JPH0974066A

JPH0974066A - 半導体装置の作製方法

Info

Publication number: JPH0974066A
Application number: JP25185795A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1995-09-04
Filing date: 1995-09-04
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】【目的】均一に結晶成長した結晶性珪素膜をガラス基
板上に得る。【構成】ガラス基板１０１上に下地膜１０２を成膜
し、さらに減圧熱ＣＶＤ法により、微結晶性を有する珪
素膜１０４を成膜する。そしてこの上にニッケル酢酸塩
溶液を滴下し、加熱処理を加えることにより、結晶性を
助長させ結晶性珪素膜１０８を得る。さらにその結晶性
を高めるためにレーザー光を照射する。このようにして
得られた結晶性珪素膜は、結晶化の度合いが均一なもの
として得ることができる。

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
性を有する珪素膜（結晶性珪素膜と称する）を得る技術
に関する。例えばガラス基板上に結晶性珪素膜を形成す
る技術に関する。またその結晶性珪素膜を利用して半導
体装置（例えば薄膜トランジスタ）を得る技術に関す
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作製する技術が知られている。特
にガラス基板上に成膜された非晶質珪素膜を用いる技術
は実用化されている。しかし、非晶質珪素膜ではその電
気的な特性に不満足な点があり、さらに高い特性を期待
できる結晶性珪素膜を得ることが研究されている。

【０００３】結晶性珪素膜を得る方法としては、ガラス
基板上に非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法で成膜し、さ
らにレーザー光の照射や加熱処理を加えることによって
結晶性珪素膜を得る方法が知られている。

【０００４】また加熱処理による結晶化の際の加熱温度
を下げるために珪素の結晶化を助長する金属元素を利用
して結晶性珪素膜を得る技術が知られている。（特開平
６─２３２０５９号公報、特開平６─２４４１０３９号
公報）

【０００５】これらの技術は非晶質珪素膜を出発膜とし
て、その非晶質珪素膜を結晶化させることを基本的な構
成とする。具体的には、非晶質珪素膜にＮｉ等の珪素の
結晶化を助長する金属元素を導入し、さらに加熱処理を
加えることにより、結晶性珪素膜に変成するものであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記珪素の結晶化を助
長する金属元素を利用する方法は、ガラス基板が耐える
ような温度で結晶性珪素膜を得ることができるという有
意性がある。しかし、出発膜が非晶質珪素膜であるので
結晶成長の途中で成長ムラが生じたり、得られる結晶性
珪素膜の結晶性が均一でなかったり、部分的に金属元素
が偏析してしまうという問題がある。

【０００７】本明細書で開示する発明は、上記のような
問題を生じさせずに均一性が高い結晶性珪素膜を得るこ
とを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
は、絶縁表面を有する基板上に微結晶性を有する珪素膜
を形成する工程と、前記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、エネルギ
ーを与え前記珪素膜の結晶化を助長する工程と、を有す
ることを特徴とする。

【０００９】上記構成において、微結晶性を有する珪素
膜の成膜方法としては、ジシランらトリシランを用いた
減圧熱ＣＶＤ法を用いればよい。またプラズマＣＶＤ法
を用いてもよい。

【００１０】上記構成において、エネルギーを与える方
法としては加熱による手段を利用することができる。加
熱の温度は、ガラス基板を利用する場合には、４５０℃
以上であってその歪点以下の温度で行うことが好まし
い。

【００１１】またより高い結晶性を得るのであれば、基
板として石英基板を用い、８００℃〜１１００℃の温度
で加熱を行うことが好ましい。

【００１２】また上記構成において、エネルギーを与え
る方法としては、レーザー光または強光の照射による方
法を利用することができる。このレーザー光または強光
の照射は、単独で行ってもよいが、加熱と同時に行った
り、加熱の後に行うことがより効果的である。

【００１３】他の発明の構成は、絶縁表面を有する基板
上に微結晶性を有する珪素膜を形成する工程と、前記珪
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、加熱および／またはレーザー光の照
射を行い前記珪素膜の結晶化を助長する工程と、を有す
ることを特徴とする。

【００１４】上記構成において、基板としてガラス基板
を利用する場合は、加熱の温度は４５０℃〜ガラス基板
の歪点以下の温度とすることが好ましい。これは、ガラ
ス基板の変形を防ぐためである。

【００１５】また高温の加熱にも耐える石英基板を用い
る場合には、加熱の温度を非晶質珪素膜を結晶化温度以
上とすることが好ましい。このような条件で加熱を行う
と、非常に結晶性を高くすることができる。

【００１６】非晶質珪素膜の結晶化温度は、その成膜方
法や成膜条件にもよるが、５８０℃〜６２０℃である。

【００１７】また特に結晶性を高くするには、加熱の温
度を８００℃以上とすることが好ましい。

【００１８】他の発明の構成は、絶縁表面を有する基板
上に微結晶性を有する珪素膜を形成する工程と、前記珪
素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的
に接して保持させる工程と、エネルギーを与え前記珪素
膜の結晶化を基板に平行な方向に進行させる工程と、を
有することを特徴とする。

【００１９】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
の元素を利用することができる。これらの元素は、膜中
に残存する濃度が１×１０¹⁵原子ｃｍ^-3〜５×１０¹⁹原
子ｃｍ^-3、好ましくは１×１０¹⁵原子ｃｍ^-3〜５×１０
¹⁸原子ｃｍ^-3となるようにするとよい。これら金属元素
の濃度はＳＩＭＳ（２次イオン分析方法）による計測値
の最小値に基づいて決定される。また数十Å程度の微小
なレベルで見ると、当該金属元素に偏りがある場合があ
るが、このような場合はその平均値で考えればよい。

【００２０】またこれら金属元素の導入方法としては、
溶液を用いる方法、スパッタ法や蒸着法、さらにはプラ
ズマ処理やプラズマＣＶＤ法を用いることができる。し
かし、スパッタ法や蒸着法、さらにはプラズマ処理やプ
ラズマＣＶＤ法は、濃度の調整が困難であり、また珪素
膜の表面に均一に当該金属元素を分布させることができ
ないとい欠点がある。特に珪素膜の表面において、不均
一に当該金属元素が分布した場合、結晶化にムラが生じ
るしまい、また金属元素元素が偏析するので大きな問題
となる。

【００２１】一方、溶液を用いる方法は、導入する金属
元素の濃度の調整が容易であり、また均一に分散させて
珪素膜の表面に金属元素を接して保持させることができ
るので非常に好ましいものとなる。

【００２２】溶液を用いる場合は、当該金属元素の化合
物の溶液や当該金属元素をフッ酸等の酸に溶かした溶液
を利用することができる。

【００２３】例えば珪素の結晶化を助長する金属元素と
してニッケルを利用する場合には、ニッケル化合物であ
る臭化ニッケル、酢酸ニッケル、蓚酸ニッケル、炭酸ニ
ッケル、塩化ニッケル、沃化ニッケル、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、２−エチルヘキサン酸ニッケルか
らから選ばれた少なくとも１種類を用いることができ
る。

【００２４】また、Ｎｉを無極性溶媒である、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン、四塩化炭素、クロロホルム、
エ−テル、トリクロロエチレン、フロンから選ばれた少
なくとも一つに含ませたものを用いることができる。

【００２５】またニッケルをフッ酸やバッファフッ酸、
さらには硫酸等の酸に溶解させたものを用いることでき
る。勿論これら溶液は適当な溶媒でもって希釈して利用
してもよい。

【００２６】金属元素としてＦｅ（鉄）を用いる場合
は、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 ６Ｈ
₂ 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（Ｆｅ
Ｃｌ₃ ６Ｈ₂ Ｏ）、フッ化第２鉄（ＦｅＦ₃ 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。また鉄を酸に溶解させた溶液を用いることも
できる。

【００２７】金属元素としてＣｏ（コバルト）を用いる
場合、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
（Ｃ₂Ｈ₃ Ｏ₂)₂ ４Ｈ₂ Ｏ）、塩化コバルト（ＣｏＣｌ₂
６Ｈ₂ Ｏ）、フッ化コバルト（ＣｏＦ₂ xＨ₂ Ｏ）、
硝酸コバルト（Ｃｏ（Ｎｏ₃)₂ ６Ｈ₂ Ｏ）から選ばれた
ものを用いることができる。また鉄をコバルトを酸に溶
解させた溶液を用いることもできる。

【００２８】金属元素としてＲｕ（ルテニウム）を用い
る場合、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。

【００２９】金属元素してＲｈ（ロジウム）を用いる場
合、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。

【００３０】金属元素としてＰｄ（パラジウム）を用い
る場合、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 ２Ｈ₂
Ｏ）を用いることができる。またパラジウムを酸に溶か
した溶液を用いてもよい。

【００３１】パラジウムはニッケルに次いで結晶化を助
長する効果を得るためには有用な元素である。

【００３２】金属元素としてＯｓ（オスニウム）を用い
る場合、オスニウム塩として知られている材料、例えば
塩化オスニウム（ＯｓＣｌ₃ ）を用いることができる。

【００３３】金属元素としてＩｒ（イリジウム）を用い
る場合、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 ３Ｈ₂ Ｏ）、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。

【００３４】金属元素としてＰｔ（白金）を用いる場
合、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。また
白金を酸に溶解させたものを用いることができる。白金
も高い再現性を得られる元素である。

【００３５】金属元素としてＣｕ（銅）を用いる場合、
酢酸第二銅（Ｃｕ（ＣＨ₃ ＣＯＯ）₂ ）、塩化第二銅
（ＣｕＣｌ₂ ２Ｈ₂ Ｏ）、硝酸第二銅（Ｃｕ（ＮＯ₃)₂
３Ｈ₂Ｏ）から選ばれた材料を用いることができる。

【００３６】金属元素として金を用いる場合、三塩化金
（ＡｕＣｌ₃ xＨ₂ Ｏ）、塩化金塩（ＡｕＨＣｌ₄ ４Ｈ
₂ Ｏ）から選ばれた材料を用いることができる。

【００３７】

【作用】結晶性珪素膜を得るための出発膜として成膜し
た状態で微結晶性を有した珪素膜を用い、珪素の結晶化
を助長する金属元素の助長作用を利用した加熱処理によ
って結晶性珪素膜を得る。この時、出発膜が微結晶性を
有しているので、結晶成長（または結晶化の助長）が均
一に進行する。また、均一な膜質を維持した状態で結晶
成長が進行するので、部分的に当該金属元素が集中して
しまうようような現象を抑制することができる。

【００３８】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例は、ガラス基板上に結晶性珪素膜
を形成する工程について示す。まずガラス基板１０１上
に下地膜１０２として酸化珪素膜を３０００Åの厚さに
プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法でもって成膜する。

【００３９】本実施例においては、ガラス基板としてコ
ーニング１７３７ガラス基板またはコーニング７０５９
ガラス基板を用いる。

【００４０】その後下地膜１０２上に微結晶珪素膜１０
４を１０００Åの厚さに直接成膜する。ここでは減圧熱
ＣＶＤ法を用いる。成膜条件は、成膜温度を５８０℃、
成膜圧力を５×１０^-4 Ｔｏｒｒ、として原料ガスとし
てジシランを用いて微結晶珪素膜を成膜する。（図１
（Ａ））

【００４１】ここで成膜する微結晶珪素膜は、緻密で粒
径のそろったものを得ることが必要となる。減圧熱ＣＶ
Ｄ法以外の方法としては、プラズマＣＶＤ法を利用する
ことができる。

【００４２】次に基板をスピナー１０６上に配置し、１
０ｐｐｍの濃度（Ｎｉ元素の重量％）に調整したニッケ
ル酢酸塩溶液を滴下する。この状態では図１（Ｂ）に示
すようにニッケル酢酸塩溶液の水膜１０５が微結晶珪素
膜１０４上に形成される。（図１（Ｂ））

【００４３】そしてスピナー１０６を用いて不要な溶液
を除去することにより、ニッケル元素を含んだ膜１０７
が微結晶珪素膜１０４上に形成される。（図１（Ｃ））

【００４４】珪素の結晶化を助長する金属元素の導入方
法として、上記溶液を用いた方法を採用すると以下に示
すような有用性を得ることができる。（１）珪素膜中に残留するニッケル元素の濃度を厳密に
調整することが可能となる。（２）珪素膜の表面に均一にニッケル元素を分布させる
ことができる。これは、ニッケル元素を含んだ膜１０７
が珪素膜１０４上において連続的な膜として存在するか
らである。

【００４５】図１（Ｃ）の状態で加熱処理を行う。この
加熱処理はガラス基板の歪点以下の温度のなるべく高い
温度（４５０℃以上が好ましい）で行う必要がある。こ
こでは、この加熱処理は５５０℃の窒素雰囲気中におい
て４時間の条件で行う。

【００４６】この加熱処理の結果、微結晶性を有する珪
素膜１０４はその結晶性が助長され、より結晶性の高い
結晶性珪素膜１０８となる。この結晶化は、出発膜１０
４が既に微結晶性を有しているので、むらなく均一に進
行する。従って、均一性のよい結晶性珪素膜を得ること
ができる。

【００４７】またこの状態においては、結晶性珪素膜１
０６の表面にニッケル元素が偏析している。そこで、表
面を５００Åの深さに渡ってエッチングする。

【００４８】本実施例においては、ここでさらにレーザ
ー光の照射をさらに行う。このようにレーザー光の照射
を行うとさらに高い結晶性を得ることができる。

【００４９】またこのレーザー光の照射の後にさらに加
熱処理を加えるのでもよい。このレーザー光の照射の後
の加熱処理は、膜中の欠陥を減少させる効果がある。

【００５０】〔実施例２〕本実施例は、図１に示した工
程とは異なる方法により結晶性珪素膜を得る方法であ
る。まず図２（Ａ）に示すようにガラス基板２０１上に
下地膜２０２として酸化珪素膜を３０００Åの厚さに成
膜する。ここではこの酸化珪素膜２０２の成膜方法とし
てプラズマＣＶＤ法を用いる。（図２（Ａ））

【００５１】なお本実施例においては、ガラス基板２０
１としてコーニング１７３７ガラス基板（またはコーニ
ング７０５９ガラス基板）を利用する。

【００５２】図２（Ａ）に示すように下地膜２０２を成
膜したら、基板をスピナー２０３上に配置し、１０ｐｐ
ｍの濃度に調整した酢酸ニッケル塩溶液を滴下する。こ
うして水膜２０４が形成される。（図２（Ｂ））

【００５３】そして余分な溶液をスピナーによって除去
することにより、下地膜２０２上に接してニッケル元素
を含んだ膜２０５が形成される。この後２００℃〜３０
０℃程度の温度で３０分程のベークを行うことは有効で
ある。（図２（Ｃ））

【００５４】次に減圧熱ＣＶＤ法により、微結晶性を有
する珪素膜２０６を５００Åの厚さに成膜する。この成
膜条件は実施例１に示したものと同じとする。（図２
（Ｄ））

【００５５】次に５５０℃の窒素雰囲気中において、加
熱処理を４時間行うことにより、微結晶性を有する珪素
膜２０６の結晶性を助長させる。この工程における加熱
の温度の上限は、使用するガラス基板の歪点によって決
まる。例えばコーニング１７３７ガラス基板を用いた場
合には、その歪点が６６７℃であるから、加熱の温度の
上限が６６７℃ということになる。またこの加熱の温度
はなるべく高い方が好ましい。こうしてガラス基板上に
高い結晶性を有する結晶性珪素膜２０７を得ることがで
きる。（図２（Ｅ））

【００５６】〔実施例３〕本実施例は実施例１または実
施例２において得ら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工程に関する。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２に示した工
程に従って、ガラス基板３０１上に下地膜３０２を形成
し、さらにその上に結晶性珪素膜３０３を形成する。こ
こで結晶性珪素膜３０３は、Ｎｉの作用によってその結
晶性が助長されたものである。（図３（Ａ））

【００５７】次に結晶性珪素膜３０３をパターニングし
て薄膜トランジスタの活性層３０４を形成する。この活
性層には、後にソース領域、ドレイン領域、チャネル形
成領域、低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）が形成され
る。

【００５８】活性層３０４を形成したらゲイト絶縁膜と
して機能する酸化珪素膜３０５を１０００Åの厚さにプ
ラズマＣＶＤ法でもって成膜する。さらにゲイト電極を
構成するためのアルミニウム膜（図示せず）を５０００
Åの厚さにスパッタ法でもって成膜する。このアルミニ
ウム膜中には後の工程でアルミニウムの異常成長を抑制
するためにスカンジウムを0.2 重量％含有させる。

【００５９】なおスカンジウム以外には、イットリウム
やランタノイド、さらにはアクチノイドの元素を利用す
ることができる。

【００６０】さらにこのアルミニウム膜を陽極とした陽
極酸化を行い、その表面に緻密な陽極酸化膜（図３
（Ｃ）の３０７に相当する）を形成する。この陽極酸化
膜は１００Å程度の厚さに成膜する。この陽極酸化は、
電解溶液としてアンモニアで中性にｐＨ調整したエチレ
ングリコール溶液を用いて行う。また膜厚の制御は印加
電圧のよって行うことができる。

【００６１】次にこのアルミニウム膜をレジストマスク
３０９を用いてパターニングし、ゲイト電極３０６の基
となる島状の領域を形成する。

【００６２】さらにこの島状の領域を陽極として陽極酸
化を行う。この陽極酸化は、電解溶液としてクエン酸を
含んだ酸性溶液を用いて行う。この陽極酸化では、多孔
質状の陽極酸化物３０８が形成される。この陽極酸化工
程で形成される陽極酸化物は、レジストマスク３０９が
存在するためにゲイト電極３０６の側面においてのみ選
択的に進行する。この結果、３０８で示される領域に多
孔質状の陽極酸化物が形成される。（図３（Ｃ））

【００６３】次に露呈したゲイト絶縁膜３０５を垂直異
方性を有したドライエッチング手段によって除去する。
この工程において、ゲイト電極３０６直下と多孔質状の
陽極酸化物の直下とにゲイト絶縁膜が３１０で示される
ように残存する。（図３（Ｄ）参照）

【００６４】さらにレジストマスク３０９と緻密な陽極
酸化膜３０７と多孔質状の陽極酸化物３０８を除去す
る。レジストマスク３０９の除去は専用の剥離液を用
い、緻密な陽極酸化膜の除去はバッファーフッ酸を用
い、多孔質状の陽極酸化物３０８の除去は燐酸と酢酸と
硝酸との混酸を用いて行う。

【００６５】その後、プラズマＣＶＤ法により窒化珪素
膜３１１を３００Åの厚さに成膜する。この窒化珪素膜
３１１は、アルミニウムでなるゲイト電極３０６の表面
を覆い、ゲイト電極３０６の表面にヒロックやウィスカ
ーが発生することを抑制するために機能する。ヒロック
やウィスカーとは、加熱やレーザー光の照射において、
アルミニウムの異常成長によって生じる突起物のことで
ある。こうして図３（Ｄ）に示す状態を得る。

【００６６】図３（Ｄ）に示す状態において不純物イオ
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）イオンの注入を行
う。このイオン注入においては、窒化珪素膜３１１の存
在はその厚さが薄いので無視してよい。

【００６７】従って、イオン注入条件を適当に設定する
ことにより、３１２と３１６の領域には高濃度に不純物
イオンが注入され、３１３と３１５の領域には低濃度に
不純物イオンが注入され、さらに３１４の領域には不純
物イオンが注入されない状態とすることができる。

【００６８】３１３と３１５の領域に低濃度に不純物イ
オンが注入されるのは、ゲイト絶縁膜３１０が存在し、
その厚さの分で注入されるイオンがある程度遮蔽される
からである。勿論全部遮蔽されるわけではないので、３
１３と３１５の領域には３１２と３１６の領域に比較し
て、より低濃度に不純物イオンが注入されることにな
る。

【００６９】このようにして、ソース領域３２１、低濃
度不純物領域３１３と３１５、チャネル形成領域３１
４、ドレイン領域３１６が自己整合的に形成される。こ
こで３１５で示されるチャネル形成領域３１４とドレイ
ン領域３１６の間の領域３１５の低濃度不純物領域が一
般にＬＤＤ（ライトドープドレイン）領域と呼ばれてい
る領域となる。

【００７０】図３（Ｄ）に示す状態において不純物イオ
ンを注入したら、その状態でさらにレーザー光の照射を
行い不純物イオンが注入された領域の活性化を行う。

【００７１】次に層間絶縁膜３１８として酸化珪素膜を
プラズマＣＶＤ法により６０００Åの厚さに成膜する。
さらに画素電極３１９としてＩＴＯ電極を形成する。さ
らにコンタクトホールの形成を行い、ソース電極３２０
とドレイン電極３２１を形成する。このソース電極３２
０とドレイン電極３２１は、チタン膜とアルミニウム膜
とチタン膜との積層膜でもって形成する。

【００７２】こうしてガラス基板上に形成された結晶性
珪素膜を用いて構成された薄膜トランジスタが完成す
る。このような薄膜トランジスタはアクティブマトリク
ス型を有する液晶電気光学装置の画素領域に配置され
る。

【００７３】〔実施例４〕本実施例は、基板として石英
基板を用い、結晶化を助長するための加熱処理を８００
℃以上の高温で行うことを特徴とする。まず石英基板４
０１上に下地膜４０２として酸化珪素膜を５０００Åの
厚さに成膜する。この下地膜はガラス基板と後に形成さ
れる珪素膜との間に働く応力を緩和させるために機能す
る。石英基板と珪素膜との熱膨張率は大きく異なるの
で、この下地膜４０２を厚く形成することは非常に有効
である。

【００７４】次に実施例１に示したのと同様な減圧熱Ｃ
ＶＤ法で微結晶性を有する珪素膜４０３を２０００Åの
厚さに成膜する。（図１（Ａ））

【００７５】次に実施例１に示した方法と同様にニッケ
ル酢酸塩溶液を用いてニッケルを含んだ膜（図示せず）
を珪素膜４０３の表面に形成する。そして加熱処理を施
すことにより、珪素膜４０３の結晶性を助長させ、高い
結晶性を有する結晶性珪素膜を得る。ここでは、８００
℃、４時間の条件によりこの加熱処理を行う。この加熱
処理の温度は８００℃〜１１００℃の範囲で行うことが
有効である。

【００７６】このような高い温度は、非晶質珪素膜の結
晶化温度よりも高い温度であり、高い結晶性を得るため
には有効な加熱条件となる。

【００７７】次に熱酸化法を用いて、珪素膜４０３の表
面に酸化珪素膜４０４を形成する。ここでは、１０００
Åの厚さに酸化珪素膜を形成する。この工程は、９００
℃の温度の酸化性雰囲気中で行う。この工程において
は、酸化珪素膜の膜厚がおよそ１５００Åに減少する。
この時、酸化珪素膜中には先の加熱処理において珪素膜
の結晶化を助長したニッケル元素が偏析する。（図４
（Ｂ））

【００７８】そしてバッファフッ酸を用いて上記熱酸化
膜４０４を除去する。この時、この膜中に存在する高濃
度のニッケル元素が同時に除去される。

【００７９】こうして図４（Ｃ）に示すように石英基板
４０１上に結晶性珪素膜４０５が形成される。この結晶
性珪素膜４０５は、ニッケルの作用と高い加熱処理の相
乗作用とによって非常に結晶性の高いものとすることが
できる。（図４（Ｃ））

【００８０】図４（Ｃ）に示す状態を得たら、パターニ
ングを施すことにより、薄膜トランジスタの活性層４０
６を形成する。さらにゲイト絶縁膜４０７として機能す
る酸化珪素膜を熱酸化法により形成する。ゲイト絶縁膜
の厚さは５００Åとする。この工程で活性層の厚さはお
よそ１０００Åとなる。

【００８１】さらにゲイト電極４０８をモリブデンシリ
サイドまたはタングステンシリサイドでもって構成す
る。ゲイト電極４０８を構成する材料としては、各種金
属材料や一導電型を有する半導体材料を利用することが
できる。（図４（Ｄ））

【００８２】次に層間絶縁膜として酸化珪素膜４０９を
５０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法でもって成膜す
る。さらにコンタクトホールの形成を行い、ソース電極
４１０とドレイン電極４１１を形成する。

【００８３】こうして、石英基板上に高い結晶性を有し
た結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを構成するこ
とができる。本実施例に示す構成は、高価な石英基板を
利用しなければならない一方で、非常に高い結晶性を有
した結晶性珪素膜を利用できるので、非常に高い特性を
有した薄膜トランジスタを得ることができる。

【００８４】〔実施例５〕本実施例は、出発膜として用
いる微結晶珪素膜の特定の領域に選択的に珪素の結晶化
を助長する金属元素を導入し、加熱処理によりそこから
基板に平行な方向に平行に結晶成長（結晶化の助長）を
行い、この基板に平行な方向に結晶成長した領域を用い
て薄膜トランジスタを作製する例を示す。

【００８５】まずガラス基板５０１（例えばコーニング
１７３７ガラス基板またはコーニング７０５９ガラス基
板）上に下地膜として酸化珪素膜５０２を成膜する。さ
らに実施例１に示したのと同様な方法により微結晶珪素
膜５０３を成膜する。酸化珪素膜の厚さは３０００Å、
微結晶珪素膜の厚さは５００Åとすればよい。

【００８６】さらに酸化珪素膜でもってマスク５０４を
形成する。このマスク５０４を構成する酸化珪素膜は、
その厚さを２０００Åとし、プラズマＣＶＤ法でもって
成膜する。このマスク５０４は、５０５で示される開口
部で微結晶珪素膜５０３を露呈している構成となってい
る。この５０５で示される開口部は、図面の奥行き方向
または図面の手前方向に長手方向を有するスリット状を
有している。

【００８７】次に所定の濃度に調整したニッケル酢酸塩
溶液を塗布し、水膜５０６を形成する。（図５（Ａ））

【００８８】そして図示しないスピナーを用いて余分な
溶液を除去することにより、開口部５０５において微結
晶珪素膜５０３に接してニッケル元素が接して保持され
た状態が実現される。（図５（Ｂ））

【００８９】ニッケル酢酸塩溶液中のニッケル濃度は、
後に活性層として利用する領域において、ニッケル元素
の濃度が１×１０¹⁵原子ｃｍ^-3〜５×１０¹⁹原子ｃ
ｍ^-3、好ましくは１×１０¹⁵原子ｃｍ^-3〜５×１０¹⁸原
子ｃｍ^-3となるように調整する。このニッケル元素の濃
度は、ＳＩＭＳ（２次イオン分析方法）による計測値の
最小値に基づいて決定される。

【００９０】なお１×１０¹⁵原子ｃｍ^-3台という低濃度
を決定するには、ニッケル酢酸塩溶液中のニッケル元素
濃度と実際に計測される膜中における濃度の計測値との
関係を利用すればよい。

【００９１】次に５５０℃、４時間の加熱処理を行うこ
とにより、微結晶珪素膜を結晶化させる。この加熱処理
工程において、開口５０５の領域からニッケル元素が拡
散し、矢印５０７で示されるように基板に平行な方向に
結晶成長が進行する。この結晶成長は、１００μｍ程度
まで行わすことができる。（図５（Ｂ））

【００９２】次にマスクとして機能した酸化珪素膜５０
４を取り除き、さらにパターニングを行うことにより、
薄膜トランジスタの活性層となる島状の領域５０８を形
成する。ここで、この島状の領域５０８の内部に先の結
晶成長の始点と終点が存在しないようにすることが好ま
しい。これは、結晶成長の始点と終点とには、高濃度に
ニッケルが含まれているからである。

【００９３】本実施例に示す構成においては、結晶成長
または結晶化の助長が基板に平行な方向に進行するの
で、その方向におけるキェリアの移動に際して、結晶粒
界の影響を受けにくいものとすることができる。このた
めに高移動度を有する薄膜トランジスタを作製すること
ができる。

【００９４】次にゲイト電極を構成するためのアルミニ
ウム膜（図示せず）を５０００Åの厚さにスパッタ法に
よって成膜する。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。これは、後の工程において
アルミニウム異常成長によりクラックの発生やヒロック
の発生を防ぐためである。

【００９５】上記アルミニウム異常成長によるクラック
の発生やヒロックの発生を防ぐために利用される不純物
元素としては、イットリウム、さらにはガドリミウム等
のランタノイド、さらにはアクチノイドの元素を利用す
ることができる。

【００９６】次に図示しないアルミニウム膜をパターニ
ングして、ゲイト電極の基となる島状の領域を形成す
る。さたにその表面に緻密な陽極酸化膜（後に５１０で
示される）を１００Åの厚さに形成する。そしてレジス
トマスクを配置し、パターニングを行うことによって、
ゲイト電極を形成する。さらに多孔質状の陽極酸化物５
１２を４０００Åの厚さに成長させる。

【００９７】ここうして図５（Ｃ）に示す状態を得る。
図５（Ｃ）に示す状態では、ゲイト電極５１１の側面に
多孔質状の陽極酸化物５１２が形成され、さらにその上
面に緻密な陽極酸化膜５１０が形成されている。

【００９８】その後、露呈した酸化珪素膜５０９を除去
する。さらに緻密な陽極酸化膜５１０と多孔質状の陽極
酸化膜５１２を除去する。さらに窒化珪素膜５００を形
成する。この窒化珪素膜は、アルミニウムの異常成長に
より、ゲイト電極にクラックが発生したりヒロックが発
生したりすることを防ぐために設ける。

【００９９】こうして図５（Ｄ）に示す状態を得る。こ
こで不純物イオンの注入を行い、ソース領域５１３、低
濃度不純物領域５１４、チャネル形成領域５１５、ドレ
イン領域５１６を自己整合的に形成する。さらにレーザ
ー光の照射を行い、不純物イオンの注入された領域の活
性化を行う。

【０１００】このレーザー光の照射の際、窒化珪素膜５
００が形成されているために、アルミニウムでなるゲイ
ト電極５１１にクラックやヒロックが発生することを防
ぐことができる。

【０１０１】その後層間絶縁膜として機能する酸化珪素
膜５１７を６０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法で成膜
する。最後にコンタクトホールを形成し、ソース電極５
１８とドレイン電極５１９を形成する。

【０１０２】〔実施例６〕本実施例は、実施例１または
他の実施例において、珪素の結晶化を助長する金属元素
としてＰｄ（パラジウム）を利用した場合の例である。
ここでは、パラジウムをバッファーフッ酸に溶かしたも
のを溶液として用いる。導入されるパラジウムの濃度等
は、ニッケルの場合に準じればよい。

【０１０３】〔実施例７〕本実施例は、図４に示す実施
例４で作製した薄膜トランジスタをフォトトランジスタ
として利用する場合の例を示す。図４に示す薄膜トラン
ジスタは、単結晶に次ぐ高い結晶性を有しており、その
移動度はＮチャネル型で２５０（ｃｍ²／Ｖｓ）という
高い特性を得ることができる。

【０１０４】また基板として石英基板を用いており、基
板からの入射光（主に波長２００ｎｍ以上の光）は活性
層に到達する。そこで本実施例に示す構成においては、
上記薄膜トランジスタを図６に示すように基板側からの
入射光を検出するまたは増幅する機能を有する薄膜トラ
ンジスタとして機能させることを特徴とする。

【０１０５】本実施例に示すような構成とすると、フォ
トセンサーや光増幅装置を得ることができる。また活性
層の結晶性を制御することにより、必要とする波長領域
に適当な感度を有する特性とすることができる。

【０１０６】活性層の結晶性を調整するには、結晶化の
助長工程において利用される金属元素の量を調整する方
法、結晶化の助長工程における加熱温度を変化させる方
法、それらの方法を組み合わせる方法を挙げることがで
きる。

【０１０７】〔実施例８〕図７に本実施例の作製工程を
示す。図７に示すのは、相補型に構成された薄膜トラン
ジスタの例である。まず実施例１または実施例２に示す
方法により、ガラス基板７０１上に結晶性珪素膜７０３
を形成する。ここで、基板７０１として石英基板を用い
る場合には、実施例４に示す工程に従って結晶性珪素膜
を形成すればよい。なお、７０２は下地の酸化珪素膜で
ある。（図７（Ａ））

【０１０８】次に結晶性珪素膜をパターニングして活性
層７０４と７０５を形成する。そしてゲイト絶縁膜とし
て機能する酸化珪素膜７０６を成膜する。さらに実施例
３に示した方法により、アルミニウムでなるゲイト電極
７０９と７１０、さらにその周囲の多孔質状の陽極酸化
物７１１と７１２を形成する。なお、７０７と７０８は
緻密な陽極酸化膜である。（図７（Ｂ））

【０１０９】次に露呈したゲイト絶縁膜７０６を除去す
る。こうして７１３と７１４で示される領域にゲイト絶
縁膜が残存する。（図７（Ｃ））

【０１１０】次にそれぞれの薄膜トランジスタにリンと
ボロンの不純物イオンを注入する。ここでは、それぞれ
の領域をレジスト（図示せず）でマスクした状態で不純
物イオンの注入を行う。

【０１１１】こうして、Ｎ⁺型を有するソース領域７１
５、ドレイン領域７１８、Ｎ^-型を有する低濃度不純物
領域７１６、チャネル形成領域７１７が自己整合的に形
成される。このように各領域が自己整合的に形成される
のは、７１３で示されるゲイト絶縁膜が残存しているか
らである。

【０１１２】さらにまた、Ｐ⁺型を有するソース領域７
１９、ドレイン領域７２２、Ｐ^-型を有する低濃度不純
物領域７２０、チャネル形成領域７２１が自己整合的に
形成される。（図７（Ｄ））

【０１１３】次に層間絶縁膜７２３として酸化珪素膜を
プラズマＣＶＤ法で成膜する。そしてコンタクトホール
の形成を行いＮチャネル型の薄膜トランジスタのソース
電極７２４、共通のドレイン領域７２５、Ｐチャネル型
のソース領域７２６を形成する。こうして相補型に構成
された薄膜トランジスタが完成する。

【０１１４】

【発明の効果】出発膜として結晶性を有した珪素膜を用
いることによって、珪素の結晶化を助長する金属元素の
作用による結晶化が均一に進行する。そして、広い面積
に渡り結晶性の均一な結晶性珪素膜を得ることができ
る。こうして結晶成長の途中で成長ムラが生じたり、得
られる結晶性珪素膜の結晶性が均一でなかったりするこ
とがなく、また珪素の結晶化を助長する金属元素が偏析
してしまうことがない、高い結晶性を有する結晶性珪素
膜を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】結晶性珪素膜の作製工程を示す図。

【図２】結晶性珪素膜の作製工程を示す図。

【図３】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【図４】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【図５】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【図６】薄膜トランジスタを光トランジスタとして利
用する例を示す。

【図７】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【符号の説明】

１０１ガラス基板１０２下地膜（酸化珪素膜）１０４微結晶珪素膜１０５ニッケル酢酸塩溶液の水膜１０６スピナー１０７ニッケル元素を含む膜１０８結晶性珪素膜２０１ガラス基板２０２下地膜（酸化珪素膜）２０３スピナー２０４ニッケル酢酸塩溶液の水膜２０５ニッケル元素を含む膜２０６微結晶珪素膜２０７結晶性珪素膜３０１ガラス基板３０２下地膜（酸化珪素膜）３０３結晶性珪素膜３０４活性層３０５ゲイト絶縁膜（酸化珪素
膜）３０６ゲイト電極３０７緻密な陽極酸化膜３０８多孔質状の陽極酸化膜３０９レジストマスク３１０残存したゲイト絶縁膜（酸
化珪素膜）３１１窒化珪素膜３１２ソース領域３１３、３１５低濃度不純物領域３１４チャネル形成領域３１６ドレイン領域３１８層間絶縁膜３１９画素電極（ＩＴＯ電極）３２０ソース電極３２１ドレイン電極４０１石英基板４０２下地膜（酸化珪素膜）４０３微結晶珪素膜４０４熱酸化膜４０５結晶性珪素膜４０６活性層４０７ゲイト絶縁膜（熱酸化膜）４０８ゲイト電極（金属シリサイ
ド電極）４０９層間絶縁膜４１０ソース電極４１１ドレイン電極５０１ガラス基板５０２下地膜（酸化珪素膜）５０３微結晶珪素膜５０４酸化珪素膜でなるマスク５０５開口部５０６ニッケル酢酸溶液でなる水
膜５０７結晶成長の方向５０８活性層５０９ゲイト絶縁膜５１０緻密な陽極酸化膜５１１ゲイト電極５１２多孔質状の陽極酸化膜５１３ソース領域５１４低濃度不純物領域５１５チャネル形成領域５１６ドレイン領域５１７層間絶縁膜５１８ソース電極５１９ドレイン電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁表面を有する基板上に微結晶性を有す
る珪素膜を形成する工程と、前記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、エネルギーを与え前記珪素膜の結晶化を助長する工程
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】請求項１において、エネルギーは加熱によ
って与えられ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において、エネルギーはレーザー
光または強光の照射によって与え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、Ｐ
ｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種ま
たは複数種類の元素を利用す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において、結晶化が助長された珪
素膜中における金属元素の濃度は、１×１０¹⁵原子ｃｍ
^-3〜５×１０¹⁹原子ｃｍ^-3であることを特徴とする半導
体装置の作製方法。
【請求項６】絶縁表面を有する基板上に微結晶性を有す
る珪素膜を形成する工程と、前記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、加熱および／またはレーザー光の照射を行い前記珪素膜
の結晶化を助長する工程と、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７】請求項６において、加熱は４５０℃〜ガラ
ス基板の歪点以下の温度で行われ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６において、加熱は非晶質珪素膜の
結晶化温度以上の温度で行われ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６において、加熱は８００℃以上の
温度で行われることを特徴とする半導体装置の作製方
法。
【請求項１０】請求項６において、金属元素は、金属元
素を含む溶液を微結晶性を有する珪素膜の表面に塗布す
ることによって導入されることを特徴とする半導体装置
の作製方法。
【請求項１１】請求項６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、Ｐ
ｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種ま
たは複数種類の元素を利用することを特徴とする半導体
装置の作製方法。
【請求項１２】請求項６において、結晶化が助長された
珪素膜中における金属元素の濃度は、１×１０¹⁵原子ｃ
ｍ^-3〜５×１０¹⁹原子ｃｍ^-3であることを特徴とする半
導体装置の作製方法。
【請求項１３】絶縁表面を有する基板上に微結晶性を有
する珪素膜を形成する工程と、前記珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素を
選択的に接して保持させる工程と、エネルギーを与え前記珪素膜の結晶化を基板に平行な方
向に進行させる工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。