JPH07183538A - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 結晶性の良好な結晶性珪素膜を提供する。 【構成】 非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元素と
してニッケル等の元素を用いる。まずこの触媒元素を非
晶質珪素膜の表面に接して設け、４５０℃〜６５０℃の
温度で加熱処理することにより、結晶核を生成する。そ
して、前記加熱温度より高い温度でさらに加熱処理を行
なうことにより、結晶粒を成長させ、結晶性の良好な結
晶性珪素膜を作製する。さらにこの加熱処理工程におい
て、結晶化される珪素膜の表面に酸化珪素膜を熱酸化法
により形成することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は結晶性を有する半導体を
用いた半導体装置およびその作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜半導体を用いた薄膜トランジスタ
（以下ＴＦＴ等）が知られている。このＴＦＴは、基板
上に薄膜半導体を形成し、この薄膜半導体を用いて構成
されるものである。このＴＦＴは、各種集積回路に利用
されているが、特に電気光学装置特にアクティブマトリ
ックス型の液晶表示装置の各画素の設けられたスイッチ
ング素子、周辺回路部分に形成されるドライバー素子と
して注目されている。

【０００３】ＴＦＴに利用される薄膜半導体としては、
非晶質珪素膜を用いることが簡便であるが、その電気的
特性が低いという問題がある。ＴＦＴの特性向上を得る
ためには、結晶性を有するシリコン薄膜を利用するばよ
い。結晶性を有するシリコン膜は、多結晶シリコン、ポ
リシリコン、微結晶シリコン等と称されている。この結
晶性を有するシリコン膜を得るためには、まず非晶質珪
素膜を形成し、しかる後に加熱によって結晶化さればよ
い。

【０００４】しかしながら、現在行われている方法によ
り加熱により結晶化した結晶性珪素薄膜は、その粒径が
比較的小さく、またそのサイズも揃っておらず、それら
が特性のバラツキの原因となっていた。また、素子を形
成したときの能力の目安となるモビリティに関しても、
単結晶珪素に比較して大きく劣っており、それら特性の
向上が求められていた。

【０００５】〔発明の背景〕本発明者らの研究によれ
ば、非晶質珪素膜の表面にニッケルやパラジウム、さら
には鉛等の元素を微量に堆積させ、しかる後に加熱する
ことで、４５０℃〜６５０℃例えば５５０℃程度の温度
で、４時間程度の処理時間で結晶化を行なえることが判
明している。また得られる結晶粒も、上記結晶化の温度
および時間によって制御可能であり、このことは素子に
必要とされる活性層を作成することができることを意味
する。

【０００６】上記のような微量な元素（結晶化を助長す
る触媒元素）を導入するには、プラズマ処理や蒸着、さ
らにはイオン注入を利用すればよい。プラズマ処理と
は、平行平板型あるいは陽光柱型のプラズマＣＶＤ装置
において、電極として触媒元素を含んだ材料を用い、窒
素または水素等の雰囲気でプラズマを生じさせることに
よって非晶質珪素膜に触媒元素の添加を行なう方法であ
る。

【０００７】しかしながら、上記のような元素が半導体
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好ま
しいことではない。

【０００８】即ち、上記のニッケル等の結晶化を助長す
る元素（本明細書では、結晶化を助長する元素を触媒元
素という）は、非晶質珪素を結晶化させる際には必要で
あるが、結晶化した珪素中には極力含まれないようにす
ることが望ましい。この目的を達成するには、触媒元素
として結晶性珪素中で不活性な傾向が強いものを選ぶと
同時に、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なう必要がある。そしてそのた
めには、上記触媒元素の添加量を精密に制御して導入す
る必要がある。

【０００９】また、ニッケルを触媒元素とした場合、非
晶質珪素膜を成膜し、ニッケル添加をプラズマ処理法に
よって行ない結晶性珪素膜を作製し、その結晶化過程等
を詳細に検討したところ以下の事項が判明した。 （１）プラズマ処理によってニッケルを非晶質珪素膜上
に導入した場合、熱処理を行なう以前に既に、ニッケル
は非晶質珪素膜中のかなりの深さの部分まで侵入してい
る。 （２）結晶の初期核発生は、ニッケルを導入した表面か
ら発生している。 （３）蒸着法でニッケルを非晶質珪素膜上に成膜した場
合であっても、プラズマ処理を行なった場合と同様に結
晶化が起こる。

【００１０】上記事項から、プラズマ処理によって導入
されたニッケルが全て効果的に機能していないというこ
とが結論される。即ち、多量のニッケルが導入されても
十分に機能していないニッケルが存在していると考えら
れる。このことから、ニッケルと珪素が接している点
（面）が低温結晶化の際に機能していると考えられる。
そして、可能な限りニッケルは微細に原子状に分散して
いることが必要であることが結論される。即ち、「必要
なのは非晶質珪素膜の表面近傍に低温結晶化が可能な範
囲内で可能な限り低濃度のニッケルが原子状で分散して
導入されればよい」ということが結論される。

【００１１】非晶質珪素膜の表面近傍のみに極微量のニ
ッケルを導入する方法、言い換えるならば、非晶質珪素
膜の表面近傍のみ結晶化を助長する触媒元素を極微量導
入する方法としては、蒸着法を挙げることができるが、
蒸着法は制御性が悪く、触媒元素の導入量を厳密に制御
することが困難であるという問題がある。

【００１２】また、触媒元素の導入量は極力少ないこと
が必要とされるが、この場合、結晶性が不足するという
問題が生じる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、触媒元素を
用いた熱処理による結晶性を有する薄膜珪素半導体の作
製において、 （１）触媒元素の量を制御して導入し、その量を最小限
の量とする。 （２）生産性の高い方法とする。 （３）熱処理で得られる結晶性よりさらに高い結晶性を
得る。 といった要求を満たすことを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を満
足するために以下の手段を用いて結晶性を有した珪素膜
を得る。非晶質珪素膜に接して該非晶質珪素膜の結晶化
を助長する触媒元素単体または前記触媒元素を含む化合
物を保持させ、前記非晶質珪素膜に前記触媒元素単体ま
たは前記触媒元素を含む化合物が接した状態において、
４５０℃〜６５０℃、例えば５５０℃程度の比較的低温
で加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜を一部または全部
を結晶化させる。そして更に前記結晶化温度よりも高い
温度、例えば基板が石英の場合であれば１０００℃程度
の温度でアニールを行うことによりさらに結晶化を助長
する。こうして極めて結晶性の良好な結晶性珪素膜を得
る。

【００１５】結晶化を助長する触媒元素の導入方法とし
ては、触媒元素を含む溶液を非晶質珪素膜表面に塗布す
ることによる方法が有用である。

【００１６】特に本発明においては、非晶質珪素膜の表
面に接して触媒元素が導入されることが特徴である。こ
のことは、触媒元素の量を制御する上で極めて重要であ
る。

【００１７】触媒元素が導入されるのは、非晶質珪素膜
の上面であっても下面であってもよい。非晶質珪素膜の
上面に触媒元素を導入するのであれば、非晶質珪素膜を
形成した後に、触媒元素を含有した溶液を非晶質珪素膜
上に塗布すればよいし、非晶質珪素膜の下面に触媒元素
を導入するのであれば、非晶質珪素膜を形成する前に下
地表面に触媒元素を含有した溶液を塗布し、下地表面に
接して触媒元素を保持する状態とすればよい。

【００１８】また発明は、結晶化された結晶性珪素膜を
用いて半導体装置のＰＮ、ＰＩ、ＮＩその他の電気的接
合を少なくとも１つ有する活性領域を構成することを特
徴とする。半導体装置としては、薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）、ダイオード、光センサを用いることができる。

【００１９】本発明の構成を採用することによって以下
に示すような基本的な有意性を得ることができる。 （ａ）溶液中における触媒元素濃度は、予め厳密に制御
し結晶性をより高めかつその元素の量をより少なくする
ことが可能である。 （ｂ）溶液と非晶質珪素膜の表面とが接触していれば、
触媒元素の非晶質珪素への導入量は、溶液中における触
媒元素の濃度によって決まる。 （ｃ）非晶質珪素膜の表面に吸着する触媒元素が主に結
晶化に寄与することとなるので、必要最小限度の濃度で
触媒元素を導入できる。 （ｄ）高温プロセスを必要としないで、結晶性の良好な
結晶性珪素膜を得ることができる。

【００２０】非晶質珪素膜上に結晶化を助長する元素を
含有させた溶液を塗布する方法としては、溶液として水
溶液、有機溶媒溶液等を用いることができる。ここで含
有とは、化合物として含ませるという意味と、単に分散
させることにより含ませるという意味との両方を含む。

【００２１】触媒元素を含む溶媒としては、極性溶媒で
ある水、アルコール、酸、アンモニアから選ばれたもの
を用いることができる。

【００２２】触媒としてニッケルを用い、このニッケル
を極性溶媒に含ませる場合、ニッケルはニッケル化合物
として導入される。このニッケル化合物としては、代表
的には臭化ニッケル、酢酸ニッケル、蓚酸ニッケル、炭
酸ニッケル、塩化ニッケル、沃化ニッケル、硝酸ニッケ
ル、硫酸ニッケル、蟻酸ニッケル、ニッケルアセチルア
セトネ−ト、４−シクロヘキシル酪酸ニッケル、酸化ニ
ッケル、水酸化ニッケルから選ばれたものが用いられ
る。

【００２３】また触媒元素を含む溶媒として、無極性溶
媒であるベンゼン、トルエン、キシレン、四塩化炭素、
クロロホルム、エーテルから選ばれたものを用いること
ができる。

【００２４】この場合はニッケルはニッケル化合物とし
て導入される。このニッケル化合物としては代表的に
は、ニッケルアセチルアセトネ−ト、２−エチルヘキサ
ン酸ニッケルから選ばれたものを用いることができる。

【００２５】また触媒元素を含有させた溶液に界面活性
剤を添加することも有用である。これは、被塗布面に対
する密着性を高め吸着性を制御するためである。この界
面活性剤は予め被塗布面上に塗布するのでもよい。

【００２６】触媒元素としてニッケル単体を用いる場合
には、酸に溶かして溶液とする必要がある。

【００２７】以上述べたのは、触媒元素であるニッケル
が完全に溶解した溶液を用いる例であるが、ニッケルが
完全に溶解していなくとも、ニッケル単体あるいはニッ
ケルの化合物からなる粉末が分散媒中に均一に分散した
エマルジョンの如き材料を用いてもよい。または酸化膜
形成用の溶液を用いるのでもよい。このような溶液とし
ては、東京応化工業株式会社のＯＣＤ(Ohka Diffusion
Source）を用いることができる。このＯＣＤ溶液を用い
れば、被形成面上に塗布し、２００℃程度でベークする
ことで、簡単に酸化珪素膜を形成できる。また不純物を
添加することも自由であるので、本発明に利用すること
ができる。

【００２８】なおこれらのことは、触媒元素としてニッ
ケル以外の材料を用いた場合であっても同様である。

【００２９】結晶化を助長する触媒元素としてニッケル
を用い、このニッケルを含有させる溶液溶媒として水の
如き極性溶媒を用いた場合において、非晶質珪素膜にこ
れら溶液を直接塗布すると、溶液が弾かれてしまうこと
がある。この場合は、１００Å以下の薄い酸化膜をまず
形成し、その上に触媒元素を含有させた溶液を塗布する
ことで、均一に溶液を塗布することができる。また、界
面活性剤の如き材料を溶液中に添加する方法により濡れ
を改善する方法も有効である。

【００３０】また、溶液として２−エチルヘキサン酸ニ
ッケルのトルエン溶液の如き無極性溶媒を用いること
で、非晶質珪素膜表面に直接塗布することができる。こ
の場合にはレジスト塗布の際に使用されている密着剤の
如き材料を予め塗布することは有効である。しかし塗布
量が多過ぎる場合には逆に非晶質珪素中への触媒元素の
添加を妨害してしまうために注意が必要である。

【００３１】溶液に含ませる触媒元素の量は、その溶液
の種類にも依存するが、概略の傾向としてはニッケル量
として溶液に対して２００ｐｐｍ〜１ｐｐｍ、好ましく
は５０ｐｐｍ〜１ｐｐｍ（重量換算）とすることが望ま
しい。これは、結晶化終了後における膜中のニッケル濃
度や耐フッ酸性に鑑みて決められる値である。

【００３２】また結晶化の際の加熱温度を４５０℃〜６
５０℃としたが、このことは重要である。本発明におい
ては前述の様に触媒元素と非晶質珪素薄膜と接している
部分のみから結晶化を行わせることにより、粒径のそろ
った結晶性の高い結晶性珪素薄膜を得ることが前提とな
っており、其以外の部分から核発生あるいは結晶化が進
行することは特性のばらつきに直結してしまい望ましい
ことではない。そして発明者らの実験によると、上記４
５０℃〜６５０℃の範囲で短時間であれば、触媒元素と
接していない部分の結晶化は無視することができ、本発
明の構成が得られることが判明している。上記温度範囲
よりも低温では、触媒元素を添加しても充分な結晶成長
が行えず、また同様に上記温度範囲よりも高温では触媒
に関係なく結晶成長が発生してしまうのである。また結
晶化処理の後に更に高温のアニールを行い、結晶粒の界
面の特性を更に良好にし結晶化された珪素膜の結晶性を
さらに高くすることができる。また、この工程を加える
ことにより、条件によっては非晶質部分を全てなくして
しまうことが可能であるが、このことは不安定な非晶質
部分による経時劣化を防ぐ上で効果がある。

【００３３】そして前記高温アニールの際の雰囲気であ
るが、一般的に半導体の熱アニールは窒素等の不活性雰
囲気中で行われることが多いが、本発明で使用している
触媒を添加して低温で結晶化を行った結晶性珪素膜の場
合には、酸素等の酸化性雰囲気中で高温アニールを行う
ことが特性を安定化させる上で非常に有効であることが
見出された。この理由は現状でははっきりしないが、お
そらくは非晶質珪素部分に多く存在している触媒元素と
珪素との結合が、それぞれ酸素との結合に置き代わり安
定化されるのではないかと推測される。また、酸化性雰
囲気中でアニールを行うことにより、結晶性が改善され
ると共に表面に熱酸化によって生じる酸化珪素膜を作製
することができる。この酸化珪素膜は非常に緻密であ
り、数百Å以上あれば十分にゲート絶縁膜として使用で
きるだけの信頼性を有していることが判明した。しかし
ながら、前記熱酸化膜は、結晶性珪素との界面における
応力が大きく発生する為、その膜厚は可能な限り薄いこ
とが望ましい。そのため、この様な応力による特性の劣
化が問題となる場合には、酸化性雰囲気中で高温アニー
ルを行い、結晶性を改善すると共に熱酸化膜を形成し、
その後前記熱酸化膜をエッチングしてしまい、更に新た
なゲート絶縁膜を形成する工程としても良い。

【００３４】この結晶性を改善するために行う高温アニ
ールは、一般的な電気炉中でのアニール以外に、強光特
に赤外光を照射する方法を採用してもよい。赤外光はガ
ラスには吸収されにくく、珪素薄膜に吸収されやすいの
で、ガラス基板上に形成された珪素薄膜を選択的に加熱
することができ有用である。この赤外光を用いる方法
は、ラピッド・サーマス・アニール（ＲＴＡ）またはラ
ピッド・サーマル・プロセス（ＲＴＰ）と呼ばれる。

【００３５】また、触媒元素を含んだ溶液を選択的に塗
布することにより、結晶成長を選択的に行なうことがで
きる。特にこの場合、溶液が塗布されなかった領域に向
かって、溶液が塗布された領域から珪素膜の面に概略平
行な方向に結晶成長を行なわすことができる。この珪素
膜の面に概略平行な方向に結晶成長が行なわれた領域を
本明細書中においては横方向に結晶成長した領域という
こととする。

【００３６】またこの横方向に結晶成長が行なわれた領
域は、触媒元素の濃度が低いことが確かめられている。
半導体装置の活性層領域として、結晶性珪素膜を利用す
ることは有用であるが、活性層領域中における不純物の
濃度は一般に低い方が好ましい。従って、上記横方向に
結晶成長が行なわれた領域を用いて半導体装置の活性層
領域を形成することはデバイス作製上有用である。

【００３７】本発明においては、触媒元素としてニッケ
ルを用いた場合に最も顕著な効果を得ることができる
が、その他利用できる触媒元素の種類としては、好まし
くはＮｉ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐ
ｄ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂを利用することができる。また、VI
II族元素、IIIb、IVｂ、Vb元素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もできる。

【００３８】また、触媒元素の導入方法は、水溶液やア
ルコール等の溶液を用いることに限定されるものではな
く、触媒元素を含んだ物質を広く用いることができる。
例えば、触媒元素を含んだ金属化合物や酸化物を用いる
ことができる。

【００３９】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例では、結晶化を助長する触媒元素
を水溶液に含有させて、非晶質珪素膜上に塗布し、しか
る後に加熱により結晶化させ、さらに高温のアニールに
より結晶性を高める例である。

【００４０】図１を用いて、触媒元素（ここではニッケ
ルを用いる）を導入するところまでを説明する。本実施
例においては、基板として石英ガラスを用いる。またそ
の大きさは１００ｍｍ×１００ｍｍとする。

【００４１】まず、非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法や
ＬＰＣＶＤ法によってアモルファス状のシリコン膜を１
００〜１５００Å形成する。ここでは、プラズマＣＶＤ
法によって非晶質珪素膜１２を１０００Åの厚さに成膜
する。（図１（Ａ））

【００４２】そして、汚れ及び自然酸化膜を取り除くた
めにフッ酸処理を行い、その後酸化膜１３を１０〜５０
Åに成膜する。汚れが無視できる場合には、酸化膜１３
の代わりに自然酸化膜をそのまま用いれば良い。

【００４３】なお、この酸化膜１３は極薄のため正確な
膜厚は不明であるが、２０Å程度であると考えられる。
ここでは酸素雰囲気中でのＵＶ光の照射により酸化膜１
３を作成する。成膜条件は、酸素雰囲気中においてＵＶ
を５分間照射することにおって行なった。この酸化膜１
３の成膜方法としては、熱酸化法を用いるのでもよい。
また過酸化水素による処理によるものでもよい。

【００４４】この酸化膜１３は、後のニッケルを含んだ
酢酸塩溶液を塗布する工程で、非晶質珪素膜の表面全体
に酢酸塩溶液を行き渡らせるため、即ち濡れ性の改善の
為のものである。例えば、非晶質珪素膜の表面に直接酢
酸塩溶液を塗布した場合、非晶質珪素が酢酸塩溶液を弾
いてしまうので、非晶質珪素膜の表面全体にニッケルを
導入することができない。即ち、均一な結晶化を行うこ
とができない。

【００４５】つぎに、酢酸塩溶液中にニッケルを添加し
た酢酸塩溶液を作る。ニッケルの濃度は２５ｐｐｍとす
る。そしてこの酢酸塩溶液を非晶質珪素膜１２上の酸化
膜１３の表面に２ｍｌ滴下し、この状態を５分間保持す
る。そしてスピナーを用いてスピンドライ（２０００ｒ
ｐｍ、６０秒）を行う。（図１（Ｃ）、（Ｄ））

【００４６】酢酸溶液中におけるニッケルの濃度は、１
ｐｐｍ以上好ましくは１０ｐｐｍ以上であれば実用にな
る。また、溶液として２−エチルヘキサン酸ニッケルの
トルエン溶液の如き無極性溶媒を用いる場合、酸化膜１
３は不要であり、直接非晶質珪素膜上に触媒元素を導入
することができる。

【００４７】このニッケル溶液の塗布工程を、１回〜複
数回行なうことにより、スピンドライ後の非晶質珪素膜
１２の表面に数Å〜数百Åの平均の膜厚を有するニッケ
ルを含む層を形成することができる。この場合、この層
のニッケルがその後の加熱工程において、非晶質珪素膜
に拡散し、結晶化を助長する触媒として作用する。な
お、この層というのは、完全な膜になっているとは限ら
ない。

【００４８】上記溶液の塗布の後、１分間その状態を保
持させる。この保持させる時間によっても、最終的に珪
素膜１２中に含まれるニッケルの濃度を制御することが
できるが、最も大きな制御因子は溶液の濃度である。

【００４９】そして、加熱炉において、窒素雰囲気中に
おいて５５０度、４時間の加熱処理を行う。この結果、
基板１１上に形成された結晶性を有する珪素薄膜１２を
得ることができる。

【００５０】上記の加熱処理は４５０度以上の温度で行
うことができるが、温度が低いと加熱時間を長くしなけ
らばならず、生産効率が低下する。また、あまり温度が
高すぎても、ニッケルと接した部分以外から結晶成長が
始まり、結果として大粒径の珪素粒からなる結晶性珪素
膜を作成することができない。

【００５１】本実施例においては、非晶質珪素膜上に触
媒元素を導入する方法を示したが、非晶質珪素膜下に触
媒元素を導入する方法を採用してもよい。この場合は、
非晶質珪素膜の成膜前に触媒元素を含有した溶液を用い
て、下地膜上に触媒元素を導入すればよい。

【００５２】加熱処理に処理により結晶性を有する珪素
膜１２を得た後、汚れ及び自然酸化膜を取り除くために
フッ酸処理を行う。そして更に１０００℃で３０分〜２
時間、ここでは１００分間のアニールを酸素中で行い、
結晶粒内部の結晶性を高め（この工程を行うことにより
結晶内部の欠陥を減らす効果も期待できる）、界面の特
性を改善すると共に、約１０００Åの熱酸化膜を形成し
た。その後酸化膜を除去しＴＥＭによる観察を行った結
果、得られた結晶性珪素膜は、異方性を有する大径の結
晶粒からなり、粒の長辺は長いものでは１０μｍ以上あ
り、その大きさも比較的揃っていることが判明した。

【００５３】〔実施例２〕本実施例は、実施例１に示す
作製方法において、１２００Åの酸化珪素膜を選択的に
設け、この酸化珪素膜をマスクとして選択的にニッケル
を導入する例である。

【００５４】図２に本実施例における作製工程の概略を
示す。まず、石英ガラス基板（１０ｃｍ角）上にマスク
となる酸化珪素膜２１を１０００Å以上、ここでは１２
００Åの厚さに成膜する。この酸化珪素膜２１の膜厚に
ついては、発明者等の実験によると５００Åでも問題が
ないことを確認しており、膜質が緻密であれば更に薄く
ても良いと思われる。

【００５５】そして通常のフォトリソパターニング工程
によって、必要とするパターンに酸化珪素膜２１をパー
ニングする。そして、酸素雰囲気中における紫外線の照
射で薄い酸化珪素膜２０を成膜する。この酸化珪素膜２
０の作製は、酸素雰囲気中でＵＶ光を５分間照射するこ
とによって行なわれる。なおこの酸化珪素膜２０の厚さ
は２０〜５０Å程度と考えられる（図２（Ａ））。尚、
この濡れ性を改善するための酸化珪素膜については、溶
液とパターンのサイズが合致した場合には、マスクの酸
化珪素膜の親水性のみによっても丁度よく添加される場
合がある。しかしながらこの様な例は特殊であり、一般
的には酸化珪素膜２０を使用したほうが安全である。

【００５６】この状態において、実施例１と同様に１０
０ｐｐｍのニッケルを含有した酢酸塩溶液を５ｍｌ滴下
（１０ｃｍ角基板の場合）する。またこの際、スピナー
で５０ｒｐｍで１０秒のスピンコートを行い、基板表面
全体に均一な水膜を形成させる。さらにこの状態で、５
分間保持した後スピナーを用いて２０００ｒｐｍ、６０
秒のスピンドライを行う。なおこの保持は、スピナー上
において０〜１５０ｒｐｍの回転をさせながら行なって
もよい。（図２（Ｂ））

【００５７】そして５５０度（窒素雰囲気）、４時間の
加熱処理を施すことにより、非晶質珪素膜１２の結晶化
を行う。この際、ニッケルが導入された部分２２の領域
から２３で示されるように、ニッケルが導入されなった
領域へと横方向に結晶成長が行われる。図２（Ｃ）にお
いて、２４がニッケルが直接導入され結晶化が行われた
領域であり、２５が横方向に結晶化が行われた領域であ
る。なお２５の領域は、概略〈１１１〉軸方向に結晶成
長が行われていることが確認されている。

【００５８】この段階でＴＥＭ観察を行うと、得られた
結晶性珪素膜は、ニッケルが添加された領域から周囲に
向かって放射状に幅の揃った柱状結晶が成長しており、
個々の結晶の隙間には非晶質部分が残存していることが
判明した。次に、上記加熱処理による結晶化工程の後、
酸化珪素膜を剥し、酸素中で加熱温度を１０００℃でア
ニールして珪素膜１２の結晶性をさらに向上させる。こ
の工程によって、横方向に結晶成長した領域２５の結晶
性を大きく高めることができる。

【００５９】この結晶性珪素膜をＴＥＭ観察すると、前
述の柱状結晶の隙間の部分が結晶化し、しかも柱状結晶
を核とした擬似的にエピタキシャルな成長が起こってい
ることが判明した。またその結果、結晶粒界は非常に判
りづらく、あたかも巨大な結晶粒（〜数十μｍ以上）か
らなる様な結晶性珪素膜が得られた。

【００６０】本実施例において、溶液濃度、保持時間を
変化させることにより、ニッケルが直接導入された領域
におけるニッケルの濃度を１×１０¹⁵atoms ｃｍ^-3〜１
×１０¹⁹atoms ｃｍ^-3の範囲で制御可能であり、同様に
横成長領域の濃度をそれ以下に制御することが可能であ
る。

【００６１】本実施例で示したような方法によって形成
された結晶珪素膜は、耐フッ酸性が良好であるという特
徴がある。本発明者らによる知見によれば、ニッケルを
プラズマ処理で導入し、結晶化させた結晶性珪素膜は、
耐フッ酸性が低い。

【００６２】例えば、結晶性珪素膜上にゲイト絶縁膜や
層間絶縁膜として機能する酸化珪素膜を形成し、しかる
後に電極の形成のために穴開け工程を経て、電極を形成
をする作業が必要とされる場合がある。このような場
合、酸化珪素膜をバッファフッ酸によって除去する工程
が普通採用される。しかしながら、結晶性珪素膜の耐フ
ッ酸性が低い場合、酸化珪素膜のみを取り除くことは困
難であり、結晶性珪素膜をもエッチングしてしまうとい
う問題がある。

【００６３】しかしながら、結晶性珪素膜が耐フッ酸性
を有している場合、酸化珪素膜と結晶性珪素膜のエッチ
ングレートの違い（選択比）を大きくとることができる
ので、酸化珪素膜のみを選択的の除去でき、作製工程上
極めて有意なものとなる。

【００６４】以上述べたように、横方向に結晶が成長し
た領域は触媒元素の濃度が小さく、しかも結晶性が良好
であるので、この領域を半導体装置の活性領域として用
いることは有用である。例えば、薄膜トランジスタのチ
ャネル形成領域として利用することは極めて有用であ
る。

【００６５】〔実施例３〕本実施例は、本発明の方法を
利用して作製した結晶性珪素膜を用いて、ＴＦＴを得る
例である。本実施例の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ー回路や画素部分に用い
ることができる。なお、ＴＦＴの応用範囲としては、液
晶表示装置のみではなく、一般に言われる薄膜集積回路
に利用できることはいうまでもない。

【００６６】図３に本実施例の作製工程の概要を示す。
まずＮ０ガラス基板上に下地の窒化珪素膜（図示せず）
を成膜し、その上に酸化珪素膜（図示せず）を２０００
Åの厚さに成膜する。この窒化珪素膜および酸化珪素膜
は、ガラス基板からの不純物の拡散を防ぐために設けら
れる。

【００６７】そして、非晶質珪素膜を実施例１と同様な
方法で５００Åの厚さに成膜する。成膜方法としては、
シランまたはジシランの如きポリシランを用いて、ＬＰ
ＣＶＤによって成膜したものが素子の特性上望ましかっ
た。そして、自然酸化膜を取り除くためのフッ酸処理の
後、薄い酸化膜を２０Å程度の厚さに酸素雰囲気でのＵ
Ｖ光の照射によって成膜する。この薄い酸化膜の作製方
法は、過水処理や熱酸化による方法でもよい。

【００６８】そして１０ｐｐｍのニッケルを含有した酢
酸塩溶液を塗布し、５分間保持し、スピナーを用いてス
ピンドライを行う。その後バッファフッ酸によって酸化
珪素膜２０と２１を取り除き、５５０度、４時間の加熱
によって、珪素膜を結晶化させる。（ここまでは実施例
１に示した作製方法と同じ）

【００６９】上記加熱処理を行うことによって、非晶質
成分と結晶成分とが混在した珪素膜を得られる。この結
晶成分はその後の高温における結晶成長時の結晶核が存
在している領域である。その後８００℃で酸素中で２時
間のアニールを行い、全面を結晶化させると共に、珪素
膜の結晶性を助長させる。この工程よって、結晶成分に
存在している結晶核を核として結晶成長が行なわれる。

【００７０】次に、結晶化した珪素膜をパターニングし
て、島状の領域１０４を形成する。この島状の領域１０
４はＴＦＴの活性層を構成する。そして、厚さ２００〜
１５００Å、ここでは１０００Åの酸化珪素１０５を形
成する。この酸化珪素膜はゲイト絶縁膜としても機能す
る。（図３（Ａ））

【００７１】上記酸化珪素膜１０５の作製には注意が必
要である。ここでは、ＴＥＯＳを原料とし、酸素ととも
に基板温度１５０〜６００℃、好ましくは３００〜４５
０℃で、ＲＦプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した。ＴＥ
ＯＳと酸素の圧力比は１：１〜１：３、また、圧力は
０．０５〜０．５ｔｏｒｒ、ＲＦパワーは１００〜２５
０Ｗとした。あるいはＴＥＯＳを原料としてオゾンガス
とともに減圧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４００〜５５
０℃として形成した。成膜後、酸素もしくはオゾンの雰
囲気で４００〜６００℃で３０〜６０分アニールした。

【００７２】この状態で電気炉中での加熱処理、あるい
はＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス
幅２０ｎｓｅｃ）あるいはそれと同等な強光を照射する
ことで、シリコン領域１０４と酸化珪素膜１０５の界面
の状態を改善することは有効である。特に、赤外光を用
いたＲＴＡ（ラピットサーマルアニール）は、ガラス基
板を加熱せずに、珪素のみを選択的に加熱することがで
きるため、基板の温度をＮ０ガラスの軟化点以下としな
がらより高温でのアニールを行うことができ、珪素と酸
化珪素膜との界面における界面準位を減少させることが
できるので、絶縁ゲイト型電界効果半導体装置の作製に
おいては有用である。

【００７３】その後、厚さ２０００Å〜１μｍのタンタ
ル膜を電子ビーム蒸着法によって形成して、これをパタ
ーニングし、ゲイト電極１０６を形成する。次に白金を
陰極、このタンタルのゲイト電極を陽極として、陽極酸
化を行う。陽極酸化は、最初一定電流で２２０Ｖまで電
圧を上げ、その状態で１時間保持して終了させる。本実
施例では定電流状態では、電圧の上昇速度は２〜５Ｖ／
分が適当である。このようにして、厚さ１５００〜３５
００Å、例えば、２０００Åの陽極酸化物１０９を形成
する。（図３（Ｂ））

【００７４】その後、イオンドーピング法（プラズマド
ーピング法ともいう）によって、各ＴＦＴの島状シリコ
ン膜中に、ゲイト電極部をマスクとして自己整合的に不
純物（燐）を注入した。ドーピングガスとしてはフォス
フィン（ＰＨ₃ ）を用いた。ドーズ量は、１〜４×１０
¹⁵ｃｍ^-2とする。

【００７５】さらに、図３（Ｃ）に示すようにＫｒＦエ
キシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓ
ｅｃ）を照射して、上記不純物領域の導入によって結晶
性の劣化した部分の結晶性を改善させる。レーザーのエ
ネルギー密度は１５０〜４００ｍＪ／ｃｍ² 、好ましく
は２００〜２５０ｍＪ／ｃｍ² である。こうして、Ｎ型
不純物（燐）領域１０８、１０９を形成する。これらの
領域のシート抵抗は２００〜８００Ω／□であった。

【００７６】この工程において、レーザー光を用いる代
わりに、電気炉中での加熱処理を用いても良い。また、
フラッシュランプを使用して短時間に１０００〜１２０
０℃（シリコンモニターの温度）まで上昇させ、試料を
加熱する、いわゆるＲＴＡ（ラピッド・サーマル・アニ
ール）（ＲＴＰ、ラピット・サーマル・プロセスともい
う）等のいわゆるレーザー光と同等の強光を用いてもよ
い。

【００７７】その後、全面に層間絶縁物１１０として、
ＴＥＯＳを原料として、これと酸素とのプラズマＣＶＤ
法、もしくはオゾンとの減圧ＣＶＤ法あるいは常圧ＣＶ
Ｄ法によって酸化珪素膜を厚さ３０００Å形成する。基
板温度は２５０〜４５０℃、例えば、３５０℃とする。
成膜後、表面の平坦性を得るため、この酸化珪素膜を機
械的に研磨する。（図３（Ｄ））

【００７８】そして、層間絶縁物１１０をエッチングし
て、図１（Ｅ）に示すようにＴＦＴのソース／ドレイン
にコンタクトホールを形成し、クロムもしくは窒化チタ
ンの配線１１２、１１３を形成する。

【００７９】従来、プラズマ処理を用いてニッケルを導
入した結晶性珪素膜は、酸化珪素膜に比較してバッファ
フッ酸に対する選択性が低いので、上記コンタクトホー
ルの形成工程において、エッチングされてしまうことが
多かった。

【００８０】しかし、本実施例のように１０ｐｐｍの低
濃度で水溶液を用いてニッケルを導入した場合には、耐
フッ酸性が高いので、上記コンタクトホールの形成が安
定して再現性よく行なうことができる。

【００８１】最後に、水素中で３００〜４００℃で０．
１〜２時間アニールして、シリコンの水素化を完了す
る。このようにして、ＴＦＴが完成する。そして、同時
に作製した多数のＴＦＴをマトリクス状に配列せしめて
アクティブマトリクス型液晶表示装置として完成する。
このＴＦＴは、ソース／ドレイン領域１０８／１０９と
チャネル形成領域１１４を有している。また１１５がＮ
Ｉの電気的接合部分となる。

【００８２】本実施例の構成を採用した場合、活性層中
に存在するニッケルの濃度は、３×１０¹⁸ｃｍ^-3程度あ
るいはそれ以下の、１×１０¹⁵atoms ｃｍ^-3〜３×１０
¹⁸atoms ｃｍ^-3であると考えられる。

【００８３】本実施例で作製されたＴＦＴは、移動度が
Ｎチャネルで２００ｃｍ² ／Ｖｓ以上のものが得られて
いる。またＶ_thも小さく良好な特性を有していることが
確認されている。さらに、移動度のバラツキも±１０％
以内であることが確認されている。このバラツキの少な
さは、加熱処理により不完全な結晶化とレーザー光の照
射による結晶性の助長とによる工程によるものと考えら
れる。レーザー光のみを利用した場合には、Ｎチャケル
型で１５０ｃｍ² ／Ｖｓ以上のものを容易に得ることが
できるが、バラツキが大きく、本実施例のような均一性
を得ることができない。尚、本実施例においてはタンタ
ルゲートを用いた実施例を示したが、これをＮ型あるい
はＰ型のポリシリコンを用いたシリコンゲートとしても
良いことは言うまでもない。また、アイランドのパター
ニングを施した後に高温アニールを行う構成としても良
い。その場合には基板の縮みによるマスク合わせの困難
が生じるため、基板としては石英を用いることが望まし
い。

【００８４】〔実施例４〕本実施例においては、実施例
２に示すようにニッケルを選択的に導入し、その部分か
ら横方向（基板に平行な方向）に結晶成長した領域を用
いて電子デバイスを形成する例を示す。このような構成
を採用した場合、デバイスの活性層領域におけるニッケ
ル濃度をさらに低くすることができ、デバイスの電気的
安定性や信頼性の上から極めて好ましい構成とすること
ができる。

【００８５】図４に本実施例の作製工程を示す。まず、
石英基板２０１を洗浄し、ＴＥＯＳ（テトラ・エトキシ
・シラン）と酸素を原料ガスとしてプラズマＣＶＤ法に
よって厚さ２０００Åの酸化珪素の下地膜２０２を形成
する。尚、今回の実施例においては念のために下地を形
成しているが、汚染等の問題が無視できる場合にはこの
工程は無視できる。そして、プラズマＣＶＤ法によっ
て、厚さ５００〜１５００Å、例えば１０００Åの真性
（Ｉ型）の非晶質珪素膜２０３を成膜する。次に連続的
に厚さ５００〜２０００Å、例えば１０００Åの酸化珪
素膜２０５をプラズマＣＶＤ法によって成膜する。そし
て、酸化珪素膜２０５を選択的にエッチングして、非晶
質珪素の露出した領域２０６を形成する。

【００８６】そして実施例２に示した方法により結晶化
を助長する触媒元素であるニッケル元素を含んだ溶液
（ここでは酢酸塩溶液）塗布する。酢酸溶液中における
ニッケルの濃度は１００ｐｐｍである。その他、詳細な
工程順序や条件は実施例２で示したものと同一である。
この工程は、実施例３または実施例４に示した方法によ
るものであってもよい。

【００８７】この後、窒素雰囲気下で５００〜６２０
℃、例えば５５０℃、４時間の加熱アニールを行い、珪
素膜２０３の結晶化を行う。結晶化は、ニッケルと珪素
膜が接触した領域２０６を出発点として、矢印で示され
るように基板に対して平行な方向に結晶成長が進行す
る。図においては領域２０４はニッケルが直接導入され
て結晶化した部分、領域２０３は横方向に結晶化した部
分を示す。この２０３で示される横方向への結晶は、２
５μｍ程度である。またその結晶成長方向は概略〈１１
１〉軸方向であることが確認されている。（図４
（Ａ））

【００８８】上記加熱処理による結晶化工程の後に、酸
化珪素膜２０５を全面エッチングし、その後さらに１０
５０℃で６０分程度の高温アニールを酸素中で行い、結
晶性を向上させた。この工程において、結晶性の向上と
同時に１０００Å程度の熱酸化膜が形成される。応力等
が問題とならないときには、この熱酸化膜をゲート絶縁
膜として使用しても良い。尚、今回は応力を考慮してこ
の熱酸化膜を用いない構成について以下に説明を続け
る。

【００８９】次に、熱酸化膜を除去する。そして、珪素
膜２０４をパターニング後、ドライエッチングして、島
状の活性層領域２０８を形成する。この際、図４（Ａ）
で２０６で示された領域は、ニッケルが直接導入された
領域であり、ニッケルが高濃度に存在する領域である。

【００９０】また、結晶成長の先端にも、やはりニッケ
ルが高濃度に存在することが確認されている。これらの
領域では、その中間の領域に比較してニッケルの濃度が
高いことが判明している。したがって、本実施例におい
ては、活性層２０８において、これらのニッケル濃度の
高い領域がチャネル形成領域と重ならないようにした。

【００９１】その後、ＴＥＯＳを用いたＬＰＣＶＤによ
って、基板を８００℃〜８５０℃に加熱した状態で高温
ＣＶＤ酸化膜を形成する。これがゲート絶縁膜として作
用する酸化珪素膜２０９となる。酸化珪素膜の厚さは１
０００Åとする。（図４（Ｂ））

【００９２】引き続いて、ゲート電極となるＰまたはＢ
をドープしたポリシリコン膜をＬＰＣＶＤ法により１０
００Å〜４０００Åの厚さに成膜し、パターニングし
て、ゲイト電極２１０を形成する。（図２（Ｃ））

【００９３】次に、イオンドーピング法（プラズマドー
ピング法とも言う）によって、活性層領域（ソース／ド
レイン、チャネルを構成する）にゲイト電極部、すなわ
ちゲイト電極２１０とその周囲の酸化層２１１をマスク
として、自己整合的にＮ導電型を付与する不純物（ここ
では燐）を添加する。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６０〜９０ｋＶ、例
えば８０ｋＶとする。ドーズ量は１×１０¹⁵〜８×１０
¹⁵ｃｍ^-2、例えば、４×１０¹⁵ｃｍ^-2とする。この結
果、Ｎ型の不純物領域２１２と２１３を形成することが
できる。

【００９４】その後、窒素雰囲気中で６００℃、１２時
間加熱を行い、不純物の活性化を行った。この活性化工
程の後に、必要に応じて水素雰囲気中で４００℃、１時
間熱処理することは欠陥準位密度を低下させるのに有効
であった。（図４（Ｅ））

【００９５】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜２１
４を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成す
る。さらに、スピンコーティング法によって透明なポリ
イミド膜２１５を形成し、表面を平坦化する。

【００９６】そして、層間絶縁物２１４、２１５にコン
タクトホールを形成して、金属材料、例えば、窒化チタ
ンとアルミニウムの多層膜によってＴＦＴの電極・配線
２１７、２１８を形成する。最後に、１気圧の水素雰囲
気で３５０℃、３０分のアニールを行い、ＴＦＴを有す
るアクティブマトリクスの画素回路を完成する。（図４
（Ｆ））

【００９７】本実施例で作製したＴＦＴは高移動度を得
ることができるので、アクティブマトリックス型の液晶
表示装置のドライバー回路に利用することができる。

【００９８】〔実施例５〕図５に本実施例の作製工程の
断面図を示す。まず、石英基板５０１上にスパッタリン
グ法によって厚さ２０００Åの酸化珪素の下地膜５０２
を形成する。次に、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ５
００〜１５００Å、例えば１０００Åの真性（Ｉ型）の
非晶質珪素膜を成膜する。そして、実施例１で示した方
法により非晶質珪素膜の表面に結晶化を助長する触媒元
素としてニッケルを導入する。そして窒素雰囲気（大気
圧）、５５０℃、４時間アニールして結晶化させる。そ
して、珪素膜を１０〜１０００μｍ角の大きさにパター
ニングして、島状の珪素膜（ＴＦＴの活性層）５０３を
形成する。（図５（Ａ））

【００９９】その後、８００〜１１００℃、代表的には
１０００℃の酸素雰囲気中で２時間程度アニールを施す
ことにより、結晶性の向上と界面の特性を改善すると共
に、熱酸化膜からなるゲート絶縁膜５０４を厚さ５００
〜１５００Å、例えば１０００Åの厚さに形成する。

【０１００】注目すべきは、かかる酸化により、初期の
珪素膜は、その表面が５０Å以上減少し、結果として、
珪素膜の最表面部分の汚染が、珪素−酸化珪素界面には
及ばないようになることである。すなわち、清浄な珪素
−酸化珪素界面が得られることである。酸化珪素膜の厚
さは酸化される珪素膜の２倍であるので、１０００Åの
厚さの珪素膜を酸化して、厚さ１０００Åの酸化珪素膜
を得た場合には、残った珪素膜の厚さは５００Åという
ことになる。

【０１０１】熱酸化によって酸化珪素膜５０４を形成し
たのち、基板を一酸化二窒素雰囲気（１気圧、１００
％）、６００℃で２時間アニールする。（図５（Ｂ）） 引き続いて、減圧ＣＶＤ法によって、厚さ３０００〜８
０００Å、例えば６０００Åの多結晶珪素（０．０１〜
０．２％の燐を含む）を成膜する。そして、珪素膜をパ
ターニングして、ゲイト電極５０５を形成する。さら
に、この珪素膜をマスクとして自己整合的に、イオンド
ーピング法（プラズマドーピング法とも言う）によっ
て、活性層領域（ソース／ドレイン、チャネルを構成す
る）にＮ導電型を付与する不純物（ここでは燐）を添加
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６０〜９０ｋＶ、例えば８０ｋＶと
する。ドーズ量は１×１０¹⁵〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2、例え
ば、５×１０¹⁵ｃｍ^-2とする。この結果、Ｎ型の不純物
領域５０６と５０７が形成される。

【０１０２】その後、窒素中６００℃で１２時間加熱処
理を施して、不純物の活性化を行った。尚、この活性化
工程はレーザー光の照射によって行っても良い。（図５
（Ｃ））

【０１０３】また、同様にこの不純物の活性化工程は、
近赤外光によるランプアニールによる方法でもよい。近
赤外線は非晶質珪素よりも結晶化した珪素へは吸収され
やすく、１０００℃以上の熱アニールにも匹敵する効果
的なアニールを行うことができる。その反面、ガラス基
板（遠赤外光はガラス基板に吸収されるが、可視・近赤
外光（波長０．５〜４μｍ）は吸収されにくい）へは吸
収されにくいので、ガラス基板を高温に加熱することが
なく、また短時間の処理ですむので、本実施例において
は基板が石英を使用したため問題とはならないが、ガラ
ス基板の縮みが問題となる工程においては最適な方法で
あるといえる。

【０１０４】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜５０
８を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成す
る。この層間絶縁物としてはポリイミドを利用してもよ
い。さらにコンタクトホールを形成して、金属材料、例
えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってＴＦ
Ｔの電極・配線５０９、５１０を形成する。最後に、１
気圧の水素雰囲気で３５０℃、３０分のアニールを行
い、ＴＦＴを完成する。（図５（Ｄ））

【０１０５】〔実施例６〕本実施例では、図６に示す如
く１枚のガラス基板上にディスプレーから、ＣＰＵ、メ
モリーまで搭載した集積回路を用いた電気光学システム
について示す。本実施例は、各集積回路を本発明を用い
た結晶性珪素膜を用いたＴＦＴで作製する例である。

【０１０６】図６において、入力ポートとは、外部から
入力された信号を読み取り、画像用信号に変換し、補正
メモリーは、アクティブマトリクスパネルの特性に合わ
せて入力信号等を補正するためのパネルに固有のメモリ
ーである。特に、この補正メモリーは、各画素固有の情
報を不揮発性メモリーとして融資、個別に補正するため
のものである。すなわち、電気光学装置の画素に点欠陥
のある場合には、その点の周囲の画素にそれに合わせて
補正した信号を送り、点欠陥をカバーし、欠陥を目立た
なくする。または、画素が周囲の画素に比べて暗い場合
には、その画素により大きな信号を送って、周囲の画素
同じ明るさとなるようにするものである。

【０１０７】ＣＰＵとメモリーは通常のコンピュータの
ものと同様で、特にメモリーは各画素に対応した画像メ
モリーをＲＡＭとして持っている。また、画像情報に応
じて、基板を裏面から照射するバックライトを変化させ
ることもできる。

【０１０８】本実施例に示す如く、同一基板上に結晶性
珪素膜を用いたＴＦＴで必要とする集積回路を形成する
ことで、高度に集積化された液晶表示装置を得ることが
できる。

【０１０９】

【効果】触媒元素を導入して比較的低温で大粒径の結晶
性珪素膜を作製し、その後更に高温酸化性雰囲気中での
アニールを加えることにより、非常に結晶性の高い珪素
膜とする。そしてこの様な結晶性珪素膜を用いて、半導
体装置を作製することで、生産性が高く、特性のよいデ
バイスを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の工程を示す

【図２】 実施例の工程を示す。

【図３】 実施例の作製工程を示す。

【図４】 実施例の作製工程を示す。

【図５】 実施例の作製工程を示す。

【図６】 実施例の構成を示す。

【符号の説明】

１１・・・・ガラス基板 １２・・・・非晶質珪素膜 １３・・・・酸化珪素膜 １４・・・・ニッケルを含有した酢酸溶液膜 １５・・・・ズピナー ２１・・・・マスク用酸化珪素膜 ２０・・・・酸化珪素膜 １１・・・・ガラス基板 １０４・・・活性層 １０５・・・酸化珪素膜 １０６・・・ゲイト電極 １０９・・・酸化物層 １０８・・・ソース／ドレイン領域 １０９・・・ドレイン／ソース領域 １１０・・・層間絶縁膜（酸化珪素膜） １１２・・・電極 １１３・・・電極

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶性を有する珪素膜を利用した活性領
   域が絶縁表面を有する基板上に構成された半導体装置で
   あって、 前記活性領域は、非晶質珪素膜に接して該珪素膜の結晶
   化を助長する触媒元素を溶媒に解かして保持させ、４５
   ０℃〜６５０℃における加熱結晶化処理とその後の前記
   加熱温度よりも更に高温の熱処理により形成されたもの
   であり、 前記活性領域に接して設けられた酸化珪素膜は、前記珪
   素膜を熱酸化して設けられたものであることを特徴とす
   る半導体装置。
2. 【請求項２】 結晶性を有する珪素膜を利用して活性領
   域が絶縁表面を有する基板上に構成された半導体装置で
   あって、 前記活性領域は、非晶質珪素膜に接して該珪素膜の結晶
   化を助長する触媒元素を含む化合物を保持させ、４５０
   ℃〜６５０℃における加熱結晶化処理とその後の前記加
   熱温度よりも更に高温の熱処理により形成されたもので
   あり前記活性領域には前記珪素膜を熱酸化して得られた
   酸化珪素膜が設けられていることを特徴とする半導体装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２において、 触媒元素として、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａ
   ｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、ＰｄＰ、Ａｓ、Ｓｂから選ばれた一種
   または複数種類の元素が用いられたことを特徴とする半
   導体装置。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２において、 触媒元素として、VIII族、IIIb族、IVｂ族、Vb族元素か
   ら選ばれた一種または複数種類の元素が用いられたこと
   を特徴とする半導体装置。
5. 【請求項５】 請求項１または請求項２において、 活性領域に形成された半導体装置は、薄膜トランジスタ
   またはダイオードまたは光センサーであることを特徴と
   する半導体装置。
6. 【請求項６】 請求項１または請求項２において、 前記活性層領域中における触媒元素の濃度が、１×１０
   ¹⁵atoms ｃｍ^-3〜１×１０¹⁹atoms ｃｍ^-3であることを
   特徴とする半導体装置。
7. 【請求項７】 請求項１または請求項２において、 活性領域はＰＩ、ＰＮ、ＮＩで示される接合を少なくと
   も一つ有することを特徴とする半導体装置。
8. 【請求項８】 非晶質珪素膜に接して該非晶質珪素膜の
   結晶化を助長する触媒元素単体または前記触媒元素を含
   む化合物を保持させ、前記非晶質珪素膜に前記触媒元素
   単体または前記触媒元素を含む化合物が接した状態にお
   いて、 前記非晶質珪素膜を４５０℃〜６５０℃に加熱処理し結
   晶化させる工程と、 該工程の後に前記加熱工程よりも更に高温の熱処理を酸
   化雰囲気中で行い、前記珪素膜の結晶性を助長する工程
   と、 を有することを特徴とする半導体装置作製方法。
9. 【請求項９】 非晶質珪素膜に接して該非晶質珪素膜の
   結晶化を助長する触媒元素単体または前記触媒元素を含
   む化合物を保持させ、前記非晶質珪素膜に前記触媒元素
   単体または前記触媒元素を含む化合物が接した状態にお
   いて、 前記非晶質珪素膜を４５０℃〜６５０℃に加熱処理し結
   晶化させる工程と、 該工程の後に前記加熱工程よりも更に高温の熱処理を酸
   化雰囲気中で行い、前記珪素膜の結晶性を助長すると共
   に、熱酸化を行って酸化珪素からなる薄膜を前記珪素膜
   に接して設ける工程と、 を有することを特徴とする半導体装置作製方法。
10. 【請求項１０】 絶縁性表面を有する基板上に設けられ
    た非晶質珪素膜に接して該非晶質珪素膜の結晶化を助長
    する触媒元素単体または前記触媒元素を含む化合物を保
    持させ、前記非晶質珪素膜に前記触媒元素単体または前
    記触媒元素を含む化合物が接した状態において、 前記非晶質珪素膜を４５０℃〜６５０℃に加熱処理し結
    晶化させる工程と、 該工程の後に前記加熱工程よりも更に高温の熱処理を酸
    化雰囲気中で行い、前記珪素膜の結晶性を助長すると共
    に、熱酸化を行って酸化珪素からなる薄膜を前記珪素膜
    に接して設ける工程と、 を有することを特徴とする半導体装置作製方法。
11. 【請求項１１】 請求項８または請求項９または請求項
    １０において、 触媒元素として、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａ
    ｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂから選ばれた一種また
    は複数種類の元素が用いられることを特徴とする半導体
    装置作製方法。
12. 【請求項１２】 請求項８または請求項９または請求項
    １０において、 触媒元素として、VIII族、IIIb族、IVｂ族、Vb族元素か
    ら選ばれた一種または複数種類の元素が用いられること
    を特徴とする半導体装置作製方法。
13. 【請求項１３】 請求項８または請求項９または請求項
    １０において、 前記触媒元素単体または触媒元素を含む化合物を前記非
    晶質珪素膜に接して保持させる工程は、非晶質珪素膜上
    に該非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元素単体を溶
    解あるいは分散させた溶液を塗布することによってなさ
    れたことを特徴とする半導体装置作製方法。
14. 【請求項１４】 請求項１３において、触媒元素として
    ニッケル単体、あるいはニッケル化合物が用いられるこ
    とを特徴とする半導体装置作製方法。
15. 【請求項１５】 請求項１４において、ニッケル化合物
    として、臭化ニッケル、酢酸ニッケル、蓚酸ニッケル、
    炭酸ニッケル、塩化ニッケル、沃化ニッケル、硝酸ニッ
    ケル、硫酸ニッケル、蟻酸ニッケル、ニッケルアセチル
    アセトネ−ト、４−シクロヘキシル酪酸ニッケル、酸化
    ニッケル、水酸化ニッケル、２−エチルヘキサン酸ニッ
    ケルから選ばれた少なくとも１種類が用いられることを
    特徴とする半導体装置作製方法。
16. 【請求項１６】 結晶性を有する珪素膜を利用して活性
    領域が絶縁表面を有する基板上に構成された半導体装置
    であって、 前記活性領域は、非晶質珪素膜に接して該珪素膜の結晶
    化を助長する触媒元素単体あるいは触媒元素を含む化合
    物を選択的に保持させ、４５０℃〜６５０℃において加
    熱処理を施すことにより前記保持させた領域からその周
    辺領域へと結晶成長が行われ、かつその後の前記加熱工
    程よりも更に高温の熱処理によりその結晶性が助長され
    たものであり、 前記活性領域に接して設けられた酸化珪素膜は、前記珪
    素膜を熱酸化して設けられたものであることを特徴とす
    る半導体装置。