隔を意味しており、１μｍ以上が必要である。本実施の形態においては３μｍとした。
【００８８】
そして、この状態で、例えば窒素雰囲気等の不活性雰囲気下において５００℃〜７００℃の温度で数時間から数十時間の加熱処理を施す。本実施の形態においては、一例として６００℃で１２時間の処理を行った。この加熱処理によって、結晶性ケイ素領域３２ｅにドーピングされたリン３６がその領域３２ｅに存在するニッケルをまずトラップする。そして、図４及び図５（ｄ）に示すように、更にマスク３３’下の結晶性ケイ素膜３２ｂ中に存在しているニッケル３５を矢印（Ｄ）の方向に（すなわち、周囲のリンドープ結晶性ケイ素領域３２ｅの方向）へと全方向に向かって引き出す。その結果、マスク３３’下の結晶性ケイ素膜３２ｂのニッケル濃度は大幅に低減するのである。その場合における結晶性ケイ素膜３２ｂ中のニッケル濃度をＳＩＭＳによって測定したところ、５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度にまで低減されていた。ちなみに、上記工程の前における結晶性ケイ素膜３２ｂ中ニッケル濃度は５×１０１７〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度であった。
【００８９】
次に、上記マスク３３’として用いた酸化ケイ素膜をエッチング除去する。エッチャントとしては、下層のケイ素膜３２と十分に選択性のある１：１０バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用い、ウェットエッチングによって行う。
【００９０】
その後に、図６（ｅ）に示すように、上記マスク３３’下の結晶性ケイ素膜３２ｂを用いて、後にＴＦＴの活性領域（素子領域）となる領域３７ｎ，３７ｐの結晶性ケイ素膜３２ｂを残し、それ以外のケイ素膜をエッチング除去して素子間分離を行う。
【００９１】
次に、図６（ｆ）に示すように、上記ＴＦＴの活性領域となる結晶性ケイ素膜３７ｎ，３７ｐを覆うように、ゲート絶縁膜としての厚さ６０ｎｍの酸化ケイ素膜３８を成膜する。本実施の形態においては、ＳｉＨ４ガスおよびＮ２Ｏガスを原料として、８５０℃の温度下において減圧ＣＶＤ法によって酸化ケイ素膜３８を成膜した。所謂、ＨＴＯ膜である。
【００９２】
次に、このような状態において、上記結晶性ケイ素膜３７ｎ，３７ｐに対して酸化雰囲気中での熱処理を行う。雰囲気としては酸素や水蒸気，ＨＣｌ等の酸化雰囲気であり、本実施の形態においては、１気圧の酸素雰囲気中で行った。温度は結晶化温度よりも高い８５０℃〜１１００℃が好ましく、本実施の形態においては９５０℃で行った。上述のような条件下で２時間３０分のアニールを行うことによって、酸化ケイ素膜３８中を酸素が拡散移動し、下層の島状ケイ素膜３７ｎ，３７ｐの表面が酸化されて約５０ｎｍの酸化ケイ素膜３９ｎ，３９ｐが形成される。
【００９３】
その結果、上記ケイ素膜３７ｎ，３７ｐの膜厚は初期の５５ｎｍから３０ｎｍに減少する。また、ＴＦＴとしてのゲート絶縁膜は、ＣＶＤによって形成された酸化ケイ素膜３８とケイ素膜３７の熱酸化によって形成された酸化ケイ素膜３９との二層で構成されて、トータル膜厚は１１０ｎｍになる。また、チャネル界面は、活性領域のケイ素膜３７とこのケイ素膜３７の酸化による酸化ケイ素膜３９とで構成されて、良好な界面特性が得られる。さらに、上記酸化工程によって、島状ケイ素膜３７ｎ，３７ｐの膜中不対結合（ダングリングボンド）は大幅に低減され、その結晶性は大きく改善される。以上の結果、３０ｎｍに薄膜化された高品質結晶性ケイ素膜による活性領域３７ｎ’，３７ｐ’が得られるのである。
【００９４】
引き続いて、図６（ｇ）に示すように、スパッタリング法によって厚さ４００ｎｍ〜８００ｎｍ（例えば５００ｎｍ）のアルミニウム（０．１％〜２％のシリコンを含む）を成膜し、アルミニウム膜をパターニングして、ゲート電極４０ｎ，４０ｐを形成する。
【００９５】
次に、イオンドーピング法によって、上記ゲート電極４０ｎ，４０ｐをマスクとして活性領域３７ｎ’，３７ｐ’に不純物（リン及びホウ素）を注入する。その場合、ドーピングガスとしてフォスフィン（ＰＨ３）およびジボラン（Ｂ２Ｈ６）を用いる。そして、加速電圧を、前者の場合には６０ｋＶ〜９０ｋＶ（例えば８０ｋＶ）、後者の場合は４０ｋＶ〜８０ｋＶ（例えば６５ｋＶ）とし、ドーズ量を１×１０１５ｃｍ−２〜８×１０１５ｃｍ−２（例えば、リンを２×１０１５ｃｍ−２，ホウ素を５×１０１５ｃｍ−２）とする。この工程によって、ゲート電極４０ｎ，４０ｐでマスクされて不純物が注入されない領域は、後にＴＦＴのチャネル領域４１ｎ，４１ｐとなる。上記ドーピングの際には、ドーピングが不要な領域をフォトレジストで覆うことによって、夫々の元素を選択的にドーピングを行う。その結果、Ｎ型の不純物領域４２ｎ，４３ｎと、Ｐ型の不純物領域４２ｐ，４３ｐとが形成され、図４に示すようにＮチャネル型ＴＦＴとＰチャネル型ＴＦＴとを形成することができる。
【００９６】
その後、図６（ｇ）に示すように、レーザ光４４を照射してアニールを行い、イオン注入した不純物の活性化を行う。レーザ光４４としては、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ）を用い、エネルギー密度２５０ｍＪ／ｃｍ２で一箇所につき２０ショット照射した。
【００９７】
続いて、図６（ｈ）に示すように、厚さ９００ｎｍの酸化ケイ素膜をプラズマＣＶＤ法によって形成して層間絶縁膜４５とする。そして、この層間絶縁膜４５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二層膜）によってＴＦＴの電極・配線４６を形成する。そして最後に、１気圧の水素雰囲気下において、３５０℃で１時間のアニールを行い、Ｎチャネル型ＴＦＴ４７とＰチャネル型ＴＦＴ４８とを完成させる。さらに、必要に応じて、ＴＦＴ４７，４８を保護する目的で、ＴＦＴ４７，４８上に窒化ケイ素膜等からなる保護膜を設けてもよい。
【００９８】
本実施の形態に従って作製したＣＭＯＳ構造ＴＦＴにおいては、夫々のＴＦＴの電界効果移動度は、Ｎ型ＴＦＴ４７で２５０ｃｍ２／Ｖｓ〜３００ｃｍ２／Ｖｓ，Ｐ型ＴＦＴ４８で１２０ｃｍ２／Ｖｓ〜１５０ｃｍ２／Ｖｓと高く、閾値電圧はＮ型ＴＦＴ４７で１Ｖ程度，Ｐ型ＴＦＴ４８で−１．５Ｖ程度と非常に良好な特性を示した。しかも、上記従来の技術においては頻繁に見られたＴＦＴオフ動作時のリーク電流の異常な増大が全く無く、リーク電流値自体も単位Ｗ当たり１ｐＡ以下と非常に低い値を安定して示した。この値は、触媒元素を用いることなく作成した従来のＴＦＴと比べても全く遜色の無いものである。すなわち、本実施の形態を適用してＴＦＴを作製した場合には、製造歩留まりを大きく向上することができるのである。また、繰り返し測定やバイアスあるいは温度ストレスによる耐久性試験を行っても殆ど特性劣化は見られず、触媒元素を用いずに作成した従来のＴＦＴと比べて非常に信頼性が高く、安定した回路特性を示した。
【００９９】
上述のごとく、本実施の形態においては、石英ガラス基板３１上にａ‐Ｓｉ膜３２を成膜し、ａ‐Ｓｉ膜３２上にマスク３３を形成する。そして、マスク３３のスルーホール領域３４から露呈しているａ‐Ｓｉ膜３２の表面に、極低パワーのＤＣスパッタリングによってａ‐Ｓｉ膜３２に触媒元素としてのニッケル３５を極低濃度で導入する。そうした後に、不活性雰囲気下で、加熱温度５３０℃〜６００℃でアニールして結晶化させる。その結果、スルーホール領域３４から横方向に結晶成長が行われて横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜３２ｂが形成される。次に、マスク３３を再度パターニングして、ニッケル導入領域３４および成長境界部３２ｄを開口し、且つ、ＴＦＴ活性領域３７よりも一回り大きなマスク３３’を形成する。そして、リン３６をイオンドーピングし、不活性雰囲気下において５００℃〜７００℃の温度で加熱処理を施す。その結果、結晶性ケイ素領域３２ｅにドーピングされたリン３６によってその領域のニッケル３５がトラップされ、さらにマスク３３’下の結晶性ケイ素膜３２ｂ中に存在しているニッケル３５がリンドープ結晶性ケイ素領域３２ｅの方向に引き出される。こうして、結晶性ケイ素膜３２ｂのニッケル濃度は大幅に低減される。さらに、酸素雰囲気化で８５０℃〜１１００℃で加熱処理を行って活性領域３７における結晶性ケイ素膜の結晶性を助長する。以後、領域３４の両側に得られた低ニッケル濃度の結晶性ケイ素膜３７ｎ，３７ｐを用いてＣＭＯＳ構造の能動（チャネル）領域を形成するのである。
【０１００】
このように、本実施の形態によれば、上記第１実施の形態と同様に、ライン状のスルーホール領域３４を有するマスク３３を用いて、ニッケル３５を導入して横方向に結晶成長させる。さらに、マスク３３を再度パターニングしてＴＦＴの活性領域３７よりも一回り大きなマスク３３’を形成し、リン３６をイオンドーピングしてマスク３３’下の結晶性ケイ素膜３２ｂ中のニッケル３５を四方にゲッタリングするようにしている。
【０１０１】
したがって、上記横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜３２ｂ中のニッケル濃度が５×１０１７〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である場合は、上記リン３６を用いたゲッタリングによって、マスク３３’下の結晶性ケイ素膜３２ｂにおけるニッケル濃度を５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度にまで大幅に低減することができるのである。
【０１０２】
すなわち、本実施の形態によれば、電界効果移動度がＮ型ＴＦＴ４７で２５０ｃｍ２／Ｖｓ〜３００ｃｍ２／Ｖｓ，Ｐ型ＴＦＴ４８で１２０ｃｍ２／Ｖｓ〜１５０ｃｍ２／Ｖｓであり、閾値電圧がＮ型ＴＦＴ４７で１Ｖ程度，Ｐ型ＴＦＴ４８で−１．５Ｖ程度と非常に高性能であり、オフ動作時のリーク電流の異常な増大が全く無いＣＭＯＳ構造のＴＦＴを、歩留りよく得ることができるのである。
【０１０３】
その場合に、先ず、上記スルーホール領域３４を有するマスク３３を用いてニッケル３５の選択的導入を行なう。引き続いて、同じマスク３３を再度パターニングしてスルーホール領域３４および成長境界部３２ｄを開口すると共にＴＦＴの活性領域３７ｎ，３７ｐよりも一回り大きなマスク３３’を形成し、このマスク３３’を用いてリン３６の選択的導入を行なうようにしている。したがって、ニッケル３５およびリン３６の導入の際に、後に活性領域３７ｎ，３７ｐとなる結晶性ケイ素膜３２ｂの領域を常にカバーすることができ、活性領域３７ｎ，３７ｐに対するプロセス起因の汚染を最低限に抑えることができる。さらに、ニッケル３５の濃度が高いスルーホール領域（ニッケル３５の導入領域）３４と成長境界部３２ｄとのニッケルをトラップし、且つ、その部分を避けて活性領域３７ｎ，３７ｐを得ることができる。その結果、良品率の向上を図ることができるのである。
【０１０４】
ところで、上記各実施の形態においては、ａ−Ｓｉ膜３，３２の一部にその結晶化を促進する触媒元素としてニッケル６，３５を選択的に導入し、加熱処理を行うことによって、ａ−Ｓｉ膜３，３２をニッケル６，３５の導入領域５，３４からその周辺領域へと、横方向（基板と平行）に結晶成長を行わせる。そして、上記ニッケル６，３５が選択的に導入された領域より広い領域に、５族Ｂから選ばれた元素としてリン７，３６を導入し、再度加熱処理を行って、リン７，３６が導入された領域にニッケル６，３５を移動させる。そして、上記リン７，３６が導入された領域外の横方向に結晶成長した結晶性ケイ素膜３ｂ，３２ｂを用いて、半導体装置の活性領域を形成するようにしている。
【０１０５】
すなわち、上記従来の技術においては、上記ニッケルの導入領域と５族Ｂ元素の導入領域とは同一であったのに対し、上記各実施の形態の形態においては、ニッケル６，３５が導入された領域よりもリン７，３６の導入領域を大きく確保することがポイントである。ケイ素膜へのニッケル６，３５の導入量をできる限り少なく抑え、逆にリン７，３６の導入量をできる限り多くするのが好ましい。上記各実施の形態においては、このことを、夫々の元素の導入領域の大きさ（面積）によって実現するのであるが、この面積の効果は非常に大きい。すなわち、リン７，３６の導入面積を２倍にすることによって、元の面積のままでリン７，３６の導入量を１０倍にするよりもより大きなゲッタリング効果を得ることができるのである。
【０１０６】
尚、この評価は、上記リン７，３６を導入して加熱処理した後に、リン７，３６導入領域以外の領域（素子形成領域）に対してフッ酸系のエッチャントによるライトエッチング処理を行い、残留しているニッケル６，３５を顕在化させて評価した結果である。よりシビアな評価としては、さらに高温での熱処理を行って上記素子形成領域内に残存しているニッケル６，３５が再凝集してシリサイド状態となって現われるようにする評価がある。この後者の評価を行っても、特開平１０−２４７７３５号公報，特開平１１−４０５００号公報および特開平１１−４０８１６号公報において見られたようなニッケル６，３５の再凝集は全く見られなかった。
【０１０７】
そして、上記各実施の形態を適用してＴＦＴを作成したところ、特開平１０−２４７７３５号公報，特開平１１−４０５００号公報および特開平１１−４０８１６号公報によって同様にＴＦＴを作成した場合には３％以上の確率で見られたＴＦＴオフ時のリーク電流の異常な増大現象が、上記各実施の形態においては全く見られず正に０％であった。さらに、上記各実施の形態を適用して作成したＴＦＴを用いた液晶表示装置においては、上記３公報に開示された従来の技術では頻発していた線状の表示むら（ドライバ部のサンプリングＴＦＴに起因）やオフ時のリーク電流による画素欠陥も全く無く、表示品位を大きく向上でき、良品率を飛躍的に高めることができるのである。
【０１０８】
上記各実施の形態においては、半導体装置の活性（素子）領域を形成する際に、少なくともリン７，３６が導入された領域外の横方向に結晶成長した結晶性ケイ素膜３ｂ，３２ｂを用いて形成する必要がある。そうしない場合には、リン７，３６が活性（素子）領域に残留することになり、例え能動（チャネル）領域にリン７，３６は存在しなくとも後の工程次第では温度によって拡散し、ＴＦＴ等の閾値電圧を不安定化させる原因になる。さらには、ニッケル６，３５の導入領域５，３４から横方向に結晶成長した結晶性ケイ素膜同士がぶつかり合った成長境界部３ｃ，３２ｄを避けて、半導体装置の能動（チャネル）領域を形成することが望ましい。従来における横方向結晶成長時に生じた成長境界部は、触媒元素がシリサイド状態で高濃度に局在しており、到底能動（チャネル）領域として使える状態ではなかった。ところが、上記各実施の形態では、リン７，３６によるニッケル６，３５の移動（ゲッタリング）効率が非常に高いために、成長境界部３ｃ，３２ｄにおいてもニッケル６，３５は略除去できており、濃度的には問題なく使用できる値にある。しかしながら、このような成長境界部３ｃ，３２ｄは結晶性が不安定であり、これらが能動（チャネル）領域中に存在すると、その点で素子特性のばらつきが大きくなる。本実施の形態は、半導体装置の高性能化に加え、高信頼性および高安定化を目指すものであるから、出来ることなら横成長の成長境界部３ｃ，３２ｄを避けて半導体装置の能動（チャネル）領域を形成することが望ましい。
【０１０９】
上記各実施の形態においては、上記リン７，３６を結晶性ケイ素膜３ｂ，３２ｂに選択的に導入する際に、少なくともニッケル６，３５が導入された領域よりも広い領域に対して導入を行うことが重要である。特に、リン７，３６が導入される領域を、ニッケル６，３５が選択的に導入された領域を含んで設定することが望ましい。すなわち、少なくともニッケル６，３５が直接導入された領域にはさらにリン７，３６を導入し、その領域よりさらに広い領域に渡ってリン７，３６を導入するのである。横方向結晶成長過程において、導入されたニッケル６，３５の全てが利用される訳ではなく、大部分のニッケル６，３５はそのまま導入領域に残存する。横方向への結晶成長が終了した段階でのニッケル６，３５の膜中濃度は、横方向結晶成長領域に比べて導入領域の方が一桁以上高い。このような高濃度領域を完全にゲッタリングするのは非常に困難であるだけでなく、リン７，３６導入後の加熱処理でさらにこの領域から拡散移動することも考えられる。そこで、上述したように、このようなニッケル６，３５の高濃度領域には重ねてリン７，３６を導入することで、先ずその領域で高濃度のニッケル６，３５が外に移動できないようにトラップする。そして更に、横方向に結晶成長した結晶性ケイ素膜３ｂ，３２ｂ中の低濃度のニッケル６，３５を効率良くリン７，３６の導入領域に集めるのである。
【０１１０】
また、上記ケイ素膜の横方向への結晶成長に際しては、上記ニッケル６，３５が結晶成長の先端部に局在し、ケイ素膜の結晶成長を引き起こしている。したがって、横方向への結晶成長が終了した段階では、横方向に結晶成長した結晶性ケイ素膜３ｂ，３２ｂ同士がぶつかり合った成長境界部３ｃ，３２ｄも、ニッケル６，３５が直接導入された領域と並んで非常に高濃度にニッケル６，３５が存在している。この成長境界部３ｃ，３２ｄは、面積的にはニッケル６，３５の導入領域５，３４に比べてはるかに小さいが、ニッケル６，３５の導入領域５，３４と同様の理由から、成長境界部３ｃ，３２ｄを含み、その領域よりも広くリン７，３６を導入することがより望ましい。
【０１１１】
その場合に、上記ニッケル６，３５とリン７，３６とを選択的に導入する方法としては、先ずａ−Ｓｉ膜３，３２へのニッケル６，３５の選択的な導入を、ａ−Ｓｉ膜３，３２上に設けられてスルーホール領域５，３４を有する絶縁膜のマスク４，３３を用いて行なう。引き続いてリン７，３６の結晶性ケイ素膜３ｂ，３２ｂへの選択的な導入も、同じマスク４，３３のスルーホール領域５，３４をさらに広げて成るマスク４’，３３’を用いておこなうのである。
【０１１２】
こうすることによって、上記ニッケル６，３５とリン７，３６との導入工程においてマスク膜を別々に成膜する必要が無く、マスク膜の堆積工程を一回省くことができるためにプロセスの簡略化を図ることができる。さらに、後に半導体装置の活性領域となる結晶性ケイ素膜３ｂ，３２ｂの領域は、ニッケル６，３５およびリン７，３６を導入する際に常にマスクでカバーされていることになり、露出することはない。その結果、上記活性領域に対するプロセス起因の汚染を最低限に抑えることができるのである。すなわち、ニッケル６，３５およびリン７，３６の導入の際に活性領域となる結晶性ケイ素膜３ｂ，３２ｂの領域を常にマスクでカバーする点と、ニッケル６，３５およびリン７，３６の導入を同じマスク膜を用いて行う点の２点によって、良品率の向上と低コスト化を図ることができるのである。
【０１１３】
さて、次に、上記ニッケル６，３５およびリン７，３６を選択的に導入する際のパターン（マスク）形状について述べる。先ず、ニッケル６，３５をａ−Ｓｉ膜３，３２に選択的に導入する工程においては、ライン＆スペース形状のマスクを用い、ライン状にニッケル６，３５を導入することが望ましい。このニッケル６，３５の導入領域の形状は、横結晶成長領域すなわち半導体装置の活性領域の結晶性に大きく影響を与える。もし、ドット（点）状にニッケルを導入すると、導入面積を小さくして微量導入する観点からのメリットは大きいが、図７（ｂ）に示すように、結晶の成長方向がその導入点５１から矢印（Ｅ）で示すように四方八方に発散することになる。したがって、横方向結晶成長領域を構成する各柱状結晶成分の方向がばらばらとなり、曲がりや分岐なども多くなって、転位等の結晶欠陥が増加する。尚、５２は、ニッケルの非導入領域（横方向結晶成長領域）である。これに対して、ライン状にニッケルを導入した場合には、図７（ａ）に示すように、結晶の成長方向は四方八方へ発散することがなく、導入領域６１から矢印（Ｆ）で示すように一方向に一次元的に結晶成長が行われる。その結果、横方向結晶成長領域における各柱状結晶は成長方向に沿って並び、曲がりや分岐なども少なくなり、良好な結晶性が得られるのである。尚、図中、６２はニッケルの非導入領域（横成長領域）、６３は横結晶成長がぶつかり合った成長境界部である。
【０１１４】
上述のように、上記ニッケルのトータル的な導入量は、図７（ａ）における導入領域６１のライン幅ａによって制御され、この値が重要なパラメーターとなる。ライン幅ａが大きい場合には、ニッケルの導入量が過剰になるだけではなく、横方向への結晶成長に寄与しないニッケルの残留が多くなる。導入領域６１は、後にマスク膜をリン導入用のマスクとして再形成する際やマスク膜の除去工程において、マスク膜のエッチャントに常に曝される。このエッチャントとしては、通常フッ化水素（ＨＦ）酸（フッ酸）を使用するのであるが、このフッ酸は上記触媒元素の代表であるニッケル等のシリサイドを同時にエッチングする。したがって、ニッケルの導入領域６１に横方向結晶成長に使用されないニッケルの残留量が非常に多い場合には、上記エッチング工程によって導入領域６１に穴開きが生じ、最悪の場合には結晶性ケイ素膜の剥離が生ずる場合もある。
【０１１５】
図８に、上記導入領域６１のライン幅ａが、フッ酸によるエッチング穴の発生密度や結晶性長距離に及ぼす影響を示す。図８（ａ）は、ニッケルの導入領域６１をフッ酸に曝した際に起こるエッチング穴の発生密度と、導入領域６１のライン幅ａとの関係を示す。導入領域６１の穴開きの数は定量評価ができないが、ニッケルシリサイドの大きな塊がどの程度多量に存在しているかの目安とはなる。図８（ａ）から分るように、ライン幅ａが１５μｍ以下の場合には際立ったエッチングダメージは受けていない。したがって、導入領域６１のニッケルが効率的に横方向結晶成長に使われて、導入領域６１に残留しているニッケルは少ないことが分る。実際の工程においても、同様のエッチングダメージを受けることから、ライン幅ａの値としては１５μｍ以下であることが好ましい。また、図８（ｂ）には、横方向への結晶成長距離と導入領域６１のライン幅ａとの関係を示す。ライン幅ａが２μｍ以下になると結晶成長距離が急激に低下する。これは、単純に結晶成長に必要なニッケル量が不足しているためである。一方、ニッケル導入量そのものを大幅に増やすと、狭いライン幅ａでもエッチングダメージが生じてしまうために、ライン幅ａとしての下限は２μｍである。したがって、両者を併せて、ライン状にニッケルを導入する際のライン幅（ニッケルのａ−Ｓｉへの導入幅）ａは、２μｍ以上且つ１５μｍ以下の範囲内であることが望ましい。
【０１１６】
次に、上記リン７，３６を選択的に導入する際のパターン（マスク４’，３３’）の形状について述べる。図７（ａ）に示すように、少なくとも最終的に形成される半導体装置の活性（素子）領域７１上を覆い、当該活性領域７１を取り囲むように当該活性領域７１の周辺に導入することが最も望ましい。ここで、領域７２がマスクされる領域であり、それ以外の領域７３はリンが導入される領域である。すなわち、図７（ａ）から分るように、リンを導入する際のマスクは、活性領域７１を一回り大きく覆うような島状に形成するのである。尚、リンが導入される領域としては、活性領域７１以外の領域にできるだけ広く導入することがゲッタリング効果を考えると良い。ところが、活性領域７１と少しでも重なる領域ががある場合には、半導体装置の特性を大きく変動させて不良となる。そういった意味で、マスクと活性領域７１との間にはある一定の距離ｂが必要であり、活性領域７１と同じ大きさでは意味がない。また、上述のように活性領域７１を取り囲むようにリンの導入を行なうことによって、活性領域７１中のニッケルは、矢印（Ｇ）で示すように、周囲の全方向に向かってニッケルを移動させることができるため、非常に効率的に活性領域７１内のニッケルを外部に移動させることができ、優れたゲッタリング効果を得ることができるのである。
【０１１７】
これに対して、上記従来の特開平１０‐２４７７３５号公報，特開平１１‐４０５００号公報においては、ニッケル導入領域にそのままリンを導入するため、結晶成長方向と全く逆方向に一次元的な一方向への移動しかしないため、上記各実施の形態に比べてゲッタリング効果が大きく低下するのである。また、特開平１１‐４０８１６号公報においては、活性領域外にリンを導入するためゲッタリング効果は上記各実施の形態の場合と同等ではあるが、リン導入用のマスクを用いてニッケルも導入するためにニッケルの濃度が高く、十分なゲッタリング効果が得られない。しかも、内側に二次元的に成長するために結晶性も悪く、活性領域内に横方向に成長した結晶性ケイ素膜同士がぶつかり合った境界が形成され、さらには同じマスクを用いて活性領域をパターンニングするために、どうしても活性領域端部にリンおよびニッケルが残り、安定した特性の高性能な半導体装置を得ることは到底望めないのである。
【０１１８】
ところで、上記第１実施の形態においては、上記ニッケル６によって結晶化された結晶性ケイ素膜３ｂの結晶性をより向上し、半導体装置の性能（特に電流駆動能力）をより向上させるために、リン７が導入された領域外の横方向に結晶成長した結晶性ケイ素膜３ｂを用いて半導体装置の活性領域９をパターンニングした後、上記活性領域９の結晶性ケイ素膜にレーザ光８を照射する工程を追加している。また、第２実施の形態においては、活性領域３７ｎ，３７ｐの結晶性ケイ素膜を結晶化温度よりも更に高温の酸化雰囲気中において熱処理を行う工程を追加している。
【０１１９】
上記第１実施の形態のごとく、上記活性領域９の結晶性ケイ素膜にレーザ光８等の強光を照射した場合には、上記結晶性ケイ素膜と非晶質ケイ素膜との融点の相違から、結晶粒界部や微小な残留非晶質領域（未結晶化領域）が集中的に処理されることになる。通常の固相成長法で形成した結晶性ケイ素膜は、結晶構造が双晶状態であるために強光照射後も結晶粒内部は双晶欠陥として残る。それに比べて、第１実施の形態のごとく触媒元素を導入して結晶化した結晶性ケイ素膜は、柱状結晶で形成されており、その内部は単結晶状態である。そのために、強光の照射によって結晶粒界部が処理されると、基板全面に亘って単結晶状態に近い良質の結晶性ケイ素膜が得られ、結晶性の観点から、その有効性は非常に高い。また、元々結晶性を有するケイ素膜に対してレーザ照射を行うのであるから、非晶質ケイ素膜に直接レーザ照射して結晶化する方法とは異なり、レーザ照射のばらつきが大きく緩和されて均一性上の問題も生じない。
【０１２０】
また、上記第２実施の形態のごとく、上記加熱処理によって横方向への結晶成長を行った後、上記加熱処理温度より更に高温で酸化雰囲気中にて熱処理を行なう場合には、ニッケル３５によって結晶化された結晶性ケイ素膜３７ｎ，３７ｐに対して結晶化温度よりもさらに高温（８００℃〜１１００℃）で酸化処理を行う。そうすると、酸化作用によって生じる過飽和Ｓｉ原子が結晶性ケイ素膜中へ供給されることになる。そして、この過飽和Ｓｉ原子が、結晶性ケイ素膜３７ｎ，３７ｐ中の結晶欠陥（特に不対結合手：ダングリングボンド）に入り込んで、欠陥を消滅させるのである。こうして、ニッケル３５によって結晶化された結晶性ケイ素膜３７ｎ，３７ｐ中の欠陥密度が大きく低減されて、移動度が大幅に向上する。その結果、半導体装置の性能が飛躍的に向上するのである。
【０１２１】
上述のような更に結晶性を向上させる２つの方法においては、実質的に活性領域９，３７に対して結晶化やゲッタリングのための加熱処理以上の温度が加わるので、もし活性領域９，３７中に上記触媒元素や５族Ｂ元素が含まれていると、大きな特性上の問題となって現れることになる。特に問題となるのは上記５族Ｂ元素であり、代表的なリンやヒ素等は、半導体中でドナーとして働き、半導体装置の特性に大きく影響を及ぼす。これには、図７（ａ）におけるリン導入領域７３と活性領域７１との間の距離ｂが大きく影響する。
【０１２２】
図９に、上記５族Ｂ元素導入領域とＴＦＴ活性領域との間の距離ｂと、ＴＦＴの閾値電圧Ｖｔｈとの関係を示す。図９から、ＴＦＴの閾値電圧Ｖｔｈは、距離ｂが１μｍ以下になると急激にマイナスにシフトする異常が現れるのが分る。その場合、同時にオフ時のリーク電流の増大等の異常も見られる。図９は、上記触媒元素としてニッケル、５族Ｂ元素としてリンを用い、活性領域形成後に高温酸化処理を行って結晶性の向上を図ったＴＦＴに関するものであるが、上述のように、レーザ光照射によって結晶性の向上を図ったＴＦＴおいても同様の結果が得られる。単純なリンの拡散を考えると、ゲッタリングのための加熱処理では１μｍも拡散することは考えられないが、横方向に結晶成長した結晶粒界を介しての粒界拡散などが起こっているとも考えられる。ともかく、リンが導入された領域外の横方向に結晶成長した結晶性ケイ素膜を用いて半導体装置の活性領域をパターンニングする際には、上記リンが導入された領域と活性領域との間隔ｂを１μｍ以上にすることが必要なのである。
【０１２３】
さて、次に、上記リン７，３６を上記結晶性ケイ素膜に選択的に導入する方法としては、イオンドーピング法が望ましい。その他の方法で導入しても効果は得られるが、イオンドーピング法を用いた場合の効果が特に顕著である。この理由は、イオンドーピングによって、リン７，３６の導入領域における結晶性ケイ素膜の結晶がある程度破壊され、非晶質化した成分が現れることが原因と考えられる。ニッケル６，３５は、その結晶成長過程から考えても結晶性ケイ素膜から非晶質ケイ素膜へと移動する傾向がある。すなわち、非晶質ケイ素膜中の方がエネルギー的に存在し易いのだと考えられる。すなわち、イオンドーピングによって非晶質化した成分が相乗効果を齎し、リン７，３６のゲッタリング効果をさらに高めているものと考えられる。
【０１２４】
上記ニッケル６，３５とリン７，３６との導入量に関しては、ニッケル６，３５の量は少なく、リン７，３６の量が多い方が良いのは勿論である。最低限を考えると、十分なゲッタリング効果を得るには、少なくともニッケル６，３５に対して１０倍以上の濃度でリン７，３６が導入される必要がある。面積的にはリン７，３６導入領域の方がニッケル６，３５導入領域よりも広いためリン７，３６の導入量はもっと少なくてもように思われるが、導入領域５，３４に存在する高濃度のニッケル６，３５をその領域にトラップし、動かないようにするためには、上述のように少なくともニッケル６，３５濃度の１０倍以上の濃度でのリン７，３６を導入する必要である。
【０１２５】
また、上記各実施の形態においては、上記リン７，３６が導入された領域にニッケル６，３５を移動させるために加熱処理を行うが、この加熱処理の温度が一つの重要なパラメータとなっている。具体的には、上記熱処理は、５００℃〜７００℃の範囲内で行われる必要がある。５００℃よりも低いとニッケル６，３５を十分に移動させることができずゲッタリング効果が得られない。また、７００℃よりも高いと、ニッケル６，３５のランダムな拡散が起こり、リン７，３６の導入領域から外部へもニッケル６，３５が移動するようになる。また、７００℃よりも高い場合には、少しでも酸素が存在するとニッケル６，３５のシリサイドが選択的に酸化され、結晶性ケイ素膜に穴が空いてしまうためである。
【０１２６】
さて、上記各実施の形態において使用できる触媒元素の種類としては、上述したニッケル（Ｎｉ）６，３５の他に、コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ），パラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ），銅（Ｃｕ），金（Ａｕ）を利用することができる。これらの中から選択された一種あるいは複数種類の元素であれば微量で結晶化助長の効果があるが、それらの中でも、特にニッケル６，３５を用いた場合に最も顕著な効果を得ることができる。その理由については、次のようなモデルを考えることができる。
【０１２７】
すなわち、上記触媒元素は単独では作用せず、上記ａ‐Ｓｉ膜３，３２中のケイ素原子と結合してシリサイド化することによって結晶成長に作用する。つまり、その場合における結晶構造がａ‐Ｓｉ膜３，３２の結晶化時に一種の鋳型のように作用し、ａ‐Ｓｉ膜３，３２の結晶化を促すというモデルである。Ｎｉは、２つのＳｉとＮｉＳｉ２なるシリサイドを形成する。ＮｉＳｉ２は螢石型の結晶構造を示し、その結晶構造は単結晶ケイ素のダイヤモンド構造と非常に類似したものである。しかも、ＮｉＳｉ２はその格子定数が５．４０６Åであり、結晶シリコンのダイヤモンド構造での格子定数５．４３０Åに非常に近い値を有している。したがって、ＮｉＳｉ２は、ａ‐Ｓｉ膜３，３２を結晶化させるための鋳型としては最高のものであり、上記各実施の形態における触媒元素としては、特にＮｉを用いるのが最も望ましい。
【０１２８】
次に、上記各実施の形態において使用できる上記５族Ｂ元素の種類としては、上述したリン（Ｐ）７，３６の他に、窒素（Ｎ），ヒ素（Ａｓ），アンチモン（Ｓｂ），ビスマス（Ｂｉ）を利用することができる。これらの中から選択された一種または複数種類の元素であれば上記触媒元素を効率的に移動させることができ、十分なゲッタリング効果を得ることができる。尚、上記ゲッタリングのメカニズムについは、未だ詳しい知見は得られていない。しかしながら、これらの元素の中でも、最も効果が高いのはＰであることは分っている。
【０１２９】
最後に、上記各実施の形態においては、半導体装置の活性領域内に残留する触媒元素量を出来る限り低減し、高性能で高信頼性、高安定性の半導体装置を実現することを目的としている。このためには、最終的に得られる半導体装置の活性（素子）領域における触媒元素の濃度が、１×１０１６ｃｍ３〜２×１０１７ｃｍ３の範囲内であればよい。すなわち、活性領域中の触媒元素濃度を２×１０１７ｃｍ３以下にすることによって、触媒元素が半導体素子特性に及ぼす電気的な悪影響は全く見られなくなる。そして、上記各実施の形態によれば、このような低濃度を実現することは可能である。また、触媒元素を用いて結晶化を行う限り最低限１×１０１６ｃｍ３の濃度の触媒元素は活性領域内に残り、これ以下に低減することは現状考えられるどのような方法をもってしても不可能である。したがって、触媒元素によって結晶化を行った結果として、少なくとも１×１０１６ｃｍ３以上の濃度の触媒元素が活性領域内に残存するのである。
【０１３０】
以上、この発明を２つの実施の形態によって具体的に説明したが、この発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【０１３１】
例えば、上述した２つの実施の形態においては、上記ニッケル６，３５を導入する方法として、非晶質ケイ素膜表面に、ニッケル塩を溶かしたエタノール溶液を塗布する方法、または、スパッタリング法によってニッケル薄膜を形成する方法を用いて選択的にニッケルを微量添加している。しかしながら、非晶質ケイ素膜成膜前に、下地膜表面に選択的にニッケルを導入し、非晶質ケイ素膜下層からニッケルを拡散させる方法であってもよい。すなわち、結晶成長は非晶質ケイ素膜の上面側から行ってもよいし、下面側から行ってもよいのである。また、上記ニッケルの導入方法としては、その他に様々な手法を用いることができる。例えば、ニッケル塩を溶かす溶媒として、単純に水を用いてもよいし、ＳＯＧ（スピン・オン・グラス）材料を溶媒としてＳｉＯ２膜から拡散させる方法もある。また、蒸着法やメッキ法により薄膜形成する方法や、イオンドーピング法によって直接導入する方法等も利用できる。さらに、上述したように、結晶化を助長する不純物金属元素としては、ニッケル以外に、コバルト，鉄，パラジウム，白金，銅，金の中から選択された一種または複数種類の元素を用いても同様の効果が得られる。
【０１３２】
また、上述したように、上記ニッケルをゲッタリングするための５族Ｂ元素としては、リン以外に窒素，ヒ素，アンチモン，ビスマスを利用してもよい。また、５族Ｂ元素を導入する領域としては、ＴＦＴ活性領域を囲むような配置で行ったが、触媒元素導入領域よりも少なくとも大きな面積であれば本発明の効果は得られる。
【０１３３】
また、上記第１実施の形態においては、上記ニッケルによって結晶化された結晶性ケイ素膜の結晶性をさらに助長する手段として、パルスレーザであるエキシマレーザ照射による加熱法を用いた。しかしながら、それ以外のレーザ（例えば連続発振Ａｒレーザ等）でも同様の処理が可能である。また、レーザ光の代わりに赤外光やフラッシュランプを使用して短時間に１０００℃〜１２００℃（シリコンモニタの温度）まで上昇させて試料を加熱する所謂ＲＴＡ（ラピッド・サーマル・アニール）（ＲＴＰ：ラピッド・サーマル・プロセスとも言う）等のレーザ光と同等の強光を用いてもよい。
【０１３４】
さらに、この発明の応用としては、液晶表示用のアクティブマトリックス型基板以外に、例えば、密着型イメージセンサ，ドライバ内蔵型のサーマルヘッド，有機系ＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）等を発光素子としたドライバ内蔵型の光書き込み素子や表示素子，三次元ＩＣ等が考えられる。何れの場合も、この発明を適用することによって、これらの素子の高速，高解像度化等の高性能化が実現できる。更にこの発明は、上述の実施の形態において説明したＭＯＳ（金属酸化膜半導体）型トランジスタに限らず、結晶性半導体を素子材としたバイポーラトランジスタや静電誘導トランジスタを始めとして、幅広く半導体プロセス全般に応用することが可能である。
【０１３５】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の半導体装置の製造方法は、絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質ケイ素膜の一部に結晶化を促進する触媒元素を選択的に導入し、加熱処理を施して上記触媒元素が導入された第１領域からその周辺領域へ向って上記基板と平行に上記非晶質ケイ素膜を結晶化させ、結晶性ケイ素膜における上記第１領域よりも広い領域に５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）を選択的に導入し、加熱処理を行なって上記選択元素が導入された第２領域にこの第２領域以外の第３領域中の上記触媒元素を移動させるので、上記従来の技術のごとく、上記第２領域と第１領域とが同一領域である場合に比して、上記触媒元素の導入量を少なくすると共に、上記選択元素の導入量を多くして、大きなゲッタリング効果を得ることできる。
【０１３６】
その結果、さらに高温での熱処理を行っても、残存している触媒元素が再凝集してシリサイド状態となって現われることは全く無い。
【０１３７】
したがって、この発明によれば、リーク電流の異常な増大等のない安定した特性の高性能半導体装置を実現でき、さらに集積度の高い高性能半導体装置を簡便な製造プロセスによって得ることができる。また、その製造工程において良品率を大きく向上でき、商品の低コスト化を図ることができる。特に、液晶表示装置のＴＦＴに適用することによって、アクティブマトリクス基板に要求される画素スイッチングＴＦＴのスイッチング特性の向上と周辺駆動回路部を構成するＴＦＴに要求される高性能化・高集積化とを同時に満足することができる。したがって、同一基板上にアクティブマトリクス部と周辺駆動回路部とが構成されたドライバモノリシック型アクティブマトリクス基板を実現することができ、モジュールのコンパクト化，高性能化，低コスト化を図ることができる。
さらに、上記５族Ｂから選ばれた元素 （ 選択元素 ） の選択的導入を、上記触媒元素の残存量の多い導入領域 （ 第１領域 ） と、互いに隣接する上記第１領域から成長した結晶性ケイ素膜の境界部とを含む領域に対しても行うので、上記選択元素によって上記第１領域中および上記境界部の多量の触媒元素をトラップし、さらに周囲の結晶性ケイ素膜中の触媒元素を上記第１領域および境界部に効率よく集めることができる。したがって、上記結晶性ケイ素膜における上記選択元素の非導入領域 （ 上記第３領域 ） の触媒元素濃度をより低減することができる。
【０１３８】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、互いに隣接する上記第１領域から成長した結晶性ケイ素膜の境界部を避けて上記活性領域を形成すれば、結晶化後においては上記触媒元素の濃度が高く、上記ゲッタリング後においては結晶性が不安定な領域を避けて上記活性領域を形成できる。したがって、信頼性が高く安定性も高い半導体装置を得ることができる。
【０１４１】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記触媒元素の選択的導入を開口部が設けられた絶縁膜をマスクとして行い、上記５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）の選択的導入を上記絶縁膜の開口部を更に拡げて成るマスクを用いて行えば、上記選択元素導入用のマクス膜の堆積プロセスを省略して、コストダウンを図ることができる。さらに、後に上記活性領域が形成される領域を、上記触媒元素の導入から上記選択元素の導入に亘って常に上記マスクで覆うことができ。したがって、上記活性領域に対するプロセス起因の汚染を最低限に抑えて、良品率の向上を図ることができる。
【０１４２】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記触媒元素を、ライン＆スペース形状の開口部を有するマスクを用いて直線状に導入すれば、上記結晶成長の方向を上記直線状に対して略垂直な一方向にできる。したがって、横方向結晶成長領域における各柱状結晶成分が成長方向に沿って並び、曲がりや分岐等の少ない良好な結晶性を得ることができる。
【０１４３】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記触媒元素導入用のマスクにおける直線状の開口部の幅を２μｍ以上且つ１５μｍ以下にすれば、上記非晶質ケイ素膜に結晶成長に十分な触媒元素を導入して十分な結晶性長距離を確保できる。さらに、上記触媒元素の必要以上の導入を防止して、残留触媒元素のシリサイド化物が起因となって後のマスクの再パターニングやエッチングに際して結晶性ケイ素膜に穴開きや剥離が生ずることを防止できる。
【０１４４】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）の選択的導入を、後に上記活性領域となる領域を含む領域上をマスクした状態で上記活性領域の周辺部に対して行えば、少なくとも上記活性領域中の触媒元素を周囲全方向に向かって効率的に移動させることができ、優れたゲッタリング効果を得ることができる。
【０１４５】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記結晶性ケイ素膜における上記第３領域を用いて上記活性領域をパターン形成した後、酸化雰囲気中で加熱処理を行って上記活性領域の表面を酸化すれば、上記酸化作用によって生じた過飽和Ｓｉ原子を上記活性領域中の結晶欠陥に入り込ませて上記欠陥を消滅させることができる。したがって、上記活性領域中の欠陥密度を大きく低減し、移動度を大幅に向上できる。
【０１４６】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記結晶性ケイ素膜における上記第３領域を用いて上記活性領域をパターン形成した後、上記活性領域に紫外レーザ光等の強光を照射すれば、上記結晶性ケイ素膜と非晶質ケイ素膜との融点の相違から、結晶粒界部や微小な残留非晶質領域（未結晶化領域）が集中的に処理される。したがって、基板全面に亘って単結晶状態に近い良質の結晶性ケイ素膜を得ることができる。
【０１４７】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記活性領域のパターン形成を、上記結晶性ケイ素膜における上記第３領域内であって、且つ、上記第３領域の輪郭との間隔が１μｍ以上になるように行えば、上記活性領域は、上記選択元素が導入される第２領域から１μｍ以上離れて、上記第２領域に重なることなく形成される。したがって、上記第２領域に導入された選択元素の上記活性領域への悪影響を無くし、得られる半導体装置の上記選択元素に起因する性能低下を防止できる。
【０１４８】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）の選択的導入をイオンドーピング法によって行えば、上記結晶性ケイ素膜へのイオンドーピングによって、上記結晶性ケイ素膜の結晶がある程度破壊されて非晶質化する。したがって、結晶性ケイ素膜から非晶質ケイ素膜へと移動する傾向が強い触媒元素を、上記第３領域から第２領域へ容易に移動させて、上記第３領域における上記触媒元素濃度の更なる低下を図ることができる。
【０１４９】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）を選択的に導入する際における当該元素の濃度を、上記導入された触媒元素の濃度の１０倍以上とすれば、上記選択元素によって上記第１領域および境界部の高濃度触媒元素を動かないようにトラップできる。したがって、十分なゲッタリング効果を得ることができる。
【０１５０】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記結晶性ケイ素膜における第２領域に上記触媒元素を移動させる際の加熱処理温度を５００℃以上且つ７００℃以下にすれば、上記触媒元素を十分に移動させて高いゲッタリング効果を得ることができる。また、上記触媒元素のランダムな拡散を抑制して、上記選択元素の導入領域（第２領域）外への触媒元素の移動を防止できる。さらに、酸素の存在下における触媒元素シリサイド化物の酸化によるケイ素膜の穴開きを防止できる。
【０１５１】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記触媒元素として、ニッケル，コバルト，鉄，パラジウム，白金，銅及び金から選択された少なくとも一つの元素を用いれば、微量で上記非晶質ケイ素膜の結晶化助長効果を得ることができる。特にニッケル元素を用いた場合には、ニッケル元素が形成するシリサイドＮｉＳｉ２を上記結晶化の際の最高の鋳型として機能させて、上記非晶質ケイ素膜の結晶化を促すことができる。
【０１５２】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記５族Ｂから選ばれた元素として、リン，窒素，ヒ素，アンチモンおよびビスマスから選択された少なくとも一つの元素を用いれば、上記触媒元素を効果的に移動させて十分なゲッタリング効果を得ることができる。
【０１５３】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、最終的に得られる上記活性領域における触媒元素の濃度を１×１０１６ｃｍ３以上且つ２×１０１７ｃｍ３以下にすれば、上記触媒元素が半導体装置の特性に及ぼす電気的な悪影響を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の半導体装置の製造方法を適用したＴＦＴの製造工程の概要を示す平面図である。
【図２】図１（ｅ）におけるＡ‐Ａ’矢視断面に相当する製造工程断面図である。
【図３】図２に続く製造工程断面図である。
【図４】この発明の半導体装置の製造方法を適用したＣＭＯＳ構造ＴＦＴの製造方法を説明するための平面図である。
【図５】図４におけるＢ‐Ｂ’矢視断面に相当する製造工程の断面図である。
【図６】図５に続く製造工程の断面図である。
【図７】結晶成長方向およびゲッタリング方向の説明図である。
【図８】触媒元素導入領域のライン幅がエッチング穴の発生密度および結晶性長距離に及ぼす影響を示す図である。
【図９】５族Ｂ元素とＴＦＴ活性領域との間の距離がＴＦＴ閾値電圧に及ぼす影響を示す図である。
【符号の説明】１…ガラス基板、 ２…酸化ケイ素膜（下地膜）、
３，３２…ａ‐Ｓｉ膜、 ３ａ，３２ａ…結晶性ケイ素膜、
３ｂ，３ｂ’，３２ｂ…横方向成長結晶性ケイ素膜、
３ｃ，３２ｄ…成長境界部、
３ｄ，３２ｅ…リンドープ結晶性ケイ素領域、
４，４’，３３，３３’…マスク、 ５，３４…スルーホール領域、
６，３５…ニッケル、 ７，３６…リン、
９，３７ｎ，３７ｐ…ＴＦＴ活性領域、 １０…ゲート絶縁膜、
１１，４０ｎ，４０ｐ…ゲート電極、
１３，１４…不純物領域（ソース／ドレイン領域）、
１５，４１ｎ，４１ｐ…チャネル領域、 １７，４５…層間絶縁膜、
１８…ソース電極・配線、 １９…画素電極、
２０…ＴＦＴ、 ３１…石英ガラス基板、
３２ｃ…非晶質ケイ素膜領域、
３８，３９ｎ，３９ｐ…酸化ケイ素膜（ゲート絶縁膜）、
４２ｎ，４３ｎ…Ｎ型不純物領域、 ４２ｐ，４３ｐ…Ｐ型不純物領域、
４６…電極・配線、 ４７…Ｎチャネル型ＴＦＴ、
４８…Ｐチャネル型ＴＦＴ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の製造方法に関し、さらに詳しくは、非晶質ケイ素膜を結晶化した結晶性ケイ素膜を活性領域とする半導体装置の製造方法に関する。特に、この発明は、絶縁表面を有する基板上に設けられた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いた半導体装置に有効であり、アクティブマトリックス型の液晶表示装置，密着型イメージセンサ，三次元ＩＣ（集積回路）等に利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大型で高解像度の液晶表示装置や高速で高解像度の密着型イメージセンサや三次元ＩＣ等への実現に向けて、ガラス等の絶縁基板上や絶縁膜上に高性能な半導体素子を形成する試みがなされている。上記各装置に用いられる半導体素子には、薄膜状のケイ素半導体を用いるのが一般的である。薄膜状のケイ素半導体としては、非晶質ケイ素（ａ‐Ｓｉ（アモルファス・シリコン））半導体からなるものと結晶性を有するケイ素半導体からなるものの２つに大別される。
【０００３】
上記非晶質ケイ素半導体は、作製温度が低く、気相法で比較的容易に作製することが可能で量産性に富むために、最も一般的に用いられている。ところが、導電性等の物性が結晶性を有するケイ素半導体に比べて劣るため、今後より高速特性を得るためには、結晶性を有するケイ素半導体からなる半導体装置の作製方法の確立が強く求められている。尚、結晶性を有するケイとしては、多結晶ケイ素や微結晶ケイ素等が知られている。
【０００４】
これら結晶性を有する薄膜状のケイ素半導体を得る方法としては、
（１） 成膜時に結晶性を有する膜を直接成膜する。
（２） 非晶質の半導体膜を成膜しておき、レーザ光のエネルギーによって結晶性を有せしめる。
（３） 非晶質の半導体膜を成膜しておき、熱エネルギーを加えることによって結晶性を有せしめる。
等の方法が知られている。
【０００５】
しかしながら、（１）の方法においては成膜工程と同時に結晶化が進行する。したがって、大粒径の結晶性ケイ素を得るにはケイ素膜の厚膜化が不可欠であり、良好な半導体物性を有する膜を基板上に全面に渡って均一に成膜することが技術上困難である。
【０００６】
また、（２）の方法においては、溶融固化過程の結晶化現象を利用するために、粒界が良好に処理されて、小粒径ながら高品質な結晶性ケイ素膜が得られる。ところが、現在最も一般的に使用されているエキシマレーザを例にとっても、未だ十分な安定性を有するものが得られていない。したがって、大面積基板の全面を均一に処理するのは困難であり、ハード面での更なる技術向上が望まれる。
【０００７】
また、（３）の方法においては、（１），（２）の方法に比して基板内の均一性や安定性の点においては有利である。しかしながら、６００℃で３０時間程度の長時間に渡る加熱処理が必要であり、処理時間が長く、スループットが低いという問題がある。さらに、この方法においては、結晶構造が双晶構造となるために、一つの結晶粒は数μｍと比較的大きいのであるが、結晶粒内に多数の双晶欠陥を含み、上記（２）の方法に比べて結晶性は劣る。結晶性を向上させる方法として、さらに１０００℃程度で酸素雰囲気にて加熱処理を施すような手法も用いられてはいる。ところが、その場合には安価なガラス基板は使用できなくなり、また、そうして得られた素子特性もＴＦＴにおいて電界効果移動度１００ｃｍ２／Ｖｓ程度の低いものである。
【０００８】
上述の方法に対して、上記（３）の方法を改善し、高品質な結晶性ケイ素膜を得る方法が特開平１０−２４７７３５号公報，特開平１１−４０５００号公報および持開平１１−４０８１６号公報で提案されている。これらの方法においては、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を利用することによって、加熱温度の低温化および処理時間の短縮を図り、結晶性の向上を図っている。具体的には、非晶質ケイ素膜の表面にニッケルやパラジウム等の金属元素を微量に導入させ、しかる後に加熱を行うものである。
【０００９】
この低温結晶化のメカニズムは、先ず金属元素を核とした結晶核発生が早期に起こり、その後その金属元素が触媒となって結晶成長を助長し、結晶化が急激に進行することで理解される。そういった意味で、以後これらの金属元素を触媒元素と言う。これらの触媒元素によって結晶化が助長されて結晶成長した結晶性ケイ素膜は、通常の固相成長法（上記（３）の方法）で結晶化した結晶性ケイ素膜の一つの粒内が双晶構造であって多数の結晶欠陥を有しているのに対して、その粒内は何本もの柱状結晶ネットワークで構成されており、夫々の柱状結晶内部は略理想的な単結晶状態となっている。
【００１０】
さらに、上記各公報においては、非晶質ケイ素膜の一部に選択的に触媒元素を導入して加熱することで、他の部分を非晶質ケイ素膜の状態として残したまま、触媒元素が導入された領域のみを選択的に結晶化し、そして更に、加熱時間を延長することで、その導入領域から横方向（基板と平行な方向）に結晶成長を行わせている。この横方向結晶成長領域の内部では、成長方向が略一方向に揃った柱状結晶がひしめき合っており、触媒元素が直接導入されてランダムに結晶核の発生が起こった領域に比べて結晶性がさらに良好になっている。したがって、この横方向結晶成長領域の結晶性ケイ素膜を半導体装置の活性領域に用いることによって、半導体装置の高性能化が行える。
【００１１】
上記特開平１０−２４７７３５号公報，特開平１１−４０５００号公報および特開平１１−４０８１６号公報においては、上記触媒元素が導入された領域に、さらに重ねてリン等の５族Ｂの元素（上記各公報では１５族と表現している）を導入し、加熱処理を行うことによって、導入された触媒元素を元の導入部に移動（ゲッタリング）させようとしている。すなわち、触媒元素を用いてケイ素膜を横方向に結晶成長させた段階では、横方向に成長したケイ素膜中（特に成長先端部）に触媒元素が残存している。その触媒元素を元の導入領域まで引き戻し、後に素子領域として用いられる横方向に結晶成長したケイ素膜中の触媒元素を除去してしまおうというコンセプトである。上記特開平１０−２４７７３５号公報においては、通常に横方向に結晶成長させた後に触媒元素導入部にさらにリンなどを導入し、加熱処理によってゲッタリングを行っている。また、特開平１１−４０５００号公報においては、この方法をさらに発展させ、ゲッタリング後に触媒元素が集っているリンおよび触媒元素の導入部をハロゲンガスによって除去している。その際に、ハロゲンガスの作用によって、横方向結晶成長部のケイ素膜においては、さらに上記触媒元素を低減できるとしている。また、特開平１１−４０８１６号公報においては、素子領域に対して外側全域に触媒元素を導入し、素子領域の中心方向に向かって結晶成長させている。そして、その後、触媒元素が導入された領域に重ねてリンを導入し、成長と逆方向へ（素子領域の中心から外側方向へ）と触媒元素をゲッタリングしている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平１０−２４７７３５号公報，特開平１１−４０５００号公報および持開平１１−４０８１６号公報に開示されているような高品質な結晶性ケイ素膜を得る方法には、以下のような問題がある。
【００１３】
すなわち、上述したように、触媒元素を導入することによって非晶質ケイ素膜を結晶化するので、加熱温度の低温化や加熱時間の短縮化を図ることができ、結晶化後に得られるケイ素膜の結晶性は他の従来の結晶化方法に比べて明らかに優れてはいる。しかしながら、上記金属類を主とする触媒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、決して好ましいことでない。
【００１４】
したがって、上記のニッケル等の結晶化を助長する触媒元素は、非晶質ケイ素を結晶化させる際には必要であるが、結晶化したケイ素中には極力含まれないようにすることが望ましい。そのためには、第１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う必要がある。しかしながら、触媒元素の導入量を少なくしていくと、結晶成長状態が非常に不安定化する。そのような状態で作成した結晶性ケイ素膜は、基板内での結晶性のばらつきが非常に大きくなり、半導体装置の活性領域を構成する膜としては到底使用できない。
【００１５】
そこで、第２に、上記各公報のように、上記触媒元素を用いて結晶成長させた後に、触媒元素を移動（ゲッタリング）させることによって、素子領域内の触媒元素を除去あるいは低減することになる。しかしながら、実際に特開平１０−２４７７３５号公報，特開平１１−４０５００号公報および特開平１１−４０８１６号公報のような方法を用いてＴＦＴ素子を試作したところ、十分な効果が得られていないことがわかった。具体的には、ゲッタリングと称される工程の後にも触媒元素はまだ多量に存在しており、ＴＦＴ素子に明らかな悪影響を及ぼしているのである。特に、ゲッタリング工程後、導入領域を除去して、さらに高温での熱処理を行うと、素子領域内に残存している触媒元素が再凝集してシリサイド状態となって現れる。これは、上記各公報に開示されたゲッタリング方法ではまだ不十分であることの証明である。そして、これらの触媒元素がＴＦＴの接合部に存在するとリーク源となり、オフ動作時のリーク電流が非常に増大するのである。実際にＴＦＴを試作すると、上記特開平１０−２４７７３５号公報および特開平１１−４０５００号公報の方法においては、３％程度の確率で、オフ時のリーク電流が非常に大きい不良ＴＦＴが現れる。尚、ハロゲンガスによる明確差は見られない。また、特開平１１−４０８１６号公報の方法の場合には、さらに確率が高くなり、７％程度にまで不良率が増加する。この差は、特開平１１−４０８１６号公報においては、素子領域外全域に触媒元素を導入するために導入される触媒元素量も非常に多く、成長に使用される触媒元素量が過剰となって十分にゲッタリングできていないためである。
【００１６】
以上で述べたように、上記３公報の方法では、素子領域中の触媒元素量を十分に低減できない。その結果、高性能な半導体装置は一部確率的に作製できるのではあるが不良率が高く、また信頼性が非常に悪く、とても量産に適用できるような技術ではない。
【００１７】
そこで、この発明の目的は、触媒元素のゲッタリング率が高く、オフ動作時おけるリーク電流の異常な増大のない、製造歩留まりの高い半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の半導体装置の製造方法は、絶縁表面を有する基板上に非晶質ケイ素膜を形成し，この非晶質ケイ素膜の一部に結晶化を促進する触媒元素を選択的に導入する工程と、加熱処理を施して，上記触媒元素が導入された第１領域からその周辺領域へ向って上記基板と平行に上記非晶質ケイ素膜を結晶化させる工程と、上記結晶化によって得られた結晶性ケイ素膜における上記第１領域よりも広い領域であって ， 且つ ， 互いに隣接する上記第１領域から成長した結晶性ケイ素膜の境界部と上記第１領域とを含む第２領域に，５族Ｂから選ばれた元素を選択的に導入する工程と、加熱処理を行なって，上記５族Ｂから選ばれた元素が導入された上記第２領域に，この第２領域以外の第３領域中の上記触媒元素を移動させる工程と、上記結晶性ケイ素膜における上記第３領域を用いて半導体装置の活性領域を形成する工程を備えたことを特徴としている。
【００１９】
上記構成によれば、非晶質ケイ素膜を基板と平行に結晶化させた結晶性ケイ素膜に、５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）を選択的に導入して加熱処理を行うことによって、上記結晶化の際に選択的に導入された触媒元素が上記選択元素の導入領域に移動される。その際に、上記選択元素の導入領域である第２領域は、上記触媒元素の導入領域である第１領域よりも広く設定されている。したがって、上記従来の技術のごとく、上記第２領域と第１領域とが同一領域である場合に比して、上記触媒元素の導入量が少なく抑えられる一方、上記選択元素の導入量が多く確保されて、大きなゲッタリング効果が得られる。
さらに、上記非晶質ケイ素膜に導入された触媒元素は、その導入領域 （ 第１領域 ） に多く残存するために上記第１領域の触媒元素の濃度は高い。上記構成によれば、上記選択元素が上記第１領域を含む領域に対して行われるため、上記第１領域中の触媒元素がトラップされ、さらに周囲の結晶性ケイ素膜中の触媒元素が上記第１領域に効率よく集められる。したがって、上記結晶性ケイ素膜における上記選択元素の非導入領域 （ 上記第３領域 ） の触媒元素濃度がより低減される。
さらに、非晶質ケイ素膜の横方向への結晶成長に際しては、上記触媒元素が先端部に局在し、非晶質ケイ素膜の結晶化を引き起こしている。したがって、互いに隣接する上記第１領域から成長してきた結晶性ケイ素膜がぶつかり合って結晶成長が終了した場合には、上記境界部の触媒元素の濃度は高い。上記構成によれば、上記選択元素が上記境界部を含む領域に対して行われるため、上記境界部の触媒元素がトラップされ、さらに周囲の結晶性ケイ素膜中の触媒元素が上記境界部に効率よく集められる。したがって、上記結晶性ケイ素膜における上記選択元素の非導入領域 （ 上記第３領域 ） の触媒元素濃度がより低減される。
【００２０】
尚、この場合、さらに高温での熱処理を行っても、残存している触媒元素を再凝集してシリサイド状態となって現われることは全く無い。
【００２１】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記結晶性ケイ素膜における上記第３領域を用いて上記活性領域を形成するに際して、互いに隣接する上記第１領域から成長した結晶性ケイ素膜の境界部を避けて形成することが望ましい。
【００２２】
互いに隣接する上記第１領域から成長した結晶性ケイ素膜の境界部は、結晶化後においては上記触媒元素の濃度が高く、上記ゲッタリング後においては結晶性が不安定である。上記構成によれば、結晶性が不安定な上記境界部を避けて活性領域が形成されるため、信頼性および安定性の高い半導体装置が得られる。
【００２７】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記触媒元素の非晶質ケイ素膜への選択的導入を，上記非晶質ケイ素膜上に設けられて開口部を有する絶縁膜をマスクとして行い、上記５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）の結晶性ケイ素膜への選択的導入を，上記絶縁膜の開口部を更に拡げて成るマスクを用いて行うことが望ましい。
【００２８】
上記構成によれば、上記触媒元素の選択的導入と上記選択元素の選択的導入とが、同一絶縁膜から形成されたマスクを用いて行われる。こうして、上記選択元素導入用のマクス膜の堆積プロセスが省略されて、コストダウンが図られる。さらに、後に上記活性領域が形成される領域が、上記触媒元素の導入から上記選択元素の導入に亘って常に上記マスクで覆われる。したがって、上記活性領域に対するプロセス起因の汚染が最低限に抑えられ、良品率の向上が図られる。
【００２９】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記触媒元素の非晶質ケイ素膜への選択的導入を、上記非晶質ケイ素膜上に設けられると共に平行に配列された直線状（所謂、ライン＆スペース形状）の開口部を有するマスクを用いて直線状に導入するように成すことが望ましい。
【００３０】
上記構成によれば、上記触媒元素が直線状に導入されるため、結晶成長の方向が上記直線状に対して略垂直な一方向になる。その結果、横方向結晶成長領域における各柱状結晶成分は成長方向に沿って並び、曲がりや分岐等の少ない良好な結晶性が得られる。
【００３１】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記触媒元素導入用のマスクにおける直線状の開口部の幅を２μｍ以上且つ１５μｍ以下にすることが望ましい。
【００３２】
上記構成によれば、上記触媒元素導入用マスクの開口部の幅は２μｍ以上である。したがって、上記非晶質ケイ素膜の結晶成長に十分な触媒元素が導入され、結晶性長距離が十分確保される。また、上記開口部の幅は１５μｍ以下である。したがって、上記触媒元素の必要以上の導入が防止され、残留触媒元素のシリサイド化物が起因となって後のマスクの再パターニングやエッチングに際して結晶性ケイ素膜に生ずる穴開きや剥離が防止される。
【００３３】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）の結晶性ケイ素膜への選択的導入を、後に上記活性領域となる領域を含む領域上をマスクした状態で上記活性領域の周辺部に対して行なうことが望ましい。
【００３４】
上記構成によれば、上記選択元素が、後に上記活性領域となる領域を含む領域上をマスクした状態で上記活性領域の周辺部に対して行われる。その結果、少なくとも上記活性領域中の触媒元素は周囲全方向に向かって効率的に移動し、優れたゲッタリング効果が得られる。
【００３５】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記結晶性ケイ素膜における上記第３領域を用いて上記活性領域をパターン形成した後、酸化雰囲気中で加熱処理を行い、上記活性領域における結晶性ケイ素膜の表面を酸化することによって、当該結晶性ケイ素膜の結晶性をさらに向上させることが望ましい。
【００３６】
上記構成によれば、上記結晶性ケイ素膜の第３領域に形成された活性領域の表面が酸化される。そうすると、この酸化作用によって生じた過飽和Ｓｉ原子が、上記活性領域中の結晶欠陥に入り込んで欠陥を消滅させる。こうして、上記活性領域中の欠陥密度が大きく低減され、移動度が大幅に向上される。
【００３７】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記結晶性ケイ素膜における上記第３領域を用いて上記活性領域をパターン形成した後、上記活性領域における結晶性ケイ素膜に強光を照射することによって、当該結晶性ケイ素膜の結晶性をさらに向上させることが望ましい。
【００３８】
上記構成によれば、上記活性領域の結晶性ケイ素膜に紫外レーザ光等の強光が照射される。その場合、上記結晶性ケイ素膜と非晶質ケイ素膜との融点の相違から、結晶粒界部や微小な残留非晶質領域（未結晶化領域）が集中的に処理される。ここで、上記結晶性ケイ素膜は触媒元素を導入して結晶化されており、柱状結晶で形成されてその内部は単結晶状態である。したがって、上記強光の照射によって上記結晶粒界部が処理されると、基板全面に亘って単結晶状態に近い良質の結晶性ケイ素膜が得られるのである。
【００３９】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記活性領域のパターン形成を、上記結晶性ケイ素膜における第３領域内であって、且つ、上記第３領域の輪郭との間隔が１μｍ以上になるように行なうことが望ましい。
【００４０】
上記構成によれば、上記結晶性ケイ素膜における活性領域は、上記５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）が導入される第２領域から１μｍ以上離れて、上記第２領域に重なることなく形成される。したがって、上記第２領域に導入された選択元素が上記活性領域に悪影響を及ぼすことが無く、得られる半導体装置の上記選択元素に起因する性能低下が防止される。
【００４１】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）の結晶性ケイ素膜への選択的導入を、イオンドーピング法によって行なうことが望ましい。
【００４２】
上記構成によれば、上記結晶性ケイ素膜に対する上記選択元素の導入がイオンドーピングによって行われる。このように、上記結晶性ケイ素膜に対してイオンドーピングが行われることによって、上記結晶性ケイ素膜の結晶がある程度破壊されて非晶質化する。その結果、結晶性ケイ素膜から非晶質ケイ素膜へと移動する傾向が強い触媒元素は、上記第３領域から第２領域へさらに容易に移動することになる。こうして、上記第３領域における上記触媒元素濃度の更なる低下が図られる。
【００４３】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）を結晶性ケイ素膜へ選択的に導入する際における当該元素の濃度を、上記導入された触媒元素の濃度の１０倍以上とすることが望ましい。
【００４４】
上記構成によれば、上記触媒元素の濃度の１０倍以上の濃度で導入された上記選択元素によって、上記第１領域および上記境界部にある触媒元素は動かないようにトラップされる。こうして、十分なゲッタリング効果が得られる。
【００４５】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記結晶性ケイ素膜における第２領域に上記触媒元素を移動させる際の加熱処理温度を、５００℃以上且つ７００℃以下にすることが望ましい。
【００４６】
上記構成によれば、上記触媒元素のゲッタリングが、触媒元素が十分に移動させることができる５００℃以上の加熱温度で行われる。こうして、十分なゲッタリング効果が得られる。また、上記ゲッタリングが７００℃以下の加熱温度で行われる。こうして、上記触媒元素のランダムな拡散が抑制され、上記選択元素の導入領域（第２領域）外への触媒元素の移動が防止される。さらに、酸素の存在下での触媒元素シリサイドの酸化による結晶性ケイ素膜の穴開きが防止される。
【００４７】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記触媒元素として、ニッケル，コバルト，鉄，パラジウム，白金，銅および金から選択された少なくとも一つの元素を用いることが望ましい。
【００４８】
上記構成によれば、微量で上記非晶質ケイ素膜の結晶化助長効果が得られる。特に、ニッケル元素が形成するシリサイドＮｉＳｉ２は螢石型の結晶構造を示しており、その結晶構造は単結晶ケイ素のダイヤモンド構造と非常に類似している。しかも、シリサイドＮｉＳｉ２の格子定数は結晶シリコン（ダイヤモンド構造）の格子定数に非常に近い。したがって、シリサイドＮｉＳｉ２は、上記非晶質ケイ素膜を結晶化させるための最高の鋳型として機能して、上記非晶質ケイ素膜の結晶化が促される。
【００４９】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）として、リン，窒素，ヒ素，アンチモンおよびビスマスから選択された少なくとも一つの元素を用いることが望ましい。
【００５０】
上記構成によれば、上記選択元素として、リン，窒素，ヒ素，アンチモンおよびビスマスから選択された少なくとも一つの元素が用いられて、上記触媒元素が効果的に移動され、十分なゲッタリング効果が得られる。
【００５１】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、最終的に得られる上記活性領域における上記触媒元素の濃度を、１×１０１６ｃｍ３以上且つ２×１０１７ｃｍ３以下にすることが望ましい。
【００５２】
上記構成によれば、上記活性領域における触媒元素の濃度が２×１０１７ｃｍ３以下であるから、上記触媒元素が半導体装置の特性に及ぼす電気的な悪影響が防止される。尚、上記触媒元素を用いて上記非晶質ケイ素膜の結晶化を行う限り、最低限１×１０１６ｃｍ３の濃度の触媒元素が上記活性領域に残る。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
＜第１実施の形態＞
本実施の形態においては、ガラス基板上にＮ型ＴＦＴを作製する際の工程にこの発明を適用した場合について説明する。本実施の形態におけるＴＦＴは、アクティブマトリックス型の液晶表示装置のドライバ回路や画素部分は勿論のこと、薄膜集積回路を構成する素子としても利用することができる。本実施の形態においては、それらの代表として、基板上に数十万から数百万のＮ型ＴＦＴを特に均一に作製する必要がある液晶表示装置用のアクティブマトリックス基板の画素駆動用ＴＦＴを例にとって説明を行う。
【００５４】
図１は、本実施の形態におけるアクティブマトリックス基板上の画素ＴＦＴの製造工程の概要を示す平面図である。実際には前述のごとく数十万個以上のＴＦＴによって構成されるのであるが、本実施の形態においては、３行×４列の１２個のＴＦＴに簡略して説明を行う。図２および図３は、図１（ｅ）におけるＡ‐Ａ’矢視断面に相当する製造工程断面図であり、図２（ａ）から図３（ｇ）の順に従って画素ＴＦＴの作製工程が進行する。尚、触媒元素の導入部とＴＦＴの活性領域との位置関係が、図１と図２および図３とで９０゜異なっている。これは図面を分かり易くするためであり、実際にはどちらの配置を採っても構わない。
【００５５】
先ず、図２（ａ）に示すように、ガラス基板１上に、例えばスパッタリング法によって厚さ３００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の酸化ケイ素２からなる下地膜を形成する。この酸化ケイ素膜２は、ガラス基板１からの不純物の拡散を防ぐために設けられる。次に、プラズマＣＶＤ（化学蒸着）法あるいは減圧ＣＶＤ法によって、厚さ２０ｎｍ〜８０ｎｍ（例えば３０ｎｍ）の真性（Ｉ型）の非晶質ケイ素膜（ａ‐Ｓｉ膜）３を成膜する。本実施の形態においては、平行平板式のプラズマＣＶＤ装置を用いて、ＳｉＨ４ガスとＨ２ガスとを材料ガスとして用い、基板加熱温度を３００℃とし、ＲＦ（高周波）パワーのパワー密度を１０ｍＷ／ｃｍ２〜２００ｍＷ／ｃｍ２（例えば８０ｍＷ／ｃｍ２）として行った。次に、ａ‐Ｓｉ膜３上に酸化ケイ素膜あるいは窒化ケイ素膜等の絶縁性薄膜を堆積し、パターニングを行って図２（ａ）に示すようなマスク４を形成する。本実施の形態においては、絶縁性薄膜として酸化ケイ素膜を用い、ＴＥＯＳ（テトラ・エトキシ・オルソ・シリケート）を原料とし、酸素と共にＲＦプラズマＣＶＤ法によって分解・堆積した。上記マスク４の厚さは、１００ｎｍ〜４００ｎｍであることが望ましく、本実施の形態においては、上記酸化ケイ素膜の厚さを１５０ｎｍとした。マスク４のスルーホール領域５においてスリット状にａ−Ｓｉ膜３が露呈される。即ち、図２（ａ）の状態を上面から見ると、図１（ａ）に示すようにスルーホール領域５においてａ−Ｓｉ膜３が露呈しており、他の部分は酸化ケイ素膜のマスク４によって覆われた状態になっている。その場合におけるａ−Ｓｉ膜３が露呈しているスルーホール領域５の幅Ｗ１は、２μｍ〜１５μｍであることが望ましく、本実施例においては１０μｍとした。
【００５６】
次に、図２（ａ）に示すように、上記ａ−Ｓｉ膜３およびマスク４の表面にニッケル６の微量添加を行う。このニッケル６の微量添加は、ニッケルを溶かした溶液をａ−Ｓｉ膜３およびマスク４上に保持し、スピナーによって溶液を半導体積層体上に均一に延ばして乾燥させることによって行った。本実施例においては、溶質として酢酸ニッケルを用い、溶媒としてエタノールを用い、溶液中のニッケル濃度が１０ｐｐｍになるようにした。このようにして添加されたａ−Ｓｉ膜３およびマスク４の表面上のニッケル濃度を全反射蛍光Ｘ線分析（ＴＲＸＲＦ）法によって測定すると、５ラ１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度であった。
【００５７】
そして、この状態で、例えば窒素雰囲気下等の不活性雰囲気下において、加熱温度５３０℃〜６００℃（例えば、５８０℃）で１１時間アニールして結晶化させる。その際に、スルーホール領域５においては、ａ−Ｓｉ膜３の表面に存在するニッケル６を核としてａ−Ｓｉ膜３の結晶化が起こり、先ず結晶性ケイ素膜３ａが形成される。そして、引き続いてスルーホール領域５の周辺領域では、図１（ａ）および図２（ｂ）において矢印（Ａ）で示すように、スルーホール領域５から横方向（基板と平行な方向）に結晶成長が行われ、横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜３ｂが形成される。そして、互いに隣接するスルーホール領域５から成長してきた結晶性ケイ素膜３ｂ，３ｂ’同士がぶつかり合って結晶成長は終了し、そこに成長境界部３ｃが形成される。このとき、マスク４上に存在するニッケル６は、マスク４に阻まれるために下層のａ−Ｓｉ膜３には到達せず、スルーホール領域５において導入されたニッケル６のみによってａ−Ｓｉ膜３の結晶化が行われる。この横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜３ｂ中のニッケル濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によって測定したところ５×１０１７〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度であり、直接ニッケルを添加し結晶成長した結晶性ケイ素膜３ａ中のニッケル濃度は１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度であった。尚、上記結晶成長に際して、矢印（Ａ）で示されるガラス基板１に平行な方向への結晶成長距離は、最長で１３０μｍ程度である。
【００５８】
次に、図１（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、上記酸化ケイ素膜で成るマスク４を再度パターニングし、開口部を広げてマスク４’のような形状にする。未だこの段階では活性領域は形成されていないが、図１（ｂ）においては、マスク４’と後にＴＦＴの活性領域となる領域との位置関係を説明するために、右端の列のみ活性領域９を示してある。すなわち、マスク４’は、後にＴＦＴの活性領域９となる領域をすっぽりと覆うように形成される。また。マスク４’はＴＦＴ活性領域９よりも距離Ｗ２だけ一回り大きく形成されている。
【００５９】
次に、この状態で、図２（ｃ）に示すように、半導体積層体上方からリン７を全面にイオンドーピングする。その場合の上記リン７のドーピング条件としては、加速電圧を５ｋＶ〜１０ｋＶとし、ドーズ量を５×１０１５ｃｍ−２〜１×１０１６ｃｍ−２とする。この工程によって、露呈している領域の結晶性ケイ素膜３ａ，一部の結晶性ケイ素膜３ｂおよび成長境界部３ｃにリン７が注入され、リンドープされた結晶性ケイ素領域３ｄが形成される。一方、マスク４’によって覆われている領域の結晶性ケイ素膜３ｂには、リン７はドーピングされない。すなわち、図１（ｂ）において斜線で示された部分にリン７がドーピングされる。尚、上記距離Ｗ２は、リンドープ結晶性ケイ素領域３ｄとＴＦＴ活性領域９との間隔を意味しており、最低１μｍ以上必要である。本実施の形態においては３μｍとした。
【００６０】
そして、この状態で、例えば窒素雰囲気等の不活性雰囲気下において５００℃〜７００℃の温度で数時間から数十時間の加熱処理を施す。本実施の形態においては、一例として６００℃で１２時間の加熱処理を行った。この加熱処理によって、結晶性ケイ素領域３ｄにドーピングされたリン７がその領域に存在するニッケルをまずトラップする。そして更に、図１（ｂ）および図２（ｄ）に示すように、マスク４’下の結晶性ケイ素膜３ｂ中に存在しているニッケル６を、矢印（Ｂ）の方向（すなわち、周囲のリンドープ結晶性ケイ素領域３ｄの方向）へと全方向に向かって引き出す。その結果、マスク４’下の結晶性ケイ素膜３ｂ中のニッケル濃度は大幅に低減する。その場合における結晶性ケイ素膜３ｂ中のニッケル濃度をＳＩＭＳによって測定したところ、測定限界レベルの５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度にまで低減されていた。ちなみに、この工程の前における結晶性ケイ素膜３ｂ中ニッケル濃度は、５×１０１７〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度であった。
【００６１】
次に、上記マスク４’として用いた酸化ケイ素膜をエッチング除去する。エッチャントとしては、下層のケイ素膜３と十分に選択性のある１：１０バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用い、ウェットエッチングによって行う。
【００６２】
その後、上記マスク４’に覆われていた領域の結晶性ケイ素膜３ｂを残し、その他の不要な部分のケイ素膜３を除去して素子間分離を行う。すなわち、この工程によって、図１（ｃ）に示すような配置で、少なくとも結晶性ケイ素膜３ｂに、後にＴＦＴの活性領域（ソース／ドレイン領域およびチャネル領域）となる島状の結晶性ケイ素膜９が形成され、図１（ｃ）および図３（ｅ）の状態が得られる。
【００６３】
次に、図３（ｅ）に示すように、レーザ光８を照射することによって結晶性ケイ素膜９の結晶性を助長する。このときのレーザ光８としては、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ）を用いた。レーザ光８の照射条件は、照射時に半導体積層体を２００℃〜４５０℃（例えば４００℃）に加熱し、エネルギー密度２５０〜４５０ｍＪ／ｃｍ２（例えば３５０ｍＪ／ｃｍ２）で照射した。ビームサイズは、ガラス基板１の表面で１５０ｍｍ×１ｍｍの長尺形状となるように成型されており、長尺方向に対して垂直方向に０．０５ｍｍのステップ幅で順次走査を行った。すなわち、結晶性ケイ素膜９の任意の一点において計２０回のレーザ照射が行われることになる。
【００６４】
次に、上記活性領域となる結晶性ケイ素膜９を覆うように、厚さ２０ｎｍ〜１５０ｎｍ（ここでは１００ｎｍ）の酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜１０として成膜する。上記酸化ケイ素膜の形成には、ここでは上記ＴＥＯＳを原料とし、酸素と共に基板温度１５０℃〜６００℃（好ましくは３００℃〜４５０℃）で、ＲＦプラズマＣＶＤ法で分解・堆積して行った。あるいは、上記ＴＥＯＳを原料としてオゾンガスと共に減圧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℃〜５５０℃）で形成しても差し支えない。ゲート絶縁膜１０の成膜後、ゲート絶縁膜１０自身のバルク特性および結晶性ケイ素膜／ゲート絶縁膜の界面特性を向上するために、不活性ガス雰囲気下で４００℃〜６００℃で１時間〜４時間のアニールを行う。
【００６５】
引き続いて、スパッタリング法によって、厚さ４００ｎｍ〜８００ｎｍ（例えば６００ｎｍ）のアルミニウムを成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニングしてゲート電極１１を形成する。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１２を形成する。この状態が図３（ｆ）に相当する。上記ゲート電極１１は、平面的にはゲートバスライン２２をも同時に構成しており、この状態を平面的に見ると、図１（ｄ）に示すような状態になっている。上記陽極酸化は、酒石酸が１％〜５％含まれたエチレングリコール溶液中で行い、最初一定電流で２２０Ｖまで電圧を上げ、その状態で１時間保持した後に終了する。得られた酸化物層１２の厚さは２００ｎｍである。尚、この酸化物層１２は、後のイオンドーピング工程において、オフセットゲート領域を形成する厚さになるので、オフセットゲート領域の長さを上記陽極酸化工程で決めることができる。
【００６６】
次に、イオンドーピング法によって、上記ゲート電極１１とその周囲の酸化物層１２とをマスクとして上記活性領域に不純物（リン）を注入する。ドーピングガスとしてフォスフィン（ＰＨ３）を用い、加速電圧を６０ｋＶ〜９０ｋＶ（例えば８０ｋＶ）、ドーズ量を１×１０１５ｃｍ−２〜８×１０１５ｃｍ−２（例えば２×１０１５ｃｍ−２）とする。この工程によって、不純物が注入された領域１３と領域１４とは後にＴＦＴのソース／ドレイン領域となり、ゲート電極１１およびその周囲の酸化物層１２にマスクされて不純物が注入されない領域１５は、後にＴＦＴのチャネル領域となる。
【００６７】
その後、図３（ｆ）に示すように、レーザ光１６を照射してアニールを行い、イオン注入した不純物の活性化を行うと同時に、上記の不純物導入工程で結晶性が劣化した部分の結晶性を改善させる。その際に、使用するレーザとしてはＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ）を用い、エネルギー密度１５０〜４００ｍＪ／ｃｍ２（好ましくは２００〜２５０ｍＪ／ｃｍ２）で照射を行う。こうして形成されたＮ型不純物（リン）領域１３，１４のシート抵抗は、２００Ω／□〜８００Ω／□である。
【００６８】
続いて、図３（ｇ）に示すように、厚さ６００ｎｍ程度の酸化ケイ素膜あるいは窒化ケイ素膜等の層間絶縁膜１７を形成する。尚、上記酸化ケイ素膜を用いる場合には、ＴＥＯＳを原料として、上記ＴＥＯＳと酸素とのプラズマＣＶＤ法、若しくは、オゾンとの減圧ＣＶＤ法や常圧ＣＶＤ法によって形成すれば、段差被覆性に優れた良好な層間絶縁膜が得られる。また、ＳｉＨ４とＮＨ３とを原料ガスとしてプラズマＣＶＤ法で成膜された窒化ケイ素膜を用いれば、活性領域／ゲート絶縁膜の界面へ水素原子を供給し、ＴＦＴ特性を劣化させる不対結合手を低減する効果がある。
【００６９】
次に、上記層間絶縁膜１７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との二層膜）によってＴＦＴのソース電極・配線１８を形成する。窒化チタン膜は、アルミニウムが半導体層に拡散するのを防止するのを目的としたバリア膜として設けられる。このＴＦＴ２０は、画素電極をスイッチングする素子であるので、もう一方のドレイン電極にはＩＴＯ（インジュウム錫酸化物）等の透明導電膜からなる画素電極１９を設ける。すなわち、図１（ｅ）において、ソースバスライン２１およびソース電極・配線１８を介してビデオ信号が供給され、ゲートバスライン２２およびゲート電極１１からのゲート信号に基づいて画素電極１９に必要な電荷が書き込まれるのである。そして最後に、１気圧の水素雰囲気下において、３５０℃で１時間のァニールを行い、図１（ｅ）および図３（ｇ）に示すＴＦＴ２０を完成させる。さらに、必要に応じて、ＴＦＴ２０を保護する目的で、ＴＦＴ２０上に窒化ケイ素膜等からなる保護膜を設けてもよい。
【００７０】
本実施の形態に従って作製したＴＦＴは、電界効果移動度が２００ｃｍ２／Ｖｓ程度，閾値電圧が２Ｖ程度と非常に高性能であるにも拘らず、上記従来の技術においては頻繁に見られたＴＦＴオフ動作時のリーク電流の異常な増大が全く無く、単位Ｗ当たり１ｐＡ以下と非常に低い値を安定して示した。この値は、触媒元素を用いることなく作成した従来のＴＦＴと比べても全く遜色の無いものである。すなわち、本実施の形態を適用してＴＦＴを作製した場合には、製造歩留まりを大きく向上することができるのである。また、繰り返し測定やバイアスあるいは温度ストレスによる耐久性試験を行っても殆ど特性劣化は見られず、触媒元素を用いずに作成した従来のＴＦＴと比べて非常に信頼性が高いことが立証された。
【００７１】
さらに、本実施の形態に基づいて作製された液晶表示用アクティブマトリックス基板を実際に点灯評価したところ、従来法によって作成したものに比べて表示むらが小さく、ＴＦＴリークによる画素欠陥も極めて少なく、コントラスト比の高い高表示品位の液晶パネルを得ることができた。
【００７２】
上述のごとく、本実施の形態においては、ガラス基板１上に酸化ケイ素膜２およびａ‐Ｓｉ膜３を成膜する。そして、ａ‐Ｓｉ膜３上に絶縁性薄膜でなるマスク４を形成し、ライン状のスルーホール領域５を介してａ−Ｓｉ膜３上にニッケル６を導入する。そうした後に、不活性雰囲気下において加熱温度５３０℃〜６００℃でアニールを行なって、スルーホール領域５から横方向に結晶成長させる。次に、マスク４を再度パターニングし、ＴＦＴの活性領域９よりも一回り大きく、且つ、スルーホール領域５および成長境界部３ｃを開口するマスク４’を形成し、リン７を全面にイオンドーピングする。そして、不活性雰囲気下において５００℃〜７００℃の温度で加熱処理を行って、結晶性ケイ素領域３ｄにドーピングされたリン７によってその領域のニッケル６をトラップし、さらにマスク４’下の結晶性ケイ素膜３ｂ中のニッケル６をリンドープ結晶性ケイ素領域３ｄの方向に引き出す。こうして、結晶性ケイ素膜３ｂにおけるニッケル濃度を大幅に低減するのである。さらに、レーザ光８を照射して活性領域９における結晶性ケイ素膜の結晶性を助長する。以後、得られた低ニッケル濃度の結晶性ケイ素膜を用いて半導体装置の能動（チャネル）領域を形成するのである。
【００７３】
このように、本実施の形成においては、上記マスク４のスルーホール領域５を介してａ−Ｓｉ膜３上にニッケル６を導入して横方向に結晶成長させる。その後、マスク４を再度パターニングしてＴＦＴの活性領域９よりも一回り大きなマスク４’を形成し、リン７をイオンドーピングしてマスク４’下の結晶性ケイ素膜３ｂ中のニッケル６を四方にゲッタリングするようにしている。
【００７４】
したがって、上記横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜３ｂ中のニッケル濃度が５×１０１７〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である場合は、上記リン７を用いたゲッタリングによって、マスク４’下の結晶性ケイ素膜３ｂにおけるニッケル濃度を５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度にまで大幅に低減することができるのである。
【００７５】
すなわち、本実施の形態によれば、電界効果移動度が２００ｃｍ２／Ｖｓ程度，閾値電圧が２Ｖ程度と非常に高性能であり、オフ動作時のリーク電流の異常な増大が全く無いＴＦＴを、歩留りよく得ることができるのである。
【００７６】
その場合に、先ず、上記スルーホール領域５を有するマスク４を用いてニッケル６の選択的導入を行なう。引き続いて、同じマスク４を再度パターニングしてスルーホール領域５および成長境界部３ｃを開口すると共にＴＦＴの活性領域９よりも一回り大きなマスク４’を形成し、このマスク４’を用いてリン７の選択的導入を行なうようにしている。したがって、ニッケル６およびリン７の導入の際に、後に活性領域９となる結晶性ケイ素膜３ｂの領域を常にカバーすることができ、活性領域９に対するプロセス起因の汚染を最低限に抑えることができる。さらに、ニッケル６の濃度が高いスルーホール領域（ニッケル６の導入領域）５と成長境界部３ｃとのニッケル６をトラップし、且つ、その部分を避けて活性領域９を得ることができる。その結果、良品率の向上を図ることができるのである。
【００７７】
尚、本実施の形態によるＴＦＴ製造工程は、アクティブマトリックス基板の画素電極を対象にしたものである。しかしながら、本半導体装置の製造方法は薄膜集積回路等にも簡単に応用でき、その場合には、ゲート電極１１上にもコンタクトホールを形成し、必要とする配線を施せばよい。
【００７８】
＜第２実施の形態＞
本実施の形態においては、アクティブマトリックス型の液晶表示装置の周辺駆動回路や一般の薄膜集積回路を形成するＮ型ＴＦＴとＰ型ＴＦＴとを相補型に構成したＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）構造のＴＦＴ回路を石英ガラス基板上に作製する際の工程に、この発明を適用した場合について説明する。
【００７９】
図４は、本実施の形態に係るＴＦＴ製造方法を説明するための平面図である。また、図５および図６は、図４におけるＢ‐Ｂ’矢視断面に相当する製造工程断面図であり、図５（ａ）から図６（ｈ）の順に従ってＴＦＴの製造工程が進行する。
【００８０】
先ず、石英ガラス基板３１の表面を低濃度のフッ化水素酸で洗浄した後、石英ガラス基板３１上に、減圧ＣＶＤ法あるいはプラズマＣＶＤ法によって、厚さ４０ｎｍ〜１００ｎｍ（例えば５５ｎｍ）の真性（Ｉ型）のａ‐Ｓｉ膜３２を成膜する。
【００８１】
次に、上記ａ‐Ｓｉ膜３２上に酸化ケイ素膜または窒化ケイ素膜等の絶縁性薄膜を堆積し、パターニングしてマスク３３を形成する。本実施の形態におけるマスク３３の形成は、酸化ケイ素膜を用い、ＴＥＯＳを原料とし、酸素と共にＲＦプラズマＣＶＤ法で分解・堆積することによって行った。マスク３３の厚さは、１００ｎｍ〜４００ｎｍであることが望ましく、本実施の形態においては、上記酸化ケイ素膜の厚さを１５０ｎｍとした。マスク３３のスルーホール領域３４においてスリット状にａ‐Ｓｉ膜３２が露呈される。すなわち、図５（ａ）の状態を上方から見ると、図４に示すように領域３４においてａ‐Ｓｉ膜３２が露呈しており、他の部分はマスク３３によって覆われた状態になっている。その場合におけるスルーホール領域３４の幅Ｗ３は２μｍ〜１５μｍであることが望ましく、本実施の形態においては１０μｍとした。
【００８２】
上記マスク３３を形成した後、この上からニッケル３５を微量だけ添加する。このニッケル３５の微量添加は、純ニッケル（９９．９％以上）のターゲットを用い、ＤＣスパッタリングによって行う。具体的には、ＤＣパワーが５０Ｗ程度という極低パワーにおいて、基板搬送速度を２０００ｍｍ／ｍｉｎにまで高めてスパッタリング処理を行う。スパッタリングガスとしてはアルゴンを用い、純ニッケルターゲットに対するスパッタリング時のガス圧力を１０Ｐａ以上に上げることで、ニッケルの極低濃度スパッタリングが可能となる。
【００８３】
このようにしてスパッタリングされた上記ニッケル３５は、図５（ａ）においては薄膜のように表現されてはいるが、実際には単原子層程度かそれ以下の状態であって、とても膜と呼べる状態ではない。具体的には、ＤＣパワー６０Ｗ，アルゴンガス圧１８Ｐａの条件下でスパッタリングを行ったところ、半導体積層体の表面上（マスク３３および領域３４で露呈しているａ‐Ｓｉ膜３２）のニッケル濃度は６×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度（ＴＲＸＲＦ測定値）であった。
【００８４】
そして、図５（ａ）の状態で不活性雰囲気下（例えば窒素雰囲気下）で、加熱温度５３０℃〜６００℃（例えば５８０℃）で１１時間アニールして結晶化させる。その際に、領域３４においては、ａ‐Ｓｉ膜３２の表面に存在する微量のニッケル３５を核としてａ‐Ｓｉ膜３２の結晶化が起こり、図５（ｂ）に示すように、結晶性ケイ素膜３２ａが形成される。そして、引き続いて、領域３４の周辺領域においては、矢印（Ｃ）で示すように、領域３４から横方向（基板と平行な方向）に結晶成長が行われ、横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜３２ｂが形成される。それ以外の領域は、そのまま非晶質ケイ素膜領域３２ｃとして残る。その境界が成長境界部３２ｄである。レイアウト上、当該ＴＦＴの横にも別のＴＦＴが作成される場合には、非晶質ケイ素膜領域３２ｃは隣のパターンからの横成長領域となり、その境界が素子領域外に形成される。
【００８５】
その際に、上記マスク３３上に存在するニッケル３５は、マスク３３によって阻まれて下層のａ−Ｓｉ膜３２には到達せず、領域３４から導入されたニッケル３５のみによってａ−Ｓｉ膜３２の結晶化が行われる。この横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜３２ｂ中のニッケル濃度は５×１０１７〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度（ＳＩＭＳ測定値）であり、直接ニッケルを添加して結晶成長した結晶性ケイ素膜３２ａ中のニッケル濃度は１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度であった。尚、上記結晶成長に際し、矢印（Ｃ）で示される基板と平行な方向への結晶成長の距離は１３０μｍ程度である。
【００８６】
次に、図４および図５（ｃ）に示すように、上記酸化ケイ素膜から成るマスク３３を再度パターニングし、開口部を広げて、形状をマスク３３’のごとく変更する。この段階では、未だ活性領域は形成されていないが、図４においては、マスク３３’と後にＴＦＴの活性領域になる領域との位置関係を説明するために、活性領域３７を示してある。すなわち、マスク３３’は、後のＴＦＴ活性領域３７をすっぽりと覆うように形成されるのである。また。マスク３３’はＴＦＴ活性領域３７よりも距離Ｗ４だけ一回り大きく形成されている。
【００８７】
次に、この状態で、図５（ｃ）に示すように、半導体積層体上方からリン３６を全面にイオンドーピングする。その場合のリン３６のドーピング条件としては、加速電圧を５ｋＶ〜１０ｋＶとし、ドーズ量を５×１０１５ｃｍ−２〜１×１０１６ｃｍ−２とする。この工程によって、露呈している結晶性ケイ素膜３２ａ，一部の結晶性ケイ素膜３２ｂ，非晶質ケイ素膜領域３２ｃおよび成長境界部３２ｄにリン３６が注入され、リンドープ結晶性ケイ素領域３２ｅが形成される。尚、上記マスク３３’によって覆われている横方向結晶成長領域の結晶性ケイ素膜３２ｂには、リンはドーピングされない。ここで、上記距離Ｗ４は、リンドープ結晶性ケイ素領域３２ｅとＴＦＴ活性領域３７との間隔を意味しており、１μｍ以上が必要である。本実施の形態においては３μｍとした。
【００８８】
そして、この状態で、例えば窒素雰囲気等の不活性雰囲気下において５００℃〜７００℃の温度で数時間から数十時間の加熱処理を施す。本実施の形態においては、一例として６００℃で１２時間の処理を行った。この加熱処理によって、結晶性ケイ素領域３２ｅにドーピングされたリン３６がその領域３２ｅに存在するニッケルをまずトラップする。そして、図４及び図５（ｄ）に示すように、更にマスク３３’下の結晶性ケイ素膜３２ｂ中に存在しているニッケル３５を矢印（Ｄ）の方向に（すなわち、周囲のリンドープ結晶性ケイ素領域３２ｅの方向）へと全方向に向かって引き出す。その結果、マスク３３’下の結晶性ケイ素膜３２ｂのニッケル濃度は大幅に低減するのである。その場合における結晶性ケイ素膜３２ｂ中のニッケル濃度をＳＩＭＳによって測定したところ、５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度にまで低減されていた。ちなみに、上記工程の前における結晶性ケイ素膜３２ｂ中ニッケル濃度は５×１０１７〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度であった。
【００８９】
次に、上記マスク３３’として用いた酸化ケイ素膜をエッチング除去する。エッチャントとしては、下層のケイ素膜３２と十分に選択性のある１：１０バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用い、ウェットエッチングによって行う。
【００９０】
その後に、図６（ｅ）に示すように、上記マスク３３’下の結晶性ケイ素膜３２ｂを用いて、後にＴＦＴの活性領域（素子領域）となる領域３７ｎ，３７ｐの結晶性ケイ素膜３２ｂを残し、それ以外のケイ素膜をエッチング除去して素子間分離を行う。
【００９１】
次に、図６（ｆ）に示すように、上記ＴＦＴの活性領域となる結晶性ケイ素膜３７ｎ，３７ｐを覆うように、ゲート絶縁膜としての厚さ６０ｎｍの酸化ケイ素膜３８を成膜する。本実施の形態においては、ＳｉＨ４ガスおよびＮ２Ｏガスを原料として、８５０℃の温度下において減圧ＣＶＤ法によって酸化ケイ素膜３８を成膜した。所謂、ＨＴＯ膜である。
【００９２】
次に、このような状態において、上記結晶性ケイ素膜３７ｎ，３７ｐに対して酸化雰囲気中での熱処理を行う。雰囲気としては酸素や水蒸気，ＨＣｌ等の酸化雰囲気であり、本実施の形態においては、１気圧の酸素雰囲気中で行った。温度は結晶化温度よりも高い８５０℃〜１１００℃が好ましく、本実施の形態においては９５０℃で行った。上述のような条件下で２時間３０分のアニールを行うことによって、酸化ケイ素膜３８中を酸素が拡散移動し、下層の島状ケイ素膜３７ｎ，３７ｐの表面が酸化されて約５０ｎｍの酸化ケイ素膜３９ｎ，３９ｐが形成される。
【００９３】
その結果、上記ケイ素膜３７ｎ，３７ｐの膜厚は初期の５５ｎｍから３０ｎｍに減少する。また、ＴＦＴとしてのゲート絶縁膜は、ＣＶＤによって形成された酸化ケイ素膜３８とケイ素膜３７の熱酸化によって形成された酸化ケイ素膜３９との二層で構成されて、トータル膜厚は１１０ｎｍになる。また、チャネル界面は、活性領域のケイ素膜３７とこのケイ素膜３７の酸化による酸化ケイ素膜３９とで構成されて、良好な界面特性が得られる。さらに、上記酸化工程によって、島状ケイ素膜３７ｎ，３７ｐの膜中不対結合（ダングリングボンド）は大幅に低減され、その結晶性は大きく改善される。以上の結果、３０ｎｍに薄膜化された高品質結晶性ケイ素膜による活性領域３７ｎ’，３７ｐ’が得られるのである。
【００９４】
引き続いて、図６（ｇ）に示すように、スパッタリング法によって厚さ４００ｎｍ〜８００ｎｍ（例えば５００ｎｍ）のアルミニウム（０．１％〜２％のシリコンを含む）を成膜し、アルミニウム膜をパターニングして、ゲート電極４０ｎ，４０ｐを形成する。
【００９５】
次に、イオンドーピング法によって、上記ゲート電極４０ｎ，４０ｐをマスクとして活性領域３７ｎ’，３７ｐ’に不純物（リン及びホウ素）を注入する。その場合、ドーピングガスとしてフォスフィン（ＰＨ３）およびジボラン（Ｂ２Ｈ６）を用いる。そして、加速電圧を、前者の場合には６０ｋＶ〜９０ｋＶ（例えば８０ｋＶ）、後者の場合は４０ｋＶ〜８０ｋＶ（例えば６５ｋＶ）とし、ドーズ量を１×１０１５ｃｍ−２〜８×１０１５ｃｍ−２（例えば、リンを２×１０１５ｃｍ−２，ホウ素を５×１０１５ｃｍ−２）とする。この工程によって、ゲート電極４０ｎ，４０ｐでマスクされて不純物が注入されない領域は、後にＴＦＴのチャネル領域４１ｎ，４１ｐとなる。上記ドーピングの際には、ドーピングが不要な領域をフォトレジストで覆うことによって、夫々の元素を選択的にドーピングを行う。その結果、Ｎ型の不純物領域４２ｎ，４３ｎと、Ｐ型の不純物領域４２ｐ，４３ｐとが形成され、図４に示すようにＮチャネル型ＴＦＴとＰチャネル型ＴＦＴとを形成することができる。
【００９６】
その後、図６（ｇ）に示すように、レーザ光４４を照射してアニールを行い、イオン注入した不純物の活性化を行う。レーザ光４４としては、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ）を用い、エネルギー密度２５０ｍＪ／ｃｍ２で一箇所につき２０ショット照射した。
【００９７】
続いて、図６（ｈ）に示すように、厚さ９００ｎｍの酸化ケイ素膜をプラズマＣＶＤ法によって形成して層間絶縁膜４５とする。そして、この層間絶縁膜４５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二層膜）によってＴＦＴの電極・配線４６を形成する。そして最後に、１気圧の水素雰囲気下において、３５０℃で１時間のアニールを行い、Ｎチャネル型ＴＦＴ４７とＰチャネル型ＴＦＴ４８とを完成させる。さらに、必要に応じて、ＴＦＴ４７，４８を保護する目的で、ＴＦＴ４７，４８上に窒化ケイ素膜等からなる保護膜を設けてもよい。
【００９８】
本実施の形態に従って作製したＣＭＯＳ構造ＴＦＴにおいては、夫々のＴＦＴの電界効果移動度は、Ｎ型ＴＦＴ４７で２５０ｃｍ２／Ｖｓ〜３００ｃｍ２／Ｖｓ，Ｐ型ＴＦＴ４８で１２０ｃｍ２／Ｖｓ〜１５０ｃｍ２／Ｖｓと高く、閾値電圧はＮ型ＴＦＴ４７で１Ｖ程度，Ｐ型ＴＦＴ４８で−１．５Ｖ程度と非常に良好な特性を示した。しかも、上記従来の技術においては頻繁に見られたＴＦＴオフ動作時のリーク電流の異常な増大が全く無く、リーク電流値自体も単位Ｗ当たり１ｐＡ以下と非常に低い値を安定して示した。この値は、触媒元素を用いることなく作成した従来のＴＦＴと比べても全く遜色の無いものである。すなわち、本実施の形態を適用してＴＦＴを作製した場合には、製造歩留まりを大きく向上することができるのである。また、繰り返し測定やバイアスあるいは温度ストレスによる耐久性試験を行っても殆ど特性劣化は見られず、触媒元素を用いずに作成した従来のＴＦＴと比べて非常に信頼性が高く、安定した回路特性を示した。
【００９９】
上述のごとく、本実施の形態においては、石英ガラス基板３１上にａ‐Ｓｉ膜３２を成膜し、ａ‐Ｓｉ膜３２上にマスク３３を形成する。そして、マスク３３のスルーホール領域３４から露呈しているａ‐Ｓｉ膜３２の表面に、極低パワーのＤＣスパッタリングによってａ‐Ｓｉ膜３２に触媒元素としてのニッケル３５を極低濃度で導入する。そうした後に、不活性雰囲気下で、加熱温度５３０℃〜６００℃でアニールして結晶化させる。その結果、スルーホール領域３４から横方向に結晶成長が行われて横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜３２ｂが形成される。次に、マスク３３を再度パターニングして、ニッケル導入領域３４および成長境界部３２ｄを開口し、且つ、ＴＦＴ活性領域３７よりも一回り大きなマスク３３’を形成する。そして、リン３６をイオンドーピングし、不活性雰囲気下において５００℃〜７００℃の温度で加熱処理を施す。その結果、結晶性ケイ素領域３２ｅにドーピングされたリン３６によってその領域のニッケル３５がトラップされ、さらにマスク３３’下の結晶性ケイ素膜３２ｂ中に存在しているニッケル３５がリンドープ結晶性ケイ素領域３２ｅの方向に引き出される。こうして、結晶性ケイ素膜３２ｂのニッケル濃度は大幅に低減される。さらに、酸素雰囲気化で８５０℃〜１１００℃で加熱処理を行って活性領域３７における結晶性ケイ素膜の結晶性を助長する。以後、領域３４の両側に得られた低ニッケル濃度の結晶性ケイ素膜３７ｎ，３７ｐを用いてＣＭＯＳ構造の能動（チャネル）領域を形成するのである。
【０１００】
このように、本実施の形態によれば、上記第１実施の形態と同様に、ライン状のスルーホール領域３４を有するマスク３３を用いて、ニッケル３５を導入して横方向に結晶成長させる。さらに、マスク３３を再度パターニングしてＴＦＴの活性領域３７よりも一回り大きなマスク３３’を形成し、リン３６をイオンドーピングしてマスク３３’下の結晶性ケイ素膜３２ｂ中のニッケル３５を四方にゲッタリングするようにしている。
【０１０１】
したがって、上記横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜３２ｂ中のニッケル濃度が５×１０１７〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である場合は、上記リン３６を用いたゲッタリングによって、マスク３３’下の結晶性ケイ素膜３２ｂにおけるニッケル濃度を５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度にまで大幅に低減することができるのである。
【０１０２】
すなわち、本実施の形態によれば、電界効果移動度がＮ型ＴＦＴ４７で２５０ｃｍ２／Ｖｓ〜３００ｃｍ２／Ｖｓ，Ｐ型ＴＦＴ４８で１２０ｃｍ２／Ｖｓ〜１５０ｃｍ２／Ｖｓであり、閾値電圧がＮ型ＴＦＴ４７で１Ｖ程度，Ｐ型ＴＦＴ４８で−１．５Ｖ程度と非常に高性能であり、オフ動作時のリーク電流の異常な増大が全く無いＣＭＯＳ構造のＴＦＴを、歩留りよく得ることができるのである。
【０１０３】
その場合に、先ず、上記スルーホール領域３４を有するマスク３３を用いてニッケル３５の選択的導入を行なう。引き続いて、同じマスク３３を再度パターニングしてスルーホール領域３４および成長境界部３２ｄを開口すると共にＴＦＴの活性領域３７ｎ，３７ｐよりも一回り大きなマスク３３’を形成し、このマスク３３’を用いてリン３６の選択的導入を行なうようにしている。したがって、ニッケル３５およびリン３６の導入の際に、後に活性領域３７ｎ，３７ｐとなる結晶性ケイ素膜３２ｂの領域を常にカバーすることができ、活性領域３７ｎ，３７ｐに対するプロセス起因の汚染を最低限に抑えることができる。さらに、ニッケル３５の濃度が高いスルーホール領域（ニッケル３５の導入領域）３４と成長境界部３２ｄとのニッケルをトラップし、且つ、その部分を避けて活性領域３７ｎ，３７ｐを得ることができる。その結果、良品率の向上を図ることができるのである。
【０１０４】
ところで、上記各実施の形態においては、ａ−Ｓｉ膜３，３２の一部にその結晶化を促進する触媒元素としてニッケル６，３５を選択的に導入し、加熱処理を行うことによって、ａ−Ｓｉ膜３，３２をニッケル６，３５の導入領域５，３４からその周辺領域へと、横方向（基板と平行）に結晶成長を行わせる。そして、上記ニッケル６，３５が選択的に導入された領域より広い領域に、５族Ｂから選ばれた元素としてリン７，３６を導入し、再度加熱処理を行って、リン７，３６が導入された領域にニッケル６，３５を移動させる。そして、上記リン７，３６が導入された領域外の横方向に結晶成長した結晶性ケイ素膜３ｂ，３２ｂを用いて、半導体装置の活性領域を形成するようにしている。
【０１０５】
すなわち、上記従来の技術においては、上記ニッケルの導入領域と５族Ｂ元素の導入領域とは同一であったのに対し、上記各実施の形態の形態においては、ニッケル６，３５が導入された領域よりもリン７，３６の導入領域を大きく確保することがポイントである。ケイ素膜へのニッケル６，３５の導入量をできる限り少なく抑え、逆にリン７，３６の導入量をできる限り多くするのが好ましい。上記各実施の形態においては、このことを、夫々の元素の導入領域の大きさ（面積）によって実現するのであるが、この面積の効果は非常に大きい。すなわち、リン７，３６の導入面積を２倍にすることによって、元の面積のままでリン７，３６の導入量を１０倍にするよりもより大きなゲッタリング効果を得ることができるのである。
【０１０６】
尚、この評価は、上記リン７，３６を導入して加熱処理した後に、リン７，３６導入領域以外の領域（素子形成領域）に対してフッ酸系のエッチャントによるライトエッチング処理を行い、残留しているニッケル６，３５を顕在化させて評価した結果である。よりシビアな評価としては、さらに高温での熱処理を行って上記素子形成領域内に残存しているニッケル６，３５が再凝集してシリサイド状態となって現われるようにする評価がある。この後者の評価を行っても、特開平１０−２４７７３５号公報，特開平１１−４０５００号公報および特開平１１−４０８１６号公報において見られたようなニッケル６，３５の再凝集は全く見られなかった。
【０１０７】
そして、上記各実施の形態を適用してＴＦＴを作成したところ、特開平１０−２４７７３５号公報，特開平１１−４０５００号公報および特開平１１−４０８１６号公報によって同様にＴＦＴを作成した場合には３％以上の確率で見られたＴＦＴオフ時のリーク電流の異常な増大現象が、上記各実施の形態においては全く見られず正に０％であった。さらに、上記各実施の形態を適用して作成したＴＦＴを用いた液晶表示装置においては、上記３公報に開示された従来の技術では頻発していた線状の表示むら（ドライバ部のサンプリングＴＦＴに起因）やオフ時のリーク電流による画素欠陥も全く無く、表示品位を大きく向上でき、良品率を飛躍的に高めることができるのである。
【０１０８】
上記各実施の形態においては、半導体装置の活性（素子）領域を形成する際に、少なくともリン７，３６が導入された領域外の横方向に結晶成長した結晶性ケイ素膜３ｂ，３２ｂを用いて形成する必要がある。そうしない場合には、リン７，３６が活性（素子）領域に残留することになり、例え能動（チャネル）領域にリン７，３６は存在しなくとも後の工程次第では温度によって拡散し、ＴＦＴ等の閾値電圧を不安定化させる原因になる。さらには、ニッケル６，３５の導入領域５，３４から横方向に結晶成長した結晶性ケイ素膜同士がぶつかり合った成長境界部３ｃ，３２ｄを避けて、半導体装置の能動（チャネル）領域を形成することが望ましい。従来における横方向結晶成長時に生じた成長境界部は、触媒元素がシリサイド状態で高濃度に局在しており、到底能動（チャネル）領域として使える状態ではなかった。ところが、上記各実施の形態では、リン７，３６によるニッケル６，３５の移動（ゲッタリング）効率が非常に高いために、成長境界部３ｃ，３２ｄにおいてもニッケル６，３５は略除去できており、濃度的には問題なく使用できる値にある。しかしながら、このような成長境界部３ｃ，３２ｄは結晶性が不安定であり、これらが能動（チャネル）領域中に存在すると、その点で素子特性のばらつきが大きくなる。本実施の形態は、半導体装置の高性能化に加え、高信頼性および高安定化を目指すものであるから、出来ることなら横成長の成長境界部３ｃ，３２ｄを避けて半導体装置の能動（チャネル）領域を形成することが望ましい。
【０１０９】
上記各実施の形態においては、上記リン７，３６を結晶性ケイ素膜３ｂ，３２ｂに選択的に導入する際に、少なくともニッケル６，３５が導入された領域よりも広い領域に対して導入を行うことが重要である。特に、リン７，３６が導入される領域を、ニッケル６，３５が選択的に導入された領域を含んで設定することが望ましい。すなわち、少なくともニッケル６，３５が直接導入された領域にはさらにリン７，３６を導入し、その領域よりさらに広い領域に渡ってリン７，３６を導入するのである。横方向結晶成長過程において、導入されたニッケル６，３５の全てが利用される訳ではなく、大部分のニッケル６，３５はそのまま導入領域に残存する。横方向への結晶成長が終了した段階でのニッケル６，３５の膜中濃度は、横方向結晶成長領域に比べて導入領域の方が一桁以上高い。このような高濃度領域を完全にゲッタリングするのは非常に困難であるだけでなく、リン７，３６導入後の加熱処理でさらにこの領域から拡散移動することも考えられる。そこで、上述したように、このようなニッケル６，３５の高濃度領域には重ねてリン７，３６を導入することで、先ずその領域で高濃度のニッケル６，３５が外に移動できないようにトラップする。そして更に、横方向に結晶成長した結晶性ケイ素膜３ｂ，３２ｂ中の低濃度のニッケル６，３５を効率良くリン７，３６の導入領域に集めるのである。
【０１１０】
また、上記ケイ素膜の横方向への結晶成長に際しては、上記ニッケル６，３５が結晶成長の先端部に局在し、ケイ素膜の結晶成長を引き起こしている。したがって、横方向への結晶成長が終了した段階では、横方向に結晶成長した結晶性ケイ素膜３ｂ，３２ｂ同士がぶつかり合った成長境界部３ｃ，３２ｄも、ニッケル６，３５が直接導入された領域と並んで非常に高濃度にニッケル６，３５が存在している。この成長境界部３ｃ，３２ｄは、面積的にはニッケル６，３５の導入領域５，３４に比べてはるかに小さいが、ニッケル６，３５の導入領域５，３４と同様の理由から、成長境界部３ｃ，３２ｄを含み、その領域よりも広くリン７，３６を導入することがより望ましい。
【０１１１】
その場合に、上記ニッケル６，３５とリン７，３６とを選択的に導入する方法としては、先ずａ−Ｓｉ膜３，３２へのニッケル６，３５の選択的な導入を、ａ−Ｓｉ膜３，３２上に設けられてスルーホール領域５，３４を有する絶縁膜のマスク４，３３を用いて行なう。引き続いてリン７，３６の結晶性ケイ素膜３ｂ，３２ｂへの選択的な導入も、同じマスク４，３３のスルーホール領域５，３４をさらに広げて成るマスク４’，３３’を用いておこなうのである。
【０１１２】
こうすることによって、上記ニッケル６，３５とリン７，３６との導入工程においてマスク膜を別々に成膜する必要が無く、マスク膜の堆積工程を一回省くことができるためにプロセスの簡略化を図ることができる。さらに、後に半導体装置の活性領域となる結晶性ケイ素膜３ｂ，３２ｂの領域は、ニッケル６，３５およびリン７，３６を導入する際に常にマスクでカバーされていることになり、露出することはない。その結果、上記活性領域に対するプロセス起因の汚染を最低限に抑えることができるのである。すなわち、ニッケル６，３５およびリン７，３６の導入の際に活性領域となる結晶性ケイ素膜３ｂ，３２ｂの領域を常にマスクでカバーする点と、ニッケル６，３５およびリン７，３６の導入を同じマスク膜を用いて行う点の２点によって、良品率の向上と低コスト化を図ることができるのである。
【０１１３】
さて、次に、上記ニッケル６，３５およびリン７，３６を選択的に導入する際のパターン（マスク）形状について述べる。先ず、ニッケル６，３５をａ−Ｓｉ膜３，３２に選択的に導入する工程においては、ライン＆スペース形状のマスクを用い、ライン状にニッケル６，３５を導入することが望ましい。このニッケル６，３５の導入領域の形状は、横結晶成長領域すなわち半導体装置の活性領域の結晶性に大きく影響を与える。もし、ドット（点）状にニッケルを導入すると、導入面積を小さくして微量導入する観点からのメリットは大きいが、図７（ｂ）に示すように、結晶の成長方向がその導入点５１から矢印（Ｅ）で示すように四方八方に発散することになる。したがって、横方向結晶成長領域を構成する各柱状結晶成分の方向がばらばらとなり、曲がりや分岐なども多くなって、転位等の結晶欠陥が増加する。尚、５２は、ニッケルの非導入領域（横方向結晶成長領域）である。これに対して、ライン状にニッケルを導入した場合には、図７（ａ）に示すように、結晶の成長方向は四方八方へ発散することがなく、導入領域６１から矢印（Ｆ）で示すように一方向に一次元的に結晶成長が行われる。その結果、横方向結晶成長領域における各柱状結晶は成長方向に沿って並び、曲がりや分岐なども少なくなり、良好な結晶性が得られるのである。尚、図中、６２はニッケルの非導入領域（横成長領域）、６３は横結晶成長がぶつかり合った成長境界部である。
【０１１４】
上述のように、上記ニッケルのトータル的な導入量は、図７（ａ）における導入領域６１のライン幅ａによって制御され、この値が重要なパラメーターとなる。ライン幅ａが大きい場合には、ニッケルの導入量が過剰になるだけではなく、横方向への結晶成長に寄与しないニッケルの残留が多くなる。導入領域６１は、後にマスク膜をリン導入用のマスクとして再形成する際やマスク膜の除去工程において、マスク膜のエッチャントに常に曝される。このエッチャントとしては、通常フッ化水素（ＨＦ）酸（フッ酸）を使用するのであるが、このフッ酸は上記触媒元素の代表であるニッケル等のシリサイドを同時にエッチングする。したがって、ニッケルの導入領域６１に横方向結晶成長に使用されないニッケルの残留量が非常に多い場合には、上記エッチング工程によって導入領域６１に穴開きが生じ、最悪の場合には結晶性ケイ素膜の剥離が生ずる場合もある。
【０１１５】
図８に、上記導入領域６１のライン幅ａが、フッ酸によるエッチング穴の発生密度や結晶性長距離に及ぼす影響を示す。図８（ａ）は、ニッケルの導入領域６１をフッ酸に曝した際に起こるエッチング穴の発生密度と、導入領域６１のライン幅ａとの関係を示す。導入領域６１の穴開きの数は定量評価ができないが、ニッケルシリサイドの大きな塊がどの程度多量に存在しているかの目安とはなる。図８（ａ）から分るように、ライン幅ａが１５μｍ以下の場合には際立ったエッチングダメージは受けていない。したがって、導入領域６１のニッケルが効率的に横方向結晶成長に使われて、導入領域６１に残留しているニッケルは少ないことが分る。実際の工程においても、同様のエッチングダメージを受けることから、ライン幅ａの値としては１５μｍ以下であることが好ましい。また、図８（ｂ）には、横方向への結晶成長距離と導入領域６１のライン幅ａとの関係を示す。ライン幅ａが２μｍ以下になると結晶成長距離が急激に低下する。これは、単純に結晶成長に必要なニッケル量が不足しているためである。一方、ニッケル導入量そのものを大幅に増やすと、狭いライン幅ａでもエッチングダメージが生じてしまうために、ライン幅ａとしての下限は２μｍである。したがって、両者を併せて、ライン状にニッケルを導入する際のライン幅（ニッケルのａ−Ｓｉへの導入幅）ａは、２μｍ以上且つ１５μｍ以下の範囲内であることが望ましい。
【０１１６】
次に、上記リン７，３６を選択的に導入する際のパターン（マスク４’，３３’）の形状について述べる。図７（ａ）に示すように、少なくとも最終的に形成される半導体装置の活性（素子）領域７１上を覆い、当該活性領域７１を取り囲むように当該活性領域７１の周辺に導入することが最も望ましい。ここで、領域７２がマスクされる領域であり、それ以外の領域７３はリンが導入される領域である。すなわち、図７（ａ）から分るように、リンを導入する際のマスクは、活性領域７１を一回り大きく覆うような島状に形成するのである。尚、リンが導入される領域としては、活性領域７１以外の領域にできるだけ広く導入することがゲッタリング効果を考えると良い。ところが、活性領域７１と少しでも重なる領域ががある場合には、半導体装置の特性を大きく変動させて不良となる。そういった意味で、マスクと活性領域７１との間にはある一定の距離ｂが必要であり、活性領域７１と同じ大きさでは意味がない。また、上述のように活性領域７１を取り囲むようにリンの導入を行なうことによって、活性領域７１中のニッケルは、矢印（Ｇ）で示すように、周囲の全方向に向かってニッケルを移動させることができるため、非常に効率的に活性領域７１内のニッケルを外部に移動させることができ、優れたゲッタリング効果を得ることができるのである。
【０１１７】
これに対して、上記従来の特開平１０‐２４７７３５号公報，特開平１１‐４０５００号公報においては、ニッケル導入領域にそのままリンを導入するため、結晶成長方向と全く逆方向に一次元的な一方向への移動しかしないため、上記各実施の形態に比べてゲッタリング効果が大きく低下するのである。また、特開平１１‐４０８１６号公報においては、活性領域外にリンを導入するためゲッタリング効果は上記各実施の形態の場合と同等ではあるが、リン導入用のマスクを用いてニッケルも導入するためにニッケルの濃度が高く、十分なゲッタリング効果が得られない。しかも、内側に二次元的に成長するために結晶性も悪く、活性領域内に横方向に成長した結晶性ケイ素膜同士がぶつかり合った境界が形成され、さらには同じマスクを用いて活性領域をパターンニングするために、どうしても活性領域端部にリンおよびニッケルが残り、安定した特性の高性能な半導体装置を得ることは到底望めないのである。
【０１１８】
ところで、上記第１実施の形態においては、上記ニッケル６によって結晶化された結晶性ケイ素膜３ｂの結晶性をより向上し、半導体装置の性能（特に電流駆動能力）をより向上させるために、リン７が導入された領域外の横方向に結晶成長した結晶性ケイ素膜３ｂを用いて半導体装置の活性領域９をパターンニングした後、上記活性領域９の結晶性ケイ素膜にレーザ光８を照射する工程を追加している。また、第２実施の形態においては、活性領域３７ｎ，３７ｐの結晶性ケイ素膜を結晶化温度よりも更に高温の酸化雰囲気中において熱処理を行う工程を追加している。
【０１１９】
上記第１実施の形態のごとく、上記活性領域９の結晶性ケイ素膜にレーザ光８等の強光を照射した場合には、上記結晶性ケイ素膜と非晶質ケイ素膜との融点の相違から、結晶粒界部や微小な残留非晶質領域（未結晶化領域）が集中的に処理されることになる。通常の固相成長法で形成した結晶性ケイ素膜は、結晶構造が双晶状態であるために強光照射後も結晶粒内部は双晶欠陥として残る。それに比べて、第１実施の形態のごとく触媒元素を導入して結晶化した結晶性ケイ素膜は、柱状結晶で形成されており、その内部は単結晶状態である。そのために、強光の照射によって結晶粒界部が処理されると、基板全面に亘って単結晶状態に近い良質の結晶性ケイ素膜が得られ、結晶性の観点から、その有効性は非常に高い。また、元々結晶性を有するケイ素膜に対してレーザ照射を行うのであるから、非晶質ケイ素膜に直接レーザ照射して結晶化する方法とは異なり、レーザ照射のばらつきが大きく緩和されて均一性上の問題も生じない。
【０１２０】
また、上記第２実施の形態のごとく、上記加熱処理によって横方向への結晶成長を行った後、上記加熱処理温度より更に高温で酸化雰囲気中にて熱処理を行なう場合には、ニッケル３５によって結晶化された結晶性ケイ素膜３７ｎ，３７ｐに対して結晶化温度よりもさらに高温（８００℃〜１１００℃）で酸化処理を行う。そうすると、酸化作用によって生じる過飽和Ｓｉ原子が結晶性ケイ素膜中へ供給されることになる。そして、この過飽和Ｓｉ原子が、結晶性ケイ素膜３７ｎ，３７ｐ中の結晶欠陥（特に不対結合手：ダングリングボンド）に入り込んで、欠陥を消滅させるのである。こうして、ニッケル３５によって結晶化された結晶性ケイ素膜３７ｎ，３７ｐ中の欠陥密度が大きく低減されて、移動度が大幅に向上する。その結果、半導体装置の性能が飛躍的に向上するのである。
【０１２１】
上述のような更に結晶性を向上させる２つの方法においては、実質的に活性領域９，３７に対して結晶化やゲッタリングのための加熱処理以上の温度が加わるので、もし活性領域９，３７中に上記触媒元素や５族Ｂ元素が含まれていると、大きな特性上の問題となって現れることになる。特に問題となるのは上記５族Ｂ元素であり、代表的なリンやヒ素等は、半導体中でドナーとして働き、半導体装置の特性に大きく影響を及ぼす。これには、図７（ａ）におけるリン導入領域７３と活性領域７１との間の距離ｂが大きく影響する。
【０１２２】
図９に、上記５族Ｂ元素導入領域とＴＦＴ活性領域との間の距離ｂと、ＴＦＴの閾値電圧Ｖｔｈとの関係を示す。図９から、ＴＦＴの閾値電圧Ｖｔｈは、距離ｂが１μｍ以下になると急激にマイナスにシフトする異常が現れるのが分る。その場合、同時にオフ時のリーク電流の増大等の異常も見られる。図９は、上記触媒元素としてニッケル、５族Ｂ元素としてリンを用い、活性領域形成後に高温酸化処理を行って結晶性の向上を図ったＴＦＴに関するものであるが、上述のように、レーザ光照射によって結晶性の向上を図ったＴＦＴおいても同様の結果が得られる。単純なリンの拡散を考えると、ゲッタリングのための加熱処理では１μｍも拡散することは考えられないが、横方向に結晶成長した結晶粒界を介しての粒界拡散などが起こっているとも考えられる。ともかく、リンが導入された領域外の横方向に結晶成長した結晶性ケイ素膜を用いて半導体装置の活性領域をパターンニングする際には、上記リンが導入された領域と活性領域との間隔ｂを１μｍ以上にすることが必要なのである。
【０１２３】
さて、次に、上記リン７，３６を上記結晶性ケイ素膜に選択的に導入する方法としては、イオンドーピング法が望ましい。その他の方法で導入しても効果は得られるが、イオンドーピング法を用いた場合の効果が特に顕著である。この理由は、イオンドーピングによって、リン７，３６の導入領域における結晶性ケイ素膜の結晶がある程度破壊され、非晶質化した成分が現れることが原因と考えられる。ニッケル６，３５は、その結晶成長過程から考えても結晶性ケイ素膜から非晶質ケイ素膜へと移動する傾向がある。すなわち、非晶質ケイ素膜中の方がエネルギー的に存在し易いのだと考えられる。すなわち、イオンドーピングによって非晶質化した成分が相乗効果を齎し、リン７，３６のゲッタリング効果をさらに高めているものと考えられる。
【０１２４】
上記ニッケル６，３５とリン７，３６との導入量に関しては、ニッケル６，３５の量は少なく、リン７，３６の量が多い方が良いのは勿論である。最低限を考えると、十分なゲッタリング効果を得るには、少なくともニッケル６，３５に対して１０倍以上の濃度でリン７，３６が導入される必要がある。面積的にはリン７，３６導入領域の方がニッケル６，３５導入領域よりも広いためリン７，３６の導入量はもっと少なくてもように思われるが、導入領域５，３４に存在する高濃度のニッケル６，３５をその領域にトラップし、動かないようにするためには、上述のように少なくともニッケル６，３５濃度の１０倍以上の濃度でのリン７，３６を導入する必要である。
【０１２５】
また、上記各実施の形態においては、上記リン７，３６が導入された領域にニッケル６，３５を移動させるために加熱処理を行うが、この加熱処理の温度が一つの重要なパラメータとなっている。具体的には、上記熱処理は、５００℃〜７００℃の範囲内で行われる必要がある。５００℃よりも低いとニッケル６，３５を十分に移動させることができずゲッタリング効果が得られない。また、７００℃よりも高いと、ニッケル６，３５のランダムな拡散が起こり、リン７，３６の導入領域から外部へもニッケル６，３５が移動するようになる。また、７００℃よりも高い場合には、少しでも酸素が存在するとニッケル６，３５のシリサイドが選択的に酸化され、結晶性ケイ素膜に穴が空いてしまうためである。
【０１２６】
さて、上記各実施の形態において使用できる触媒元素の種類としては、上述したニッケル（Ｎｉ）６，３５の他に、コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ），パラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ），銅（Ｃｕ），金（Ａｕ）を利用することができる。これらの中から選択された一種あるいは複数種類の元素であれば微量で結晶化助長の効果があるが、それらの中でも、特にニッケル６，３５を用いた場合に最も顕著な効果を得ることができる。その理由については、次のようなモデルを考えることができる。
【０１２７】
すなわち、上記触媒元素は単独では作用せず、上記ａ‐Ｓｉ膜３，３２中のケイ素原子と結合してシリサイド化することによって結晶成長に作用する。つまり、その場合における結晶構造がａ‐Ｓｉ膜３，３２の結晶化時に一種の鋳型のように作用し、ａ‐Ｓｉ膜３，３２の結晶化を促すというモデルである。Ｎｉは、２つのＳｉとＮｉＳｉ２なるシリサイドを形成する。ＮｉＳｉ２は螢石型の結晶構造を示し、その結晶構造は単結晶ケイ素のダイヤモンド構造と非常に類似したものである。しかも、ＮｉＳｉ２はその格子定数が５．４０６Åであり、結晶シリコンのダイヤモンド構造での格子定数５．４３０Åに非常に近い値を有している。したがって、ＮｉＳｉ２は、ａ‐Ｓｉ膜３，３２を結晶化させるための鋳型としては最高のものであり、上記各実施の形態における触媒元素としては、特にＮｉを用いるのが最も望ましい。
【０１２８】
次に、上記各実施の形態において使用できる上記５族Ｂ元素の種類としては、上述したリン（Ｐ）７，３６の他に、窒素（Ｎ），ヒ素（Ａｓ），アンチモン（Ｓｂ），ビスマス（Ｂｉ）を利用することができる。これらの中から選択された一種または複数種類の元素であれば上記触媒元素を効率的に移動させることができ、十分なゲッタリング効果を得ることができる。尚、上記ゲッタリングのメカニズムについは、未だ詳しい知見は得られていない。しかしながら、これらの元素の中でも、最も効果が高いのはＰであることは分っている。
【０１２９】
最後に、上記各実施の形態においては、半導体装置の活性領域内に残留する触媒元素量を出来る限り低減し、高性能で高信頼性、高安定性の半導体装置を実現することを目的としている。このためには、最終的に得られる半導体装置の活性（素子）領域における触媒元素の濃度が、１×１０１６ｃｍ３〜２×１０１７ｃｍ３の範囲内であればよい。すなわち、活性領域中の触媒元素濃度を２×１０１７ｃｍ３以下にすることによって、触媒元素が半導体素子特性に及ぼす電気的な悪影響は全く見られなくなる。そして、上記各実施の形態によれば、このような低濃度を実現することは可能である。また、触媒元素を用いて結晶化を行う限り最低限１×１０１６ｃｍ３の濃度の触媒元素は活性領域内に残り、これ以下に低減することは現状考えられるどのような方法をもってしても不可能である。したがって、触媒元素によって結晶化を行った結果として、少なくとも１×１０１６ｃｍ３以上の濃度の触媒元素が活性領域内に残存するのである。
【０１３０】
以上、この発明を２つの実施の形態によって具体的に説明したが、この発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【０１３１】
例えば、上述した２つの実施の形態においては、上記ニッケル６，３５を導入する方法として、非晶質ケイ素膜表面に、ニッケル塩を溶かしたエタノール溶液を塗布する方法、または、スパッタリング法によってニッケル薄膜を形成する方法を用いて選択的にニッケルを微量添加している。しかしながら、非晶質ケイ素膜成膜前に、下地膜表面に選択的にニッケルを導入し、非晶質ケイ素膜下層からニッケルを拡散させる方法であってもよい。すなわち、結晶成長は非晶質ケイ素膜の上面側から行ってもよいし、下面側から行ってもよいのである。また、上記ニッケルの導入方法としては、その他に様々な手法を用いることができる。例えば、ニッケル塩を溶かす溶媒として、単純に水を用いてもよいし、ＳＯＧ（スピン・オン・グラス）材料を溶媒としてＳｉＯ２膜から拡散させる方法もある。また、蒸着法やメッキ法により薄膜形成する方法や、イオンドーピング法によって直接導入する方法等も利用できる。さらに、上述したように、結晶化を助長する不純物金属元素としては、ニッケル以外に、コバルト，鉄，パラジウム，白金，銅，金の中から選択された一種または複数種類の元素を用いても同様の効果が得られる。
【０１３２】
また、上述したように、上記ニッケルをゲッタリングするための５族Ｂ元素としては、リン以外に窒素，ヒ素，アンチモン，ビスマスを利用してもよい。また、５族Ｂ元素を導入する領域としては、ＴＦＴ活性領域を囲むような配置で行ったが、触媒元素導入領域よりも少なくとも大きな面積であれば本発明の効果は得られる。
【０１３３】
また、上記第１実施の形態においては、上記ニッケルによって結晶化された結晶性ケイ素膜の結晶性をさらに助長する手段として、パルスレーザであるエキシマレーザ照射による加熱法を用いた。しかしながら、それ以外のレーザ（例えば連続発振Ａｒレーザ等）でも同様の処理が可能である。また、レーザ光の代わりに赤外光やフラッシュランプを使用して短時間に１０００℃〜１２００℃（シリコンモニタの温度）まで上昇させて試料を加熱する所謂ＲＴＡ（ラピッド・サーマル・アニール）（ＲＴＰ：ラピッド・サーマル・プロセスとも言う）等のレーザ光と同等の強光を用いてもよい。
【０１３４】
さらに、この発明の応用としては、液晶表示用のアクティブマトリックス型基板以外に、例えば、密着型イメージセンサ，ドライバ内蔵型のサーマルヘッド，有機系ＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）等を発光素子としたドライバ内蔵型の光書き込み素子や表示素子，三次元ＩＣ等が考えられる。何れの場合も、この発明を適用することによって、これらの素子の高速，高解像度化等の高性能化が実現できる。更にこの発明は、上述の実施の形態において説明したＭＯＳ（金属酸化膜半導体）型トランジスタに限らず、結晶性半導体を素子材としたバイポーラトランジスタや静電誘導トランジスタを始めとして、幅広く半導体プロセス全般に応用することが可能である。
【０１３５】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の半導体装置の製造方法は、絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質ケイ素膜の一部に結晶化を促進する触媒元素を選択的に導入し、加熱処理を施して上記触媒元素が導入された第１領域からその周辺領域へ向って上記基板と平行に上記非晶質ケイ素膜を結晶化させ、結晶性ケイ素膜における上記第１領域よりも広い領域に５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）を選択的に導入し、加熱処理を行なって上記選択元素が導入された第２領域にこの第２領域以外の第３領域中の上記触媒元素を移動させるので、上記従来の技術のごとく、上記第２領域と第１領域とが同一領域である場合に比して、上記触媒元素の導入量を少なくすると共に、上記選択元素の導入量を多くして、大きなゲッタリング効果を得ることできる。
【０１３６】
その結果、さらに高温での熱処理を行っても、残存している触媒元素が再凝集してシリサイド状態となって現われることは全く無い。
【０１３７】
したがって、この発明によれば、リーク電流の異常な増大等のない安定した特性の高性能半導体装置を実現でき、さらに集積度の高い高性能半導体装置を簡便な製造プロセスによって得ることができる。また、その製造工程において良品率を大きく向上でき、商品の低コスト化を図ることができる。特に、液晶表示装置のＴＦＴに適用することによって、アクティブマトリクス基板に要求される画素スイッチングＴＦＴのスイッチング特性の向上と周辺駆動回路部を構成するＴＦＴに要求される高性能化・高集積化とを同時に満足することができる。したがって、同一基板上にアクティブマトリクス部と周辺駆動回路部とが構成されたドライバモノリシック型アクティブマトリクス基板を実現することができ、モジュールのコンパクト化，高性能化，低コスト化を図ることができる。
さらに、上記５族Ｂから選ばれた元素 （ 選択元素 ） の選択的導入を、上記触媒元素の残存量の多い導入領域 （ 第１領域 ） と、互いに隣接する上記第１領域から成長した結晶性ケイ素膜の境界部とを含む領域に対しても行うので、上記選択元素によって上記第１領域中および上記境界部の多量の触媒元素をトラップし、さらに周囲の結晶性ケイ素膜中の触媒元素を上記第１領域および境界部に効率よく集めることができる。したがって、上記結晶性ケイ素膜における上記選択元素の非導入領域 （ 上記第３領域 ） の触媒元素濃度をより低減することができる。
【０１３８】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、互いに隣接する上記第１領域から成長した結晶性ケイ素膜の境界部を避けて上記活性領域を形成すれば、結晶化後においては上記触媒元素の濃度が高く、上記ゲッタリング後においては結晶性が不安定な領域を避けて上記活性領域を形成できる。したがって、信頼性が高く安定性も高い半導体装置を得ることができる。
【０１４１】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記触媒元素の選択的導入を開口部が設けられた絶縁膜をマスクとして行い、上記５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）の選択的導入を上記絶縁膜の開口部を更に拡げて成るマスクを用いて行えば、上記選択元素導入用のマクス膜の堆積プロセスを省略して、コストダウンを図ることができる。さらに、後に上記活性領域が形成される領域を、上記触媒元素の導入から上記選択元素の導入に亘って常に上記マスクで覆うことができ。したがって、上記活性領域に対するプロセス起因の汚染を最低限に抑えて、良品率の向上を図ることができる。
【０１４２】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記触媒元素を、ライン＆スペース形状の開口部を有するマスクを用いて直線状に導入すれば、上記結晶成長の方向を上記直線状に対して略垂直な一方向にできる。したがって、横方向結晶成長領域における各柱状結晶成分が成長方向に沿って並び、曲がりや分岐等の少ない良好な結晶性を得ることができる。
【０１４３】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記触媒元素導入用のマスクにおける直線状の開口部の幅を２μｍ以上且つ１５μｍ以下にすれば、上記非晶質ケイ素膜に結晶成長に十分な触媒元素を導入して十分な結晶性長距離を確保できる。さらに、上記触媒元素の必要以上の導入を防止して、残留触媒元素のシリサイド化物が起因となって後のマスクの再パターニングやエッチングに際して結晶性ケイ素膜に穴開きや剥離が生ずることを防止できる。
【０１４４】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）の選択的導入を、後に上記活性領域となる領域を含む領域上をマスクした状態で上記活性領域の周辺部に対して行えば、少なくとも上記活性領域中の触媒元素を周囲全方向に向かって効率的に移動させることができ、優れたゲッタリング効果を得ることができる。
【０１４５】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記結晶性ケイ素膜における上記第３領域を用いて上記活性領域をパターン形成した後、酸化雰囲気中で加熱処理を行って上記活性領域の表面を酸化すれば、上記酸化作用によって生じた過飽和Ｓｉ原子を上記活性領域中の結晶欠陥に入り込ませて上記欠陥を消滅させることができる。したがって、上記活性領域中の欠陥密度を大きく低減し、移動度を大幅に向上できる。
【０１４６】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記結晶性ケイ素膜における上記第３領域を用いて上記活性領域をパターン形成した後、上記活性領域に紫外レーザ光等の強光を照射すれば、上記結晶性ケイ素膜と非晶質ケイ素膜との融点の相違から、結晶粒界部や微小な残留非晶質領域（未結晶化領域）が集中的に処理される。したがって、基板全面に亘って単結晶状態に近い良質の結晶性ケイ素膜を得ることができる。
【０１４７】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記活性領域のパターン形成を、上記結晶性ケイ素膜における上記第３領域内であって、且つ、上記第３領域の輪郭との間隔が１μｍ以上になるように行えば、上記活性領域は、上記選択元素が導入される第２領域から１μｍ以上離れて、上記第２領域に重なることなく形成される。したがって、上記第２領域に導入された選択元素の上記活性領域への悪影響を無くし、得られる半導体装置の上記選択元素に起因する性能低下を防止できる。
【０１４８】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）の選択的導入をイオンドーピング法によって行えば、上記結晶性ケイ素膜へのイオンドーピングによって、上記結晶性ケイ素膜の結晶がある程度破壊されて非晶質化する。したがって、結晶性ケイ素膜から非晶質ケイ素膜へと移動する傾向が強い触媒元素を、上記第３領域から第２領域へ容易に移動させて、上記第３領域における上記触媒元素濃度の更なる低下を図ることができる。
【０１４９】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記５族Ｂから選ばれた元素（選択元素）を選択的に導入する際における当該元素の濃度を、上記導入された触媒元素の濃度の１０倍以上とすれば、上記選択元素によって上記第１領域および境界部の高濃度触媒元素を動かないようにトラップできる。したがって、十分なゲッタリング効果を得ることができる。
【０１５０】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記結晶性ケイ素膜における第２領域に上記触媒元素を移動させる際の加熱処理温度を５００℃以上且つ７００℃以下にすれば、上記触媒元素を十分に移動させて高いゲッタリング効果を得ることができる。また、上記触媒元素のランダムな拡散を抑制して、上記選択元素の導入領域（第２領域）外への触媒元素の移動を防止できる。さらに、酸素の存在下における触媒元素シリサイド化物の酸化によるケイ素膜の穴開きを防止できる。
【０１５１】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記触媒元素として、ニッケル，コバルト，鉄，パラジウム，白金，銅及び金から選択された少なくとも一つの元素を用いれば、微量で上記非晶質ケイ素膜の結晶化助長効果を得ることができる。特にニッケル元素を用いた場合には、ニッケル元素が形成するシリサイドＮｉＳｉ２を上記結晶化の際の最高の鋳型として機能させて、上記非晶質ケイ素膜の結晶化を促すことができる。
【０１５２】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記５族Ｂから選ばれた元素として、リン，窒素，ヒ素，アンチモンおよびビスマスから選択された少なくとも一つの元素を用いれば、上記触媒元素を効果的に移動させて十分なゲッタリング効果を得ることができる。
【０１５３】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、最終的に得られる上記活性領域における触媒元素の濃度を１×１０１６ｃｍ３以上且つ２×１０１７ｃｍ３以下にすれば、上記触媒元素が半導体装置の特性に及ぼす電気的な悪影響を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の半導体装置の製造方法を適用したＴＦＴの製造工程の概要を示す平面図である。
【図２】図１（ｅ）におけるＡ‐Ａ’矢視断面に相当する製造工程断面図である。
【図３】図２に続く製造工程断面図である。
【図４】この発明の半導体装置の製造方法を適用したＣＭＯＳ構造ＴＦＴの製造方法を説明するための平面図である。
【図５】図４におけるＢ‐Ｂ’矢視断面に相当する製造工程の断面図である。
【図６】図５に続く製造工程の断面図である。
【図７】結晶成長方向およびゲッタリング方向の説明図である。
【図８】触媒元素導入領域のライン幅がエッチング穴の発生密度および結晶性長距離に及ぼす影響を示す図である。
【図９】５族Ｂ元素とＴＦＴ活性領域との間の距離がＴＦＴ閾値電圧に及ぼす影響を示す図である。
【符号の説明】１…ガラス基板、 ２…酸化ケイ素膜（下地膜）、
３，３２…ａ‐Ｓｉ膜、 ３ａ，３２ａ…結晶性ケイ素膜、
３ｂ，３ｂ’，３２ｂ…横方向成長結晶性ケイ素膜、
３ｃ，３２ｄ…成長境界部、
３ｄ，３２ｅ…リンドープ結晶性ケイ素領域、
４，４’，３３，３３’…マスク、 ５，３４…スルーホール領域、
６，３５…ニッケル、 ７，３６…リン、
９，３７ｎ，３７ｐ…ＴＦＴ活性領域、 １０…ゲート絶縁膜、
１１，４０ｎ，４０ｐ…ゲート電極、
１３，１４…不純物領域（ソース／ドレイン領域）、
１５，４１ｎ，４１ｐ…チャネル領域、 １７，４５…層間絶縁膜、
１８…ソース電極・配線、 １９…画素電極、
２０…ＴＦＴ、 ３１…石英ガラス基板、
３２ｃ…非晶質ケイ素膜領域、
３８，３９ｎ，３９ｐ…酸化ケイ素膜（ゲート絶縁膜）、
４２ｎ，４３ｎ…Ｎ型不純物領域、 ４２ｐ，４３ｐ…Ｐ型不純物領域、
４６…電極・配線、 ４７…Ｎチャネル型ＴＦＴ、
４８…Ｐチャネル型ＴＦＴ。
Claims (15)
- 絶縁表面を有する基板上に非晶質ケイ素膜を形成し、この非晶質ケイ素膜の一部に結晶化を促進する触媒元素を選択的に導入する工程と、
加熱処理を施して、上記触媒元素が導入された第１領域からその周辺領域へ向って上記基板と平行に上記非晶質ケイ素膜を結晶化させる工程と、
上記結晶化によって得られた結晶性ケイ素膜における上記第１領域よりも広い領域であって、且つ、互いに隣接する上記第１領域から成長した結晶性ケイ素膜の境界部と上記第１領域とを含む第２領域に、５族Ｂから選ばれた元素を選択的に導入する工程と、
加熱処理を行なって、上記５族Ｂから選ばれた元素が導入された上記第２領域に、この第２領域以外の第３領域中の上記触媒元素を移動させる工程と、
上記結晶性ケイ素膜における上記第３領域を用いて半導体装置の活性領域を形成する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
上記結晶性ケイ素膜における上記第３領域を用いて上記活性領域を形成するに際して、互いに隣接する上記第１領域から成長した結晶性ケイ素膜の境界部を避けて形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
上記触媒元素の非晶質ケイ素膜への選択的導入は、上記非晶質ケイ素膜上に設けられると共に、開口部を有する絶縁膜をマスクとして行われ、
上記５族Ｂから選ばれた元素の結晶性ケイ素膜への選択的導入は、上記絶縁膜の開口部を更に拡げて成るマスクを用いて行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
上記触媒元素の非晶質ケイ素膜への選択的導入は、上記非晶質ケイ素膜上に設けられると共に、平行に配列された直線状の開口部を有するマスクを用い、直線状に上記触媒元素を導入することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
上記マスクにおける直線状の開口部の幅は、２μｍ以上且つ１５μｍ以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記５族Ｂから選ばれた元素の結晶性ケイ素膜への選択的導入は、後に上記活性領域となる領域を含む領域上をマスクした状態で、上記活性領域の周辺部に対して行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記結晶性ケイ素膜における上記第３領域を用いて上記活性領域をパターン形成した後、
酸化雰囲気中で加熱処理を行い、上記活性領域における結晶性ケイ素膜の表面を酸化することによって、当該結晶性ケイ素膜の結晶性をさらに向上させることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記結晶性ケイ素膜における上記第３領域を用いて上記活性領域をパターン形成した後、
上記活性領域における結晶性ケイ素膜に強光を照射することによって、当該結晶性ケイ素膜の結晶性をさらに向上させることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項７または請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、
上記活性領域のパターン形成は、上記結晶性ケイ素膜における第３領域内であって、且つ、上記第３領域の輪郭との間隔が１μｍ以上になるように行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項１乃至請求項３および請求項６の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記５族Ｂから選ばれた元素の結晶性ケイ素膜への選択的導入は、イオンドーピング法によって行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項１乃至請求項１０の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記５族Ｂから選ばれた元素を結晶性ケイ素膜へ選択的に導入する際における当該元素の濃度は、上記導入された触媒元素の濃度の１０倍以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項１乃至請求項１１の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記結晶性ケイ素膜における第２領域に上記触媒元素を移動させる際の加熱処理温度は、５００℃以上且つ７００℃以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項１乃至請求項１２の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記触媒元素として、ニッケル，コバルト，鉄，パラジウム，白金，銅および金から選択された少なくとも一つの元素を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項１乃至請求項１３の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記５族Ｂから選ばれた元素として、リン，窒素，ヒ素，アンチモンおよびビスマスから選択された少なくとも一つの元素を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項１乃至請求項１４の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
最終的に得られた上記活性領域における触媒元素の濃度は、１×１０１６ｃｍ３以上且つ２×１０１７ｃｍ３以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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