JPH11329969A

JPH11329969A - 半導体装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH11329969A
Application number: JP13577398A
Authority: JP
Inventors: Naoki Makita; 直樹牧田; Muneyuki Motohashi; 宗之本橋; Masao Moriguchi; 正生守口; Hiromi Sakamoto; 弘美坂本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-05-18
Filing date: 1998-05-18
Publication date: 1999-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】絶縁表面を有する基板上に、非常に高性能で
高信頼性を有する半導体装置を歩留まりよく作製する製
造方法およびその方法を用いて作製した半導体装置を提
供すること。【解決手段】本発明の半導体装置は、絶縁表面を有す
る基板上に活性領域を有する。活性領域は、触媒元素が
導入された領域から、触媒元素を引き寄せる元素が導入
された領域へと横方向に非晶質ケイ素膜を結晶成長させ
た結晶性ケイ素膜から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に関し、さらに詳しく言えば、非晶質ケイ
素膜を結晶化した結晶性ケイ素膜を活性領域とする半導
体装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大型で高解像度の液晶表示装置、
高速で高解像度の密着型イメージセンサー、三次元ＩＣ
などを実現するために、ガラス等の絶縁基板上または絶
縁膜上に高性能な半導体素子を形成する試みがなされて
いる。一般に、これらの装置の半導体素子には、薄膜状
のケイ素半導体が用いられる。薄膜状のケイ素半導体
は、非晶質ケイ素半導体（ａ−Ｓｉ）と結晶性ケイ素半
導体との２つに大別される。

【０００３】非晶質ケイ素半導体は作製温度が低く、気
相法で比較的容易に作製することが可能である。従っ
て、非晶質ケイ素膜は、量産性に優れ、最も一般的に用
いられている。しかし、非晶質ケイ素膜は、導電性など
の物性が結晶性ケイ素半導体に比べて劣るという欠点を
有する。従って、より高速特性を有する半導体装置を得
るためには、結晶性ケイ素半導体を有する半導体装置の
作製方法の確立が強く求められている。結晶性ケイ素半
導体としては、多結晶ケイ素、微結晶ケイ素などが知ら
れている。

【０００４】これらの結晶性を有する薄膜状のケイ素半
導体を得る方法としては、（１）膜形成時に結晶性を有する膜を直接形成する；（２）非晶質の半導体膜を形成し、強い光を照射し、そ
のエネルギーにより結晶性を付与する；（３）非晶質の半導体膜を形成し、熱エネルギーを加え
ることにより結晶性を付与する；といった方法が知られ
ている。

【０００５】しかし、（１）の方法では、膜形成工程と
同時に結晶化が進行するので、大粒径の結晶性ケイ素を
得ることが困難である。大粒径の結晶性ケイ素膜を得よ
うとすれば、ケイ素膜の膜厚を大きくしなければならな
い。良好な半導体物性を有する、膜厚の大きい膜を基板
全面に渡って均一に形成することは、技術上困難であ
る。さらに、この方法は、膜形成温度が６００℃以上と
高いので、安価なガラス基板が使用できないというコス
トの問題もある。

【０００６】（２）の方法は、溶融固化過程の結晶化現
象を利用するため、小粒径ながら粒界が良好に処理さ
れ、高品質な結晶性ケイ素膜が得られる。しかし、現在
最も一般的に使用されているエキシマレーザーを例にと
ると、レーザー光の照射面積が小さくスループットが低
いという問題点がある。さらに、この方法の最大の問題
点は、大面積基板の全面を均一に処理するにはレーザー
の安定性が充分ではないため、均一な結晶性ケイ素膜を
得ることが難しい（すなわち、同一基板上に均一な特性
の複数の半導体素子を形成するのが難しい）ということ
である。

【０００７】（３）の方法は、（１）および（２）の方
法と比較すると大面積に対応できるという利点はある
が、結晶化に際し６００℃以上の高温にて数十時間にわ
たる加熱処理が必要である。従って、安価なガラス基板
が使用できず、かつスループットが低いという問題があ
る。この方法は、固相結晶化現象を利用するので、結晶
粒は基板面に平行に拡がり数μｍの粒径を持つものさえ
現れる。しかし、成長した結晶粒同士がぶつかり合って
粒界が形成されるので、その粒界はキャリアに対するト
ラップ準位として働き、ＴＦＴの移動度を低下させる大
きな原因となっている。

【０００８】上記（３）の方法を応用して、より低温で
かつ短時間の加熱処理で、高品質で均一な結晶性ケイ素
膜を作成する方法が、特開平６−３３３８２４号公報、
特開平６−３３３８２５号公報および特開平８−３３０
６０２号公報で提案されている。これらの公報に記載の
技術では、非晶質ケイ素膜の表面にニッケル等の金属元
素を微量に導入させた後に加熱することで、６００℃以
下の低温において、数時間程度の処理時間で結晶化を行
っている。このメカニズムは、まず金属元素を核として
結晶核が発生し、次いでその金属元素が触媒となって結
晶成長を促し、結晶化が急激に進行することで理解され
る。そうした意味で、以後、本明細書中で、これらの金
属元素を「触媒元素」という。これらの触媒元素により
結晶化が助長されて結晶成長した結晶性ケイ素膜は、通
常の固相成長法で結晶化した非晶質ケイ素膜が双晶構造
を有するのに対して、何本もの柱状結晶で構成されてお
り、それぞれの柱状結晶内部は単結晶に近い状態となっ
ている。

【０００９】特に特開平６−３３３８２４号公報では、
このような触媒元素を非晶質ケイ素膜の一部に選択的に
導入し加熱することで、他の部分を非晶質ケイ素膜の状
態として残したまま、選択的に触媒元素が導入された領
域のみを結晶化し、そして、さらに加熱時間を延長する
ことで、その導入領域から横方向に結晶成長を行わせて
いる。以後、本明細書中で「横方向」とは、基板表面に
対しほぼ平行な方向をいう。すなわち、選択的な触媒元
素導入により結晶成長方向と、結晶粒界とを制御してい
る。この横方向に結晶成長させた領域の内部では、成長
方向がほぼ一方向に揃った柱状結晶がひしめき合ってお
り、触媒元素が導入されランダムに結晶核の発生が起こ
った領域に比べて、結晶性が良好である。このような良
好な結晶性を有する横方向に結晶成長させた領域のケイ
素膜を活性領域として、高性能な半導体素子が得られ
る。

【００１０】上記３つの公報に記載の技術では、非晶質
ケイ素膜の結晶化のために用いた触媒元素を、結晶化工
程後にゲッタリング除去する方法について注目してい
る。特開平６−３３３８２４号公報および特開平６−３
３３８２５号公報に記載の技術では、リンシリサイドガ
ラス（ＰＳＧ）膜をケイ素膜の上層／下層にそれぞれ配
置して、熱処理を施すことで触媒元素のゲッタリングを
行うことを意図している。特開平８−３３０６０２号公
報に記載の技術では、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）作製
工程において、素子能動領域内のソース／ドレイン領域
にリンイオンをドーピングし、その後に熱処理を行うこ
とでゲッタリングを行うことを意図している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記の触媒元素を用い
たケイ素膜の結晶化方法は、非常に有効な方法である
が、問題点が残されている。

【００１２】その問題点とは、触媒元素そのものの存在
である。すなわち、上記のような触媒元素は、非晶質ケ
イ素膜の結晶化には大きく貢献するが、その後、主に結
晶粒界に偏在し結晶性ケイ素膜中に残留する。半導体装
置の活性領域（素子能動領域）を構成する結晶性ケイ素
膜中にこれら触媒元素が多量に存在していることは、こ
のような半導体を用いた装置の信頼性や電気的安定性を
阻害することになるため、好ましくない。

【００１３】特に、非晶質ケイ素膜の結晶化を促す触媒
として効率よく作用する元素（例えば、ニッケル、コバ
ルトおよび白金）は、ケイ素中においてバンドギャップ
中央付近に不純物準位を形成する。従って、これら触媒
元素により結晶化したケイ素膜を用いＴＦＴを作製する
と、残留する触媒元素に起因して、主にＴＦＴオフ動作
時においてリーク電流が増大し、ＴＦＴの信頼性が低下
する。言い換えれば、上記触媒元素は、そのＴＦＴ素子
において、チャネル領域の結晶性を向上させるので、電
界効果移動度やオン電流、オン電流の立ち上がり係数
（Ｓ係数）などの電流駆動能力は向上させる。その一方
で、オフ特性および信頼性を悪化させる。

【００１４】この問題点を解決する目的で、上記３つの
公報は、リン原子によるゲッタリング除去工程を用い
て、触媒元素を除去しようと試みている。すなわち、結
晶化のために利用した触媒元素を、不要になった時点で
ケイ素膜から除去するという発想である。しかし、多量
の触媒元素を完全にゲッタリング除去するのは極めて困
難であり、実用上不可能である。

【００１５】特開平６−３３３８２４号公報および特開
平６−３３３８２５号公報に記載の技術では、ＰＳＧ膜
を用いる。ＰＳＧ膜とケイ素膜とが直接接する場合に
は、リンが拡散してケイ素膜にも導入されるため、ケイ
素膜とＰＳＧ膜とは、その間に酸化ケイ素膜を介して配
置される。しかし、代表的な触媒元素であるニッケルを
例にとると、酸化ケイ素膜中の拡散速度はケイ素膜中に
比べて約５桁程も小さい。従って、特開平６−３３３８
２４号公報および特開平６−３３３８２５号公報に記載
のような酸化ケイ素膜を介して触媒元素をゲッタリング
する方法は、実際にはほとんどゲッタリングできておら
ず、効果がない。

【００１６】一方、特開平８−３３０６０２号公報で
は、ＴＦＴ活性領域のソース／ドレイン領域にドーピン
グされたリンを用いるので、ケイ素膜中において、ある
程度のゲッタリング効果は得られる。しかし、素子能動
領域形成内に触媒元素がゲッタリングされ触媒元素が集
まった領域が残るので、ＴＦＴ素子の信頼性が不十分で
ある。さらに、ドレイン領域とチャネル領域との間の接
合部に触媒元素が存在するので、特開平８−３３０６０
２号公報の技術では、ＴＦＴリーク電流増大という問題
点についても全く解決することはできない。

【００１７】さらに、特開平８−３３０６０２号公報で
は、触媒元素を用いて結晶化された結晶性ケイ素膜に対
して、レーザー光などの強光を照射することにより、そ
の結晶性をさらに向上させる試みを行っている。しか
し、特開平８−３３０６０２号公報では、触媒元素を用
いた結晶化直後にレーザー光の照射を行っている（すな
わち、結晶化のために使われた触媒元素がケイ素膜中に
多量に残存している状態で、レーザー光照射を行ってい
る）。その際、ケイ素膜はその融点付近まで加熱され、
再結晶化されるが、触媒元素がケイ素膜中へ再度拡散
し、触媒元素が析出する。析出した触媒元素は、シリサ
イド化し偏析しているため、後のゲッタリング処理工程
の効果を低減させ、その結果、半導体装置のリーク電流
を増大させ、信頼性を損なわせる。

【００１８】本発明の目的は、触媒元素を用いケイ素膜
を結晶化したときに生ずる上記の問題点を解決すること
にある。より詳細には、本発明の目的は、絶縁表面を有
する基板上に、非常に高性能で高信頼性を有する半導体
装置を歩留まりよく作製する製造方法およびその方法を
用いて作製した半導体装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
絶縁表面を有する基板上に活性領域を有し、該活性領域
が、触媒元素が導入された領域から該触媒元素を引き寄
せる元素が導入された領域へと横方向に非晶質ケイ素膜
を結晶成長させた結晶性ケイ素膜から構成される。

【００２０】好適な実施態様においては、上記活性領域
が、上記触媒元素の導入領域から、上記触媒元素を引き
寄せる元素の導入領域へと、ほぼ一次元的に結晶成長方
向が揃った柱状結晶群を含む結晶性ケイ素膜から構成さ
れる。

【００２１】本発明の別の半導体装置は、絶縁表面を有
する基板上に活性領域を有し、該活性領域が、触媒元素
が導入されて結晶化された領域と、該触媒元素の導入領
域から該触媒元素を引き寄せる元素が導入された領域へ
と横方向に結晶成長させた領域とを含む結晶性ケイ素膜
から構成される。

【００２２】好適な実施態様においては、上記活性領域
が、上記横方向に結晶成長させた領域の上記ケイ素膜か
ら構成される素子能動領域と、上記触媒元素が導入され
た領域を含む他の領域のケイ素膜から構成されるコンタ
クト領域とを含む。

【００２３】好適な実施態様においては、上記触媒元素
が導入された領域と、上記触媒元素を引き寄せる元素が
導入された領域とが細長い矩形状であり、かつ所定の間
隔で互いに平行に配置され、該平行に配置された領域の
間に上記活性領域または上記素子能動領域が配置され
る。

【００２４】好適な実施態様においては、上記触媒元素
が導入された細長い矩形状領域と、上記触媒元素を引き
寄せる元素が導入された細長い矩形状領域との間隔が、
該触媒元素がシリサイド化して拡散移動できる距離であ
り、かつ該触媒元素を引き寄せる元素が該触媒元素を引
き寄せる距離より小さい。

【００２５】好適な実施態様においては、上記触媒元素
がニッケルであり、上記触媒元素を引き寄せる元素がリ
ンであり、そして上記触媒元素が導入された細長い矩形
状領域と、上記触媒元素を引き寄せる元素が導入された
細長い矩形状領域との間隔が１５０μm以下である。

【００２６】好適な実施態様においては、上記触媒元素
が導入された複数の細長い矩形状領域と、上記触媒元素
を引き寄せる元素が導入された複数の細長い矩形状領域
とが、所定の間隔で互いに平行に交互に配置され、該交
互に配置された領域の間の領域に、複数の上記活性領域
または複数の上記素子能動領域が配置される。

【００２７】本発明の半導体装置の製造方法は、（a）
基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程；（b）該非晶
質ケイ素膜の所定の領域に触媒元素を選択的に導入する
工程；（c）該非晶質ケイ素膜の所定の領域に、該触媒
元素を引き寄せる元素を選択的に導入する工程；（d）
加熱処理を行い、該触媒元素が導入された領域から、該
触媒元素を引き寄せる元素が導入された領域へと、該非
晶質ケイ素膜を横方向に結晶成長させるとともに、該触
媒元素を、該触媒元素が導入された領域から、該触媒元
素を引き寄せる元素が導入された領域へと移動させる工
程；および（e）該触媒元素が導入された領域と、該触
媒元素を引き寄せる元素が導入された領域との間に存在
する、該非晶質ケイ素膜を横方向に結晶成長させて得ら
れた結晶性ケイ素膜から活性領域を形成する工程；を包
含する。

【００２８】本発明の別の半導体装置の製造方法は、
（a）基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程；（b）該
非晶質ケイ素膜の所定の領域に触媒元素を選択的に導入
する工程；（c）該非晶質ケイ素膜の所定の領域に、該
触媒元素を引き寄せる元素を選択的に導入する工程；
（d）加熱処理を行い、該触媒元素が導入された領域か
ら、該触媒元素を引き寄せる元素が導入された領域へ
と、該非晶質ケイ素膜を横方向に結晶成長させるととも
に、該触媒元素を、該触媒元素が導入された領域から、
該触媒元素を引き寄せる元素が導入された領域へと移動
させる工程；および（e'）該触媒元素が導入された領域
と、該触媒元素を引き寄せる元素が導入された領域との
間に存在する該非晶質ケイ素膜を横方向に結晶成長させ
て得られた結晶性ケイ素膜と、該触媒元素が導入され結
晶化された結晶性ケイ素膜とから活性領域を形成する工
程；を包含する。

【００２９】好適な実施態様においては、上記工程
（b）および（c）が、それぞれ異なる導入マスクを用い
て、上記非晶質ケイ素膜の異なる領域に、上記触媒元素
および上記触媒元素を引き寄せる元素をそれぞれ導入す
る工程を含む。

【００３０】好適な実施態様においては、上記工程
（b）および（c）が、所定の導入マスクを用いて触媒元
素を選択的に導入する工程と、該触媒元素の導入に用い
られたマスクと別のマスクとを組み合わせて該触媒元素
が導入された領域の一部に該触媒元素を引き寄せる元素
をさらに導入する工程とを含む。

【００３１】好適な実施態様においては、上記工程
（e'）が、上記非晶質ケイ素膜を横方向に結晶成長させ
て得られた結晶性ケイ素膜から活性領域中の素子能動領
域を形成し、該触媒元素が導入された領域を含む他の領
域のケイ素膜から活性領域中のコンタクト領域を形成す
る工程を含む。

【００３２】好適な実施態様においては、上記工程
（d）は、上記触媒元素を引き寄せる元素が、上記非晶
質ケイ素膜の自発的核発生を抑えた状態で上記触媒元素
を引き寄せるような加熱温度および加熱時間で加熱処理
を行う工程を含む。

【００３３】好適な実施態様においては、上記工程
（d）の後、（f）上記触媒元素を引き寄せる元素が導入
された領域の上記ケイ素膜をエッチング除去し、次い
で、残りのケイ素膜に強光を照射して該ケイ素膜をさら
に結晶化させる工程をさらに含む。

【００３４】好適な実施態様においては、上記工程
（e）または（e'）の後、（g）上記活性領域を形成する
上記ケイ素膜に強光を照射して、該ケイ素膜をさらに結
晶化させる工程をさらに含む。

【００３５】好適な実施態様においては、上記工程
（d）において、上記非晶質ケイ素膜を成長させる方向
が、半導体装置におけるキャリアの移動方向とほぼ平行
である。

【００３６】以下、作用について説明する。

【００３７】本発明によれば、半導体装置の活性領域
が、触媒元素が導入された領域から該触媒元素を引き寄
せる元素が導入された領域へと横方向に非晶質ケイ素膜
を結晶成長させた結晶性ケイ素膜から構成される。この
ようにして得られる結晶性ケイ素膜は、高品質な結晶性
ケイ素膜であり、結晶化が非常に安定している。また、
非晶質ケイ素膜を横方向に結晶成長させた領域には、触
媒元素がほとんど残留していない。この領域を活性領域
とすることにより、高性能かつ信頼性の高い半導体装置
が実現できる。

【００３８】本発明においては、非晶質ケイ素膜を、触
媒元素が導入された領域から触媒元素を引き寄せる元素
が導入された領域へと横方向に結晶成長させる。触媒元
素は、非常に効率的に結晶化を引き起こしながら触媒元
素を引き寄せる元素が導入された領域へと移動するの
で、導入されたほとんどの触媒元素は結晶化に寄与し、
かつ、触媒元素は、触媒元素を引き寄せる元素が導入さ
れた領域に集められてトラップされる。従って、本発明
の半導体装置の活性領域は、従来技術と比較して極めて
低い触媒元素濃度であり、かつ、その結晶性は非常に良
好である。

【００３９】好ましくは、本発明の半導体装置の活性領
域は、上記触媒元素の導入領域から、上記触媒元素を引
き寄せる元素の導入領域へと、ほぼ一次元的に結晶成長
方向が揃った柱状結晶群を含む結晶性ケイ素膜から構成
され得る。個々の柱状結晶は、ほぼ単結晶に近い状態の
良好な結晶性を有している。しかも、これらは、成長方
向が一次元的に揃っているので、転位などの結晶欠陥が
低減されており、ケイ素膜全体の結晶性は大きく向上し
ている。さらに、柱状結晶の方向性が明確であるので、
キャリアの移動方向と結晶成長方向とを一致させること
が容易である。しかも、キャリアの移動方向と結晶成長
方向とを一致させると、原理的にはキャリアの移動方向
に結晶粒界が存在しないので、キャリアの散乱確立が減
少し、特に高移動度な半導体装置が実現できる。

【００４０】別の局面においては、本発明の半導体装置
の活性領域は、触媒元素が導入されて結晶化された領域
と、該触媒元素の導入領域から該触媒元素を引き寄せる
元素が導入された領域へと横方向に結晶成長させた領域
とを含む結晶性ケイ素膜から構成される。従来技術で
は、触媒元素の導入領域は、非常に高濃度の触媒元素が
残留しているので、この領域を活性領域（素子能動領
域）に用いることはできなかった。しかし、本発明で
は、触媒元素は非晶質ケイ素膜の横方向の結晶成長と共
に効率的に移動するので、触媒元素が導入された領域に
は、ほとんど触媒元素は残留していない。このため、素
子特性に関して、全く問題はない。従って、触媒元素導
入領域を活性領域の一部として使用できる。その一方、
触媒元素を引き寄せる元素が導入された領域には、触媒
を引き寄せる元素に加えて、引き寄せられた触媒元素が
多量に存在するので、完全にエッチング除去する必要が
ある。少なくとも活性領域には、触媒元素が多量に存在
する領域が全く生じないようにする必要がある。本発明
の半導体装置は、触媒元素を引き寄せる元素が導入され
た領域が完全にエッチング除去されているので、触媒元
素の再汚染、析出、およびオートドープなどの不良は全
く発生しない。その結果、製造歩留まりは大きく向上
し、そして半導体装置の信頼性にも非常に優れている。

【００４１】好ましくは、この活性領域は、横方向に結
晶成長させた領域の上記ケイ素膜から構成される素子能
動領域（チャネル領域）と、上記触媒元素が導入された
領域を含む他の領域のケイ素膜から構成されるコンタク
ト領域（ソース／ドレイン領域）とを含み得る。触媒元
素が導入された領域を活性領域の一部として用いること
ができるので、素子レイアウトの点で、非常に有利であ
り、素子間隔をより狭く設計することが可能となる。そ
の結果、より集積度の高い半導体装置を得ることができ
る。

【００４２】好ましくは、少なくとも、非晶質ケイ素膜
を横方向に結晶成長させた領域のケイ素膜を利用して、
活性領域中の素子能動領域が構成される。理由は以下の
通りである：上記のように、触媒元素が導入された領域
の触媒元素濃度は極めて低く、それを素子能動領域に用
いても素子特性上の問題はない。しかし、本発明の非晶
質ケイ素膜を横方向に結晶成長させた領域は、従来に比
べて、はるかに高品質な結晶性を有するので、非晶質ケ
イ素膜が横方向に結晶成長された領域と、触媒元素が導
入されてランダムな核発生が生じて結晶成長した領域と
は、結晶性に大きな差が生じているからである。さら
に、非晶質ケイ素膜を横方向に結晶成長させた領域は、
触媒元素が導入されてランダムな核発生が生じて結晶成
長した領域よりも基板全面にわたって結晶性が均一であ
り、非晶質ケイ素膜を横方向に結晶成長させた領域から
活性領域中の素子能動領域が構成されることは、各素子
間の特性均一化のためにも好ましいからである。

【００４３】さらに有効な素子レイアウトを得るために
は、触媒元素が導入された領域と、上記触媒元素を引き
寄せる元素が導入された領域とが細長い矩形状であり、
かつ所定の間隔で互いに平行に配置され、該平行に配置
された領域の間に上記活性領域または上記素子能動領域
が配置されることが好ましい。触媒元素が導入された領
域を細長い矩形状領域とすることにより、その短辺方向
に一次元的な結晶成長が生じやすくなる。さらに、触媒
元素導入領域と平行に触媒元素を引き寄せる元素が導入
された領域を細長い矩形状領域として設けることによ
り、一次元的な結晶成長が極めて起こりやすくなる。し
かも、触媒元素が四方に拡がらず、一方向に効率的に移
動するので、非晶質ケイ素を横方向に結晶成長させた領
域および触媒元素が導入された領域の触媒元素濃度はよ
り低減される。加えて、このような配置にすることで、
基板上に広い面積で、非晶質ケイ素膜を横方向に結晶成
長させた高品質なケイ素膜が得られるので、素子のレイ
アウトが容易になる（すなわち、多くの高性能の素子を
１つのケイ素膜から形成することができる）。

【００４４】好ましくは、触媒元素が導入された細長い
矩形状領域と、触媒元素を引き寄せる元素が導入された
細長い矩形状領域との間隔は、該触媒元素がシリサイド
化して拡散移動できる距離であり、かつ該触媒元素を引
き寄せる元素が該触媒元素を引き寄せる距離より小さ
い。本発明によれば、活性領域のケイ素膜の結晶化工程
において、触媒元素をケイ素膜中の導入領域に残留させ
ることなく効率よく移動させる。触媒元素は、まずシリ
サイド化し、結晶成長を引き起こす。しかし、上記細長
い矩形状領域間の間隔が、少なくともその間を触媒元素
がシリサイド化して移動できる距離でないと非晶質ケイ
素膜の十分な結晶化がなされない。その結果、触媒元素
が導入された領域に残留する触媒元素の量は多くなる。
一方、上記間隔が、触媒元素を引き寄せる元素が触媒元
素を引き寄せることができる距離以上である場合、触媒
元素が十分に引き寄せられないので、触媒元素が導入さ
れた領域に残留する触媒元素の量はさらに多くなる。

【００４５】好ましくは、上記触媒元素が導入された複
数の細長い矩形状領域と、上記触媒元素を引き寄せる元
素が導入された複数の細長い矩形状領域とが、所定の間
隔で互いに平行に交互に配置され、該交互に配置された
領域の間の領域に、複数の素子活性領域または素子能動
領域が配置される。このように複数の素子活性領域また
は素子能動領域が配置されることにより、複数の半導体
素子が基板上に構成される半導体装置（例えば、液晶表
示装置用アクティブマトリクス基板）のレイアウトを整
然とすることができる。その結果、多くの高性能素子が
効率的に提供される。

【００４６】本発明の半導体装置の製造方法は、（a）
基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程；（b）該非晶
質ケイ素膜の所定の領域に触媒元素を選択的に導入する
工程；（c）該非晶質ケイ素膜の所定の領域に、該触媒
元素を引き寄せる元素を選択的に導入する工程；（d）
加熱処理を行い、該触媒元素が導入された領域から、該
触媒元素を引き寄せる元素が導入された領域へと、該非
晶質ケイ素膜を横方向に結晶成長させるとともに、該触
媒元素を、該触媒元素が導入された領域から、該触媒元
素を引き寄せる元素が導入された領域へと移動させる工
程；および（e）該触媒元素が導入された領域と、該触
媒元素を引き寄せる元素が導入された領域との間に存在
する、該非晶質ケイ素膜を横方向に結晶成長させて得ら
れた結晶性ケイ素膜から活性領域を形成する工程；を包
含する。この方法を用いることにより、高性能な半導体
装置を簡便でかつ高い歩留まりで得ることができる。さ
らに、非晶質ケイ素膜を横方向に結晶成長させた領域の
ケイ素膜のみを用いて半導体装置の活性領域を形成する
ことにより、より高い移動度を有する電流駆動能力に優
れた半導体装置を得ることができる。

【００４７】あるいは、本発明の方法は、上記工程
（a）〜（d）と、（e'）該触媒元素が導入された領域
と、該触媒元素を引き寄せる元素が導入された領域との
間に存在する該非晶質ケイ素膜を横方向に結晶成長させ
て得られた結晶性ケイ素膜と、該触媒元素が導入され結
晶化された結晶性ケイ素膜とから活性領域を形成する工
程とを包含する。この方法を用いることにより、上記と
同様に、高性能な半導体装置を簡便でかつ高い歩留まり
で得ることができる。さらに、非晶質ケイ素膜を横方向
に結晶成長させて得られた結晶性ケイ素膜（横方向に結
晶成長させた領域の結晶性ケイ素膜）と、触媒元素が導
入されて結晶化された結晶性ケイ素膜（触媒元素が導入
され結晶化された結晶性ケイ素膜）とを用いて、半導体
装置の活性領域を形成することにより、素子レイアウト
上の制限を低減でき、素子配列をより簡潔化でき、そし
て集積度の高い半導体装置の製造が可能となる。

【００４８】上記のように、本発明の方法は、触媒元素
による結晶化と同時に、触媒元素のゲッタリングを行う
ので非常に効率的である。従来技術のように、触媒元素
による結晶化工程を行った後、触媒元素のゲッタリング
工程を行うことは、効率が悪い。なぜなら、触媒元素
は、結晶化工程においてすでにケイ素膜中に取り込まれ
ているので、ゲッタリングするのは困難であるからであ
る。これに対して、本発明によれば、結晶化と同時に触
媒元素のゲッタリング工程を行うので、効率的である。
上記３つの公報に記載のゲッタリング技術を含む方法の
他、非晶質ケイ素膜に触媒元素を導入し、ケイ素膜を横
方向に結晶成長させた後、触媒元素の導入領域にリンな
どのゲッタリング効果のある元素をさらに導入し、触媒
元素を元の導入された領域に引き戻すような方法も考え
られる。しかし、この方法では、多量の触媒元素が、半
導体装置の活性領域となる非晶質ケイ素膜を横方向に結
晶成長させた領域を、結晶化時とゲッタリング時の２回
通ることになる。その結果、非晶質ケイ素膜を横方向に
結晶成長させた領域のケイ素膜に残留する触媒元素の量
は増加するので、ゲッタリングの意味合いが薄れてしま
う。本発明の方法は、結晶化工程とゲッタリング工程と
が同時に行われるので、触媒元素は、効率的に一方向に
移動して、活性領域となる非晶質ケイ素膜を横方向に結
晶成長させた領域を一回通るだけである。従って、本発
明の方法は、非常に効率的でかつ有効な方法である。

【００４９】好ましくは、工程（b）および（c）が、異
なる導入マスクを用いて、それぞれ非晶質ケイ素膜の異
なる領域に、触媒元素および触媒元素を引き寄せる元素
をそれぞれ導入する工程を含む。その結果、触媒元素の
導入量と触媒元素を引き寄せる元素の導入量を共に低減
することができ、かつ、それぞれの導入工程の時間を短
縮することができる。

【００５０】好ましくは、上記工程（b）および（c）
が、所定の導入マスクを用いて触媒元素を導入する工程
と、該触媒元素の導入に用いられたマスクと別のマスク
とを組み合わせて該触媒元素が導入された領域の一部に
該触媒元素を引き寄せる元素をさらに導入する工程とを
含む。その結果、導入マスクを一枚低減することがで
き、プロセスを簡略化することができる。

【００５１】さらに、好ましくは、上記工程（e'）が、
上記非晶質ケイ素膜を横方向に結晶成長させて得られた
結晶性ケイ素膜から活性領域中の素子能動領域を形成
し、該触媒元素が導入された領域を含む他の領域のケイ
素膜から活性領域中のコンタクト領域を形成する工程を
含む。本発明においては、触媒元素が導入された領域の
触媒元素濃度は極めて低く、それを素子能動領域に用い
ても素子特性上の問題はない。しかし、非晶質ケイ素膜
を横方向に結晶成長させた領域は、従来に比べて、極め
て高品質な結晶性を有するので、非晶質ケイ素膜が横方
向に結晶成長した領域と、触媒元素が導入されてランダ
ムな核発生が生じて結晶成長した領域とは、結晶性に大
きな差が生じている。従って、本発明の目的である高性
能半導体装置の実現のためには、少なくとも、非晶質ケ
イ素膜を横方向に結晶成長させた領域のケイ素膜を利用
して、活性領域中の素子能動領域が構成されることが好
ましい。さらに、非晶質ケイ素膜を横方向に結晶成長さ
せた領域は、触媒元素が導入されてランダムな核発生が
生じて結晶成長した領域よりも基板全面にわたって結晶
性が均一であり、非晶質ケイ素膜を横方向に結晶成長さ
せた領域から活性領域中の素子能動領域が構成されるこ
とは、各素子間の特性均一化のためにも好ましい。

【００５２】好ましくは、上記工程（d）が、上記触媒
元素を引き寄せる元素が、上記非晶質ケイ素膜の自発的
核発生を抑えた状態で上記触媒元素を引き寄せるよう
な、加熱温度および加熱時間で加熱処理を行う工程を含
む。なお、本明細書中で「自発的核発生」とは、触媒元
素によらない自然核発生をいう。触媒元素は、シリサイ
ドとなって拡散し、その結果、十分な結晶成長が生じ
る。しかし、その時の温度があまり高いと、ケイ素膜自
身の自然核が発生する。自発的核発生が生じる場合、触
媒元素が導入領域された領域から成長して横方向に結晶
成長された領域は、柱状結晶で構成されているので、成
長してきた柱状結晶がぶつかり、成長が阻害され、曲が
りおよび分岐が生じた結果、結晶性が悪化する。さら
に、触媒元素は、その位置で深くトラップされてしまう
ので、触媒元素を引き寄せる元素の導入された領域への
効率的な移動が行われなくなる。さらに、温度が高すぎ
る場合、ケイ素膜中にリンなどが拡散するので、半導体
素子の閾値電圧などは、重大な悪影響を及ぼされること
になる。

【００５３】好ましくは、本発明の方法は、上記工程
（d）の後、（f）上記触媒元素を引き寄せる元素が導入
された領域の上記ケイ素膜をエッチング除去し、次い
で、残りのケイ素膜に強光を照射して該ケイ素膜をさら
に結晶化させる工程をさらに含む。この工程（f）を含
むことにより、より高移動度を有する高性能半導体装置
を得ることができる。結晶性ケイ素膜にレーザーなどの
強光を照射した場合、結晶性ケイ素膜と非晶質ケイ素膜
との融点の相違から結晶粒界部が集中的に処理される。
しかし、通常の固相成長法で形成した結晶性ケイ素膜
は、結晶構造が双晶状態であるので、強光照射後も結晶
粒内部は双晶欠陥のままである。これに対して、触媒元
素を導入して結晶化された結晶性ケイ素膜は、柱状結晶
で形成されており、その内部は単結晶状態であるので、
強光の照射により結晶粒界部が処理されると基板全面に
わたって単結晶状態に近い良質の結晶性ケイ素膜が得ら
れる。結晶性の観点からは、その有効性は非常に高い。
従来、強光照射工程は、触媒元素を用いた結晶化直後に
レーザー光の照射を行っている。すなわち、ケイ素膜の
一部分には、結晶化のために使われた触媒元素が多量に
残存している。レーザー光照射により、ケイ素膜はその
融点付近まで加熱されて再結晶化される。しかし、この
際、触媒元素は、ケイ素膜中へ再拡散され、そして析出
する。析出した触媒元素は、シリサイド化しており、半
導体装置のリーク電流を増大させ、信頼性を大きく損な
わせる。さらに、このような段階で強光照射工程を行う
ことは、触媒元素を引き寄せる元素（例えば、リンな
ど）を拡散させ、オートドープを引き起こすので、素子
特性に大きな悪影響を与える可能性がある。従って、本
発明において、強光照射工程は、触媒元素が導入された
領域から、触媒元素を引き寄せる元素が導入された領域
へと非晶質ケイ素膜を結晶化させ、触媒元素を十分に移
動させ、そして触媒元素を引き寄せる元素が導入された
領域のケイ素膜をエッチング除去した後、行う必要があ
る。このようにすることで、強光照射工程を、触媒元素
および触媒元素を引き寄せる元素が存在する領域が基板
上に無い状態で行うことができるので、触媒元素の再汚
染および析出、オートドープなどの不良も全く発生しな
くなる。その結果、製造歩留まりが大きく向上すると共
に、半導体装置の高性能化が図れ、その信頼性も大きく
向上する。

【００５４】好ましくは、本発明の方法は、上記工程
（e）または（e'）の後、（g）上記活性領域を形成する
上記ケイ素膜に強光を照射して、該ケイ素膜をさらに結
晶化させる工程をさらに含む。すなわち、強光照射前の
触媒元素および触媒元素を引き寄せる元素が局在してい
る領域を除去する工程は、半導体装置の活性領域（素子
能動領域）の形成(パターニング)工程を兼ねて行われる
ことが好ましい。このように触媒元素および触媒元素を
引き寄せる元素が存在する領域の除去を行うことによ
り、工程短縮が行えるだけでなく、不必要な領域が全て
除去されるため、素子能動領域への触媒元素の汚染量を
さらに低減することができる。

【００５５】ここで、上記の素子能動領域形成工程も含
め、触媒元素が触媒元素を引き寄せる元素により集めら
れた領域のケイ素膜を除去する工程において、対象とな
るケイ素膜と触媒元素とのエッチング性が重要となる。
すなわち、ケイ素膜が除去されても触媒元素がエッチン
グされずに残存している場合、触媒元素は、そこから基
板表面へと再拡散する。その結果、高性能な本発明の半
導体装置が得られない。また、下層へのダメージ、その
上に形成されるバスラインなどの断線および半導体素子
の信頼性の低下などを招く原因にもなる。さらに本発明
者らの実験結果から、多くの触媒元素はシリサイド化合
物としてケイ素膜中に存在することがわかった。従っ
て、本発明において、上記触媒元素が局在している領域
のケイ素膜を除去する工程は、該ケイ素膜と同時に上記
触媒元素及び触媒元素のシリサイド化合物が除去される
ような工程であることが最も好ましい。

【００５６】上記工程（d）において、上記非晶質ケイ
素膜を成長させる方向が、半導体装置におけるキャリア
の移動方向とほぼ平行であることが好ましい。このよう
に構成することにより、キャリアの移動に際してトラッ
プとなるような結晶粒界がその移動方向に理論上は存在
しないことになりるので、より高移動度を有する半導体
装置が得られる。実際は、非晶質ケイ素膜を横方向に結
晶成長させた領域に、ある程度の柱状結晶の曲がりおよ
び分岐が生じている。しかし、上記のような構成にする
ことにより、キャリア移動方向に対する結晶粒界などの
トラップ量は、確実に激減する。

【００５７】

【発明の実施の形態】（実施形態１）本発明の好ましい
実施形態について説明する。本実施形態は、本発明の半
導体装置の一例として、基板上にＮ型ＴＦＴを有する半
導体装置について説明する。本実施形態のＴＦＴは、ア
クティブマトリクス型の液晶表示装置のドライバー回路
および画素部分は勿論、薄膜集積回路を構成する素子と
しても利用することができる。本実施形態では、これら
の代表として、基板上に数十万から数百万のＮ型ＴＦＴ
を特に均一に作製する必要がある液晶表示装置用アクテ
ィブマトリクス基板の画素駆動用ＴＦＴを例にとって説
明する。

【００５８】図１（Ａ）〜（Ｅ）は、本実施形態の半導
体装置（画素ＴＦＴを有するアクティブマトリクス基
板）の製造工程を示す概略平面図である。実際には、ア
クティブマトリクス型の液晶表示装置は、上記のように
数十万個以上のＴＦＴにより構成されるが、本実施形態
では３行×４列の１２個のＴＦＴに簡略化して説明す
る。図２は、図１に示される任意の１つのＴＦＴのＩＩ
−ＩＩ線による断面図であり、（Ａ）→（Ｆ）の順に従
って作製工程が進行する。図２において、触媒元素の導
入領域１００ａならびにＴＦＴのチャネルおよびソース
／ドレイン方向の配置が図１のＴＦＴ配置と比べて９０
°異なっているが、これは、説明をしやすくするためで
あり、実際にＴＦＴの方向が９０°異なっていても、本
発明の効果を損なうことはない。

【００５９】まず、図２（Ａ）に示すように、絶縁性基
板（例えば、ガラス基板）１０１上に、厚さ３００ｎｍ
程度の酸化ケイ素からなる下地膜１０２を、例えば、ス
パッタリング法によって形成する。この酸化ケイ素膜
は、ガラス基板から不純物が拡散するのを防ぐために設
けられる。次いで、減圧ＣＶＤ法あるいはプラズマＣＶ
Ｄ法によって、真性（Ｉ型）の非晶質ケイ素膜（ａ−Ｓ
ｉ膜）１０３を形成する。非晶質ケイ素膜の厚みは、好
ましくは２５〜８０ｎｍ（例えば、５０ｎｍ）である。
さらに、非晶質ケイ素膜１０３上に、絶縁性薄膜（酸化
ケイ素膜または窒化ケイ素膜など）をさらに堆積する。
この絶縁性薄膜は、後の触媒元素および触媒元素を引き
寄せる元素を導入する際のマスク膜１０４となるもので
ある。本実施形態においては、ＴＥＯＳ（テトラエトキ
シオルトケイ酸）を原料とし、酸素存在下にて、ＲＦプ
ラズマＣＶＤ法により分解および堆積し、酸化ケイ素膜
を得た。酸化ケイ素膜の厚さは、好ましくは１００ｎｍ
〜２５０ｎｍである。本実施形態では、上記酸化ケイ素
膜の厚さを１５０ｎｍとした。

【００６０】次いで、非晶質ケイ素膜１０３が露呈する
ように、酸化ケイ素膜を任意の適切な方法でパターニン
グしてマスク膜１０４を形成する。ここで、図１（Ａ）
を参照すると、非晶質ケイ素膜１０３は、領域１００ａ
および１００ｂがマスク膜１０４のスルーホールを介し
てスリット状に露呈しており、他の部分はマスク膜１０
４によりマスクされている。次いで、図２（Ａ）に示す
ように、マスク膜１０４上に、感光性樹脂（フォトレジ
スト）により第１の導入マスク１０５をさらに形成す
る。この第１の導入マスク１０５により、少なくとも領
域１００ｂが覆われ、領域１００ａのみが露呈される。

【００６１】次いで、図２（Ａ）に示すように、基板表
面に触媒元素１０６を導入する。触媒元素を基板上に導
入する方法としては、様々な手法が用いられ得る。例え
ば、スパッタリング法および真空蒸着法などが用いられ
得る。さらに、触媒元素の塩を、ＳＯＧ（スピンオング
ラス）材料に溶解させ、これをＳｉ０₂膜から拡散させ
る方法、メッキ法などにより触媒元素の薄膜を基板上に
直接導入する方法、ならびにイオンドーピング法により
基板上に直接導入する方法なども用いられ得る。

【００６２】触媒元素を導入する別の方法としては、非
晶質ケイ素膜形成前に、下地膜表面に触媒元素を選択的
に導入しておき、非晶質ケイ素膜下層から触媒元素を拡
散させ結晶成長をさせる方法が用いられ得る。すなわ
ち、触媒元素は、非晶質ケイ素膜の上面側から導入して
もよいし、下面側から導入してもよい。

【００６３】触媒元素としては、ニッケル（Ｎｉ）、コ
バルト（Ｃｏ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）な
どの元素が使用され得る。これらの元素は、微量で非晶
質ケイ素の結晶化を助長する効果を有する。これらの元
素は、単独で、または組み合わせて用いられる。これら
の触媒元素の中で、ニッケルが特に好ましい。これは以
下の理由による。触媒元素は、単独では結晶成長に作用
せず、ケイ素膜と結合しシリサイド化することで作用す
る。このシリサイド化した触媒元素が、非晶質ケイ素膜
を結晶化するときに一種の鋳型のように作用し、非晶質
ケイ素膜の結晶化を促す。ニッケルは２つのケイ素とＮ
ｉＳｉ₂のシリサイドを形成する。ＮｉＳｉ₂は螢石型の
結晶構造を示し、この結晶構造は、単結晶ケイ素のダイ
ヤモンド構造と非常に類似している。しかも、ＮｉＳｉ
₂はその格子定数が５．４０６Åであり、結晶シリコン
のダイヤモンド構造での格子定数５．４３０Åに非常に
近い値を有する。よって、ＮｉＳｉ₂は、非晶質ケイ素
膜を結晶化させるための鋳型として最適である。従っ
て、本実施形態では、触媒元素としてニッケルを用い
た。このときの基板表面のニッケル濃度は全反射蛍光Ｘ
線分析法により管理されるような極低濃度であり、本実
施形態では、ニッケル１０６の基板表面密度を５×１０
¹³ａｔｏｍｓ／ｃｍ²とした。次いで、フォトレジスト
からなる第１の導入マスク１０５を除去することで、該
マスク膜１０５上の触媒元素１０６もリフトオフされて
除去される。この工程により、領域１００ａで露呈して
いる部分の非晶質ケイ素膜１０３に選択的に触媒元素１
０６が導入される。マスク１０５に覆われていた領域１
００ｂには触媒元素は導入されない。

【００６４】次いで、図２（Ｂ）に示すように、フォト
レジストを用いて第２の導入マスク１０７を形成する。
第２の導入マスク１０７により、先に触媒元素１０６が
微量導入された領域１００ａは覆われ、逆に領域１００
ｂは露呈される。この状態で触媒を引き寄せる元素１０
８を領域１００bに選択的にドーピングする。触媒元素
を引き寄せる元素としては、リン、硫黄、ヒ素、セレン
などが使用可能である。このような元素の中で、リンが
最も好ましい。なぜなら、リンは、触媒元素を引き寄せ
る効果が最も大きいので、低濃度で効率的に触媒元素を
引き寄せることができるためである。本実施形態では、
触媒元素を引き寄せる元素としてリンを用いて、イオン
ドーピング法により導入した。すなわち、ケイ素膜１０
３の領域１００ｂに選択的にリン１０８を導入した。こ
のときのイオンドービング条件は、加速電圧を１０ｋＶ
とし、ドーズ量を２×１０¹⁵ｃｍ^-2とした。次いで、第
２の導入マスク１０７を除去して図２（Ｃ）の状態が得
られる。

【００６５】本実施形態では、リンの導入方法として、
イオンドーピング法を用いているが、ケイ素膜の上層
に、リンを多量に含むケイ素薄膜（ｎ⁺−Ｓｉ膜）を形
成してもよい。この場合、結晶成長後、ｎ⁺−Ｓｉ膜を
除去する工程が必要となる。

【００６６】また、本実施形態では、触媒元素および触
媒元素を引き寄せる元素を、導入マスク１０４として、
酸化ケイ素膜とフォトレジストとを用いて選択的に導入
しているが、酸化ケイ素膜を設けず、それぞれの元素を
レジストマスクのみを介してケイ素膜に導入してもよ
い。

【００６７】ここで、図１（Ａ）を参照すると、ケイ素
膜１０３の領域１００ａには触媒元素１０６が導入さ
れ、領域１００ｂには触媒元素を引き寄せる元素１０８
が導入されている。そして、これらは互いに平行に並ん
だ細長い矩形状領域により構成されている。好ましく
は、触媒元素が導入された領域１００ａと、触媒元素を
引き寄せる元素が導入された領域１００ｂとの間隔は、
触媒元素がシリサイド化して拡散移動できる距離であ
り、かつ触媒元素を引き寄せる元素が触媒元素を引き寄
せる距離より小さい。例えば、領域１００ａと１００ｂ
との間の距離Ｌは、触媒元素としてニッケル、および触
媒元素を引き寄せる元素としてリンを用いた場合、１５
０μｍ以下であることが好ましい。このように細長い矩
形状領域の間隔を設定することにより、後の加熱により
ニッケルがシリサイド化して十分に移動するので、ケイ
素膜が十分に結晶成長し、かつリンはニッケルを十分に
引き寄せるので、結晶成長した後のケイ素膜の残留触媒
元素濃度は大きく低減される。

【００６８】本発明者らが得た実験データを図５に示
す。図５は、ニッケルおよびリンを用いた場合の、結晶
成長した後のケイ素膜の残留ニッケル濃度と、ニッケル
導入領域およびリン導入領域の間隔との関係を示したも
のである。縦軸が残留ニッケル濃度、横軸がニッケル導
入領域およびリン導入領域の間隔である。図５からわか
るように、ニッケル導入領域とリン導入領域との間隔が
約１５０μｍから残留ニッケル濃度が上昇し始め、約２
５０μｍでほぼ一定値となった。このときの残留ニッケ
ル濃度の値が従来技術のケイ素膜中のニッケル濃度にあ
たる。その一方、１５０μｍ以下でケイ素膜中の残留ニ
ッケル濃度はほぼ一定値となった。本実験では、二次イ
オン質量分析法（ＳＩＭＳ）によりニッケル濃度を測定
したが、領域の間隔が１５０μｍ以下の場合、残留ニッ
ケル濃度の値は、ほぼ測定下限であった。従って、本実
施形態ではニッケル導入領域とリン導入領域との間隔の
距離Ｌを８０μｍと設定した。

【００６９】次いで、触媒元素を引き寄せる元素が、非
晶質ケイ素膜の自発的核発生を抑えた状態で触媒元素を
引き寄せるような加熱温度および加熱時間で加熱処理を
行う。例えば、このような加熱処理は、不活性雰囲気下
（例えば、窒素雰囲気下）、５７０℃〜６２０℃の温度
で１時間から２０時間の加熱処理である。本実施形態で
は、６００℃にて５時間の処理を行った。この加熱処理
において、図２（Ｃ）に示すように、領域１００ａにお
いては、ａ−Ｓｉ膜表面に添加されたニッケル１０６の
シリサイド化が起こり、それを核としたケイ素膜１０３
の選択的結晶化が行われ、シード領域とも言える結晶化
領域１０３ａがまず形成される。次いで、その周辺領域
から、図２（Ｃ）において矢印１０９で示されるよう
に、ニッケル導入領域１００ａからリン導入領域１００
ｂへと横方向に結晶が成長して、結晶成長方向のそろっ
た高品質な結晶性ケイ素膜１０３ｂが得られる。ここ
で、図１（Ｂ）を参照すると、ニッケルが導入された細
長い矩形状領域１００ａからリンが導入された領域１０
０ｂへと横方向に結晶成長させた結晶性ケイ素膜１０３
ｂが形成される。リンが導入された領域１００ｂは、矢
印１０９で示される横方向に成長した結晶が到達すると
同時に結晶化され、結晶性ケイ素膜１０３ｃとなる。こ
の工程において、ニッケルは、リンに引き寄せられると
共にケイ素膜を結晶化させるため、非晶質ケイ素膜中で
は非常に効率的な結晶化が行われ、かつ、ニッケルの移
動が行われる。その結果、得られる横方向に結晶成長さ
せたケイ素膜１０３ｂの結晶性は従来にはない優れたも
のとなり、ケイ素膜１０３ｂ中の残留ニッケル濃度は極
めて低い。本実施形態で作成した結晶性ケイ素膜１０３
ｂ中の残留ニッケル濃度をＳＩＭＳにより測定したとこ
ろ、その測定下限の１×１０ ¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下
であり、従来技術に比べ、一桁以上低い値であった。

【００７０】次いで、マスク膜１０４をエッチング除去
する。例えば、マスク膜１０４は、ケイ素膜１０３と優
れた選択性を有する１：１０バッファードフッ酸（ＢＨ
Ｆ）をエッチャントとして用いて、ウェットエッチング
により除去される。次いで、不要な部分のケイ素膜１０
３を除去して素子間分離を行う。すなわち、該工程によ
り、図１（Ｂ）に示すような配置で、横方向結晶化領域
１０３ｂのみを用いて、後にＴＦＴの活性領域（ソース
／ドレイン領域およびチャネル領域）となる島状の結晶
性ケイ素膜１０３ｉが形成され、図１（Ｃ）および図２
（Ｄ）の状態が得られる。

【００７１】触媒元素が局在している領域のケイ素膜を
除去する具体的な方法として、エッチング液を利用した
場合、フッ化水素酸と硝酸の混合液を用いてエッチング
除去することが好ましいが、しかし、微細加工には不利
である。微細加工が所望される場合は、プラズマによる
ドライエッチングが有効である。しかし、ケイ素膜のエ
ッチングに従来から用いられているＣＦ₄ガスなどのフ
ロン系ガスと酸素系ガスとを用いるドライエッチング法
では、ケイ素膜はエッチングされるが、触媒元素のシリ
サイド化合物はエッチングされないので、シリサイド化
合物は残渣として基板表面に残るという欠点を有する。
従って、本発明におけるエッチング法としては、塩素ガ
スおよび塩素系ガス（例えば、ＢＣl₃、ＨＣlなど）を
用いたＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）法
が好ましい。この方法によれば、ケイ素膜と共に触媒元
素およびそのシリサイドも同時にエッチングされるの
で、除去された領域に残渣が残らない清浄な状態を得る
ことができる。

【００７２】次いで、活性領域となる結晶性ケイ素膜１
０３ｉを覆うように厚さ２０〜１５０ｎｍ（本実施形態
では１００ｎｍ）の酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜１１１
として形成する。酸化ケイ素膜の形成は、本実施形態で
はＴＥＯＳ（テトラエトキシオルトケイ酸）を原料と
し、酸素存在下にて、基板温度１５０〜６００℃（好ま
しくは３００〜４５０℃）で、ＲＦプラズマＣＶＤ法に
より分解および堆積して、ゲート絶縁膜１１１を形成し
た。あるいは、ＴＥＯＳを原料として、オゾンガス存在
下にて、基板温度３５０〜６００℃（好ましくは４００
〜５５０℃）で、減圧ＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法によ
って分解および堆積して、ゲート絶縁膜１１１を形成し
てもよい。膜形成後、ゲート絶縁膜自身のバルク特性お
よび結晶性ケイ素膜とゲート絶縁膜との界面特性を向上
するために、不活性ガス雰囲気下で、４００〜６００℃
で３０〜６０分間アニーリングする。

【００７３】次いで、図２（Ｅ）に示すように、厚さ４
００〜８００ｎｍ（例えば６００ｎｍ）のアルミニウム
膜を、スパッタリング法によりゲート絶縁膜１１１上に
形成し、このアルミニウム膜をパターニングすることに
より、ゲート絶縁膜１１１上にゲート電極１１２を形成
する。ゲート電極１１２は、図１（Ｄ）に平面的に示す
ように、ゲートバスラインの分岐部として、ゲートバス
ラインと同時に形成される。

【００７４】さらに、ゲート電極１１２の表面を陽極酸
化して、酸化物層（陽極酸化層）１１３を形成する。陽
極酸化は、酒石酸を１〜５％含有するエチレングリコー
ル溶液中にて、最初一定電流で２２０Ｖまで電圧を上
げ、その状態で１時間保持することにより行う。本実施
形態で得られた酸化物層１１３の厚さは、２００ｎｍで
あった。この酸化物層１１３の厚さは、後のイオンドー
ピング工程において、オフセットゲート領域を形成する
厚さとなる。従って、オフセットゲート領域の長さは、
この陽極酸化工程で決定される。

【００７５】次いで、イオンドーピング法によって、ゲ
ート電極１１２およびその周囲の酸化物層１１３をマス
クとして活性領域に不純物（例えば、リン、ヒ素など）
を注入する。リンを用いる場合には、ドーピングガスと
してフォスフィン（ＰＨ₃）を用い、加速電圧を６０〜
９０ｋＶ（例えば８０ｋＶ）、ドーズ量を１×１０¹⁵〜
８×１０¹⁵ｃｍ^-2（例えば２×１０¹⁵ｃｍ^-2）として行
う。この工程により、不純物が注入された領域１１５お
よび１１６は、後にＴＦＴのソース／ドレイン領域とな
り、ゲート電極１１２およびその周囲の酸化層１１３に
マスクされ不純物が注入されない領域１１４は、後にＴ
ＦＴのチャネル領域となる。

【００７６】次いで、図２（Ｅ）に示すように、強光
（レーザー光）１１７の照射によってアニーリングし、
イオン注入した不純物の活性化を行うと同時に、上記の
不純物導入工程で結晶性が劣化した部分の結晶性を改善
する。結晶性ケイ素膜をさらに結晶化させるための強光
としては、波長４００ｎｍ以下のレーザー光を用いるこ
とが好ましい。これは次の理由による。波長４００ｎｍ
以下の強光は、ケイ素膜に対する吸収係数が極めて高い
ので、ガラス基板に熱的ダメージを与えることなく、ケ
イ素膜を瞬時に融点１４１４℃まで加熱するだけの高出
力化が可能となる。波長４００ｎｍ以下のレーザー光の
中でも、特に波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザ
ー光は出力が大きいので、基板照射時のビームサイズを
大きくし得、大面積基板に対応しやすく、かつ出力が比
較的安定しており、量産装置に適用する上で最も好まし
い。このレーザー光を用いて照射工程を行うことによ
り、結晶化ケイ素膜の結晶性がさらに助長され、非常に
結晶性の高いケイ素膜が得られる。ケイ素膜表面に対す
るレーザー光の表面エネルギー密度は、２５０〜４５０
ｍＪ／ｃｍ²であることが好ましい。レーザー光の表面
エネルギー密度が２５０ｍＪ／ｃｍ²より小さい場合、
ケイ素膜はほとんど溶融されず、結晶化を十分に進行さ
せることができない。一方、レーザー光の表面エネルギ
ー密度が４５０ｍＪ／ｃｍ²よりも大きい場合、触媒元
素により得られた結晶性が完全に失われる（リセットさ
れる）ので、従来のレーザー結晶化でみられたような不
均一性の問題が発生する。本実施形態では、レーザー光
として、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ、
パルス幅４０ｎｓｅｃ）を用いて、エネルギー密度１５
０〜４００ｍＪ／ｃｍ²（好ましくは２００〜２５０ｍ
Ｊ／ｃｍ²）で照射を行った。こうして形成されたＮ型
不純物（リン）領域１１５および１１６のシート抵抗
は、２００〜８００Ω／□であった。

【００７７】結晶性ケイ素膜をさらに結晶化させるため
の強光としては、本発明では、パルスレーザーであるエ
キシマレーザー照射による加熱法が用いられるが、これ
以外のレーザー（例えば連続発振Ａｒレーザーなど）で
も同様の処理が可能である。さらに、強光としては、レ
ーザー光の代わりに、赤外光およびＲＴＡ（ラピッド・
サーマル・アニール）（ＲＴＰ、ラピッド・サーマル・
プロセスともいう）：フラッシュランプを使用して、短
時間に試料を１０００〜１２００℃（シリコンモニター
の温度まで上昇させ試料を加熱する）なども用いられ得
る。

【００７８】次いで、層間絶縁膜１１８を、ゲート電極
１１２上に、厚さ６００ｎｍ程度に形成する。層間絶縁
膜１１８には、例えば、酸化ケイ素膜または窒化ケイ素
膜が用いられ得る。例えば、酸化ケイ素膜を用いる場
合、ＴＥＯＳを原料として、酸素存在下でのプラズマＣ
ＶＤ法、あるいはオゾン存在下での減圧ＣＶＤ法または
常圧ＣＶＤ法によって形成することにより、段差被覆性
に優れた良好な層間絶縁膜が得られる。また、ＳｉＨ₄
およびＮＨ₃を原料ガスとして、プラズマＣＶＤ法で形
成された窒化ケイ素膜は、活性領域／ゲート絶縁膜の界
面へ水素原子を供給して、ＴＦＴ特性を劣化させる不対
結合手を低減する効果を有する。

【００７９】次いで、層間絶縁膜１１８にコンタクトホ
ールを形成し、図１（Ｅ）に示すように、金属材料（例
えば、窒化チタンとアルミニウムとの二層膜）を用い
て、ＴＦＴのソース電極／配線（バスライン）１１９を
形成する。窒化チタン膜は、アルミニウムが半導体層に
拡散するのを防止するためのバリア膜として設けられ
る。このＴＦＴ１２４は、画素電極をスイッチングする
素子であるので、ドレイン電極には、ＩＴＯなど透明導
電膜からなる画素電極１２０を設ける。ソースバスライ
ン１１９を介してビデオ信号が供給され、ゲートバスラ
イン１１２のゲート信号に基づいて画素電極１２０に必
要な電荷が書き込まれる。最後に、１気圧、水素雰囲気
下、３５０℃で、３０分のアニーリングして、ＴＦＴ１
２４を完成させる（図２（Ｆ））。ＴＦＴ１２４を保護
するために、必要に応じて、窒化ケイ素膜などからなる
保護膜をＴＦＴ１２４上に設けてもよい。

【００８０】本発明の目的の１つは、半導体装置の活性
領域中における触媒元素濃度の大幅な低減を図ることで
ある。従って、半導体装置活性領域中における触媒元素
の最終的な濃度は、好ましくは１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／
ｃｍ³以下である。この値はＳＩＭＳ法のほぼ測定下限
であり、半導体装置の特性上コンタミネーションとして
問題にならないレベルである。従来技術により作製した
活性領域中の触媒元素濃度は、１ｘ１０¹⁷〜１×１０¹⁸
ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度である。このようなＴＦＴ素子
領域中では、リーク電流増大および特性劣化などの影響
が確認される。本発明者らは、代表的な触媒元素である
ニッケルを用い、ＴＦＴ活性領域の濃度を強制的に変化
させて、その影響の確認実験を行った。この実験の結果
によると、活性領域中の触媒元素の濃度が、１×１０¹⁶
ａｔｏｍs／cｍ³以下である場合は、リーク電流および
信頼性は、触媒元素を導入しないＴＦＴ活性領域におけ
るリーク電流および信頼性と同程度であり、触媒元素に
よる影響は観察されなかった。本発明以外の方法では、
このような極めて低い触媒元素濃度を達成することは不
可能である。すなわち、上記の値は本発明によって初め
て達成できた値である。

【００８１】実施形態１に従って作製したＴＦＴは、電
界効果移動度が１２０ｃｍ²／Ｖｓ程度、かつ閾値電圧
が２Ｖ程度であり、非常に高性能である。さらに、この
ＴＦＴは、繰り返し測定、バイアス、および温度ストレ
スによる耐久性試験を行っても、ほとんど特性劣化が観
察されず、従来のＴＦＴと比べて非常に信頼性が高い。
また、このＴＦＴオフ領域におけるリーク電流は、触媒
元素を用いない場合のリーク電流と同等の５ｐＡ程度で
あった。この値は、従来のＴＦＴにおけるリーク電流で
ある１０〜１５ｐＡと比較すると大きく低減されてお
り、これにより製造歩留まりを大きく向上することがで
きた。さらに、このＴＦＴを用いて作製された液晶表示
用アクティブマトリクス基板を実際に点灯評価したとこ
ろ、ＴＦＴリークによる画素欠陥が極めて少なく、かつ
コントラスト比の高い、高表示品位の液晶パネルが得ら
れた。なお、本実施形態によるＴＦＴ作製工程は、アク
ティブマトリクス基板の画素電極を対象に説明したが、
このＴＦＴは薄膜集積回路などの他の目的にも簡単に応
用し得る。この場合には、ゲート電極１１２上にもコン
タクトホールを形成し、必要とする配線を施せばよい。（実施形態２）本発明の第２の実施形態について説明す
る。本実施形態は、ＣＭＯＳ構造の回路を有する半導体
装置について説明する。具体的には、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および一般の薄膜
集積回路を形成するＮ型ＴＦＴとＰ型ＴＦＴを相補型に
構成したＣＭＯＳ構造の回路をガラス基板上に作製する
工程について説明する。

【００８２】図３は、本実施形態の半導体装置の製造工
程を示す概略平面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ
線で切った断面図であり、（Ａ）→（Ｆ）の順に従って
工程が進行する。

【００８３】まず、ガラス基板２０１上にＣＶＤ法やＰ
ＶＤ法によって厚さ３００ｎｍ程度の酸化ケイ素からな
る下地膜２０２を形成する。次いで、減圧ＣＶＤ法によ
り、真性（Ｉ型）の非晶質ケイ素膜（ａ−Ｓｉ膜）２０
３を形成する。非晶質ケイ素膜の厚みは、好ましくは２
５〜８０ｎｍ（例えば、３５ｎｍ）である。さらに、非
晶質ケイ素膜２０３上に、絶縁性薄膜（例えば、酸化ケ
イ素膜または窒化ケイ素膜など）を堆積する。この絶縁
性薄膜は、触媒元素導入時のマスク膜となるものであ
る。本実施形態では、絶縁性薄膜として、厚さ１５０ｎ
ｍの酸化ケイ素膜を用いた。酸化ケイ素膜は、ＴＥＯＳ
を原料とし、酸素存在下にて、ＲＦプラズマＣＶＤ法に
より分解および堆積した。

【００８４】次いで、酸化ケイ素膜をパターニングし
て、スルーホールを有するマスク膜２０４を形成する。
ここで、図３に示すように、領域２００ａおよび２００
ｂで、スリット状に非晶質ケイ素膜２０３が露呈され
る。図４（Ａ）を参照すると、領域２００ａおよび２０
０ｂで、非晶質ケイ素膜２０３が露呈しており、他の部
分は酸化ケイ素膜によりマスクされている。

【００８５】上記マスク膜２０４を設けた後、図４
（Ａ）に示すように、基板２０１表面に触媒元素２０６
（本実施形態では、ニッケル）を薄膜蒸着する。本実施
形態では、蒸着ソースと基板との間の距離を通常より大
きくして、蒸着レートを低下させることで、ニッケルの
薄膜２０６の厚さが１ｎｍとなるように制御した。この
ときの基板２０１上におけるニッケル２０６の面密度
は、３×１０¹³ａｔｏｍｓ／ｃｍ²程度であった。この
段階で、マスク膜２０４により露呈しているケイ素膜２
０３の表面領域２００ａおよび２００ｂ共にニッケルの
微量添加が行われたことになる。次いで、図４（Ｂ）に
示すように、フォトレジストを用いて触媒元素を引き寄
せる元素の導入マスク２０７を形成する。導入マスク２
０７により、領域２００ａは覆われ、逆に領域２００ｂ
は露呈される。この状態で触媒元素を引き寄せる元素２
０８（本実施形態では、リン）をイオンドーピング法に
より導入する。すなわち、ケイ素膜２０３において、領
域２００ｂに対してのみ選択的にリン２０８が導入され
る。このときのイオンドーピング条件としては、加速電
圧を１０ｋＶとし、ドーズ量８×１０¹⁵ｃｍ²として行
った。本実施形態では、実施形態１と比べて、用いる導
入マスクの数が低減されるが、ニッケルが導入された領
域２００ｂにリンをさらに導入するので、リンの導入量
は多くなる。次いで、第２の導入マスク２０７を除去
し、次いで、マスクとして用いた酸化ケイ素膜２０４を
エッチング除去する。

【００８６】ここで、図３を参照すると、ケイ素膜２０
３の領域２００ａにはニッケル２０６が導入され、領域
２００ｂにはニッケルと共にリン２０８が導入されてい
る。さらに、これらは互いに平行に並んだ細長い矩形状
領域により構成されている。ここで、細長い矩形状領域
２００ａおよび２００ｂの間の距離は１５０μｍ以下で
あることが好ましく、本実施形態では３０μｍと設定し
た。次いで、これに不活性雰囲気下（例えば、窒素雰囲
気下）にて、５７０〜６２０℃の温度で１時間から２０
時間の加熱処理を施す。本実施形態では、６００℃にて
３時間の処理を行った。

【００８７】この加熱処理において、図４（Ｃ）に示す
ように、領域２００ａでは、非晶質膜表面に添加された
ニッケル２０６のシリサイド化が起こり、それを核とし
たケイ素膜２０３の選択的結晶化が行われて、シード領
域とも言える結晶化領域２０３ａがまず形成される。次
いで、その周辺領域から、図４（Ｃ）で矢印２０９で示
すように、領域２００ａからリンが導入された領域２０
０ｂへと、非晶質ケイ素膜は横方向に結晶成長されて、
結晶成長方向のそろった高品質な結晶性ケイ素膜２０３
ｂが得られる。ここで、図３を参照すると、ニッケルの
みが導入された細長い矩形状領域２００ａからリンが導
入された領域２００ｂへと横方向に結晶成長させた結晶
性ケイ素膜２０３ｂが形成される。リンが導入された領
域２００ｂには、共にニッケルが導入されているが、す
ぐには結晶化されず、矢印２０９で示される横方向に成
長した結晶が到達すると共に結晶化され、結晶性ケイ素
膜２０３ｃとなる。この工程において、ニッケルは、リ
ンに引き寄せられると共にケイ素膜を結晶化させるた
め、非晶質ケイ素膜中では非常に効率的な結晶化が行わ
れ、かつ、ニッケルの移動が行われる。その結果、得ら
れる横方向に結晶成長させたケイ素膜２０３ｂの結晶性
は従来にはない優れたものとなり、ケイ素膜２０３ｂ中
の残留ニッケル濃度は極めて低い。本実施形態で作製し
た横方向に結晶成長された結晶性ケイ素膜２０３ｂ中の
ニッケル濃度をＳＩＭＳにより測定すると、その測定下
限の１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下であり、従来技
術に比較して一桁以上低い値であった。

【００８８】次いで、図３に示すような配置で、横方向
結晶化領域２０３ｂおよびニッケルが導入され先に結晶
化された領域２０３ａを残して不要な部分のケイ素膜２
０３を除去し、後にＴＦＴの活性領域（ソース／ドレイ
ン領域およびチャネル領域）となる島状の結晶性ケイ素
膜２０３ｎおよび２０３ｐを形成する（すなわち、素子
間分離を行う）。これを、図３および図４（Ｄ）に示
す。

【００８９】ここで重要なことは、活性領域の島状ケイ
素膜２０３ｎおよび２０３ｐとして、非晶質ケイ素膜を
横方向に結晶成長させた領域２０３ｂおよびシード領域
２０３ａを用いることである。すなわち、リンがドーピ
ングされたニッケル導入部２０３ｃは、ニッケルおよび
リンが多量に存在しているが、本発明では、非常に効率
的にニッケルの移動が行われるので、もとの導入部２０
３ａには、ほとんどニッケルは残存していない。従っ
て、この領域を図３のように用いることにより、素子間
の間隔が小さく設計でき、集積度を向上することが可能
となる。しかし、直接ニッケルが導入された領域２０３
ａは、横成長領域２０３ｂに比べて結晶性が劣るので、
本実施形態では、図３に示すように、領域２０３ａを活
性領域２０３ｎおよび２０３ｐ中のチャネル領域２１４
としては用いず、ソースならびにドレイン領域２１５お
よび２１６として用いる。

【００９０】次いで、図４（Ｄ）に示すように、強光
（本実施形態では、レーザー光）２１０を照射して、島
状結晶性ケイ素膜２０３ｎおよび２０３ｐをさらに結晶
化する。このとき、ニッケルおよびリンが多量に存在し
た領域２０３ｃはすでに除去された後であり、基板上に
は触媒元素が全く存在しないので、従来技術でレーザー
照射時に発生していた触媒元素の析出、再拡散、および
オートドープなどの汚染を防ぐことができる。本実施形
態では、レーザー光として、ＸｅＣｌエキシマレーザー
（波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ）を用いた。
基板を２００〜４５０℃（例えば４００℃）に加熱し、
エネルギー密度２５０〜４５０ｍＪ／ｃｍ ²（例えば３
５０ｍＪ／ｃｍ²）で、レーザー光を照射した。ビーム
サイズを、基板２０１表面で１５０ｍｍ×１ｍｍの長尺
形状となるように成型し、そして、長尺方向に対して垂
直方向に０．１ｍｍのステップ幅で順次走査した。すな
わち、島状結晶性ケイ素膜２０３ｎおよび２０３ｐの任
意の１点において、計１０回、レーザーを照射した。該
工程により活性領域となるケイ素膜２０３ｎおよび２０
３ｐ中の結晶欠陥が大幅に低減される。

【００９１】次いで、結晶性ケイ素膜２０３ｎおよび２
０３ｐを覆うように、厚さ１００ｎｍの酸化ケイ素膜
を、ゲート絶縁膜２１１として形成する。本実施形態で
は、ＴＥＯＳを原料として、酸素存在下にて、基板温度
３５０℃で、ＲＦプラズマＣＶＤ法により分解および堆
積して、ゲート絶縁膜２１１を形成した。ゲート絶縁膜
形成後、ゲート絶縁膜自身のバルク特性および結晶性ケ
イ素膜とゲート絶縁膜との界面特性を向上させるため
に、不活性ガス雰囲気下、４００〜６００℃で数時間ア
ニーリングした。

【００９２】次いで、図４（Ｅ）に示すように、スパッ
タリング法によって厚さ４００〜８００ｎｍ、例えば５
００ｎｍのアルミニウム（０．１〜２％のシリコンを含
む）を形成し、アルミニウム膜をパターニングして、ゲ
ート電極２１２ｎおよび２１２ｐを形成する。

【００９３】次いで、活性領域２０３ｎに、ゲート電極
２１２ｎをマスクとして、ｎ型不純物（例えば、リン、
ヒ素など）を、イオンドーピング法により注入する。本
実施形態では、ドーピングは、ドーピングガスとしてフ
ォスフィン（ＰＨ₃）（加速電圧：６０〜９０ｋＶ（例
えば８０ｋＶ））、ドーズ量：１×１０¹⁵〜８×１０ ¹⁵
ｃｍ^-2とする（例えば、リン：２×１０¹⁵ｃｍ^-2））を
用いて行った。

【００９４】活性領域２０３ｐには、ゲート電極２１２
ｐをマスクとして、ｐ型不純物（ホウ素）を、イオンド
ーピング法により注入する。本実施形態では、ドーピン
グは、ドーピングガスとしてジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）（加速
電圧：４０ｋＶ〜８０ｋＶ（例えば６５ｋＶ））、ドー
ズ量：１×１０¹⁵〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2（例えば、ホウ
素：５×１０¹⁵ｃｍ^-2））を用いて行った。

【００９５】ゲート電極２１２ｎおよび２１２ｐにマス
クされ、不純物が注入されない領域は後にＴＦＴのチャ
ネル領域２１４ｎおよび２１４ｐとなる。このとき、ド
ーピングが不必要な領域をフォトレジストで覆うことに
よって、それぞれの元素を選択的にドーピングする。こ
の結果、Ｎ型の不純物領域２１５ｎおよび２１６ｎ、Ｐ
型の不純物領域２１５ｐおよび２１６ｐが形成される。
次いで、図３および図４に示すようにＮチャネル型ＴＦ
Ｔ２２５およびＰチャネル型ＴＦＴ２２６が形成され
る。ここで、本実施形態では、図３のように、ケイ素膜
の成長方向２０９と、ＴＦＴにおけるキャリアの移動方
向（ソース領域からドレイン領域への向き、２１５→２
１６あるいは２１６→２１５の方向）とが平行となるよ
うに配置する。この配置により、キャリアに対するケイ
素膜中の欠陥および結晶粒界などのトラップ密度が低減
され、より高移動度のＴＦＴが得られる。

【００９６】次いで、図４（Ｅ）に示すように、レーザ
ー光２１７の照射によってアニーリングし、イオン注入
した不純物を活性化する。レーザー光として、ＸｅＣｌ
エキシマレーザー（波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓ
ｅｃ）を用いた。そしてレーザー光を、エネルギー密度
２５０ｍＪ／ｃｍ²で、１箇所につき５ショット照射し
た。

【００９７】次いで、図４（Ｆ）に示すように、プラズ
マＣＶＤ法により、厚さ６００ｎｍの酸化ケイ素膜から
なる層間絶縁膜２１８を形成する。そして、層間絶縁膜
２１８にコンタクトホールを形成し、金属材料からなる
ＴＦＴの電極／配線２２１、２２２、および２２３を形
成する。本実施形態では、金属材料として、例えば、窒
化チタンとアルミニウムとの二層膜を用いる。最後に、
基板を、１気圧、水素雰囲気下において、３５０℃で３
０分間アニーリングし、基板上にＮチャネル型ＴＦＴ２
２５およびＰチャネル型ＴＦＴ２２６を形成する。さら
に、ＴＦＴ２２５、２２６を保護する目的で、必要に応
じて、ＴＦＴ上に窒化ケイ素膜などからなる保護膜を設
けてもよい。

【００９８】実施形態２のＴＦＴを有するＣＭＯＳ構造
回路において、それぞれのＴＦＴの電界効果移動度は、
Ｎ型ＴＦＴで１８０〜２２０ｃｍ²／Ｖｓ、Ｐ型ＴＦＴ
で１００〜１３０ｃｍ²／Ｖｓと高く、また、閾値電圧
はＮ型ＴＦＴで１．５〜２Ｖ、Ｐ型ＴＦＴで−２〜−３
Ｖと非常に良好な特性を示す。さらに、このＴＦＴは、
バイアスおよび温度ストレスによる耐久性試験において
ほとんど特性劣化が観察されず、従来のＴＦＴと比べて
非常に信頼性が高い。また、このＴＦＴオフ領域におけ
るリーク電流は、Ｎ型ＴＦＴで５ｐＡ、Ｐ型ＴＦＴで３
ｐＡ程度と従来のＴＦＴに比べて低く、これにより製造
歩留まりを大きく向上することができた。

【００９９】以上、本発明の実施形態１および２を参照
して本発明を具体的に説明したが、本発明は上記の実施
形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思
想に基づく各種の変形が可能である。

【０１００】本発明は、絶縁表面を有する基板上にＴＦ
Ｔ（薄膜トランジスタ）を有する半導体装置に有用であ
り、上記実施形態に記載したように、アクティブマトリ
クス型の液晶表示装置などに利用し得る。

【０１０１】本発明の応用としては、液晶表示用のアク
ティブマトリクス型基板以外に、例えば、密着型イメー
ジセンサー、ドライバー内蔵型のサーマルヘッド、有機
系ＥＬ等を発光素子としたドライバー内蔵型の光書き込
み素子および表示素子、三次元ＩＣ等が考えられる。本
発明を用いることで、これらの素子の高速、高解像度化
などの高性能化が実現される。さらに本発明は、上記の
実施形態で説明したＭＯＳ型トランジスタに限らず、結
晶性半導体を素子材としたバイポーラトランジスタや静
電誘導トランジスタを始めとして、幅広く半導体プロセ
ス全般に応用することができる。

【０１０２】

【発明の効果】本発明によれば、リーク電流の少ない安
定した特性の高性能半導体素子が実現でき、さらに、集
積度の高い高性能半導体装置が、簡便な製造プロセスに
よって得られる。また、その製造工程において良品率を
大きく向上でき、商品の低コスト化を図ることができ
る。特に、液晶表示装置においては、アクティブマトリ
クス基板に要求される画素スイッチングＴＦＴのスイッ
チング特性の向上、周辺駆動回路部を構成するＴＦＴに
要求される高性能化および高集積化を同時に満足し、同
一基板上にアクティブマトリクス部と周辺駆動回路部と
を構成するドライバモノリシック型アクティブマトリク
ス基板を実現し得、モジュールのコンパクト化、高性能
化、および低コスト化が図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１つの実施形態である、ＴＦＴを有す
る半導体装置の製造方法を説明するための概略平面図で
ある。

【図２】図１の半導体装置の製造方法を説明するための
概略断面図である。

【図３】本発明の別の実施形態である、ＣＭＯＳ構造回
路を有する半導体装置の製造方法を説明するための概略
平面図である。

【図４】図３の半導体装置の製造方法を説明するための
概略断面図である。

【図５】本発明の１つの実施形態において、結晶成長し
た後のケイ素膜の残留ニッケル濃度と、ニッケル導入領
域とリン導入領域との間隔との関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１０１、２０１基板１０２、２０２下地膜１０３、２０３ケイ素膜１０４、２０４マスク膜１０５第１の導入マスク１０６、２０６触媒元素１０７、２０７第２の導入マスク１０８、２０８触媒元素を引き寄せる元素１０９、２０９結晶成長方向２１０レーザー光１１１、２１１ゲート絶縁膜１１２、２１２ゲート電極／バスライン１１３陽極酸化層１１４、２１４チャネル領域１１５、２１５ソース領域１１６、２１６ドレイン領域１１７、２１７強光（レーザー光）１１８、２１８層間絶縁膜１１９ソース電極／バスライン１２０画素電極２２１、２２２、２２３電極／配線１２４画素ＴＦＴ２２５Ｎチャネル型ＴＦＴ２２６Ｐチャネル型ＴＦＴ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂本弘美大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁表面を有する基板上に活性領域を有
する半導体装置であって、該活性領域が、触媒元素が導入された領域から該触媒元
素を引き寄せる元素が導入された領域へと横方向に非晶
質ケイ素膜を結晶成長させた結晶性ケイ素膜から構成さ
れる、半導体装置。
【請求項２】前記活性領域が、前記触媒元素の導入領
域から、前記触媒元素を引き寄せる元素の導入領域へ
と、ほぼ一次元的に結晶成長方向が揃った柱状結晶群を
含む結晶性ケイ素膜から構成される、請求項１に記載の
半導体装置。
【請求項３】絶縁表面を有する基板上に活性領域を有
する半導体装置であって、該活性領域が、触媒元素が導入されて結晶化された領域
と、該触媒元素の導入領域から該触媒元素を引き寄せる
元素が導入された領域へと横方向に結晶成長させた領域
とを含む結晶性ケイ素膜から構成される、半導体装置。
【請求項４】前記活性領域が、前記横方向に結晶成長
させた領域の前記ケイ素膜から構成される素子能動領域
と、前記触媒元素が導入された領域を含む他の領域のケ
イ素膜から構成されるコンタクト領域とを含む、請求項
３に記載の半導体装置。
【請求項５】前記触媒元素が導入された領域と、前記
触媒元素を引き寄せる元素が導入された領域とが細長い
矩形状であり、かつ所定の間隔で互いに平行に配置さ
れ、該平行に配置された領域の間に前記活性領域または
前記素子能動領域が配置される、請求項４に記載の半導
体装置。
【請求項６】前記触媒元素が導入された細長い矩形状
領域と、前記触媒元素を引き寄せる元素が導入された細
長い矩形状領域との間隔が、該触媒元素がシリサイド化
して拡散移動できる距離であり、かつ該触媒元素を引き
寄せる元素が該触媒元素を引き寄せる距離より小さい、
請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】前記触媒元素がニッケルであり、前記触
媒元素を引き寄せる元素がリンであり、そして前記触媒
元素が導入された細長い矩形状領域と、前記触媒元素を
引き寄せる元素が導入された細長い矩形状領域との間隔
が１５０μm以下である、請求項６に記載の半導体装
置。
【請求項８】前記触媒元素が導入された複数の細長い
矩形状領域と、前記触媒元素を引き寄せる元素が導入さ
れた複数の細長い矩形状領域とが、所定の間隔で互いに
平行に交互に配置され、該交互に配置された領域の間の
領域に、複数の前記活性領域または複数の前記素子能動
領域が配置される、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項９】（a）基板上に非晶質ケイ素膜を形成す
る工程；（b）該非晶質ケイ素膜の所定の領域に触媒元素を選択
的に導入する工程；（c）該非晶質ケイ素膜の所定の領域に、該触媒元素を
引き寄せる元素を選択的に導入する工程；（d）加熱処理を行い、該触媒元素が導入された領域か
ら、該触媒元素を引き寄せる元素が導入された領域へ
と、該非晶質ケイ素膜を横方向に結晶成長させるととも
に、該触媒元素を、該触媒元素が導入された領域から、
該触媒元素を引き寄せる元素が導入された領域へと移動
させる工程；および（e）該触媒元素が導入された領域と、該触媒元素を引
き寄せる元素が導入された領域との間に存在する、該非
晶質ケイ素膜を横方向に結晶成長させて得られた結晶性
ケイ素膜から活性領域を形成する工程；を包含する、半
導体装置の製造方法。
【請求項１０】（a）基板上に非晶質ケイ素膜を形成
する工程；（b）該非晶質ケイ素膜の所定の領域に触媒元素を選択
的に導入する工程；（c）該非晶質ケイ素膜の所定の領域に、該触媒元素を
引き寄せる元素を選択的に導入する工程；（d）加熱処理を行い、該触媒元素が導入された領域か
ら、該触媒元素を引き寄せる元素が導入された領域へ
と、該非晶質ケイ素膜を横方向に結晶成長させるととも
に、該触媒元素を、該触媒元素が導入された領域から、
該触媒元素を引き寄せる元素が導入された領域へと移動
させる工程；および（e'）該触媒元素が導入された領域と、該触媒元素を引
き寄せる元素が導入された領域との間に存在する該非晶
質ケイ素膜を横方向に結晶成長させて得られた結晶性ケ
イ素膜と、該触媒元素が導入され結晶化された結晶性ケ
イ素膜とから活性領域を形成する工程；を包含する、半
導体装置の製造方法。
【請求項１１】前記工程（b）および（c）が、それぞ
れ異なる導入マスクを用いて、前記非晶質ケイ素膜の異
なる領域に、前記触媒元素および前記触媒元素を引き寄
せる元素をそれぞれ導入する工程を含む、請求項９また
は１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】前記工程（b）および（c）が、所定の
導入マスクを用いて触媒元素を選択的に導入する工程
と、該触媒元素の導入に用いられたマスクと別のマスク
とを組み合わせて該触媒元素が導入された領域の一部に
該触媒元素を引き寄せる元素をさらに導入する工程とを
含む、請求項９または１０に記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項１３】前記工程（e'）が、前記非晶質ケイ素
膜を横方向に結晶成長させて得られた結晶性ケイ素膜か
ら活性領域中の素子能動領域を形成し、該触媒元素が導
入された領域を含む他の領域のケイ素膜から活性領域中
のコンタクト領域を形成する工程を含む、請求項１０に
記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】前記工程（d）は、前記触媒元素を引
き寄せる元素が、前記非晶質ケイ素膜の自発的核発生を
抑えた状態で前記触媒元素を引き寄せるような加熱温度
および加熱時間で加熱処理を行う工程を含む、請求項９
〜１３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】前記工程（d）の後、（f）前記触媒元素を引き寄せる元素が導入された領域
の前記ケイ素膜をエッチング除去し、次いで、残りのケ
イ素膜に強光を照射して該ケイ素膜をさらに結晶化させ
る工程をさらに含む、請求項９〜１４のいずれかに記載
の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】前記工程（e）または（e'）の後、（g）前記活性領域を形成する前記ケイ素膜に強光を照
射して、該ケイ素膜をさらに結晶化させる工程をさらに
含む、請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】前記工程（d）において、前記非晶質
ケイ素膜を成長させる方向が、半導体装置におけるキャ
リアの移動方向とほぼ平行である、請求項９〜１５のい
ずれかに記載の半導体装置の製造方法。