JPH08213317A

JPH08213317A - 半導体装置およびその作製方法

Info

Publication number: JPH08213317A
Application number: JP27474695A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Hisashi Otani; 久大谷; Shoji Miyanaga; 昭治宮永; Satoshi Teramoto; 聡寺本
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1995-09-28
Publication date: 1996-08-20
Anticipated expiration: 2015-09-28
Also published as: JP3894969B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ガラス基板上に形成された結晶性珪素膜を用
いて、薄膜トランジスタを作製する。【構成】５５０℃、４時間の加熱によって、ニッケル
の触媒作用により非晶質珪素膜を選択的に結晶化して、
パターニングして島状領域１０５を形成する。ゲイト絶
縁膜、ゲイト電極４０７を設けた後に、ソース／ドレイ
ン領域を形成するめに不純物イオンを島状領域１０５に
注入する。この結果、結晶化された領域２０２以外の領
域２０３は非晶質化される。この状態で４００℃以上の
加熱処理を行うことによって、結晶化された領域２０２
に含まれているニッケルが、非晶質化された領域２０３
へと拡散するため、チャネル形成領域中のニッケル濃度
が低下される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本明細書で開示する発明は、薄膜
トランジスタ等の半導体装置およびその作製方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶デバイスに薄膜トランジスタ
を用いる構成が注目されている。これは、アクティブマ
トリクス型の液晶表示装置といわれるもので、マトリク
ス状に配置された数百万以上の各画素に薄膜トランジス
タをそれぞれ配置し、各画素に保持する電荷を薄膜トラ
ンジスタによって制御することを特徴とする。このアク
ティブマトリクス型の液晶表示装置は、高速度で微細な
表示が可能であるので、携帯型のワードプロセッサーや
コンピュータのディスプレーに利用されている。

【０００３】一般に、アクティブマトリクス型の液晶表
示装置において、各画素に配置される薄膜トランジスタ
をプラズマＣＶＤ法で形成された非晶質珪素膜で構成
し、これら非晶質珪素の薄膜トランジスタを駆動するた
めの周辺回路を外付けのＩＣで構成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
では、周辺駆動回路を外付けのＩＣで構成しているた
め、装置の小型化、軽量化を図ることが困難である。周
辺駆動回路を外付けのＩＣで構成しているのは、非晶質
珪素膜を用いた薄膜トランジスタでは、その動作速度の
遅さから周辺駆動回路に必要とされる動作を行わすこと
ができないからである。さらに、周辺駆動回路は一般に
ＣＭＯＳ回路で構成されるが、非晶質珪素膜で構成した
Ｐチャネル型の薄膜トランジスタは、その特性がＮチャ
ネル型に比較して極めて低いので、ＣＭＯＳ回路が構成
できないことも原因の一つである。

【０００５】アクティブマトリクス型の液晶表示装置に
非晶質珪素膜を用いた薄膜トランジスタが利用されてい
るのは、ガラス基板の耐熱性の問題があるからである。
一般に液晶表示装置は、基板として透光性を有するもの
を用いる必要があるので、基板の材質が限定されてしま
う。一般に、透光性を有し、安価で、かつ大面積なもの
が得られるという条件を満足する材料はガラスしかな
い。

【０００６】しかしながら、ガラス基板は６００℃以上
の温度で加熱すると、反りや縮みが顕著になるので、基
板温度が６００℃以上になるプロセスを採用することが
できない。例えば、アクティブマトリクス型の液晶ディ
スプレーの基板として一般的に利用されているコーニン
グ７０５９ガラス基板は、ガラス歪点が５９３℃であ
り、その温度以上で加熱処理を加えると、基板の反りや
縮みが大きくなり、実用にならない。

【０００７】非晶質珪素膜はプラズマＣＶＤ法で容易に
大面積に、かつ低温（４００℃以下）で成膜することが
できる。従って、従来の技術においては、ガラス基板を
用いた場合、使用される薄膜トランジスタの半導体部分
は非晶質珪素膜で構成されることなってしまう。

【０００８】また、一部で基板として石英基板を用いた
アクティブマトリクス型の液晶表示装置も知られてい
る。この場合、８００℃あるいは９００℃以上の温度で
加熱処理を行うことができるので、結晶性珪素薄膜を用
いて薄膜トランジスタを作製することができる。非晶質
珪素膜で構成された薄膜トランジスタと比較して、結晶
性珪素膜で構成された薄膜トランジスタは桁違いの高速
動作をさせることができる。また、結晶性珪素膜で構成
された薄膜トランジスタは、ＣＭＯＳ回路を作製するこ
とができるため、周辺駆動回路をも同一基板（この場合
は石英基板）上に配置させることができる。従って、石
英基板を使用することにより、液晶表示装置の性能を向
上することが可能になり、より微細な表示、高速な表示
が可能になる。また、液晶表示装置全体を小型化、軽量
化することも可能になるしかしながら、石英基板はガラ
ス基板の価格の１０倍以上もする大変高価なものであ
り、経済性の観点から採用することができない。

【０００９】本発明の目的は、上述の問題点を解消し
て、ガラス基板に作製された結晶性珪素膜を有する薄膜
トランジスタ等の半導体装置の作製方法を提供すること
にある。即ち、６００℃以下の温度で結晶性珪素膜をガ
ラス基板上に形成し、この結晶性珪素膜を用いて薄膜ト
ランジスタを得る技術を提供することにある。また、安
定した動作を行う薄膜トランジスタ等の半導体装置を提
供することを他の目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の問題点を解消する
ために、本発明に係る半導体装置の作製方法の構成は、
絶縁表面を有する基板上に非晶質の領域と結晶性を有す
る領域とを有する珪素膜を形成する工程と、加熱処理を
施す工程と、を有し、前記結晶性を有する領域には、珪
素の結晶化を助長する金属元素が含まれており、前記加
熱処理によって、前記金属元素を前記結晶性を有する領
域から非晶質の領域に拡散させることを特徴とする。

【００１１】上記構成において、絶縁表面を有する基板
としては、ガラス基板、石英基板、絶縁膜が形成された
ガラス基板や石英基板を挙げることができる。特に本明
細書で開示する発明は、基板としてガラス基板を用いた
場合に有用である。

【００１２】「非晶質の領域と結晶性を有する領域とを
有する珪素膜を形成する工程」には、珪素の結晶化を助
長する金属元素を選択的に非晶質珪素膜に導入し、４５
０〜６００℃程度の加熱温度で加熱処理を加える工程を
挙げることができる。この場合、金属元素が導入された
領域または金属元素が導入された領域とその周辺を選択
的に結晶化させることができる。この加熱温度の上限は
基板の耐熱温度、即ち歪点で制限される。例えば、ガラ
ス基板を使用した場合には、加熱温度は５５０℃程度の
温度とすることが、ガラス基板の耐熱性や生産性の面か
ら適当である。また、石英基板等の１０００℃以上の温
度にも耐え得るような材料を基板に用いた場合には、こ
の加熱温度も耐熱温度に伴って高くすることができる。

【００１３】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、Ｉ
ｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ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できる。これらの金属元素の中で
特にその効果が顕著に得られるのはニッケル（Ｎｉ）で
ある。

【００１４】金属元素を非晶質珪素膜に導入するには、
金属元素の薄膜をスパッタ法やＣＶＤ法や蒸着法で非晶
質珪素膜上に物理的に形成する方法と、金属元素を含ん
だ溶液を非晶質珪素膜上に塗布する方法とを挙げること
ができる。物理的な形成方法は、極薄い膜を均一に形成
することが困難である。そのため、金属元素が非晶質珪
素膜上に均一に接することができないので、結晶成長の
際に金属元素が偏在し易い。他方、溶液を用いる方法は
金属元素の濃度を容易に制御することができ、かつ金属
元素を非晶質珪素膜の表面に均一に接して保持させるこ
とができる。従って、金属元素を非晶質珪素膜に導入す
る方法としては、物理的に金属膜を形成する方法より
も、溶液を用いる方法がより好適である。

【００１５】加熱処理により珪素を結晶化させるために
は、金属元素は１×１０¹⁶ｃｍ^-3以上の濃度で非晶質珪
素膜中に含ませることが必要である。しかし、非晶質珪
素膜中に、金属元素を５×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の濃度で含
ませた場合には、膜中にシリサイドが形成されてしまう
ので好ましくない。このため、本発明は、「加熱処理に
よって、前記結晶性を有する領域から前記金属元素を非
晶質の領域に拡散させる（或いは吸い取らせる）」こと
によって、結晶性を有する領域の金属元素濃度を１×１
０¹⁶ｃｍ^-3以下とする。

【００１６】金属元素を拡散させるためには、加熱温度
は４００℃以上（上限は基板の耐熱温度、ガラス基板で
あれば歪点で制限される）であればよい。この加熱処理
は非晶質の領域が結晶化しない温度（一般的に４５０℃
以下）で行う方法と、非晶質の領域が結晶化する温度
（一般的に４５０℃以上、好ましくは５００℃以上）で
行う方法とに二分できる。

【００１７】非晶質の領域を結晶化させずに加熱処理を
行うことで、結晶性の領域中の金属元素を非晶質の領域
に拡散させる効果、或いは吸い出させる効果を得ること
ができる。例えは、加熱温度は４００〜４５０℃とし、
その加熱時間は５分〜１０時間程度とすればよい。時間
をかけて加熱処理を加えることで、結晶性領域中の金属
元素の濃度を金属元素が拡散していった非晶質領域の金
属元素の濃度よりも低くすることができる。これは非晶
質状態では不対結合手が多量に存在しているためであ
る。換言すると、非晶質珪素膜中には金属元素と結合し
やすい状態で珪素の原子が存在しているためである。こ
の作用は非晶質珪素膜中の欠陥密度を人為的に多くした
場合に、より顕著に得ることができる。なお、この作用
を非晶質領域による金属元素の吸い出し効果と見ること
もできる

【００１８】他方、非晶質の領域の結晶化が進行する温
度で加熱処理をした場合には、非晶質珪素膜が結晶化し
た時点で金属元素の拡散が見かけ状停止して、結晶成長
の先端部分に金属元素が集中して存在する。本発明は、
真性半導体とすべき領域外まで結晶成長の先端部が移動
するように加熱処理をして、真性半導体とすべき領域中
には金属元素の集中した部分が存在しないようにする。

【００１９】本発明に係る半導体装置の構成は、少なく
ともソース領域とドレイン領域とチャネル形成領域とを
有する活性層と、該活性層上に形成されたゲイト絶縁膜
と、該ゲイト絶縁膜上に形成されたゲイト電極と、を有
し、前記活性層中には珪素の結晶化を助長する金属元素
が含まれており、前記チャネル形成領域中の前記金属元
素の平均濃度は、前記ソース領域およびドレイン領域中
における金属元素の平均濃度に比較して同程度またはそ
れより低いことを特徴とする。

【００２０】上記構成を有する半導体装置は、活性層に
おいて、少なくともチャネル形成領域を金属元素の作用
によって形成した結晶性珪素領域とし、その周囲、例え
ばソース／ドレイン領域やその一部を非晶質珪素領域と
する。この状態で、加熱処理を加えることによって、結
晶性珪素領域中の金属元素を非晶質領域に吸い出させて
いる（拡散させている）。具体的には、チャネル形成領
域中の金属元素の濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下とするこ
とができると同時に、ソース領域とドレイン領域中にお
ける金属元素の濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3〜５×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3とすることができる。なお本明細書中における不純
物の濃度はＳＩＭＳ（２次イオン分析方法）で計測され
た値の最小値で定義されている。

【００２１】

【実施例】

〔実施例１〕図１〜図５に基づいて、本実施例を説明す
る。図１〜３は薄膜トランジスタの作製工程を説明する
上面図であり、図４、図５は作製工程毎の薄膜トランジ
スタの断面図である。図４（Ａ）に示すように、ガラス
基板４０１上に、下地膜として酸化珪素膜４０２を３０
００Åの厚さにスパッタ法で成膜する。その上に非晶質
珪素膜４０３をプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法
で５００Åの厚さに成膜する。

【００２２】ＵＶ酸化法によって、非晶質珪素膜４０３
の表面に図示しない極薄い酸化膜を形成する。ＵＶ酸化
法とは、酸素雰囲気または酸化性雰囲気中において、Ｕ
Ｖ光を照射することによって、酸化膜を形成する方法で
ある。ここで酸化膜を形成するのは、後の工程で非晶質
珪素膜４０３上に塗布される溶液の濡れ性を向上させる
ためである。次に、フォトレジストを用いてマスク４０
４を形成する。レジストのマスク４０４は紙面に垂直な
方向に長手方向を有する矩形状の開口部４０５を有す
る。この状態で珪素の結晶化を助長する金属元素である
ニッケルを含んだ溶液を塗布する。ここではニッケル酢
酸塩溶液をスピンコート法を用いて塗布する。この結
果、図示しない酸化膜を介して、レジストのマスク４０
４の開口部４０５において、非晶質珪素膜４０３の表面
にニッケルが接して保持された状態が実現される。（図
４（Ａ））

【００２３】次にレジストのマスク４０４を取り除き、
加熱処理を施す。加熱温度は４５０℃〜６００℃の範囲
とすればよい。ガラス基板を用いる場合には、ガラス基
板の縮みや変形を防ぐために、この加熱処理の温度をガ
ラス基板の歪点以下の温度とすることが好ましい。本実
施例では、加熱温度を５５０℃とし、加熱時間を４時間
とする。

【００２４】図４（Ｂ）に示す状態を上面から見た様子
を図１（Ａ）に示す。図１（Ａ）のＡ−Ａ’で切った断
面図が図４（Ｂ）に相当する。図１（Ａ）に示すよう
に、点線で示す非晶質の領域１００において、レジスト
のマスク４０５の開口部４０５に、ニッケル元素が接し
て保持されている。５５０℃、４時間の加熱処理が施さ
れると、矢印１０２に沿って基板４０１に平行な方向に
結晶が成長して、その結晶成長距離を数１０μｍ〜１０
０μｍ以上にとすることができる。（図４（Ｂ））

【００２５】結晶成長を行わせた後、結晶化された珪素
膜を図１（Ｂ）示すような形状にパターニングして、島
状領域１０５を形成する。図１（Ｂ）をＢ−Ｂ’で切っ
た断面図が図４（Ｃ）に相当する。島状領域１０５は薄
膜トランジスタの活性層の元になる。図１（Ａ）に示す
ように矢印１０２に沿って選択的に結晶成長が進行した
ため、領域１０３は結晶化された領域であり、領域１０
４は非晶質（アモルファス）のままの領域である。

【００２６】次に、図４（Ｄ）に示すように、ゲイト絶
縁膜として機能する酸化珪素膜４０６を１０００Åの厚
さにプラズマＣＶＤ法で成膜する。さらにアルミニウム
を主成分とする膜を６０００Åの厚さに成膜して、図２
（Ａ）に示すような形状にパターニングして、ゲイト電
極４０７を形成する。なお、図２（Ａ）のＡ−Ａ’で切
った断面図が図４（Ｄ）に相当する。

【００２７】次に、電解溶液中において、ゲイト電極４
０７を陽極酸化して、ゲイト電極４０７の周囲に酸化物
層４０８を形成する。この酸化物層４０８の厚さは２０
００Å程度とする。この酸化物層４０８の厚さで後の不
純物イオンの注入工程において、オフセットゲイト領域
を形成することができる。

【００２８】次に、ソース／ドレイン領域を形成するた
めに不純物イオンを島状領域１０５に注入する。本実施
例ではリンイオンを注入する。図４（Ｄ）に示めすよう
に、斜線で示す領域２０２において、ゲイト電極４０７
の直下の領域には不純物イオンが注入されず、チャネル
形成領域となり、陽極酸化物層４０８の直下の領域に
は、リンイオンが低濃度に注入されるため、オフセット
ゲイト領域となる。また、結晶化された領域２０２は不
純物イオンによって結晶性が殆ど損なわれない。他方、
領域２０３には不純物イオンが高濃度に注入され、不純
物イオンが衝突した衝撃により殆ど非晶質化される。非
晶質化された領域２０３は、後に、ソース／ドレイン領
域となる。また結晶化された領域２０２とその近傍の領
域は、図１（Ｂ）に示す結晶化された領域１０３に対応
するため、結晶化を助長するために用いられたニッケル
元素が存在している。領域２０２中のニッケル濃度は、
ニッケルが最初に導入された開口部４０５におけるニッ
ケル濃度と比較して、１桁程度低くなっている。他方、
非晶質化された領域２０３は領域１０４に対応してお
り、殆どニッケル元素は含まれていない。

【００２９】次に、図２（Ｂ）に示すように、非晶質珪
素が結晶化しない温度、４００〜４５０℃で加熱処理す
る。ここでは４５０℃の温度で２時間の加熱処理を行
う。すると、矢印２０４で示すように、結晶化された領
域２０２に含まれているニッケル元素が非晶質化された
領域２０３に拡散していく。非晶質化された領域２０３
はニッケルをトラップする欠陥を多量に有しているた
め、ニッケルが結晶化された領域２０２から非晶質化さ
れた領域２０３に拡散して（吸い出されて）、最終的
に、結晶化された領域２０２のニッケル濃度を１／２以
下とすることができる。この加熱処理工程は４５０℃以
上の温度で行うことはできない。なぜなら、４５０℃以
上の温度で加熱した場合には、アルミニウムを主成分と
するゲイト電極４０７からアルミニウムが拡散してしま
う現象が顕著になるためである。

【００３０】次に、図５（Ｂ）に示すように、レーザー
光を照射して、不純物イオンの注入によって非晶質化さ
れた領域２０３を結晶化すると共に、注入された不純物
イオンを活性化する。この結果、ソース領域５０１、ド
レイン領域５０２、チャネル形成領域５０３、オフセッ
トゲイト領域５００がそれぞれ形成される。

【００３１】そして図５（Ｃ）に示すように、層間絶縁
膜として酸化珪素膜５０４を７０００Åの厚さに成膜す
る。さらにコンタクトホールの形成を行った後、ソース
電極５０５とドレイン電極５０６の形成を行う。最後に
３５０℃の水素雰囲気中において熱処理を１時間加える
ことにより、薄膜トランジスタを完成させる。（図５
（Ｃ））

【００３２】本実施例では、ニッケル元素の触媒作用に
より、珪素膜を結晶化させるようにしたため、低温で、
且つ短時間で、結晶性の優れた珪素膜を得ることができ
る。さらに、チャネル形成領域中のニッケル元素をソー
ス／ドレイン領域に拡散させるようにしているため、薄
膜トランジスタの特性を損ねることがない。従って、高
速動作が可能な結晶性の薄膜トランジスタを得ることが
できる。

【００３３】なお、本実施例では、チャネル形成領域５
０３中のニッケル元素をソース／ドレイン領域５０１、
５０２に拡散させるようにしたが、ニッケルを拡散させ
る領域はなるべく大きな面積とするとよい。これによ
り、より多くのニッケル元素を拡散させることができ
る。この場合には、図２（Ｂ）に示すように、領域２０
３の断面積をできるだけ広くしておき、加熱処理によ
り、非晶質化された領域２０３にニッケルが拡散させた
後に、図３に示すように、領域２０３をソース／ドレイ
ン領域３０１、３０２の形状にパターニングすればよ
い。なお、この場合には、珪素膜をエッチングする前
に、ゲイト膜として機能している酸化珪素膜４０６を所
定の形状にパタ−ニングする必要がある。

【００３４】〔実施例２〕本実施例は、実施例１に示す
構成において、ゲイト電極４０７を珪素または珪素と金
属とのシリサイドで構成した場合の例である。この場
合、図５（Ａ）における工程で、加熱処理温度を非晶質
珪素が結晶化する温度、即ち４５０℃以上で行うことが
できる。しかし、この温度はガラス基板の歪点以下の温
度とすることが必要であり、例えば５５０℃で加熱すれ
ばよい。５５０℃で加熱すると、図２（Ｂ）に示す非晶
質化された領域２０３が結晶化されると共に、その結晶
成長の進行方向に沿って、結晶性を有する領域２０２中
のニッケル元素が拡散する。本実施例では、真性半導体
とすべきチャネル形成領域外まで結晶成長の先端部が移
動するように加熱処理をして、チャネル形成領域中に金
属元素の集中した部分が存在しないようにする。従っ
て、ニッケル元素は結晶成長の終点、即ち、結晶化され
た領域２０３の端部に偏在することになる。

【００３５】そのため、図３に示すように、ニッケルが
偏在している領域を除去するように、パターニングし
て、ソース／ドレイン領域３０１、３０２を形成すると
よい。なお、この場合には、珪素膜をエッチングする前
に、ゲイト膜として機能している酸化珪素膜２０４を所
定の形状にパタ−ニングする必要がある。後の工程は、
実施例１に示した工程と同様な工程を経て、薄膜トラン
ジスタを完成させる。

【００３６】〔実施例３〕本実施例は、珪素の結晶化を
助長する金属元素が導入された領域を加熱により結晶成
長させて、その領域を用いて薄膜トランジスタを作製す
る例である。本実施例で示す薄膜トランジスタの作製工
程が実施例１に示す薄膜トランジスタの作製工程と異な
るのは、金属元素が導入される領域と結晶化が行われる
領域との関係、さらには結晶化の形態が異なる点であ
る。

【００３７】図６に本実施例に示す薄膜トランジスタを
作製するに工程を部分的に示す。本実施例においては、
まず、図６（Ａ）に示す斜線の領域６０１にニッケル元
素を導入する。ニッケル元素の導入方法は、実施例１に
示すものと同様に、ニッケル酢酸塩溶液を塗布する方法
を採用すればよい。しかし、実施例１と比較して、ニッ
ケル酢酸塩溶液中のニッケル濃度は１桁以上小さくして
おくことが必要である。これは、実施例１と同様のニッ
ケル濃度のニッケル酢酸塩溶液を用いると、加熱処理に
よって結晶化させる際に、基板に平行な方向に結晶成長
が行われてしまうからである。

【００３８】領域６０１を結晶化させるには、５５０
℃、４時間の加熱処理を行えばよい。こうして、領域６
０１を結晶化させた後に、図６（Ｂ）に示すように領域
６０１をパターニングして、ニッケルが導入され、結晶
化された領域が薄膜トランジスタの活性層のチャネル形
成の領域１０３になるようにする。後の工程は実施例１
に示したものと同様である。

【００３９】〔実施例４〕本実施例は、実施例１に示す
工程において、選択的にニッケル元素の導入を行わない
で、非晶質珪素膜の全面にニッケル元素を導入すること
を特徴とする。本実施例においては、図１（Ａ）及び図
４（Ａ）に示す工程において、何らマスク（図４の４０
４で示される）を形成しない状態で、非晶質珪素膜４０
３の全面にニッケル酢酸塩溶液を塗布する。

【００４０】この状態で、５５０℃、４時間加熱して、
非晶質珪素膜４０３を結晶化させる。結晶化された珪素
膜をパターニングして、図１（Ｂ）、図４（Ｃ）に示す
ように島状領域１０５を形成する。島状領域１０５全域
において、ニッケルの濃度が均一になる。従って、実施
例１のような、ニッケル濃度の高い領域からニッケルを
含有していない（測定限界以下、あるいは極めて低いレ
ベルという意味）領域へのニッケル元素の拡散作用は期
待することができない。

【００４１】そのため、本実施例では、ニッケル元素を
拡散させる領域を意図的に非晶質化させて、その後に、
加熱処理をして、チャネル形成領域内のニッケル元素を
非晶質化させた領域に拡散させるようにしている。

【００４２】そこで、図４（Ｄ）に示すように、ソース
／ドレイン領域の形成を行うために、不純物イオンを注
入して、ソース／ドレイン領域となる領域２０３を非晶
質化し、チャネル形成領域となる領域２０２を非晶質化
しないようにする。図５（Ａ）、図２（Ｂ）に示すよう
に加熱処理を行うと、領域２０２から非晶質化している
領域２０３へとニッケル元素が移動する。これは、非晶
質珪素膜中の方が結晶性珪素膜中の方より、ニッケルを
トラップするための欠陥や不対結合手が多数存在してお
り、加熱処理を加えることによって、これらの非晶質珪
素膜中の欠陥や不対結合手に、ニッケル元素が徐々にト
ラップされていくからである。即ち、見かけ上は領域２
０２からイオン注入によって非晶質化した領域２０３に
ニッケル元素が吸い出されていく現象、或いは拡散して
いく現象が観察される。この加熱処理は、例えば４００
〜４５０℃の温度で４時間行えばよい。

【００４３】後の工程は、実施例１に示した工程と同様
な工程により、薄膜トランジスタを完成させる。

【００４４】〔実施例５〕実施例４では、ニッケル元素
を拡散させる領域２０３を、非晶質化させるために、導
電性を付与するイオンを加速しながら領域２０３に注入
するようにしたが、例えば、珪素の半導体としての特性
を損なわないようなイオンを注入して、領域２０３を非
晶質化するようにしてもよい。例えば、Ｓｉイオンや、
Ｇｅイオンを注入することができる。

【００４５】

【発明の効果】本明細書に開示する発明は、ニッケル元
素の触媒作用により、珪素膜を結晶化させるようにした
ため、ガラス基板が耐え得る温度である６００℃、好ま
しくは５５０℃以下のプロセス温度で結晶性珪素膜を用
いた薄膜トランジスタを得ることができる。またチャネ
ル形成領域中の金属元素の濃度を下げることができるの
で、特性の安定した、高速動作が可能な結晶性の薄膜ト
ランジスタを得ることができる。従って、液晶表示装置
の基板にガラス基板を使用しても、結晶性の薄膜トラン
ジスタにより、画素マトリクス部と、周辺回路を同一基
板上に形成することができるため、装置を小型化、軽量
化することができる。また、装置の性能を向上すること
ができる。

【００４６】本明細書で開示する発明は、薄膜トランジ
スタのみならず、その他の結晶性を有する薄膜珪素を用
いたデバイスに利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】薄膜トランジスタの作製工程を説明する上面
図である。

【図２】薄膜トランジスタの作製工程を説明する上面
図である。

【図３】薄膜トランジスタの作製工程を説明する上面
図である。

【図４】薄膜トランジスタの作製工程を説明する断面
図である。

【図５】薄膜トランジスタの作製工程を説明する断面
図である。

【図６】薄膜トランジスタの作製工程を説明する上面
図である。

【符号の説明】

１０５島状領域２０２結晶化された領域２０３非晶質化された領域３０１、５０１ソース領域３０２、５０２ドレイン領域４０１ガラス基板４０２酸化珪素膜（下地膜）４０３非晶質珪素膜４０４レジストマスク４０７ゲイト電極４０８酸化物層５００オフセットゲイト領域５０３チャネル形成領域

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/336 (72)発明者寺本聡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】絶縁表面を有する基板上に非晶質の領域と
結晶性を有する領域とを有する珪素膜を形成する工程
と、加熱処理を施す工程と、を有し、前記結晶性を有する領域には、珪素の結晶化を助長する
金属元素が含まれており、前記加熱処理によって、前記金属元素を前記結晶性を有
する領域から前記非晶質の領域に拡散させることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】絶縁表面を有する基板上に非晶質の領域と
結晶性を有する領域とを有する珪素膜を形成する工程
と、加熱処理を施す工程と、を有し、前記結晶性を有する領域には、珪素の結晶化を助長する
金属元素が含まれており、前記加熱処理によって、前記金属元素を前記結晶性を有
する領域から前記非晶質の領域に吸い出させることを特
徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】請求項１または請求項２において、前記金
属元素としてＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏ
ｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ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
の作製方法。
【請求項４】請求項１または請求項２において、前記金
属元素としてＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏ
ｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複
数種類の元素が用いられ、前記結晶性を有する領域中に
は前記金属元素が１×１０¹⁶ｃｍ^-3〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3
の濃度で含まれていることを特徴とする半導体装置の作
製方法。
【請求項５】請求項１または請求項２において、前記結
晶性を有する領域は、前記基板に平行な方向に結晶成長
していることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】ソース領域とドレイン領域とチャネル形成
領域とを少なくとも有する活性層と、該活性層上に形成されたゲイト絶縁膜と、該ゲイト絶縁膜上に形成されたゲイト電極と、を有し、前記活性層中には珪素の結晶化を助長する金属元素が含
まれており、前記チャネル形成領域中の前記金属元素の平均濃度は、
前記ソース領域および前記ドレイン領域中における前記
金属元素の平均濃度と比較して同程度またはそれより低
いことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】請求項６において、前記金属元素としてＦ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐ
ｔ、Ｃｕ、Ａｕ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。
【請求項８】請求項６において、前記金属元素としてＦ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐ
ｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種類の元素
が用いられ、前記チャネル形成領域中における前記金属
元素の濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であり、前記ソース
領域と前記ドレイン領域中における前記金属元素の濃度
は１×１０¹⁸ｃｍ^-3〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3であることを特
徴とする半導体装置。
【請求項９】請求項６において、少なくとも前記チャネ
ル形成領域は、前記基板に平行な方向に結晶成長した領
域を用いて構成されていることを特徴とする半導体装
置。
【請求項１０】結晶性を有する珪素半導体膜を珪素の結
晶化を助長する金属元素の作用により形成する工程と、前記結晶性珪素膜の一部を非晶質化する工程と、加熱処理を施し前記非晶質化した一部の領域に前記金属
元素を吸い取らせる工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。