JPH07321339A

JPH07321339A - 半導体装置及びその作製方法

Info

Publication number: JPH07321339A
Application number: JP16464394A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Otani; 久大谷; Junichi Takeyama; 順一竹山; Kouyuu Chiyou; 宏勇張; Toru Takayama; 徹高山; Yasuhiko Takemura; 保彦竹村; Shoji Miyanaga; 昭治宮永
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1993-06-25
Filing date: 1994-06-22
Publication date: 1995-12-08
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: JP2791858B2

Abstract

(57)【要約】【目的】結晶性が良好で、しかもその結晶成長方向を
制御した珪素膜を得る。またその珪素膜を用いて半導体
装置を構成する。【構成】ガラス基板上に形成された非晶質珪素膜に対
して選択的に結晶化を助長する金属元素（例えばニッケ
ル元素）を導入する。そして加熱処理を施すことによ
り、前記金属元素が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す。この結晶成長は〔１１１）軸方
向に行われる。この〔１１１〕軸方向は、他の方向に比
較して低い導電率を有している。そしてこの結晶成長方
向をキャリアが移動するようにデバイスを構成すること
で、高い電気特性を有するデバイスを得ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜半導体を用いた半
導体装置の構成およびその作製方法に関する。例えば、
ガラス等の絶縁基板上に設けられたＴＦＴ（薄膜トラン
ジスタ）の構成および体装置及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に設けられたスイッチ
ング素子、さらには画素を駆動する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】これらの装置に用いられるＴＦＴには、薄
膜状の珪素半導体を用いるのが一般的である。薄膜状の
珪素半導体としては、非晶質珪素半導体（ａ−Ｓｉ）か
らなるものと結晶性を有する珪素半導体からなるものの
２つに大別される。非晶質珪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、最も一般的に用いられているが、導電率等
の物性が結晶性を有する珪素半導体に比べて劣るため、
今後より高速特性を得る為には、結晶性を有する珪素半
導体からなるＴＦＴの作製方法の確立が強く求められて
いた。尚、結晶性を有する珪素半導体としては、多結晶
珪素、微結晶珪素、結晶成分を含む非晶質珪素、結晶性
と非晶質性の中間の状態を有するセミアモルファス珪素
等が知られている。

【０００４】これら結晶性を有する薄膜状の珪素半導体
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、レーザー光
のエネルギーにより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り結晶性を有せしめる。と言った方法が知られている。

【０００５】しかしながら、（１）の方法は良好な半導
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り、また成膜温度が６００℃以
上と高いので、安価なガラス基板が使用できないという
コストの問題がある。また、（２）の方法は、現在最も
一般的に使用されているエキシマレーザーを例にとる
と、レーザー光の照射面積が小さいため、スループット
が低いという問題がまずあり、また大面積基板の全面を
均一に処理するにはレーザーの安定性が充分ではなく、
次世代の技術という感が強い。（３）の方法は、
（１）、（２）の方法と比較すると大面積に対応できる
という利点はあるが、やはり加熱温度として６００℃以
上の高温にすることが必要であり、安価なガラス基板を
用いることを考えると、さらに加熱温度を下げる必要が
ある。特に現在の液晶表示装置の場合には大画面化が進
んでおり、その為ガラス基板も同様に大型の物を使用す
る必要がある。この様に大型のガラス基板を使用する場
合には、半導体作製に必要不可欠な加熱工程における縮
みや歪みといったものが、マスク合わせ等の精度を下
げ、大きな問題点となっている。特に現在最も一般的に
使用されているコーニング７０５９ガラスの場合には、
歪み点が５９３℃であり、従来の加熱結晶化方法では大
きな変形を起こしてしまう。また、温度の問題以外にも
現在のプロセスでは結晶化に要する加熱時間が数十時間
以上にも及ぶので、さらにその時間を短くすることも必
要である。

【０００６】そして更に大きな問題としてこれらの方法
によって作製された結晶性を有するシリコン薄膜は、偶
発的な核発生とそこからの結晶成長によっているため、
その粒径、配向性等が殆ど制御できないことであった。
これらを制御しようとする試みは過去から現在に渡り非
常に多く行われており、その例として例えば特公平５─
７１９９３に示される様な特許を挙げることができる。
しかしこの特許に示される様な方法においても、所詮は
ある限定された範囲内での偶発的な核を用いたに過ぎ
ず、完全に膜の配向性を制御したわけではなく、また粒
径の制御は全く行われていないのが現実である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決する手段を提供するものである。より具体的には
非晶質珪素からなる薄膜を加熱により結晶化させる方法
を用いた、結晶性を有する珪素半導体からなる薄膜の作
製方法において、結晶化に必要な温度の低温化と時間の
短縮を両立するプロセスを提供することをその目的とす
る。勿論、本発明で提供されるプロセスを用いて作製し
た結晶性を有する珪素半導体は、従来技術で作製された
ものと同等以上の物性を有し、ＴＦＴの活性層領域にも
使用可能なものであることは言うまでもないことであ
る。

【０００８】その際に、従来の偶発的な核発生を利用し
た方法に代わる新しい結晶性珪素薄膜の作製方法を提供
するものである。この方法は、比較的低温において十分
な生産性を有する結晶性珪素薄膜の作製方法であると同
時に、粒径の制御及び配向性についてもかなり高い制御
性を有する方法である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

〔発明の背景〕本発明人らは、上記従来の技術の項で述
べた様な非晶質珪素の結晶化に付随する問題点を解決す
るため、熱結晶化を促進する方法、粒径及び配向性の制
御方法を検討すべく、以下のような実験及び考察を行っ
た。

【００１０】まずは、熱結晶化を促進する方法について
述べる。まず実験事実として、ガラス基板上に非晶質珪
素膜を成膜し、この膜を加熱により結晶化させるメカニ
ズムを調べると、結晶成長はガラス基板と非晶質珪素と
の界面から始まり、ある程度の膜厚以上までは基板表面
に対して垂直な柱状に進行することが認められた。

【００１１】上記現象は、ガラス基板と非晶質珪素膜と
の界面に、結晶成長の基となる結晶核（結晶成長の基と
なる種）が存在しており、その核から結晶が成長してい
くことに起因すると考察される。このような結晶核は、
基板表面に微量に存在している不純物金属元素やガラス
表面の結晶成分（結晶化ガラスと呼ばれるように、ガラ
ス基板表面には酸化珪素の結晶成分が存在していると考
えられる）あるいは応力に起因するものであると考えら
れる。

【００１２】そこで、より積極的に結晶核を導入するこ
とによって結晶化温度の低温化が可能ではないかと考
え、その効果を確認すべく、他の金属を微量に基板上に
成膜し、その上に非晶質珪素からなる薄膜を成膜、その
後加熱結晶化を行う実験を試みた。その結果、幾つかの
金属を基板上に成膜した場合においては結晶化温度の低
下が確認され、異物を結晶核とした結晶成長が起こって
いることが示唆された。そこで低温化が可能であった複
数の不純物金属について更に詳しくそのメカニズムを調
査した。

【００１３】結晶化は、初期の核生成と、その核からの
結晶成長の２段階に分けて考えることができる。ここ
で、初期の核生成の速度は、一定温度において点状に微
細な結晶が発生するまでの時間を測定することによって
観測されるが、この時間は上記不純物金属を成膜した薄
膜ではいずれの場合も短縮され、結晶核導入の結晶化温
度低温化に対する効果が確認された。しかも予想外のこ
とであるのだが、核生成後の結晶粒の成長を加熱時間を
変化させて調べたところ、ある種の金属を成膜後、その
上に成膜した非晶質珪素薄膜の結晶化においては、核生
成後の結晶成長の速度までが飛躍的に増大することが観
測された。このメカニズムについては後ほど詳しく述べ
ることにする。

【００１４】いずれにしろ、上記２つの効果により、あ
る種の金属を微量に成膜した上に非晶質珪素からなる薄
膜を成膜、その後加熱結晶化した場合には、従来考えら
れなかったような、５８０℃以下の温度で4 時間程度の
時間で十分な結晶性が得られることが判明した。この様
な効果を有する不純物金属の中で、最も効果が顕著であ
り、我々が選択した材料がニッケルである。

【００１５】ニッケルがどの程度の効果を有するのか一
例を挙げると、なんら処理を行なわない、即ちニッケル
の微量な薄膜を成膜していない基板上（コーニング７０
５９）にプラズマＣＶＤ法で形成された非晶質珪素から
なる薄膜を窒素雰囲気中での加熱によって、結晶化する
場合、その加熱温度として６００℃とした場合、加熱時
間として１０時間以上の時間を必要としたが、ニッケル
の微量な薄膜を成膜した基板上の非晶質珪素からなる薄
膜を用いた場合には、４時間程度の加熱において同様な
結晶化状態を得るこができた。尚この際の結晶化の判断
はラマン分光スペクトルを利用した。このことだけから
も、ニッケルの効果が非常に大きいことが判るであろ
う。

【００１６】上記説明から判る様に、ニッケルの微量な
薄膜を成膜した上から、非晶質珪素からなる薄膜を成膜
した場合、結晶化温度の低温化及び結晶化に要する時間
の短縮が可能である。そこで、このプロセスをＴＦＴの
製造に用いることを前提に、さらに詳細な説明を加えて
いくことにする。尚、後ほど詳述するが、ニッケルの薄
膜は基板上のみならず非晶質珪素上に成膜しても同様に
低温化の効果を有すること、及びイオン注入等でも同様
であったことから、今後本明細書ではこれら一連の処理
を「ニッケル微量添加」と呼ぶことにする。

【００１７】まずニッケル微量添加の方法について説明
する。ニッケルの微量添加は、基板上に微量なニッケル
薄膜を成膜し、その後非晶質珪素を成膜する方法でも、
先に非晶質珪素を成膜し、その上から微量なニッケル薄
膜を成膜する方法でも、両者同様に低温化の効果が有
り、その成膜方法はスパッタ法でも、蒸着法でもあるい
はプラズマ処理でも可能で、成膜方法は問わないことが
判明している。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。ただし、基板上に微
量なニッケル薄膜を成膜する場合、７０５９ガラス基板
の上から直接微量なニッケル薄膜を成膜するよりは、同
基板上に酸化珪素の薄膜を成膜し、その上に微量なニッ
ケル薄膜を成膜した場合の方が効果がより顕著である。
この理由として考えられることとして、珪素とニッケル
が直接接触していることが今回の低温結晶化には重要で
あり、7059ガラスの場合には珪素以外の成分がこの両者
の接触あるいは反応を阻害するのではないかということ
が挙げられる。

【００１８】また、微量添加の方法としては、非晶質珪
素の上または下に接して薄膜を形成する以外に、イオン
注入によってニッケルを添加してもほぼ同様の効果が確
認されている。ニッケルの量については、１×１０¹⁵ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ³ 以上の量の添加において低温化が確認
されているが、１×１０²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 以上の添
加量においては、ラマン分光スペクトルのピークの形状
が珪素単体の物とは明らかに異なることから、実際に使
用可能であるのは１×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 〜５×
１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ の範囲であると思われる。ま
た、半導体物性として、ＴＦＴの活性層に使用すること
を考えると、この量を１×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 〜
１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ に抑えることが必要であ
る。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。

【００１９】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。この量につい
ては、活性層中のニッケル濃度が１×１０¹⁹atoms ｃｍ
^-3以下でないとデバイス特性に悪影響が生じることが判
明している。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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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
膜の表面近傍のみに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。

【００２３】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、結晶性が不良となる問題
が生じ、適切な量の触媒元素の制御が重要である。これ
らを解決する手段として、溶液を用いた触媒元素の添加
方法を本発明人らが発明したが、これについては本明細
書中では詳細は割愛する。この方法を用いることによ
り、１×１０¹⁶atoms ｃｍ^-3〜１×１０¹⁹atoms ｃｍ^-3
の範囲内で触媒元素の濃度を制御可能であることが判明
している。また、ニッケル以外にも同様の効果が得られ
る触媒元素として、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉ
ｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｓｂから選ばれた一種または複
数種類の元素を用いることが可能であることが発明者ら
の研究により判明している。

【００２４】続いて、ニッケル微量添加を行った場合の
結晶成長及び結晶形態の特色について述べ、そこから推
測される結晶化機構について説明を加える。

【００２５】上述の通り、ニッケルを添加しない場合に
は、基板界面等の結晶核からランダムに核が発生し、そ
の核からの結晶成長も同様にランダムで、作製方法によ
っては（１１０）或いは（１１１）に比較的配向した結
晶が得られることが報告されており、当然ながら薄膜全
体に渡ってほぼ均一な結晶成長が観測される。

【００２６】まずこの機構を確認すべく、ＤＳＣ（示差
走査熱量計）による解析を行った。プラズマＣＶＤで基
板上に成膜した非晶質珪素薄膜を、基板についたまま試
料容器に充填し、一定速度で昇温していった。すると、
およそ７００℃前後で明確な発熱ピークが観察され、結
晶化が観測された。この温度は、昇温速度を変えると当
然シフトするが、例えば１０℃／ｍｉｎの速度で行った
場合には７００．９℃から結晶化が開始した。次に昇温
速度を３種類変えたものを測定し、それらから小沢法に
よって初期核生成後の結晶成長の活性化エネルギーを求
めた。すると、およそ３．０４ｅＶという値が得られ
た。また、反応速度式を理論曲線とのフィッティングか
ら求めたところ、無秩序核生成とその成長モデルによっ
て、最も良く説明されることが判明し、基板界面等の結
晶核からランダムに核が発生し、その核からの結晶成長
というモデルの妥当性が確認された。

【００２７】前述と全く同様の測定を、ニッケルを微量
添加したものについても行ってみた。すると、１０℃／
ｍｉｎの速度で昇温を行った場合には６１９．９℃から
結晶化が開始し、それら一連の測定から求めた結晶成長
の活性化エネルギーはおよそ１．８７ｅＶであって、結
晶成長が容易となっていることが数値的にも明らかとな
った。また、理論曲線とのフィッティングから求めた反
応速度式は、一次元的界面律速のモデルに近く、結晶成
長に一定方向の方向性を有することが示唆された。

【００２８】上記熱分析によって得られたデータを下記
表５に示す。

【００２９】この表５に示す活性化エネルギーは、試料
を加熱していく段階で、試料から放出される熱量を計測
し、その結果から小沢法と呼ばれる解析手段によって算
出したものである。

【００３０】

【表５】

【００３１】上記表５における活性化エネルギーは、結
晶化のし易さを示すパラメータであり、その値が大きい
程結晶化はしにくく、またその値が小さい程結晶化がし
易いことを示す。表５を見ると、ニッケル添加の試料
は、結晶化が進むにつれて活性化エネルギーが低下する
ことが見てとれる。即ち、結晶化が進んでいくにつれ
て、結晶化がより行ない易くなることが示されている。
一方、ニッケル無添加の従来の方法による結晶性珪素膜
の場合は、結晶化が進行するにつれて、活性化エネルギ
ーが高くなることが示されている。これは、結晶化が進
行するにつれて、より結晶化しにくくなることを示して
いる。また、活性化エネルギーの平均値を比較すると、
ニッケル添加によって結晶化させた珪素膜の値はニッケ
ル無添加の結晶性珪素膜の場合の約６２％であり、この
ことからもニッケル添加の非晶質珪素膜の結晶化のし易
さが示唆される。

【００３２】次に、今回のニッケル微量添加したものの
結晶形態について、８００Åの非晶質珪素を出発膜とし
て用いた場合のＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察した
結果を示す。ＴＥＭ観察の結果から判明した特徴的な現
象として、ニッケルを添加した領域と、その近傍の部分
で結晶成長が異なるということが挙げられる。即ち、ニ
ッケルを添加した領域について、断面から観察すると、
モアレあるいは格子像とみられる縞が基板にほぼ垂直に
観測され、このことは添加したニッケルあるいはその珪
素との化合物が結晶核となり、ニッケルを添加していな
いものと同様に基板にほぼ垂直に結晶が成長することを
示すものと考えられる。また、ニッケルを添加した周辺
の領域においては、基板に平行な方向に針状あるいは柱
状に結晶成長している様子が観察された。

【００３３】これらの現象を更に詳細に説明する上で結
晶学の基礎ではあるが以下の様な記号を用いて説明をす
ることにする。まず｛ｈｋｌ｝とは、（ｈｋｌ）面に等
価な面の全てを含んだものを示す記号である。また同様
に〈ｈｋｌ〉とは、〔ｈｋｌ〕軸に等価な軸を全て含ん
だものを示す記号である。

【００３４】ニッケルを添加した領域の近傍の結晶形態
の観察結果を示す。まず、ニッケルを直接微量添加して
いない領域が結晶化すること自体が予想外であったので
あるが、ニッケル微量添加部分、その近傍の横方向の結
晶成長部分（以後横成長部分と略）、更に遠方の非晶質
部分( かなり離れた部分では低温結晶化は行われず、非
晶質部分が残る) について、ニッケルの濃度をＳＩＭＳ
( 二次イオン質量分析法) により調べた所、図17に示す
ように横成長部分はニッケル微量添加部分から少ない濃
度が検出され、非晶質部分は更に約１桁少ない量が観測
された。すなわち、ニッケルはかなり広範囲に渡って拡
散しており、ニッケルを添加した領域の近傍の領域の結
晶化もまたニッケル微量添加の効果であると考えられ
る。

【００３５】まず、８００Åの非晶質珪素を用い、ニッ
ケルを添加した領域の近傍の表面ＴＥＭ像を図13に示
す。図より明らかなように、特徴的な、幅の揃った針状
または柱状の結晶が基板に概略平行方向に観測される。
またその結晶の先端部分には、他の結晶部分とはコント
ラストの異なる層があることが観測され、その後の高分
解能ＴＥＭ及びＴＥＭ−ＥＤＸの結果から、この部分が
ＮｉＳｉ₂ であって、結晶の成長方向に対して垂直にＮ
ｉＳｉ₂ 層が存在している（これは膜厚によって変わる
のであるが、このことについては後ほど詳述する）こと
が判明している。この基板に概略平行な横成長は、ニッ
ケルを微量添加した領域から、大きいものでは数百μｍ
も成長することが観測され、時間の増加及び温度が高く
なるに比例して成長量も増大することも判った。例とし
て、５５０℃、４時間においては約２０μｍ程度の成長
が観測された。次いで、上記針状あるいは柱状に結晶成
長した領域３点についてのＴＥＤパターン（電子線回折
像）を図14に示す。このＴＥＤパターンは、基板に垂直
な方向からとったものである。このパターンは、珪素膜
の結晶構造を示すものである。このパターンを見ると、
非常にパターンがシンプルであり、単結晶或いは多くて
も双晶のようなものが見られる程度で、結晶方位は非常
に揃っていることがわかる。このパターンより上記８０
０Åの非晶質珪素膜を出発膜として用い、横成長させた
結晶はその軸方向が〈１１１〉方向であることがわか
る。この関係を、図16に示す。

【００３６】以上の実験事実に基づき、発明者らは以下
のような機構により結晶化が進行すると考えている。

【００３７】まず縦成長について考えると、結晶化の初
期段階において核発生が起こるが、この際の活性化エネ
ルギーがニッケルの微量添加により低減される。このこ
とはニッケルを添加することにより、より低温から結晶
化が発生していることから自明であって、この理由とし
てはニッケルの異物としての効果以外にも、非晶質珪素
が結晶化するよりも低温で生成するニッケルと珪素から
なる金属間化合物の内の一つ（ＮｉＳｉ₂ ）が、結晶シ
リコンと格子定数が近いために結晶核として作用してい
ると考えられる。また、この核発生はニッケルの添加し
た領域全面についてほぼ同時に発生するため、結果とし
て結晶成長は面のまま成長するような機構となり、この
場合反応速度式は一次元的界面律速過程となり、基板に
概略垂直方向に結晶成長した結晶が得られる。しかしな
がら、膜厚に制限されること、及び応力等の影響で、完
全に揃った結晶軸を有するとまではいかない。

【００３８】しかしながら、基板に水平方向は、垂直方
向と比較して均質であるため、柱状あるいは針状の結晶
がニッケル添加部分を核として横方向に揃って成長し、
その成長面の方向は〈１１１〉となり、例えば８００Å
の非晶質珪素膜を用いた場合には結晶成長方向も同様に
〈１１１〉となる。勿論この場合も反応速度式は一次元
界面律速型となることが予想される。結晶成長の活性化
エネルギーは、前述の通りニッケルを添加することによ
り低減されているため、この横方向の成長速度は非常に
速いことが期待され、事実そうなっている。

【００３９】次に、上記ニッケル微量添加部分とその近
傍の横成長部分についての電気特性を説明する。ニッケ
ル微量添加部分の電気特性は、導電率に関してはほぼニ
ッケルを添加していない膜、即ち６００℃程度で数十時
間結晶化を行ったものと同程度の値であり、また導電率
の温度依存性から活性化エネルギーを求めたところ、ニ
ッケルの添加量を前述の様に１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³
〜１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 程度とした場合には、ニッ
ケルの準位に起因すると思われる様な挙動は観測されな
かった。即ち、この実験事実からは、上記の濃度であれ
ばＴＦＴの活性層等として使用が可能であることが考察
される。

【００４０】それに対し、横成長部分は、導電率がニッ
ケル微量添加部分と比較して１桁以上高く、結晶性を有
する珪素半導体としてはかなり高い値を有していた。こ
のことは、電流のパス方向が結晶の横成長方向と合致し
たため、電極間で電子が通過する間に存在する粒界が少
ないあるいは殆ど無かったことによるものと考えられ、
透過電子線顕微鏡写真の結果と矛盾無く一致する。即
ち、キャリアの移動が針状または柱状に成長した結晶の
粒界に沿ったものとなるので、キャリアは移動しやすい
状態が実現されている、と考えることができる。

【００４１】また、上記図13に示す針状あるいは柱状に
結晶成長した先端部を拡大した珪素の結晶構造を示す写
真であるＴＥＭ写真を図15に示す。図15には、その端部
に黒い部分が現れており、この部分は前述の通りＮｉＳ
ｉ₂ であることが判明している。即ち、基板に平行に針
状あるいは柱状に結晶成長する結晶の先端部にはニッケ
ルが集中的に存在しており、その中間領域においては、
ニッケル濃度が低いことが理解される。

【００４２】そこで、本明細書で開示する発明の効果の
一つとしては、上記結晶粒界に概略沿った方向と半導体
装置（例えばＴＦＴ）内のキャリアが移動する方向を概
略一致せしめることにより、キャリアの移動度を向上さ
せることが挙げられる。また、基板と平行な方向に結晶
成長した領域の先端部を避けて、その中間領域、即ち、
横方向に結晶成長した結晶性珪素膜の成長端部とニッケ
ルが添加された領域の中間の領域を利用することによ
り、キャリアの移動し易い結晶性珪素膜を利用すると同
時に、ニッケルの濃度の低い領域を利用する構成を挙げ
ることができる。

【００４３】この結晶粒界に沿った方向は、針状または
柱状に結晶成長した成長方向であり、しかもこの成長方
向は、８００Åの膜厚においては（正確には、これ以上
の膜厚においては同様であることが判明しているが）
〈１１１〉の軸方向に結晶性を有する方向であり、さら
にまたこの方向は、前述のように他の方向（例えば結晶
成長に垂直な方向）に対して選択的に高い導電率を有す
る方向である。また現実問題として、結晶成長方向とキ
ャリアの流れる方向とが完全に一致することは困難であ
り、また結晶も完全に全面に渡って、一様な方向に揃っ
て成長するわけではない。そこで実際問題としては、結
晶成長の方向は平均的な方向として定められる。またそ
の方向とキャリアの流れる方向とは±２０°程度の範囲
であれば一致しているとみなすこととし、８００Åの非
晶質珪素膜を用いた場合には完全にこの範囲に入ってい
ることが判明している。

【００４４】次に、粒径及び配向性の制御方法について
説明する。触媒元素を導入して結晶化を施した試料につ
いて、Ｘ線回折を行ったが、その際にパラメータとして
以下の内容について検討した。

【００４５】・触媒元素を非晶質珪素薄膜の表面に導入
した場合と、下地との界面に導入した場合の比較・触媒を添加した領域（縦成長と本明細書中では表記す
る）と、その周辺の横成長領域の比較・非晶質珪素膜の膜厚を変化させたときの依存性・触媒濃度を変化させた時の依存性・横成長プロセスを使用した場合で、該横成長領域が上
下とも酸化珪素ではさまれた構造とするか、上面が酸化
珪素が無い構造とするかの比較

【００４６】そして、上記のパラメータを変化させたと
きに、得られた傾向を定量的に評価するため下記数１に
示すように（１１１）配向比率を定義することにし、
（１１１）配向性が高いという目安を上記（１１１）配
向比率が０．６７以上（完全にランダムな粉末において
は上記定義に従うと（１１１）配向比率が０．３３とな
り、この比率の倍以上の比率があれば（１１１）配向と
呼んでも問題がないと考えた為である）とすることにし
た。

【００４７】

【数１】

【００４８】そしてこの（１１１）配向比率を基に評価
した結果、下記表１、表２、表３、表４及び図１の様な
傾向が観察された。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【表２】

【００５１】

【表３】

【００５２】

【表４】

【００５３】尚、作製方法は表中に示されたパラメータ
以外は全て同一であり、触媒元素としてニッケルを用
い、添加方法は溶液からのニッケル添加方法（以後液相
法と省略）を用い、特に横成長と示されていないものに
関してはシリコン表面に塗布した場合の縦成長を用い
た。ただし、横成長プロセスにおいて、上面の酸化珪素
膜の有無を比較する実験においては、上面に酸化珪素が
ない横成長プロセスを実現するためにＯＣＤ等のＳＯＧ
用の溶液中にニッケルを添加したものを用い、他の横成
長プロセスとは逆に直接添加領域（縦成長領域）のみに
ＯＣＤを残し、横成長すべき領域上には酸化珪素が無い
構造とした。また、固相成長（図中ではＳＰＣとも表記
する）を５５０℃８時間、その後のレーザー結晶化（補
助的に行うことにより、結晶性を飛躍的に高めることが
可能である）を３００ｍＪ／ｃｍ² とした。

【００５４】表１は、表中に示されている通り、触媒添
加場所を変化させた場合の結果であり、添加場所が異な
るだけで配向性が全く異なるという特異的な傾向が観測
された。粒径においては、添加場所の依存性は殆ど観測
されず、任意の場所について粒径分布を測定したとこ
ろ、分布の幅は触媒元素を添加しなかった場合の半分程
度であり、均一な粒径が得られていることが判明した。

【００５５】表２は、結晶成長方法を変えた場合の結果
であり、全面にニッケルを導入した場合（縦成長）と、
アモルファスシリコンの上に酸化珪素を成膜し（カバー
酸化珪素）、該酸化珪素をパターニングして触媒元素を
添加する窓を開け、そこからの横成長をさせた部分との
比較である。その結果、縦成長部分は比較的ランダムで
あり、上面に酸化珪素膜の有る横成長部分は、膜厚にも
よるが（膜厚依存性については後述）ほぼ完全に（１１
１）配向性を有していた。

【００５６】表３は膜厚依存性についてであるが、膜厚
は３００Åから５０００Åについて実験を行ったとこ
ろ、横成長部分については膜厚が薄いほど（１１１）配
向性が強くでるという傾向がはっきりと確認された。こ
の内、４００Åから８００Åについては図９に示される
ようにほぼ誤差範囲内で直線性が見出された。尚、縦成
長部分に関しては、元々がランダムであるため明確な傾
向は観測されなかった。表４は横成長プロセスにおい
て、上面の酸化珪素膜の有無を比較する実験の結果であ
るが、上面に酸化珪素がない横成長プロセスの試料は膜
厚によりその配向性が変化するが何れも（１１１）配向
性以外の配向を示すのに対し、上面の酸化珪素が有る場
合の横成長プロセスで得られる結晶性珪素の配向性は
（１１１）配向性が強く、特に図９からも強く示唆され
るように、８００Å以下ではかなり強い（１１１）配向
であることは前述の通りである。そしてこのことから、
膜厚を８００Å以下とすることによって、（１１１）配
向を強くできることが結論される。

【００５７】図１は、縦成長を用い、ニッケルの添加量
を変化させた場合の依存性をプロットしたものである
が、横軸はニッケルの酢酸塩あるいは硝酸塩を用いて液
相添加を行った際のドーズ量を、左側の縦軸が（１１
１）配向比率を、また右側の縦軸がレーザー結晶化前の
シリコン膜の内、固相成長によって結晶化している面積
の比率を示したものである。この図より、（１１１）配
向比率を、触媒元素の濃度によってランダムから（１１
１）配向性まで自由に変化させることが可能であること
が理解される。また、これらはレーザー結晶化前に固相
成長で成長した割合の変化と完全に一致していることが
判り、そのことは濃度変化の代わりに加熱温度及び加熱
時間を変えてレーザー結晶化前に固相成長で成長した割
合を変えても同様の傾向が見られることにより確認され
た。

【００５８】次に、図には示していないが、粒径につい
て示すと、光学顕微鏡から観測された粒径（必ずしもこ
の中が単結晶であるかは現在までのところ判明していな
い。）はドーズ量を増やすに連れて、３３μｍから２０
μｍまで減少していくことが確認された。

【００５９】では、上記の実験結果はどの様な機構によ
るかであるが、配向性についてはシリコン─酸化珪素界
面の影響を、固相成長の際にどの程度受けたかで全てを
解釈することが可能である。この様な観点から上記の現
象を解釈すると以下の様になる。

【００６０】表１の結果については、下地界面に触媒元
素を導入した場合には、核発生する際にすでに下地の影
響を受けており、この時点で（１１１）配向性になる可
能性が高い。それに比して、表面で核発生する場合には
下地の影響を受けずに、ランダムな核発生をすることが
できる。そして結晶成長の間中、その履歴をもっている
と考えられるのである。

【００６１】表２の結果については、縦成長部分は上述
と同様の機構であり、横成長に関しては、成長点が下地
及びカバーの酸化珪素と接触しながら成長する為、これ
らの影響を大きく受けやすいと考えられる。

【００６２】表３の膜厚依存性については、膜厚が厚く
なれば、系全体の自由エネルギーに対する下地酸化珪素
との界面のエネルギーの比率が相対的に低下し、（１１
１）に配向させる力が弱まる為と考えられる。

【００６３】表４の２つの横成長（上面に酸化珪素膜が
有るものと無いもの）の結果については、上面が酸化珪
素で覆われたものは、結果として上下を酸化珪素で囲ま
れていることとなり、その界面を安定化させるべく（１
１１）配向性となるものと考えられる。それに対し、上
面に酸化珪素の無い横成長プロセスはこの界面の寄与が
半分になるためそれだけ拘束力が弱まり（１１１）以外
の配向性を示すものと考えられる。ところで前述の様
に、上面に酸化珪素の無い横成長プロセスにおいては、
膜厚と配向性の間に明確な相関があった。例えば５００
Åの非晶質珪素を用いた場合には（２００）あるいは
（３１１）の配向性が強く観察された。これについて
は、結晶学的な解析、及び図18に示す様な写真より、図
19の様な機構で結晶成長が起こっていると考えることが
できる。即ち、結晶の成長面５０１あるいは５０６は
（１１１）面であり、これは常に一定であるが、この面
が基板に対してどの様な角度を有しているかはその膜厚
によりほぼ一義的に決定するというものである。その結
果膜厚が変化すれば、例えば８００Åの膜厚において
は、見掛け上の結晶成長方向５０４と結晶成長面５０１
はほぼ垂直であり、その結果配向性（配向性と言った場
合一般的には基板に垂直方向の配向性を言う）としては
〈１１１〉軸に垂直な方向が観測されることになる。し
かし膜厚５００Åにおいては、結晶成長面５０６と見掛
け上の結晶成長方向５０５とは垂直ではなく、その為配
向性も変化する。即ち、上面に酸化珪素が無い横成長プ
ロセスにおいては、膜厚を変化させることにより配向性
制御が可能である。図１の結果は、上述の縦成長がラン
ダムな理由に付加して、レーザー結晶化が（１１１）配
向であることを認めることによって容易に説明される。
その機構を簡単に示したものが図２である。図中のＡは
触媒元素のドーズ量が少なく、レーザー結晶化前に固相
成長で結晶化しているランダムな部分が少なく、それよ
りもレーザー結晶化した（１１１）配向性の部分が多い
例であり、図中のＢは、殆どが固相成長したもので、レ
ーザー結晶化した（１１１）配向の部分が殆どない例で
ある。これを裏付ける実験として、レーザー結晶化の際
のエネルギー密度及び照射時間を変化させた実験を行な
ってみた。すると、エネルギー密度及び照射時間を増大
させるに連れ、（１１１）配向比率が高くなることが判
明した。この結果は、レーザーにより結晶化する割合を
高めることが（１１１）配向比率を高めることに直結し
ていることを示すものと考えられる。

【００６４】次に粒径については、前述の現象を説明す
るためには、触媒元素を用いた場合にはその添加場所等
によらず、触媒元素のドーズ量により核発生密度が一義
的に決定し、その結果結晶成長できる大きさが決まって
きてしまうと考えると説明可能である。

【００６５】よってこれらをまとめると、低温結晶化及
び配向性の制御方法は以下の様になる。

【００６６】まず前提としてニッケルに代表される触媒
元素を表面から液相法で添加する方法を用い、結晶化に
は固相成長とレーザー結晶化を併用することにする。こ
の様に触媒元素を微量に添加することにより結晶化温度
の低温化及び要する時間の飛躍的な短縮が可能となる。

【００６７】・（１１１）配向性が高い膜を得たい場合横成長プロセスを用いるか、レーザー結晶化前の結晶化
比率を小さくする。この方法を用いることにより、（１
１１）配向比率を０．６７〜１の間で任意に制御するこ
とが可能である。この結晶化比率を下げる方法として
は、触媒元素のドーズ量を小さくする、あるいは固相成
長条件を変える方法のいずれかを選択すればよい。

【００６８】・ランダムな膜を得たい場合縦成長プロセスを用いて、レーザー結晶化前の結晶化比
率を大きくする。この結晶化比率を高める方法として
は、触媒元素のドーズ量を多くする、あるいは固相成長
条件を変える方法のいずれかを選択すればよい。

【００６９】・上記の中間の配向性を有する膜を得たい
場合縦成長プロセスを用い、レーザー結晶化前の結晶化比率
を適当にする。このプロセスを用いることにより、（１
１１）配向比率を０．３３〜１の間で任意に制御するこ
とが可能である。この結晶化比率を適当な値にする方法
としては、触媒元素のドーズ量を変える、あるいは固相
成長条件を変える方法のいずれかを選択すればよい。

【００７０】・その他の配向性の膜を得たい場合上面に酸化珪素の無い横成長プロセスを用い、膜厚を変
化させることにより配向性を制御する。この際には、膜
厚としては８００Åから３００Å程度の間で変化させる
ことが制御性から言って望ましい。それ以上厚い場合に
は、膜厚よりも柱状結晶の幅が小さくなり、ランダムな
傾向に成りやすく、また３００Å以下では結晶成長が困
難であった。

【００７１】次に、結晶の粒径を変える手段としては以
下の様にすれば良い。・粒径を大きくする場合、添加する触媒元素の濃度を下
げる。

【００７２】・粒径を小さくする場合、添加する触媒元
素の濃度を上げる。

【００７３】尚、上記の触媒元素の添加量を制御するの
と同時に、固相成長の温度及び時間を制御することは有
効である。しかしながら最大どの程度まで粒径を大きく
できるかは前記触媒元素の添加量によって一義的に決定
される。

【００７４】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Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｐ、
Ａｓ、Ｓｂを利用することができる。これらの元素は珪
素に対して侵入型の元素であり、珪素膜中に拡散してい
き、結晶化を助長する作用を有する。

【００７５】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た液相法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。

【００７６】では最後に、上述の各種特性を踏まえた上
でＴＦＴに応用する方法について説明する。ここでＴＦ
Ｔの応用分野としてはＴＦＴを画素の駆動に用いるアク
ティブマトリックス型液晶表示装置を想定するものとす
る。前述の様に、最近の大画面のアクティブマトリック
ス型液晶表示装置においては、ガラス基板の縮みを抑え
ることが重要であるが、本発明のニッケル微量添加プロ
セスを用いることにより、ガラスの歪み点に比較して十
分に低い温度で結晶化が可能であり、特に好適である。
本発明を用いれば、従来非晶質珪素を用いていた部分
を、ニッケルを微量添加し、５００〜５５０℃程度で４
時間程度結晶化させることにより、結晶性を有するシリ
コンに置き換えることが容易に可能である。勿論、デザ
インルール等をそれ相応に変更する必要はあるが、装
置、プロセス共従来の物で十分に対応可能であり、その
メリットは大きいものと考えられる。本明細書中におい
ては、絶縁ゲイト型を有する薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）の例を主に示すが、本明細書で開示する発明は、薄
膜半導体を用いた素子に広く利用することができる。例
えば、薄膜ダイオードや薄膜バイポーラトランジスタ、
さらには薄膜半導体を用いた光電変換装置に利用するこ
とができる。

【００７７】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例は、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
ッケルを導入し、横成長を行わせ、（１１１）配向性の
高いシリコン膜を作製する例である。

【００７８】図３に本実施例における作製工程の概略を
示す。まず、ガラス基板１１（コーニング７０５９、１
０ｃｍ角）上の非晶質珪素膜１２（プラズマＣＶＤの５
００Åの膜）上にマスクとなる酸化珪素膜２１（カバー
酸化珪素）を１０００Å以上、ここでは１２００Å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。

【００７９】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
は、濡れ性を改善し、後に導入されるニッケルを含有し
た溶液が均一に塗布する目的で形成される。この酸化珪
素膜２０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３
（Ａ））

【００８０】この状態において、１００ｐｐｍ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１５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１４を形成させる。さらにこの状態で、１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
０〜１００ｒｐｍの回転をさせながら行なってもよい。
（図３（Ｂ））

【００８１】そして５５０度（窒素雰囲気）、８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。今回の条件では
横成長量として３０μｍ程度が得られた。そしてその
後、カバー酸化珪素をバッファーフッ酸を用いて剥離
し、３００ｍＪ／ｃｍ² のパワー密度でＫｒＦエキシマ
レーザ（２４８ｎｍ）によるレーザー結晶化を行った。

【００８２】この様にして得られたシリコン膜をＸ線回
折を行ってみたところ、（１１１）配向比率が０．９１
７と、（１１１）配向性が非常に高い膜が得られた。そ
の結果を図４に示す。

【００８３】〔実施例２〕本実施例は、実施例１と全く
同一のプロセスを用い、非晶質珪素膜の膜厚のみを４０
０Åと８００Åの２種類で試した例である。

【００８４】結果としては、Ｘ線回折から求めた（１１
１）配向比率については、４００Åの試料は約１．０と
ほぼ完全に（１１１）配向の膜であり、８００Åの試料
は０．７２０と５００Åに比較して若干（１１１）配向
性が弱くなっていることが判明した。

【００８５】〔実施例３〕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、さらにレー
ザー光の照射により結晶性を高める例である。この構成
は前述の記載においては縦成長にあたり、比較的ランダ
ムな配向性を有する膜を得ることができる。

【００８６】図５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１１としてコーニング７０５９ガラ
スを用いる。またその大きさは１００ｍｍ×１００ｍｍ
とする。

【００８７】まず、非晶質珪素膜１２をプラズマＣＶＤ
法やＬＰＣＶＤ法によって１００〜１５００Å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５００Åの厚さに成膜する。（図５（Ａ））

【００８８】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。

【００８９】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を成膜する。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。

【００９０】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。

【００９１】つぎに、ニッケルの酢酸塩水溶液を作る。
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、水膜１４を形成する。またこの状態を５分間保
持する。そしてスピナーを用いてスピンドライ（２００
０ｒｐｍ、６０秒）を行う。（図５（Ｃ）、（Ｄ））

【００９２】酢酸溶液中におけるニッケルの濃度は、１
ｐｐｍ以上であれば実用になるが、所望の配向性と鑑み
て、今回は２５ｐｐｍとした。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１３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。

【００９３】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。尚、本実施例においては塗布回数は１回とした。

【００９４】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。

【００９５】そして、加熱炉において、窒素雰囲気中に
おいて５５０度、８時間の加熱処理を行う。この結果、
基板１１上に形成された一部結晶性を有する珪素薄膜１
２を得ることができる。この段階での結晶化比率を、コ
ンピュータを用いた画像解析から求めたところ、９８．
８４％であった。

【００９６】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、５５０度以上
とすると基板として用いるガラス基板の耐熱性の問題が
表面化してしまう。

【００９７】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。しかしながら
その場合には、前述の通り（１１１）配向性が非常に高
くなってしまうことに注意する必要がある。

【００９８】加熱処理により一部結晶性を有する珪素膜
１２を得たら、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎ
ｍ、パルス幅３０ｎｓｅｃ）を窒素雰囲気中において２
００〜３５０ｍＪ／ｃｍ² のパワー密度で数ショト、本
実施例では３００ｍＪ／ｃｍ²で１ショット照射し、珪
素膜１２を完全に結晶化せしめる。この工程は、赤外光
の照射によってもよい。

【００９９】この様にして得られた結晶性を有する珪素
膜を、Ｘ線回折を行って配向性を評価した。その結果を
図６に示す。（１１１）（２２０）（３１１）のピーク
がはっきりと観測され、これについて（１１１）配向比
率を計算すると０．４０５となりランダムな膜が希望通
り得られていることが判明した。

【０１００】〔実施例４〕本実施例は、実施例３におい
て、触媒元素であるニッケル塩の濃度を１ｐｐｍとした
ものである。その他の処理は全て実施例３と同様であ
る。この様な構成とすることにより、１つの結晶粒径を
大きくすることが可能である。また、本実施例に関して
は、固相成長条件を４時間のものと１６時間の物の２つ
の条件で実験を行った。熱処理後の薄膜を顕微鏡観察し
た結果、この様に濃度を下げ、固相成長の時間を４時間
とした試料は、実施例３の試料よりも非晶質珪素の部分
が多く、また結晶性珪素からなる結晶核の数も低下して
いた。次にレーザー結晶化後の試料をセコエッチ後ＳＥ
Ｍにより観察してみた。その結果、今回の様に溶液濃度
を低下することにより、一つの結晶粒の大きさを、実施
例２の場合と比較して大きくすることが可能であること
が判明した。

【０１０１】更に、レーザー結晶化後の試料をＸ線回折
を行ってみたところ、固相成長が４時間の物は（１１
１）配向比率が０．７３０と、（１１１）配向性の膜が
得られた。また１６時間固相成長を行った膜は、同配向
比率が０．４程度に低下しており、ランダムな膜となっ
ていた。〔実施例５〕本実施例は、本明細書で開示する発明の方
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。

【０１０２】図７に本実施例の作製工程の概要を示す。
まずガラス基板１１上に下地の酸化珪素膜（図示せず）
を２０００Åの厚さに成膜する。この酸化珪素膜は、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。

【０１０３】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。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ＵＶ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。

【０１０４】そして２５ｐｐｍのニッケルを含有した酢
酸塩溶液を塗布し、１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、８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）

【０１０５】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
晶成分には結晶核が存在している。さらにＫｒＦエキシ
マレーザー光を２００〜３００ｍＪ／ｃｍ² 、本実施例
では３００ｍＪ／ｃｍ² で照射することにより、珪素膜
の結晶性を助長させる。このレーザー光の照射工程にお
いては、基板を４００℃程度に加熱する。この工程よっ
て、更に結晶化を高める。

【０１０６】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の酸化珪素膜１０５を
形成する。この酸化珪素膜はゲイト絶縁膜として機能す
る。（図７（Ａ））

【０１０７】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。

【０１０８】この状態で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の結
晶化を助長させてもよい。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、しかも
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。

【０１０９】その後、厚さ２０００Å〜１μｍのアルミ
ニウム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。アルミ
ニウムにはスカンジウム（Ｓｃ）を０．１５〜０．２重
量％ドーピングしておいてもよい。次に基板をｐＨ≒
７、１〜３％の酒石酸のエチレングリコール溶液に浸
し、白金を陰極、このアルミニウム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
１５００〜３５００Å、例えば、２０００Åの陽極酸化
物１０９を形成する。（図７（Ｂ））

【０１１０】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）を注入する。ドーピングガスとしてはフォス
フィン（ＰＨ₃ ）を用いる。ドーズ量は、１〜４×１０
¹⁵ｃｍ^-2とする。

【０１１１】さらに、図７（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／□となる。

【０１１２】この工程において、レーザー光を用いる代
わりに、フラッシュランプを使用して短時間に１０００
〜１２００℃（シリコンモニターの温度）まで上昇さ
せ、試料を加熱する。ここで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の照
射を用いてもよい。

【０１１３】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７（Ｄ））

【０１１４】そして、層間絶縁物１１０をエッチングし
て、図７（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。

【０１１５】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。

【０１１６】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、１×１０¹⁶atoms ｃｍ^-3〜３×１０
¹⁸atoms ｃｍ^-3であると考えられる。

【０１１７】本実施例で作製されたＴＦＴは、移動度が
Ｎチャネルで７５ｃｍ² ／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±５％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、配向性がランダムであるため、デバイスの動作特性
に異方性がないためであると考えられる。レーザー光の
みを利用した場合には、Ｎチャネル型で１００ｃｍ² ／
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。

【０１１８】〔実施例６〕本実施例は、実施例５のニッ
ケル濃度を１ｐｐｍとし、結晶粒径を大きくする構成で
ある。それ以外の構成は実施例５と全く同一である。

【０１１９】結果としては、移動度がＮチャネルで１５
０ｃｍ² ／Ｖｓ以上のものが得られた。これは結晶粒径
が大きくなった効果であると考えられる。しかしなが
ら、移動度のバラツキが±３０％程度存在し、均一性は
それほど高くなかった。この理由は明らかではないが、
（１１１）配向性をある程度有しているため、デバイス
に異方性が生じてしまった可能性があると推測される。

【０１２０】〔実施例７〕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。また、非晶質珪素膜の膜厚を４００Åとする
ことによって、ほぼ完全に（１１１）配向性の膜を得る
ことが可能である。

【０１２１】図８に本実施例の作製工程を示す。まず、
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。そして、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ３００〜
１５００Å、本実施例では４００Å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。

【０１２２】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１で示したものと同一である。
この工程は、実施例５または実施例６に示した方法によ
るものであってもよい。

【０１２３】この後、窒素雰囲気下で５００〜６２０
℃、例えば５５０℃、８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。（図８（Ａ））

【０１２４】上記加熱処理による結晶化工程の後にさら
にレーザー光の照射により珪素膜２０３の結晶性を助長
させる。この工程は、実施例１と全く同一であるが、酸
化珪素膜２０５を除去せずにレーザー結晶化を施すため
に、実施例１よりも更に高エネルギー、本実施例中では
３５０ｍＪ／ｃｍ² で結晶化を行った。

【０１２５】次に、酸化珪素膜２０５を除去する。この
際、領域２０６の表面に形成される酸化膜も同時に除去
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８（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。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。

【０１２６】その後、１００体積％の水蒸気を含む１０
気圧、５００〜６００℃の、代表的には５５０℃の雰囲
気中において、１時間放置することによって、活性層
（珪素膜）２０８の表面を酸化させ、酸化珪素膜２０９
を形成する。酸化珪素膜の厚さは１０００Åとする。熱
酸化によって酸化珪素膜２０９を形成したのち、基板
を、アンモニア雰囲気（１気圧、１００％）、４００℃
に保持させる。そして、この状態で基板に対して、波長
０．６〜４μｍ、例えば、０．８〜１．４μｍにピーク
をもつ赤外光を３０〜１８０秒照射し、酸化珪素膜２０
９に対して窒化処理を施す。なおこの際、雰囲気に０．
１〜１０％のＨＣｌを混入してもよい。（図８（Ｂ））

【０１２７】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ３０００〜８０００Å、例えば６０００Åのアルミ
ニウム（０．０１〜０．２％のスカンジウムを含む）を
成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極２１０を形成する。（図８（Ｃ））

【０１２８】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２１１を形成する。この
陽極酸化は、酒石酸が１〜５％含まれたエチレングリコ
ール溶液中で行う。得られる酸化物層２１１の厚さは２
０００Åである。なお、この酸化物２１１は、後のイオ
ンドーピング工程において、オフセットゲイト領域を形
成する厚さとなるので、オフセットゲイト領域の長さを
上記陽極酸化工程で決めることができる。（図８
（Ｄ））

【０１２９】次に、イオンドーピング法（プラズマドー
ピング法でもよい）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。図からも明らかなように不純物領域とゲイト電
極とは距離ｘだけ放れたオフセット状態となる。このよ
うなオフセット状態は、特にゲイト電極に逆電圧（Ｎチ
ャネルＴＦＴの場合はマイナス）を印加した際のリーク
電流（オフ電流ともいう）を低減する上で有効である。
特に、本実施例のようにアクティブマトリクスの画素を
制御するＴＦＴにおいては良好な画像を得るために画素
電極に蓄積された電荷が逃げないようにリーク電流が低
いことが望まれるので、オフセットを設けることは有効
である。

【０１３０】その後、レーザー光の照射によってアニー
ルを行う。レーザー光としては、ＫｒＦエキシマレーザ
ー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を用いる
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が２００〜４００ｍＪ／ｃｍ² 、
例えば２５０ｍＪ／ｃｍ² とし、一か所につき２〜１０
ショット、例えば２ショット照射した。このレーザー光
の照射時に基板を２００〜４５０℃程度に加熱すること
によって、効果を増大せしめてもよい。（図８（Ｅ））

【０１３１】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。

【０１３２】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８
（Ｆ））

【０１３３】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。具
体的には移動度がＮチャネルで２５０ｃｍ² ／Ｖｓ以上
のものが得られた。これは結晶の配向性が非常に高くな
ったため、粒界におけるポテンシャル障壁が低下したこ
とに起因していると予想される。

【０１３４】〔実施例８〕本実施例は、実施例７の横成
長の方法をＯＣＤを用いた方法に変更したものである。
即ち、５００Åの真性（Ｉ型）の非晶質珪素膜２０３の
後に連続的に成膜した厚さ５００〜２０００Å、例えば
１０００Åの酸化珪素膜２０５を省略し、その代わりに
ニッケルを含有させたＳＯＧ膜、ここでは東京応化製の
ＯＣＤＴｙｐｅ−２のノンド─プの材料Ｓｉ−５
９０００−ＳＧを用い、この中にニッケル化合物を含有
させた物を成膜した。成膜に先立っては、表面をオゾン
にさらして非常に薄い酸化膜を形成し、その後にＯＣＤ
を成膜した。その後８０℃及び１５０℃のプリベ─クを
行い、続いて２５０℃のキュアを行った。このキュアの
温度が高すぎるとこの工程において既にニッケルが非晶
質珪素中に拡散してしまうため注意が必要である。ま
た、オゾンによって生成した非常に薄い酸化膜はこのキ
ュア工程における拡散のバリヤーとして作用し、これが
無い場合には２５０℃でも充分にニッケルが拡散してし
まうので注意が必要である。次に、所定のパタ−ニング
を行う。このパターニングは実施例７のマスクを用い
て、レジストでポジネガ反転させたものを用いた。パタ
ーニング後のエッチングは、ＯＣＤのエッチングレート
が非常に早い為、ウェットよりもドレイプロセスが望ま
しい。以下の工程は実施例７とほぼ同様であるため省略
する。得られたＴＦＴの特性は実施例７の物と殆ど同様
であった。得られたＴＦＴのゲ─ト部分を剥離し、その
下の活性層部分の配向性を電子線回折から調べたとこ
ろ、ほぼ（２００）配向となっていることが観測され
た。

【０１３５】〔実施例９〕本実施例は、ガラス基板上に
形成された結晶性珪素膜を用いたＰチャネル型ＴＦＴ
（ＰＴＦＴという）とＮチャネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴと
いう）とを相補型に組み合わせた回路を形成する例であ
る。本実施例の構成は、アクティブ型の液晶表示装置の
画素電極のスイッチング素子や周辺ドライバー回路、さ
らにはイメージセンサや集積回路に利用することができ
る。図10に本実施例の作製工程の断面図を示す。まず、
基板（コーニング７０５９）３０１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３０２を
形成する。つぎにメタルマスクまたは酸化珪素膜等によ
って形成されたマスク３０３を設ける。このマスク３０
３は、３００の領域でスリット状に下地膜３０２を露呈
させる。即ち、図10（Ａ）の状態を上面から見ると、ス
リット状に下地膜３０２は露呈しており、他ぼ部分はマ
スクされている状態となっている。

【０１３６】上記マスク３０３を設けた後、スパッタリ
ング法によって、厚さ５〜２００Å、例えば２０Åの珪
化ニッケル膜（化学式ＮｉＳｉ_x、０．４≦ｘ≦２．
５、例えば、ｘ＝２．０）を３００の領域に選択的に成
膜する。

【０１３７】つぎに、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３０４を成膜する。そして、これを水素
還元雰囲気下（好ましくは、水素の分圧が０．１〜１気
圧），５５０℃、または不活性雰囲気化（大気圧），５
５０℃、で４時間アニールして結晶化させる。この際、
珪化ニッケル膜が選択的に成膜された３００の領域にお
いては、基板３０１に対して垂直方向に非晶質珪素膜３
０４の結晶化が起こる。そして、領域３００以外の領域
では、矢印３０５で示すように、領域３００から横方向
（基板と平行な方向）に結晶成長が行われる。

【０１３８】上記工程の結果、非晶質珪素膜３０４を結
晶化させて、結晶性珪素膜を得ることができる。その
後、スパッタリング法によって厚さ１０００Åの酸化珪
素膜３０６をゲイト絶縁膜として成膜する。スパッタリ
ングには、ターゲットとして酸化珪素を用い、スパッタ
リング時の基板温度は２００〜４００℃、例えば３５０
℃、スパッタリング雰囲気は酸素とアルゴンで、アルゴ
ン／酸素＝０〜０．５、例えば０．１以下とする。そし
て、素子間分離を行ない、ＴＦＴの活性層領域を確定す
る。この際、チャネル形成領域となる部分に３０５で示
す結晶成長の先端部が存在しないようにすることは重要
である。こうすることで、ソース／ドレイン間を移動す
るキャリアがチャネル形成領域において、ニッケル元素
の影響を受けないようにすることができる。

【０１３９】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ６０００〜８０００Å、例えば６０００Åのアルミ
ニウム（０．１〜２％のシリコンを含む）を成膜する。

【０１４０】そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極３０７、３０９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３０８、３１０を形成する。この陽極酸化は、酒
石酸が１〜５％含まれたエチレングリコール溶液中で行
った。得られた酸化物層３０８、３１０の厚さは２００
０Åであった。なお、この酸化物３０８と３１０とは、
後のイオンドーピング工程において、オフセットゲイト
領域を形成する厚さとなるので、オフセットゲイト領域
の長さを上記陽極酸化工程で決めることができる。

【０１４１】次に、イオンド注入によって、活性層領域
（ソース／ドレイン、チャネルを構成する）に一導電型
を付与する不純物を添加する。このドーピング工程にお
いて、ゲイト電極３０７とその周囲の酸化層３０８、ゲ
イト電極３０９とその周囲の酸化層３１０をマスクとし
て不純物（燐およびホウ素）を注入する。ドーピングガ
スとして、フォスフィン（ＰＨ₃ ）およびジボラン（Ｂ
₂ Ｈ₆ ）を用い、前者の場合は、加速電圧を６０〜９０
ｋＶ、例えば８０ｋＶ、後者の場合は、４０〜８０ｋ
Ｖ、例えば６５ｋＶとする。ドース量は１×１０¹⁵〜８
×１０¹⁵ｃｍ^-2、例えば、燐を２×１０¹⁵ｃｍ^-2、ホウ
素を５×１０¹⁵とする。ドーピングに際しては、一方の
領域をフォトレジストで覆うことによって、それぞれの
元素を選択的にドーピングする。この結果、Ｎ型の不純
物領域３１４と３１６、Ｐ型の不純物領域３１１と３１
３が形成され、Ｐチャネル型ＴＦＴ（ＰＴＦＴ）の領域
とＮチャネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴ）との領域を形成する
ことができる。

【０１４２】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行う。レーザー光としては、ＫｒＦエキシマレーザー
（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を用いた
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が２００〜４００ｍＪ／ｃｍ² 、
例えば２５０ｍＪ／ｃｍ² とし、一か所につき２〜１０
ショット、例えば２ショット照射する。このレーザー光
の照射時に基板を２００〜４５０℃程度に加熱すること
は有用である。このレーザアニール工程において、先に
結晶化された領域にはニッケルが拡散しているので、こ
のレーザー光の照射によって、再結晶化が容易に進行
し、Ｐ型を付与する不純物がドープされた不純物領域３
１１と３１３、さらにはＮを付与する不純物がドープさ
れた不純物領域３１４と３１６は、容易に活性化させる
ことができる。

【０１４３】この工程は、赤外線（例えば１．２μｍ）
によるランプアニールによる方法でもよい。赤外線は珪
素へは吸収されやすく、１０００度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、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。

【０１４４】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜３１
８を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成
し、これ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３１７、３２０、３１９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を相補型に構成した半導体回路を完成
した。（図10（Ｄ））

【０１４５】上記に示す回路は、ＰＴＦＴとＮＴＦＴと
を相補型に設けたＣＭＯＳ構造であるが、上記工程にお
いて、２つのＴＦＴを同時に作り、中央で切断すること
により、独立したＴＦＴを２つ同時に作製することも可
能である。

【０１４６】図11に、図10（Ｄ）を上面から見た概要を
示す。図11における符号は図10の符号に対応する。図11
に示すように結晶化の方向は矢印で示す方向であり、ソ
ース／ドレイン領域の方向（ソース領域とドレイン領域
を結んだ線方向）に結晶成長が行われている。この構成
のＴＦＴの動作時において、キャリアはソース／ドレイ
ン間を針状あるいは柱状に成長した結晶に沿って移動す
る。即ちキャリアは針状あるいは柱状の結晶の結晶粒界
に沿って移動する。従って、キャリアが移動する際に受
ける抵抗を低減することができ、高移動度を有するＴＦ
Ｔを得ることができる。

【０１４７】本実施例においては、Ｎｉを導入する方法
として、非晶質珪素膜３０４下の下地膜３０２上に選択
的にＮｉを薄膜（極めて薄いので、膜として観察するこ
とは困難である）として形成し、この部分から結晶成長
を行わす方法を採用したが、非晶質珪素膜３０４を形成
後に、選択的に珪化ニッケル膜を成膜する方法でもよ
い。即ち、結晶成長は非晶質珪素膜の上面から行っても
よいし、下面から行ってもよい。また、予め非晶質珪素
膜を成膜し、さらにイオンドーピング法を用いて、ニッ
ケルイオンをこの非晶質珪素膜３０４中に選択的に注入
する方法を採用してもよい。この場合は、ニッケル元素
の濃度を制御することができるという特徴を有する。ま
た非晶質珪素膜に対するニッケルの導入手段は、プラズ
マ処理やＣＶＤ法による方法でもよい。

【０１４８】〔実施例10〕本実施例は、アクティブ型の
液晶表示装置において、Ｎチャネル型ＴＦＴをスイッチ
ング素子として各画素に設けた例である。以下において
は、一つの画素について説明するが、他に多数（一般に
は数十万）の画素が同様な構造で形成される。また、Ｎ
チャネル型ではなくＰチャネル型でもよいことはいうま
でもない。また、液晶表示装置の画素部分に設けるので
はなく、周辺回路部分にも利用できる。また、イメージ
センサや他の装置に利用することができる。即ち薄膜ト
ランジタと利用するのであれば、特にその用途が限定さ
れるものではない。

【０１４９】本実施例の作製工程の概略を図12に示す。
本実施例において、基板４０１としてはコーニング７０
５９ガラス基板（厚さ１．１ｍｍ、３００×４００ｍ
ｍ）を使用した。まず、下地膜４０２（酸化珪素）をス
パッタリング法で２０００Åの厚さに形成する。この後
選択的にニッケルを導入するために、メタルマスクや酸
化珪素膜、またはフォトレジスト等により、マスク４０
３を形成する。そして、スパッタリング法により珪化ニ
ッケル膜を成膜する。この珪化ニッケル膜は、スパッタ
リング法によって、厚さ５〜２００Å、例えば２０Åの
厚さに形成する。この珪化ニッケル膜は、化学式ＮｉＳ
ｉ_x、０．４≦ｘ≦２．５、例えば、ｘ＝２．０で示さ
れる。このようにして、選択的に領域４０４に珪化ニッ
ケル膜が形成される。

【０１５０】この後、ＬＰＣＶＤ法もしくはプラズマＣ
ＶＤ法で非晶質珪素膜４０５を１０００Åの厚さに形成
し、４００℃で１時間脱水素化を行った後、加熱アニー
ルによって結晶化を行う。このアニール工程は、水素還
元雰囲気下（好ましくは、水素の分圧が０．１〜１気
圧）、５５０℃で４時間行った。またこの加熱アニール
工程を窒素等の不活性雰囲気中で行ってもよい。

【０１５１】このアニール工程において、非晶質珪素膜
４０５下の一部の領域には、珪化ニッケル膜が形成され
ているので、この部分から結晶化が起こる。この結晶化
の際、図12（Ｂ）の矢印で示すように、珪化ニッケルが
成膜されている部分４０４では、基板４０１に垂直方向
にシリコンの結晶成長が進行する。また、同様に矢印で
示されるように、珪化ニッケルが成膜されいていない領
域（領域４０４以外の領域）においては、基板に対し、
平行な方向に結晶成長が行われる。

【０１５２】こうして、結晶性珪素よりなる半導体膜４
０５を得ることができる。次に、上記半導体膜４０５を
パターニングして島状の半導体領域（ＴＦＴの活性層）
を形成する。この際、矢印の如く結晶成長した結晶の先
端部が活性層、特にチャネル形成領域に存在しないよう
にすることが重要である。具体的には、図12（Ｂ）の矢
印の先端部が結晶成長に終点（端部）である場合、ニッ
ケルが導入された４０４の部分とこの矢印の終点（図面
左端）の部分の結晶性珪素膜４０５をエッチングで除去
し、結晶性珪素膜４０５の基板に平行な方向に結晶成長
した中間部分を活性層として利用することが有用であ
る。これは、ニッケルが結晶成長先端部に集中している
事実を踏まえ、この先端部に集中したニッケルがＴＦＴ
の特性に悪影響を及ぼすことを防ぐためである。

【０１５３】さらにテトラ・エトキシ・シラン（ＴＥＯ
Ｓ）を原料として、酸素雰囲気中のプラズマＣＶＤ法に
よって、酸化珪素のゲイト絶縁膜（厚さ７０〜１２０ｎ
ｍ、典型的には１００ｎｍ）４０６を形成する。基板温
度はガラスの縮みやソリを防止するために４００℃以
下、好ましくは２００〜３５０℃とする。

【０１５４】次に、公知のシリコンを主成分とした膜を
ＣＶＤ法で形成し、パターニングを行うことによって、
ゲイト電極４０７を形成する。その後、Ｎ型の不純物と
して、リンをイオン注入法で注入し、自己整合的にソー
ス領域４０８、チャネル形成領域４０９、ドレイン領域
４１０を形成する。そして、ＫｒＦレーザー光を照射す
ることによって、イオン注入のために結晶性の劣化した
珪素膜の結晶性を改善させる。このときにはレーザー光
のエネルギー密度は２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ² とす
る。このレーザー照射によって、このＴＦＴのソース／
ドレインのシート抵抗は３００〜８００Ω／ｃｍ² とな
る。このアニール工程を、赤外線のランプアニールによ
って行うのは有用である。

【０１５５】その後、酸化珪素によって層間絶縁物４１
１を形成し、さらに、画素電極４１２をＩＴＯによって
形成する。そして、コンタクトホールを形成して、ＴＦ
Ｔのソース／ドレイン領域にクロム／アルミニウム多層
膜で電極４１３、４１４を形成し、このうち一方の電極
４１４はＩＴＯ４１２にも接続するようにする。最後
に、水素中で２００〜３００℃で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
を完成する。この工程は、同時に他の多数の画素領域に
おいても同時に行われる。

【０１５６】本実施例で作製したＴＦＴは、ソース領
域、チャネル形成領域、ドレイン領域を構成する活性層
として、キャリアの流れる方向に結晶成長させた結晶性
珪素膜を用いているので、結晶粒界をキャリアが横切る
ことがなく、即ちキャリアが針状あるいは柱状の結晶の
結晶粒界に沿って移動することになるから、キャリアの
移動度の高いＴＦＴを得ることができた。本実施例で作
製したＴＦＴはＮチャネル型であり、その移動度は、９
０〜１３０（ｃｍ² ／Ｖｓ）であった。従来の６００
℃、４８時間の熱アニールによる結晶化によって得られ
た結晶シリコン膜を用いたＮチャネル型ＴＦＴに移動
が、８０〜１００（ｃｍ² ／Ｖｓ）であったことと比較
すると、これはこれは大きな特性の向上である。

【０１５７】また上記の工程と同様な作製方法によっ
て、Ｐチャネル型ＴＦＴを作製し、その移動度を測定す
ると、５０〜８０（ｃｍ² ／Ｖｓ）であった。これも従
来の６００℃、４８時間の熱アニールによる結晶化によ
って得られた結晶性珪素膜を用いたＰチャネル型ＴＦＴ
に移動が、３０〜６０（ｃｍ² ／Ｖｓ）であったことに
比較すると大きな特性の向上である。

【０１５８】〔実施例11〕本実施例は、実施例10に示す
ＴＦＴにおいて、結晶の成長方向に大して垂直な方向に
ソース／ドレインを設けた例である。即ち、移動する方
向が結晶成長方向とは垂直になっており、針状あるいは
柱状の結晶の結晶粒界を横切るようにしてキャリアが移
動する構成とした例である。このような構成とすると、
ソース／ドレイン間の抵抗を高くすることができる。こ
れは、針状あるいは柱状に結晶成長した結晶の結晶粒界
を横切るようにキャリアが移動しなければならないため
である。本実施例の構成を実現するには、実施例10に示
す構成において、単にＴＦＴをどのような向きで設ける
かを設定すればよい。

【０１５９】〔実施例12〕本実施例は、実施例10に示す
構成において、ＴＦＴを設ける向き（ここではソース／
ドレイン領域を結ぶ線で定義する。即ち、キャリアの流
れる向きでＴＦＴの方向を決めることとする）を結晶性
珪素膜の基板表面に対する結晶成長方向と任意の角度で
設定することにより、ＴＦＴの特性を選択することを要
旨とする。

【０１６０】前述のように、結晶の成長方向にキャリア
を移動させる場合、キャリアは結晶粒界に沿って移動す
るので、その移動度を向上させることができる。一方、
結晶の成長方向に対して垂直な方向にキャリアを移動さ
せる場合には、キャリアが多数の粒界を横切らなければ
ならないので、キャリアの移動度は低下する。

【０１６１】そこで、この２つの状態の間で、即ち結晶
成長方向とキャリアの移動する方向との角度を０〜９０
°の範囲において設定することにより、キャリアの移動
度を制御することができる。また別な見方をするなら
ば、上記結晶成長方向とキャリアの移動する方向との角
度を設定することにより、ソース／ドレイン領域間の抵
抗を制御できることになる。勿論この構成は、図１１に
示す構成にも利用することができる。この場合、図１１
に示すスリット状のニッケル微量添加領域３００が０〜
９０°の範囲で回転し、矢印３０５で示す結晶の成長方
向と、ソース／ドレイン領域を結ぶ線との角度が０〜９
０°範囲で選択されることになる。そして、この角度
が、０°に近い場合は移動度が大きく、ソース／ドレイ
ン間の電気抵抗が小さい構成とすることができる。また
この角度が９０°に近い場合、移動度が小さく、ソース
／ドレイン間の抵抗が大きい構成とすることができる。

【０１６２】

【効果】基板上に設けられ、しかも基板表面に平行な方
向に結晶成長した結晶性を有する非単結晶珪素半導体膜
をＴＦＴに利用するに際して、ＴＦＴ内を移動するキャ
リアの流れの方向を結晶成長が行われた方向と合わせる
ことにより、キャリアの移動が針状または柱状に成長し
た結晶の結晶粒界に沿って（平行に）移動する構成とす
ることができ、高移動度を有するＴＦＴを得るこができ
る。

【０１６３】また、基板に平行な方向に結晶成長した先
端部には、結晶化を助長させるための金属元素が集中し
て存在しているので、この領域をさけてＴＦＴを形成す
ることにより、ＴＦＴの動作の安定性や信頼性を高める
ことができる。さらに、触媒元素を導入して低温で短時
間で結晶化させ、さらにレーザー光または強光を照射し
た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】結晶性珪素膜における配向性の触媒元素濃度
依存性を示す。

【図２】結晶化機構を説明するモデル図である。

【図３】実施例の作製工程を示す。

【図４】結晶性珪素膜のＸ線回折の結果を示す。

【図５】実施例の作製工程を示す。

【図６】結晶性珪素膜のＸ線回折の結果を示す。

【図７】実施例の作製工程を示す。

【図８】実施例の作製工程を示す。

【図９】結晶性珪素膜の膜厚と配向性の関係を示す。

【図10】実施例の作製工程を示す。

【図11】実施例の概要を示す。

【図12】実施例の作製工程を示す。

【図13】珪素膜の結晶構造を示す写真である。

【図14】珪素膜の結晶構造を示す写真である。

【図15】珪素膜の結晶構造を示す写真である。

【図16】珪素膜の結晶方位を示した模式図である。

【図17】珪素膜中のニッケルの濃度を示す。

【図18】珪素薄膜の状態を示す写真である。

【図19】珪素膜の結晶化機構を示した模式図である。

【符号の説明】

１１・・・・ガラス基板１２・・・・非晶質珪素膜２０・・・・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２２・・・・縦成長部分２３・・・・横成長部分１３・・・・酸化珪素膜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１１４・・・チャネル形成領域２０１・・・ガラス基板２０２・・・下地膜２０３・・・珪素膜２０５・・・マスク用酸化珪素膜２０６・・・開孔部分２０７・・・ニッケルを含有した酢酸溶液膜２０８・・・活性層２０９・・・酸化珪素膜２１０・・・ゲイト電極２１１・・・酸化物２１２・・・Ｎ型の不純物領域２１３・・・Ｎ型の不純物領域２１４・・・酸化珪素膜（層間絶縁物）２１５・・・層間絶縁物２１７・・・電極・配線２１８・・・電極・配線３０１ガラス基板３０２下地膜（酸化珪素膜）３０３マスク３０４珪素膜３０５結晶化の方向３０６ゲイト絶縁膜３０７ゲイト電極３０８陽極酸化層３０９ゲイト電極３１０陽極酸化層３１１ソース／ドレイン領域３１２チャネル形成領域３１３ドレイン／ソース領域３１４ソース／ドレイン領域３１５チャネル形成領域３１６ドレイン／ソース領域３１７電極３１８層間絶縁物３２０電極３１９電極４０１ガラス基板４０２下地膜（酸化珪素膜）４０３マスク４０４ニッケル微量添加領域４０５珪素膜４０６ゲイト絶縁膜４０７ゲイト電極４０８ソース／ドレイン領域４０９チャネル形成領域４１０ドレイン／ソース領域４１１層間絶縁物４１３電極４１４電極４１２ＩＴＯ（画素電極）５０１結晶成長面５０２結晶性珪素５０３非晶質珪素５０４見掛け上の結晶成長方向５０５見掛け上の結晶成長方向５０６結晶成長面

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 27/12 Ｒ (72)発明者高山徹神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者竹村保彦神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者宮永昭治神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に設けられた結晶性を有する非単
結晶珪素半導体膜を用いた半導体装置であって、結晶成長面は概略（１１１）面であることを特徴とする
半導体装置。
【請求項２】基板上に設けられた結晶性を有する非単
結晶珪素半導体膜を用いた半導体装置であって、前記結晶性を有する非単結晶珪素半導体膜中には触媒金
属が含有されており、結晶成長面は概略（１１１）面であることを特徴とする
半導体装置。
【請求項３】請求項２において、触媒元素として、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａ
ｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、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。
【請求項４】請求項２において、触媒元素は珪素に対して侵入型の元素であることを特徴
とする半導体装置。
【請求項５】請求項２において、触媒元素の濃度が、１×１０¹⁶atoms ｃｍ^-3〜１×１０
¹⁹atoms ｃｍ^-3であることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】基板上に設けられた結晶性を有する非単
結晶珪素半導体膜を用いた半導体装置であって、前記半導体膜は基板表面に概略平行な方向に結晶成長し
ており、前記結晶成長方向は概略〈１１１〉軸の方向に一致し、前記結晶成長方向と前記半導体装置におけるキャリアが
移動する方向とを概略一致せしめたことを特徴とする半
導体装置。
【請求項７】基板上に設けられた結晶性を有する非単
結晶珪素半導体膜を用いた半導体装置であって、前記半導体膜は基板表面に概略平行な方向に沿って結晶
粒界を有し、前記結晶粒界に沿った方向と前記半導体装置におけるキ
ャリアが移動する方向とを概略一致せしめたことを特徴
とする半導体装置。
【請求項８】基板上に設けられた結晶性を有する非単
結晶珪素半導体膜を用いた半導体装置であって、前記半導体膜は基板表面に概略平行な方向に結晶成長し
ており、前記結晶成長方向は他の方向に対して高い導電率を有
し、前記結晶成長方向と前記半導体装置におけるキャリアが
移動する方向とを概略一致せしめたことを特徴とする半
導体装置。
【請求項９】基板上に設けられた結晶性を有する非単
結晶珪素半導体膜を用いた薄膜トランジスタであって、前記半導体膜は基板表面に概略平行な方向に結晶成長し
ており、前記結晶成長方向と前記薄膜トランジタのチャネルにお
いて流れるキャリアの方向とを概略一致せしめたことを
特徴とする半導体装置。
【請求項１０】基板上に設けられた結晶性を有する非
単結晶珪素半導体膜を用いた薄膜トランジスタであっ
て、前記半導体膜は基板表面に概略平行な方向に結晶成長し
ており、かつ前記結晶成長方向は概略〈１１１〉軸方向
を有し、前記結晶成長方向と前記薄膜トランジタのチャネルにお
いて流れるキャリアの方向とを概略一致せしめたことを
特徴とする半導体装置。
【請求項１１】基板上に設けられた結晶性を有する非
単結晶珪素半導体膜を用いた半導体装置であって、前記半導体膜は基板表面に概略平行な方向に結晶成長し
ており、半導体装置は、前記基板表面に概略平行な方向に結晶成
長した結晶性珪素膜の結晶成長の中間領域に形成されて
おり、前記結晶成長方向と前記半導体装置におけるキャリアが
移動する方向とを概略一致せしめたことを特徴とする半
導体装置。
【請求項１２】非晶質珪素膜の一方の面に結晶化を助
長する触媒元素を導入する工程と、加熱処理を施し前記非晶質珪素膜の一部または全部を結
晶化させる工程と、前記一部または全部が結晶化した珪素膜にレーザー光ま
たは強光を照射する工程とを有する半導体装置作製方法
であって、前記加熱による結晶化の割合と前記レーザー光または強
光の照射による結晶化の割合を制御することにより、前
記珪素膜の配向性を制御することを特徴とする半導体装
置作製方法。
【請求項１３】非晶質珪素膜の一方の面に結晶化を助
長する触媒元素を導入する工程と、加熱処理を施し前記非晶質珪素膜の一部または全部を結
晶化させる工程と、前記一部または全部が結晶化した珪素膜にレーザー光ま
たは強光を照射する工程とを有する半導体装置作製方法
であって、前記加熱による結晶化の割合と前記レーザー光または強
光の照射による結晶化の割合を制御することにより、前
記珪素膜の配向性を制御し、前記加熱による結晶化の割合の制御は、前記触媒元素の
導入量によって行なわれることを特徴とする半導体装置
作製方法。
【請求項１４】非晶質珪素膜の一方の面に結晶化を助
長する触媒元素を導入する工程と、加熱処理を施し前記非晶質珪素膜の一部または全部を結
晶化させる工程と、前記一部または全部が結晶化した珪素膜にレーザー光ま
たは強光を照射する工程とを有する半導体装置作製方法
であって、前記加熱による結晶化の割合と前記レーザー光または強
光の照射による結晶化の割合を制御することにより、前
記珪素膜の配向性を制御し、前記加熱による結晶化の割合の制御は、前記加熱の温度
および／または時間によって行なわれることを特徴とす
る半導体装置作製方法。
【請求項１５】非晶質珪素膜の一方の面に結晶化を助
長する触媒元素を導入する工程と、加熱処理を施し前記非晶質珪素膜の一部または全部を結
晶化させる工程と、前記一部または全部が結晶化した珪素膜にレーザー光ま
たは強光を照射する工程とを有する半導体装置作製方法
であって、前記加熱による結晶化の割合と前記レーザー光または強
光の照射による結晶化の割合を制御することにより、前
記珪素膜の配向性を制御し、前記レーザー光または強光による結晶化の割合の制御
は、前記レーザー光または強光の照射強度および／また
は照射時間によって行なわれることを特徴とする半導体
装置作製方法。
【請求項１６】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素
膜の結晶化を助長する触媒元素を導入する工程と、前記触媒元素が導入された基板上に非晶質珪素膜を形成
する工程と、加熱処理を施し前記非晶質珪素膜の一部または全部を結
晶化させる工程と、レーザー光または強光を照射し、結晶性珪素膜を得る工
程とを有し、前記結晶性珪素膜は概略（１１１）配向を有することを
特徴とする半導体装置装置作製方法。
【請求項１７】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素
膜を形成する工程と、前記非晶質珪素膜の一方の面の一部の領域に結晶化を助
長する触媒元素を導入する工程と、加熱処理を施し、前記触媒元素が導入された領域から前
記基板に平行な方向に結晶成長を行なわす工程と、前記結晶成長がなされた珪素膜にレーザー光または強光
を照射する工程と、を有し、前記非晶質珪素膜の膜厚を制御することにより、珪素膜
の配向性を制御することを特徴とする半導体装置作製方
法。
【請求項１８】非晶質珪素膜の一方の面に結晶化を助
長する触媒元素を導入する工程と、加熱処理を施し前記非晶質珪素膜の一部または全部を結
晶化させる工程と、前記一部または全部が結晶化した珪素膜にレーザー光ま
たは強光を照射する工程とを有する半導体作製方法であ
って、前記珪素膜の粒径は、前記結晶性を助長する触媒元素の
導入量および／または加熱処理の温度を制御することに
より制御されることを特徴とする半導体装置作製方法。
【請求項１９】非晶質珪素膜の一方の面に結晶化を助
長する触媒元素を導入する工程と、加熱処理を施し前記非晶質珪素膜の一部または全部を結
晶化させる工程と、前記一部または全部が結晶化した珪素膜にレーザー光ま
たは強光を照射する工程とを有する半導体装置作製方法
であって、前記珪素膜の粒径は、前記結晶性を助長する触媒元素の
導入量および／または加熱処理の時間を制御することに
より制御されることを特徴とする半導体装置作製方法。
【請求項２０】請求項１２乃至請求項１９において、触媒元素として、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａ
ｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、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。
【請求項２１】請求項１２乃至請求項１９において、触媒元素として珪素に対して侵入型の元素を用いること
を特徴とする半導体装置作製方法。
【請求項２２】請求項１２乃至請求項１９において、触媒元素の濃度が、１×１０¹⁶atoms ｃｍ^-3〜１×１０
¹⁹atoms ｃｍ^-3であることを特徴とする半導体装置作製
方法。
【請求項２３】絶縁表面を有する基板上に形成された
結晶性珪素膜であって、前記結晶性珪素膜は、前記基
板との界面に導入された結晶化を助長する触媒元素から
結晶成長しており、前記結晶性珪素膜は、概略（１１１）配向していること
を特徴とする半導体。
【請求項２４】結晶性珪素膜を有する半導体装置であ
って、前記珪素膜は、（１１１）配向比率が０・３３〜１であ
り、前記珪素膜中には、結晶化を助長する触媒元素が添加さ
れていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２５】絶縁表面を有する基板上に形成された
結晶性珪素膜を有する半導体装置であって、前記結晶性珪素膜は基板に平行な方向に結晶成長した部
分を有し、前記結晶成長した部分は、（１１１）配向比率が０．６
７〜１であり、前記結晶性珪素膜中には、結晶化を助長する触媒元素が
添加されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２６】絶縁表面を有する基板上に形成された
結晶性珪素膜を有する半導体装置であって、前記結晶性珪素膜は基板に平行な方向に結晶成長した部
分を有し、前記結晶成長した部分は、（１１１）配向比率が０．７
２〜１であり、前記結晶性珪素膜の膜厚は、８００Å以下であり、前記結晶性珪素膜中には、結晶化を助長する触媒元素が
添加されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２７】結晶化を助長する触媒元素が導入され
た結晶性珪素膜を有した半導体装置であって、前記結晶性珪素膜の粒径は、前記結晶性を助長する触媒
元素の導入量によって制御されていることを特徴とする
半導体装置。
【請求項２８】請求項２３乃至請求項２７において、触媒元素として、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａ
ｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、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。
【請求項２９】請求項２３乃至請求項２７において、触媒元素として珪素に対して侵入型の元素が用いられる
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３０】請求項２３乃至請求項２７において、触媒元素の濃度が、１×１０¹⁶atoms ｃｍ^-3〜１×１０
¹⁹atoms ｃｍ^-3であることを特徴とする半導体装置。