JP3754184B2 - 薄膜トランジスタを備えたフラットパネルディスプレイの作製方法 - 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、結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタ及びその作製方法に関する。また、そのような薄膜トランジスタを利用した装置及びその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、非晶質珪素膜を用いた薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと称する）が知られている。これは、主にアクティブマトリクス型の液晶表示装置のアクティブマトリクス回路を構成するために利用されている。
【０００３】
しかし、非晶質珪素膜を用いたＴＦＴは、動作速度が遅く、またＰチャネル型が実用化できないという問題がある。
【０００４】
このような問題もあり、周辺駆動回路を一体型したアクティブマトリクス型液晶表示装置を作製したり、ＴＦＴを用いて各種集積回路を構成したりすることはできなかった。
【０００５】
この問題を解決するための手段として、結晶性珪素膜を用いる構成が知られている。
【０００６】
結晶性珪素膜を作製する方法としては、加熱による方法とレーザー光の照射による方法とがある。
【０００７】
加熱による方法は、９００℃以上というような高温プロセスが必要とされるためにガラス基板が利用できないという問題がある。ＴＦＴの主な応用分野が液晶表示装置であることを考えると、基板としてガラス基板を利用できることが優先課題となる。
【０００８】
他方、レーザー光の照射による方法は、基板に熱ダメージを与えることがないプロセスを実現できるが、結晶性の均一性や再現性、さらには結晶性の程度といった点で満足できるものではない。
【０００９】
このような問題を解決するための一つの手段として、本出願人らの発明である所定の金属元素を用いて結晶化を促進させる方法がある。
【００１０】
これは、非晶質珪素膜にニッケルに代表される金属元素を導入し、その後に加熱処理により結晶性珪素膜を得る方法である。
【００１１】
この方法では、ガラス基板が利用できる６００℃程度以下の加熱処理によって、良好な結晶性を有した結晶性珪素膜を得ることができる。
【００１２】
しかし、結晶性珪素膜中にニッケル元素が残留するので、それによって作製されるＴＦＴの特性に悪影響が及んでしまう。具体的には、特性の経時変化、信頼性の低下といった問題が発生する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本明細書で開示する発明は、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して得られる結晶性珪素膜を用いて作製されるＴＦＴにおいて、その特性に当該金属元素の悪影響が及ぶことを抑制する技術を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するめの手段】
本明細書で開示する発明の一つは、
周囲全体から結晶成長が進行した結晶構造を有する活性層を備えた半導体装置であることを特徴とする。またはこのような構成を備えた半導体素子を利用した半導体装置であることを特徴とする。
【００１５】
上記のような構成は、図１に示すように活性層となるパターン（２０１でその外周が示される）の周囲から１０５で示すようなニッケルの拡散による結晶成長を行わせ、その後に図２に示すようにパターンの外の領域１０８にドーピングされた燐にニッケル元素をゲッタリングさせることにより得ることができる。
【００１６】
図１の１０５で示される方向、及び図２の１１０で示される方向には、結晶構造が連続しており、またその方向には結晶粒界が延在している。これは、光学顕微鏡観察やＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察により確認することができる。
【００１７】
他の発明の構成は、
非晶質珪素膜の所定の領域において、
該領域の周辺部全体から珪素の結晶化を助長する金属元素を前記領域中に拡散させ、結晶成長を行わす工程と、
前記拡散経路の逆をたどって前記金属元素を前記領域該に除去する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００１８】
この構成は、図１（Ｂ−１）に示すような周囲からのニッケル元素の拡散を行わすことによる結晶成長と、その後の図２（Ａ−１）に示すような周囲へのニッケル元素の移動（除去）を行わす工程を特徴としたものである。
【００１９】
結晶化に際しては、ニッケル元素の拡散が重要な役割を果たしている。しかし、得られる結晶性珪素膜中にニッケル元素が残留することは好ましくない。そこで、如何に効果的にニッケル元素を除去するかかが重要となる。
【００２０】
図２（Ａ−１）に示すようなニッケル元素のパターン周囲への除去は、結晶化の際におけるニッケル元素の拡散経路の逆となる。この経路は、一旦ニッケル元素の移動経路となっているので、ニッケルの移動経路としては、エネルギーレベルが最小となっている。即ち、ニッケルに移動に際して最も障害の少ない経路となっている。このことは、ニッケルに移動する向きには関係ない。
【００２１】
従って、 図２（Ａ−１）に示すようなニッケル元素の移動は、最も効果的なニッケル元素の除去経路をたどるものとなる。
【００２２】
他の発明の構成は、
非晶質珪素膜上にマスクを形成する工程と、
前記マスクを利用して珪素の結晶化を助長する金属元素を前記非晶質珪素膜に対して選択的に導入する工程と、
加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜において、前記金属元素が導入された領域から前記マスク下部に向かって結晶成長を行わす工程と、
前記マスクを用いて１５族の元素を前記珪素膜に選択的に導入する工程と、
加熱処理を施し、前記１５族の元素が導入された領域に前記金属元素を移動させる工程と、
前記マスクを用い、前記１５族の元素が導入された領域を除去する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２３】
本明細書で開示する発明における珪素の結晶化を助長する金属元素としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｉｎから選ばれた一種または複数種類のものを利用することができる。
【００２４】
特にＮｉを利用する場合に高い効果と高い再現性を得ることができる。
【００２５】
１５族の元素としては、Ｐ、Ａｓ、Ａｂから選ばれた元素を利用することができる。特にＰ（燐）を利用する場合に高い効果を得ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）に示すようにまず非晶質珪素膜１０２上に酸化珪素膜でなるマスク１０３を形成する。
【００２７】
そしてマスク１０３を利用してニッケル元素を選択的に非晶質珪素膜１０２の表面に保持する。これがニッケル元素の導入に当たる。
【００２８】
ニッケル元素の導入方法としては、スパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマ処理、イオン注入法等があるが、溶液を用いる方法が最も簡便である。
【００２９】
次に加熱処理を施し、図１（Ｂ−１）の１０５で示されるような結晶成長を行わせる。この結晶成長は、ニッケル元素の拡散に伴うものとなる。
【００３０】
次に図１（Ｃ）に示すように燐の導入をプラズマドーピング法やイオン注入法を用いて行う。この工程では、マスク１０３を利用して１０８の領域に燐のドーピングが行われる。
【００３１】
そして再度の加熱処理を行い、図２（Ａ−１）の１１０で示されるような先の結晶成長時におけるニッケル元素の拡散経路とが逆の経路をたどってニッケル元素をマスク１０３下のパターンから除去する。
【００３２】
このニッケル元素の除去は、先に燐がドーピングされた領域にニッケルゲンタリングさせることによって実現される。
【００３３】
その後、再度マスク１０３を利用して珪素膜をパターニングし、パターン１１１を形成する。
【００３４】
こうして、高い結晶性を有し、しかもニッケル元素の影響が排除された活性層パターンを特にマスクを増やさずに（即ち、工程を複雑化せずに）得ることができる。
【００３５】
【実施例】
〔実施例１〕
図１の本実施例の作製工程を示す。まずガラス基板１０１上に非晶質珪素膜１０２を５０ｎｍの厚さに減圧熱ＣＶＤ法によって成膜する。
【００３６】
非晶質珪素膜の成膜方法としては、プラスマＣＶＤ法を用いてもよいが、後の結晶化工程を考慮すると、水素の含有量を少なくできる減圧熱ＣＶＤ法を採用する方が好ましい。
【００３７】
本実施例では、ガラス基板として歪点が６６７℃であるコーニング１７３７ガラス基板を用いる。
【００３８】
本実施例では、ガラス基板の表面に直接非晶質珪素膜を成膜する例を示すが、ガラス基板の表面状態や含有されている不純物の種類や濃度等によっては、その表面に下地膜として酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜または窒化珪素膜等を成膜してもよい。
【００３９】
非晶質珪素膜１０２を成膜したら、厚さ１５０ｎｍの酸化珪素膜でなるマスク１０３を形成する。
【００４０】
マスク１０３の材料としては、窒化珪素膜や酸化窒化珪素膜等を用いることもできる。マスク１０３の材料は、後の加熱処理に耐える材質であることが必要である。
【００４１】
次に所定のニッケル濃度に調整したニッケル酢酸塩溶液を塗布し、１０４で示されるようにニッケル元素が試料の表面に接して保持された状態を得る。
【００４２】
本実施例では、重量換算で１０ｐｐｍの濃度に調整したニッケル酢酸塩溶液を用いる。こうして図１（Ａ）に示す状態を得る。
【００４３】
ニッケルの導入方法としては、他にスパッタ法やＣＶＤ法でニッケルを含む膜を成膜する方法がある。また、ニッケルを含んだ電極を用いた放電よる方法（プラズマ処理）、さらにはイオン注入法等の方法を用いることができる。
【００４４】
次に窒素雰囲気中において、５９０℃、８時間の加熱処理を施す。この加熱処理は、抵抗加熱ヒータを備えた加熱炉でもって行う。なお、この加熱は赤外光の照射による方法であってもよい。
【００４５】
この工程では、矢印１０５で示される方向にニッケル元素が拡散し、それに従って結晶化が進行する。即ち、ニッケルの拡散と結晶化が矢印１０５で示される方向に進行する。
【００４６】
この加熱処理は、５００℃〜ガラス基板の歪点（本実施例では６６７℃）の範囲において行うことができる。
【００４７】
この結晶成長工程の状態を断面から見た様子を図１（Ｂ）に示す。また、上面から見た様子を図１（Ｂ−１）に示す。
【００４８】
図１（Ｂ−１）において、１０７で示されるのが、結晶成長の先端部が衝突した部分である。この部分には、結晶粒界が形成される。また、図１（Ｂ−１）の２０１で示されるのがマスク１０３の外周部である。この外周部は後に形成される活性層パターンに一致する。
【００４９】
結晶化が終了したら、プラズマドーピング法またはイオン注入法によってＰ（燐）のドーピングを行う。
【００５０】
プラズマドーピング法というのは、質量分離を行わない形式のもので、原料ガスをプラズマ化した雰囲気からドーパントイオンを直接電界によって引出し、さらに加速注入する方式ものをいう。
【００５１】
また、イオン注入法というのは、原料ガスをプラズマ化した雰囲気から引き出したイオン（ここには各種イオンが含まれている）を磁場を用いた質量分離により選別し、それを加速注入する方式のものをいう。
【００５２】
燐のドーピングは、１０８の領域に行われる。ドーズ量は、平均濃度が膜中に存在するニッケルの濃度よりも高くなる条件でもって行う。（図１（Ｃ））
【００５３】
次に窒素雰囲気中において、６２０℃、２時間の加熱処理を行う。この加熱処理は、４５０℃〜７５０℃（一般にその上限はガラス基板の歪点で制限される）の範囲から選択される。勿論、その温度が高い方がより高い効果を得ることができる。
【００５４】
なお、この加熱処理は、赤外光の照射による方法を用いてもよい。
【００５５】
この工程においては、図２（Ａ）及び図２（Ａ−１）の１１０で示される経路でもってニッケル元素が移動する。
【００５６】
これは、１０８の領域にドーピングされた燐とニッケルとが結合し、そこに固定化されるからである。
【００５７】
６２０℃の加熱処理においては、ニッケルは珪素膜中を数十μｍ以上の距離にわたり盛んに移動する。
【００５８】
他方、燐はほとんど移動しない。（燐が移動するには８００℃以上加熱が必要である）
【００５９】
また、燐とニッケルは多様な結合状態を有し、その結合状態は非常に安定している。
【００６０】
従って、膜中を移動し、燐と結合したニッケル元素は、その場（領域１０８）から動かない。結果として、ニッケルが１０８の領域に移動し、そこで固定化されたような状態が得られる。
【００６１】
１１０で示されるようなニッケル元素の結晶性珪素膜１０６中での移動経路は、先の結晶化の際おけるニッケル元素の移動経路の逆をたどるものとなる。
【００６２】
この図２（Ａ）及び（Ａ−１）で示される工程におけるニッケル元素の移動経路は、先に一回ニッケル元素が移動した経路であるので、ニッケル元素の移動が行われやすい状態となってる。（移動に際する障害が少ない）
【００６３】
このことは、結晶化の際のニッケルの移動経路とニッケルを除去する段階におけるニッケルの移動経路とが異なるような実験を行うと、明らかに後のニッケルの移動段階におけるニッケルの移動が阻害されている状態が観察されることから基礎付けられる。
【００６４】
また、マスク１０３は、後にＴＦＴの活性層パターンを決めるものでもあるので、その大きさは、後に形成されるＴＦＴの活性層の大きさと同じである。
【００６５】
よって、図２（Ａ）及び（Ａ−１）で示される工程におけるニッケル元素の移動経路は、長くても数μｍ程度である。
【００６６】
基礎的な実験によれば、燐がドーピングされた領域の面積とニッケルを除去する面積との比が大きいほど、ニッケルの除去効果が高く、またニッケルの移動経路が短い程ニッケルの除去効果は高い。
【００６７】
従って、マスク１０４でマスクされる領域の面積は、小さいほど好ましい。
【００６８】
このように本実施例では、ニッケルの移動経路の問題、その移動距離の問題、という点でニッケルを除去することに好適な構成となっている。このことは、今後素子の微細化が進行した場合にも有利な事項となる。
【００６９】
図２（Ａ）及び（Ａ−１）で示される工程が終了すると、ニッケル元素は領域１０８に集中したものとなる。
【００７０】
即ち、２０１でもってその外周が規定される領域中におけるニッケル元素の濃度は減少し、その周辺の１０８で示される領域のニッケル濃度が増加する。
【００７１】
次にマスク１０３を用いて珪素膜１０６の露呈した領域を除去する。この工程は、珪素膜１０６からＴＦＴの活性層パターン１１１を形成する工程となる。
【００７２】
こうして図２（Ｂ）に示す状態を得る。次に酸化珪素膜でなるパターン１０３を除去する。そして、ゲイト絶縁膜として酸化珪素膜１００をプラズマＣＶＤ法により１００ｎｍの厚さに成膜する。（図２（Ｃ））
【００７３】
さらに図示しないアルミニウム膜をスパッタ法によって４００ｎｍの厚さに成膜する。
【００７４】
そしてこのアルミニウム膜上にレジストマスク１１２を形成する。次にレジストマスク１１２を用いて、図示しないアルミニウム膜をパターニングし、１１３で示すアルミニウムパターンを形成する。（図２（Ｃ））
【００７５】
次にレジストマスク１１２を残存させた状態でパターン１１３を陽極とした陽極酸化を行う。ここでは、陽極酸化膜１１４を５００ｎｍの厚さに形成する。
【００７６】
この工程は、レジストマスク１１２が存在する関係で陽極酸化膜１１４は、アルミニウムパターン１１３の側面において選択的に成長する。
【００７７】
この陽極酸化膜工程は、電解溶液として３体積％の蓚酸水溶液を用い、アルミニウムパターンを陽極、白金を陰極として行う。この工程で形成される陽極酸化膜は、多孔質状（ポーラス状）を有している。（図２（Ｄ））
【００７８】
次にレジストマスク１１２を除去し、再度の陽極酸化を行う。この工程では、電解溶液として３体積％の酒石酸を含んだエチレングリコール溶液をアンモニア水で中和したものを用いる。
【００７９】
この工程では、電解溶液が多孔質状の陽極酸化膜１１４中に侵入する関係から、１１５で示される状態で陽極酸化膜が形成される。この工程で形成される陽極酸化膜は、緻密な膜質を有したものとなる。この緻密な膜質を有する陽極酸化膜１１５の膜厚は７０ｍとする。（図２（Ｄ））
【００８０】
ここで、陽極酸化されずに残存したアルミニウムパターン１１６がゲイト電極となる。（図２（Ｄ））
【００８１】
次に露呈した酸化珪素膜１００を垂直異方性を有するドライエッチング法によって除去する。こうして図３（Ａ）に示す状態を得る。
【００８２】
ここで、１１７が残存した酸化珪素膜でなる。この酸化珪素膜がゲイト絶縁膜として機能する。
【００８３】
次に燐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。この工程では、１１８及び１２０の領域に燐のドーピングが行われる。これらの領域を便宜上高濃度不純物領域と称する。なお、１１９の領域にはドーピングが行われない。（図３（Ａ））
【００８４】
このドーピング工程は、通常のソース及びドレイン領域を形成するための条件でもって行う。
【００８５】
次に多孔質状の陽極酸化膜１１４を選択的に除去し、図３（Ｂ）に示す状態を得る。
【００８６】
そして再度、燐のドーピングを行う。ここでは、先の図３（Ａ）の工程におけるドーピングよりもドーズ量を１桁程度下げた条件でもって行う。
【００８７】
この工程では、１２１及び１２３の領域にドーピングが行われる。これらの領域は、１１８及び１２０の領域に比較して、低ドーズ量でもってドーピングが行われるので、低不純物領域と称する。（図３（Ｂ））
【００８８】
この低濃度不純物領域の内、ドレイン側の領域１２３が通常ＬＤＤ（ライトドープドドレイン）と称される領域として機能する。
【００８９】
そして、１２２の領域がチャネル領域として画定する。なお、チャネル領域１２２に隣接して、陽極酸化膜１１５の膜厚分でもってオフセット領域と称される高抵抗領域が形成されるが、本実施例では、陽極酸化膜１１５の膜厚を７０ｎｍと薄くしているので、その存在は無視する。
【００９０】
ドーピングの終了後、レーザー光の照射を行うことにより、被ドーピング領域の損傷のアニールとドーパントの活性化とを行う。この工程は、強光の照射によって行ってもよい。
【００９１】
次に層間絶縁膜として窒化珪素膜１２４を２５０ｎｍの厚さにプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。さらにアクリル樹脂膜１２５をスピンコート法によって成膜する。アクリル樹脂膜の膜厚は、最小の部分で７００ｎｍとなるようにする。なお、樹脂膜を用いるのは、その表面を平坦にできるからである。
【００９２】
次にコンタクトホールの形成を行い、ソース電極１２６とドレイン電極１２７とを形成する。こうして図３（Ｃ）に示すＮチャネル型のＴＦＴが完成する。
【００９３】
ここではＮチャネル型の例を示したが、Ｐチャネル型のＴＦＴを作製するのであれば、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に工程において、燐の代わりにボロンをドーピングすればよい。
【００９４】
〔実施例２〕
本実施例は、逆スタガー型のＴＦＴを作製する場合の例である。この場合、ゲイト電極を設けた後に非晶質珪素膜を成膜し、その後に結晶化、及びニッケルの除去を行う。
【００９５】
本実施例の場合は、ゲイト電極の材料を後の加熱処理において耐性を有するものとする必要がある。
【００９６】
〔実施例３〕
本実施例は、ＴＦＴを利用した各種装置の例を示す。図４に示すのは、ＴＦＴを利用した集積回路の例である。
【００９７】
集積回路の例としては、ＣＰＵ、メモリ、各種演算回路、増幅回路、スイッチ回路等を挙げることができる。
【００９８】
本明細書で開示する薄膜トランジスタは、各種フラットパネルディスプレイやフラットパネルディスプレイを備えた情報処理端末やビデオカメラ等に利用することができる。本明細書では、これらの装置も総称して半導体装置と称する。
【００９９】
以下において各種装置の具体的な構成の例を示す。図５に各種半導体装置の例を示す。これらの半導体装置は、ＴＦＴを少なくとも一部に用いている。
【０１００】
図５（Ａ）に示すのは、携帯型の情報処理端末である。この情報処理端末は、本体２００１にアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイまたはアクティブマトリクス型のＥＬディスプレイを備え、さらに外部から情報を取り込むためのカメラ部２００２を備えている。また内部に集積回路２００６を備えている。
【０１０１】
カメラ部２００２には、受像部２００３と操作スイッチ２００４が配置されている。
【０１０２】
情報処理端末は、今後益々その携帯性を向上させるために薄く、また軽くなるもと考えられている。
【０１０３】
このような構成においては、アクティブマトリクス型のディスプレイ２００５が形成された基板上にさらに周辺駆動回路や演算回路や記憶回路をもＴＦＴでもって集積化されることが好ましい。
【０１０４】
図５（Ｂ）に示すのは、ヘッドマウントディスプレイである。この装置は、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイまたはＥＬディスプレイ２１０２を本体２１０１に備えている。また、本体２１０１は、バンド２１０３で頭に装着できるようになっている。
【０１０５】
図５（Ｃ）に示すのは、カーナビゲションシステムである。この装置は、人工衛星からの信号をアンテナ２２０４で受け、その信号に基づいて本体２２０１に備えられたアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ２２０２に地理情報を表示する機能を有している。
【０１０６】
ディスプレイ２２０２としては、ＥＬ型の表示装置を採用することもできる。いずれの場合でもディスプレイは、ＴＦＴを利用したアクティブマトリクス型のフラットパネルディスプレイとする。
【０１０７】
また、本体２２０１には操作スイッチ２２０３が備えられており、各種操作を行うことができる。
【０１０８】
図５（Ｄ）に示すのは、携帯電話である。この装置は、本体２３０１にアクティブマトリクス型の液晶表示装置２３０４、操作スイッチ２３０５、音声入力部２３０３、音声出力部２３０２、アンテナ２３０６を備えている。
【０１０９】
最近は、図５（Ａ）に示す携帯型情報処理端末と図５（Ｄ）に示す携帯電話とを組み合わせたような構成も商品化されている。
【０１１０】
図５（Ｅ）に示すのは、携帯型のビデオカメラである。これは、本体２４０１に受像部２４０６、音声入力部２４０３、操作スイッチ２４０４、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ２４０２、バッテリー２４０５を備えている。
【０１１１】
図５（Ｆ）に示すのは、リアプロジェクシン型の液晶表示装置である。この構成は、本体２５０１に投影用のスクリーンを備えた構造となっている。表示は、光源２５０２からの光を偏光ビームスプリッタ２５０４で分離し、この分離された光を反射型の液晶表示装置２５０３で光学変調し、この光学変調された画像を反射してリフレクター２５０５、２５０６で反射し、それをスクリーン２５０７に投影するものである。
【０１１２】
ここでは、液晶表示装置２５０３として反射型のものを用いる例を示した。しかし、ここに透過型の液晶表示装置を用いてもよい。この場合、光学系を変更すればよい。
【０１１３】
〔実施例４〕
本実施例は、他の実施例の構成において、珪素膜の代わりにＳｉX Ｇｅ1-x （0.5 ＜Ｘ＜１）で示される膜を用いる場合の例である。
【０１１４】
本明細書で開示する発明では、珪素単体ではなく、珪素を主成分とする化合物膜を用いることもできる。珪素を主成分とする膜というのは、珪素成分を少なくとも半分以上含んでいる膜のこという。
【０１１５】
例えば、実施例の１の場合は、１０２で非晶質珪素膜をＳｉX Ｇｅ1-x （0.5 ＜Ｘ＜１）で示される膜とすることができる。
【０１１６】
〔実施例５〕
本実施例は、実施例１に示す作製工程において、図１（Ｃ）に示す燐の導入をドーピングではなく、燐を高濃度にドーピングした珪素膜を成膜することによって行う例を示す。
【０１１７】
この場合、図１（Ｂ）に示す結晶化工程の終了後に、燐を高濃度にドーピングした珪素膜をプラズマＣＶＤ法により成膜する。
【０１１８】
燐のドーピング方法としては、例えば成膜ガスとしてシランを９８体積％、フォスフィンを２体積％混合したものを用いる。
【０１１９】
燐を高濃度にドーピングした珪素膜を成膜後に実施例１に示すのと同様な条件で加熱処理を行うことで、この珪素膜中にニッケル元素が移動する。
【０１２０】
ここでは、燐を高濃度にドーピングした珪素膜を用いる例を示したが、他にＰＳＧ膜等を用いることもできる。
【０１２１】
〔実施例６〕
本実施例は、実施例１に示す作製工程において、図２（Ｂ）に示すマスク１０３を用いた活性層パターン１１１の形成工程の後に、さらに活性層パターン１１１の側面をサイドエッチングする構成に関する。
【０１２２】
実施例１に示す構成においては、１１１で示すパターンがＴＦＴの活性層となる。
【０１２３】
この場合、パターン１１１の周辺部には、燐がドーピングされ、またニッケルが吸い出された１０８の領域に隣接している。
【０１２４】
よって、パターン１１１の周辺部は、燐やニッケルが比較的高濃度に存在している可能性がある。
【０１２５】
そこで本実施例では、図２（Ｂ）に示すパターニングの終了後にパターン１１１の側面をオーバーエッチングする。こうすることで、上述した懸念を排除し、素子特性の信頼性等をさらに高めることができる。
【０１２６】
本実施例を実施するには、図２（Ｂ）に示すエッチングがドライッチング法でる場合は、ドライエッチング後にウエットエッチングさらに行えばよい。また、図２（Ｂ）に示すエッチングがウェットエッチング法である場合は、ウェットエッチングをさらに進める構成とすればよい。
【０１２７】
【発明の効果】
本明細書で開示する発明を利用することで、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して得られる結晶性珪素膜中を用いて作製されるＴＦＴにおいて、その特性に当該金属元素の悪影響が及ぶことを抑制する技術を提供することができる。
【０１２８】
特に本明細書で開示する発明では、１つのマスクを利用して、
（１）結晶化促進用金属元素の選択的な導入
（２）当該金属元素の除去用の燐の選択的なドーピング
（３）ＴＦＴの活性層パターン形成
といった工程を行うことで、
（ａ）工程の簡略化
（ｂ）当該金属元素の除去の高効率化
（ｃ）微細パターンに対応
といった有意な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＴＦＴの作製工程を示す図。
【図２】 ＴＦＴの作製工程を示す図。
【図３】 ＴＦＴの作製工程を示す図。
【図４】 ＴＦＴを利用した集積回路の概要を示す図。
【図５】 ＴＦＴを利用した装置の概要を示す図。
【符号の説明】
１０１ ガラス基板
１０２ 非晶質珪素膜
１０３ 酸化珪素膜でなるマスク
１０４ 表面に接して保持されたニッケル元素
１０５ ニッケルの拡散方向（拡散経路）及び結晶成長方向
１０６ 結晶性珪素膜
１０７ 結晶粒界（結晶成長先端部の衝突した領域）
１００ ゲイト絶縁膜
２０１ マスク１０３の外周辺部
１０８ 燐がドーピングされた領域
１１０ ニッケルの移動方向（移動経路）
１１１ パターニングされた結晶性珪素膜
１１２ レジストマスク
１１３ アルミニウムパターン
１１４ 多孔質状の陽極酸化膜
１１５ 緻密な膜質の陽極酸化膜
１１６ ゲイト電極
１１７ 残存した酸化珪素膜（ゲイト絶縁膜）
１１８ 高濃度不純物領域（ソース領域）
１１９ 燐のドーピングが行われなかった領域
１２０ 高濃度不純物領域（ドレイン領域）
１２１ 低濃度不純物領域
１２２ チャネル領域
１２３ 低濃度不純物領域
１２４ 窒化珪素膜
１２５ アクリル樹脂膜
１２６ ソース電極
１２７ 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、結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタ及びその作製方法に関する。また、そのような薄膜トランジスタを利用した装置及びその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、非晶質珪素膜を用いた薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと称する）が知られている。これは、主にアクティブマトリクス型の液晶表示装置のアクティブマトリクス回路を構成するために利用されている。
【０００３】
しかし、非晶質珪素膜を用いたＴＦＴは、動作速度が遅く、またＰチャネル型が実用化できないという問題がある。
【０００４】
このような問題もあり、周辺駆動回路を一体型したアクティブマトリクス型液晶表示装置を作製したり、ＴＦＴを用いて各種集積回路を構成したりすることはできなかった。
【０００５】
この問題を解決するための手段として、結晶性珪素膜を用いる構成が知られている。
【０００６】
結晶性珪素膜を作製する方法としては、加熱による方法とレーザー光の照射による方法とがある。
【０００７】
加熱による方法は、９００℃以上というような高温プロセスが必要とされるためにガラス基板が利用できないという問題がある。ＴＦＴの主な応用分野が液晶表示装置であることを考えると、基板としてガラス基板を利用できることが優先課題となる。
【０００８】
他方、レーザー光の照射による方法は、基板に熱ダメージを与えることがないプロセスを実現できるが、結晶性の均一性や再現性、さらには結晶性の程度といった点で満足できるものではない。
【０００９】
このような問題を解決するための一つの手段として、本出願人らの発明である所定の金属元素を用いて結晶化を促進させる方法がある。
【００１０】
これは、非晶質珪素膜にニッケルに代表される金属元素を導入し、その後に加熱処理により結晶性珪素膜を得る方法である。
【００１１】
この方法では、ガラス基板が利用できる６００℃程度以下の加熱処理によって、良好な結晶性を有した結晶性珪素膜を得ることができる。
【００１２】
しかし、結晶性珪素膜中にニッケル元素が残留するので、それによって作製されるＴＦＴの特性に悪影響が及んでしまう。具体的には、特性の経時変化、信頼性の低下といった問題が発生する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本明細書で開示する発明は、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して得られる結晶性珪素膜を用いて作製されるＴＦＴにおいて、その特性に当該金属元素の悪影響が及ぶことを抑制する技術を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するめの手段】
本明細書で開示する発明の一つは、
周囲全体から結晶成長が進行した結晶構造を有する活性層を備えた半導体装置であることを特徴とする。またはこのような構成を備えた半導体素子を利用した半導体装置であることを特徴とする。
【００１５】
上記のような構成は、図１に示すように活性層となるパターン（２０１でその外周が示される）の周囲から１０５で示すようなニッケルの拡散による結晶成長を行わせ、その後に図２に示すようにパターンの外の領域１０８にドーピングされた燐にニッケル元素をゲッタリングさせることにより得ることができる。
【００１６】
図１の１０５で示される方向、及び図２の１１０で示される方向には、結晶構造が連続しており、またその方向には結晶粒界が延在している。これは、光学顕微鏡観察やＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察により確認することができる。
【００１７】
他の発明の構成は、
非晶質珪素膜の所定の領域において、
該領域の周辺部全体から珪素の結晶化を助長する金属元素を前記領域中に拡散させ、結晶成長を行わす工程と、
前記拡散経路の逆をたどって前記金属元素を前記領域該に除去する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００１８】
この構成は、図１（Ｂ−１）に示すような周囲からのニッケル元素の拡散を行わすことによる結晶成長と、その後の図２（Ａ−１）に示すような周囲へのニッケル元素の移動（除去）を行わす工程を特徴としたものである。
【００１９】
結晶化に際しては、ニッケル元素の拡散が重要な役割を果たしている。しかし、得られる結晶性珪素膜中にニッケル元素が残留することは好ましくない。そこで、如何に効果的にニッケル元素を除去するかかが重要となる。
【００２０】
図２（Ａ−１）に示すようなニッケル元素のパターン周囲への除去は、結晶化の際におけるニッケル元素の拡散経路の逆となる。この経路は、一旦ニッケル元素の移動経路となっているので、ニッケルの移動経路としては、エネルギーレベルが最小となっている。即ち、ニッケルに移動に際して最も障害の少ない経路となっている。このことは、ニッケルに移動する向きには関係ない。
【００２１】
従って、 図２（Ａ−１）に示すようなニッケル元素の移動は、最も効果的なニッケル元素の除去経路をたどるものとなる。
【００２２】
他の発明の構成は、
非晶質珪素膜上にマスクを形成する工程と、
前記マスクを利用して珪素の結晶化を助長する金属元素を前記非晶質珪素膜に対して選択的に導入する工程と、
加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜において、前記金属元素が導入された領域から前記マスク下部に向かって結晶成長を行わす工程と、
前記マスクを用いて１５族の元素を前記珪素膜に選択的に導入する工程と、
加熱処理を施し、前記１５族の元素が導入された領域に前記金属元素を移動させる工程と、
前記マスクを用い、前記１５族の元素が導入された領域を除去する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２３】
本明細書で開示する発明における珪素の結晶化を助長する金属元素としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｉｎから選ばれた一種または複数種類のものを利用することができる。
【００２４】
特にＮｉを利用する場合に高い効果と高い再現性を得ることができる。
【００２５】
１５族の元素としては、Ｐ、Ａｓ、Ａｂから選ばれた元素を利用することができる。特にＰ（燐）を利用する場合に高い効果を得ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）に示すようにまず非晶質珪素膜１０２上に酸化珪素膜でなるマスク１０３を形成する。
【００２７】
そしてマスク１０３を利用してニッケル元素を選択的に非晶質珪素膜１０２の表面に保持する。これがニッケル元素の導入に当たる。
【００２８】
ニッケル元素の導入方法としては、スパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマ処理、イオン注入法等があるが、溶液を用いる方法が最も簡便である。
【００２９】
次に加熱処理を施し、図１（Ｂ−１）の１０５で示されるような結晶成長を行わせる。この結晶成長は、ニッケル元素の拡散に伴うものとなる。
【００３０】
次に図１（Ｃ）に示すように燐の導入をプラズマドーピング法やイオン注入法を用いて行う。この工程では、マスク１０３を利用して１０８の領域に燐のドーピングが行われる。
【００３１】
そして再度の加熱処理を行い、図２（Ａ−１）の１１０で示されるような先の結晶成長時におけるニッケル元素の拡散経路とが逆の経路をたどってニッケル元素をマスク１０３下のパターンから除去する。
【００３２】
このニッケル元素の除去は、先に燐がドーピングされた領域にニッケルゲンタリングさせることによって実現される。
【００３３】
その後、再度マスク１０３を利用して珪素膜をパターニングし、パターン１１１を形成する。
【００３４】
こうして、高い結晶性を有し、しかもニッケル元素の影響が排除された活性層パターンを特にマスクを増やさずに（即ち、工程を複雑化せずに）得ることができる。
【００３５】
【実施例】
〔実施例１〕
図１の本実施例の作製工程を示す。まずガラス基板１０１上に非晶質珪素膜１０２を５０ｎｍの厚さに減圧熱ＣＶＤ法によって成膜する。
【００３６】
非晶質珪素膜の成膜方法としては、プラスマＣＶＤ法を用いてもよいが、後の結晶化工程を考慮すると、水素の含有量を少なくできる減圧熱ＣＶＤ法を採用する方が好ましい。
【００３７】
本実施例では、ガラス基板として歪点が６６７℃であるコーニング１７３７ガラス基板を用いる。
【００３８】
本実施例では、ガラス基板の表面に直接非晶質珪素膜を成膜する例を示すが、ガラス基板の表面状態や含有されている不純物の種類や濃度等によっては、その表面に下地膜として酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜または窒化珪素膜等を成膜してもよい。
【００３９】
非晶質珪素膜１０２を成膜したら、厚さ１５０ｎｍの酸化珪素膜でなるマスク１０３を形成する。
【００４０】
マスク１０３の材料としては、窒化珪素膜や酸化窒化珪素膜等を用いることもできる。マスク１０３の材料は、後の加熱処理に耐える材質であることが必要である。
【００４１】
次に所定のニッケル濃度に調整したニッケル酢酸塩溶液を塗布し、１０４で示されるようにニッケル元素が試料の表面に接して保持された状態を得る。
【００４２】
本実施例では、重量換算で１０ｐｐｍの濃度に調整したニッケル酢酸塩溶液を用いる。こうして図１（Ａ）に示す状態を得る。
【００４３】
ニッケルの導入方法としては、他にスパッタ法やＣＶＤ法でニッケルを含む膜を成膜する方法がある。また、ニッケルを含んだ電極を用いた放電よる方法（プラズマ処理）、さらにはイオン注入法等の方法を用いることができる。
【００４４】
次に窒素雰囲気中において、５９０℃、８時間の加熱処理を施す。この加熱処理は、抵抗加熱ヒータを備えた加熱炉でもって行う。なお、この加熱は赤外光の照射による方法であってもよい。
【００４５】
この工程では、矢印１０５で示される方向にニッケル元素が拡散し、それに従って結晶化が進行する。即ち、ニッケルの拡散と結晶化が矢印１０５で示される方向に進行する。
【００４６】
この加熱処理は、５００℃〜ガラス基板の歪点（本実施例では６６７℃）の範囲において行うことができる。
【００４７】
この結晶成長工程の状態を断面から見た様子を図１（Ｂ）に示す。また、上面から見た様子を図１（Ｂ−１）に示す。
【００４８】
図１（Ｂ−１）において、１０７で示されるのが、結晶成長の先端部が衝突した部分である。この部分には、結晶粒界が形成される。また、図１（Ｂ−１）の２０１で示されるのがマスク１０３の外周部である。この外周部は後に形成される活性層パターンに一致する。
【００４９】
結晶化が終了したら、プラズマドーピング法またはイオン注入法によってＰ（燐）のドーピングを行う。
【００５０】
プラズマドーピング法というのは、質量分離を行わない形式のもので、原料ガスをプラズマ化した雰囲気からドーパントイオンを直接電界によって引出し、さらに加速注入する方式ものをいう。
【００５１】
また、イオン注入法というのは、原料ガスをプラズマ化した雰囲気から引き出したイオン（ここには各種イオンが含まれている）を磁場を用いた質量分離により選別し、それを加速注入する方式のものをいう。
【００５２】
燐のドーピングは、１０８の領域に行われる。ドーズ量は、平均濃度が膜中に存在するニッケルの濃度よりも高くなる条件でもって行う。（図１（Ｃ））
【００５３】
次に窒素雰囲気中において、６２０℃、２時間の加熱処理を行う。この加熱処理は、４５０℃〜７５０℃（一般にその上限はガラス基板の歪点で制限される）の範囲から選択される。勿論、その温度が高い方がより高い効果を得ることができる。
【００５４】
なお、この加熱処理は、赤外光の照射による方法を用いてもよい。
【００５５】
この工程においては、図２（Ａ）及び図２（Ａ−１）の１１０で示される経路でもってニッケル元素が移動する。
【００５６】
これは、１０８の領域にドーピングされた燐とニッケルとが結合し、そこに固定化されるからである。
【００５７】
６２０℃の加熱処理においては、ニッケルは珪素膜中を数十μｍ以上の距離にわたり盛んに移動する。
【００５８】
他方、燐はほとんど移動しない。（燐が移動するには８００℃以上加熱が必要である）
【００５９】
また、燐とニッケルは多様な結合状態を有し、その結合状態は非常に安定している。
【００６０】
従って、膜中を移動し、燐と結合したニッケル元素は、その場（領域１０８）から動かない。結果として、ニッケルが１０８の領域に移動し、そこで固定化されたような状態が得られる。
【００６１】
１１０で示されるようなニッケル元素の結晶性珪素膜１０６中での移動経路は、先の結晶化の際おけるニッケル元素の移動経路の逆をたどるものとなる。
【００６２】
この図２（Ａ）及び（Ａ−１）で示される工程におけるニッケル元素の移動経路は、先に一回ニッケル元素が移動した経路であるので、ニッケル元素の移動が行われやすい状態となってる。（移動に際する障害が少ない）
【００６３】
このことは、結晶化の際のニッケルの移動経路とニッケルを除去する段階におけるニッケルの移動経路とが異なるような実験を行うと、明らかに後のニッケルの移動段階におけるニッケルの移動が阻害されている状態が観察されることから基礎付けられる。
【００６４】
また、マスク１０３は、後にＴＦＴの活性層パターンを決めるものでもあるので、その大きさは、後に形成されるＴＦＴの活性層の大きさと同じである。
【００６５】
よって、図２（Ａ）及び（Ａ−１）で示される工程におけるニッケル元素の移動経路は、長くても数μｍ程度である。
【００６６】
基礎的な実験によれば、燐がドーピングされた領域の面積とニッケルを除去する面積との比が大きいほど、ニッケルの除去効果が高く、またニッケルの移動経路が短い程ニッケルの除去効果は高い。
【００６７】
従って、マスク１０４でマスクされる領域の面積は、小さいほど好ましい。
【００６８】
このように本実施例では、ニッケルの移動経路の問題、その移動距離の問題、という点でニッケルを除去することに好適な構成となっている。このことは、今後素子の微細化が進行した場合にも有利な事項となる。
【００６９】
図２（Ａ）及び（Ａ−１）で示される工程が終了すると、ニッケル元素は領域１０８に集中したものとなる。
【００７０】
即ち、２０１でもってその外周が規定される領域中におけるニッケル元素の濃度は減少し、その周辺の１０８で示される領域のニッケル濃度が増加する。
【００７１】
次にマスク１０３を用いて珪素膜１０６の露呈した領域を除去する。この工程は、珪素膜１０６からＴＦＴの活性層パターン１１１を形成する工程となる。
【００７２】
こうして図２（Ｂ）に示す状態を得る。次に酸化珪素膜でなるパターン１０３を除去する。そして、ゲイト絶縁膜として酸化珪素膜１００をプラズマＣＶＤ法により１００ｎｍの厚さに成膜する。（図２（Ｃ））
【００７３】
さらに図示しないアルミニウム膜をスパッタ法によって４００ｎｍの厚さに成膜する。
【００７４】
そしてこのアルミニウム膜上にレジストマスク１１２を形成する。次にレジストマスク１１２を用いて、図示しないアルミニウム膜をパターニングし、１１３で示すアルミニウムパターンを形成する。（図２（Ｃ））
【００７５】
次にレジストマスク１１２を残存させた状態でパターン１１３を陽極とした陽極酸化を行う。ここでは、陽極酸化膜１１４を５００ｎｍの厚さに形成する。
【００７６】
この工程は、レジストマスク１１２が存在する関係で陽極酸化膜１１４は、アルミニウムパターン１１３の側面において選択的に成長する。
【００７７】
この陽極酸化膜工程は、電解溶液として３体積％の蓚酸水溶液を用い、アルミニウムパターンを陽極、白金を陰極として行う。この工程で形成される陽極酸化膜は、多孔質状（ポーラス状）を有している。（図２（Ｄ））
【００７８】
次にレジストマスク１１２を除去し、再度の陽極酸化を行う。この工程では、電解溶液として３体積％の酒石酸を含んだエチレングリコール溶液をアンモニア水で中和したものを用いる。
【００７９】
この工程では、電解溶液が多孔質状の陽極酸化膜１１４中に侵入する関係から、１１５で示される状態で陽極酸化膜が形成される。この工程で形成される陽極酸化膜は、緻密な膜質を有したものとなる。この緻密な膜質を有する陽極酸化膜１１５の膜厚は７０ｍとする。（図２（Ｄ））
【００８０】
ここで、陽極酸化されずに残存したアルミニウムパターン１１６がゲイト電極となる。（図２（Ｄ））
【００８１】
次に露呈した酸化珪素膜１００を垂直異方性を有するドライエッチング法によって除去する。こうして図３（Ａ）に示す状態を得る。
【００８２】
ここで、１１７が残存した酸化珪素膜でなる。この酸化珪素膜がゲイト絶縁膜として機能する。
【００８３】
次に燐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。この工程では、１１８及び１２０の領域に燐のドーピングが行われる。これらの領域を便宜上高濃度不純物領域と称する。なお、１１９の領域にはドーピングが行われない。（図３（Ａ））
【００８４】
このドーピング工程は、通常のソース及びドレイン領域を形成するための条件でもって行う。
【００８５】
次に多孔質状の陽極酸化膜１１４を選択的に除去し、図３（Ｂ）に示す状態を得る。
【００８６】
そして再度、燐のドーピングを行う。ここでは、先の図３（Ａ）の工程におけるドーピングよりもドーズ量を１桁程度下げた条件でもって行う。
【００８７】
この工程では、１２１及び１２３の領域にドーピングが行われる。これらの領域は、１１８及び１２０の領域に比較して、低ドーズ量でもってドーピングが行われるので、低不純物領域と称する。（図３（Ｂ））
【００８８】
この低濃度不純物領域の内、ドレイン側の領域１２３が通常ＬＤＤ（ライトドープドドレイン）と称される領域として機能する。
【００８９】
そして、１２２の領域がチャネル領域として画定する。なお、チャネル領域１２２に隣接して、陽極酸化膜１１５の膜厚分でもってオフセット領域と称される高抵抗領域が形成されるが、本実施例では、陽極酸化膜１１５の膜厚を７０ｎｍと薄くしているので、その存在は無視する。
【００９０】
ドーピングの終了後、レーザー光の照射を行うことにより、被ドーピング領域の損傷のアニールとドーパントの活性化とを行う。この工程は、強光の照射によって行ってもよい。
【００９１】
次に層間絶縁膜として窒化珪素膜１２４を２５０ｎｍの厚さにプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。さらにアクリル樹脂膜１２５をスピンコート法によって成膜する。アクリル樹脂膜の膜厚は、最小の部分で７００ｎｍとなるようにする。なお、樹脂膜を用いるのは、その表面を平坦にできるからである。
【００９２】
次にコンタクトホールの形成を行い、ソース電極１２６とドレイン電極１２７とを形成する。こうして図３（Ｃ）に示すＮチャネル型のＴＦＴが完成する。
【００９３】
ここではＮチャネル型の例を示したが、Ｐチャネル型のＴＦＴを作製するのであれば、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に工程において、燐の代わりにボロンをドーピングすればよい。
【００９４】
〔実施例２〕
本実施例は、逆スタガー型のＴＦＴを作製する場合の例である。この場合、ゲイト電極を設けた後に非晶質珪素膜を成膜し、その後に結晶化、及びニッケルの除去を行う。
【００９５】
本実施例の場合は、ゲイト電極の材料を後の加熱処理において耐性を有するものとする必要がある。
【００９６】
〔実施例３〕
本実施例は、ＴＦＴを利用した各種装置の例を示す。図４に示すのは、ＴＦＴを利用した集積回路の例である。
【００９７】
集積回路の例としては、ＣＰＵ、メモリ、各種演算回路、増幅回路、スイッチ回路等を挙げることができる。
【００９８】
本明細書で開示する薄膜トランジスタは、各種フラットパネルディスプレイやフラットパネルディスプレイを備えた情報処理端末やビデオカメラ等に利用することができる。本明細書では、これらの装置も総称して半導体装置と称する。
【００９９】
以下において各種装置の具体的な構成の例を示す。図５に各種半導体装置の例を示す。これらの半導体装置は、ＴＦＴを少なくとも一部に用いている。
【０１００】
図５（Ａ）に示すのは、携帯型の情報処理端末である。この情報処理端末は、本体２００１にアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイまたはアクティブマトリクス型のＥＬディスプレイを備え、さらに外部から情報を取り込むためのカメラ部２００２を備えている。また内部に集積回路２００６を備えている。
【０１０１】
カメラ部２００２には、受像部２００３と操作スイッチ２００４が配置されている。
【０１０２】
情報処理端末は、今後益々その携帯性を向上させるために薄く、また軽くなるもと考えられている。
【０１０３】
このような構成においては、アクティブマトリクス型のディスプレイ２００５が形成された基板上にさらに周辺駆動回路や演算回路や記憶回路をもＴＦＴでもって集積化されることが好ましい。
【０１０４】
図５（Ｂ）に示すのは、ヘッドマウントディスプレイである。この装置は、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイまたはＥＬディスプレイ２１０２を本体２１０１に備えている。また、本体２１０１は、バンド２１０３で頭に装着できるようになっている。
【０１０５】
図５（Ｃ）に示すのは、カーナビゲションシステムである。この装置は、人工衛星からの信号をアンテナ２２０４で受け、その信号に基づいて本体２２０１に備えられたアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ２２０２に地理情報を表示する機能を有している。
【０１０６】
ディスプレイ２２０２としては、ＥＬ型の表示装置を採用することもできる。いずれの場合でもディスプレイは、ＴＦＴを利用したアクティブマトリクス型のフラットパネルディスプレイとする。
【０１０７】
また、本体２２０１には操作スイッチ２２０３が備えられており、各種操作を行うことができる。
【０１０８】
図５（Ｄ）に示すのは、携帯電話である。この装置は、本体２３０１にアクティブマトリクス型の液晶表示装置２３０４、操作スイッチ２３０５、音声入力部２３０３、音声出力部２３０２、アンテナ２３０６を備えている。
【０１０９】
最近は、図５（Ａ）に示す携帯型情報処理端末と図５（Ｄ）に示す携帯電話とを組み合わせたような構成も商品化されている。
【０１１０】
図５（Ｅ）に示すのは、携帯型のビデオカメラである。これは、本体２４０１に受像部２４０６、音声入力部２４０３、操作スイッチ２４０４、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ２４０２、バッテリー２４０５を備えている。
【０１１１】
図５（Ｆ）に示すのは、リアプロジェクシン型の液晶表示装置である。この構成は、本体２５０１に投影用のスクリーンを備えた構造となっている。表示は、光源２５０２からの光を偏光ビームスプリッタ２５０４で分離し、この分離された光を反射型の液晶表示装置２５０３で光学変調し、この光学変調された画像を反射してリフレクター２５０５、２５０６で反射し、それをスクリーン２５０７に投影するものである。
【０１１２】
ここでは、液晶表示装置２５０３として反射型のものを用いる例を示した。しかし、ここに透過型の液晶表示装置を用いてもよい。この場合、光学系を変更すればよい。
【０１１３】
〔実施例４〕
本実施例は、他の実施例の構成において、珪素膜の代わりにＳｉX Ｇｅ1-x （0.5 ＜Ｘ＜１）で示される膜を用いる場合の例である。
【０１１４】
本明細書で開示する発明では、珪素単体ではなく、珪素を主成分とする化合物膜を用いることもできる。珪素を主成分とする膜というのは、珪素成分を少なくとも半分以上含んでいる膜のこという。
【０１１５】
例えば、実施例の１の場合は、１０２で非晶質珪素膜をＳｉX Ｇｅ1-x （0.5 ＜Ｘ＜１）で示される膜とすることができる。
【０１１６】
〔実施例５〕
本実施例は、実施例１に示す作製工程において、図１（Ｃ）に示す燐の導入をドーピングではなく、燐を高濃度にドーピングした珪素膜を成膜することによって行う例を示す。
【０１１７】
この場合、図１（Ｂ）に示す結晶化工程の終了後に、燐を高濃度にドーピングした珪素膜をプラズマＣＶＤ法により成膜する。
【０１１８】
燐のドーピング方法としては、例えば成膜ガスとしてシランを９８体積％、フォスフィンを２体積％混合したものを用いる。
【０１１９】
燐を高濃度にドーピングした珪素膜を成膜後に実施例１に示すのと同様な条件で加熱処理を行うことで、この珪素膜中にニッケル元素が移動する。
【０１２０】
ここでは、燐を高濃度にドーピングした珪素膜を用いる例を示したが、他にＰＳＧ膜等を用いることもできる。
【０１２１】
〔実施例６〕
本実施例は、実施例１に示す作製工程において、図２（Ｂ）に示すマスク１０３を用いた活性層パターン１１１の形成工程の後に、さらに活性層パターン１１１の側面をサイドエッチングする構成に関する。
【０１２２】
実施例１に示す構成においては、１１１で示すパターンがＴＦＴの活性層となる。
【０１２３】
この場合、パターン１１１の周辺部には、燐がドーピングされ、またニッケルが吸い出された１０８の領域に隣接している。
【０１２４】
よって、パターン１１１の周辺部は、燐やニッケルが比較的高濃度に存在している可能性がある。
【０１２５】
そこで本実施例では、図２（Ｂ）に示すパターニングの終了後にパターン１１１の側面をオーバーエッチングする。こうすることで、上述した懸念を排除し、素子特性の信頼性等をさらに高めることができる。
【０１２６】
本実施例を実施するには、図２（Ｂ）に示すエッチングがドライッチング法でる場合は、ドライエッチング後にウエットエッチングさらに行えばよい。また、図２（Ｂ）に示すエッチングがウェットエッチング法である場合は、ウェットエッチングをさらに進める構成とすればよい。
【０１２７】
【発明の効果】
本明細書で開示する発明を利用することで、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して得られる結晶性珪素膜中を用いて作製されるＴＦＴにおいて、その特性に当該金属元素の悪影響が及ぶことを抑制する技術を提供することができる。
【０１２８】
特に本明細書で開示する発明では、１つのマスクを利用して、
（１）結晶化促進用金属元素の選択的な導入
（２）当該金属元素の除去用の燐の選択的なドーピング
（３）ＴＦＴの活性層パターン形成
といった工程を行うことで、
（ａ）工程の簡略化
（ｂ）当該金属元素の除去の高効率化
（ｃ）微細パターンに対応
といった有意な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＴＦＴの作製工程を示す図。
【図２】 ＴＦＴの作製工程を示す図。
【図３】 ＴＦＴの作製工程を示す図。
【図４】 ＴＦＴを利用した集積回路の概要を示す図。
【図５】 ＴＦＴを利用した装置の概要を示す図。
【符号の説明】
１０１ ガラス基板
１０２ 非晶質珪素膜
１０３ 酸化珪素膜でなるマスク
１０４ 表面に接して保持されたニッケル元素
１０５ ニッケルの拡散方向（拡散経路）及び結晶成長方向
１０６ 結晶性珪素膜
１０７ 結晶粒界（結晶成長先端部の衝突した領域）
１００ ゲイト絶縁膜
２０１ マスク１０３の外周辺部
１０８ 燐がドーピングされた領域
１１０ ニッケルの移動方向（移動経路）
１１１ パターニングされた結晶性珪素膜
１１２ レジストマスク
１１３ アルミニウムパターン
１１４ 多孔質状の陽極酸化膜
１１５ 緻密な膜質の陽極酸化膜
１１６ ゲイト電極
１１７ 残存した酸化珪素膜（ゲイト絶縁膜）
１１８ 高濃度不純物領域（ソース領域）
１１９ 燐のドーピングが行われなかった領域
１２０ 高濃度不純物領域（ドレイン領域）
１２１ 低濃度不純物領域
１２２ チャネル領域
１２３ 低濃度不純物領域
１２４ 窒化珪素膜
１２５ アクリル樹脂膜
１２６ ソース電極
１２７ ドレイン電極
Claims (13)
- 非晶質珪素膜上の一部にマスクを設け、
前記マスクを利用して、前記非晶質珪素膜に対して珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入し、
第１の加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜において、前記金属元素が導入された領域から前記マスク下に向かって結晶成長を行わせ、
前記マスクを利用して、前記珪素膜中に１５族の元素を選択的に導入し、
第２の加熱処理を施し、前記１５族の元素を導入した領域に前記マスク下の金属元素を移動させ、
前記マスクを利用して、前記１５族の元素を導入した領域を除去することにより、薄膜トランジスタの活性層を形成すること、
を特徴とする前記薄膜トランジスタを備えたフラットパネルディスプレイの作製方法。 - ガラス基板上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜上の一部にマスクを設け、
前記マスクを利用して、前記非晶質珪素膜に対して珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入し、
第１の加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜において、前記金属元素が導入された領域から前記マスク下に向かって結晶成長を行わせ、
前記マスクを利用して、前記珪素膜中に１５族の元素を選択的に導入し、
第２の加熱処理を施し、前記１５族の元素を導入した領域に前記マスク下の金属元素を移動させ、
前記マスクを利用して、前記１５族の元素を導入した領域を除去することにより、薄膜トランジスタの活性層を形成すること、
を特徴とする前記薄膜トランジスタを備えたフラットパネルディスプレイの作製方法。 - 非晶質珪素膜上の一部にマスクを設け、
前記マスクを利用して、前記非晶質珪素膜に対して珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入し、
第１の加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜において、前記金属元素が導入された領域から前記マスク下に向かって結晶成長を行わせ、
前記マスクを利用して、前記珪素膜中に１５族の元素を選択的に導入し、
第２の加熱処理を施し、前記１５族の元素を導入した領域に前記マスク下の金属元素を移動させ、
前記マスクを利用して、前記１５族の元素を導入した領域を除去することにより、薄膜トランジスタの活性層を形成し、
前記活性層にはソース領域、ドレイン領域、及び前記ソース領域とドレイン領域の間に一つの結晶粒界を有するチャネル形成領域が形成されていること、
を特徴とする前記薄膜トランジスタを備えたフラットパネルディスプレイの作製方法。 - ガラス基板上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜上の一部にマスクを設け、
前記マスクを利用して、前記非晶質珪素膜に対して珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入し、
第１の加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜において、前記金属元素が導入された領域から前記マスク下に向かって結晶成長を行わせ、
前記マスクを利用して、前記珪素膜中に１５族の元素を選択的に導入し、
第２の加熱処理を施し、前記１５族の元素を導入した領域に前記マスク下の金属元素を移動させ、
前記マスクを利用して、前記１５族の元素を導入した領域を除去することにより、薄膜トランジスタの活性層を形成し、
前記活性層にはソース領域、ドレイン領域、及び前記ソース領域とドレイン領域の間に一つの結晶粒界を有するチャネル形成領域が形成されていること、
を特徴とする前記薄膜トランジスタを備えたフラットパネルディスプレイの作製方法。 - 非晶質珪素膜上の一部にマスクを設け、
前記マスクを利用して、前記非晶質珪素膜に対して珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入し、
第１の加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜の前記金属元素が導入された領域から前記金属元素を前記マスク下に向かう経路で移動させることで、前記非晶質珪素膜の結晶成長を行わせ、
前記マスクを利用して、前記珪素膜中に１５族の元素を選択的に導入し、
第２の加熱処理を施し、前記第１の加熱処理で前記マスク下に移動した前記金属元素を前記１５族の元素を導入した領域に前記経路とは逆の経路で移動させ、
前記マスクを利用して、前記１５族の元素を導入した領域を除去することにより、薄膜トランジスタの活性層を形成すること、
を特徴とする前記薄膜トランジスタを備えたフラットパネルディスプレイの作製方法。 - ガラス基板上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜上の一部にマスクを設け、
前記マスクを利用して、前記非晶質珪素膜に対して珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入し、
第１の加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜の前記金属元素が導入された領域から前記金属元素を前記マスク下に向かう経路で移動させることで、前記非晶質珪素膜の結晶成長を行わせ、
前記マスクを利用して、前記珪素膜中に１５族の元素を選択的に導入し、
第２の加熱処理を施し、前記第１の加熱処理で前記マスク下に移動した前記金属元素を前記１５族の元素を導入した領域に前記経路とは逆の経路で移動させ、
前記マスクを利用して、前記１５族の元素を導入した領域を除去することにより、薄膜トランジスタの活性層を形成すること、
を特徴とする前記薄膜トランジスタを備えたフラットパネルディスプレイの作製方法。 - 非晶質珪素膜上の一部にマスクを設け、
前記マスクを利用して、前記非晶質珪素膜に対して珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入し、
第１の加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜の前記金属元素が導入された領域から前記金属元素を前記マスク下に向かう経路で移動させることで、前記非晶質珪素膜の結晶成長を行わせ、
前記マスクを利用して、前記珪素膜中に１５族の元素を選択的に導入し、
第２の加熱処理を施し、前記第１の加熱処理で前記マスク下に移動した前記金属元素を前記１５族の元素を導入した領域に前記経路とは逆の経路で移動させ、
前記マスクを利用して、前記１５族の元素を導入した領域を除去することにより、薄膜トランジスタの活性層を形成し、
前記活性層にはソース領域、ドレイン領域、及び前記ソース領域とドレイン領域の間に一つの結晶粒界を有するチャネル形成領域が形成されていること、
を特徴とする前記薄膜トランジスタを備えたフラットパネルディスプレイの作製方法。 - ガラス基板上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜上の一部にマスクを設け、
前記マスクを利用して、前記非晶質珪素膜に対して珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入し、
第１の加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜の前記金属元素が導入された領域から前記金属元素を前記マスク下に向かう経路で移動させることで、前記非晶質珪素膜の結晶成長を行わせ、
前記マスクを利用して、前記珪素膜中に１５族の元素を選択的に導入し、
第２の加熱処理を施し、前記第１の加熱処理で前記マスク下に移動した前記金属元素を前記１５族の元素を導入した領域に前記経路とは逆の経路で移動させ、
前記マスクを利用して、前記１５族の元素を導入した領域を除去することにより、薄膜トランジスタの活性層を形成し、
前記活性層にはソース領域、ドレイン領域、及び前記ソース領域とドレイン領域の間に一つの結晶粒界を有するチャネル形成領域が形成されていること、
を特徴とする前記薄膜トランジスタを備えたフラットパネルディスプレイの作製方法。 - 請求項１乃至８のいずれか１項において、前記非晶質珪素膜の代わりにＳｉXＧｅ1-x（０．５＜Ｘ＜１）で示される膜を用いることを特徴とする前記薄膜トランジスタを備えたフラットパネルディスプレイの作製方法。
- 請求項１乃至９のいずれか１項において、前記珪素の結晶化を助長する金属元素は、Ｎｉであることを特徴とする前記薄膜トランジスタを備えたフラットパネルディスプレイの作製方法。
- 請求項１乃至１０のいずれか１項において、前記１５族の元素は、リンであることを特徴とする前記薄膜トランジスタを備えたフラットパネルディスプレイの作製方法。
- 請求項１乃至１１のいずれか１項において、前記第１の加熱処理は５００〜６６７℃の範囲で行われ、前記第２の加熱処理は４５０〜７５０℃の範囲で行われることを特徴とする前記薄膜トランジスタを備えたフラットパネルディスプレイの作製方法。
- 請求項１乃至１２のいずれか１項において、前記フラットパネルディスプレイはビデオカメラ、携帯型の情報処理端末、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーションシステム、または携帯電話に組み込まれていることを特徴とする前記薄膜トランジスタを備えたフラットパネルディスプレイの作製方法。
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