JPH08204208A

JPH08204208A - 結晶性シリコン半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH08204208A
Application number: JP3296995A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Naoto Kusumoto; 直人楠本; Hideto Onuma; 英人大沼; Yasuhiko Takemura; 保彦竹村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1995-01-30
Filing date: 1995-01-30
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】粒界を有する結晶性シリコンに１×１０¹⁵〜
１×１０¹⁸原子／ｃｍ³の低濃度のＮ型もしくはＰ型不
純物をドーピングし、シリコンの導電型を制御する方法
を提供する。【構成】粒界を有する結晶性シリコンに、Ｎ型もしく
はＰ型不純物元素を有するイオンを加速して、１×１０
¹⁵〜１×１０¹⁸原子／ｃｍ³の濃度にドーピングしたの
ち、レーザー光等のパルス状の強光を照射することによ
り、活性化をおこなう。もしくは、ドーピング時に基板
を１００〜４００℃に加熱しておくと、その後の活性化
工程は不要である。かくして、ドーピングされた不純物
が優先的に粒界に析出することがなく、不純物の活性化
率を向上せしめることが可能であり、特に絶縁ゲイト型
電界効果半導体素子（例えば、ＴＦＴのチャネル）の導
電型を微妙に制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非単結晶の結晶性シリ
コン膜を有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の絶縁ゲ
イト型半導体素子その他の半導体装置の作製方法の、特
に、しきい値電圧を制御するためのドーピング方法に関
するものである。本発明はガラス等の絶縁基板上、単結
晶シリコン等の半導体基板上、いずれに形成される半導
体装置にも適用される。

【０００２】

【従来の技術】最近、絶縁基板上に、薄膜状の活性層
（活性領域ともいう）を有する絶縁ゲイト型の半導体装
置の研究がなされている。特に、薄膜状の絶縁ゲイトト
ランジスタ、いわゆる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が熱
心に研究されている。これらは、利用する半導体の材料
・結晶状態によって、アモルファスシリコンＴＦＴや結
晶性シリコンＴＦＴというように区別されている。結晶
性シリコンとは言っても、単結晶ではない非単結晶のも
のである。したがって、これらは非単結晶シリコンＴＦ
Ｔと総称される。

【０００３】一般にアモルファス状態の半導体の電界移
動度は小さく、したがって、高速動作が要求されるＴＦ
Ｔには利用できない。また、アモルファスシリコンで
は、Ｐ型の電界移動度は著しく小さいので、Ｐチャネル
型のＴＦＴ（ＰＭＯＳのＴＦＴ）を作製することができ
ず、したがって、Ｎチャネル型ＴＦＴ（ＮＭＯＳのＴＦ
Ｔ）と組み合わせて、相補型のＭＯＳ回路（ＣＭＯＳ）
を形成することができない。

【０００４】一方、結晶性半導体は、アモルファス半導
体よりも電界移動度が大きく、したがって、高速動作が
可能である。結晶性シリコンでは、ＮＭＯＳのＴＦＴだ
けでなく、ＰＭＯＳのＴＦＴも同様に得られるのでＣＭ
ＯＳ回路を形成することが可能である。

【０００５】非単結晶の結晶性シリコン膜は、気相成長
法によって得られたアモルファスシリコン膜を長時間適
切な温度（通常は６００℃以上）で熱アニールするか、
レーザー等の強光を照射すること（光アニール法）によ
って得られた。熱アニールによる方法に関しては、特開
平６−２４４１０４に記述されるように、ニッケル、
鉄、コバルト、白金、パラジウム等の元素（以下、結晶
化触媒元素、または、単に、触媒元素、という）がアモ
ルファスシリコンの結晶化を促進する効果を利用するこ
とにより、通常の場合よりも低温・短時間の熱アニール
により結晶性シリコン膜を得ることができる。

【０００６】同様な技術は、他に、特開平６−３１８７
０１、同６−３３３９５１等に開示されている。なお、
このような結晶化触媒元素を有するシリコン膜において
は、その後にイオンドーピング法等の手段によってＮ型
やＰ型の不純物イオンを照射・注入することにより、ソ
ース／ドレイン等の不純物領域を形成した後の不純物元
素の活性化も、従来に比較して低温の熱アニールによっ
ておこなうことができることが明らかになった（特開
平６−２６７９８０、同６−２６７９８９）。このよう
な目的には、触媒元素の濃度は１×１０¹⁵〜１×１０¹⁹
原子／ｃｍ³が好ましかった。

【０００７】この範囲に達しない低濃度では、結晶化が
促進されず、また、この範囲を越える高濃度ではシリコ
ン半導体特性に悪影響をもたらした。なお、この場合の
触媒元素の濃度は、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）
によって、分析された値であり、多くの場合、触媒元素
は膜中において分布を示すが、上記の値はシリコン膜に
おける触媒元素の最低値を意味する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、結晶性
シリコンを用いて作製された半導体装置においては、し
きい値電圧がシフトすることが多く観察された。大抵は
負の方向にシフトするものであったが、正の方向にシフ
トすることもあった。また、ゲイト絶縁膜として、テト
ラ・エトキシ・シラン（ＴＥＯＳ、化学式Ｓｉ（ＯＣ₂
Ｈ₅））を用いてプラズマＣＶＤ法等の気相成長法によ
って成膜された被膜を用いたものでは、ほとんどが負の
方向にシフトした。さらに、触媒元素を用いて得られた
結晶性シリコン膜においてもしきい値の負へのシフトが
観察された。

【０００９】このような現象は、シリコン膜とゲイト絶
縁膜の間に存在する欠陥やゲイト絶縁膜中の不純物（炭
素、窒素等）や局在中心等に由来するものと推定され
た。従来の半導体集積回路技術においては、半導体中に
極めて微量のＮ型もしくはＰ型の不純物をドーピングす
ることにより、そのしきい値電圧を制御することが知ら
れていた。したがって、結晶性シリコンを用いた半導体
装置においても同様な技術を適用することが可能である
と考えられて、試みられてきたが、ほとんど改善される
ことはなかった。

【００１０】すなわち、従来の半導体集積回路技術にお
いては、必要とする量のＮ型もしくはＰ型不純物を有す
るイオンを加速して、半導体に注入し、その後、熱アニ
ール（５００℃以上、通常は、１０００℃程度）によっ
て結晶性を回復させるとともに、注入された不純物の活
性化をおこなっていた。しかしながら、同様な方法を結
晶性シリコン膜に適用すると、不純物の濃度が１×１０
¹⁸原子／ｃｍ³以下では全くしきい値が変動せず、１×
１０¹⁸原子／ｃｍ³を境として急激にしきい値が変動
し、実質的にＮ型もしくはＰ型となってしまい、これを
ＴＦＴ等のチャネルに用いることは不可能であった。

【００１１】また、アモルファスシリコンにおいては、
成膜時にＮ型もしくはＰ型不純物を微量添加することに
より、しきい値の制御ができることが知られていた。そ
こで、同様に微量の不純物を添加したアモルファスシリ
コン膜を用いて結晶性シリコン膜を作製することも試み
られた。しかしながら、この場合も同様に、不純物の濃
度が１×１０¹⁸原子／ｃｍ³以下では全くしきい値が変
動せず、１×１０¹⁸原子／ｃｍ³を境として急激にしき
い値が変動し、中間的なしきい値を得ることはできなか
った。

【００１２】以上の現象は、従来の半導体集積回路技術
やアモルファスシリコン技術において観察されたよう
な、１×１０¹⁵〜１×１０¹⁸原子／ｃｍ³の範囲の濃度
の不純物添加によって、しきい値が連続的に緩やかに変
動する現象とは全く異なった現象であり、この現象が存
在するがゆえに結晶性シリコンにおいて、しきい値制御
をおこなうことは不可能であると考えられていた。本発
明はこのような問題点を鑑みてなされたものであり、結
晶性シリコン膜を用いた半導体装置におけるしきい値制
御法を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の第１は、結晶性
シリコン膜に必要とするＮ型もしくはＰ型の不純物を有
するイオンを公知のイオン注入法もしくはイオンドーピ
ング（プラズマドーピングともいう）法によって注入し
たのち、レーザー光もしくは同等な強光を照射すること
により、シリコン膜の結晶性の改善と不純物の活性化を
おこない、かつ、その後の工程においては、シリコン膜
を４５０℃以上の温度で熱アニールしないことを特徴と
する。

【００１４】本発明の第２は、基板を１００〜４００
℃、好ましくは２００〜３５０℃に加熱した状態で、結
晶性シリコン膜に必要とするＮ型もしくはＰ型の不純物
を有するイオンをイオンドーピング法によって注入し、
かつ、その後の工程においては、シリコン膜を４５０℃
以上の温度で熱アニールしないことを特徴とする。

【００１５】上記の本発明の第１および第２において用
いられる結晶性シリコン膜は、熱アニール法によるもの
でも、光アニール法によるものでもよい。熱アニールと
光アニールを併用してもよい。また、ニッケル、白金、
コバルト、鉄、パラジウム等の触媒元素を用いてもよ
い。

【００１６】また、上記の本発明第１および第２におい
ては、その後、水素もしくはハロゲン雰囲気でアニール
するとより効果が増進された。本発明の第１、第２と
も、シリコン膜中に注入される不純物濃度は１×１０¹⁵
〜１×１０¹⁸原子／ｃｍ³である。以上を踏まえると、
本発明の可能な組合せとしていくつか考えられる。第１
は熱アニール工程の後に、本発明の第１もしくは第２を
実施する場合である。第２は光アニール工程の後に、本
発明の第１もしくは第２を実施する場合であり、最初の
光アニールの強度に比較して、その後の光アニールの強
度を強くする。

【００１７】第３は光アニール工程の後に、本発明の第
１もしくは第２を実施する場合であり、最初の光アニー
ルの強度に比較して、その後の光アニールの強度を不純
物イオン照射にともなうダメージを除去する程度の弱い
ものとする。本発明は基板全面において実施してもよい
し、例えば、Ｎチャネル型ＴＦＴのみにおいて、もしく
は特定の回路のみにおいて、選択的に実施してもよい。

【００１８】

【作用】従来、試みられた２つの方法では、いずれもＮ
型やＰ型不純物導入の後にシリコン膜の結晶化をおこな
う過程が存在する。本発明人の研究によれば、この際に
導入された不純物が移動し、粒界に選択的に析出するこ
とがわかった。これは材料が均質な単結晶やアモルファ
スでは想定できないことである。このため、均質に導入
されたはずの不純物が、粒界では多いものの、結晶の中
央部においては少ないという不均一性が生じる。特に、
硼素はシリコン結晶中よりも酸化珪素等に拡散しやす
く、したがって、シリコン結晶から外部に掃きだされ、
粒界に析出する傾向が強かった。

【００１９】欠陥の多い粒界に析出した不純物は主とし
て欠陥の不対結合手を埋めるために用いられ、極めて活
性化率が低い。結晶性シリコンにおける欠陥密度は１×
１０¹⁸原子／ｃｍ³程度と推定されるので、不純物の濃
度が１×１０¹⁸原子／ｃｍ³程度までは、導入された不
純物は主として粒界に吸収され、ほとんど活性化できな
い。したがって、結晶性シリコンのしきい値はほとんど
変化しない。

【００２０】一方、１×１０¹⁸原子／ｃｍ³程度以上の
濃度の不純物が導入されると、不純物が粒界で全て吸収
されることはなく、余った不純物がシリコン結晶内で活
性化して、導電性を付与する。しかしながら、どの程度
の濃度の不純物が活性化するかはシリコン膜内において
も極めて、不均一であり、結局、微妙なしきい値制御は
不可能である。

【００２１】以上から明らかになったことは、不純物導
入後、熱アニールをおこなってはならないということで
あった。本発明人の研究の結果、４５０℃以上の温度で
の熱アニールを施すと、不純物元素が移動し、上記の現
象が生じることとなる。このため、本発明では、不純物
を導入した後、４５０℃以上の温度の熱アニールをおこ
なってはならない。不純物導入に伴う結晶性の回復に
は、パルス光源による光アニール法を用いることが本発
明の第１の特徴である。本発明人の研究の結果、パルス
幅は１μ秒以下であることが好ましかった。１μ秒以上
のパルス幅を有する光を照射すると、光の強度にも依存
するが、不純物元素が移動する。１μ秒以下のパルス幅
では、不純物元素の移動を十分に抑制できた。

【００２２】このように本発明の第１では、不純物イオ
ンの照射とレーザー光等の照射を連続的におこなう必要
がある。例えば、特開平６−２６０４３６の図１に示さ
れるようなイオンドーピング装置のチャンバーとレーザ
ー処理のチャンバーとを一体化したマルチチャンバー装
置を用いれば量産性を高めることができる。

【００２３】一般にイオン注入法では結晶が相当なダメ
ージを受け、熱アニールによる結晶性の回復が必要とさ
れている。しかしながら、特殊な方法によっては、ほと
んど結晶性にダメージを与えることがなく、したがっ
て、熱アニールはおろか、光アニールも必要でない場合
がある。

【００２４】例えば、イオンドーピング工程において、
基板を２００℃に加熱しておこなうと、その後に熱アニ
ール等による活性化が不要であるという報告がある
（Ｙ．Ｍｉｓｈｉｍａ他：Ｊ．Ａｐｐｌ，Ｐｈｙｓ．７
４（１９３）７１１４）。

【００２５】本発明人はこの研究を詳細に検討した結
果、イオン照射による欠陥はただちに（その場で）修復
されるため、イオンドーピング後に欠陥が残らないこと
を見出した。さらに、本発明人は、温度範囲についても
考察を進め、基板を１００〜４００℃、好ましくは２０
０〜３５０℃として、イオンドーピングをおこなうと、
欠陥が生じないことを見出した。不純物イオンに加え
て、水素もしくはハロゲンのイオンも照射すると、より
活性化を効果的におこなうことができる。

【００２６】また、基板の加熱は不純物イオンを照射し
ている最中におこなってもよいが、直前まて加熱して、
不純物イオン照射時には、意図的には加熱しなくても良
い。この場合には、時間の経過とともに基板温度が低下
するが、断熱を十分におこなうことにより、通常のドー
ピング作業の間、１００〜４００℃の温度を保持でき
る。

【００２７】このような方式のドーピング装置では、基
板を加熱する手段を有するチャンバーと実効的に基板を
加熱する手段を有しないチャンバーという少なくとも２
つのチャンバーが必要である。このようなドーピング装
置の概念図を図５に示す。ドーピング装置は大きく３つ
のチャンバーにより構成されている。すなわち、第１の
予備室（基板投入室）５０１、ドーピング室５０２、第
２の予備室（基板取り出し室）５０３である。いずれの
チャンバーも内部の圧力を適切なものとするための機構
が設けられている。

【００２８】第１の予備室５０１には、ヒーターを有す
るサセプター５０４を設け、これによって、基板５０５
を適切な温度に加熱する。ドーピング室５０２は、通常
のイオンドーピング装置と同じであり、ドーピングガス
導入系５１０、排気系５１１、基板ホルダー５０６、プ
ラズマ室５０８、加速等のための制御電極５０９が設け
られる。基板５０７はホルダー５０６上に設置される。
第２の予備室人５０３からは処理した基板５１２を取り
出す。

【００２９】第１の予備室５０１において、基板の投入
と取り出しを兼務させれば、第２の予備室５０３は設け
なくても構わない。第１の予備室では基板は適当な温度
に加熱される。重要なことは、第１の温度で加熱される
温度ではなくて、ドーピング室において、ドーピングの
際に基板が加熱されていること、特にドーピングされる
半導体領域において、１００〜４００℃、好ましくは２
００〜３５０℃を示すことである。

【００３０】このように、本発明ではイオン照射によっ
て、シリコン膜中に欠陥や歪みが生じることがなく、Ｍ
ｉｓｈｉｍａ他の開示するとおり、ドーピング工程後の
熱アニールによる活性化工程が不要もしくは極めて短時
間で済むので、量産性を高めることができる。

【００３１】

【実施例】

〔実施例１〕図７、図８を用いて本実施例を説明す
る。まず、コーニング社製７０５９番ガラス基板上に厚
さ２０００Åの下地酸化珪素膜と、その上に厚さ５００
Åのアモルファスシリコン膜をプラズマＣＶＤ法により
連続的に成膜した。そして、１０ｐｐｍの酢酸ニッケル
水溶液をシリコン表面に塗布し、酢酸ニッケル層を形成
した。酢酸ニッケル水溶液には界面活性剤を添加してお
くと良かった。酢酸ニッケル層は極めて薄いので、膜状
となっているとは限らないが、以後の工程における問題
はない。

【００３２】そして、５５０℃で４時間熱アニールする
ことにより、シリコン膜を結晶化せしめた。この場合、
ニッケルがアモルファスシリコンの結晶化を促進させる
触媒元素として機能する。詳細については特開平６−２
４４１０４に記述されている。触媒元素の濃度は、１×
１０¹⁵〜１×１０¹⁹原子／ｃｍ³であると好ましかっ
た。１×１０¹⁹原子／ｃｍ³以上の高濃度ではシリコン
に金属的性質がもたらされ、半導体特性が消滅してしま
った。本実施例では、触媒元素の濃度は、２次イオン質
量分析法（ＳＩＭＳ）によって分析したところ、シリコ
ン膜における最小値は１×１０¹⁷〜５×１０¹⁸原子／ｃ
ｍ³であった。

【００３３】このようにして、結晶化したシリコン膜が
得られたのであるが、さらに結晶性を高めるためにＫｒ
Ｆエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅３０
ｎｓｅｃ）を照射した。レーザーのエネルギー密度は１
５０〜２５０ｍＪ／ｃｍ²、例えば、２２０ｍＪ／ｃｍ
²とし、１か所につき、２〜２０ショットのレーザー光
が照射されるようにした。また、レーザー照射時の基板
温度は２００℃とした。

【００３４】その後、厚さ１２００Åの酸化珪素膜をプ
ラズマＣＶＤ法によって堆積した。この酸化珪素膜保護
膜として機能する（図７右図参照）。この状態で硼素を
イオンドーピング法によって導入した。ドーピングガス
としては、水素で希釈した５％ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）と
し、加速電圧は３０ｋＶとした。ドーズ量は６×１０¹²
〜２×１０¹⁴原子／ｃｍ²まで変化させた。

【００３５】イオンドーピング法によって硼素を導入し
た場合（加速電圧３０ｋＶ）の典型的な濃度プロファイ
ルの概念図を図７に示す。すなわち、硼素は表面近傍に
ピークを有するが、さらに深いところにも肩（ショルダ
ー）を有する。前者は硼素原子２個からなる分子を主と
する重いイオン種（例えば、Ｂ₂Ｈ₅ ⁺等）に由来るも
のであり、後者は硼素原子１個を主とする軽いイオン種
（例えば、ＢＨ₂ ⁺等）に由来するものであると考えら
れる。

【００３６】いずれにせよ、硼素濃度分布に肩が存在す
ることにより、この部分の濃度の変化は緩やかである。
本実施例ではこの領域の硼素を用いて低濃度ドーピング
をおこなった。図７にも示されるように、高濃度の硼素
領域は主として保護の酸化珪素膜に存在し、シリコン膜
では、それより濃度の低い肩の領域となる。

【００３７】ドーピング工程の終了後、保護酸化珪素膜
を除去し、再び、ＫｒＦエキシマーレーザーを照射し
て、活性化せしめた。このときのレーザーのエネルギー
密度は２５０〜４００ｍＪ／ｃｍ²、例えば、３７０ｍ
Ｊ／ｃｍ²とし、１か所につき、２〜２０ショットのレ
ーザー光が照射されるようにした。また、基板温度は２
００℃とした。

【００３８】このようにして作製した結晶性シリコン膜
の光学物性を測定し、活性化エネルギーとドーズ量の依
存性を調べたところ、図８の関係が得られた。ドーズ量
の増加とともに活性化エネルギーが増加するものの、ド
ーズ量３×１０¹⁷原子／ｃｍ²あたりでピークとなり、
以後、活性化エネルギーが減少することは、当初、弱い
Ｎ型であったシリコン膜がドーズ量３×１０¹⁷原子／ｃ
ｍ²あたりで実質的に真性となり、その後、徐々にＰ型
に移行したためと説明できる。

【００３９】〔実施例２〕実施例１と同様にガラス基
板上に厚さ２０００Åの下地酸化珪素膜と、その上に厚
さ５００Åのアモルファスシリコン膜をプラズマＣＶＤ
法により連続的に成膜した。そして、６００℃で２４時
間の熱アニールをおこない、シリコン膜を結晶化させ
た。その後、厚さ１２００Åの保護の酸化珪素膜をプラ
ズマＣＶＤ法によって堆積した。

【００４０】この状態で硼素をイオンドーピング法によ
って導入した。ドーピングガスとしては、水素で希釈し
た５％ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）とし、加速電圧は３０ｋＶ
とした。ドーズ量は６×１０¹²〜２×１０¹⁴原子／ｃｍ
²まで変化させた。ドーピング工程の終了後、保護酸化
珪素膜を除去し、ＫｒＦエキシマーレーザーを照射し
て、活性化せしめた。このときのレーザーのエネルギー
密度は２５０〜５００ｍＪ／ｃｍ²、例えば、４００ｍ
Ｊ／ｃｍ²とし、１か所につき、２〜２０ショットのレ
ーザー光が照射されるようにした。また、基板温度は室
温とした。

【００４１】このようにして作製した結晶性シリコン膜
の光学物性を測定し、活性化エネルギーとドーズ量の依
存性を調べたところ、実施例と同様な関係が得られ当
初、弱いＮ型であったシリコン膜がドーズ量の増加とと
もに、真性となり、その後、Ｐ型に移行したことが示さ
れた。

【００４２】〔実施例３〕実施例１と同様にガラス基
板上に厚さ２０００Åの下地酸化珪素膜と、その上に厚
さ５００Åのアモルファスシリコン膜をプラズマＣＶＤ
法により連続的に成膜した。そして、実施例１と同様に
酢酸ニッケル層を形成し、５５０℃で４時間の熱アニー
ルをおこない、シリコン膜を結晶化させた。その後、厚
さ１２００Åの保護の酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法に
よって堆積した。

【００４３】この状態で硼素をイオンドーピング法によ
って導入した。ドーピングガスとしては、水素で希釈し
た５％ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）とし、加速電圧は３０ｋＶ
とした。ドーズ量は６×１０¹²〜２×１０¹⁴原子／ｃｍ
²まで変化させた。ドーピングの際には、基板を１００
〜４００℃、例えば、２５０℃に保持した。このように
して作製した結晶性シリコン膜の光学物性を測定し、活
性化エネルギーとドーズ量の依存性を調べたところ、実
施例と同様な関係が得られ当初、弱いＮ型であったシリ
コン膜がドーズ量の増加とともに、真性となり、その
後、Ｐ型に移行したことが示された。

【００４４】また、本実施例において、ドーピング工程
の後、保護酸化珪素膜を除去し、ＫｒＦエキシマーレー
ザーを照射した場合でも、同様な特性が得られた。この
場合はレーザーのエネルギー密度は１５０〜２５０ｍＪ
／ｃｍ²とすると良かった。また、基板温度は室温とす
るとよかった。

【００４５】〔実施例４〕実施例１と同様にガラス基
板上に厚さ２０００Åの下地酸化珪素膜と、その上に厚
さ５００Åのアモルファスシリコン膜をプラズマＣＶＤ
法により連続的に成膜した。そして、ＫｒＦエキマーレ
ーザーを照射することにより、シリコン膜を結晶化させ
た。エネルギー密度は４５０〜６００ｍＪ／ｃｍ²とす
ると良かった。また、基板温度は３５０℃とするとよか
った。その後、厚さ１２００Åの保護の酸化珪素膜をプ
ラズマＣＶＤ法によって堆積した。

【００４６】この状態で硼素をイオンドーピング法によ
って導入した。ドーピングガスとしては、水素で希釈し
た５％ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）とし、加速電圧は３０ｋＶ
とした。ドーズ量は６×１０¹²〜２×１０¹⁴原子／ｃｍ
²まで変化させた。ドーピングの際には、基板を１００
〜４００℃、例えば、２５０℃に保持した。このように
して作製した結晶性シリコン膜の光学物性を測定し、活
性化エネルギーとドーズ量の依存性を調べたところ、実
施例と同様な関係が得られ当初、弱いＮ型であったシリ
コン膜がドーズ量の増加とともに、真性となり、その
後、Ｐ型に移行したことが示された。

【００４７】また、本実施例において、ドーピング工程
の後、保護酸化珪素膜を除去し、ＫｒＦエキシマーレー
ザーを照射した場合でも、同様な特性が得られた。この
場合はレーザーのエネルギー密度は１５０〜２５０ｍＪ
／ｃｍ²とすると良かった。また、基板温度は室温とす
るとよかった。

【００４８】〔実施例５〕図１に本実施例を示す。ま
ず、基板（コーニング７０５９）１０１上にスパッタ法
によって厚さ２０００Åの酸化珪素の下地膜１０２を形
成した。さらに、連続的にプラズマＣＶＤ法によって、
厚さ２００〜１５００Å、例えば５００Åで、燐および
硼素の濃度が１×１０¹⁶原子／ｃｍ³以下のアモルファ
スシリコン膜１０３を形成した。

【００４９】そして、アモルファスシリコン膜表面を酸
化処理した。そして、１〜１００ｐｐｍの酢酸ニッケル
水溶液を塗布し、乾燥させ、酢酸ニッケル層（図示せ
ず）を形成した。実施例１のように溶液に界面活性剤を
添加してもよかった。

【００５０】そして、このアモルファスシリコン膜を窒
素雰囲気中、５５０℃、４時間熱アニールして結晶化さ
せた。熱アニール後にエキマーレーザー等を用いて光ア
ニールをおこなってもよい。熱アニール後、プラズマＣ
ＶＤ法によって、厚さ８００〜２０００Å、例えば、１
５００Åの酸化珪素膜１０４を保護膜として堆積した。

【００５１】そして、イオンドーピング法によって硼素
をドーピングした。ドーピングガスとしては、水素で希
釈した５％ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）とし、加速電圧は３０
ｋＶとした。ドーズ量は６×１０¹²〜２×１０¹⁴原子／
ｃｍ²、例えば、３×１０¹³原子／ｃｍ³とした。（図
１（Ａ））

【００５２】ドーピング工程の終了後、保護酸化珪素膜
を除去し、ＫｒＦエキシマーレーザーを照射して、ドー
ピング不純物を活性化せしめた。このときのレーザーの
エネルギー密度は２５０〜４００ｍＪ／ｃｍ²、例え
ば、３７０ｍＪ／ｃｍ²とし、１か所につき、２〜２０
ショットのレーザー光が照射されるようにした。また、
基板温度は２００℃とした。（図１（Ｂ））

【００５３】次に、シリコン膜をエッチングして、島状
シリコン領域１０５を形成した。さらに、プラズマＣＶ
Ｄ法によって厚さ１２００Åの酸化珪素膜１０６をゲイ
ト絶縁膜として堆積した。プラズマＣＶＤの原料ガスと
しては、ＴＥＯＳと酸素を用いた。成膜時の基板温度は
２５０〜３８０℃、例えば、３００℃とした。（図１
（Ｃ））

【００５４】引き続いて、スパッタ法によって、厚さ３
０００〜８０００Å、例えば６０００Åのアルミニウム
膜（０．１〜２％のシリコンを含む）を堆積した。そし
て、アルミニウム膜をエッチングして、ゲイト電極１０
７を形成した。（図１（Ｄ））

【００５５】次に、イオンドーピング法によって、シリ
コン領域にゲイト電極をマスクとして不純物（燐）を注
入した。ドーピングガスとして、水素で１〜１０％に希
釈したフォスフィン（ＰＨ₃）を用いた。加速電圧は６
０〜９０ｋＶ、例えば８０ｋＶ、ドーズ量は１×１０¹³
〜８×１０¹⁵原子／ｃｍ²、例えば、２×１０¹⁴原子／
ｃｍ²とした。イオンドーピング時の基板温度は室温と
した。この結果、Ｎ型の不純物領域１０８（ソース）、
１０９（ドレイン）が形成された。（図１（Ｄ））

【００５６】そして、ドーピングされた燐を活性化する
ために、ＫｒＦエキシマーレーザーを用いて光アニール
をおこなった。レーザーのエネルギー密度は１５０〜３
５０ｍＪ／ｃｍ²、例えば、２５０ｍＪ／ｃｍ²とし、
１か所につき、２〜２０ショットのレーザー光が照射さ
れるようにした。また、基板温度は２００℃とした。
（図１（Ｅ））

【００５７】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜１１
０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、チタンとアルミニウムの多層膜によってＴＦＴの
ソース、ドレインの電極・配線１１１，１１２を形成し
た。（図１（Ｆ））

【００５８】最後に、１気圧の水素雰囲気で２００〜３
５０℃の熱アニールをおこなった。このように、しきい
値電圧を制御するための硼素のドーピング（図２（Ｂ）
以後の３００℃を越える熱処理工程は、ゲイト絶縁膜の
成膜、層間絶縁膜の成膜、水素アニールであるが、いず
れも４５０℃を越えることはなかった。

【００５９】このようにして、得られたＴＦＴの特性例
を図６に示す。図１（Ａ）および（Ｂ）に示されるドー
ピング工程とその後の光アニール工程をおこなわなかっ
た以外は本実施例と同じ工程によって作製したＴＦＴの
Ｉ_D−Ｖ_G特性は、図６の実線で示される。明らかにし
きい値電圧が負の方向（左側）に移動していることがわ
かる。また、ドレイン電流の立ち上がり（サブスレシュ
ホールド特性）も緩やか（＝Ｓ値が大きい）であった。

【００６０】一方、本実施例のＴＦＴは、図６において
一点鎖線で示される。しきい値は０Ｖ近くで、しかも、
ドレイン電流が急激に立ち上がって（＝Ｓ値が小さい）
おり、ＴＦＴとして好ましい特性を示している。

【００６１】〔実施例６〕図２に本実施例を示す。ま
ず、基板（コーニング７０５９）２０１上にプラズマＣ
ＶＤ法によって厚さ４０００Åの酸化珪素の下地膜２０
２を形成した。さらに、プラズマＣＶＤ法によって、厚
さ２００〜１５００Å、例えば５００Åのアモルファス
シリコン膜２０３を形成した。そして、アモルファスシ
リコン膜表面を酸化処理し、１〜１００ｐｐｍの酢酸ニ
ッケル水溶液を塗布し、乾燥させ、酢酸ニッケル層（図
示せず）を形成した。

【００６２】そして、特開平６−３１８７０１に開示さ
れている技術にしたがって、シリコン膜にＫｒＦエキシ
マーレーザー光を照射し、結晶化せしめた。レーザー光
の照射の前に、２５０〜５００℃で予備的に熱アニール
を施してもよい。また、レーザー照射の際に基板を２５
０〜４００℃に加熱してもよい。さらに、レーザー照射
後に４００〜５５０℃で熱アニールを１〜４時間施す
と、結晶の歪みを除去するうえで有効であった。（図２
（Ａ））

【００６３】次に、イオンドーピング法によって、シリ
コン膜に硼素を注入した。ドーピングガスとして、ヘリ
ウムで１％に希釈したジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いた。
加速電圧は５〜２０ｋＶ、例えば１０ｋＶ、ドーズ量は
１×１０¹¹〜１×１０¹³原子／ｃｍ²、例えば、１×１
０¹²原子／ｃｍ²とした。イオンドーピング時にはヒー
ター２０４によって、基板を３５０℃に加熱した。この
結果、シリコン膜には微量の硼素が注入された。また、
このドーピングは基板を加熱した状態でおこなったため
に、その後の活性化は不要であった。（図２（Ｂ））

【００６４】その後、シリコン膜をエッチングして、島
状シリコン領域を形成した。さらに、プラズマＣＶＤ法
によって厚さ１２００Åの酸化珪素膜２０５を堆積し
た。そして、２００〜３５０℃、例えば、３２０℃で１
時間の水素アニールをおこない、ゲイト絶縁膜とシリコ
ン膜の界面に存在する不対結合手を水素により中和し
た。水素に１〜５０体積％の塩素化合物（例えば、塩化
水素）もしくはフッ素化合物（例えば、フッ化水素）を
添加しても良かった。その後、ゲイト絶縁膜の上に厚さ
４０００Åのチタン膜のゲイト電極２０６を形成した。

【００６５】次に、イオンドーピング法によって、シリ
コン領域にゲイト電極をマスクとして不純物（燐）を注
入した。ドーピングガスとして、水素で５％に希釈した
フォスフィン（ＰＨ₃）を用いた。加速電圧は６０〜９
０ｋＶ、例えば８０ｋＶ、ドーズ量は１×１０¹²〜１×
１０¹⁴原子／ｃｍ²、例えば、１×１０¹³原子／ｃｍ²
とした。イオンドーピング時にはヒーター２０９によっ
て、基板を３５０℃に加熱した。この結果、Ｎ型の低濃
度不純物領域２０７、２０８が形成された。この場合も
基板を加熱した状態でドーピングをおこなったために、
その後の活性化は不要であった。（図２（Ｃ））

【００６６】次に、プラズマＣＶＤ法によって堆積した
酸化珪素膜を異方性エッチングすることにより、サイド
ウォール２１０を形成した。サイドウォールの形成方法
については公知のＬＤＤ（低濃度ドレイン）形成技術を
用いればよい。本実施例では、サイドウォール形成時に
酸化珪素膜２０５をもエッチングした。このため、ゲイ
ト電極２０６およびサイドウォール２１０の下部には酸
化珪素のゲイト絶縁膜２１１が残った。（図２（Ｄ））

【００６７】そして、再びイオンドーピング法によっ
て、燐を導入した。ドーピングガスとして、水素で５％
に希釈したフォスフィンを用いた。加速電圧は１０〜３
０ｋＶ、例えば２０ｋＶ、ドーズ量は１×１０¹⁴〜８×
１０¹⁶原子／ｃｍ²、例えば、１×１０¹⁵原子／ｃｍ²
とした。イオンドーピング時にはヒーター２１４によっ
て、基板を３５０℃に加熱した。この結果、Ｎ型の高濃
度不純物領域２１２（ソース）、２１３（ドレイン）が
形成された。

【００６８】一方、サイドウォール２１０の下の低濃度
不純物領域２０７、２０８にはドーピングされず、低濃
度ソース２１５、低濃度ドレイン２１６が形成された。
（図２（Ｅ））続いて、プラズマＣＶＤ法によって厚さ４０００Åの酸
化珪素膜２１７を層間絶縁物として堆積し、これにコン
タクトホールを形成して、アルミニウムのソース、ドレ
イン電極・配線２１８，２１９を形成した。（図２
（Ｆ））

【００６９】本実施例では、ドーピング工程後には、熱
アニールによる活性化をおこなうことはなく、工程を短
縮するうえで極めて有効であった。従来の方法（特開平
６−２６７９８９）では、高濃度の不純物が存在する領
域は比較的低温の熱アニールによって活性化できたが、
低濃度不純物領域では、熱アニール温度を高めにするこ
とが必要であった。しかしながら、本実施例では、そも
そも活性化のために熱アニールをおこなう必要がないの
で、そのような問題は一切生じなかった。

【００７０】〔実施例７〕図３に本実施例を示す。ま
ず、基板（コーニング１７３７）３０１上にプラズマＣ
ＶＤ法によって厚さ３０００Åの酸化珪素の下地膜３０
２を堆積した。さらに、プラズマＣＶＤ法によって、厚
さ２００〜１５００Å、例えば５００Åの真性（Ｉ型）
のアモルファスシリコン膜３０３を堆積した。さらに、
プラズマＣＶＤ法によって、厚さ１５００Åの酸化珪素
膜３０６を堆積した。これらの成膜は連続的におこなっ
た。

【００７１】そして、酸化珪素膜３０６を選択的にエッ
チングして、その一部に開孔部３０５を形成し、さら
に、他の実施例と同様に酢酸ニッケル層３０４を形成し
た。その後、基板を４５０〜５８０℃、例えば、５５０
℃で８時間の熱アニール処理をおこなうことによりシリ
コン膜を結晶化させた。結晶化は、特開平６−２４４１
０４にも記述されているように、開孔部３０５から周囲
に図の矢印に沿って進行した。結晶化した領域は図にお
いて３０７で示される。（図３（Ａ））

【００７２】熱アニールが終了した後に、イオンドーピ
ング法によって硼素をドーピングした。ドーピングガス
としては、水素で希釈した５％ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を
用い、加速電圧は３０ｋＶとした。ドーズ量は６×１０
¹²〜２×１０¹⁴原子／ｃｍ²、例えば、３×１０¹³原子
／ｃｍ³とした。この結果、開孔部３０５においては比
較的高濃度（１×１０¹⁹原子／ｃｍ³程度）の硼素が注
入された。そのため、この領域にはＴＦＴのチャネルを
設けてはならない。ただし、ソース／ドレインであれ
ば、その後の燐のドーピングにより十分に硼素を上回る
濃度の燐が注入されるので、実質的な問題はない。一
方、その他の領域では、実施例５と同様に酸化珪素膜３
０６によって硼素濃度が低下し、１×１０¹⁷原子／ｃｍ
³程度の硼素が注入された。（図３（Ｂ））

【００７３】ドーピング工程の終了後、酸化珪素膜３０
６を除去し、ＫｒＦエキシマーレーザーを照射して、ド
ーピング不純物を活性化せしめた。このときのレーザー
のエネルギー密度は２５０〜４００ｍＪ／ｃｍ²、例え
ば、３７０ｍＪ／ｃｍ²とし、１か所につき、２〜２０
ショットのレーザー光が照射されるようにした。また、
基板温度は２００℃とした。このレーザー照射によっ
て、不純物の活性化と同時にシリコン膜の結晶性をより
高めることができた。（図３（Ｃ））

【００７４】その後、シリコン膜をエッチングして、島
状シリコン領域３０８を形成し、さらに、プラズマＣＶ
Ｄ法によって厚さ１２００Åの酸化珪素膜３０９を堆積
した。（図３（Ｄ））

【００７５】そして、その上に厚さ６０００Åのアルミ
ニウム膜（０．１〜０．３％のスカンジウムを含む）の
ゲイト電極３１０を形成した。ゲイト電極の側面および
上面は、特開平５−２６７６６７に示されるゲイト電極
の陽極酸化技術によって、バリヤ型陽極酸化物被膜で被
覆した。本実施例では陽極酸化物の厚さは１５００〜２
０００Åとした。また、酸化珪素膜３０９をエッチング
して、ゲイト絶縁膜３１２を形成し、その際、ゲイト電
極（陽極酸化物を含む）の端面とゲイト絶縁膜の端面を
ｘだけずらした構造とした。（図３（Ｅ））

【００７６】次に、イオンドーピング法によって、シリ
コン領域にゲイト電極およびゲイト絶縁膜３１２をマス
クとして不純物（燐）を注入した。ドーピングガスとし
て、水素で５％に希釈したフォスフィン（ＰＨ₃）を用
いた。ドーピングは２段階に分けておこなった。最初
は、加速電圧は６０〜９０ｋＶ、例えば８０ｋＶ、ドー
ズ量は１×１０¹²〜１×１０¹⁴原子／ｃｍ²、例えば、
１×１０¹³原子／ｃｍ²とした。２度目は、加速電圧は
１０〜３０ｋＶ、例えば２０ｋＶ、ドーズ量は１×１０
¹⁴〜８×１０¹⁵原子／ｃｍ²、例えば、１×１０¹⁵原子
／ｃｍ²とした。

【００７７】いずれのドーピングにおいても、図５に示
される装置を用い、予備室にて３００℃に加熱した基板
に対しておこなった。そのため、その後、特に活性化の
ためにアニール処理は必要なかった。高い加速電圧の低
濃度ドーピング（最初のドーピング）の結果、低濃度ソ
ース３１６、低濃度ドレイン３１７が、また、低い加速
電圧の高濃度ドーピング（後のドーピング）の結果、ソ
ース３１３、ドレイン３１４がそれぞれ形成された。
（図３（Ｆ））

【００７８】続いて、プラズマＣＶＤ法によって厚さ５
０００Åの酸化珪素膜３１８を層間絶縁物として堆積
し、これにコンタクトホールを形成して、チタンのソー
ス、ドレイン電極・配線３１９，３２０を形成した。
（図３（Ｇ））実施例６においては、同様なＬＤＤ構造を得るために、
低濃度ドーピング工程後、成膜工程等をおこない、その
後、再び、高濃度ドーピング工程をおこなう非長があっ
たが、本実施例では、実施例６とは異なり、低濃度およ
び高濃度のドーピングを連続的におこなえ、極めて量産
性が高かった。

【００７９】〔実施例８〕図４に本実施例を示す。ま
ず、基板（コーニング７０５９）４０１上にスパッタ法
によって厚さ２０００Åの酸化珪素の下地膜４０２を形
成した。さらに、連続的にプラズマＣＶＤ法によって、
厚さ２００〜１５００Å、例えば５００Åのアモルファ
スシリコン膜１０３を形成した。そして、実施例１と同
様の手段でシリコン膜表面に酢酸ニッケル水溶液を塗布
し、乾燥させ、酢酸ニッケル層１０４を形成した。（図
４（Ａ））

【００８０】そして、このアモルファスシリコン膜を窒
素雰囲気中、５５０℃、４時間熱アニールして結晶性シ
リコン膜１０５を得た。熱アニール後には、ＫｒＦエキ
マーレーザーを用いて光アニールをおこない、さらに結
晶性を向上させた。レーザーのエネルギー密度は１５０
〜３５０ｍＪ／ｃｍ²、例えば、２５０ｍＪ／ｃｍ²と
し、１か所につき、２〜２０ショットのレーザー光が照
射されるようにした。また、基板温度は２００℃とし
た。（図４（Ｂ））

【００８１】その後、フォトレジストのマスク１０６に
より、Ｐチャネル型ＴＦＴを形成する部分を被覆した状
態で、イオンドーピング法によって硼素をドーピングし
た。ドーピングガスとしては、ヘリウムで希釈した１％
ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）とし、加速電圧は５ｋＶとした。
ドーズ量は６×１０¹¹〜２×１０¹³原子／ｃｍ²、例え
ば、３×１０¹²原子／ｃｍ³とした。また、ドーピング
時にはヒーター１０７により、基板温度を２５０℃に保
持した。この結果、Ｎチャネル型ＴＦＴが形成される部
分にのみ微量の硼素がドーピングされた。また、ドーピ
ング後に活性化のためのアニールをおこなうことは不要
であった。本実施例ではシリコン膜を露出した状態で不
純物ドーピングをおこなったが、実施例１と同様に、シ
リコン膜上に設けた保護膜を通してドーピングをおこな
ってもよい。（図４（Ｃ））

【００８２】次に、シリコン膜をエッチングして、島状
シリコン領域１０８、１０９を形成した。さらに、プラ
ズマＣＶＤ法によって厚さ１２００Åの酸化珪素膜１１
０をゲイト絶縁膜として堆積した。プラズマＣＶＤの原
料ガスとしては、シランと酸素を用いた。成膜時の基板
温度は３５０〜４５０℃、例えば、４３０℃とした。

【００８３】引き続いて、スパッタ法によって、厚さ３
０００〜８０００Å、例えば５０００Åのアルミニウム
膜（０．１〜２％のスカンジウムを含む）を堆積した。
そして、アルミニウム膜をエッチングして、ゲイト電極
１１１、１１２を形成した。（図４（Ｄ））

【００８４】次に、ゲイト電極をマスクとして、酸化珪
素膜１１０をエッチングし、シリコン表面を露出させ
た。ゲイト絶縁膜１１３、１１４がゲイト電極の下に残
された。そして、イオンドーピング法によって、シリコ
ン領域１０８にＰ型不純物（硼素）を、また、シリコン
領域１０９にＮ型不純物（燐）を、それぞれ注入した。
ドーピングは公知のＣＭＯＳ作製技術を用いればよい。
このようにして、Ｐ型領域１１５，１１６、Ｎ型領域１
１７、１１８を形成した。（図４（Ｅ））

【００８５】ドーピング後、４３０℃で４時間アニール
することにより、ドーピングされた不純物を活性化し
た。シリコン膜中にはニッケルが１×１０¹⁸原子／ｃｍ
³程度含まれていたので、特開平６−２６７９８９に開
示されている通り、低温で活性化できた。ドーピング工
程において、基板の温度を１００〜４００℃に保持して
おくと、特に熱アニールによる活性化は不要であった。
また、ドーピングの際の加速電圧を３０ｋＶ以下とする
とシリコン結晶へのダメージが少なく、熱アニールによ
る活性化の温度を低下させることができた。

【００８６】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜１１
９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、アルミニウム
膜によってＴＦＴのソース、ドレインの電極・配線１２
０、１２１、１２２を形成した。（図４（Ｆ））

【００８７】

【発明の効果】本発明により、非単結晶の結晶性シリコ
ン膜を用いた半導体素子（ＴＦＴ等）のしきい値を制御
することができ、これを用いて構成された半導体集積回
路の特性を高めることができた。実施例５〜７では、Ｎ
チャネル型ＴＦＴについてのみ記述したが、Ｐチャネル
型ＴＦＴにも硼素をドーピングすることによりしきい値
電圧を適切な値とすることは有効である。このように本
発明は工業上有益な発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例５の作製工程断面図を示す。

【図２】実施例６の作製工程断面図を示す。

【図３】実施例７の作製工程断面図を示す。

【図４】実施例８の作製工程断面図を示す。

【図５】本発明で用いるドーピング装置の例を示
す。

【図６】実施例５で得られたＴＦＴの特性等を示
す。

【図７】ドーピングされた硼素の深さ方向の濃度分
布を示す。

【図８】シリコン膜の活性化エネルギーとドーズ量
野関係を示す。

【符号の説明】

１０１・・・基板１０２・・・下地絶縁膜（酸化珪素）１０３・・・シリコン膜１０４・・・保護膜（酸化珪素）１０５・・・島状シリコン領域１０６・・・ゲイト絶縁膜（酸化珪素）１０７・・・ゲイト電極（アルミニウム）１０８・・・ソース１０９・・・ドレイン１１０・・・層間絶縁物（酸化珪素）１１１・・・ソース電極（チタン／アルミニウム）１１２・・・ドレイン電極（チタン／アルミニウム）

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 21/265 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｆ 29/78 ６２７Ｇ６２７Ｆ (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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（１）基板上に形成された非単結晶の結
晶性シリコン被膜にＮ型もしくはＰ型の導電型を付与す
る不純物を有するイオンを照射することによって、該シ
リコン被膜に１×１０¹⁵〜１×１０¹⁸原子／ｃｍ³の濃
度でＮ型もしくはＰ型不純物を添加する工程と、（２）
該シリコン膜にパルス状のレーザーもしくはそれと同等
な強光を照射する工程と、（３）該シリコン膜上にゲイ
ト絶縁膜およびゲイト電極を形成する工程と、を有し、
前記工程（１）以後の工程において、該シリコン膜を４
５０℃以上の温度で熱アニールしないことを特徴とする
結晶性シリコン半導体装置の製造方法。
【請求項２】（１）１００〜４００℃に保たれた基板
上に形成された非単結晶の結晶性シリコン被膜にＮ型も
しくはＰ型の導電型を付与する不純物を有するイオンを
照射することによって、該シリコン被膜に１×１０¹⁵〜
１×１０¹⁸原子／ｃｍ³の濃度でＮ型もしくはＰ型不純
物を添加する工程と、（２）該シリコン膜上にゲイト絶
縁膜およびゲイト電極を形成する工程と、を有し、前記
工程（１）以後の工程において、該シリコン膜を４５０
℃以上の温度で熱アニールしないことを特徴とする結晶
性シリコン半導体装置の製造方法。
【請求項３】請求項１または２において、該結晶性シ
リコン被膜中には、１×１０¹⁵〜１×１０¹⁹原子／ｃｍ
³の濃度のアモルファスシリコンの結晶化を促進せしめ
る結晶化触媒元素を有することを特徴とする結晶性シリ
コン半導体装置の製造方法。
【請求項４】請求項３において、触媒元素の濃度は、
シリコン膜を２次イオン質量分析法に分析することによ
って得られた数値の最小値によって定義されることを特
徴とする結晶性シリコン半導体装置の製造方法。
【請求項５】請求項１または２において、工程（１）
の前に、該結晶性シリコン被膜は、レーザーもしくはそ
れと同等な強光が照射されたことを特徴とする結晶性シ
リコン半導体装置の製造方法。
【請求項６】請求項１または２において、工程（１）
の後に、２５０〜４０℃の水素雰囲気中でアニールする
工程を有することを特徴とする結晶性シリコン半導体装
置の製造方法。
【請求項７】請求項１または２において、ゲイト絶縁
膜は原料としてテトラ・エトキシ・シラン（ＴＥＯＳ）
を用いて成膜されることを特徴とする結晶性シリコン半
導体装置の製造方法。
【請求項８】（１）基板上に実質的にアモルファス状
態のシリコン膜と、前記シリコン膜の上面もしくは下面
に実質的に密着して、結晶化触媒元素を有する被膜を形
成する工程と、（２）前記シリコン膜を熱アニールする
ことにより、シリコン膜中に触媒元素を拡散させること
ともに、シリコン膜を結晶化せしめる工程と、（３）前
記シリコン膜にＮ型もしくはＰ型の導電型を付与する不
純物を有するイオンを照射することによって、１×１０
¹⁵〜１×１０¹⁸原子／ｃｍ³の濃度でＮ型もしくはＰ型
不純物を添加する工程と、（４）前記シリコン膜上にゲ
イト電極を形成する工程と、を有し、前記工程（３）以
後の工程において、該シリコン膜を４５０℃以上の温度
で熱アニールしないことを特徴とする結晶性シリコン半
導体装置の製造方法。
【請求項９】請求項８において、工程（３）もしくは
直前の基板の加熱温度は１００〜４００℃であることを
特徴とする結晶性シリコン半導体装置の製造方法。
【請求項１０】請求項３または８において、触媒元素
は、ニッケル、鉄、コバルト、白金、パラジウムの少な
くとも１つであることを特徴とする結晶性シリコン半導
体装置の製造方法。
【請求項１１】請求項８において、工程（２）と工程
（３）の間に、前記シリコン膜に、パルス状のレーザー
もしくはそれと同等な強光を照射する工程を有すること
を特徴とする結晶性シリコン半導体装置の製造方法。
【請求項１２】請求項８において、工程（３）と工程
（４）の間に、前記シリコン膜に、パルス状のレーザー
もしくはそれと同等な強光を照射する工程を有すること
を特徴とする結晶性シリコン半導体装置の製造方法。
【請求項１３】請求項１１において、工程（３）と工
程（４）の間に、前記シリコン膜に、パルス状のレーザ
ーもしくはそれと同等な強光を照射する工程を有し、工
程（３）と工程（４）の間の強光の照射工程における強
光の強度は、工程（２）と工程（３）の間の強光の照射
工程におけるものよりも５０％以上強いことを特徴とす
る結晶性シリコン半導体装置の製造方法。
【請求項１４】請求項１１において、工程（３）と工
程（４）の間に、前記シリコン膜に、パルス状のレーザ
ーもしくはそれと同等な強光を照射する工程を有し、工
程（２）と工程（３）の間の強光の照射工程における強
光の強度は、工程（３）と工程（４）の間の強光の照射
工程におけるものよりも５０％以上強いことを特徴とす
る結晶性シリコン半導体装置の製造方法。
【請求項１５】請求項１または２の工程（１）、もし
くは請求項８の工程（３）において、シリコン膜に照射
される不純物元素は硼素であることを特徴とする結晶性
シリコン半導体装置の製造方法。
【請求項１６】請求項１５において、硼素はＮチャネ
ル型薄膜トランジスタが形成される領域のみに照射され
ることを特徴とする結晶性シリコン半導体装置の製造方
法。