JPH09312406A

JPH09312406A - 半導体装置の作製方法

Info

Publication number: JPH09312406A
Application number: JP6735097A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Hisashi Otani; 久大谷; Toshiji Hamaya; 敏次浜谷
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1996-03-17
Filing date: 1997-03-05
Publication date: 1997-12-02

Abstract

(57)【要約】【目的】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。【構成】石英基板１０１上に配置された非晶質珪素膜
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。この加熱処理で結晶性珪素
膜１０５を得る。次にウエット酸化により酸化膜１０６
を形成する。この際、フッ素の作用により、この酸化膜
１０６中にニッケル元素をゲッタリングさせる。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】

【産業上の利用分野】本明細書で開示する発明は、結晶
性珪素薄膜を用いた薄膜半導体装置の構成に関する。ま
た、そ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】この技術は、従来の加熱のみによる結晶化
の方法や、レーザー光の照射のみによる非晶質膜の結晶
化に比較すると、広い面積にわたり、高い結晶性を均一
に得ることができる。

【００１１】しかし、アクティブマトリクス型の液晶表
示装置に必要とされるような大面積にわたり、高い結晶
性とその均一性を有している結晶性珪素膜を得ることは
困難である。

【００１２】また、膜中に金属元素を含有しているた
め、その導入量の制御が微妙であり、再現性や安定性
（得られたデバイスの電気的な安定性）に問題がある。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】

【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、高い結晶性を有する結晶性珪素膜を用いて、高い
特性を有する半導体装置を提供することを課題とする。

【００１６】また、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。

【００１７】そして得られる半導体装置の特性や信頼性
を高くすることができる技術を提供することを課題とす
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
が特徴とするのは、フッ素を主に利用して珪素の結晶化
を助長する金属元素のゲッタリングを行うことである。
このゲッタリングは熱酸化膜を形成する際にこの熱酸化
膜中に当該金属元素がフッ素の作用により取り込まれる
ことによって行われる。そしてこの際にウエット酸化の
作用によって酸化膜を形成することを特徴とする。

【００１９】フッ素を導入する手段としては、ＮＦ₃ を
利用することが一般的である。ＮＦ₃ は強力な酸化剤で
あり、酸素雰囲気中にＮＦ₃ を所定の濃度で含有させる
ことで、熱酸化膜の形成を促進させる。

【００２０】しかし、ＮＦ₃ を用いた場合、珪素膜の表
面のエッチングも進行するという問題がある。特に珪素
の結晶化を助長する金属元素を利用した場合、珪素膜中
に金属シリサイドの成分が少なからず存在しているの
で、その成分がフッ素によって集中的に除去され、珪素
膜の表面が荒れたり、内部に隙間ができたりするという
問題が発生する。

【００２１】本明細書で開示する発明においては、フッ
素はあくまで当該金属元素のゲッタリングのために利用
する。そして酸化膜の形成は、雰囲気中に水素を含有さ
せることによりウエット酸化の作用により形成する。

【００２２】ウェット酸化により酸化膜は、緻密で平坦
性がよく、また単なる熱酸化膜に比較して成膜レートを
高くすることができる。

【００２３】本明細書で開示する発明においては、さら
に当該金属元素のゲッタリング作用を助長するために塩
素を雰囲気中に含有させる。塩素を導入することで、ゲ
ッタリングの際に、金属元素とフッ素と塩素との化合物
を形成し、金属元素を珪素膜中から除去する効果を高め
ることができる。

【００２４】このように、酸化膜の形成に水素を導入し
たウエット酸化の作用を利用し、この酸化によって形成
される酸化膜中に当該金属をゲッタリングさせることを
フッ素及ぶ塩素の作用によって行う。

【００２５】こうして、膜の表面が荒れたり、局所的に
エッチングがされてしまうようなことの無い当該金属元
素のゲッタリングを行うことができる。そして、高い結
晶性を有し、しかも珪素の結晶化を助長する金属元素の
濃度が低い結晶性珪素膜を得ることができる。

【００２６】本明細書で開示する発明において、珪素の
結晶化を助長する金属元素の除去を行うための酸化膜の
形成方法として、以下に示すような組み合わせを挙げる
ことができる。

【００２７】第１に酸素雰囲気中に１〜５％のＨＣｌと
１０ｐｐｍ〜２００ｐｐｍのＮＦ₃を加えた雰囲気中で
の加熱処理を挙げることができる。

【００２８】第２に酸素雰囲気中に３％の水素と５０ｐ
ｐｍ〜２００ｐｐｍ程度のＮＦ₃ を加えた雰囲気中での
加熱処理を挙げることができる。

【００２９】第３に酸素雰囲気中に３％の水素と５０ｐ
ｐｍ〜１００ｐｐｍ程度のＣｌＦ₃を加えた雰囲気中で
の加熱処理を挙げることができる。

【００３０】上記の条件での加熱処理において、酸化膜
の形成は、主に酸素と水素の作用によるウェット酸化膜
の形成による寄与で行われる。そして、酸化膜中に当該
金属元素をゲッタリングする効果はＦやＣｌといった元
素の作用によって行われる。

【００３１】本明細書で開示する発明の一つは、非晶質
珪素膜を形成する工程と、前記非晶質珪素膜の表面に珪
素の結晶化を助長する金属元素を接して保持させる工程
と、第１の加熱処理を行い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、酸素と水素とフッ素とを
含む雰囲気中において５００℃〜７００℃の第２の加熱
処理を行い前記結晶性珪素膜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、を有するこ
とを特徴とする。

【００３２】他の発明の一つは、非晶質珪素膜を形成す
る工程と、前記非晶質珪素膜の表面に珪素の結晶化を助
長する金属元素を接して保持させる工程と、第１の加熱
処理を行い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、酸素と水素とフッ素と塩素とを含む雰囲
気中において５００℃〜７００℃の第２の加熱処理を行
い前記結晶性珪素膜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、を有することを特
徴とする。

【００３３】他の発明の一つは、非晶質珪素膜を形成す
る工程と、前記非晶質珪素膜の表面に珪素の結晶化を助
長する金属元素を接して保持させる工程と、加熱処理を
行い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、フッ素および／または塩素を含む雰囲気中にお
いてウエット酸化膜を前記結晶性珪素膜の表面に形成す
る工程と、前記酸化膜を除去する工程と、を有すること
を特徴とする。

【００３４】上記構成においては、結晶性珪素膜上に形
成される酸化膜中における当該金属元素の濃度が、結晶
性珪素膜中における当該金属元素の濃度よりも高くな
る。これは、酸化膜中に当該金属元素がゲッタリングさ
れるからである。

【００３５】酸化膜を形成する際に酸素雰囲気中に添加
される水素は、１％（体積％）以上であることが好まし
い。これは、酸化膜をウェット酸化の寄与によって形成
するためである。また、その濃度の上限は、安全性を考
え、爆発限界以下とすることが好ましい。

【００３６】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
のものを用いることができる。特にその再現性と効果の
高さとからＮｉ（ニッケル）を利用することが好まし
い。

【００３７】また、出発膜である非晶質珪素膜中に含ま
れる酸素濃度は、５×１０¹⁷ｃｍ^-3〜２×１０¹⁹ｃｍ^-3
であることが好ましい。これは、珪素の結晶化を助長す
る金属元素をゲッタリングする効果を得るために重要な
条件となる。

【００３８】他の発明の構成は、結晶性を有する珪素膜
を有する半導体装置であって、前記珪素膜には、珪素の
結晶化を助長する金属元素が１×１０¹⁶ｃｍ^-3〜５×１
０¹⁸ｃｍ^-3の濃度で含まれ、フッ素原子が１×１０¹⁵ｃ
ｍ^-3〜１×１０²⁰ｃｍ^-3の濃度で含まれ、水素原子が１
×１０¹⁷ｃｍ^-3〜１×１０²¹ｃｍ^-3の濃度で含まれ、て
いることを特徴とする。

【００３９】本明細書における不純物や元素の濃度は、
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。

【００４０】

【発明の実施の形態】本明細書で開示する発明の好まし
い実施の形態を以下に示す。まずガラス基板上に非晶質
珪素膜を成膜する。そして、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。

【００４１】この結晶化は５００℃〜７００℃の温度で
の加熱処理によって行う。この加熱処理により結晶化さ
れた状態において、結晶性珪素膜中には当該金属元素が
含まれている。

【００４２】次に水素とＮＦ₃ とを含んだ酸化性雰囲気
中において加熱処理を行う。この工程においては、主に
ウェット酸化の寄与によって酸化膜が形成され、Ｆ（フ
ッ素）の作用によって、この酸化膜中に当該金属元素が
ゲッタリングされる。

【００４３】次に当該金属元素の高濃度に含んだ熱酸化
膜を除去する。こうして高い結晶性を有し、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。

【００４４】そしてこの当該金属元素の濃度が低下した
結晶性珪素膜を用いて薄膜半導体装置、例えば薄膜トラ
ンジスタを作製する。

【００４５】

【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。

【００４６】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。

【００４７】そしてレーザー光の照射を行なう。このレ
ーザー光の照射を行なうことで、膜の結晶性を高めると
ともに、局所的に集中して存在しているニッケル元素を
膜中に拡散させる。即ち、ニッケルの固まりを減少また
は消滅させる。

【００４８】そして、Ｆ（フッ素）を含んだ酸化膜を熱
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
Ｆ元素の作用により熱酸化膜中にゲッタリングされる。
この時、ニッケル元素が先のレーザー光の照射によって
分散して存在しているので、効果的にゲッタリングが進
行する。

【００４９】さらにゲッタリングの結果形成された高濃
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、かつニッケル元素濃度の低い結晶性珪素
膜を得る。

【００５０】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珪素膜１０２を３０
００Åの厚さに成膜する。

【００５１】酸化珪素膜１０２は、スパッタ法により、
３０００Åの厚さに成膜したものを用いる。

【００５２】酸化珪素膜１０２は、後の工程において、
ガラス基板中からの不純物の拡散を防ぐ機能を有する。
また、ガラス基板と後に成膜される珪素膜との間に働く
応力を緩和する機能を有する。

【００５３】また、この下地膜１０２中にハロゲン元素
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下
地膜中にゲッタリングすることができる。

【００５４】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。これは、下地膜の表面に存
在する炭化物を除去し、後に形成される珪素膜との界面
に固定電荷が準位が存在することを抑制する効果がある
からである。

【００５５】水素プラズマ処理の代わる方法として、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
とも有効である。

【００５６】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。

【００５７】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（本実施例の
場合はニッケル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。

【００５８】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。また、酸素濃度が上記濃度範囲より低い場
合は、金属元素のゲッタリング作用への寄与が小さくな
る。

【００５９】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好ましい。

【００６０】この非晶質珪素膜の膜厚の上限は２０００
Å程度である。これは、後のレーザー光の照射による効
果を得るには、あまり厚い膜であことが不利であるから
である。厚い膜が不利なのは、珪素膜に照射されるレー
ザー光のほとんどは膜の表面において吸収されてしまう
ことに原因がある。

【００６１】なお非晶質珪素膜１０３の膜厚の下限は、
成膜方法にもよるが、実用的には２００Å程度である。
それ以下の膜厚の場合、その膜厚の均一性に問題が出
る。

【００６２】次に非晶質珪素膜１０３を結晶化させるた
めの金属元素を導入する。ここでは、珪素の結晶化を助
長する金属元素としてニッケル元素を利用する。そして
ニッケル元素の導入方法として、溶液を用いた方法を利
用する。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】ニッケル酢酸塩溶液を塗布することによ
り、図１（Ａ）の１０４で示されるニッケル酢酸塩溶液
の水膜が形成される。この状態を得たら、図示しないス
ピナ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。

【００６７】非晶質珪素膜１０３に導入されるニッケル
元素の量は、水膜１０４の保持時間や、スピナーを用い
たその除去条件によっても調整することができる。

【００６８】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、あるいは膜の表面に炭素成分が残
留することが懸念されるからである。

【００６９】そして、図１（Ｂ）に示す状態において、
５００℃〜７００℃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。ここでは、水素を３％含んだ６４０℃の窒素雰囲気
中において加熱処理を行う。また加熱時間は４時間とす
る。

【００７０】ここでの加熱処理の温度は、ガラス基板の
歪点以下の温度で行なうことが好ましい。コーニング１
７３７ガラス基板の歪点は６６７℃である。従って、こ
こでの加熱温度の上限は余裕を見て６５０℃程度とする
ことが好ましい。

【００７１】上記の加熱処理による結晶化工程におい
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、Ｎｉ
Ｏ_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。

【００７２】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。

【００７３】また、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
１ｐｐｍ以下とすることが必要である。

【００７４】上記の結晶化のための加熱処理を行う雰囲
気の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。

【００７５】上記の加熱処理による結晶化工程の後にお
いては、ニッケル元素がある程度の固まりで残存してい
る。このことは、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）による観
察から確認されている。

【００７６】このニッケルがある程度の固まりで存在し
ているという事実の原因は明らかではないが、何か結晶
化のメカニズムと関係しているものと考えられる。

【００７７】次に図１（Ｃ）に示すようにレーザー光の
照射を行なう。ここでは、ＫｒＦエキシマレーザー（波
長２４８ｎｍ）を用いる。ここでは、レーザー光のビー
ム形状を線状としたものを走査しながら照射する方法を
採用する。

【００７８】このレーザー光の照射を行なうことで、前
述の加熱処理による結晶化の結果、局所的に集中してい
たニッケル元素がある程度膜１０５中に分散する。即
ち、ニッケル元素の固まりを消滅（あるいは減少）さ
せ、ニッケル元素を分散させることができる。

【００７９】次に図１（Ｄ）に示す工程において再度の
加熱処理を行なう。この加熱処理は、ニッケル元素をゲ
ッタリングするための熱酸化膜を形成するために行われ
る。

【００８０】ここでは、雰囲気を水素を３％、ＣｌＦ₃
を１００ｐｐｍ含んだ酸素雰囲気とし、この雰囲気中で
６４０℃の加熱処理を行う。この工程においては、２０
０Åの厚さに熱酸化膜を形成する。（図１（Ｄ））

【００８１】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（または、その他の珪
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。

【００８２】この加熱処理は、５００〜７００℃の温度
範囲で行う。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。

【００８３】この工程において、前述のレーザー光の照
射によって分散されたニッケル元素が形成される酸化膜
１０６中にゲッタリングされていく。

【００８４】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。

【００８５】また、珪素膜１０５の熱酸化膜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。また、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が要
因であると考えられる。

【００８６】また、珪素膜１０５の熱酸化膜１０６との
界面近傍においてフッ素および塩素の濃度が高くなる傾
向が観察される。

【００８７】このようにして得られた結晶性珪素膜は、
珪素の結晶化を助長する金属元素が１×１０¹⁶ｃｍ^-3〜
５×１０¹⁸ｃｍ^-3の濃度で含まれ、フッ素原子が１×１
０¹⁵ｃｍ^-3〜１×１０²⁰ｃｍ^-3の濃度で含まれ、水素原
子が１×１０¹⁷ｃｍ^-3〜１×１０²¹ｃｍ^-3の濃度で含ま
れたものとなる。

【００８８】図１（Ｄ）に示す熱酸化膜１０６の形成が
終了したら、ニッケルを高濃度に含んだ酸化膜１０６を
除去する。この酸化膜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】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】また、熱酸化膜１０６を除去した後に再び
レーザー光を照射して、得られた結晶性珪素膜１０７の
結晶性をさらに助長することは有効である。

【００９２】本実施例においては、使用するレーザー光
としてＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を用
いる例を示した。しかし、ＸｅＣｌエキシマレーザー
（波長３０８ｎｍ）やその他の種類のエキシマレーザー
を用いるのでもよい。

【００９３】またレーザー光ではなく、例えば紫外線や
赤外線の照射を行なう構成としてもよい。

【００９４】〔実施例２〕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
れる。他の工程は、実施例１に示すものと同じである。

【００９５】〔実施例３〕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。

【００９６】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として酸化珪素膜を３０００Åの
厚さに成膜する。

【００９７】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、６００Å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。

【００９８】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
で示される領域に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。

【００９９】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必要とする長さでもって形成すれ
ばよい。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】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２０１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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】この状態においては、ニッケル元素が膜中
に偏在している。特に、開口２０５が形成されていた領
域と、２０７で示される結晶成長の先端部分において
は、ニッケル元素が比較的高濃度に存在している。

【０１０６】図２（Ｃ）に示す状態を得た後、レーザー
光の照射を行なう。ここでは実施例１と同様にＫｒＦエ
キシマレーザーの照射を行なう。

【０１０７】この工程で偏在したニッケル元素を拡散さ
せ、後のゲッタリング工程においてゲッタリングを行な
い易い状態を得る。

【０１０８】レーザー光の照射終了後、水素を３％、Ｎ
Ｆ₃ を１００ｐｐｍ含んだ雰囲気中において、６５０℃
の加熱処理を行う。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２０９を２００Åの厚さに
形成される。そして同時に珪素膜２０８中のニッケル元
素濃度が相対的に減少する。（図２（Ｄ））

【０１０９】上記加熱処理による熱酸化膜の形成が終了
したら、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。

【０１１０】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することは有効であ
る。

【０１１１】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。

【０１１２】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。

【０１１３】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２０９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。

【０１１４】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。

【０１１５】そして、２１０でなるパターンを形成後に
熱酸化膜２１１を形成する。この熱酸化膜の形成は、６
５０℃の酸素雰囲気中での加熱処理を１２時間行なうこ
とにより、２００Åの厚さに成膜する。

【０１１６】また、この熱酸化膜２１１の形成の際に、
雰囲気中にフッ素を含有させることは有効である。この
熱酸化膜２１１の形成の際に雰囲気中にフッ素を含有さ
せると、フッ素の作用によりニッケル元素の固定化と珪
素膜表面の不対結合手の中和とを行うことができる。即
ち、活性層とゲイト絶縁膜との界面特性を向上させるこ
とができる。

【０１１７】また、フッ素の代わりに塩素を利用するの
でもよい。

【０１１８】なおこの熱酸化膜は、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。

【０１１９】この後、薄膜トランジスタを作製するので
あれば、熱酸化膜２１１を覆って、さらにプラズマＣＶ
Ｄ法等で酸化珪素膜を成膜し、ゲイト絶縁膜を形成す
る。

【０１２０】〔実施例４〕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。

【０１２１】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３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。

【０１２２】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。

【０１２３】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。

【０１２４】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減少させ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。

【０１２５】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。

【０１２６】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珪素膜３０４を１０００Åの厚さに
成膜する。酸化珪素膜３０４の成膜は、プラズマＣＶＤ
法でもって行う。（図３（Ｂ））

【０１２７】この酸化珪素膜３０４は熱酸化膜３００と
一体となってゲイト絶縁膜として機能する。

【０１２８】なお、酸化珪素膜３０４中にハロゲン元素
を含有させることは有効である。この場合、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ができ
る。そして、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抑制
することができる。

【０１２９】ゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜３
０４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。

【０１３０】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、加熱の際のアルミニウムの異常成長に起因する
針状あるいは刺状の突起部のことをいう。

【０１３１】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、アルミニウム膜を陽極、白金を陰極として行う。こ
の工程においては、アルミニウム膜上に緻密な膜質を有
する陽極酸化膜を１００Åの厚さに成膜する。

【０１３２】この陽極酸化膜は、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。

【０１３３】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。

【０１３４】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
ーニングする。こうして図３（Ｂ）に示す状態を得る。

【０１３５】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。

【０１３６】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。

【０１３７】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。

【０１３８】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
を電解溶液とした陽極酸化を再び行う。

【０１３９】この工程においては、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。

【０１４０】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。

【０１４１】ここで、露呈した酸化珪素膜３０４をエッ
チングする。また同時に熱酸化膜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。

【０１４２】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。

【０１４３】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。

【０１４４】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。

【０１４５】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））

【０１４６】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。

【０１４７】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。

【０１４８】なお、緻密な膜質を有する陽極酸化膜を２
０００Å以上というように厚く形成するのは、２００Ｖ
以上の印加電圧が必要とされるので注意が必要である。

【０１４９】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
材料でなる層を用いてもよい。

【０１５０】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。

【０１５１】〔実施例５〕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。

【０１５２】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３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。

【０１５３】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。

【０１５４】図４（Ａ）に示す状態において、４０１が
ガラス基板、４０２が酸化珪素膜でなる下地膜、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。

【０１５５】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珪素膜４０４をプラズマＣＶＤ法で
もって１０００Åの厚さに成膜する。（図４（Ｂ））

【０１５６】酸化珪素膜４０４は熱酸化膜４００ととも
にゲイト絶縁膜を構成する。

【０１５７】次に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。

【０１５８】アルミニウム膜を成膜したら、その表面に
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。

【０１５９】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。

【０１６０】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。

【０１６１】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。

【０１６２】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。

【０１６３】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。

【０１６４】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。

【０１６５】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））

【０１６６】ここで、最初の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イオンに注入を行う。なお、Ｐチャネル型
の薄膜トランジスタを作製するのであれば、Ｂ（ボロ
ン）イオンの注入を行う。

【０１６７】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。

【０１６８】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４０７を除去する。こう
して図４（Ｄ）に示す状態を得る。

【０１６９】図４（Ｄ）に示す状態を得たら、再度不純
物イオン（リンイオン）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（低ドーズ量）で行う。

【０１７０】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））

【０１７１】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。

【０１７２】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となる。
（図４（Ｄ））

【０１７３】次に層間絶縁膜４１５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たものを用いてもよい。

【０１７４】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。最
後に３５０℃の水素雰囲気中において１時間の加熱処理
（水素化加熱処理）を行う。この工程において、活性層
中の欠陥や不対結合手が中和される。こうして図４
（Ｅ）に示す薄膜トランジスタが完成する。

【０１７５】〔実施例６〕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。

【０１７６】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。

【０１７７】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珪素
膜を成膜する。

【０１７８】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。

【０１７９】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。活性層
５０３と５０４を形成したら、５００で示される熱酸化
膜を形成する。熱酸化膜５００の膜厚は１００Å程度と
する。

【０１８０】こうして図５（Ａ）に示す状態を得る。次
にゲイト絶縁膜を酸化珪素膜５０５を成膜する。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の厚さにスパッタ法により成膜する。
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。

【０１８１】アルミニウム膜を形成したら、前述した方
法により、その表面に図示しない極薄い緻密な陽極酸化
膜を形成する。

【０１８２】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。

【０１８３】次に図示しないレジストマスクを除去し、
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
を行う。この工程で緻密な陽極酸化膜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。

【０１８４】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。

【０１８５】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。

【０１８６】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。

【０１８７】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。

【０１８８】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。

【０１８９】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。

【０１９０】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。

【０１９１】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。

【０１９２】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。

【０１９３】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。

【０１９４】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。

【０１９５】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。

【０１９６】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））

【０１９７】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。

【０１９８】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。

【０１９９】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。

【０２００】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。

【０２０１】〔実施例７〕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。

【０２０２】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。

【０２０３】〔実施例８〕本実施例は、図２（Ｅ）の状
態、または図３（Ａ）の状態、または図４（Ａ）の状態
においてレーザー光の照射を行い、得られた結晶性珪素
膜でなる島状のパターンの結晶性を向上させることを特
徴とする。

【０２０４】図２（Ｅ）、図３（Ａ）、図４（Ａ）の状
態においてレーザー光を照射する場合、比較的低い照射
エネルギー密度でもって、所定のアニール効果を得るこ
とができる。

【０２０５】これは、小さい面積の所にレーザーエネル
ギーが照射されるので、アニールに利用されるエネルギ
ー効率が高まるためであると考えられる。

【０２０６】〔実施例９〕本実施例は、ボトムゲイト型
の薄膜トランジスタの作製工程に関する。図６に本実施
例の薄膜トランジスタの作製工程を示す。まず、ガラス
基板６０１上に下地膜として酸化珪素膜６０２を成膜す
る。

【０２０７】次に適当な金属材料または金属シリサイド
材料を用いてゲイト電極６０３を形成する。（図６
（Ａ））

【０２０８】ゲイト電極６０３を形成したら、ゲイト絶
縁膜として機能する酸化珪素膜６０４を成膜する。さら
に非晶質珪素膜６０５を成膜する。

【０２０９】非晶質珪素膜６０５を成膜したら、ニッケ
ル酢酸塩溶液を塗布し、ニッケル元素が６０７で示され
るように非晶質珪素膜６０５の表面に接して保持された
状態とする。（図６（Ｂ））

【０２１０】そして水素を３％含有させた窒素雰囲気中
において６５０℃の加熱処理を行い、非晶質珪素膜６０
５を結晶化させる。こうして結晶性珪素膜６０６を得
る。

【０２１１】非晶質珪素膜を結晶化させたら、ＨＣｌを
５％、ＮＦ₃ を１００ｐｐｍ含んだ酸素雰囲気中におい
て、６５０℃の加熱処理を行う。この加熱処理において
熱酸化膜６０９を形成する。（図６（Ｃ））

【０２１２】そしてこの熱酸化膜６０９を除去する。

【０２１３】次に結晶性珪素膜６０６とゲイト絶縁膜６
０４をパターニングする。こうして薄膜トランジスタの
活性層６１２が形成される。さらにレジストマスク６１
０を配置する。（図６（Ｄ））

【０２１４】図６（Ｄ）の状態でソースおよびドレイン
領域を形成するために不純物イオンの注入を行う。ここ
では、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）イオンの注入を行う。この工程でソース領域
６１３、ドレイン領域６１４が形成される。

【０２１５】この後、等方性のアッシングを行う、レジ
ストマスク６１０を全体的に後退させる。即ち、レジス
トマスク６１０を全体に小さくする。こうして後退させ
られたレジストマスク６１５を得る。（図６（Ｅ））

【０２１６】図６（Ｅ）の状態において、再度のＰイオ
ンの注入を行う。この工程は（Ｄ）の工程におけるＰイ
オンのドーズ量よりも少ないドーズ量でもって行う。こ
うして、６１６と６１７で示される低濃度不純物領域が
形成される。

【０２１７】次に金属電極６１８と６１９を形成する。
ここで６１８はソース電極となり、６１９はドレイン電
極となる。こうしてボトムゲイト型の薄膜トランジスタ
が完成する。

【０２１８】

【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。

【０２１９】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】薄膜トランジスタを作製する工程を示す
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２１１熱酸化膜

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/324 Ｈ０１Ｌ 27/12 Ｒ 27/12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非晶質珪素膜を形成する工程と、前記非晶質珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属
元素を接して保持させる工程と、第１の加熱処理を行い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、酸素と水素とフッ素とを含む雰囲気中において５００℃
〜７００℃の第２の加熱処理を行い前記結晶性珪素膜の
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、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】非晶質珪素膜を形成する工程と、前記非晶質珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属
元素を接して保持させる工程と、第１の加熱処理を行い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、酸素と水素とフッ素と塩素とを含む雰囲気中において５
００℃〜７００℃の第２の加熱処理を行い前記結晶性珪
素膜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、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】非晶質珪素膜を形成する工程と、前記非晶質珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属
元素を接して保持させる工程と、加熱処理を行い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、フッ素および／または塩素を含む雰囲気中においてウエ
ット酸化膜を前記結晶性珪素膜の表面に形成する工程
と、前記酸化膜を除去する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】請求項１乃至請求項３において、酸化膜中における当該金属元素の濃度は、結晶性珪素膜
中における当該金属元素の濃度よりも高いことを特徴と
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、第２の加熱処理を行う雰囲気中には水素が１％以上、爆
発限界以下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６】請求項１乃至請求項３において、第１の加
熱処理を還元雰囲気で行うことを特徴とする半導体装置
の作製方法。
【請求項７】請求項１乃至請求項３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、Ｒ
ｕ、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を用いることを特徴と
する半導体装置の作製方法。
【請求項８】請求項１乃至請求項３において、珪素の結
晶化を助長する金属元素としてＮｉを用いることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】請求項１乃至請求項３において、第１の加
熱処理の後に結晶性珪素膜に対してレーザー光の照射を
行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】結晶性を有する珪素膜を有する半導体装
置であって、前記珪素膜には、珪素の結晶化を助長する金属元素が１×１０¹⁶ｃｍ^-3〜
５×１０¹⁸ｃｍ^-3の濃度で含まれ、フッ素原子が１×１０¹⁵ｃｍ^-3〜１×１０²⁰ｃｍ^-3の濃
度で含まれ、水素原子が１×１０¹⁷ｃｍ^-3〜１×１０²¹ｃｍ^-3の濃度
で含まれ、ていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】請求項１０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、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ていることを特徴とす
る半導体装置。
【請求項１２】請求項１０において、珪素の結晶化を助
長する金属元素としてＮｉが用いられていることを特徴
とする半導体装置。
【請求項１３】請求項１０において、珪素膜は絶縁膜上
に形成されており、前記絶縁膜と前記珪素膜との界面近傍においてフッ素原
子が高い濃度分布で存在していることを特徴とする半導
体装置。