JPH08264438A

JPH08264438A - 珪素膜の作製方法

Info

Publication number: JPH08264438A
Application number: JP9125595A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Shoji Miyanaga; 昭治宮永; Hisashi Otani; 久大谷
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1995-03-24
Filing date: 1995-03-24
Publication date: 1996-10-11
Anticipated expiration: 2024-11-18
Also published as: JP4364314B2

Abstract

(57)【要約】【目的】珪素の結晶化を助長する金属元素を用いた結
晶性珪素膜の作製方法において、当該金属元素の影響を
できるだけ抑える技術を提供する。【構成】非晶質珪素膜１０３の表面に珪素の結晶化を
助長する金属元素（例えばニッケル）を接して保持させ
た状態において、紫外光またはＸｅイオンの照射を行
い、当該金属元素が非晶質珪素膜中に拡散しない状態
で、非晶質珪素膜１０３の表面に金属シリサイド層を形
成する。そして、シリサイド化していない金属成分を除
去した後に加熱処理を行い、結晶性珪素膜を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【従来の技術】本明細書で開示する発明は、絶縁表面を
有する基板上に結晶性を有する珪素薄膜を形成する技術
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス基板上に形成された珪素膜を用い
て薄膜トランジスタを構成する技術が知られている。こ
のガラス基板上に形成された薄膜トランジスタは、アク
ティブマトリクス型の液晶表示装置やその他薄膜集積回
路に利用される。現状における薄膜トランジスタとして
は、プラズマＣＶＤ法でガラス基板上に形成された非晶
質珪素膜（アモルファスシリコン膜）を用いたものが実
用化されている。

【０００３】しかし非晶質珪素膜では、得られる薄膜ト
ランジスタの特性が低く、さらに高い特性が求められて
いるのが現状である。また非晶質珪素膜を用いた薄膜ト
ランジスタでは、その特性の低さからＰチャネル型の薄
膜トランジスタを作製することができず（Ｎチャネル型
に比較して著しくその特性が低く実用にならない）、Ｃ
ＭＯＳ回路を構成することが事実上不可能であった。従
って、非晶質珪素膜を用いた場合には、薄膜トランジス
タでＣＭＯＳ回路を利用した構成を実現することができ
ず、その応用上の大きな制限となっていた。

【０００４】単結晶ウエハーや石英基板を用いた場合に
は、１０００℃以上の熱アニールが可能となるので、非
晶質珪素膜を熱アニールにより結晶化させて必要とする
特性を有する結晶性珪素膜を得ることが可能である。し
かし、可視光線を透過しない単結晶ウエハーは液晶表示
装置を構成する基板として利用することができない。ま
た石英基板は高価であり、液晶表示装置の大面積化を計
る上でコストの面から都合が悪い。

【０００５】このような状況において必要とれる技術
は、ガラス基板上にプラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法
で非晶質珪素膜を成膜し、さらに何らかの処理を行うこ
とにより結晶性珪素膜を得る技術である。この何らかの
処理としては、加熱による方法、レーザー光の照射によ
る方法等が知られている。

【０００６】加熱による方法としては、６００℃以上の
温度で数十時間以上の熱処理を行うことで、非晶質珪素
膜を結晶化させる方法が知られている。しかし一般に液
晶表示装置の基板として、多用されるコーニング７０５
９ガラス基板の歪点は５９３℃であり、６００℃以上の
温度雰囲気下に数十時間も曝すことは、ガラス基板の変
形や縮が顕著になり、デバイスの作製に大きな影響がで
てしまう。例えば、ガラス基板が変形することでマスク
合わせが困難になってしまう。また液晶表示装置を構成
する場合に、ガラス基板間の間隔を均一にできなくな
り、表示不良が発生してしまう。このような問題は、特
に大面積化を計る場合に顕著になる。そしてこのこは、
他のガラス基板を用いた場合も同様な問題として認めら
れることである。

【０００７】一方、レーザー光の照射による方法を採用
した場合、ガラス基板に熱的なダメージを与えることな
く非晶質珪素膜を結晶化させることができる。しかしな
がら、高出力で大面積のレーザー光を利用することが技
術的な点、及びコストの点から困難であり、実用性が低
いという問題がある。

【０００８】このような問題を解決する技術手段とし
て、本出願人の出願による特開平６─２３２０５９号公
報に記載された技術がある。この公報に記載された技術
は、珪素の結晶化を助長する金属元素（例えばＮｉ）を
プラズマ処理によってガラス基板上に成膜された非晶質
珪素膜の表面に接して保持させ、さらに５５０℃程度の
加熱処理を数時間施すことにより、結晶性珪素膜を得る
技術である。

【０００９】５５０℃、数時間の加熱処理であれば、コ
ーニング７０５９ガラス基板を利用した場合であって
も、基板の変形や縮はそれほど問題とならない。従っ
て、結晶性珪素膜を利用した薄膜トランジスタを得る技
術としては、極めて有用な方法といえる。この方法は、
コーニング７０５９ガラス基板以外のガラス基板を利用
する場合でも非常に有用な方法である。しかしながら、
特開平６─２３２０５９号公報に記載された技術では、
プラズマ処理の条件が微妙であり、その実施に当たり、
必要以上の金属元素を珪素膜中に導入してしまうことが
問題となる。

【００１０】例えば、最終的に珪素膜中に残留するＮｉ
元素の濃度が１×１０¹⁹原子ｃｍ^-3以上となった場合に
は、珪素膜中におけるＮｉシリサイド成分の影響が目立
ってしまい、半導体としての特性が損なわれてしまう。
この問題を解決するには、金属元素の導入量を正確に制
御する手段が必要とされるが、先にも述べたように特開
昭６─２３２０５９号公報に記載された技術では珪素膜
中に導入される金属元素の濃度を制御することは困難で
ある。

【００１１】〔発明に至る過程〕上記特開平６─２３２
０５９号公報に記載された技術の問題点を解決すべき技
術を鋭意研究した結果、本発明者らは以下のような方法
を採用するに至った。これは、珪素の結晶化を助長する
金属元素（例えばＮｉ）を含んだ溶液（例えば酢酸ニッ
ケル塩溶液）を非晶質珪素膜の表面にスピンコート法等
によって塗布し、しかる後に加熱処理を施すことにより
結晶性珪素膜を得る方法である。

【００１２】この方法を採用した場合、溶液中における
金属元素の濃度を調整することで最終的に珪素膜中に残
留する金属元素の濃度を容易に制御することができる。
この方法を実施する場合の１例を以下に示す。

【００１３】まず図２（Ａ）に示すように、基板１０１
として、コーニング７０５９ガラス基板またはコーニン
グ１７３７ガラス基板を用意する。そして、その表面に
スパッタ法によって下地膜１０２として酸化珪素膜を３
０００Åの厚さに成膜する。次に非晶質珪素膜１０３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。

【００１４】さらに酸化性雰囲気中においてＵＶ光を照
射し、極薄い酸化膜２０１を形成する。この酸化膜２０
１は、後に塗布される溶液の濡れ性を向上させるための
ものである。この酸化膜２０１の厚さは数Å程度である
と考えられる。

【００１５】そして図２（Ｂ）に示すようにスピナー１
００の上に基板を配置し、酢酸ニッケル塩溶液を塗布し
水膜２０２を形成する。この後スピンドライを行い、非
晶質珪素膜１０３の表面にニッケル原子が接して保持さ
れた状態を得る。酢酸ニッケル塩溶液中のニッケル原子
の濃度は、得られた結晶性珪素膜中のニッケル濃度が１
×１０¹⁵〜１×１０¹⁹原子ｃｍ^-3となるように調整する
必要がある。この調整は、条件出しの為の実験を行って
決定すればよい。

【００１６】非晶質珪素膜１０３の表面にニッケル元素
を接して保持させた状態において、加熱処理を行い結晶
性珪素膜を得る。この加熱処理は、５５０℃、４時間の
条件で行えば必要とする結晶性を有する結晶性珪素膜を
得ることができる。こうしてガラス基板１０１上に結晶
性珪素膜１０６を得ることができる。（図２（Ｃ））

【００１７】この結晶性珪素膜１０６を用いて薄膜トラ
ンジスタを作製することで、高い特性を有する薄膜トラ
ンジスタを得ることができる。しかしながら、本発明者
らの実験によれば、得られる薄膜トランジスタは、確か
に高い特性（非晶質珪素膜を用いたものに比較して数十
〜数百倍の速度で動作する）を有しているが、その特性
に大きなバラツキが存在することが判明している。ま
た、その特性の劣化が激しいことも判明している。さら
に作製される薄膜トランジスタのＯＦＦ電流特性が極め
て悪いことも判明している。

【００１８】ＯＦＦ電流とは、トランジスタがＯＦＦの
状態において、ソース／ドレイン間に流れてしまう電流
のことをいう。液晶表示装置の画素電極に配置される薄
膜トランジスタは、画素電極に出入りする電荷を制御す
るためのもので、所定の時間の間において電荷を画素電
極に保持する特性が要求される。しかし、ＯＦＦ電流が
大きい（即ちＯＦＦ電流特性が悪い）と、画素電極に保
持されるべき電荷が徐々にＯＦＦ電流として流出してし
まい、必要とする時間において表示を行うことが困難に
なってしまう。このような状態では、表示がちらついた
り不鮮明になってしまう。従って、画素電極に配置され
る薄膜トランジスタでは、極力ＯＦＦ電流が小さいこと
が要求される。

【００１９】本発明者らは、このようなトランジスタと
しての特性のバラツキや劣化の問題、さらにはＯＦＦ電
流特性の悪さについて鋭意検討した結果、以下のような
知見を得た。上述した図２に示すような工程に従って作
製された結晶性珪素膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で
観察すると、局所的にＮｉシリサイドと認められる部分
の偏析が観察された。そしてこの偏析が大きく、かつジ
ャンクション部分に当たった場合に前述の様な特性の以
上が発生することが判明した。

【００２０】Ｎｉシリサイドは、珪素の２ｐ軌道とＮｉ
の３ｄ軌道が結合して得られるが、余ったＮｉの３ｄ電
子が自由電子として振る舞うために金属的な挙動を示
し、そこに電流のパスが発生することが上記異常の原因
であると考えられる。

【００２１】しかしながら、偏析現象は結晶化に伴う本
質的な問題であり、それを全くゼロにすることは原理的
に無理がある。そこで偏析の量を最小限にすべく、偏析
しているニッケル量の定量化及びその発生に至る経緯を
詳細に検討した。そして、偏析したＮｉ量と、核発生し
たＮｉシリサイドとの比較から、これら偏析Ｎｉの内の
大部分は直接は結晶化に寄与しなかった余剰分（Ｎｉシ
リサイドを形成しなかった分）であることが判明した。
この理由を図３を用いて説明する。

【００２２】Ｎｉ化合物５０１を非晶質珪素５０２に接
して保持させた状態で加熱処理を行うと、その両者から
シリサイドが生成するが、全てがシリサイドとなれる訳
ではなく、非晶質珪素中に単に固溶しているＮｉの方が
多くなる。シリサイド化したニッケルは効果的に結晶化
を進め、結晶性珪素５０３を得るが、その際非晶質珪素
膜５０２に拡散していってしまい結晶化に直接寄与しな
いニッケル５０４が存在するのである。この拡散したニ
ッケル５０４も、ニッケルという材料の偏析係数の小さ
さから最終的な結晶性珪素膜中には存在できないため、
シリサイドと同様に偏析することとなる。

【００２３】従って、添加したＮｉを全てシリサイドの
生成に用いることができれば、更に少ないＮｉ量で結晶
化は可能であり、かつＯＦＦ電流に悪影響を与える様な
大きな偏析を防ぐことが可能となる。

【００２４】そこで偏析を最小として、素子のバラツキ
を最小限とする方法について鋭意努力した結果、以下に
示すような方法を発明するに至った。

【００２５】まず、Ｎｉ塩、例えば酢酸ニッケルからな
る溶液を用いて非晶質珪素膜上にニッケル化合物を塗布
する。この際、塗れ性改善の為に表面に極薄酸化膜を形
成することは有効であるが、厚過ぎるとシリサイド形成
のバリヤ─となってしまうので注意が必要である。極薄
酸化膜の形成方法としては、紫外線を用いたオゾン酸化
あるいはオゾン水を用いて表面のみに酸化膜を形成する
方法等が制御性に優れていて望ましい。

【００２６】また、極薄酸化膜を用いない場合には、イ
ソプロピルアルコ─ル（ＩＰＡ）あるいは界面活性剤の
如き材料を混合させて、非晶質珪素膜表面との濡れ性を
確保することが重要である。

【００２７】そして、この状態で加熱結晶化を行う前
に、熱以外のエネルギ─、代表的には低エネルギ─イオ
ン照射あるいは、紫外線照射によって表面のニッケルと
珪素を反応させ、シリサイドを形成する。

【００２８】ここで熱エネルギーを用いないのは、ニッ
ケル元素の珪素膜中への拡散を防ぐためである。このニ
ッケルの拡散を防ぐためには、シリサイドを形成したい
非晶質珪素膜の表面のみにエネルギーを与える手段を利
用すればよい。この手段として、低エネルギ─イオン照
射や紫外線の照射がある。

【００２９】そしてその後硝酸等の金属Ｎｉをエッチン
グするがシリサイドをエッチングしないエッチャントを
用いて選択的に余剰分のニッケルを除去し、結晶化に寄
与するニッケルのみをシリサイドの形で残存させる。こ
うした処理を行った非晶質珪素膜に加熱結晶化を施すこ
とにより、偏析Ｎｉ量の非常に少ない所望の結晶性珪素
薄膜を得ることが可能となる。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】本明細書で開示する発
明は、珪素の結晶化を助長する金属元素を用いた結晶性
珪素膜の作製において、珪素膜中に当該金属元素が局所
的に集中して存在し、素子特性に悪影響を与えてしまう
状態とならない技術を提供することを課題とする。

【００３１】さらに薄膜トランジスタを構成した場合に
特性のバラツキや劣化がなく、またＯＦＦ電流特性の良
好なものが得られる結晶性珪素膜の作製技術を提供する
ことを課題とする。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の一つは、非晶質珪素膜に直接、あるいは間接的に結晶
化を助長する金属元素からなる薄膜を接しせしめる工程
と、前記非晶質珪素膜及びそれに接して設けられた結晶
化を助長する金属元素からなる薄膜に熱以外のエネルギ
─を与えて前記２つの膜の界面においてシリサイドを形
成せしめる工程と、未反応の結晶化を助長する金属元素
からなる薄膜をエッチングして除去する工程と、前記非
晶質珪素及びその表面に設けられたシリサイドとを同時
に加熱して結晶化せしめる工程とを有することを特徴と
する。

【００３３】上記構成において、熱以外のエネルギ─を
与える方法として、光エネルギーを照射する方法、振動
エネルギーを与える方法、イオンを照射する方法から選
ばれた一種または複数種類の方法を用いることができ
る。

【００３４】また、結晶化を行うための加熱と同時にレ
ーザー光または強光の照射を行うことは有効である。ま
た結晶化のための加熱の後にレーザー光または強光の照
射を行うことは有効である。

【００３５】他の発明の構成は、非晶質珪素膜に直接、
あるいは間接的に結晶化を助長する金属元素からなる薄
膜を接しせしめる工程と、前記非晶質珪素膜及びそれに
接して設けられた結晶化を助長する金属元素からなる薄
膜にイオン照射を行い、前記２つの膜の界面においてシ
リサイドを形成せしめる工程と、未反応の結晶化を助長
する金属元素からなる薄膜をエッチングして除去する工
程と、前記非晶質珪素及びその表面に設けられたシリサ
イドとを同時に加熱して結晶化せしめる工程とを有する
ことを特徴とする。

【００３６】上記構成において、イオン照射としては、
ＸｅまたはＡｒをイオン化したものを照射することが好
ましい。特にＸｅを用いることが望ましい。

【００３７】他の発明の構成は、酸化珪素膜上に形成さ
れた結晶性珪素膜の作製方法であって、非晶質珪素膜に
直接、あるいは間接的に結晶化を助長する金属元素から
なる薄膜を接しせしめる工程と、前記非晶質珪素膜及び
それに接して設けられた結晶化を助長する金属元素から
なる薄膜に紫外光照射を行い、前記２つの膜の界面にお
いてシリサイドを形成せしめる工程と、未反応の結晶化
を助長する金属元素からなる薄膜をエッチングして除去
する工程と、前記非晶質珪素及びその表面に設けられた
シリサイドとを同時に加熱して結晶化せしめる工程とを
有することを特徴とする。

【００３８】上記構成において、紫外光照射として、エ
キシマレーザーの照射を用いることができる。

【００３９】他の発明の構成は、非晶質珪素膜に直接、
あるいは間接的に結晶化を助長する金属元素からなる薄
膜を接しせしめる工程と、前記非晶質珪素膜及びそれに
接して設けられた結晶化を助長する金属元素からなる薄
膜に熱以外のエネルギ─を与えて前記２つの膜の界面に
おいてシリサイドを形成せしめる工程と、未反応の結晶
化を助長する金属元素からなる薄膜をエッチングして除
去する工程と、前記非晶質珪素及びその表面に設けられ
たシリサイドとを同時に加熱して結晶化せしめる工程と
を有し、前記結晶化を助長する金属元素からなる薄膜を
接しせしめる工程は、前記金属元素を含む溶液を非晶質
珪素膜上に塗布することで行い、かつ前記溶液を塗布す
る際に高周波振動を与えつつ塗布を行うことを特徴とす
る。

【００４０】上記構成において、高周波振動を与える方
法として、溶液に直接与える方法を採ることができる。
これは、振動子を内蔵したノズルを用い、この振動子を
振動させながら、ノズルから溶液を散布する方法であ
る。

【００４１】また、高周波振動は、非晶質珪素膜が形成
されている基板に直接あたえてもよい。また上記２つの
方法を併用してもよい。

【００４２】上記高周波振動の周波数は、１００ＫＨｚ
〜１０ＭＨｚ、好ましくは、５００ＫＨｚ〜２ＭＨｚと
すればよい。

【００４３】他の発明の構成は、酸化珪素膜上に形成さ
れた結晶性珪素膜の作製方法であって、非晶質珪素膜に
直接、あるいは間接的に結晶化を助長する金属元素から
なる薄膜を接しせしめる工程と、前記非晶質珪素膜及び
それに接して設けられた結晶化を助長する金属元素から
なる薄膜にイオン照射を行い、前記２つの膜の界面にお
いてシリサイドを形成せしめる工程と、未反応の結晶化
を助長する金属元素からなる薄膜をエッチングして除去
する工程と、前記非晶質珪素及びその表面に設けられた
シリサイドとを同時に加熱して結晶化せしめる工程とを
有し、前記結晶化を助長する金属元素からなる薄膜を接
しせしめる工程は、前記金属元素を含む溶液を非晶質珪
素膜上に塗布することで行い、かつ前記溶液を塗布する
際に高周波振動を与えつつ塗布を行うことを特徴とす
る。

【００４４】他の発明の構成は、酸化珪素膜上に形成さ
れた結晶性珪素膜の作製方法であって、非晶質珪素膜に
直接、あるいは間接的に結晶化を助長する金属元素から
なる薄膜を接しせしめる工程と、前記非晶質珪素膜及び
それに接して設けられた結晶化を助長する金属元素から
なる薄膜に紫外光照射を行い、前記２つの膜の界面にお
いてシリサイドを形成せしめる工程と、未反応の結晶化
を助長する金属元素からなる薄膜をエッチングして除去
する工程と、前記非晶質珪素及びその表面に設けられた
シリサイドとを同時に加熱して結晶化せしめる工程とを
有し、前記結晶化を助長する金属元素からなる薄膜を接
しせしめる工程は、前記金属元素を含む溶液を非晶質珪
素膜上に塗布することで行い、かつ前記溶液を塗布する
際に高周波振動を与えつつ塗布を行うことを特徴とす
る。

【００４５】以上の構成において、珪素の結晶化を助長
する金属元素としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、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るととができる。特に
ニッケル（Ｎｉ）を用いた場合に高い再現性と効果を得
ることができる。

【００４６】半導体としての特性を有している結晶性珪
素膜は、例えば薄膜トランジスタの活性層を構成するの
で、その膜中における当該金属元素の濃度は、１×１０
¹⁵原子ｃｍ^-3〜１×１０¹⁹原子ｃｍ^-3である必要があ
る。これは、この濃度範囲以下では、結晶化の作用が得
られず、この濃度範囲以上では、半導体としての特性が
失われてしまうからである。なお、本明細書中における
濃度というのは、ＳＩＭＳ（２次イオン分析方法）で得
られる最大値として定義される。

【００４７】上記構成において、金属元素を含む溶液を
塗布する前に３００℃〜５００℃の温度で加熱処理を行
い非晶質珪素膜中の水素を脱離させることは有効であ
る。その理由としては、非晶質珪素膜は水素によって安
定化されており、その水素を脱離させることにより自由
エネルギ─の高い状態、即ち活性な状態とすることが可
能で、結果としてシリサイド化反応をおこさせる際の活
性化エネルギ─を低下させることが可能だからである。
この工程によって、非晶質珪素膜中の水素濃度を0.001
〜５原子％とすることが望ましい。

【００４８】上記構成において、基板としてガラス基板
を用いた場合には、加熱処理の温度を４５０℃以上の温
度であって、かつガラス基板の歪点以下の温度で行うこ
とが望ましい。これは、加熱処理に従う結晶化を行う温
度の下限が４５０℃程度であり、またガラス基板の変形
を防ぐためにその歪点以下の温度で加熱処理を行う必要
があるからである。また、一般には、この加熱処理によ
って、シリサイドからのヘテロエピタキシャルの如き成
長によって非晶質珪素膜は結晶化される。しかし、その
加熱温度が低く（概ね５００℃以下）、かつ加熱時間が
短い場合には、結晶化が十分には行われないことにな
る。なお、このような場合は、さらに別工程で加熱を行
ったり、レーザー光や強光を照射して、非晶質珪素膜の
結晶化や結晶化の助長を行う必要がある。

【００４９】以下に各種金属元素を導入するために利用
される溶液の種類を示す。

【００５０】まず溶媒であるが、基本的には水系の材料
がその後の加熱時等における汚染の観点からは望ましい
と考えられる。また、非水系溶媒では、その後比較的低
温において気化蒸発してしまう材料が望ましく、そのよ
うな溶媒としては低級アルコ─ルあるいはケトン類、ア
ルデヒド類、またはトルエンの如き材料を用いることが
できる。発明者らの実験の結果では、低級アルコ─ル、
中でもイソプロピルアルコ─ル（ＩＰＡ）が非晶質珪素
表面への濡れ性及び不純物濃度の観点から優れていた。

【００５１】溶質としては基本的に触媒金属の塩であっ
て、上記溶媒に可溶のものであれば用いることが可能で
ある。以下にその例を挙げる。

【００５２】触媒金属としてＮｉ（ニッケル）を用いる
場合には、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、ヨウ化ニッケル、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を用いることができる。

【００５３】触媒金属としてＦｅ（鉄）を用いる場合に
は、その化合物として鉄塩として知られている材料、例
えば臭化第１鉄（ＦｅＢｒ₂ ６Ｈ₂ Ｏ）、臭化第２鉄
（ＦｅＢｒ₃ ６Ｈ₂ Ｏ）、酢酸第２鉄（Ｆｅ（Ｃ₂ Ｈ₃
Ｏ₂)₃xＨ₂ Ｏ）、塩化第１鉄（ＦｅＣｌ₂ ４Ｈ₂ Ｏ）、
塩化第２鉄（ＦｅＣｌ₃ ６Ｈ₂ Ｏ）、フッ化第２鉄（Ｆ
ｅＦ₃ ３Ｈ₂ Ｏ）、硝酸第２鉄（Ｆｅ（ＮＯ₃)₃ ９Ｈ₂
Ｏ）、リン酸第１鉄（Ｆｅ₃ （ＰＯ₄)₂ ８Ｈ₂ Ｏ）、リ
ン酸第２鉄（ＦｅＰＯ₄ ２Ｈ₂ Ｏ）から選ばれたものを
用いることができる。

【００５４】触媒金属としてＣｏ（コバルト）を用いる
場合には、その化合物としてコバルト塩として知られて
いる材料、例えば臭化コバルト（ＣｏＢｒ６Ｈ₂ Ｏ）、
酢酸コバルト（Ｃｏ（Ｃ₂ Ｈ₃ Ｏ₂)₂ ４Ｈ₂ Ｏ）、塩化
コバルト（ＣｏＣｌ₂ ６Ｈ₂Ｏ）、フッ化コバルト（Ｃ
ｏＦ₂ xＨ₂ Ｏ）、硝酸コバルト（Ｃｏ（Ｎｏ₃)₂ ６Ｈ
₂ Ｏ）から選ばれたものを用いることができる。

【００５５】触媒金属としてＲｕ（ルテニウム）を用い
る場合には、その化合物としてルテニウム塩として知ら
れている材料、例えば塩化ルテニウム（ＲｕＣｌ₃ Ｈ₂
Ｏ）を用いることができる。

【００５６】触媒金属してＲｈ（ロジウム）を用いる場
合には、その化合物としてロジウム塩として知られてい
る材料、例えば塩化ロジウム（ＲｈＣｌ₃ ３Ｈ₂ Ｏ）を
用いることができる。

【００５７】触媒金属としてＰｄ（パラジウム）を用い
る場合には、その化合物としてパラジウム塩として知ら
れている材料、例えば塩化パラジウム（ＰｄＣｌ₂ ２Ｈ
₂ Ｏ）を用いることができる。

【００５８】触媒金属としてＯｓ（オスミウム）を用い
る場合には、その化合物としてオスニウム塩として知ら
れている材料、例えば塩化オスミウム（ＯｓＣｌ₃ ）を
用いることができる。

【００５９】触媒金属としてＩｒ（イリジウム）を用い
る場合には、その化合物としてイリジウム塩として知ら
れている材料、例えば三塩化イリジウム（ＩｒＣｌ₃ ３
Ｈ₂Ｏ）、四塩化イリジウム（ＩｒＣｌ₄ ）から選ばれ
た材料を用いることができる。

【００６０】触媒金属としてＰｔ（白金）を用いる場合
には、その化合物として白金塩として知られている材
料、例えば塩化第二白金（ＰｔＣｌ₄ ５Ｈ₂ Ｏ）を用い
ることができる。

【００６１】触媒金属としてＣｕ（銅）を用いる場合に
は、その化合物として酢酸第二銅（Ｃｕ（ＣＨ₃ ＣＯ
Ｏ）₂ ）、塩化第二銅（ＣｕＣｌ₂ ２Ｈ₂ Ｏ）、硝酸第
二銅（Ｃｕ（ＮＯ₃)₂ ３Ｈ₂ Ｏ）から選ばれた材料を用
いることができる。

【００６２】触媒金属として金を用いる場合には、その
化合物として三塩化金（ＡｕＣｌ₃xＨ₂ Ｏ）、塩化金塩
（ＡｕＨＣｌ₄ ４Ｈ₂ Ｏ）、から選ばれた材料を用いる
ことができる。

【００６３】また、溶媒として水溶液の如き極性溶媒を
用いた場合、界面活性剤を添加することは有効である。
ただしスピン乾燥後に界面活性剤が残存し、そのまま真
空チャンバ─あるいは拡散炉等に投入された場合、これ
らの材料中の炭素等がコンタミの原因になる恐れがある
ため、これらを取り除く前処理例えばアッシングを行う
か、あるいは比較的低温で気化蒸発する界面活性剤を選
択するかが望ましい。下記の〔表１〕〜〔表３〕に本明
細書で開示する発明において利用することができる界面
活性剤の一例を示す。これらは一般的に界面活性剤と呼
ばれている材料であるが、これ以外にも界面の濡れ性を
改善できる材料、例えば酢酸等も同様に使用できる。

【００６４】

【表１】

【００６５】

【表２】

【００６６】

【表３】

【００６７】これら溶媒、溶質及び必要に応じて界面活
性剤を添加した溶液（以下溶液と省略）を用いて、非晶
質珪素膜上に金属を添加する場合、以下の点に注意が必
要である。

【００６８】まず、完全に溶解していることが重要であ
る。これが単に分散している場合、非晶質珪素膜表面に
これらが特異吸着し、その部分の特性を劣化させる可能
性があるからである。

【００６９】また、非晶質珪素膜表面に異物等が存在す
る場合、そこだけ吸着が増加、あるいは低下し、ばらつ
きの原因となるため、均質な表面を形成しておくことが
重要である。

【００７０】また、塗布時に均一な塗布を行わせるため
には、基板に超音波領域の振動を与える、あるいは塗布
液自身に超音波を重ねることは有用であった。また、そ
の振動数は吸着させたいイオン種の大きさを鑑みて決め
られるものであるが、おおよそ１００ＫＨｚ〜１０ＭＨ
ｚ、一般的には１〜５ＭＨｚ程度の通常メガソニックと
よばれている領域が望ましい。

【００７１】次に、上記材料を用いて金属を非晶質珪素
膜上に塗布、乾燥後に、これら金属の拡散を行わせずに
シリサイドを形成する技術に関し、説明を加える。この
工程においては、金属の拡散を起こさせずにシリサイド
層を形成する技術が重要となる。

【００７２】まずは低エネルギ─イオン照射によって行
う例を示す。本発明で使用した装置の模式図を図４に示
す。まず装置は大きく分けて、処理室３０１とロ─ドア
ンロ─ド室３０２とからなり、間がゲ─トバルブ３０３
で仕切られたマルチチャンバ─の構成となっている。ま
た、図示はしていないが、それぞれ高真空まで真空引き
可能な構成となっている。基板３０４は、真空中で搬送
ロボット（図示せず）により処理室３０１に枚葉に搬送
される。そして所定の真空度まで到達後、アルゴン（Ａ
ｒ）あるいはキセノン（Ｘｅ）を導入し、ＲＦ電源３０
７からの高周波によりプラズマを発生させる。この際の
圧力は０．１〜１００Ｐａ例えば２０Ｐａにおいて行
う。この状態で、上部電極３０５と下部電極３０８の間
にＤＣバイアスを印加し、加速したイオンを基板表面に
衝突させ、そのエネルギ─でシリサイドの形成を行う。
また、３０６がコイルであり、プラズマの拡散を防ぐた
めの磁場を発生する。このシリサイドの形成過程を図５
を用いて説明する。

【００７３】まず図５（ａ）において、金属化合物５０
１（ここではニッケル化合物とする）が非晶質珪素膜５
０２に接した状態において、低エネルギ─イオン照射
（ここではキセノンを用いた例）を行う。そして有効な
エネルギ─を持ったキセノンイオン５０５が基板表面に
到達するとそこでイオンのエネルギ─をもらったニッケ
ル化合物が非晶質珪素と反応してニッケルシリサイド５
０６を形成する。このでキセノン（Ｘｅ）を用いる理由
は、珪素に比較して原子半径が大きく、非晶質珪素膜の
表面において、それだけエネルギーを与えやすいからで
ある。この意味で、ＡｒよりＸｅを用いた方がより好ま
しい。またＫｒを用いることも考えられる。（図５
（ｂ））

【００７４】このとき全てがシリサイド化できるとは限
らず、ニッケル化合物として残存するもの５０８も存在
する。また、図にはキセノンイオン５０５が衝突した場
合、その場でシリサイド化が起こる様に示されている
が、当然表面におけるマイグレ─ションも発生する。

【００７５】加速電圧としては１〜１０００Ｖ、例えば
１００Ｖ程度を用いる。これは非晶質珪素膜表面に極薄
酸化膜が存在するか等の条件で変化し、絶対的なもので
はない。ただし、必要以上に大きなエネルギ─を与える
ことは、非晶質珪素膜表面にダメ─ジを与えるため注意
が必要である。また上記イオン照射は数分程度の処理で
十分な効果がある。

【００７６】図４に示した装置は、発明者らが用いた物
であり、それ以外の構成でも可能であることは言うまで
もない。また、チャンバ─外壁からの金属汚染があった
場合、その濃度が添加している結晶化のための金属濃度
を上回ってしまう。従って、石英ベルジャ─を用いた誘
導結合型のプラズマを用いることは望ましい。

【００７７】次に、紫外光照射でシリサイドを形成する
方法について説明する。この方法は、前記低エネルギ─
照射の様な高真空設備を必要としないというメリットを
有する。

【００７８】紫外光光源としては、一般的な高圧水銀ラ
ンプ等を用いる方法でも良い。雰囲気は不活性雰囲気、
あるいは設備が許せば真空において行うことが望まし
い。酸化雰囲気において行っても良いが、添加した金属
の酸化が起こる可能性があり、前述の様に不活性雰囲気
あるいは真空中が望ましい。

【００７９】照射する波長は、反応を表面だけに限定し
たいという観点から、可能な限り短波長が望ましい（吸
収係数及びエネルギ─の関係より）。これは、金属の拡
散を防ぎ、表面のみにおいて反応を進行させるためであ
る。

【００８０】そして、短波長の紫外光を照射できる理想
的なものとして、エキシマレ─ザ─を挙げることができ
る。本発明において、従来の技術でレ─ザ─技術がまだ
未成熟であることを示したが、それは結晶化工程、即ち
エネルギ─密度として凡そ２００ｍＪ／ｃｍ² 以上必要
とするプロセスにおいての話であり、今回の様に低エネ
ルギ─（２００ｍＪ／ｃｍ² 以下、条件にもよるが下は
１００ｍＪ／ｃｍ² 以下でも可能である）の場合には十
分有効である。また、その波長から考えると、最も望ま
しいのは短波長であるＡｒＦエキシマレ─ザ─であり、
以下、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ等が続く。

【００８１】ここでは、結晶化用に開発したＫｒＦエキ
シマ線状ビ─ムレ─ザ─を用いた例を図６を用いて示
す。

【００８２】基板６０１上には非晶質珪素膜６０２成膜
されており、その上に図では示していないがニッケル化
合物が塗布されている。ここに低エネルギ─（結晶化に
必要なエネルギ─に比較しての意味）のＫｒＦエキシマ
レ─ザ─光６０３を照射する。このレーザー光６０３
は、光学系により線状にビーム加工されており、照射と
同時にステ─ジ６０４を移動させることによって、非晶
質珪素膜３０２の表面全体にレーザー光を照射すること
ができる。

【００８３】このような構成とすることにより、用意に
全面に表面でのシリサイド化反応を起こさせることが可
能となる。このようにエキシマレ─ザ─を用いた場合の
注意点は２つある。一つは前述の様にレ─ザ─パワ─を
あまり上げないことであり、できるだけ最表面における
反応に留め、内部まで加熱させないことが当該金属元素
の拡散を防ぐ意味で重要である。

【００８４】もう一つは、基板加熱を行わないことであ
る。これは、当該金属元素の拡散を防ぐ意味で非常に重
要な技術となる。

【００８５】上述のプロセスまでで、非晶質珪素膜の表
面に金属のシリサイドを前記金属の不必要な拡散なしに
形成することが可能となる。次に、図５（Ｃ）に示すよ
うに不要な金属部分を選択的にエッチングして、シリサ
イドのみを残す。

【００８６】一概にシリサイドといっても、何によって
エッチングされるかは金属の種類によって異なる。例え
ば、最も効果が高いニッケルシリサイドにおいては、Ｈ
Ｆを含む溶液以外ではエッチングされない為、金属ニッ
ケルのみをエッチングするエッチャントとしては塩酸、
硝酸の如きエッチャントが使用できる。これがパラジウ
ムを用いた場合には、シリサイドも硝酸に可溶であるた
め、選択エッチャントとして使用できない。このように
選択する金属によって異なるが、概ね塩酸系あるいは硝
酸系のエッチャントを用いてエッチングすることによ
り、金属成分のみをエッチングすることが可能である。
また、これらの選択エッチャントは、同時にガラスをも
エッチングする傾向が強いため、スピンエッチング（膜
面を上にして回転させながら上部よりエッチング液を塗
出、エッチングする方法）によってガラス基板にエッチ
ャントが触れない構成とすることが望ましい。

【００８７】次に表面にシリサイドが形成された非晶質
珪素膜を加熱して結晶化せしめる。これは図５（ｄ）に
対応し、シリサイド５０６を核として結晶性珪素５０７
が得られる。ただし、金属部分を選択的にエッチングし
なかったものに比較すると、選択エッチングを施したも
のは若干結晶成長が遅い傾向が観測された。これは、残
存した金属成分がその後ある程度はシリサイド化して結
晶成長に寄与したか、あるいは拡散した金属成分は何ら
かの触媒的な効果をもっているためであると推測され
る。

【００８８】しかしながら、本発明のように選択的にエ
ッチングをした場合でも、ガラスの歪点以下、例えばガ
ラスとしてコ─ニングの７０５９ガラスを用いた場合、
５５０℃程度の温度であっても、４時間程で十分に結晶
化せしめることが可能である。また、必要に応じてこの
ように結晶化せしめた結晶性珪素膜にレ─ザ─光を照射
して、結晶性を向上させることは有効である。また、レ
ーザー光の照射の後にさらに加熱処理を加えろ、膜中の
欠陥を減少させることができる。

【００８９】加熱処理による結晶化の終了後びレーザー
光の照射は、前述の紫外光照射に用いたエキシマレ─ザ
─を用いればよい。この場合、予め結晶化している珪素
膜にレ─ザ─を照射することになるため、レ─ザ─パワ
─の不安定性の影響があまり現れず、均一性の高い結晶
性珪素膜を得ることが可能となる。

【００９０】

【作用】珪素の結晶化を助長する金属元素を用いて非晶
質珪素膜を結晶化せしめる方法において、非晶質珪素膜
の表面およびその近傍において、当該金属元素のシリサ
イドを形成し、この際、非晶質珪素膜中に当該金属元素
が拡散しないようにすることによって、添加した金属を
全てを結晶化に寄与せしめることが可能となり、その結
果従来よりも少ない量で同程度の低温結晶化の効果を得
ることができる。

【００９１】特に、当該金属元素と非晶質珪素膜とのシ
リサイド層を形成する際に、熱ネネルギーを用いずに、
光エネルギーを利用することにより、当該金属元素の拡
散を抑制することができる。

【００９２】そして、素子特性に悪影響を及ぼす偏析し
たシリサイドの頻度及びそのサイズを飛躍的に低下させ
ることが可能となり、基板内のバラツキを激減させるこ
とが可能となる。例を示すと、本発明人による特願平Ｈ
０５−２９４６３３及びそれに付随する技術を用いた場
合に観測される偏析したシリサイドの大きさは概ね〜数
百Å程度の粒径を持つのに対し、それよりも平均して一
桁小さな数Å〜数十Åの偏析に留めることが可能とな
る。この位のサイズの場合、それが仮に薄膜トランジス
タのジャンクション部分にあったとしても、素子サイズ
が数μｍル─ルの場合には全く問題とならない。

【００９３】

【実施例】

〔実施例１〕ここでは本明細書で開示する発明を用いた
結晶性珪素膜の作製方法の基本的なものを示す。図１を
用いて本実施例の各工程を説明する。まずガラス基板１
０１としてコーニング７０５９ガラス基板またはコーニ
ング１７３７ガラス基板を用意する。そしてこのガラス
基板１０１上に下地膜１０２として酸化珪素膜をスパッ
タ法またはＴＥＯＳガスを用いたプラズマＣＶＤ法で３
０００Åの厚さに成膜する。この下地の酸化珪素膜１０
２は、シランガスと酸素ガスを用いた熱ＣＶＤ法を用い
て成膜してもよい。この酸化珪素膜は、ガラス基板１０
１から不純物が拡散しないようにするためのバリア層と
しても機能する。またガラス基板１０１と珪素膜との間
に働く応力を緩和する機能も有する。

【００９４】次にプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ
法により、非晶質珪素膜１０３を必要とする厚さに成膜
する。ここでは、５００Åの厚さに成膜する。こうして
図１（Ａ）に示す状態を得る。この状態においては、非
晶質珪素膜１０３の表面は露出しているので、その表面
には自然酸化膜が形成されている。

【００９５】次に、後の工程において均一な結晶化を促
進させるために、非晶質珪素膜の結晶化が顕著になる温
度より、低い温度で加熱処理を加え、膜中の水素を出来
うるだけ脱離させる。この温度は、概ね５００℃以下の
温度、好ましくは、３００℃〜５００℃、さらに好まし
くは４５０℃〜５００℃の温度とする。加熱時間は１時
間程度とすればよい。この加熱処理により、膜中の水素
が離脱し、珪素の不対結合手が多量に存在した状態とす
ることができる。このような状態は、結晶化のための活
性化エネルギーが低くなった状態であり、また均一な結
晶状態が進行し易い状態である。なお、この加熱処理工
程は不活性雰囲気中において行うことが望ましい。

【００９６】さらに非晶質珪素膜の表面に形成された自
然酸化膜をバッファーフッ酸によって除去する。

【００９７】ここでニッケル酢酸塩溶液に界面活性剤を
加えたものを用意する。この溶液は、ニッケル元素を重
量換算で１０ｐｐｍ含有したニッケル酢酸塩溶液中に界
面活性剤を１ｗｔ％添加したものである。

【００９８】ここで、図１（Ａ）に示す状態の試料をス
ピナー１００に乗せ、上記溶液を塗布する。この状態で
溶液の水膜４０１が形成される。そしてスピナーを回転
させ、余分な溶液を飛ばす。この際、界面活性剤の作用
により、酸化膜が除去された非晶質珪素膜の表面にニッ
ケル元素が一様に分散される。こうして、ニッケル元素
が非晶質珪素膜１０３の表面に一様に分散して接した状
態が得られる。

【００９９】この後、図４に示された低エネルギ─イオ
ン照射装置を用いて、表面にキセノンイオンを照射し、
ニッケルのシリサイド化を行う。条件は、圧力１５Ｐ
ａ、加速電圧１５０Ｖ、プラズマ励起周波数１００ＭＨ
ｚとする。処理時間は１０分間とする。この上程でＮｉ
シリサイド層１０９が形成される。

【０１００】次に、スピンエッチング装置（図示せず）
を用いて、0.1 Ｎ（0.1 mol ／ｌ）硝酸溶液で３分間の
スピンエッチングを行う。このスピンエッチングによっ
て、シリサイド化しなかったＮｉ成分を除去する。エッ
チング後は十分に水洗を行い、振り切り乾燥後、縦型炉
による加熱結晶化を行う。

【０１０１】ここで、ガラス基板１０１がコーニング７
０５９ガラスである場合には、結晶化温度は５５０℃程
度とする。この際の加熱時間は４時間とすればよい。こ
の結果、全面結晶化が可能となる。また、同１７３７ガ
ラスの場合には、６００℃程度で２時間程度の加熱で十
分に結晶化が可能である。この工程においては、シリサ
イド層１０９から１０５で示されるような結晶化が進行
する。

【０１０２】次に、バッファフッ酸を用いたウエットエ
ッチングにより、結晶性珪素膜の表面のシリサイド層１
０９を取り除く。この層１０９は、結晶性珪素膜１０３
と外部が接する領域という意味で粒界と同様にシリサイ
ドあるいは金属ニッケルの偏析サイトとなる。その為こ
れを取り除くことによって、ニッケルシリサイドの影響
を極力排除した結晶性珪素膜を得ることができる。（図
１（Ｃ））

【０１０３】さらにレーザー光の照射を行い、珪素膜１
０３の結晶化を助長させる。この際、試料を４５０℃〜
基板の歪点以下の温度に加熱することは有効である。こ
の加熱は、赤外線による方法や基板ステージに内蔵され
たヒーターによって行えばよい。

【０１０４】〔実施例２〕ここでは本明細書で開示する
発明を用いた結晶性珪素膜の作製方法の基本的なももう
一つの方法を示す。ここで、非晶質珪素膜の成膜までは
実施例１と同様であるために割愛する。

【０１０５】ここでニッケル酢酸塩水溶液とＩＰＡを容
量比で５０：５０とした溶液を用いてニッケルを表面に
添加する。溶液中のニッケル濃度は、実施例１と同様に
ニッケル元素を重量換算で１０ｐｐｍ含有とする。

【０１０６】ここで、図１（Ａ）に示す状態の試料をス
ピナー１００に乗せ、上記溶液を塗布する。この状態で
溶液の水膜４０１が形成される。そしてスピナーを回転
させ、余分な溶液を飛ばす。ＩＰＡを用いた場合には、
保持時間が長過ぎるとＩＰＡ成分の揮発による溶液濃度
の濃縮が起こるため注意が必要である。こうしてニッケ
ル元素が非晶質珪素膜１０３の表面に一様に分散して接
した状態が得られる。

【０１０７】この後、図６に示されたエキシマレ─ザ─
アニ─ル装置を用いて、表面にＫｒＦエキシマレ─ザ─
を照射してニッケルのシリサイド化を行う。条件は、大
気雰囲気、レ─ザ─パワ─１５０ｍＪ／ｃｍ² 、基板温
度室温で行った。この際に、ＫｒＦの２４８ｎｍの波長
は非晶質珪素において表面で吸収され、その部分のみの
シリサイド化が起こる。

【０１０８】次に、スピンエッチング装置（図示せず）
を用いて、０．１Ｎ硝酸溶液で３分間のスピンエッチン
グを行う。エッチング後は十分に水洗を行い、振り切り
乾燥後、縦型炉による加熱結晶化を行った。この後の工
程は実施例１とほぼ同様であるが、結晶化の直前に水素
出し工程を入れたところが若干異なる。結果として、実
施例１と同様に偏析の非常に少ない結晶性珪素薄膜を得
ることができる。

【０１０９】〔実施例３〕実施例３は、実施例２におい
てニッケル溶液の塗布工程においてメガソニックを用い
る例である。周波数としては１．３ＭＨｚを用い、塗布
する水溶液／ＩＰＡに超音波を重ねることによって、塗
布される溶液に直接高周波振動を与える。

【０１１０】具体的には、振動子を内蔵したノズルを用
いて溶液を塗布する際に、振動子を高周波で振動させる
ことによって、塗布される溶液に高周波振動を与える。

【０１１１】得られる珪素薄膜は実施例２と同様に偏析
の少ない（小さい）良質なものとなる。尚、今回の主た
る発明であるシリサイドのみを残して結晶化させるとい
う構成でも、それだけで十分な効果を有するが、本実施
例の方法を併用することにより、特に異常に大きな偏析
（はじめから巨大金属粒であった可能性もある）を防止
することができる。

【０１１２】〔実施例４〕本実施例は、実施例２に示し
た方法で得られた結晶性珪素膜を用いてＮチャネル型の
薄膜トランジスタを作製する例を示す。図７に本実施例
で示す薄膜トランジスタの作製工程を示す。まず、図７
（Ａ）に示すように、実施例２に示した方法により、ガ
ラス基板１０１上に結晶性珪素膜１０６を形成する。１
０２は下地膜として機能する厚さ３０００Åの酸化珪素
膜である。

【０１１３】図７（Ａ）に示す状態を得たら、結晶性珪
素膜１０６をパターニングして、薄膜トランジスタの活
性層５０１を得る。さらにゲイト絶縁膜５０２をスパッ
タ法により１０００Åの厚さに成膜する。さらにアルミ
ニウムを主成分とする膜を６０００Åの厚さに電子ビー
ム蒸着法で成膜し、パターニングを施すことにより、ゲ
イト電極５０３を形成する。ゲイト電極５０３を形成し
たら、このゲイト電極を陽極として電解溶液中において
陽極酸化を行い、酸化物層５０４を形成する。この酸化
物層は２０００Å程度の厚さに成長させる。こうして図
７（Ｂ）に示す状態を得る。

【０１１４】さらにＰ（リン）イオンをイオン注入法ま
たはプラズマドーピング法で加速注入する。この工程に
おいては、ゲイト電極５０３とその周囲の酸化物層５０
４とがマスクとなり、Ｐイオンの注入が行われる。こう
して、ソース領域５０５、オフセットゲイト領域５０
６、チャネル形成領域５０７、ソース領域５０８が自己
整合的に形成される。（図７（Ｃ））

【０１１５】図７（Ｃ）に示す状態を得たら、層間絶縁
膜５０９として酸化珪素膜を６０００Åの厚さにプラズ
マＣＶＤ法で成膜する。さらにコンタクトホールの形成
を行った後、チタンとアルミニウムとの積層体でなるソ
ース電極５１０とドレイン電極５１１とを形成する。最
後に３５０℃の水素雰囲気中で加熱処理を施すことによ
り、図７（Ｄ）に示すような薄膜トランジスタを完成さ
せる。

【０１１６】〔実施例５〕本実施例は、Ｎチャネル型の
薄膜トランジスタにおいて、チャネル形成領域にＢ（ボ
ロン）イオンをドーピングし、Ｖ_th（しきい値電圧）を
制御した薄膜トランジスタの構成に関する。Ｎチャネル
型の薄膜トランジスタのＶ_thを制御するには、チャネル
形成領域にＢイオンをプラズマドーピング法またはイオ
ン注入法により、１×１０¹⁵〜１×１０¹⁸原子ｃｍ^-3の
濃度となるように加速注入すればよい。

【０１１７】

【発明の効果】本明細書に開示する技術を用いること
で、珪素の結晶化を助長する金属元素を用いた結晶性珪
素膜の作製において、珪素膜中に当該金属元素が局所的
に集中して存在してまう問題を解決することができる。

【０１１８】また、薄膜トランジスタを構成した場合に
特性のバラツキや劣化がなく、またＯＦＦ電流特性の良
好なものが得られる結晶性珪素膜を得ることができる。

【０１１９】また、特性のバラツキや劣化がなく、また
ＯＦＦ電流特性の良好な薄膜トランジスタを得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】結晶化が行われる状態を示す図。

【図２】ニッケル酢酸塩溶液を用いて非晶質珪素膜を
結晶化させる工程を示す図。

【図３】結晶化の進行状況を示す図

【図４】イオン照射を行う装置を示す図。

【図５】イオン照射を用いてシリサイドを形成する工
程を示す図。

【図６】レーザー光の照射によりシリサイドを形成す
る工程を示す図。

【図７】実施例の薄膜トランジスタの作製工程を示す
図。

【符号の説明】

１００スピナー１０１ガラス基板１０２下地膜（酸化珪素膜）１０３珪素膜４０１ニッケル酢酸塩溶液の水
膜１０９ニッケルシリサイド層２０１酸化膜１０６結晶性珪素膜５０１Ｎｉ化合物５０２非晶質珪素５０３結晶性珪素５０３５０４拡散するニッケル元素３０１処理室３０２ロ─ドアンロ─ド室３０３ゲートバルブ３０４基板３０５上部電極３０８下部電極３０６コイル３０７ＲＦ電源５０５キセノンイオン５０６ニッケルシリサイド５０８残存したニッケル化合物５０７結晶性珪素６０１基板６０２非晶質珪素膜６０３ＫｒＦエキシマレ─ザ─光６０４ステ─ジ５０１活性層５０２ゲイト絶縁膜（酸化珪素
膜）５０３アルミニウムを主成分とす
るゲイト電極５０４陽極酸化物層５０５ソース領域５０６オフセットゲイト領域５０７チャネル形成領域５０８ドレイン領域５０９層間絶縁膜（酸化珪素膜）５１０ソース電極５１１ドレイン電極

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非晶質珪素膜に直接、あるいは間接的に結
晶化を助長する金属元素からなる薄膜を接しせしめる工
程と、前記非晶質珪素膜及びそれに接して設けられた結晶化を
助長する金属元素からなる薄膜に熱以外のエネルギ─を
与えて前記２つの膜の界面においてシリサイドを形成せ
しめる工程と、未反応の結晶化を助長する金属元素からなる薄膜をエッ
チングして除去する工程と、前記非晶質珪素及びその表面に設けられたシリサイドと
を同時に加熱して結晶化せしめる工程とを有することを
特徴とする珪素膜の作製方法。
【請求項２】請求項１において、熱以外のエネルギ─を
与える方法として、光エネルギーを照射する方法、振動
エネルギーを与える方法、イオンを照射する方法から選
ばれた一種または複数種類の方法を用いることを特徴と
する珪素膜の作製方法。
【請求項３】請求項１において、加熱と同時にレーザー
光または強光の照射を行うことを特徴とする珪素膜の作
製方法。
【請求項４】請求項１において、加熱の後にレーザー光
または強光の照射を行うことを特徴とする珪素膜の作製
方法。
【請求項５】請求項１において、結晶化を助長する金属
元素として、Ｆｅ、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
を用いることを特徴とする珪素膜の作製方法。
【請求項６】非晶質珪素膜に直接、あるいは間接的に結
晶化を助長する金属元素からなる薄膜を接しせしめる工
程と、前記非晶質珪素膜及びそれに接して設けられた結晶化を
助長する金属元素からなる薄膜にイオン照射を行い、前
記２つの膜の界面においてシリサイドを形成せしめる工
程と、未反応の結晶化を助長する金属元素からなる薄膜をエッ
チングして除去する工程と、前記非晶質珪素及びその表面に設けられたシリサイドと
を同時に加熱して結晶化せしめる工程とを有することを
特徴とする珪素膜の作製方法。
【請求項７】請求項６において、イオン照射は、Ｘｅま
たはＡｒをイオン化したものを照射することを特徴とす
る珪素膜の作製方法。
【請求項８】請求項６において、結晶化を助長する金属
元素として、Ｆｅ、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
が用いることを特徴とする珪素膜の作製方法。
【請求項９】請求項６において、加熱と同時にレーザー
光または強光の照射を行うことを特徴とする珪素膜の作
製方法。
【請求項１０】請求項６において、加熱の後にレーザー
光または強光の照射を行うことを特徴とする珪素膜の作
製方法。
【請求項１１】酸化珪素膜上に形成された結晶性珪素膜
の作製方法であって、非晶質珪素膜に直接、あるいは間接的に結晶化を助長す
る金属元素からなる薄膜を接しせしめる工程と、前記非晶質珪素膜及びそれに接して設けられた結晶化を
助長する金属元素からなる薄膜に紫外光照射を行い、前
記２つの膜の界面においてシリサイドを形成せしめる工
程と、未反応の結晶化を助長する金属元素からなる薄膜をエッ
チングして除去する工程と、前記非晶質珪素及びその表面に設けられたシリサイドと
を同時に加熱して結晶化せしめる工程とを有することを
特徴とする珪素膜の作製方法。
【請求項１２】請求項１１において、紫外光照射は、エ
キシマレーザーの照射によるものであることを特徴とす
る珪素膜の作製方法。
【請求項１３】請求項１１において、結晶化を助長する
金属元素として、Ｆｅ、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
を用いることを特徴とする珪素膜の作製方法。
【請求項１４】非晶質珪素膜に直接、あるいは間接的に
結晶化を助長する金属元素からなる薄膜を接しせしめる
工程と、前記非晶質珪素膜及びそれに接して設けられた結晶化を
助長する金属元素からなる薄膜に熱以外のエネルギ─を
与えて前記２つの膜の界面においてシリサイドを形成せ
しめる工程と、未反応の結晶化を助長する金属元素からなる薄膜をエッ
チングして除去する工程と、前記非晶質珪素及びその表面に設けられたシリサイドと
を同時に加熱して結晶化せしめる工程とを有し、前記結晶化を助長する金属元素からなる薄膜を接しせし
める工程は、前記金属元素を含む溶液を非晶質珪素膜上に塗布するこ
とで行い、かつ前記溶液を塗布する際に高周波振動を与えつつ塗布
を行うことを特徴とする珪素膜の作製方法。
【請求項１５】請求項１４において、結晶化を助長する
金属元素として、Ｆｅ、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
を用いることを特徴とする珪素膜の作製方法。
【請求項１６】請求項１４において、高周波振動は、溶
液に与えることを特徴とする珪素膜の作製方法。
【請求項１７】請求項１４において、高周波振動は、非
晶質珪素膜が形成されている基板に与えられることを特
徴とする珪素膜の作製方法。
【請求項１８】請求項１４において、高周波振動の周波
数は、１００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚであることを特徴とす
る珪素膜の作製方法。することを特徴とする珪素膜の作
製方法。
【請求項１９】請求項１４において、加熱と同時にレー
ザー光または強光の照射を行うことを特徴とする珪素膜
の作製方法。
【請求項２０】請求項１４において、加熱の後にレーザ
ー光または強光の照射を行うことを特徴とする珪素膜の
作製方法。
【請求項２１】酸化珪素膜上に形成された結晶性珪素膜
の作製方法であって、非晶質珪素膜に直接、あるいは間接的に結晶化を助長す
る金属元素からなる薄膜を接しせしめる工程と、前記非晶質珪素膜及びそれに接して設けられた結晶化を
助長する金属元素からなる薄膜にイオン照射を行い、前
記２つの膜の界面においてシリサイドを形成せしめる工
程と、未反応の結晶化を助長する金属元素からなる薄膜をエッ
チングして除去する工程と、前記非晶質珪素及びその表面に設けられたシリサイドと
を同時に加熱して結晶化せしめる工程とを有し、前記結晶化を助長する金属元素からなる薄膜を接しせし
める工程は、前記金属元素を含む溶液を非晶質珪素膜上に塗布するこ
とで行い、かつ前記溶液を塗布する際に高周波振動を与えつつ塗布
を行うことを特徴とする珪素膜の作製方法。
【請求項２２】請求項２１において、結晶化を助長する
金属元素として、Ｆｅ、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
を用いることを特徴とする珪素膜の作製方法。
【請求項２３】請求項２１において、高周波振動は、溶
液に与えることを特徴とする珪素膜の作製方法。
【請求項２４】請求項２１において、高周波振動は、非
晶質珪素膜が形成されている基板に与えられることを特
徴とする珪素膜の作製方法。
【請求項２５】請求項２１において、高周波振動の周波
数は、１００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚであることを特徴とす
る珪素膜の作製方法。
【請求項２６】請求項２１において、イオン照射は、Ｘ
ｅまたはＡｒをイオン化したものを照射することを特徴
とする珪素膜の作製方法。
【請求項２７】請求項２１において、加熱と同時にレー
ザー光または強光の照射を行うことを特徴とする珪素膜
の作製方法。
【請求項２８】請求項２１において、加熱の後にレーザ
ー光または強光の照射を行うことを特徴とする珪素膜の
作製方法。
【請求項２９】酸化珪素膜上に形成された結晶性珪素膜
の作製方法であって、非晶質珪素膜に直接、あるいは間接的に結晶化を助長す
る金属元素からなる薄膜を接しせしめる工程と、前記非晶質珪素膜及びそれに接して設けられた結晶化を
助長する金属元素からなる薄膜に紫外光照射を行い、前
記２つの膜の界面においてシリサイドを形成せしめる工
程と、未反応の結晶化を助長する金属元素からなる薄膜をエッ
チングして除去する工程と、前記非晶質珪素及びその表面に設けられたシリサイドと
を同時に加熱して結晶化せしめる工程とを有し、前記結晶化を助長する金属元素からなる薄膜を接しせし
める工程は、前記金属元素を含む溶液を非晶質珪素膜上に塗布するこ
とで行い、かつ前記溶液を塗布する際に高周波振動を与えつつ塗布
を行うことを特徴とする珪素膜の作製方法。
【請求項３０】請求項２９において、結晶化を助長する
金属元素として、Ｆｅ、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
を用いることを特徴とする珪素膜の作製方法。
【請求項３１】請求項２９において、高周波振動は、溶
液に与えることを特徴とする珪素膜の作製方法。
【請求項３２】請求項２９において、高周波振動は、非
晶質珪素膜が形成されている基板に与えられることを特
徴とする珪素膜の作製方法。
【請求項３３】請求項２９において、高周波振動の周波
数は、１００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚであることを特徴とす
る珪素膜の作製方法。
【請求項３４】請求項２９において、紫外光照射は、エ
キシマレーザーの照射によるものであることを特徴とす
る珪素膜の作製方法。
【請求項３５】請求項２９において、加熱と同時にレー
ザー光または強光の照射を行うことを特徴とする珪素膜
の作製方法。
【請求項３６】請求項２９において、加熱の後にレーザ
ー光または強光の照射を行うことを特徴とする珪素膜の
作製方法。