JP3696710B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、ガラス等の基板上に形成された珪素膜を用いた半導体装置の作製方法に関する。例えば、ガラス基板上に薄膜トランジスタを作製する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりガラス基板や石英基板上に薄膜トランジスタを作製する技術が知られている。
【０００３】
薄膜トランジスタとしては、非晶質珪素膜を用いたものが主流であるが、最近は結晶性を有した珪素膜を用いたものも作製されている。
【０００４】
結晶性を有する珪素膜を用いた薄膜トランジスタは、高い性能を得ることができる特徴がある。
【０００５】
しかし、大面積に均一に高い結晶性を有する珪素膜を形成することは困難であるのも事実である。
【０００６】
また、基板として安価なガラス基板を利用することを考えた場合、ガラス基板が耐えるプロセス温度以下で結晶性珪素膜を得る技術が必要とされる。このことは、コスト的に重要な技術課題である。
【０００７】
上記のガラス基板が耐えるプロセス温度の一つとして、レーザーアニールプロセスを挙げることができる。レーザーアニールプロセスは、基板に対する熱衝撃がほとんどないという優位性がある。
【０００８】
しかし、
（１）大面積に渡って均一なレーザーアニールを行うことは困難である。
（２）レーザー光の発振強度が不安定である。
という問題がある。
【０００９】
このような問題を解決する手段として、特開平０７−３２１３３９号公報に記載された技術が公知である。
【００１０】
この技術は、ニッケル等の珪素の結晶化を助長する金属元素を非晶質珪素膜に導入することにより、ガラス基板が耐えるような温度での加熱処理により結晶性珪素膜を得る技術である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平０７−３２１３３９号公報に記載された技術を利用すると、これまで得られなかったような高品質良好の結晶性珪素膜（単に結晶性が良好であるという意味ではなく、良好な特性を有するＴＦＴが得られるという意味）を大面積に渡り得ることができる。
【００１２】
しかし他方において、残留する金属元素が原因と見られる特性のバラツキや不安定性といった問題がある。
【００１３】
本明細書で開示する発明はこの問題を解決する手段を提供することを課題とする。また、本明細書で開示する他の発明は、層間絶縁膜の表面を平坦化する手段を提供することを課題とする。
【００１４】
【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、
絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入する工程と、
加熱処理を行い前記金属元素が選択的に導入された領域から基板に平行な方向に結晶成長を行わせ、結晶性珪素膜を得る工程と、
前記結晶性珪素膜の一部をマスクし、他部に不純物元素のイオンを加速注入する工程と、
酸素を含有した雰囲気中で加熱処理し前記マスクされた結晶性珪素膜中に存在する珪素の結晶化を助長する金属元素を他部に移動させる工程と、
前記マスクされた領域を利用して半導体装置の活性層を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１５】
絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入する工程と、
加熱処理を行い前記金属元素が選択的に導入された領域から基板に平行な方向に結晶成長を行わせ、結晶性珪素膜を得る工程と、
前記結晶性珪素膜に対してレーザー光の照射を行う工程と、
前記結晶性珪素膜の一部をマスクし、他部に不純物元素のイオンを加速注入する工程と、
酸素を含有した雰囲気中で加熱処理し前記結晶性珪素膜中に存在する珪素の結晶化を助長する金属元素を不純物元素の加速注入された領域に移動させる工程と、
前記マスクされた領域を利用して半導体装置の活性層を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１６】
絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入する工程と、
加熱処理を行い前記金属元素が選択的に導入された領域から基板に平行な方向に結晶成長を行わせ、結晶性珪素膜を得る工程と、
前記結晶性珪素膜の一部をマスクし、他部に不純物元素のイオンを加速注入する工程と、
酸素を含有した雰囲気中で加熱処理し前記マスクされた領域から前記不純物元素のドーピングが行われた領域に向かって前記金属元素を移動させる工程と、
前記マスクされた領域を利用して半導体装置の活性層を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１７】
以上の構成において、珪素の結晶化を助長する金属元素として、Ｎｉ（ニッケル）を利用することが好ましい。
【００１８】
また、珪素の結晶化を助長する金属元素として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種類の元素を利用することができる。
【００１９】
さらにまた、加速注入される不純物元素としてＰ（リン）を利用することが好ましい。Ｐ以外には、Ｐと同じ族のＮ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉから選ばれた材料を用いることができる。
【００２０】
また、マスクされる領域は、金属元素が選択的に導入された領域を避けて選ぶことが重要となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）に示すように、珪素の結晶化を助長する金属元素であるニッケルを選択的に導入し、しかる後に加熱処理を施すことにより、（Ｂ）の１７に示すように基板１０１に平行な方向に結晶成長を行わせる。
【００２２】
そして、得られた結晶性珪素膜１０５の一部をレジストマスク１０６でマスクし、マスクされなかった領域にＰ（リン）イオンを加速注入する。
【００２３】
この結果、１０７と１０９の領域にＰイオンがドーピングされる。また、これらの領域はこの際、イオンの衝撃により損傷し、非晶質化する。Ｐ元素はＳｉ元素よりも原子半径が小さいので、Ｓｉ原子間に容易に入り込み、効果的に欠陥を形成することができる。この欠陥が後にニッケル元素を積極的に移動させる要因となる。
【００２４】
そして図２（Ａ）に示すように酸素と塩素を含有した雰囲気中で加熱処理を行うことにより、マスクされていた１０８の領域からＰが加速注入された１０７、１０９の領域へとニッケル元素を移動させることができる。
【００２５】
またこの際、１０７と１０９の領域の表面に酸化膜が形成され、その中にハロゲン元素の作用によりニッケル元素がゲッタリングされる。
【００２６】
そして、１０７と１０９の領域を除去する。こうして１０８の領域からニッケル元素を除去する。そして、この領域を利用して薄膜トランジスタの活性層を形成する。
【００２７】
こうすることで、ニッケル元素の影響を排除して薄膜トランジスタを作製することができる。
【００２８】
【実施例】
〔実施例１〕
図１及び図２に本実施例の作製工程の概略を示す。
【００２９】
まず、図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１０１上に下地膜として、酸化珪素膜１０２をプラズマＣＶＤ法により３００ｎｍの厚さに成膜する。
【００３０】
次に減圧熱ＣＶＤ法（またはプラズマＣＶＤ法）により、非晶質珪素膜１０３を４０ｎｍの厚さに成膜する。
【００３１】
非晶質珪素膜を成膜したら、その表面に図示しない極薄い酸化膜を形成する。ここでは、酸素雰囲気中においてＵＶ光を照射することにより極薄い酸化膜を成膜する。この酸化膜は、後に塗布される溶液の濡れ性を向上させる機能を有している。
【００３２】
次に酸化珪素膜でなるマスク１５を形成する。このマスクは、厚さが１００ｎｍの酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法で成膜し、それをパターニングすることによって得る。
【００３３】
このマスク１５には、１６で示されるスリット状の開口が形成されている。非晶質珪素膜１０３は、このスリット１６の領域で露呈している。
【００３４】
次にニッケルを１０ｐｐｍ（重量換算）含有したニッケル酢酸塩溶液を塗布する。そしてスピンコーターにより、余分な溶液を吹き飛ばして除去する。
【００３５】
この結果、１０４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得られる。ここで、ニッケル元素は、開口１６の領域のみにおいて、非晶質珪素膜１０３の表面に接して保持された状態となる。（図１（Ａ））
【００３６】
図１（Ａ）に示す状態を得たら、６００℃、６時間の加熱処理を行う。この工程において、１７で示されるように、選択的にニッケル元素が導入された領域（開口１６の領域）かた結晶成長が基板１０１に平行な方向に進行する。こうして結晶性珪素膜１０５を得る。（図１（Ｂ））
【００３７】
この加熱処理は、５５０℃〜７００℃、好ましくは６００℃〜６５０℃の温度で行うことができる。なお、加熱温度の上限はガラス基板の歪点より低くすることが必要である。
【００３８】
次に図１（Ｃ）に示すように得られた結晶性珪素膜に対してレーザー光の照射を行う。ここでは、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を用いる。
【００３９】
エキシマレーザーは、パルス発振型のレーザーであり、このレーザー光が照射されることにより、被照射領域が瞬間的に溶融固化することが繰り返される。
【００４０】
エキシマレーザー光を照射することにより、一種の非平衡状態が形成される。具体的には、表面にリッジと呼ばれる凸部が形成されたり、ニッケル元素が部分的に偏析したりする。
【００４１】
このような非平衡な状態においては、外部からなんらかのエネルギーが与えられた場合にニッケル元素が動き易くなっている。
【００４２】
レーザー光の照射が終了したら、図１（Ｄ）に示すように酸化珪素膜でなるマスク１０６を形成する。
【００４３】
このマスク１０６によって覆われる領域は、先のニッケル元素が選択的に導入された領域を避けて設けることが重要となる。
【００４４】
これは、後にマスク１０６で覆われなかった領域が除去されるのであるが、この際にニッケル元素が導入され、結晶成長の始点となった領域（ニッケル元素が比較的高濃度に含まれる）も同時に除去することが好ましいからである。
【００４５】
次にＰ（リン）元素のドーピングをプラズマドーピング法（またはイオン注入法）でもって行う。
【００４６】
このドーピングは、最終的に膜中に残留するニッケル元素の濃度に比較してＰ元素の濃度が１桁以上高くなるように条件を設定する。
【００４７】
本発明者らの計測によれば、図１（Ｃ）の工程が終了した時点での珪素膜中に残留するニッケル元素濃度の最高値は１×１０19原子個ｃｍ-3程度である。
【００４８】
従って、この場合は、Ｐ元素のドーピングをＰが膜中に最低でも１×１０20原子個ｃｍ-3程度以上残留するようにドーピング条件を設定する。
【００４９】
このＰイオンのドーピングは図１（Ｅ）の１０７と１０９の領域に対して行われる。このドーピングの結果、１０７と１０９の領域はＰを高濃度に含有することになる。また、これらの領域は注入されるイオンの衝撃によって非晶質化される。
【００５０】
また、１０８で示される領域は、酸化珪素膜でなるマスク１０６が存在する関係でＰ元素はドーピングされない。またこの状態において、１０８の領域は結晶性を維持している。
【００５１】
Ｐ元素のドーピング終了後、試料を加熱処理する。ここでは、窒素（分圧比８８％）と酸素（分圧比１０％）と塩化水素（分圧比２％）の混合ガス雰囲気とした加熱炉に試料を配置し、４００℃、３０分の加熱処理を行う。
【００５２】
この工程において、Ｐ（リン）の作用により領域１０８中のニッケル元素が１０７と１０８の領域に移動する。（図２（Ａ））
【００５３】
このニッケル元素の移動は、先にレーザー光の照射により、ニッケル元素が移動し易くなっていること、さらに１０７と１０９の領域が非晶質化されていることにより助長される。
【００５４】
特に１０７と１０９の領域が非晶質化され、欠陥や歪が多く形成されていることが、ニッケル元素のそれらの領域への移動に大きな役割を果たす。
【００５５】
この工程において、１０７と１０９の領域は、局所的にエッチングが過度に進行し、穴だらけな状態となる。（この領域はとても素子形成に利用できない）
【００５６】
なお、レーザー光の照射を行わない場合、この加熱温度を６００℃以上に高める必要がある。これは、ニッケル元素がそれ程動き易くないからである。
【００５７】
加熱処理が終了したら、酸化珪素膜でなるマスク１０６を除去する。そして図２（Ｂ）に示すようにレジストマスク１１０を形成する。このレジストマスクは、マスク１０６で覆われていた領域より狭い面積を覆うように多少のゆとりを設けたものとする。
【００５８】
このレジストマスク１１０を利用して、珪素膜のパターニングを行う。この結果、ニッケル元素が偏析した領域が除去される。（以上の工程をラテラルゲッタリングと称する）
【００５９】
こうして、１１１で示される結晶性珪素膜のパターンが得られる。このパターンは、後に薄膜トランジスタの活性層となる。（図２（Ｃ））
【００６０】
この結晶性珪素膜は、膜中のニッケル元素が外部に除去されたものとなっている。
【００６１】
１１１で示されるパターンを得たら、レジストマスク１１０を除去する。そして珪素膜パターン１１１を覆って、１００と１１で示される膜が積層されたゲイト絶縁膜を設ける。
【００６２】
ここで、まずプラズマＣＶＤ法により、１００ｎｍの酸化珪素膜１１を成膜し、さらに熱酸化法により、５ｎｍ程度の酸化膜１００を形成し、ゲイト絶縁膜とする。
【００６３】
この場合、ＣＶＤ法で成膜した酸化珪素膜１１の内側に後から成膜する熱酸化膜１００が成膜される。（図２（Ｄ））
【００６４】
ゲイト絶縁膜を成膜したら、アルミニウムを主成分とするゲイト電極１１３を形成する。このゲイト電極１２には、そのパターンを形成後に陽極酸化法により、陽極酸化膜１０を成膜する。この陽極酸化膜は、耐熱性の低いアルミニウム膜の表面を電気的及び機械的に保護する機能を有している。
【００６５】
次にソース及びドレイン領域を形成するために不純物のドーピングを行う。ここでは、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタを作製するためにＰ（リン）イオンをプラズマドーピング法でもってドーピングする。
【００６６】
この工程において、１１２と１１４の領域にＰ元素がドーピングされる。そして、１１２がソース領域、１１４がドレイン領域となる。また、１１３の領域がチャネル領域となる。
【００６７】
また、ドーピングの終了後にレーザー光の照射を行い、ドーピング時に生じた損傷のアニールとドーピングされたドーパントの活性化とを行う。
【００６８】
次に図２（Ｅ）に示すように、層間絶縁膜として窒化珪素膜１１５を２００ｎｍの厚さにプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。
【００６９】
さらにポリイミド樹脂膜１１６をスピンコート法でもって成膜する。層間絶縁膜に樹脂膜を利用すると、その表面を平坦化できる有意性がある。
【００７０】
樹脂膜の材料としては、ポリアミド、ポリイミドアミド、エポキシ、アクリル等の材料を利用することができる。
【００７１】
さらにコンタクトホールの形成を行い、ソース電極１１７とドレイン電極１１８の形成を行う。こうして薄膜トランジスタが完成する。（図２（Ｅ））
【００７２】
〔実施例２〕
本実施例では、図２（Ａ）に示すニッケルのゲッタリング工程において、ハロゲン元素を含有した雰囲気中での加熱処理の代わりに、弗酸と過水とを混合した溶液で処理を行う。この際、ニッケル、ニッケルシリサイドが選択的にエッチングされる。
【００７３】
〔実施例３〕
本実施例は、実施例１に示す構成において、ＴＦＴのしきい値を制御する方法に関する。
【００７４】
ここでは、図１（Ａ）に示す非晶質珪素膜１０３の成膜時に微量のＢ（ボロン）をドーピングする。このドーピングを行うには、成膜時にＢ2 Ｈ6 を成膜ガス中に微量に混合させる。
【００７５】
このようなことをするのは、チャネル領域を弱いＰ型とすることにより、ＴＦＴのしきい値を制御するためである。
【００７６】
ドーピングの方法としては、非晶質珪素膜の成膜後にプラズマドーピング法またはイオン注入法により、Ｂ（ボロン）をドーピングするのでもよい。
【００７７】
なお、Ｐチャネル型のＴＦＴを作製するのであれば、Ｐ（リン）のドーピングを行えばよい。
【００７８】
〔実施例４〕
本実施例では、実施例１に示す構成において、ゲイト電極として、珪素材料を用いる。
【００７９】
〔実施例５〕
本実施例は、実施例１に示す工程において、珪素の結晶化を助長する金属元素の導入方法として、イオン注入法を用いる場合の例である。即ち、ニッケルイオンを電界により加速し、非晶質珪素膜に打ち込む方法により、非晶質珪素膜中にニッケル元素を導入する場合の例である。
【００８０】
イオン注入法を用いた場合には、ニッケル元素の導入量を精密に制御することができる優位性がある。
【００８１】
また、ニッケル元素の導入にイオン注入法を用いた場合、マスク１５をレジストで構成することができる。
【００８２】
この場合、結晶化のための加熱処理は、レジストを除去した状態で行うことになる。
【００８３】
〔実施例６〕
本実施例は、本明細書に開示する金属元素の除去方法を利用して相補型に構成された薄膜トランジスタ回路を作製する工程を示す。
【００８４】
まず図３（Ａ）に示すようにガラス基板２０１上に酸化珪素膜でなる下地膜２０２を成膜する。次に非晶質珪素膜２０２を成膜する。
【００８５】
次に酸化珪素膜でなるマスク２００を形成する。このマスクには、図面奥行き方向と手前方向に長手状を有する細長い開口２０が形成されている。
【００８６】
そして、酢酸ニッケル塩溶液を用いてニッケル元素が２０４で示されるように非晶質珪素膜の表面全体に接して保持された状態を得る。この状態において、ニッケル元素は開口部２０において非晶質珪素膜２０３に接した状態となる。（図３（Ａ））
【００８７】
次に加熱処理を施し、非晶質珪素膜２０３を結晶化させる。この際、矢印２１で示されるような結晶成長が進行する。（図３（Ｂ））
【００８８】
さらに図３（Ｃ）に示すようにレーザー光の照射を行う。
【００８９】
次に酸化珪素膜でなるマスク２０６と２０７を形成する。（図３（Ｄ））
【００９０】
次に図３（Ｅ）に示すようにＰ（リン）イオンのヘビードーピングを行う。
【００９１】
この工程において、２０８、２１０、２１２の領域にＰイオンが加速注入される。また、２０９、２１１の領域には、Ｐイオンは加速注入されない。
【００９２】
次に図４（Ａ）に示すようにＨＣｌと酸素と窒素との混合雰囲気中での加熱処理を行い、ニッケル元素のゲッタリングを行う。
【００９３】
その後、酸化珪素膜でなるマスク２０６、２０７を除去する。そして、図４（Ｂ）に示すようにレジストマスク２１３、２１４を形成する。
【００９４】
次にレジストマスク２１３、２１４を利用して、珪素膜をパターニングする。こうして、２１５、２１６で示される結晶性珪素膜でなるパターンを得る。このパターンの一方がＰチャネル型のＴＦＴの活性層になる。また、他方はＮチャネル型のＴＦＴの活性層になる。（図４（Ｃ））
【００９５】
次に熱酸化膜２１８とプラズマＣＶＤ法による酸化珪素膜２１９とでなるゲイト絶縁膜を形成する。
【００９６】
さらにアルミニウムでなるゲイト電極２１１、２２３を形成し、その表面に陽極酸化膜２２０、２２２を成膜する。
【００９７】
次に図示しないレジストマスクを利用して、選択的にＰ及びＢのドーピングを行うことにより、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタのソース領域２２４、ドレイン領域２２６を形成する。また、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタのソース領域２２９、ドレイン領域２２７を形成する。（図４（Ｄ））
【００９８】
そして、レーザー光の照射を行い、ソース及びドレイン領域の活性化を行う。
【００９９】
次に層間絶縁膜として、窒化珪素膜２３０を成膜し、さらにポリイミド樹脂膜２３１を成膜する。そしてコンタクトホールを形成し、Ｐチャネル型ＴＦＴのソース電極２３２、Ｎチャネル型ＴＦＴのソース電極２３４、両ＴＦＴに共通のドレイン電極２３３を形成する。
【０１００】
こうして図４（Ｅ）に示すようにＰチャネル型のＴＦＴとＮチャネル型のＴＦＴとを相補型に構成したものが得られる。
【０１０１】
〔実施例７〕
本実施例では、逆スタガー型の薄膜トランジスタの作製工程を示す。まず図５（Ａ）に示すように、ガラス基板４０１上に下地膜として酸化珪素膜４０２を成膜する。
【０１０２】
そして、金属シリサイドでなるゲイト電極４０３を形成する。さらにゲイト絶縁膜４０４を成膜する。
【０１０３】
そして非晶質珪素膜４０５を成膜する。次に酸化珪素膜でなるマスク４００を形成する。このマスクには、開口４０が設けられている。
【０１０４】
次に酢酸ニッケル塩溶液を用いてニッケル元素が４０６で示されるように表面に接して保持された状態を得る。（図５（Ａ））
【０１０５】
次に加熱により非晶質珪素膜４０５を結晶化させる。この際、矢印４１で示される方向へと結晶成長が進行する。
【０１０６】
こうして、結晶性珪素膜４０７を得る。（図５（Ｂ））
【０１０７】
次にレーザー光の照射を行う。（図５（Ｃ））
【０１０８】
次に酸化珪素膜でなるマスク４０８を形成する。（図５（Ｄ））
【０１０９】
次にＰ（リン）元素のヘビードーピングを行う。この工程において、４０９と４１１の領域にＰ元素のヘビードーピングが行われる。また、４１０の領域にはドーピングは行われない。（図５（Ｅ））
【０１１０】
次にＨＣｌと酸素と窒素との混合雰囲気中での加熱処理を施し、図６（Ａ）に示すようにニッケル元素をゲッタリングする。
【０１１１】
その後、酸化珪素膜でなるマスク４０８を除去し、新たにレジストマスク４０８を形成する。（図６（Ｂ））
【０１１２】
そしてレジストマスク４１２を用いて、珪素膜をパターニングする。こうして、４１３で示される珪素膜のパターンを残存させる。（図６（Ｃ））
【０１１３】
次にゲイト電極４１４を設け、さらにこのゲイト電極をマスクとして一導電型を付与する不純物のドーピングを行う。こうして、ソース領域４１５とドレイン領域４１７とを形成する。（図６（Ｄ））
【０１１４】
そして、レーザー光の照射を行い、ソース及びドレイン領域の活性化を行う。
【０１１５】
次に層間絶縁膜として、窒化珪素膜４１８とポリイミド樹脂膜４１９とを成膜する。
【０１１６】
さらにコンタクトホールの形成を行い、ソース電極４２０とドレイン電極４２１とを形成する。こうして図６（Ｅ）に示すように逆スタガー型の薄膜トランジスタを完成させる。
【０１１７】
〔実施例８〕
本実施例では、本明細書で開示する発明を利用した装置の概略を示す。図７に各装置の概要を示す。
【０１１８】
図７（Ａ）に示すのは、携帯型の情報処理端末であり、電話回線を利用した通信機能を有している。
【０１１９】
この電子装置は、薄膜トランジスタを利用した集積化回路２００６を本体２００１の内部に備えている。そして、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ２００５、画像を取り込むカメラ部２００２、さらに操作スイッチ２００４を備えている。
【０１２０】
図７（Ｂ）に示すのは、ヘッドマウントディスプレイと呼ばれる電子装置である。この装置は、バンド２１０３によって頭に本体２１２０１を装着して、疑似的に目の前に画像を表示する機能を有している。画像は、左右の目に対応した液晶表示装置２１０２によって作成される。
【０１２１】
このような電子装置は、小型軽量なものとするために薄膜トランジスタを利用した回路が利用される。
【０１２２】
図７（Ｃ）に示すのは、人工衛星からの信号を基に地図情報や各種情報を表示する機能を有している。アンテナ２２０４で捉えた衛星からの情報は、本体２２０１内部に備えた電子回路で処理され、液晶表示装置２２０２に必要な情報が表示される。
【０１２３】
装置の操作は、操作スイッチ２２０３によって行われる。このような装置においても全体の構成を小型化するために薄膜トランジスタを利用した回路が利用される。
【０１２４】
図７（Ｄ）に示すのは、携帯電話である。この電子装置は、本体２３０１にアンテナ２３０６、音声出力部２３０２、液晶表示装置２３０４、操作スイッチ２３０５、音声入力部２３０３を備えている。
【０１２５】
図７（Ｅ）に示す電子装置は、ビデオカメラと称される携帯型の撮像装置である。この電子装置は、本体２４０１に開閉部材に取り付けられた液晶ディスプレイ２４０２、開閉部材に取り付けられた操作スイッチ２４０４を備えている。
【０１２６】
さらにまた、本体２４０１には、画像の受像部２４０６、集積化回路２４０７、音声入力部２４０３、操作スイッチ２４０４、バッテリー２４０５が備えられている。
【０１２７】
図７（Ｆ）に示す電子装置は、投射型の液晶表示装置である。この装置は、本体２５０１に光源２５０２、液晶表示装置２５０３、光学系２５０４備え、スクリンー２５０５に画像を投影する機能を有している。
【０１２８】
また、以上示した電子装置における液晶表示装置としては、透過型または反射型のいずれでも利用することができる。表示特性の面では透過型が有利であり、低消費電力や小型軽量化を追求する場合には、反射型が有利である。
【０１２９】
また、表示装置として、アクティブマトリクス型のＥＬディスプレイやプラズマディスプレイ等のフラットパネルディスプレイを利用することができる。
【０１３０】
〔実施例９〕
本実施例は、図１及び図２に示す実施例１の作製工程を変形した場合を示す。図８に本実施例の作製工程を示す。
【０１３１】
まず図１に示す工程に従って、ガラス基板１０１上に下地膜１０２、結晶性珪素膜１０５を成膜する。そして、レジストマスク８０１を利用して酸化珪素膜（または窒化珪素膜）でなるマスク８０２を形成する。（図８（Ａ））
【０１３２】
次に１０７、１０９の領域に対してＰ（リン）のヘビードーピングを行う。（図８（Ｂ））
【０１３３】
次に等方性のアッシングを行い、レジストマスク８０１を等方的に後退させ、８０３で示すような状態とする。（図８（Ｃ））
【０１３４】
そしてこの後退させたレジストマスク８０３を利用して酸化珪素膜でなるマスク８０２を再度パターニングし、８０３で示される酸化珪素膜でなるパターンを形成する。そしてレジストマスク８０３を除去する。（図８（Ｄ））
【０１３５】
そして図８（Ｄ）の状態において、加熱処理を行い、ニッケル元素を１０８の領域から１０７、１０９の領域に移動させる。
【０１３６】
そして、マスク８０４を利用して１０８で示される珪素膜の領域をパターニングし後に薄膜トランジスタの活性層となる領域８０５を形成する。後は、実施例１や他の実施例に記載された工程に従って薄膜トランジスタを作製する。
【０１３７】
本実施例に示す構成を採用した場合、Ｐイオンを注入するためのマスクを利用して自己整合的に８０５で示される珪素膜のパターンを形成することができる。
【０１３８】
〔実施例１０〕
本実施例は、実施例１に示す作製工程を改良した構成に関する。図９に本実施例の作製工程を示す。
【０１３９】
まず、実施例１に示す作製工程に従って、ガラス基板１０１上に下地膜１０２を成膜する。さらに結晶性珪素膜１０５を成膜する。
【０１４０】
次に酸化珪素膜（または窒化珪素膜）でなるマスク９０１をレジストマスク９０２を利用して形成する。（図９（Ａ））
【０１４１】
次にＰ（リン）イオンのヘビードーピングを行う。この工程で１０７と１０９の領域にＰのヘビードーピングが行われる。（図９（Ｂ））
【０１４２】
この後、レジストマスク９０２を除去する。そして、図９（Ｃ）に示すように、加熱処理を行うことにより、ニッケル元素を１０８の領域から１０７、１０９の領域に移動させる。
【０１４３】
次に酸化珪素膜でなるマスク９０１を利用して珪素膜の１０８の領域をパターニングし、９０２で示される領域を得る。
【０１４４】
次に酸化珪素膜でなるマスク９０１を利用して、等方性のエッチングを行うことによって、珪素膜のパターン９０２のパターンの側面をエッチングし、９０３で示すパターンを得る。（図９（Ｄ））
【０１４５】
次にマスク９０１を除去し、９０３で示す珪素膜のパターンを利用して薄膜トランジスタの活性層を形成する。
【０１４６】
本実施例に示す構成を採用した場合、マスク９０１を２回利用することができ、自己整合的に活性層パターン９０３を得ることができる。
【０１４７】
また、図９（Ｅ）に示す珪素膜のパターニングの際にニッケル元素を高濃度に含んだ１０７や１０９の領域が存在しない状態とできることは重要である。
【０１４８】
エッチングを行う際、飛散してニッケル元素が最終的に活性層となる領域に入り込むことが懸念される。例えば、図８（Ｅ）に示すようなパターン８０５を形成する際のエッチング工程では、エッチング除去される１０７や１０９の領域の飛散物からニッケル元素が８０５の領域に入り込むことが懸念される。
【０１４９】
しかし、図９（Ｅ）に示す工程においては、ニッケル元素を高濃度に含む１０７や１０９の領域が存在していないので、上記の懸念を排除することができる。
【０１５０】
〔実施例１１〕
本実施例では、実施例１に示す作製工程を改良した例を示す。まず図１０（Ａ）に示すようにガラス基板１０１上に下地膜１０２を成膜し、さらに結晶性珪素膜１０５を形成する。
【０１５１】
次にレジストマスク１００１を利用して酸化珪素膜１００３と窒化珪素膜１００２との積層膜でなるマスクを形成する。（図１０（Ａ））
【０１５２】
次にＰ元素のヘビードーピングを行う。（図１０（Ｂ））
【０１５３】
次に加熱処理を行い、１０８の領域から１０７及び１０９の領域にニッケル元素を移動させる。（図１０（Ｃ））
【０１５４】
次に窒化珪素膜のマスク１００２を利用して、酸化珪素膜のマスク１００４を等方性のエッチングによりエッチングする。この結果、側面がエッチングされた酸化珪素膜でなるマスク１００４が得られる。（図１０（Ｄ））
【０１５５】
次に窒化珪素膜のマスク１００２を除去し、（Ｄ）の工程で得られた酸化珪素膜でなるマスク１００４を用いて、珪素膜のパターン１００５を得る。
【０１５６】
この工程の場合も自己整合的に１００５で示す珪素膜のパターンを得ることができる。
【０１５７】
また、図１０に示す工程において、以下のような工程を実施してもよい。
【０１５８】
図１０（Ｃ）に示す工程を終了したら、露呈した珪素膜の領域、即ち１０７と１０９の領域を除去する。そして、（Ｄ）及び（Ｅ）に示す工程を実施する。
【０１５９】
このようにすると、１００５で示す珪素膜のパターンを形成する際に、１０７や１０９の領域に高濃度に含まれているニッケル元素の影響を排除することができる。
【０１６０】
【発明の効果】
本明細書に開示する発明を利用することにより、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用した結晶化方法を利用して薄膜トランジスタを作製しても、活性層中に残留する金属元素の濃度を低減させることがでる。そして、特性のバラツキや不安定性といった問題を改善することができる。
【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。
【図２】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図３】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図４】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図５】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図６】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図７】 発明を利用した装置の構成を示す図。
【図８】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図９】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図１０】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【符号の説明】
１０１ ガラス基板
１０２ 下地膜（酸化珪素膜）
１０３ 非晶質珪素膜
１０４ 表面に接して保持されたニッケル元素
１０５ 結晶性珪素膜
１０６ 酸化珪素膜でなるマスク
１０７ Ｐ（リン）元素がドーピングされた領域
１０８ Ｐ（リン）元素がドーピングされなかった領域
１０９ Ｐ（リン）元素がドーピングされた領域
１１０ レジストマスク
１１１ 活性層となる酸化珪素膜のパターン
１１ ＣＶＤ法により成膜された酸化珪素膜
１１２ ソース領域
１１３ チャネル領域
１１４ ドレイン領域
１１５ 窒化珪素膜
１１６ 樹脂膜
１１７ ソース電極
１１８ ドレイン電極
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、ガラス等の基板上に形成された珪素膜を用いた半導体装置の作製方法に関する。例えば、ガラス基板上に薄膜トランジスタを作製する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりガラス基板や石英基板上に薄膜トランジスタを作製する技術が知られている。
【０００３】
薄膜トランジスタとしては、非晶質珪素膜を用いたものが主流であるが、最近は結晶性を有した珪素膜を用いたものも作製されている。
【０００４】
結晶性を有する珪素膜を用いた薄膜トランジスタは、高い性能を得ることができる特徴がある。
【０００５】
しかし、大面積に均一に高い結晶性を有する珪素膜を形成することは困難であるのも事実である。
【０００６】
また、基板として安価なガラス基板を利用することを考えた場合、ガラス基板が耐えるプロセス温度以下で結晶性珪素膜を得る技術が必要とされる。このことは、コスト的に重要な技術課題である。
【０００７】
上記のガラス基板が耐えるプロセス温度の一つとして、レーザーアニールプロセスを挙げることができる。レーザーアニールプロセスは、基板に対する熱衝撃がほとんどないという優位性がある。
【０００８】
しかし、
（１）大面積に渡って均一なレーザーアニールを行うことは困難である。
（２）レーザー光の発振強度が不安定である。
という問題がある。
【０００９】
このような問題を解決する手段として、特開平０７−３２１３３９号公報に記載された技術が公知である。
【００１０】
この技術は、ニッケル等の珪素の結晶化を助長する金属元素を非晶質珪素膜に導入することにより、ガラス基板が耐えるような温度での加熱処理により結晶性珪素膜を得る技術である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平０７−３２１３３９号公報に記載された技術を利用すると、これまで得られなかったような高品質良好の結晶性珪素膜（単に結晶性が良好であるという意味ではなく、良好な特性を有するＴＦＴが得られるという意味）を大面積に渡り得ることができる。
【００１２】
しかし他方において、残留する金属元素が原因と見られる特性のバラツキや不安定性といった問題がある。
【００１３】
本明細書で開示する発明はこの問題を解決する手段を提供することを課題とする。また、本明細書で開示する他の発明は、層間絶縁膜の表面を平坦化する手段を提供することを課題とする。
【００１４】
【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、
絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入する工程と、
加熱処理を行い前記金属元素が選択的に導入された領域から基板に平行な方向に結晶成長を行わせ、結晶性珪素膜を得る工程と、
前記結晶性珪素膜の一部をマスクし、他部に不純物元素のイオンを加速注入する工程と、
酸素を含有した雰囲気中で加熱処理し前記マスクされた結晶性珪素膜中に存在する珪素の結晶化を助長する金属元素を他部に移動させる工程と、
前記マスクされた領域を利用して半導体装置の活性層を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１５】
絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入する工程と、
加熱処理を行い前記金属元素が選択的に導入された領域から基板に平行な方向に結晶成長を行わせ、結晶性珪素膜を得る工程と、
前記結晶性珪素膜に対してレーザー光の照射を行う工程と、
前記結晶性珪素膜の一部をマスクし、他部に不純物元素のイオンを加速注入する工程と、
酸素を含有した雰囲気中で加熱処理し前記結晶性珪素膜中に存在する珪素の結晶化を助長する金属元素を不純物元素の加速注入された領域に移動させる工程と、
前記マスクされた領域を利用して半導体装置の活性層を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１６】
絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入する工程と、
加熱処理を行い前記金属元素が選択的に導入された領域から基板に平行な方向に結晶成長を行わせ、結晶性珪素膜を得る工程と、
前記結晶性珪素膜の一部をマスクし、他部に不純物元素のイオンを加速注入する工程と、
酸素を含有した雰囲気中で加熱処理し前記マスクされた領域から前記不純物元素のドーピングが行われた領域に向かって前記金属元素を移動させる工程と、
前記マスクされた領域を利用して半導体装置の活性層を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１７】
以上の構成において、珪素の結晶化を助長する金属元素として、Ｎｉ（ニッケル）を利用することが好ましい。
【００１８】
また、珪素の結晶化を助長する金属元素として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種類の元素を利用することができる。
【００１９】
さらにまた、加速注入される不純物元素としてＰ（リン）を利用することが好ましい。Ｐ以外には、Ｐと同じ族のＮ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉから選ばれた材料を用いることができる。
【００２０】
また、マスクされる領域は、金属元素が選択的に導入された領域を避けて選ぶことが重要となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）に示すように、珪素の結晶化を助長する金属元素であるニッケルを選択的に導入し、しかる後に加熱処理を施すことにより、（Ｂ）の１７に示すように基板１０１に平行な方向に結晶成長を行わせる。
【００２２】
そして、得られた結晶性珪素膜１０５の一部をレジストマスク１０６でマスクし、マスクされなかった領域にＰ（リン）イオンを加速注入する。
【００２３】
この結果、１０７と１０９の領域にＰイオンがドーピングされる。また、これらの領域はこの際、イオンの衝撃により損傷し、非晶質化する。Ｐ元素はＳｉ元素よりも原子半径が小さいので、Ｓｉ原子間に容易に入り込み、効果的に欠陥を形成することができる。この欠陥が後にニッケル元素を積極的に移動させる要因となる。
【００２４】
そして図２（Ａ）に示すように酸素と塩素を含有した雰囲気中で加熱処理を行うことにより、マスクされていた１０８の領域からＰが加速注入された１０７、１０９の領域へとニッケル元素を移動させることができる。
【００２５】
またこの際、１０７と１０９の領域の表面に酸化膜が形成され、その中にハロゲン元素の作用によりニッケル元素がゲッタリングされる。
【００２６】
そして、１０７と１０９の領域を除去する。こうして１０８の領域からニッケル元素を除去する。そして、この領域を利用して薄膜トランジスタの活性層を形成する。
【００２７】
こうすることで、ニッケル元素の影響を排除して薄膜トランジスタを作製することができる。
【００２８】
【実施例】
〔実施例１〕
図１及び図２に本実施例の作製工程の概略を示す。
【００２９】
まず、図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１０１上に下地膜として、酸化珪素膜１０２をプラズマＣＶＤ法により３００ｎｍの厚さに成膜する。
【００３０】
次に減圧熱ＣＶＤ法（またはプラズマＣＶＤ法）により、非晶質珪素膜１０３を４０ｎｍの厚さに成膜する。
【００３１】
非晶質珪素膜を成膜したら、その表面に図示しない極薄い酸化膜を形成する。ここでは、酸素雰囲気中においてＵＶ光を照射することにより極薄い酸化膜を成膜する。この酸化膜は、後に塗布される溶液の濡れ性を向上させる機能を有している。
【００３２】
次に酸化珪素膜でなるマスク１５を形成する。このマスクは、厚さが１００ｎｍの酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法で成膜し、それをパターニングすることによって得る。
【００３３】
このマスク１５には、１６で示されるスリット状の開口が形成されている。非晶質珪素膜１０３は、このスリット１６の領域で露呈している。
【００３４】
次にニッケルを１０ｐｐｍ（重量換算）含有したニッケル酢酸塩溶液を塗布する。そしてスピンコーターにより、余分な溶液を吹き飛ばして除去する。
【００３５】
この結果、１０４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得られる。ここで、ニッケル元素は、開口１６の領域のみにおいて、非晶質珪素膜１０３の表面に接して保持された状態となる。（図１（Ａ））
【００３６】
図１（Ａ）に示す状態を得たら、６００℃、６時間の加熱処理を行う。この工程において、１７で示されるように、選択的にニッケル元素が導入された領域（開口１６の領域）かた結晶成長が基板１０１に平行な方向に進行する。こうして結晶性珪素膜１０５を得る。（図１（Ｂ））
【００３７】
この加熱処理は、５５０℃〜７００℃、好ましくは６００℃〜６５０℃の温度で行うことができる。なお、加熱温度の上限はガラス基板の歪点より低くすることが必要である。
【００３８】
次に図１（Ｃ）に示すように得られた結晶性珪素膜に対してレーザー光の照射を行う。ここでは、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を用いる。
【００３９】
エキシマレーザーは、パルス発振型のレーザーであり、このレーザー光が照射されることにより、被照射領域が瞬間的に溶融固化することが繰り返される。
【００４０】
エキシマレーザー光を照射することにより、一種の非平衡状態が形成される。具体的には、表面にリッジと呼ばれる凸部が形成されたり、ニッケル元素が部分的に偏析したりする。
【００４１】
このような非平衡な状態においては、外部からなんらかのエネルギーが与えられた場合にニッケル元素が動き易くなっている。
【００４２】
レーザー光の照射が終了したら、図１（Ｄ）に示すように酸化珪素膜でなるマスク１０６を形成する。
【００４３】
このマスク１０６によって覆われる領域は、先のニッケル元素が選択的に導入された領域を避けて設けることが重要となる。
【００４４】
これは、後にマスク１０６で覆われなかった領域が除去されるのであるが、この際にニッケル元素が導入され、結晶成長の始点となった領域（ニッケル元素が比較的高濃度に含まれる）も同時に除去することが好ましいからである。
【００４５】
次にＰ（リン）元素のドーピングをプラズマドーピング法（またはイオン注入法）でもって行う。
【００４６】
このドーピングは、最終的に膜中に残留するニッケル元素の濃度に比較してＰ元素の濃度が１桁以上高くなるように条件を設定する。
【００４７】
本発明者らの計測によれば、図１（Ｃ）の工程が終了した時点での珪素膜中に残留するニッケル元素濃度の最高値は１×１０19原子個ｃｍ-3程度である。
【００４８】
従って、この場合は、Ｐ元素のドーピングをＰが膜中に最低でも１×１０20原子個ｃｍ-3程度以上残留するようにドーピング条件を設定する。
【００４９】
このＰイオンのドーピングは図１（Ｅ）の１０７と１０９の領域に対して行われる。このドーピングの結果、１０７と１０９の領域はＰを高濃度に含有することになる。また、これらの領域は注入されるイオンの衝撃によって非晶質化される。
【００５０】
また、１０８で示される領域は、酸化珪素膜でなるマスク１０６が存在する関係でＰ元素はドーピングされない。またこの状態において、１０８の領域は結晶性を維持している。
【００５１】
Ｐ元素のドーピング終了後、試料を加熱処理する。ここでは、窒素（分圧比８８％）と酸素（分圧比１０％）と塩化水素（分圧比２％）の混合ガス雰囲気とした加熱炉に試料を配置し、４００℃、３０分の加熱処理を行う。
【００５２】
この工程において、Ｐ（リン）の作用により領域１０８中のニッケル元素が１０７と１０８の領域に移動する。（図２（Ａ））
【００５３】
このニッケル元素の移動は、先にレーザー光の照射により、ニッケル元素が移動し易くなっていること、さらに１０７と１０９の領域が非晶質化されていることにより助長される。
【００５４】
特に１０７と１０９の領域が非晶質化され、欠陥や歪が多く形成されていることが、ニッケル元素のそれらの領域への移動に大きな役割を果たす。
【００５５】
この工程において、１０７と１０９の領域は、局所的にエッチングが過度に進行し、穴だらけな状態となる。（この領域はとても素子形成に利用できない）
【００５６】
なお、レーザー光の照射を行わない場合、この加熱温度を６００℃以上に高める必要がある。これは、ニッケル元素がそれ程動き易くないからである。
【００５７】
加熱処理が終了したら、酸化珪素膜でなるマスク１０６を除去する。そして図２（Ｂ）に示すようにレジストマスク１１０を形成する。このレジストマスクは、マスク１０６で覆われていた領域より狭い面積を覆うように多少のゆとりを設けたものとする。
【００５８】
このレジストマスク１１０を利用して、珪素膜のパターニングを行う。この結果、ニッケル元素が偏析した領域が除去される。（以上の工程をラテラルゲッタリングと称する）
【００５９】
こうして、１１１で示される結晶性珪素膜のパターンが得られる。このパターンは、後に薄膜トランジスタの活性層となる。（図２（Ｃ））
【００６０】
この結晶性珪素膜は、膜中のニッケル元素が外部に除去されたものとなっている。
【００６１】
１１１で示されるパターンを得たら、レジストマスク１１０を除去する。そして珪素膜パターン１１１を覆って、１００と１１で示される膜が積層されたゲイト絶縁膜を設ける。
【００６２】
ここで、まずプラズマＣＶＤ法により、１００ｎｍの酸化珪素膜１１を成膜し、さらに熱酸化法により、５ｎｍ程度の酸化膜１００を形成し、ゲイト絶縁膜とする。
【００６３】
この場合、ＣＶＤ法で成膜した酸化珪素膜１１の内側に後から成膜する熱酸化膜１００が成膜される。（図２（Ｄ））
【００６４】
ゲイト絶縁膜を成膜したら、アルミニウムを主成分とするゲイト電極１１３を形成する。このゲイト電極１２には、そのパターンを形成後に陽極酸化法により、陽極酸化膜１０を成膜する。この陽極酸化膜は、耐熱性の低いアルミニウム膜の表面を電気的及び機械的に保護する機能を有している。
【００６５】
次にソース及びドレイン領域を形成するために不純物のドーピングを行う。ここでは、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタを作製するためにＰ（リン）イオンをプラズマドーピング法でもってドーピングする。
【００６６】
この工程において、１１２と１１４の領域にＰ元素がドーピングされる。そして、１１２がソース領域、１１４がドレイン領域となる。また、１１３の領域がチャネル領域となる。
【００６７】
また、ドーピングの終了後にレーザー光の照射を行い、ドーピング時に生じた損傷のアニールとドーピングされたドーパントの活性化とを行う。
【００６８】
次に図２（Ｅ）に示すように、層間絶縁膜として窒化珪素膜１１５を２００ｎｍの厚さにプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。
【００６９】
さらにポリイミド樹脂膜１１６をスピンコート法でもって成膜する。層間絶縁膜に樹脂膜を利用すると、その表面を平坦化できる有意性がある。
【００７０】
樹脂膜の材料としては、ポリアミド、ポリイミドアミド、エポキシ、アクリル等の材料を利用することができる。
【００７１】
さらにコンタクトホールの形成を行い、ソース電極１１７とドレイン電極１１８の形成を行う。こうして薄膜トランジスタが完成する。（図２（Ｅ））
【００７２】
〔実施例２〕
本実施例では、図２（Ａ）に示すニッケルのゲッタリング工程において、ハロゲン元素を含有した雰囲気中での加熱処理の代わりに、弗酸と過水とを混合した溶液で処理を行う。この際、ニッケル、ニッケルシリサイドが選択的にエッチングされる。
【００７３】
〔実施例３〕
本実施例は、実施例１に示す構成において、ＴＦＴのしきい値を制御する方法に関する。
【００７４】
ここでは、図１（Ａ）に示す非晶質珪素膜１０３の成膜時に微量のＢ（ボロン）をドーピングする。このドーピングを行うには、成膜時にＢ2 Ｈ6 を成膜ガス中に微量に混合させる。
【００７５】
このようなことをするのは、チャネル領域を弱いＰ型とすることにより、ＴＦＴのしきい値を制御するためである。
【００７６】
ドーピングの方法としては、非晶質珪素膜の成膜後にプラズマドーピング法またはイオン注入法により、Ｂ（ボロン）をドーピングするのでもよい。
【００７７】
なお、Ｐチャネル型のＴＦＴを作製するのであれば、Ｐ（リン）のドーピングを行えばよい。
【００７８】
〔実施例４〕
本実施例では、実施例１に示す構成において、ゲイト電極として、珪素材料を用いる。
【００７９】
〔実施例５〕
本実施例は、実施例１に示す工程において、珪素の結晶化を助長する金属元素の導入方法として、イオン注入法を用いる場合の例である。即ち、ニッケルイオンを電界により加速し、非晶質珪素膜に打ち込む方法により、非晶質珪素膜中にニッケル元素を導入する場合の例である。
【００８０】
イオン注入法を用いた場合には、ニッケル元素の導入量を精密に制御することができる優位性がある。
【００８１】
また、ニッケル元素の導入にイオン注入法を用いた場合、マスク１５をレジストで構成することができる。
【００８２】
この場合、結晶化のための加熱処理は、レジストを除去した状態で行うことになる。
【００８３】
〔実施例６〕
本実施例は、本明細書に開示する金属元素の除去方法を利用して相補型に構成された薄膜トランジスタ回路を作製する工程を示す。
【００８４】
まず図３（Ａ）に示すようにガラス基板２０１上に酸化珪素膜でなる下地膜２０２を成膜する。次に非晶質珪素膜２０２を成膜する。
【００８５】
次に酸化珪素膜でなるマスク２００を形成する。このマスクには、図面奥行き方向と手前方向に長手状を有する細長い開口２０が形成されている。
【００８６】
そして、酢酸ニッケル塩溶液を用いてニッケル元素が２０４で示されるように非晶質珪素膜の表面全体に接して保持された状態を得る。この状態において、ニッケル元素は開口部２０において非晶質珪素膜２０３に接した状態となる。（図３（Ａ））
【００８７】
次に加熱処理を施し、非晶質珪素膜２０３を結晶化させる。この際、矢印２１で示されるような結晶成長が進行する。（図３（Ｂ））
【００８８】
さらに図３（Ｃ）に示すようにレーザー光の照射を行う。
【００８９】
次に酸化珪素膜でなるマスク２０６と２０７を形成する。（図３（Ｄ））
【００９０】
次に図３（Ｅ）に示すようにＰ（リン）イオンのヘビードーピングを行う。
【００９１】
この工程において、２０８、２１０、２１２の領域にＰイオンが加速注入される。また、２０９、２１１の領域には、Ｐイオンは加速注入されない。
【００９２】
次に図４（Ａ）に示すようにＨＣｌと酸素と窒素との混合雰囲気中での加熱処理を行い、ニッケル元素のゲッタリングを行う。
【００９３】
その後、酸化珪素膜でなるマスク２０６、２０７を除去する。そして、図４（Ｂ）に示すようにレジストマスク２１３、２１４を形成する。
【００９４】
次にレジストマスク２１３、２１４を利用して、珪素膜をパターニングする。こうして、２１５、２１６で示される結晶性珪素膜でなるパターンを得る。このパターンの一方がＰチャネル型のＴＦＴの活性層になる。また、他方はＮチャネル型のＴＦＴの活性層になる。（図４（Ｃ））
【００９５】
次に熱酸化膜２１８とプラズマＣＶＤ法による酸化珪素膜２１９とでなるゲイト絶縁膜を形成する。
【００９６】
さらにアルミニウムでなるゲイト電極２１１、２２３を形成し、その表面に陽極酸化膜２２０、２２２を成膜する。
【００９７】
次に図示しないレジストマスクを利用して、選択的にＰ及びＢのドーピングを行うことにより、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタのソース領域２２４、ドレイン領域２２６を形成する。また、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタのソース領域２２９、ドレイン領域２２７を形成する。（図４（Ｄ））
【００９８】
そして、レーザー光の照射を行い、ソース及びドレイン領域の活性化を行う。
【００９９】
次に層間絶縁膜として、窒化珪素膜２３０を成膜し、さらにポリイミド樹脂膜２３１を成膜する。そしてコンタクトホールを形成し、Ｐチャネル型ＴＦＴのソース電極２３２、Ｎチャネル型ＴＦＴのソース電極２３４、両ＴＦＴに共通のドレイン電極２３３を形成する。
【０１００】
こうして図４（Ｅ）に示すようにＰチャネル型のＴＦＴとＮチャネル型のＴＦＴとを相補型に構成したものが得られる。
【０１０１】
〔実施例７〕
本実施例では、逆スタガー型の薄膜トランジスタの作製工程を示す。まず図５（Ａ）に示すように、ガラス基板４０１上に下地膜として酸化珪素膜４０２を成膜する。
【０１０２】
そして、金属シリサイドでなるゲイト電極４０３を形成する。さらにゲイト絶縁膜４０４を成膜する。
【０１０３】
そして非晶質珪素膜４０５を成膜する。次に酸化珪素膜でなるマスク４００を形成する。このマスクには、開口４０が設けられている。
【０１０４】
次に酢酸ニッケル塩溶液を用いてニッケル元素が４０６で示されるように表面に接して保持された状態を得る。（図５（Ａ））
【０１０５】
次に加熱により非晶質珪素膜４０５を結晶化させる。この際、矢印４１で示される方向へと結晶成長が進行する。
【０１０６】
こうして、結晶性珪素膜４０７を得る。（図５（Ｂ））
【０１０７】
次にレーザー光の照射を行う。（図５（Ｃ））
【０１０８】
次に酸化珪素膜でなるマスク４０８を形成する。（図５（Ｄ））
【０１０９】
次にＰ（リン）元素のヘビードーピングを行う。この工程において、４０９と４１１の領域にＰ元素のヘビードーピングが行われる。また、４１０の領域にはドーピングは行われない。（図５（Ｅ））
【０１１０】
次にＨＣｌと酸素と窒素との混合雰囲気中での加熱処理を施し、図６（Ａ）に示すようにニッケル元素をゲッタリングする。
【０１１１】
その後、酸化珪素膜でなるマスク４０８を除去し、新たにレジストマスク４０８を形成する。（図６（Ｂ））
【０１１２】
そしてレジストマスク４１２を用いて、珪素膜をパターニングする。こうして、４１３で示される珪素膜のパターンを残存させる。（図６（Ｃ））
【０１１３】
次にゲイト電極４１４を設け、さらにこのゲイト電極をマスクとして一導電型を付与する不純物のドーピングを行う。こうして、ソース領域４１５とドレイン領域４１７とを形成する。（図６（Ｄ））
【０１１４】
そして、レーザー光の照射を行い、ソース及びドレイン領域の活性化を行う。
【０１１５】
次に層間絶縁膜として、窒化珪素膜４１８とポリイミド樹脂膜４１９とを成膜する。
【０１１６】
さらにコンタクトホールの形成を行い、ソース電極４２０とドレイン電極４２１とを形成する。こうして図６（Ｅ）に示すように逆スタガー型の薄膜トランジスタを完成させる。
【０１１７】
〔実施例８〕
本実施例では、本明細書で開示する発明を利用した装置の概略を示す。図７に各装置の概要を示す。
【０１１８】
図７（Ａ）に示すのは、携帯型の情報処理端末であり、電話回線を利用した通信機能を有している。
【０１１９】
この電子装置は、薄膜トランジスタを利用した集積化回路２００６を本体２００１の内部に備えている。そして、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ２００５、画像を取り込むカメラ部２００２、さらに操作スイッチ２００４を備えている。
【０１２０】
図７（Ｂ）に示すのは、ヘッドマウントディスプレイと呼ばれる電子装置である。この装置は、バンド２１０３によって頭に本体２１２０１を装着して、疑似的に目の前に画像を表示する機能を有している。画像は、左右の目に対応した液晶表示装置２１０２によって作成される。
【０１２１】
このような電子装置は、小型軽量なものとするために薄膜トランジスタを利用した回路が利用される。
【０１２２】
図７（Ｃ）に示すのは、人工衛星からの信号を基に地図情報や各種情報を表示する機能を有している。アンテナ２２０４で捉えた衛星からの情報は、本体２２０１内部に備えた電子回路で処理され、液晶表示装置２２０２に必要な情報が表示される。
【０１２３】
装置の操作は、操作スイッチ２２０３によって行われる。このような装置においても全体の構成を小型化するために薄膜トランジスタを利用した回路が利用される。
【０１２４】
図７（Ｄ）に示すのは、携帯電話である。この電子装置は、本体２３０１にアンテナ２３０６、音声出力部２３０２、液晶表示装置２３０４、操作スイッチ２３０５、音声入力部２３０３を備えている。
【０１２５】
図７（Ｅ）に示す電子装置は、ビデオカメラと称される携帯型の撮像装置である。この電子装置は、本体２４０１に開閉部材に取り付けられた液晶ディスプレイ２４０２、開閉部材に取り付けられた操作スイッチ２４０４を備えている。
【０１２６】
さらにまた、本体２４０１には、画像の受像部２４０６、集積化回路２４０７、音声入力部２４０３、操作スイッチ２４０４、バッテリー２４０５が備えられている。
【０１２７】
図７（Ｆ）に示す電子装置は、投射型の液晶表示装置である。この装置は、本体２５０１に光源２５０２、液晶表示装置２５０３、光学系２５０４備え、スクリンー２５０５に画像を投影する機能を有している。
【０１２８】
また、以上示した電子装置における液晶表示装置としては、透過型または反射型のいずれでも利用することができる。表示特性の面では透過型が有利であり、低消費電力や小型軽量化を追求する場合には、反射型が有利である。
【０１２９】
また、表示装置として、アクティブマトリクス型のＥＬディスプレイやプラズマディスプレイ等のフラットパネルディスプレイを利用することができる。
【０１３０】
〔実施例９〕
本実施例は、図１及び図２に示す実施例１の作製工程を変形した場合を示す。図８に本実施例の作製工程を示す。
【０１３１】
まず図１に示す工程に従って、ガラス基板１０１上に下地膜１０２、結晶性珪素膜１０５を成膜する。そして、レジストマスク８０１を利用して酸化珪素膜（または窒化珪素膜）でなるマスク８０２を形成する。（図８（Ａ））
【０１３２】
次に１０７、１０９の領域に対してＰ（リン）のヘビードーピングを行う。（図８（Ｂ））
【０１３３】
次に等方性のアッシングを行い、レジストマスク８０１を等方的に後退させ、８０３で示すような状態とする。（図８（Ｃ））
【０１３４】
そしてこの後退させたレジストマスク８０３を利用して酸化珪素膜でなるマスク８０２を再度パターニングし、８０３で示される酸化珪素膜でなるパターンを形成する。そしてレジストマスク８０３を除去する。（図８（Ｄ））
【０１３５】
そして図８（Ｄ）の状態において、加熱処理を行い、ニッケル元素を１０８の領域から１０７、１０９の領域に移動させる。
【０１３６】
そして、マスク８０４を利用して１０８で示される珪素膜の領域をパターニングし後に薄膜トランジスタの活性層となる領域８０５を形成する。後は、実施例１や他の実施例に記載された工程に従って薄膜トランジスタを作製する。
【０１３７】
本実施例に示す構成を採用した場合、Ｐイオンを注入するためのマスクを利用して自己整合的に８０５で示される珪素膜のパターンを形成することができる。
【０１３８】
〔実施例１０〕
本実施例は、実施例１に示す作製工程を改良した構成に関する。図９に本実施例の作製工程を示す。
【０１３９】
まず、実施例１に示す作製工程に従って、ガラス基板１０１上に下地膜１０２を成膜する。さらに結晶性珪素膜１０５を成膜する。
【０１４０】
次に酸化珪素膜（または窒化珪素膜）でなるマスク９０１をレジストマスク９０２を利用して形成する。（図９（Ａ））
【０１４１】
次にＰ（リン）イオンのヘビードーピングを行う。この工程で１０７と１０９の領域にＰのヘビードーピングが行われる。（図９（Ｂ））
【０１４２】
この後、レジストマスク９０２を除去する。そして、図９（Ｃ）に示すように、加熱処理を行うことにより、ニッケル元素を１０８の領域から１０７、１０９の領域に移動させる。
【０１４３】
次に酸化珪素膜でなるマスク９０１を利用して珪素膜の１０８の領域をパターニングし、９０２で示される領域を得る。
【０１４４】
次に酸化珪素膜でなるマスク９０１を利用して、等方性のエッチングを行うことによって、珪素膜のパターン９０２のパターンの側面をエッチングし、９０３で示すパターンを得る。（図９（Ｄ））
【０１４５】
次にマスク９０１を除去し、９０３で示す珪素膜のパターンを利用して薄膜トランジスタの活性層を形成する。
【０１４６】
本実施例に示す構成を採用した場合、マスク９０１を２回利用することができ、自己整合的に活性層パターン９０３を得ることができる。
【０１４７】
また、図９（Ｅ）に示す珪素膜のパターニングの際にニッケル元素を高濃度に含んだ１０７や１０９の領域が存在しない状態とできることは重要である。
【０１４８】
エッチングを行う際、飛散してニッケル元素が最終的に活性層となる領域に入り込むことが懸念される。例えば、図８（Ｅ）に示すようなパターン８０５を形成する際のエッチング工程では、エッチング除去される１０７や１０９の領域の飛散物からニッケル元素が８０５の領域に入り込むことが懸念される。
【０１４９】
しかし、図９（Ｅ）に示す工程においては、ニッケル元素を高濃度に含む１０７や１０９の領域が存在していないので、上記の懸念を排除することができる。
【０１５０】
〔実施例１１〕
本実施例では、実施例１に示す作製工程を改良した例を示す。まず図１０（Ａ）に示すようにガラス基板１０１上に下地膜１０２を成膜し、さらに結晶性珪素膜１０５を形成する。
【０１５１】
次にレジストマスク１００１を利用して酸化珪素膜１００３と窒化珪素膜１００２との積層膜でなるマスクを形成する。（図１０（Ａ））
【０１５２】
次にＰ元素のヘビードーピングを行う。（図１０（Ｂ））
【０１５３】
次に加熱処理を行い、１０８の領域から１０７及び１０９の領域にニッケル元素を移動させる。（図１０（Ｃ））
【０１５４】
次に窒化珪素膜のマスク１００２を利用して、酸化珪素膜のマスク１００４を等方性のエッチングによりエッチングする。この結果、側面がエッチングされた酸化珪素膜でなるマスク１００４が得られる。（図１０（Ｄ））
【０１５５】
次に窒化珪素膜のマスク１００２を除去し、（Ｄ）の工程で得られた酸化珪素膜でなるマスク１００４を用いて、珪素膜のパターン１００５を得る。
【０１５６】
この工程の場合も自己整合的に１００５で示す珪素膜のパターンを得ることができる。
【０１５７】
また、図１０に示す工程において、以下のような工程を実施してもよい。
【０１５８】
図１０（Ｃ）に示す工程を終了したら、露呈した珪素膜の領域、即ち１０７と１０９の領域を除去する。そして、（Ｄ）及び（Ｅ）に示す工程を実施する。
【０１５９】
このようにすると、１００５で示す珪素膜のパターンを形成する際に、１０７や１０９の領域に高濃度に含まれているニッケル元素の影響を排除することができる。
【０１６０】
【発明の効果】
本明細書に開示する発明を利用することにより、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用した結晶化方法を利用して薄膜トランジスタを作製しても、活性層中に残留する金属元素の濃度を低減させることがでる。そして、特性のバラツキや不安定性といった問題を改善することができる。
【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。
【図２】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図３】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図４】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図５】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図６】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図７】 発明を利用した装置の構成を示す図。
【図８】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図９】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図１０】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【符号の説明】
１０１ ガラス基板
１０２ 下地膜（酸化珪素膜）
１０３ 非晶質珪素膜
１０４ 表面に接して保持されたニッケル元素
１０５ 結晶性珪素膜
１０６ 酸化珪素膜でなるマスク
１０７ Ｐ（リン）元素がドーピングされた領域
１０８ Ｐ（リン）元素がドーピングされなかった領域
１０９ Ｐ（リン）元素がドーピングされた領域
１１０ レジストマスク
１１１ 活性層となる酸化珪素膜のパターン
１１ ＣＶＤ法により成膜された酸化珪素膜
１１２ ソース領域
１１３ チャネル領域
１１４ ドレイン領域
１１５ 窒化珪素膜
１１６ 樹脂膜
１１７ ソース電極
１１８ ドレイン電極
Claims (7)
- 基板上に下地膜を形成し、
前記下地膜上に珪素膜からなるパターンを形成し、
前記珪素膜からなるパターンを覆うように絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜の下側に前記珪素膜からなるパターンを酸化して酸化膜を形成することによりゲイト絶縁膜を形成し、
前記珪素膜からなるパターン上の前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記珪素膜からなるパターンにソース領域及びドレイン領域を形成するために不純物領域を形成し、
前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極上に、窒化珪素膜と樹脂膜を積層した層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜及び前記ゲイト絶縁膜に、前記不純物領域へ貫通するコンタクトホールを形成し、
前記層間絶縁膜上より前記コンタクトホールを介して前記不純物領域と接する電極を形成し、
前記珪素膜からなるパターンは、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を導入し、加熱処理を行い前記非晶質珪素膜を結晶成長させて結晶性珪素膜を形成し、前記結晶性珪素膜の一部をマスクで覆い、前記結晶性珪素膜の前記マスクで覆われない領域に不純物元素を注入し、前記マスクで覆われた前記結晶性珪素膜に存在する前記金属元素を前記不純物元素が注入された前記領域に移動させ、前記不純物元素が注入された前記領域を除去して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 基板上に下地膜を形成し、
前記下地膜上に珪素膜からなるパターンを形成し、
前記珪素膜からなるパターンを覆うように絶縁膜を形成した後、熱酸化法によりゲイト絶縁膜を形成し、
前記珪素膜からなるパターン上の前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記珪素膜からなるパターンにソース領域及びドレイン領域を形成するため不純物領域を形成し、
前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極上に、窒化珪素膜と樹脂膜を積層した層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜及び前記ゲイト絶縁膜に、前記不純物領域へ貫通するコンタクトホールを形成し、
前記層間絶縁膜上より前記コンタクトホールを介して前記不純物領域と接する電極を形成し、
前記珪素膜からなるパターンは、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を導入し、加熱処理を行い前記非晶質珪素膜を結晶成長させて結晶性珪素膜を形成し、前記結晶性珪素膜の一部をマスクで覆い、前記結晶性珪素膜の前記マスクで覆われない領域に不純物元素を注入し、前記マスクで覆われた前記結晶性珪素膜に存在する前記金属元素を前記不純物元素が注入された前記領域に移動させ、前記不純物元素が注入された前記領域を除去して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項１において、前記珪素膜からなるパターン上の酸化膜は５ｎｍ程度の厚さであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
- 請求項１乃至３のいずれか一項において、前記窒化珪素膜はプラズマＣＶＤ法により形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
- 請求項１乃至４のいずれか一項において、前記樹脂膜はスピンコート法により形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
- 請求項１乃至５のいずれか一項において、前記樹脂膜はポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、エポキシ、アクリルのいずれか一からなることを特徴とする半導体装置の作製方法。
- 請求項１乃至６のいずれか一項において、前記下地膜は酸化珪素膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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