JPH09260685A - 半導体装置及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 珪素の結晶化を助長する金属元素を利用した
結晶性珪素膜中の金属元素の濃度を減少させる。 【解決手段】 非晶質珪素膜１０３に対してニッケル元
素を導入した後、結晶化のための第１の加熱処理を行
う。そして結晶性珪素膜が得られた後に先の加熱処理よ
りも高い温度で酸化性雰囲気中での再度の加熱処理を行
う。この工程において熱酸化膜１０６が形成される。こ
の際、熱酸化膜１０６中にニッケル元素のゲッタリング
が行なわれる。次に熱酸化膜１０６を除去する。こうす
ることで、低い金属元素の濃度で高い結晶性を有する結
晶性珪素膜１０７を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
薄膜トランジスタに代表される半導体装置の作製方法に
関する。特に、ガラス基板や石英基板上に形成された結
晶性を有する珪素薄膜を用いた半導体装置の作製方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、珪素膜を用いた薄膜トランジ
スタが知られている。これは、ガラス基板や石英基板上
に形成された珪素膜を用いて、薄膜トランジスタを構成
する技術である。

【０００３】ガラス基板や石英基板が利用されるのは、
アクティブマトリクス型の液晶表示に上記薄膜トランジ
スタを利用するためである。従来は、非晶質珪素膜を用
いて薄膜トランジスタが形成されてきたが、より高性能
を求めるために結晶性を有する珪素膜（結晶性珪素膜と
いう）を利用して薄膜トランジスタを作製することが試
みられている。

【０００４】結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタ
は、非晶質珪素膜を用いたものに比較して、２桁以上の
高速動作を行わすことができる。従って、これまで外付
けのＩＣ回路によって構成されていたアクティブマトリ
クス型の液晶表示装置の周辺駆動回路をガラス基板また
は石英基板上にアクティブマトリクス回路と同様に作り
込むことができる。

【０００５】このような構成は、装置全体の小型化や作
製工程の簡略化に非常に有利なものとなる。また作製コ
ストの低減にもつながる構成となる。

【０００６】一般に結晶性珪素膜は、非晶質珪素膜をプ
ラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法で成膜した後、加熱処
理、またはレーザー光の照射を行うことにより、結晶化
させることにより得ている。

【０００７】しかし、加熱処理の場合、結晶化にむらが
できたりし、なかなか必要とするような結晶性を広い面
積にわたって得ることが困難であるのが現状である。

【０００８】また、レーザー光の照射による方法も部分
的には高い結晶性を得ることができるが、広い面積にわ
たり、良好なアニール効果を得ることが困難である。特
に、良好な結晶性を得るような条件でのレーザー光の照
射は、不安定になりやすい。

【０００９】一方、特開平６−２３２０５９号に記載さ
れた技術は公知である。この技術は、非晶質珪素膜に珪
素の結晶化を助長する金属元素（例えばニッケル）を導
入し、従来よりもより低い温度での加熱処理で結晶性珪
素膜を得る技術である。

【００１０】本発明人らの研究によれば、この方法で得
られた結晶性珪素膜は、広い面積にわたって実用に耐え
る結晶性を有していることが判明している。

【００１１】しかし、膜中に金属元素を含有しているた
めん、その導入量の制御が微妙であり、再現席や安定性
（得られたデバイスの電気的な安定性）に問題があるこ
とが明らかになっている。

【００１２】また、残留する金属元素の影響によって、
例えば、得られる半導体装置の特性の経時変化や、薄膜
トランジスタの場合であればＯＦＦ値が大きいといった
問題が存在する。

【００１３】即ち、珪素の結晶化を助長する金属元素
は、結晶性珪素膜を得るためには有用な役割を有する
が、一方で一端結晶性珪素膜を得た後においては、その
存在が数々の問題を引き起こすマイナス要因となってし
まう。

【００１４】

【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利用して得ら
れた結晶性珪素膜における金属の濃度元素の濃度を減少
させる技術を提供することを課題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】まず、本明細書で開示す
る発明に至る経緯を説明する。

【００１６】図６及び図７に示すのは、本発明者らが試
作したプレーナ型の薄膜トランジスタのゲイト電流の値
の計測値である。図６と図７の違いは、ゲイト絶縁膜の
形成方法に熱酸化法を用いたのがプラズマＣＶＤ法を用
いたのかの違いによる。即ち、図６が酸化膜によってゲ
イト絶縁膜を形成した場合の計測値であり、図７がプラ
ズマＣＶＤ法によりゲイト絶縁膜を形成した場合の計測
値である。

【００１７】図６及び図７の横軸はゲイト電流を示す。
また図６及び図７の縦軸は、計測サンプル数を示す。

【００１８】なお、基板としては石英基板を用いた。ま
た、活性層の形成は、非晶質珪素膜の表面にニッケル元
素を接触して保持させ、さらに６４０℃、４時間の加熱
処理により結晶化させる方法を用いた。また、熱酸化膜
の形成は、９５０℃の酸素雰囲気中で行った。

【００１９】図６からは、サンプルによってゲイト電流
値が大きくばらついていることが判る。これは、ゲイト
絶縁膜の膜質にばらつきがあることを示している。

【００２０】一方、図７に示すゲイト絶縁膜をプラズマ
ＣＶＤ法で形成した薄膜トランジスタにおいては、ゲイ
ト電流のばらつきが少なく、またその値も極めて小さ
い。

【００２１】図６と図７に示される計測値の違いは以下
のような理由として説明される。即ち、熱酸化膜でもっ
てゲイト絶縁膜を形成したサンプルは、熱酸化膜の形成
時にニッケル元素が活性層中から熱酸化膜中に吸い上げ
られる。その結果、熱酸化膜中にその絶縁性を阻害する
ニッケル元素が存在することになる。このニッケル元素
の存在によって、ゲイト絶縁膜中をリークする電流値が
増え、またその値がバラツクことになる。

【００２２】このことは、ＳＩＭＳ（２次イオン分析方
法）によって、図６及び図７の計測値が得られたサンプ
ルのゲイト絶縁膜中のニッケル元素の濃度を計測するこ
とによっても裏付けられる。

【００２３】即ち、熱酸化法で形成されたゲイト絶縁膜
中には、１０¹⁷ｃｍ^-3台以上のニッケル元素が計測され
るが、プラズマＣＶＤ法で形成されたゲイト絶縁膜中に
おいては、ニッケル元素の濃度は１０¹⁶ｃｍ^-3台以下で
あることが確認されている。

【００２４】本明細書で開示する発明は、上述した知見
に基づくものである。即ち、珪素の結晶化を助長する金
属元素を利用して得られた結晶性珪素膜の表面に熱酸化
膜を形成することで、この熱酸化膜中に当該金属元素を
ゲッタリングさせ、結果として結晶性珪素膜中における
当該金属元素の濃度を低下させる。

【００２５】本明細書で開示する発明の一つは、非晶質
珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導
入し第１の加熱処理により前記非晶質珪素膜を結晶化さ
せ結晶性珪素膜を得る工程と、酸化性雰囲気中で第２の
加熱処理を行い前記結晶性珪素膜中に存在する当該金属
元素を除去または減少させる工程と、前記工程で形成さ
れた熱酸化膜を除去する工程と、前記熱酸化膜を除去し
た領域の表面上に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成す
る工程と、を有することを特徴とする。

【００２６】他の発明の構成は、非晶質珪素膜に珪素の
結晶化を助長する金属元素を意図的に導入し第１の加熱
処理により前記非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜
を得る工程と、酸化性雰囲気中で第２の加熱酸化処理を
行い前記結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を形成し、該熱
酸化膜に当該金属元素をゲッタリングさせることにより
前記結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を除去また
は減少させる工程と、該工程で形成された熱酸化膜を除
去する工程と、前記熱酸化膜を除去した領域の表面上に
再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する工程と、を有す
ることを特徴とする。

【００２７】他の発明の構成は、非晶質珪素膜に珪素の
結晶化を助長する金属元素を意図的に導入し第１の加熱
処理により前記非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜
を得る工程と、酸化性雰囲気中で第２の加熱酸化処理を
行い前記結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を除去
または減少させる工程と、前記工程で形成された熱酸化
膜を除去する工程と、パターニングを施し薄膜トランジ
スタの活性層を形成する工程と、熱酸化によりゲイト絶
縁膜の少なくとも一部を構成する熱酸化膜を前記活性層
の表面に形成する工程と、を有することを特徴とする。

【００２８】他の発明に構成は、非晶質珪素膜に珪素の
結晶化を助長する金属元素を選択的に導入する工程と、
第１の加熱処理により前記金属元素が選択的に導入され
た領域から膜に平行な方向に結晶成長を行なわす工程
と、酸化性雰囲気中で第２の加熱処理を行い前記結晶成
長が行なわれた領域の表面に熱酸化膜を形成する工程
と、前記熱酸化膜を除去する工程と、前記熱酸化膜を除
去した領域を用いて半導体装置の活性層を形成する工程
と、を有することを特徴とする。

【００２９】他の発明の構成は、第１及び第２の酸化膜
に挟まれた結晶性珪素膜を有し、前記結晶性珪素膜は珪
素の結晶化を助長する金属元素を含有しており、前記結
晶性珪素膜中において、前記金属元素は前記第１および
／または第２の酸化膜との界面近傍において高い濃度分
布を有していることを特徴とする。

【００３０】他の発明の構成は、酸化膜でなる下地膜
と、該下地膜上に形成された結晶性珪素膜と、該結晶性
珪素膜上に形成された熱酸化膜と、を有し、前記結晶性
珪素膜中には珪素の結晶化を助長する金属元素が含ま
れ、前記珪素の結晶化を助長する金属元素は下地および
／または熱酸化膜との界面近傍において高い濃度分布を
有し、前記熱酸化膜は薄膜トランジスタのゲイト絶縁膜
の少なくとも一部を構成することを特徴とする。

【００３１】本明細書で開示する発明においては、珪素
の結晶化を助長する金属元素として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ
から選ばれた一種または複数種類のものが用いることが
できる。

【００３２】本明細書における不純物濃度は、ＳＩＭＳ
（２次イオン分析法）で計測された計測値の最小値とし
て定義される。

【００３３】

【発明の実施の形態】本明細書で開示する発明の好まし
実施の形態としては、まず非晶質珪素膜を成膜し、この
非晶質珪素膜をニッケルで代表される珪素の結晶化を助
長する金属元素の作用により結晶化させ、結晶性珪素膜
を得る。この結晶化は加熱処理によって行なう。

【００３４】この状態において、結晶性珪素膜中には意
図的に導入された当該金属元素がある程度高い濃度で含
まれている。ここで酸化性雰囲気中において加熱処理を
行い、結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を形成する。

【００３５】この時、熱酸化膜中に当該金属元素がゲッ
タリングされ、結晶性珪素膜中の当該金属元素濃度が低
下する。

【００３６】そして当該元素をゲッタリングした熱酸化
膜を除去することにより、高い結晶性を有し、かつ当該
金属元素の濃度が低い結晶性珪素膜を得ることができ
る。

【００３７】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例では、ガラス基板上にニッケル元
素を利用して結晶性珪素膜を得る構成について示す。

【００３８】本実施例では、まずニッケル元素の作用に
より高い結晶性を有する結晶性珪素膜を得る。

【００３９】熱酸化法によってこの結晶性珪素膜上に形
成する。この時、得られた結晶性珪素膜中に残存したニ
ッケル元素が熱酸化膜中にゲッタリングされる。

【００４０】さらにゲッタリングの結果高濃度にニッケ
ル元素を含有した熱酸化膜を除去する。このようにする
ことにより、ガラス基板上に高い結晶性を有していなが
ら、かつニッケル元素の濃度の低い結晶性珪素膜を得る
ことができる。

【００４１】以下に図１を用いて本実施例の作製工程を
示す。まず、コーニング１７３７ガラス基板（歪点６６
７℃）１０１上に下地膜として酸化窒化珪素膜１０２を
３０００Åの厚さに成膜する。

【００４２】酸化窒化珪素膜の成膜は、原料ガスとして
シランとＮ₂ Ｏガスと酸素とを用いたプラズマＣＶＤ法
を用いて行う。または、ＴＥＯＳガスとＮ₂ Ｏガスとを
用いたプラズマＣＶＤ法を用いて行う。

【００４３】酸化窒化珪素膜は、後の工程においてガラ
ス基板からの不純物（ガラス基板中には半導体の作製レ
ベルで見て多量の不純物が含まれている）の拡散を抑制
する機能を有している。

【００４４】なお、この不純物の拡散を抑制する機能を
最大限に得るためには、窒化珪素膜が最適である。しか
し、窒化珪素膜は応力の関係でガラス基板からはがれて
しまうので実用的ではない。また、下地膜として酸化珪
素膜を用いることもできる。

【００４５】また、この下地膜１０２は、可能な限りな
るべく高い硬度とすることが重要なポイントとなる。こ
れは、最終的に得られた薄膜トランジスタの耐久試験に
おいて、下地膜の硬さが硬い方が（即ち、そのエッチン
グレートが小さい方が）信頼性が高いことから結論され
る。なお、その理由は、薄膜トランジスタの作製工程中
におけるガラス基板からの不純物の遮蔽効果に依るもの
と考えられる。

【００４６】また、この下地膜１０２中に塩素で代表さ
れるハロゲン元素を微量に含有させておくことは有効で
ある。このようにすると、後の工程において、半導体層
中に存在する珪素の結晶化を助長する金属元素をハロゲ
ン元素によってゲッタリングすることができる。

【００４７】また、下地膜の成膜後に水素プラズマ処理
を加えることは有効である。また、酸素と水素とを混合
した雰囲気でのプラズマ処理を行うことは有効である。
これは、下地膜の表面に吸着している炭素成分を除去
し、後に形成される半導体膜との界面特性を向上させる
ことに効果がある。

【００４８】次に後に結晶性珪素膜となる非晶質珪素膜
１０３を５００Åの厚さに減圧熱ＣＶＤ法で成膜する。
減圧熱ＣＶＤ法を用いるのは、その方が後に得られる結
晶性珪素膜の膜質が優れているからである。具体的に
は、膜質が緻密であるからである。なお、減圧熱ＣＶＤ
法以外の方法としては、プラズマＣＶＤ法を用いること
ができる。

【００４９】ここで作製する非晶質珪素膜は、膜中の酸
素濃度が５×１０¹⁷ｃｍ^-3〜２×１０¹⁹ｃｍ^-3 である
ことが望ましい。これは、後の金属元素（珪素の結晶化
を助長する金属元素）のゲッタリング工程において、酸
素が重要な役割を果たすからである。

【００５０】ただし、酸素濃度が上記濃度範囲より高い
場合は、非晶質珪素膜の結晶化が阻害されるので注意が
必要である。

【００５１】また他の不純物濃度、例えば、窒素や炭素
の不純物濃度は極力低い方がよい。具体的には、２×１
０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度とすることが必要である。

【００５２】この非晶質珪素膜１０３の膜厚は１６００
Åとする。この非晶質膜の膜厚は、後述するように最終
的に必要とするされる膜厚より厚くすることが必要であ
る。

【００５３】この非晶質珪素膜１０３を加熱のみよって
結晶化させる場合は、この出発膜（非晶質珪素膜）１０
３の膜厚を８００Å〜５０００μｍ、好ましく１５００
〜３０００Åとする。この膜厚範囲より厚い場合は、成
膜時間が長くなるので生産コストの点から不経済とな
る。またこの膜厚範囲より薄い場合は、結晶化が不均一
になったり、工程の再現性が悪くなる。

【００５４】こうして図１（Ａ）に示す状態を得る。

【００５５】次に非晶質珪素膜１０３を結晶化させるた
めにニッケル元素を導入する。ここでは、１０ｐｐｍ
（重量換算）のニッケルを含んだニッケル酢酸塩溶液を
非晶質珪素膜１０３の表面に塗布することによってニッ
ケル元素を導入する。

【００５６】ニッケル元素の導入方法としては、上記の
溶液を用いる方法の他に、スパッタ法やＣＶＤ法、さら
にプラズマ処理や吸着法を用いることができる。

【００５７】上記の溶液を用いる方法は、簡便であり、
また金属元素の濃度調整が簡単であるという点で有用で
ある。

【００５８】ニッケル酢酸塩溶液を塗布することによ
り、図１（Ｂ）に示すように水膜１０４が形成される。
この状態において、図示しないスピンコーターを用いて
余分な溶液を吹き飛ばす。このようにして、ニッケル元
素が非晶質珪素膜１０３の表面に接して保持された状態
とする。

【００５９】なお、後の加熱工程における不純物の残留
を考慮すると、酢酸ニッケル塩溶液を用いる代わりに硫
酸ニッケルを用いることが好ましい。これは、酢酸ニッ
ケル塩溶液は炭素を含んでおり、これが後の加熱工程に
おいて炭化して膜中に残留することが懸念されるからで
ある。

【００６０】ニッケル元素の導入量の調整は、溶液中に
おけるニッケル元素の濃度を調整することにより、行う
ことができる。

【００６１】そして、図１（Ｃ）に示す状態において、
４５０℃〜６５０℃の温度での加熱処理を行い、非晶質
珪素膜１０３を結晶化させ、結晶性珪素膜１０５を得
る。この加熱処理は、還元雰囲気中で行う。

【００６２】ここでは、水素を３％含んだ窒素雰囲気中
で６２０℃、４時間の加熱処理を行う。

【００６３】上記の加熱処理による結晶化の工程におい
て、雰囲気を還元雰囲気とするのは、加熱処理工程中に
おいて、酸化物が形成されてしまうことを防止するため
である。具体的には、ニッケルと酸素とが反応して、Ｎ
ｉＯ_X が膜の表面や膜中に形成されてしまうことを抑制
するためである。

【００６４】酸素は、後のゲッタリング工程において、
ニッケルと結合して、ニッケルのゲッタリングに多大な
貢献をすることとなる。しかしながら、この結晶化の段
階で酸素とニッケルとが結合することは、結晶化を阻害
するものであることが判明している。従って、この加熱
による結晶化の工程においては、酸化物の形成を極力抑
制することが重要となる。

【００６５】上記の結晶化のための加熱処理を行う雰囲
気中の酸素濃度は、ｐｐｍオーダー、好ましくは１ｐｐ
ｍ以下とすることが必要である。

【００６６】また、上記の結晶化のための加熱処理を行
う雰囲気をほとんどを占める気体としては、窒素以外に
アルゴン等の不活性ガスを利用することができる。

【００６７】上記の結晶化のための加熱処理温度の下限
は、その効果および再現性から見て４５０℃以上とする
ことが好ましい。またその上限は、使用するガラス基板
の歪点以下とすることが好ましい。ここでは、歪点が６
６７℃のコーニング１７３７ガラス基板を用いているの
で、多少の余裕をみてその上限は６５０℃とする。

【００６８】また、基板として石英基板を用いれば、さ
らに９００℃程度まで加熱温度を高くすることが可能で
ある。この場合、より高い結晶性を有する結晶性珪素膜
を得ることができる。またより短時間で結晶性珪素膜を
得ることができる。

【００６９】このようにして図１（Ｃ）に示すように結
晶性珪素膜１０５を得る。

【００７０】結晶性結晶性珪素膜１０５を得たら、再度
の加熱処理を行う。この加熱処理は、ハロゲン元素を含
有した熱酸化膜を形成するために行われる。そこでここ
ではこの加熱処理を酸素１００％の雰囲気中で行う。
（図１（Ｄ））

【００７１】この工程は、結晶化のために初期の段階で
意図的に混入させたニッケル元素（その他珪素の結晶化
を助長する金属元素）を結晶性珪素膜１０５中から除去
するための工程である。この加熱処理は、前述の結晶化
を行うために行った加熱処理よりも高い温度で行う。こ
れは、ニッケル元素のゲッタリングを効果的に行うため
に重要な条件である。

【００７２】この加熱処理は、上記の条件を満たした上
で５５０℃〜１０５０℃、好ましくは６００℃〜９８０
℃の温度で行う。

【００７３】これは、６００℃以下でがその効果が得ら
れず、１０５０℃を越えることは、石英で形成された治
具が歪んでしまったり、装置に負担がかかるからであ
る。（この意味では９８０℃以下とすることが好まし
い）

【００７４】また、この加熱処理温度の上限は、使用す
るガラス基板の歪点によって制限される。使用するガラ
ス基板の歪点以上の温度で加熱処理を行うと、基板が変
形するので注意が必要である。

【００７５】ここでは、歪点が６６７℃のコーニング１
７３７ガラス基板を利用しているので、加熱温度を６４
０℃とする。

【００７６】このような条件で加熱処理を行うと、図１
（Ｄ）に示されるように熱酸化膜１０６が形成される。
ここでは１２時間の加熱処理を行い、２００Å厚の熱酸
化膜１０６を成膜する。

【００７７】熱酸化膜１０６が形成されることで、結晶
性珪素膜１０３の膜厚は約１５００Å程度となる。

【００７８】この加熱処理においては、加熱温度が６０
０℃〜７５０℃の場合は処理時間（加熱時間）を１０時
間〜４８時間、代表的には２４時間とする。

【００７９】なお加熱温度が７５０℃〜９００℃の場合
は処理時間を５時間〜２４時間、代表的には１２時間と
する。

【００８０】また加熱温度が９００℃〜１０５０℃の場
合は処理時間を１時間〜１２時間、代表的には６時間と
する。

【００８１】勿論これらの処理時間は、得ようとする酸
化膜の膜厚によって適時設定がなされる。

【００８２】この工程においては、形成される熱酸化膜
１０６中にニッケル元素がゲッタリングされる。

【００８３】このゲッタリングにおいては、結晶性珪素
膜中に存在する酸素が重要な役割を果たす。即ち、酸素
とニッケルが結合することによって形成される酸化ニッ
ケルの形でニッケル元素が熱酸化膜１０６にゲッタリン
グされる。

【００８４】前述したように、酸素は、その濃度が多過
ぎると、図１（Ｃ）に示す結晶化工程において、非晶質
珪素膜１０３の結晶化を阻害する要素となる。しかしな
がら、上述のようにその存在はニッケルのゲッタリング
過程においては重要な役割を果たす。従って、出発膜と
なる非晶質珪素膜中に存在する酸素濃度の制御は重要な
ものとなる。

【００８５】この工程を経ることにより、結晶性珪素膜
１０５中におけるニッケル元素の濃度をていで初期より
も低下させることができる。

【００８６】また上記の工程においては、形成される酸
化膜中にニッケル元素がゲッタリングされるので、酸化
膜中におけるニッケル濃度が他の領域に比較して当然高
くなる。

【００８７】また、珪素膜１０５の酸化膜１０６との界
面近傍においてニッケル元素が高くなる傾向が観察され
る。これは、ゲッタリングが主に行われる領域が、珪素
膜と酸化膜との界面近傍の酸化膜側であることが要因で
あると考えられる。界面近傍においてゲッタリングが進
行するのは、界面近傍の応力や欠陥の存在、さらには有
機物が要因であると考えられる。

【００８８】熱酸化膜１０６の形成が終了したら、ニッ
ケルを高濃度に含んだ熱酸化膜１０６を除去する。この
熱酸化膜１０６の除去はバッファーフッ酸（その他フッ
酸系のエッチャント）を用いたウェットエッチングや、
ドライエッチングを用いて行う。

【００８９】こうして、図１（Ｅ）に示すように、含有
ニッケル濃度を低減した結晶性珪素膜１０７を得ること
ができる。

【００９０】また得られた結晶性珪素膜１０７の表面近
傍には、比較的ニッケル元素が高濃度に含まれるので、
上記の熱酸化膜１０６のエッチングをさらに進めて、結
晶性珪素膜１０７の表面を少しオーバーエッチングする
ことは有効である。

【００９１】〔実施例２〕本実施例は、実施例１に示す
構成において、図１（Ｂ）に示す加熱処理により結晶性
珪素膜を得た後、さらにレーザー光の照射を行い、その
結晶性を助長させる場合の例を示す。

【００９２】図１（Ｂ）に示す加熱処理の温度が低かっ
たり、処理時間が短い場合、即ち、作製工程上の理由
で、加熱温度が制限されたり、加熱時間が制限されてし
まう場合、必要とする結晶性が得られないことがある。
このような場合は、レーザー光の照射によるアニールを
施すことにより、必要とする高い結晶性を得ることがで
きる。

【００９３】この場合のレーザー光の照射は、非晶質珪
素膜を直接結晶化させる場合に比較して、許容されるレ
ーザー照射条件の幅は広い。また、その高い再現性も高
いものとすることができる。

【００９４】レーザー光の照射は、図１（Ｃ）に示す工
程の後に行えばよい。また、図１（Ａ）において成膜さ
れる出発膜となる非晶質珪素膜１０３の膜厚を２００Å
〜２０００Åとすることが重要である。これは、非晶質
珪素膜の膜厚が薄い方がレーーザー光の照射によるアニ
ール効果が高いものとなるからである。

【００９５】使用するレーザー光としては、紫外領域の
エキシマレーザーを使用することが好ましい。具体的に
は、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）やＸｅ
Ｃｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）を用いること
ができる。またレーザー光ではなく、紫外線ランプを用
いた強光の照射を行いアニールを行うこともできる。

【００９６】〔実施例３〕本実施例は、実施例２におけ
るレーザー光の代わりに赤外線ランプを利用した場合の
例である。赤外線を用いた場合、ガラス基板をあまり加
熱せずに珪素膜を選択的に加熱することができる。従っ
て、ガラス基板に対して熱ダメージを与えずに効果的な
加熱処理を行うことができる。

【００９７】〔実施例４〕本実施例は、実施例１に示す
構成において、珪素の結晶化を助長する金属元素とし
て、Ｃｕを用いた場合の例である。この場合、Ｃｕを導
入するための溶液として、酢酸第２銅（Ｃｕ（ＣＨ₃ Ｃ
ＯＯ）₂ ）や塩化第２銅（ＣｕＣｌ₂ ２Ｈ₂Ｏ）を用い
ればよい。

【００９８】〔実施例５〕本実施例は、実施例１に示す
構成において、基板１０１として石英基板を用いた例で
ある。本実施例においては、出発膜となる非晶質珪素膜
１０３の膜厚を２０００Åとする。また、図１（Ｃ）で
示す加熱処理による熱酸化膜の形成時における加熱温度
を９５０℃とする。

【００９９】この場合、酸化膜の形成が速く、ゲッタリ
ングの効果が充分に得られないので、雰囲気中の酸素濃
度を低くする。具体的には、窒素雰囲気中における酸素
濃度を１０％とする。

【０１００】この場合、処理時間は３００分とする。こ
のような条件とすると、約５００Åの膜厚を有する熱酸
化膜を得ることができる。また、同時にゲッタリングに
必要な時間を稼ぐことができる。

【０１０１】なお酸素１００％の雰囲気中で９５０℃の
加熱処理を行った場合、約３０分で５００Å以上の厚さ
を有する熱酸化膜が得られてしまう。この場合、ニッケ
ルのゲッタリングを充分に行うことができないので、結
晶性珪素膜１０７内には、比較的高濃度にニッケル元素
が残留してしまう。

【０１０２】従って、本実施例に示すように酸素濃度を
調整し、充分なゲッタリング効果が得れる時間を稼い
で、熱酸化膜を形成することが好ましい。

【０１０３】この方法を利用することにより、熱酸化膜
の厚さや形成温度を変化させた場合に、雰囲気の酸素濃
度を調整することで、ゲッタリングに必要とされる時間
を設定することができる。

【０１０４】〔実施例６〕本実施例では、実施例１とは
異なる形態の結晶成長を行わせる例に関する。本実施例
は、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して、横成
長と呼ばれる基板に平行な方向への結晶成長を行わす方
法に関する。

【０１０５】図２に本実施例の作製工程を示す。まず、
コーニング１７３７ガラス基板（石英基板でもよい）２
０１上に下地膜２０２として酸化窒化珪素膜を３０００
Åの厚さに成膜する。

【０１０６】次に結晶性珪素膜の出発膜となる非晶質珪
素膜２０３を減圧熱ＣＶＤ法でもって、２０００Åの厚
さに成膜する。この非晶質珪素膜の厚さは、前述したよ
うに２０００Å以下とすることが好ましい。

【０１０７】なお、減圧熱ＣＶＤ法の代わりにプラズマ
ＣＶＤ法を用いてもよい。

【０１０８】次に図示しない酸化珪素膜を１５００Åの
厚さに成膜し、それをパターニングすることにより、２
０４で示されるマスクを形成する。このマスクは２０５
で示される領域で開口が形成されている。この開口２０
５が形成されている領域においては、非晶質珪素膜２０
３が露呈している。

【０１０９】開口２０５は、図面の奥行及び手前方向に
長手方向を有する細長い長方形を有している。この開口
２０３の幅は２０μｍ以上とするのが適当である。また
その長手方向の長さは任意に決めればよい。

【０１１０】そして実施例１で示した重量換算で１０ｐ
ｐｍのニッケル元素を含んだ酢酸ニッケル溶液を塗布す
る。そして図示しないスピナーを用いてスピンドライを
行い余分な溶液を除去する。

【０１１１】こうして、ニッケル元素が図２（Ａ）の点
線２０６で示されるように、非晶質珪素膜２０３の露呈
した表面に接して保持された状態が実現される。

【０１１２】次に水素を３％含有した極力酸素を含まな
い窒素雰囲気中において、６４０℃、４時間の加熱処理
を行う。すると、図２（Ｂ）の２０７で示されるような
基板に平行な方向への結晶成長が進行する。この結晶成
長は、ニッケル元素が導入された開口２０５の領域から
周囲に向かって進行する。この基板に平行な方向への結
晶成長を横成長またはラテラル成長と称する。

【０１１３】本実施例に示すような条件においては、こ
の横成長を１００μｍ以上にわたって行わすことができ
る。こうして横成長した領域を有する珪素膜２０８を得
る。なお、開口２０５が形成されている領域において
は、珪素膜の表面から下地界面に向かって縦成長とよば
る垂直方向への結晶成長が進行する。

【０１１４】そしてニッケル元素を選択的に導入するた
めの酸化珪素膜でなるマスク２０４を除去する。こうし
て、図２（Ｃ）に示す状態を得る。この状態では、縦成
長領域、横成長領域、結晶成長が及ばなかった領域（非
晶質状態を有している）が珪素膜２０８中には存在して
いる。

【０１１５】そしてこの状態で、酸素雰囲気中におい
て、６４０℃の加熱処理を１２時間行う。この工程にお
いて、ニッケル元素を膜中に高濃度に含んだ酸化膜２０
９が形成される。そして同時に珪素膜２０８中のニッケ
ル元素濃度を相対的に減少させることができる。

【０１１６】ここでは、２０９で示される熱酸化膜が２
００Åの厚さに成膜される。この熱酸化膜中には、ゲッ
タリングされたニッケル元素が高濃度に含まれている。
また、熱酸化膜２０９が成膜されることで、結晶性珪素
膜２０８は１９００Å程度の膜厚となる。

【０１１７】次にニッケル元素を高い濃度で含んだ熱酸
化膜２０９を除去する。

【０１１８】この状態における結晶性珪素膜において
は、ニッケル元素が結晶性珪素膜の表面に向かって高濃
度に存在するような濃度分布を有している。

【０１１９】従って、この熱酸化膜２０９を除去した後
に、さらに結晶性珪素膜の表面をエッチングし、このニ
ッケル元素が高濃度に存在している領域を除去すること
は有用である。即ち、高濃度にニッケル元素が存在して
いる結晶性珪素膜の表面をエッチングすることで、より
ニッケル元素濃度を低減した結晶性珪素膜を得ることが
できる。

【０１２０】次にパターニングを行うことにより、横成
長領域でなるパターン２１０を形成する。ここで、パタ
ーン２１０には、縦成長領域と非晶質領域、さらに横成
長の先端領域が存在しないようにすることが重要であ
る。

【０１２１】これは、縦成長と横成長の先端領域におい
ては、ニッケル元素の濃度が相対的に高いからである。
また、非晶質領域はその電気的な特性が劣るからであ
る。

【０１２２】このようにして得られた横成長領域でなる
パターン２１０中に残留するニッケル元素の濃度は、実
施例１で示した場合に比較してさらに低いものとするこ
とができる。

【０１２３】これは、横成長領域中に含まれる金属元素
の濃度がそもそも低いことにも起因する。具体的には、
横成長領域でなるパターン２１０中のニッケル元素の濃
度を１０¹⁷ｃｍ^-3以下のオーダーにすることが容易に可
能となる。

【０１２４】また横成長領域を利用して薄膜トランジス
タを形成した場合、実施例１に示したような縦成長（実
施例１の場合は全面が縦成長する）領域を利用した場合
に比較して、より高移動度を有するものを得ることがで
きる。

【０１２５】なお、図２（Ｅ）に示すパターンを形成後
にさらにエッチング処理を行い、パターン表面に存在し
ているニッケル元素を除去することは有用である。

【０１２６】なお、２１０で示されるパターンを形成後
にゲッタリングのために熱酸化膜を形成することは有効
ではない。

【０１２７】この構成においては、熱酸化膜によるゲッ
タリング効果は確かに得られるのであるが、熱酸化膜の
除去時に下地膜のエッチングも進行するので、島状に形
成された結晶性珪素膜の下側までエッチングがえぐれる
ように進行してしまうからである。このような状態は後
に配線の断線や素子の動作不良の要因となる。

【０１２８】２１０でなるパターンを形成後に熱酸化膜
２１１を形成する。この熱酸化膜２１１は、薄膜トラン
ジスタを構成するのであれば、後にゲイト絶縁膜の一部
となる。

【０１２９】〔実施例７〕本実施例は、本明細書に開示
する発明を利用して、アクティブマトリクス型の液晶表
示装置やアクティブマトリクス型のＥＬ表示装置の画素
領域に配置される薄膜トランジスタを作製する例を示
す。

【０１３０】図３に本実施例の作製工程を示す。まず、
実施例１または実施例６に示した工程によりガラス基板
上に結晶性珪素膜を形成する。実施例１に示した構成で
結晶性珪素膜を得る場合には、それをパターニングする
ことにより、図３（Ａ）に示す状態を得る。

【０１３１】図３（Ａ）に示す状態において、３０１が
ガラス基板、３０２が下地膜、３０３が結晶性珪素膜で
構成された活性層である。図３（Ａ）に示す状態を得た
ら、酸素と水素を混合した減圧雰囲気でのプラズマ処理
を施す。このプラズマは、高周波放電によって生成す
る。

【０１３２】このプラズマ処理によって、活性層３０３
の露呈した表面に存在している有機物が除去される。正
確には、酸素プラズマによって活性層の表面に吸着して
いる有機物が酸化され、さらに水素プラズマによってこ
の酸化した有機物が還元気化される。こうして活性層３
０３の露呈した表面に存在する有機物が除去される。

【０１３３】この有機物の除去は、活性層３０３の表面
における固定電荷の存在を抑制する上で非常に効果があ
る。有機物の存在に起因する固定電荷は、デバイスの動
作を阻害したり、特性の不安定性の要因となるものであ
り、その存在を少なくすることは非常に有用である。

【０１３４】有機物の除去を行ったら、６４０℃の酸素
雰囲気中において熱酸化を行い、１００Åの熱酸化膜３
００を形成する。この熱酸化膜は、半導体層との界面特
性が高く、後にゲイト絶縁膜の一部を構成することとな
る。こうして図３（Ａ）に示す状態を得る。

【０１３５】図３（Ａ）に示す状態を得たら、ゲイト絶
縁膜を構成する酸化窒化珪素膜３０４を１０００Åの厚
さに成膜する。成膜方法は、酸素とシランとＮ₂ Ｏとの
混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法、またはＴＥＯＳと
Ｎ₂ Ｏとの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法を用い
る。

【０１３６】この酸化窒化珪素膜３０４は熱酸化膜３０
０と合わせてゲイト絶縁膜として機能する。

【０１３７】また酸化窒化珪素膜中にハロゲン元素を含
有させることは有効である。即ち、ハロゲン元素の作用
によりニッケル元素を固定化することで、活性層中に存
在するニッケル元素（その他珪素の結晶化を助長する金
属元素）の影響で、ゲイト絶縁膜の絶縁膜としての機能
が低下してしまうことを防ぐことができる。

【０１３８】酸化窒化珪素膜とすることは、その緻密な
膜質から、ゲイト絶縁膜中に金属元素が進入しくくなる
という有意性がある。ゲイト絶縁膜中に金属元素が進入
すると、絶縁膜として機能が低下し、薄膜トランシスタ
の特性の不安定性やバラツキの原因となる。

【０１３９】なおゲイト絶縁膜としては、通常利用され
ている酸化珪素膜を用いることもできる。

【０１４０】ゲイト絶縁膜として機能する酸化窒化珪素
膜３０４を成膜したら、後にゲイト電極として機能する
図示しないアルミニウム膜をスパッタ法で成膜する。こ
のアルミニウム膜中には、スカンジウムを0.2 重量％含
有させる。

【０１４１】アルミニウム膜中にスカンジウムを含有さ
せるのは、後の工程において、ヒロックやウィスカーが
発生することを抑制するためである。ヒロックやウィス
カーは、加熱が行われることによって、アルミニウムの
異常成長が発生し、針状あるいは刺状の突起部が形成さ
れてしまうことをいう。

【０１４２】アルミニウム膜を成膜したら、図示しない
緻密な陽極酸化膜を形成する。この陽極酸化膜は、３％
の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液と
して行う。即ち、この電解溶液中において、アルミニウ
ム膜を陽極、白金を陰極として陽極酸化を行うことで、
アルミニウム膜の表面に緻密な膜質を有する陽極酸化膜
が形成される。

【０１４３】この図示しない緻密な膜質を有する陽極酸
化膜の膜厚は１００Å程度とする。この陽極酸化膜が後
に形成されるレジストマスクとの密着性を向上させる役
割を有している。

【０１４４】なお、この陽極酸化膜の膜厚は、陽極酸化
時の印加電圧によって制御することができる。

【０１４５】次にレジストマスク３０６を形成する。そ
してアルミニウム膜を３０５で示されるパターンにパタ
ーニングを行う。こうして図３（Ｂ）に示す状態を得
る。

【０１４６】ここで再度の陽極酸化を行う。ここでは、
３％のシュウ酸水溶液を電解溶液として用いる。この電
解溶液中において、アルミニウムのパターン３０５を陽
極とした陽極酸化を行うことにより、３０８で示される
多孔質状の陽極酸化膜が形成される。

【０１４７】この工程においては、上部に密着性の高い
レジストマスク３０６が存在する関係で、アルミニウム
パターンの側面に選択的に陽極酸化膜３０８が形成され
る。

【０１４８】この陽極酸化膜は、その膜厚を数μｍまで
成長させることができる。ここでは、その膜厚を６００
０Åとする。なお、その成長距離は、陽極酸化時間によ
って制御することができる。

【０１４９】そしてレジストマスク３０６を除去する。
さらに、再度の緻密な陽極酸化膜の形成を行う。即ち、
前述した３％の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液
を電解溶液として用いた陽極酸化を再び行う。すると、
多孔質状の陽極酸化膜３０８中に電解溶液が進入する関
係から、３０９で示されるように緻密な膜質を有する陽
極酸化膜が形成される。

【０１５０】この緻密な陽極酸化膜３０９の膜厚は１０
００Åとする。この膜厚の制御は印加電圧によって行
う。

【０１５１】ここで、露呈した酸化窒化珪素膜３０４と
熱酸化膜３００をエッチングする。このエッチングはド
ライエッチングを利用する。そして酢酸と硝酸とリン酸
とを混合した混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜３０８
を除去する。こうして図３（Ｄ）に示す状態を得る。

【０１５２】図３（Ｄ）に示す状態を得たら、不純物イ
オンの注入を行う。ここでは、Ｎチャネル型の薄膜トラ
ンジスタを作製するためにＰ（リン）イオンの注入をプ
ラズマドーピング法でもって行う。

【０１５３】この工程においては、ヘビードープがされ
る３１１と３１５の領域とライトドープがされる３１２
と３１４の領域が形成される。これは、残存した酸化珪
素膜３１０の一部が半透過なマスクとして機能し、注入
されたイオンの一部がそこで遮蔽されるからである。

【０１５４】そしてレーザー光または強光の照射を行う
ことにより、不純物イオンが注入された領域の活性化を
行う。こうして、ソース領域３１１、チャネル形成領域
３１３、ドレイン領域３１５、低濃度不純物領域３１２
と３１４が自己整合的に形成される。

【０１５５】ここで、３１４で示されるのが、ＬＤＤ
（ライトドープドレイン）領域と称される領域である。
（図３（Ｄ））

【０１５６】なお、緻密な陽極酸化膜３０９の膜厚を２
０００Å以上というように厚くした場合、その膜厚でも
ってチャネル形成領域３１３の外側にオフセットゲイト
領域を形成することができる。

【０１５７】本実施例においてもオフットゲイト領域は
形成されているが、その寸法が小さいのでその存在によ
る寄与が小さく、また図面が煩雑になるので図中には記
載していない。

【０１５８】次に層間絶縁膜３１６として酸化珪素膜、
または窒化珪素膜、またはその積層膜を形成する。層間
絶縁膜としては、酸化珪素膜または窒化珪素膜上に樹脂
材料でなる層を形成して構成してもよい。

【０１５９】そしてコンタクトホールの形成を行い、ソ
ース電極３１７とドレイン電極３１８の形成を行う。こ
うして図３（Ｅ）に示す薄膜トランジスタが完成する。

【０１６０】〔実施例８〕本実施例は、実際例７に示す
構成において、ゲイト絶縁膜３０４の形成方法に関す
る。基板として石英基板や耐熱性の高いガラス基板を用
いた場合、ゲイト絶縁膜の形成方法として、熱酸化法を
用いることができる。

【０１６１】熱酸化法は、その膜質を緻密なものとする
ことができ、安定した特性を有する薄膜トランジスタを
得る上では有用なものとなる。

【０１６２】即ち、熱酸化法で成膜されや酸化膜は、絶
縁膜として緻密で内部に存在する可動電荷を少なくする
ことができるので、ゲイト絶縁膜として最適なものの一
つとなる。

【０１６３】熱酸化膜の形成方法としては、９５０℃の
温度の酸化性雰囲気中において、加熱処理を行う例を挙
げることができる。

【０１６４】この際、酸化性雰囲気中にＨＣｌ等を混合
させることは有効となる。このようにすることで、熱酸
化膜の形成と同時に活性層中に存在する金属元素を固定
化することができる。

【０１６５】また、酸化性雰囲気中にＮ₂ Ｏガスを混合
し、窒素成分を含有した熱酸化膜を形成することも有効
である。ここでＮ₂ Ｏガスの混合比を最適化すれば、熱
酸化法による酸化窒化珪素膜を得ることも可能である。

【０１６６】なお本実施例においては、特に熱酸化膜３
００を形成する必要はない。

【０１６７】〔実施例８〕本実施例は、図３に示すのと
は異なる工程で薄膜トランジスタを作製する例を示す。

【０１６８】図４に本実施例の作製工程を示す。まず、
実施例１または実施例２に示した工程によりガラス基板
上に結晶性珪素膜を形成する。そしてそれをパターニン
グすることにより、図４（Ａ）に示す状態を得る。

【０１６９】図４（Ａ）に示す状態を得たら、酸素と水
素の混合減圧雰囲気中においてプラズマ処理を行う。

【０１７０】図４（Ａ）に示す状態において、４０１が
ガラス基板、４０２が下地膜、４０３が結晶性珪素膜で
構成された活性層である。また４００はゲッタリングの
ための熱酸化膜の除去後に再度形成された熱酸化膜であ
る。

【０１７１】図４（Ａ）に示す状態を得たら、ゲイト絶
縁膜を構成する酸化窒化珪素膜４０４を１０００Åの厚
さに成膜する。成膜方法は、酸素とシランとＮ₂ Ｏとの
混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法、またはＴＥＯＳと
Ｎ₂ Ｏとの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法を用い
る。

【０１７２】酸化窒化珪素膜４０４は熱酸化膜４００と
ともにゲイト絶縁膜を構成する。なお、酸化窒化珪素膜
の他に酸化珪素膜を用いることもできる。

【０１７３】ゲイト絶縁膜として機能する酸化窒化珪素
膜４０４を成膜したら、後にゲイト電極として機能する
図示しないアルミニウム膜をスパッタ法で成膜する。こ
のアルミニウム膜中には、スカンジウムを0.2 重量％含
有させる。

【０１７４】アルミニウム膜を成膜したら、図示しない
緻密な陽極酸化膜を形成する。この陽極酸化膜は、３％
の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液と
して行う。即ち、この電解溶液中において、アルミニウ
ム膜を陽極、白金を陰極として陽極酸化を行うことで、
アルミニウム膜の表面に緻密な膜質を有する陽極酸化膜
が形成される。

【０１７５】この図示しない緻密な膜質を有する陽極酸
化膜の膜厚は１００Å程度とする。この陽極酸化膜が後
に形成されるレジストマスクとの密着性を向上させる役
割を有している。

【０１７６】なお、この陽極酸化膜の膜厚は、陽極酸化
時の印加電圧によって制御することができる。

【０１７７】次にレジストマスク４０５を形成する。そ
してアルミニウム膜を４０６で示されるパターンにパタ
ーニングする。

【０１７８】ここで再度の陽極酸化を行う。ここでは、
３％のシュウ酸水溶液を電解溶液として用いる。この電
解溶液中において、アルミニウムのパターン４０６を陽
極とした陽極酸化を行うことにより、４０７で示される
多孔質状の陽極酸化膜が形成される。

【０１７９】この工程においては、上部に密着性の高い
レジストマスク４０５が存在する関係で、アルミニウム
パターンの側面に選択的に陽極酸化膜４０７が形成され
る。

【０１８０】この陽極酸化膜は、その膜厚を数μｍまで
成長させることができる。ここでは、その膜厚を６００
０Åとする。なお、その成長距離は、陽極酸化時間によ
って制御することができる。

【０１８１】そしてレジストマスク４０５を除去する。
さらに、再度の緻密な陽極酸化膜の形成を行う。即ち、
前述した３％の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液
を電解溶液として用いた陽極酸化を再び行う。すると、
多孔質状の陽極酸化膜４０７中に電解溶液が進入する関
係から、４０８で示されるように緻密な膜質を有する陽
極酸化膜が形成される。（図２（Ｃ））

【０１８２】ここで、最初の不純物イオンの注入を行
う。この工程は、レジストマスク４０５を除去してから
行ってもよい。

【０１８３】この不純物イオンの注入によって、ソース
領域４０９とドレイン領域４１１が形成される。また４
１０の領域には不純物イオンが注入されない。

【０１８４】次に酢酸と硝酸とリン酸とを混合した混酸
を用いて多孔質状の陽極酸化膜３０７を除去する。こう
して図４（Ｄ）に示す状態を得る。

【０１８５】図４（Ｄ）に示す状態を得たら、再度不純
物イオンの注入を行う。この不純物イオンは最初の不純
物イオンの注入条件よりライトドーピングの条件で行
う。

【０１８６】この工程において、ライトドープ領域４１
２と４１３が形成される。そして４１４で示される領域
がチャネル形成領域となる。（図４（Ｄ））

【０１８７】そしてレーザー光または強光の照射を行う
ことにより、不純物イオンが注入された領域の活性化を
行う。こうして、ソース領域４０９、チャネル形成領域
４１４、ドレイン領域４１１、低濃度不純物領域４１２
と４１３が自己整合的に形成される。

【０１８８】ここで、４１３で示されるのが、ＬＤＤ
（ライトドープドレイン）領域と称される領域である。
（図４（Ｄ））

【０１８９】次に層間絶縁膜４１４として酸化珪素膜、
または窒化珪素膜、またはその積層膜を形成する。層間
絶縁膜としては、酸化珪素膜または窒化珪素膜上に樹脂
材料でなる層を形成して構成してもよい。

【０１９０】そしてコンタクトホールの形成を行い、ソ
ース電極４１６とドレイン電極４１７の形成を行う。こ
うして図４（Ｅ）に示す薄膜トランジスタが完成する。

【０１９１】〔実施例９〕本実施例は、Ｎチャネル型の
薄膜トランジスタとＰチャネル型の薄膜トランジスタと
を相補型に構成した例に関する。

【０１９２】本実施例に示す構成は、例えば、絶縁表面
上に集積化された各種薄膜集積回路に利用することがで
きる。また、例えばアクティブマトリクス型の液晶表示
装置の周辺駆動回路に利用することができる。

【０１９３】まず図５（Ａ）に示すようにガラス基板５
０１上に下地膜５０２として酸化珪素膜または酸化窒化
珪素膜を成膜する。好ましくは酸化窒化珪素膜を用いる
のがよい。

【０１９４】さらに図示しない非晶質珪素膜をプラズマ
ＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法でもって成膜する。さら
に実施例１に示した方法により、この非晶質珪素膜を結
晶性珪素膜に変成する。また熱酸化膜の形成によるニッ
ケル元素のゲッタリングを行う。

【０１９５】そして酸素と水素の混合雰囲気中において
プラズマ処理を行う。さらに得られた結晶性珪素膜をパ
ターニングして、活性層５０３と５０４を得る。さらに
ゲイト絶縁膜を構成する熱酸化膜５００を成膜する。

【０１９６】こうして図５（Ａ）に示す状態を得る。と
酸化窒化珪素膜５０５を成膜する。ここで、基板として
石英を用いるならば、前述の熱酸化法を用いて熱酸化膜
のみでもってゲイト絶縁膜を構成することが望ましい。

【０１９７】そして後にゲイト電極を構成するための図
示しないアルミニウム膜を４０００Åの厚さに成膜す
る。アルミニウム膜以外には、陽極酸化可能な金属（例
えばタンタル）を利用することができる。

【０１９８】アルミニウム膜を形成したら、前述した方
法により、その表面に極薄い緻密な陽極酸化膜を形成す
る。

【０１９９】次にアルミニウム膜上に図示しないレジス
トマスクを配置し、アルミニウム膜のパターニングを行
う。そして、得られたアルミニウムパターンを陽極とし
て陽極酸化を行い、多孔質状の陽極酸化膜５０８と５０
９を形成する。この多孔質状の陽極酸化膜の膜厚は例え
ば５０００Åとする。

【０２００】さらに再度緻密な陽極酸化膜を形成する条
件で陽極酸化を行い、緻密な陽極酸化膜５１０と５１１
を形成する。ここで緻密な陽極酸化膜５１０と５１１の
膜厚は８００Åとする。こうして図５（Ｂ）に示す状態
を得る。

【０２０１】さらに露呈した酸化珪素膜５０５と熱酸化
膜５００をドライエッチングによって除去し、図５
（Ｃ）に示す状態を得る。

【０２０２】図５（Ｃ）に示す状態を得たら、酢酸と硝
酸とリン酸を混合した混酸を用いて、多孔質状の陽極酸
化膜５０８と５０９を除去する。こうして図５（Ｄ）に
示す状態を得る。

【０２０３】ここで、交互にレジストマスクを配置し
て、左側の薄膜トランジスタにＰイオンが、右側の薄膜
トランジスタにＢイオンが注入されるようにする。

【０２０４】この不純物イオンの注入によって、高濃度
のＮ型を有するソース領域５１４とドレイン領域５１７
が自己整合的に形成される。

【０２０５】また、低濃度にＰイオンがドープされた弱
いＮ型を有する領域５１５が同時に形成される。また、
チャネル形成領域５１６が同時に形成される。

【０２０６】５１５で示される弱いＮ型を有する領域が
形成されるのは、残存したゲイト絶縁膜５１２が存在す
るからである。即ち、ゲイト絶縁膜５１２を透過したＰ
イオンがゲイト絶縁膜５１２によって一部遮蔽されるか
らである。

【０２０７】また同様な原理により、強いＰ型を有する
ソース領域５２１とドレイン領域５１８が自己整合的に
形成される。また、低濃度不純物領域５２０が同時に形
成される。また、チャネル形成領域５１９が同時に形成
される。

【０２０８】なお、緻密な陽極酸化膜５１０と５１１の
膜厚が２０００Åというように厚い場合には、その厚さ
でチャネル形成領域に接してオフセットゲイト領域を形
成することができる。

【０２０９】本実施例の場合は、緻密な陽極酸化膜５１
０と５１１の膜厚が１０００Å以下と薄いので、その存
在は無視することができる。

【０２１０】そして、レーザー光または強光の照射を行
い、不純物イオンが注入された領域のアニールを行う。

【０２１１】そして図５（Ｅ）に示すように層間絶縁膜
として窒化珪素膜５２２と酸化珪素膜５２３を成膜す
る。それぞれの膜厚は１０００Åとする。なお、酸化珪
素膜５２３は成膜しなくてもよい。

【０２１２】ここで、窒化珪素膜によって、薄膜トラン
ジスタが覆われることになる。窒化珪素膜は緻密であ
り、また界面特性がよいので、このような構成とするこ
とで、薄膜トランジスタの信頼性を高めることができ
る。

【０２１３】さらに樹脂材料でなる層間絶縁膜５２４を
スピンコート法を用いて形成する。ここでは、層間絶縁
膜５２４の厚さは１μｍとする。（図５（Ｅ））

【０２１４】そしてコンタクトホールの形成を行い、左
側のＮチャネル型の薄膜トランジスタのソース電極５２
５とドレイン電極５２６を形成する。また同時に右側の
薄膜トランジスタのソース電極５２７とドレイン電極５
２６を形成する。ここで、５２６は共通に配置されたも
のとなる。

【０２１５】こうして、相補型に構成されたＣＭＯＳ構
造を有する薄膜トランジスタ回路を構成することができ
る。

【０２１６】本実施例に示す構成においては、薄膜トラ
ンジスタを窒化膜で覆い、さらに樹脂材料によって覆っ
た構成が得られる。この構成は、可動イオンや水分の侵
入しにくい耐久性の高いものとすることができる。

【０２１７】また、さらに多層配線を形成したような場
合に、薄膜トランジスタと配線との間に容量が形成され
てしまうことを防ぐことができる。

【０２１８】〔実施例１０〕本実施例は、実施例１また
は実施例２で得た結晶性珪素膜に対して、さらにレーザ
ー光の照射を行うことにより、単結晶または実質的に単
結晶と見なせる領域を形成する構成に関する。

【０２１９】まず実施例１に示したようにニッケル元素
の作用を利用して結晶性珪素膜を得る。そして、その膜
に対してエキシマレーザー（例えばＫｒＦエキシマレー
ザー）を照射して、さらにその結晶性を助長させる。こ
の際、４５０℃以上の温度での加熱処理を併用し、さら
にレーザー光の照射条件を最適化することで単結晶また
は実質的に単結晶と見なせる領域を形成する。

【０２２０】このような方法で結晶化を大きく助長させ
た膜は、ＥＳＲで計測した電子スピン密度が３×１０¹⁷
個ｃｍ^-3以下であり、またＳＩＭＳで計測した最低値と
して当該ニッケル元素濃度を３×１０¹⁷ｃｍ^-3以下で有
し、さらに単結晶と見なすことができる領域を有するも
のとなる。

【０２２１】この領域には、実質的に結晶粒界が存在し
ておらず、単結晶珪素ウエハーに匹敵する高い電気的な
特性を得ることができる。

【０２２２】またこの単結晶と見なせる領域は、水素を
５原子％以下〜１×１０¹⁵ｃｍ^-3程度含んでいる。この
値は、ＳＩＭＳ（２次イオン分析方法）による計測より
明らかにされる。

【０２２３】このような単結晶または単結晶と見なせる
領域を利用して薄膜トランジスタを作製することで、単
結晶ウエハーを利用して作製したＭＯＳ型トランジスタ
に匹敵するものを得ることができる。

【０２２４】〔実施例１１〕本実施例は、実施例１に示
す工程において、下地膜の表面に直接ニッケル元素を導
入する例を示す。この場合、ニッケル元素は非晶質珪素
膜の下面に接して保持されることになる。

【０２２５】この場合は、下地膜の形成後にニッケル元
素の導入を行いまず下地膜の表面にニッケル元素（当該
金属元素）が接して保持された状態とする。このニッケ
ル元素の導入方法としては、溶液を用いる方法の他にス
パッタ法やＣＶＤ法、さらに吸着法を用いることができ
る。

【０２２６】

【発明の効果】本明細書で開示する発明を利用すること
により、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して得
られた結晶性珪素膜における金属の濃度元素の濃度を減
少させる技術を提供することができる。

【０２２７】またこの技術を利用し、より信頼性が高
く、性能の優れた薄膜半導体装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 結晶性珪素膜を得る工程を示す図。

【図２】 結晶性珪素膜を得る工程を示す図。

【図３】 薄膜トランジスタを作製する工程を示す
図。

【図４】 薄膜トランジスタを作製する工程を示す
図。

【図５】 薄膜トランジスタを作製する工程を示す
図。

【図６】 ゲイト電流の値とサンプル数との関係を示
す図。

【図７】 ゲイト電流の値とサンプル数との関係を示
す図。

【符号の説明】

１０１ ガラス基板または石英基板 １０２ 下地膜（酸化珪素膜または酸化窒化珪素
膜） １０３ 非晶質珪素膜 １０４ ニッケルを含んだ溶液の水膜 １０５ 結晶性珪素膜 １０６ 熱酸化膜 １０７ ニッケル元素の濃度が低減された結晶性
珪素膜 ２０１ ガラス基板または石英基板 ２０２ 下地膜（酸化珪素膜または酸化窒化珪素
膜） ２０３ 非晶質珪素膜 ２０４ 酸化珪素膜でなるマスク ２０５ 開口部 ２０６ 接して保持されたニッケル ２０７ 基板に平行な方向への結晶成長の方向 ２０８ 珪素膜 ２０９ 熱酸化膜 ２１０ パターニングされた珪素膜

───────────────────────────────────────────────────── 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 29/78 ６２７Ｆ (72)発明者 尾形 靖 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 早川 昌彦 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 納 光明 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 (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金
   属元素を意図的に導入し第１の加熱処理により前記非晶
   質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程と、 酸化性雰囲気中で第２の加熱処理を行い前記結晶性珪素
   膜中に存在する当該金属元素を除去または減少させる工
   程と、 前記工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、 前記熱酸化膜を除去した領域の表面上に再度の熱酸化に
   より熱酸化膜を形成する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. 【請求項２】非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金
   属元素を意図的に導入し第１の加熱処理により前記非晶
   質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程と、 酸化性雰囲気中で第２の加熱酸化処理を行い前記結晶性
   珪素膜の表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜に当該金
   属元素をゲッタリングさせることにより前記結晶性珪素
   膜中に存在する当該金属元素を除去または減少させる工
   程と、 該工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、 前記熱酸化膜を除去した領域の表面上に再度の熱酸化に
   より熱酸化膜を形成する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. 【請求項３】非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金
   属元素を意図的に導入し第１の加熱処理により前記非晶
   質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程と、 酸化性雰囲気中で第２の加熱酸化処理を行い前記結晶性
   珪素膜中に存在する当該金属元素を除去または減少させ
   る工程と、 前記工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、 パターニングを施し薄膜トランジスタの活性層を形成す
   る工程と、 熱酸化によりゲイト絶縁膜の少なくとも一部を構成する
   熱酸化膜を前記活性層の表面に形成する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. 【請求項４】非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金
   属元素を選択的に導入する工程と、 第１の加熱処理により前記金属元素が選択的に導入され
   た領域から膜に平行な方向に結晶成長を行なわす工程
   と、 酸化性雰囲気中で第２の加熱処理を行い前記結晶成長が
   行なわれた領域の表面に熱酸化膜を形成する工程と、 前記熱酸化膜を除去する工程と、 前記熱酸化膜を除去した領域を用いて半導体装置の活性
   層を形成する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 【請求項５】請求項１乃至請求項４において、 珪素の結晶化を助長する金属元素としてＦｅ、Ｃｏ、Ｎ
   ｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ
   から選ばれた一種または複数種類のものが用いられるこ
   とを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. 【請求項６】請求項１乃至請求項４において、第１の加
   熱処理温度よりも第２の加熱処理温度の方が高いことを
   特徴とする半導体装置の作製方法。
7. 【請求項７】請求項１乃至請求項４において、熱酸化膜
   の除去後に酸素と水素とを含むプラズマ雰囲気でのアニ
   ールを行なうことを特徴とする半導体装置の作製方法。
8. 【請求項８】請求項１乃至請求項４において、 非晶質珪素膜中に含まれる酸素濃度が５×１０¹⁷ｃｍ^-3
   〜２×１０¹⁹ｃｍ^-3であることを特徴とする半導体装置
   の作製方法。
9. 【請求項９】第１及び第２の酸化膜に挟まれた結晶性珪
   素膜を有し、 前記結晶性珪素膜は珪素の結晶化を助長する金属元素を
   含有しており、 前記結晶性珪素膜中において、前記金属元素は前記第１
   および／または第２の酸化膜との界面近傍において高い
   濃度分布を有していることを特徴とする半導体装置。
10. 【請求項１０】請求項９において、 第１の酸化膜はガラス基板または石英基板上に形成され
    た酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜であって、 結晶性珪素膜は薄膜トランジスタの活性層を構成し、 第２の酸化膜はゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素膜また
    は酸化窒化珪素膜であることを特徴とする半導体装置。
11. 【請求項１１】酸化膜でなる下地膜と、 該下地膜上に形成された結晶性珪素膜と、 該結晶性珪素膜上に形成された熱酸化膜と、 を有し、 前記結晶性珪素膜中には珪素の結晶化を助長する金属元
    素が含まれ、 前記珪素の結晶化を助長する金属元素は下地および／ま
    たは熱酸化膜との界面近傍において高い濃度分布を有
    し、 前記熱酸化膜は薄膜トランジスタのゲイト絶縁膜の少な
    くとも一部を構成することを特徴とする半導体装置。
12. 【請求項１２】請求項１１において、 珪素の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もの
    が用いられることを特徴とする半導体装置。