JP3207637B2 - 半導体装置及びその作製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス等の絶縁基板上
に設けられたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を有する半導
体装置及びその作製方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガラス等の絶縁基板上にＴＦＴを有する
半導体装置としては、これらのＴＦＴを画素の駆動に用
いるアクティブ型液晶表示装置やイメージセンサー等が
知られている。

【０００３】これらの装置に用いられるＴＦＴには、薄
膜状の珪素半導体を用いるのが一般的である。薄膜状の
珪素半導体としては、非晶質珪素半導体（ａ−Ｓｉ）か
らなるものと結晶性を有する珪素半導体からなるものの
２つに大別される。非晶質珪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量産性
に富むため、最も一般的に用いられているが、導電率等
の物性が結晶性を有する珪素半導体に比べて劣るため、
今後より高速特性を得る為には、結晶性を有する珪素半
導体からなるＴＦＴの作製方法の確立が強く求められて
いた。尚、結晶性を有する珪素半導体としては、多結晶
珪素、微結晶珪素、結晶成分を含む非晶質珪素、結晶性
と非晶質性の中間の状態を有するセミアモルファス珪素
等の非単結晶珪素膜が知られている。以下においては、
結晶性を有する珪素半導体を結晶性珪素半導体、結晶性
を有する珪素半導体膜を結晶性珪素膜ということとす
る。

【０００４】これら結晶性を有する薄膜状の珪素半導体
を得る方法としては、 （１） 成膜時に結晶性を有する膜を直接成膜する。 （２） 非晶質の半導体膜を成膜しておき、レーザー光
のエネルギーにより結晶性を有せしめる。 （３） 非晶質の半導体膜を成膜しておき、熱エネルギ
ーを加えることにより結晶性を有せしめる。 と言った方法が知られている。しかしながら、（１）の
方法は良好な半導体物性を有する膜を基板上に全面に渡
って均一に成膜することが技術上困難であり、また成膜
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った。また、（２）
の方法は、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いた
め、スループットが低いという問題がまずあり、また大
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
が充分ではなく、次世代の技術という感が強い。（３）
の方法は、（１）、（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、やはり加熱温度として
６００℃以上の高温にすることが必要であり、安価なガ
ラス基板を用いることを考えると、さらに加熱温度を下
げる必要がある。特に現在の液晶表示装置の場合には大
画面化が進んでおり、その為ガラス基板も同様に大型の
物を使用する必要がある。この様に大型のガラス基板を
使用する場合には、半導体作製に必要不可欠な加熱工程
における縮みや歪みといったものが、マスク合わせ等の
精度を下げ、大きな問題点となっている。特に現在最も
一般的に使用されている７０５９ガラスの場合には、歪
み点が５９３℃であり、従来の加熱結晶化方法では大き
な変形を起こしてしまう。また、温度の問題以外にも現
在のプロセスでは結晶化に要する加熱時間が数十時間以
上にも及ぶので、さらにその時間を短くすることも必要
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決する手段を提供するものである。より具体的には
非晶質珪素からなる薄膜を加熱により結晶化させる方法
を用いた、結晶性を有する珪素半導体からなる薄膜の作
製方法において、結晶化に必要な温度の低温化と時間の
短縮を両立するプロセスを提供することをその目的とす
る。勿論、本発明で提供されるプロセスを用いて作製し
た結晶性を有する珪素半導体は、従来技術で作製された
ものと同等以上の物性を有し、ＴＦＴの活性層領域にも
使用可能なものであることは言うまでもないことであ
る。

【０００６】〔発明の背景〕本発明人らは、上記従来の
技術の項で述べた、非晶質の珪素半導体膜をＣＶＤ法や
スパッタ法で成膜し、該膜を加熱によって結晶化させる
方法について、以下のような実験及び考察を行った。

【０００７】まず実験事実として、ガラス基板上に非晶
質珪素膜を成膜し、この膜を加熱により結晶化させるメ
カニズムを調べると、結晶成長はガラス基板と非晶質珪
素との界面から始まり、比較的ランダムに結晶成長が進
行することが認められた。

【０００８】上記現象は、界面における不均一核生成の
臨界核が小さいことが理由の一つと考えられるが、より
直接的にはガラス基板と非晶質珪素膜との界面に結晶成
長の基となる結晶核（結晶成長の基となる種）が存在し
ており、その核から結晶が成長していくことに起因する
と考察される。このような結晶核は、基板表面に微量に
存在している不純物金属元素やガラス表面の結晶成分あ
るいは界面の微細な凹凸等であると考えられる。

【０００９】そこで、より積極的に結晶核を導入するこ
とによって結晶化温度の低温化が可能ではないかと考
え、その効果を確認すべく、他の金属を微量に基板上に
成膜し、その上に非晶質珪素からなる薄膜を成膜、その
後加熱結晶化を行う実験を試みた。その結果、幾つかの
金属を基板上に成膜した場合においては結晶化温度の低
下が確認され、異物を結晶核とした結晶成長が起こって
いることが予想された。そこで低温化が可能であった複
数の不純物金属について更に詳しくそのメカニズムを調
査した。

【００１０】結晶化は、初期の核生成と、その核からの
結晶成長の２段階に分けて考えることができる。ここ
で、初期の核生成の速度は、一定温度において点状に微
細な結晶が発生するまでの時間を測定することによって
観測されるが、この時間は上記不純物金属を成膜した薄
膜ではいずれの場合も短縮され、結晶核導入の結晶化温
度低温化に対する効果が確認された。しかも予想外のこ
とであるのだが、核生成後の結晶粒の成長を加熱時間を
変化させて調べたところ、ある種の金属を成膜後、その
上に成膜した非晶質珪素薄膜の結晶化においては、核生
成後の結晶成長の速度までが飛躍的に増大することが観
測された。このメカニズムについては後ほど詳しく述べ
ることにする。

【００１１】いずれにしろ、上記２つの効果により、あ
る種の金属を微量に成膜した上に非晶質珪素からなる薄
膜を成膜、その後加熱結晶化した場合には、従来考えら
れなかったような、５８０℃以下の温度で４時間程度の
時間で十分な結晶性が得られることが判明した。この様
な効果を有する不純物金属の例として、鉄、コバルト、
ニッケル、銅、パラジウム、銀、白金が挙げられる。こ
れらの中で、最も効果が顕著であり、かつ扱いやすい材
料として銅が挙げられ、今後本明細書中では銅に限定し
た議論を行う事とする。

【００１２】銅がどの程度の効果を有するのか一例を挙
げると、なんら処理を行なわない、即ち銅の微量な薄膜
を成膜していない基板上（コーニング７０５９）にプラ
ズマＣＶＤ法で形成された非晶質珪素からなる薄膜を窒
素雰囲気中での加熱によって、結晶化する場合、その加
熱温度として６００℃とした場合、加熱時間として１０
時間以上の時間を必要としたが、銅の微量な薄膜を成膜
した基板上の非晶質珪素からなる薄膜を用いた場合に
は、４時間程度の加熱において同様な結晶化状態を得る
こができた。尚この際の結晶化の判断はラマン分光スペ
クトルを利用した。このことだけからも、銅の効果が非
常に大きいことが判るであろう。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記説明から判る様に、
銅の微量な薄膜を成膜した上から、非晶質珪素からなる
薄膜を成膜した場合、結晶化温度の低温化及び結晶化に
要する時間の短縮が可能である。そこで、このプロセス
をＴＦＴの製造に用いることを前提に、さらに詳細な説
明を加えていくことにする。尚、後ほど詳述するが、銅
の薄膜は基板上のみならず非晶質珪素上に成膜しても同
様の効果を有すること、及びイオン注入でも同様に低温
結晶化が可能であった。

【００１４】まず銅の微量添加の方法について説明す
る。銅の微量添加は、基板上に微量な銅薄膜を成膜し、
その後非晶質珪素を成膜する方法でも、先に非晶質珪素
を成膜し、その上から微量な銅薄膜を成膜する方法で
も、両者同様に低温化の効果が有り、その成膜方法はス
パッタ法でも、蒸着法でも可能で、成膜方法は問わない
ことが判明している。ここで便宜上薄膜と称している
が、非常に薄く薄膜を成膜した場合には、完全な面とは
ならず島状に成膜されるばあいがある。その様な場合で
も低温結晶化は可能であり、本明細書中では薄膜として
これらを含むものとする。尚、蒸着法でも可能であるこ
とは、銅が膜中に存在しなくても、表面に存在するだけ
でも良い（スパッタ法の場合、膜中にある程度の深さで
侵入する）こととなり、単純に珪素と銅が原子的に接触
していれば良い、即ち両者の界面が結晶化の重要な鍵を
握っていること暗示するものである。

【００１５】また、微量添加の方法としては、非晶質珪
素の上または下に接して薄膜を形成する以外に、イオン
注入によって銅を添加してもほぼ同様の効果が確認され
た。しかしながら、イオン注入を行なうと界面が大きく
荒れてしまい、その他の理由でデバイス特性を悪化させ
る可能性が高いため、できれば前述のスパッタ等の方法
の方が望ましい。また、結晶化させんとする非晶質珪素
膜または非単結晶珪素膜の成膜時に、不純物として銅を
添加しても同様の効果が期待できる。更には、後の工程
において銅を析出するような材料であれば、銅単体でな
くとも銅化合物であっても良い。その例としては、銅の
塩を水溶液としたものをディッピング等の方法によって
非晶質珪素膜上に塗布し、その後加熱することによって
も低温結晶化が可能であった。この場合も厳密には銅の
塩は粒子状になっていることが予想されるが、本明細書
では薄膜に含めることとする。

【００１６】銅の量としては、１×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／
ｃｍ³ 以上の量の添加において低温化が確認されている
が、１×１０²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 以上の添加量におい
ては、ラマン分光スペクトルのピークの形状が珪素単体
の物とは明らかに異なることから、実際に使用可能であ
るのは１×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 〜５×１０¹⁹ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ³ 程度の範囲であると思われる。また、半
導体物性として、ＴＦＴの活性層に使用することを考え
ると、この量を１×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³〜２×１
０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ に抑えることが必要である。

【００１７】続いて、銅を用いた場合に推測される結晶
化機構について説明を加える。

【００１８】上述の通り、銅等の晶化用触媒金属を添加
しない場合には、基板界面等の結晶核からランダムに核
が発生し、その核からの結晶成長も同様にランダムで、
作製方法によっては（１１０）或いは（１１１）に比較
的配向した結晶が得られることが報告されており、当然
ながら薄膜全体に渡ってほぼ均一な結晶成長が観測され
る。

【００１９】まずこの機構を確認すべく、ＤＳＣ（示差
走査熱量計）による解析を行った。プラズマＣＶＤで基
板上に成膜した非晶質珪素薄膜を、基板についたまま試
料容器に充填し、一定速度で昇温していった。すると、
およそ７００℃前後で明確な発熱ピークが観察され、結
晶化が観測された。この温度は、昇温速度を変えると当
然シフトするが、例えば１０℃／ｍｉｎの速度で行った
場合には７００．９℃から結晶化が開始した。次に昇温
速度を３種類変えたものを測定し、それらから小沢法に
よって初期核生成後の結晶成長の活性化エネルギーを求
めた。すると、およそ３．０４ｅＶという値が得られ
た。また、反応速度式を理論曲線とのフィッティングか
ら求めたところ、無秩序核生成とその成長モデルによっ
て、最も良く説明されることが判明し、基板界面等の結
晶核からランダムに核が発生し、その核からの結晶成長
というモデルの妥当性が確認された。

【００２０】前述と全く同様の測定を、銅を微量添加し
たものについても行ってみた。すると、１０℃／ｍｉｎ
の速度で昇温を行った場合には６１９．９℃から結晶化
が開始し、それら一連の測定から求めた結晶成長の活性
化エネルギーはおよそ１．８７ｅＶであって、結晶成長
が容易となっていることが数値的にも明らかとなった。
また、理論曲線とのフィッティングから求めた反応速度
式は、一次元的界面律速のモデルに近く、結晶成長に一
定方向の方向性を有することが示唆された。

【００２１】ここで、結晶化開始温度が低温化されるこ
とについては、前述の通り異物の効果として比較的容易
に考えられるのであるが、結晶成長の活性化エネルギー
まで下がった原因は何であろうか。この理由として、発
明者らは以下の様な理由を考えている。

【００２２】非晶質の結晶化における核生成速度式及び
結晶成長速度式はＡｖｒａｍｉらによる非常に優れた仕
事が残されており、それによると両式には母相と結晶相
との界面における原子の拡散定数が一次の積の形で含ま
れており、更に融点よりもかなり低温側では、成長速度
は主に拡散速度で決まることが示されている。其故に原
子の拡散定数を大きくすることが、低温結晶成長には大
きな効果を有すると考えられるが、その手法としては以
下の２つが考えられる。 １．非晶質膜の粘性を変化させて、より珪素原子が動き
やすい環境にする。 ２．欠陥あるいは空孔等を大量に導入し、珪素原子が動
きやすい環境にする。 ここで、２．が拡散定数を大きくするために有用である
のは、結晶珪素における自己拡散が主として欠陥を媒体
として進行することからの類推である。

【００２３】ここで今回の銅の添加について考えると、
銅が表面（界面）にあっても、内部にあっても大きくそ
の結晶性に変化が無いことから、粘性等が大きく変わっ
たとは考えづらい。そこで、２．の可能性について検討
する。

【００２４】銅は珪素半導体の常識では、原子間位置に
侵入する侵入型原子として知られている。このことは銅
が珪素と同様の４配位が安定ではないことを示してい
る。しかしながら、今回の様に非晶質に導入された場合
には、Ｍｏｔｔらにより示されている様に、非晶質故の
形状の自由度により銅のオクテット則を満たすような配
位が取りうる。その場合には銅は活性化され、その周囲
の珪素のフェルミレベルが大きく変化することが当然の
結果として予想される。その場合、珪素膜中の電気的中
性の原理を満たすべく、内部に欠陥あるいはダングリン
グボンド等が生成して安定化を計ることが考えられる。
このダングリングボンドの生成に関しては、Ｓｔｒｅｅ
ｔらの化学平衡説等が知られている。いずれにしろ、銅
を添加することにより、膜中に欠陥が導入される、即ち
２．が実現されることは充分にあり得ると思われる。し
かも、長距離秩序を持たない非晶質故に、活性化された
銅の極近傍に生成する可能性が高い。

【００２５】上記の機構により結晶化が促進されている
と考えると、界面において銅と珪素が原子的に接してい
ることが必要であることも納得できるし、また後述する
横成長の結晶形態とも矛盾なく整合するものと思われ
る。

【００２６】次いで、上記銅の微量添加によって得られ
た結晶性珪素膜の結晶形態について説明を加える。

【００２７】結晶化機構の説明の際にも触れたが、添加
した銅は非晶質中に取り込まれ結晶化を促進するが、一
度結晶化した場合には、固溶限界が低いこと、あるいは
非晶質中と結晶中の安定性の違い等の要因で結晶内部か
ら殆どが排除され、多くは非晶質中あるいはその界面に
存在するものと考えられる。即ち、結晶化に伴い銅が移
動し、その移動した銅の効果でその周囲が結晶化すると
いう現象が連続的に生成しているものと思われる。しか
も、結晶成長の容易さは成長方位によって異なること及
び銅の吸着の容易さが面方位によって当然異なること等
から、特定の方位に方向性をもって結晶成長することが
理論的に予想される。では実際にはどうであるかだが、
銅の直接添加領域は比較的ランダムな結晶成長が観測さ
れる。このことは多くの銅原子の周囲から一斉に結晶成
長が発生するためであると考えている。次に銅を添加し
た領域の周辺の領域は結晶が基板に概略水平方向に針状
あるいは柱状に結晶成長している様が確認された。この
現象は、結晶化の機構的には直接添加部分と同様である
が、結晶の成長方向が基板に垂直方向成分を有するもの
は、上下いずれかの界面にぶつかって結晶成長が終了し
てしまい、基板に概略平行な成長を行った結晶だけが残
ることによると思われる。以下、本明細書において、こ
のように銅の直接添加領域から周辺に伸びた基板に平行
な横方向への結晶成長領域を「横成長」領域と呼ぶこと
にする。

【００２８】次に、銅を使用した場合の、銅微量添加部
分とその近傍の横成長部分についての電気特性を説明す
る。銅微量添加部分の電気特性は、導電率に関してはほ
ぼ銅を添加していない膜、即ち６００℃程度で数十時間
結晶化を行ったものと同程度の値であり、また導電率の
温度依存性から活性化エネルギーを求めたところ、銅の
添加量を前述の範囲の内１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 〜１
０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 程度とした場合には、銅の準位
に起因すると思われる様な挙動は観測されなかった。即
ち、この実験事実からは、上記の濃度であればＴＦＴの
活性層等として使用が可能であることが考察される。そ
れ以上濃度が高くなると、低温側で銅の準位に起因する
と思われる多数のキャリアの影響で、特性が真性半導体
のものとは変化してくることが観察された。

【００２９】それに対し、横成長部分は、導電率が銅微
量添加部分と比較して１桁以上高く、結晶性を有する珪
素半導体としてはかなり高い値を有していた。このこと
は、電流のパス方向が結晶の横成長方向と合致したた
め、電極間で電子が通過する間に存在する粒界が少ない
あるいは殆ど無かったことによるものと考えられる。即
ち、キャリアの移動が針状または柱状に成長した結晶の
粒界に沿ったものとなるので、キャリアは移動しやすい
状態が実現されている、と考えることができる。

【００３０】また、図１に示すように１００の領域に選
択的に銅を珪化銅膜として導入し、しかる後に非晶質珪
素膜１０４を公知のプラズマＣＶＤ法で形成し、さらに
５５０度、４時間の加熱によって結晶化をさせた場合、
銅が導入された領域１００では基板１０１に垂直な成分
を有するランダムな結晶成長が起こり、同時に１００以
外の領域においては、矢印１０５で示すように基板１０
１に平行な方向に横方向成長が行われる。そして、この
結果結晶性珪素膜が得られる。この結晶性珪素膜中の銅
の濃度をＳＩＭＳで測定したところ、以下のような知見
が得られた。

【００３１】１．銅の濃度分布は、膜の厚さ方向におい
てそれ程大きくない。 ２．銅が直接導入された領域（例えば、図１でいうと１
００の領域）における銅濃度は、銅膜の成膜条件に大き
く影響される。言い換えるならば、その領域における銅
濃度の再現性はそれ程高くない。 ３．基板に平行な方向に結晶成長した領域（銅が直接導
入されていない領域）においては、上記２の銅が直接導
入された領域よりもその濃度が約１桁以上小さく、その
濃度の再現性は高く得られる。

【００３２】例えば、銅が直接導入され、基板に垂直な
方向に結晶成長した領域においては、約１×１０¹⁸ｃｍ
^-3の濃度で銅が存在している場合、その銅が導入された
領域から約４０μｍ離れた基板に平行な方向に結晶成長
した領域、即ち横方向成長が行われた領域では、測定さ
れる銅濃度は約１×１０¹⁷と約１桁少ない。従って、デ
バイスとして利用するには、この基板に平行な方向に結
晶成長した領域を利用することが有用である。

【００３３】直接銅が導入される領域での珪素膜中での
銅濃度を制御することは大変困難であり、この場合の銅
濃度は、銅膜（あるいは珪化銅膜）の成膜条件によって
大きく変化する。これは、この領域（例えば図１の１０
０の領域）での銅濃度が、２０Å程度という極めてシビ
アな膜厚（実際に測定することは困難であり、成膜レー
トから概算した値である）が要求される成膜条件に直接
依存するためであると考えられる。周知のように、スパ
ッタ法等の成膜方法で大面積に２０Å程度の膜を均一性
良く成膜することは不可能である。従って、その成膜の
再現性の悪さが直接珪素膜中の銅濃度に反映するものと
考えられる。また、この銅濃度のバラツキは、この銅が
直接導入された領域を活性層として形成したＴＦＴの特
性にも直接影響する。即ち、銅が直接導入された領域
（例えば図１の１００）を利用してＴＦＴを作製する
と、その特性のバラツキが大きく現れる。これも極薄膜
の銅膜の成膜の再現性の悪さに起因するものと考えられ
る。

【００３４】一方、銅が導入された領域から離れた領
域、即ち銅が直接導入された領域から結晶が基板に平行
な方向に横方向成長した領域の銅濃度は、概して銅が直
接導入された領域よりもその濃度が小さく（前述のよう
に４０μｍ離れた場所で約１桁小さい）、さらにそのバ
ラツキが小さくなる傾向が見られた。また、実験によれ
ば、ＴＦＴとして満足のいく特性が得られる活性層中の
銅の濃度は、１×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 〜２×１０
¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 程度であることが分かっている
が、基板に平行に結晶成長した領域においては、直接の
銅の導入量（銅が導入された領域、例えば領域１００に
おける珪素膜１０４中の銅濃度）に係わらず、上記所定
の銅濃度が比較的安定して得られることが判明してい
る。即ち、銅が導入された領域から基板に平行に結晶成
長した領域を利用してＴＦＴを形成すると、極めて再現
性良くＴＦＴを得ることができる。

【００３５】さらにまた、上記銅濃度の範囲内の領域を
選ぶこと、あるいは所定の領域（但し銅が直接導入され
る１００で示される領域は不可）の銅濃度を上記範囲内
にすることも容易であることが確認されている。例え
ば、所定の銅濃度を有する領域を選ぶには、銅が導入さ
れた領域からの距離を設定することで銅を所定の濃度と
することができる。但しこの場合、必要とする珪素膜の
結晶性が得られることが条件となる。

【００３６】また、この基板に平行に結晶成長した領域
における銅濃度を制御するには、結晶化の条件（主に加
熱時間と加熱温度）を制御することによっても行え、そ
の制御は、銅が直接導入された領域における銅濃度を制
御するのに比較して極めて容易である。

【００３７】以上のように、結晶化のために銅が添加さ
れた領域から基板に平行に結晶成長した領域、即ち横方
向成長領域を半導体装置に利用することは、 （１） 結晶の配向性を積極的に利用でき、高移動度を
有するキャリアを利用できる。 （２） 結晶化のために添加した銅の濃度が低い領域を
利用できる。 （３） 上記（２）の領域が再現性良く得られる。 （４） 結晶化のための銅の濃度を容易に制御すること
ができる。 という点で有用である。

【００３８】では最後に、上述の各種特性を踏まえた上
でＴＦＴに応用する方法について説明する。ここでＴＦ
Ｔの応用分野としてはＴＦＴを画素の駆動に用いるアク
ティブマトリックス型液晶表示装置を想定するものとす
る。

【００３９】前述の様に、最近の大画面のアクティブマ
トリックス型液晶表示装置においては、ガラス基板の縮
みを抑えることが重要であるが、本発明の低温結晶化用
触媒金属微量添加プロセスを用いることにより、ガラス
の歪み点に比較して十分に低い温度で結晶化が可能であ
り、特に好適である。本発明を用いれば、従来非晶質珪
素を用いていた部分を、低温結晶化用触媒金属を微量添
加し、５００〜５５０℃程度で４時間程度結晶化させる
ことにより、結晶性を有する珪素に置き換えることが容
易に可能である。勿論、デザインルール等をそれ相応に
変更する必要はあるが、装置、プロセス共従来の物で十
分に対応可能であり、そのメリットは大きいものと考え
られる。

【００４０】しかも、今回の発明を用いれば、画素に用
いるＴＦＴと、周辺回路のドライバーを形成するＴＦＴ
とを、それぞれ特性に応じた結晶形態を利用して作り分
けることも可能であり、アクティブ型液晶表示装置への
応用に特にメリットが多い。画素に用いるＴＦＴは、そ
れほどのモビリティは必要とされておらず、それよりは
オフ電流が小さいことの方がメリットが大きい。そこで
本発明を用いる場合には、画素に用いるＴＦＴとなるべ
き領域に直接低温結晶化用触媒金属微量添加を行うこと
によって、結晶をランダムに成長させ、その結果チャネ
ル方向に粒界を多数形成してオフ電流を低下させること
が可能である。勿論、直接添加領域は銅の濃度が高いた
め、その濃度を影響がでない範囲内に押さえ込む必要が
あるのは言うまでもない。それに対して、周辺回路のド
ライバーを形成するＴＦＴは、今後ワークステーション
への応用等を考えた場合には、非常に高いモビリティが
必要である。そこで本発明を応用する場合には、周辺回
路のドライバーを形成するＴＦＴの近傍に銅の微量添加
を行い、そこから一方向（基板に平行な方向）に結晶を
成長させ、その結晶成長方向をチャネルの電流のパス方
向と揃えることにより、非常に高い移動度を有するＴＦ
Ｔを作製することが可能である。

【００４１】また、画像情報や光信号を取扱うためのセ
ンサーをガラス基板上に集積化した装置が知られてい
る。例えば、集積化されたイメージセンサー等が知られ
ている。このような装置において、可視光を検出するの
であれば、分光感度の点から、非晶質珪素（ａ−Ｓｉ）
を用いることが好ましい。しかし、駆動回路部分には高
速動作が要求されるスイッチング素子が必要とされるの
で、駆動回路部分の素子例えばＴＦＴを非晶質珪素膜で
構成するのは好ましくない。このような場合、上記の高
移動度ＴＦＴを利用するのが有用である。例えば、セン
サー部分には、非晶質珪素膜を利用したフォトダイオー
ドやフォトトランジスタを形成し、周辺回路部分は、本
発明の結晶性珪素膜を利用してトランジスタを形成す
る。そしてこれらの回路を同一基板（例えばガラス基
板）上に集積化されて作り分けられる構成とすることが
できる。

【００４２】即ち、本発明を利用するならば、所定の領
域に結晶性珪素膜の領域と非晶質珪素膜の領域を作り分
けることができ、しかも横方向に結晶成長した結晶性珪
素膜の領域を利用することで、キャリアが高速で移動で
きるデバイスを形成することができる。上記のような有
用性は、液晶表示装置やセンサー等に限らず、広く基板
上に集積化された半導体装置に利用することができる。
即ち、基板上に薄膜半導体を利用したトランジスタやダ
イオード、さらには抵抗やキャパシタを集積化した装置
に利用することができる。

【００４３】

【作用】珪素を結晶化させるために銅を微量添加した領
域から、基板に対して平行な方向に針状あるいは柱状に
結晶成長を行わせ、該結晶成長領域を用いてＴＦＴ等の
活性層を構成することによって、微量元素が導入された
領域よりもその濃度が少ない領域を活性層として利用す
ることができ、前記微量元素の影響を受けないデバイス
を得ることができる。

【００４４】また、デバイスの形成に際して、針状ある
いは柱状に結晶成長した結晶性珪素膜の結晶成長方向に
合わせてキャリアが流れるように設定することで、デバ
イスの特性を高めることができる。さらにこの領域は、
前記微量元素の濃度が低く、またその濃度を容易に制御
できるので、必要とする特性を有するデバイスを再現性
良く得ることができる。

【００４５】

【実施例】〔実施例１〕本実施例は、ガラス基板上に結
晶性珪素膜を用いたＰチャネル型ＴＦＴ（ＰＴＦＴとい
う）とＮチャネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴという）とを相補
型に組み合わせた回路を形成する例である。本実施例の
構成は、アクティブ型の液晶表示装置の画素電極のスイ
ッチング素子や周辺ドライバー回路、さらにはイメージ
センサやその他集積回路に利用することができる。

【００４６】図１に本実施例の作製工程の断面図を示
す。まず、基板（コーニング７０５９）１０１上にスパ
ッタリング法によって厚さ２０００Åの酸化珪素の下地
膜１０２を形成する。つぎにメタルマスクまたは酸化珪
素膜等によって形成されたマスク１０３を設ける。この
マスク１０３は、スリット状に下地膜１０２を１００で
示す領域において露呈させる。即ち、図１（Ａ）の状態
を上面から見ると、スリット状に下地膜１０２は露呈し
ており、他の部分はマスクされている状態となってい
る。

【００４７】上記マスク１０３を設けた後、スパッタリ
ング法によって、厚さ５〜２００Å、例えば２０Åの銅
薄膜を１００の領域に選択的に成膜する。

【００４８】つぎに、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ
５００〜１５００Å、例えば１０００Åの真性（Ｉ型）
の非晶質珪素膜１０４を成膜する。そして、これを水素
還元雰囲気下（好ましくは、水素の分圧が０．１〜１気
圧），５５０℃、または不活性雰囲気化（大気圧），５
５０℃、で４時間アニールして結晶化させる。この際、
銅薄膜が選択的に成膜された１００の領域においては、
結晶性珪素膜１０４の結晶化がランダムな方向に起こ
る。そして、領域１００以外の領域では、矢印１０５で
示すように、領域１００から横方向（基板と平行な方
向）に結晶成長が行われる。

【００４９】そしてこの結晶化を助長させ、さらに緻密
な結晶性珪素膜を得るために、上記加熱アニールの後に
ランプ加熱によるアニールを行う。このアニールは、
１．２μｍの赤外光を用いて行う。また、このアニール
の時間は５分以内とする。赤外光は、珪素には効率良く
吸収され、珪素の膜質改善には大きな効果を得ることが
できる。一方、ガラス基板には吸収されにくいので、珪
素に対して選択的にエネルギーを与えるとともに、ガラ
ス基板はあまり加熱しないという有意性が得られる。こ
のランプ加熱によるアニールに用いられる光としては、
タングステンハロゲンランプ光（波長０．５μｍ〜３．
５μｍ）等を用いることができる。このランプ加熱によ
るアニールによって、緻密な結晶性珪素膜を得ることが
できる。また、上記ランプ加熱の代わりにレーザー光を
用いたアニールを行うことも可能である。

【００５０】また、上記ランプ加熱によるアニールを行
った結晶性珪素膜と、上記ランプ加熱を行わなかった場
合の結晶性珪素膜とでＮチャネル型ＴＦＴをそれぞれ形
成し、その移動度を測定したところ、平均で約２０％の
向上が見られた。これは、上記ランプ加熱による結晶性
の改善、特に膜中の欠陥を大きく減少できたことによる
ものと考えられる。

【００５１】上記工程の結果、非晶質珪素膜を結晶化さ
せて、結晶性珪素膜１０４を得ることができる。その
後、素子間分離を行い、ＴＦＴのソース／ドレイン領
域、チャネル形成領域が形成される活性層の領域を確定
する。本実施例においては、約４０μｍ以上にわたって
基板に平行な方向への結晶成長（横方向成長）が見られ
たので、それぞれの活性層の長さ（ソース／ドレイン方
向の長さ）を４０μｍとした。この場合、チャネルの中
心と銅が導入された位置との距離は約２０μｍとなる
が、この距離を設定することで、活性層中（特にチャネ
ル形成領域）での銅の濃度を選択することができる。

【００５２】つぎに、スパッタリング法によって厚さ１
０００Åの酸化珪素膜１０６をゲイト絶縁膜として成膜
する。スパッタリングには、ターゲットとして酸化珪素
を用い、スパッタリング時の基板温度は２００〜４００
℃、例えば３５０℃、スパッタリング雰囲気は酸素とア
ルゴンで、アルゴン／酸素＝０〜０．５、例えば０．１
以下とする。

【００５３】この工程の後、先程のランプ加熱によるア
ニールを再度行う。これは、酸化珪素膜より成るゲイト
絶縁膜１０６と結晶性珪素膜１０４との界面特性を改善
するためである。勿論、このランプ加熱のアニールによ
っても結晶性珪素膜１０４の結晶性はさらに改善され
る。周知のように、絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ
のゲイト絶縁膜とチャネル形成領域（図１においては、
１１２と１１５がチャネル形成領域となる結晶性珪素膜
部分である）との界面特性を改善すること、具体的に
は、その領域における欠陥や準位を極力低減させること
は重要である。よって、このゲイト絶縁膜１０６の形成
後に行われるランプ加熱によるアニールは大きな効果を
得ることができる。また、ランプ加熱の代わりにレーザ
ー光の照射によるアニールを行ってもよい。

【００５４】つぎに、スパッタリング法によって、厚さ
６０００〜８０００Å、例えば６０００Åのアルミニウ
ム（０．１〜２％のシリコンを含む）を成膜する。そし
て、パターニングを行い、ゲイト電極１０７、１０９を
形成する。さらに、このアルミニウムの電極の表面を陽
極酸化して、表面に酸化物層１０８、１１０を形成す
る。この陽極酸化は、酒石酸が１〜５％含まれたエチレ
ングリコール溶液中で行った。得られた酸化物層１０
８、１１０の厚さは２０００Åであった。なお、この酸
化物１０８と１１０とは、後のイオンドーピング工程に
おいて、オフセットゲイト領域を形成する厚さとなるの
で、オフセットゲイト領域の長さを上記陽極酸化工程で
決めることができる。勿論このゲイト電極は、珪素を主
成分とするもの、さらには珪素と金属とのシリサイドを
有するもの、金属を主成分とするもの、珪素と金属との
積層を有する構造であってもよい。

【００５５】次に、イオンドーピング法（イオン注入
法）によって、活性層領域（ソース／ドレイン、チャネ
ルを構成する）に一導電型を付与する不純物を添加す
る。このドーピング工程において、ゲイト電極１０７と
その周囲の酸化層１０８、ゲイト電極１０９とその周囲
の酸化層１１０をマスクとして不純物（燐およびホウ
素）を注入する。ドーピングガスとして、フォスフィン
（ＰＨ₃ ）およびジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）を用い、前者の
場合は、加速電圧を６０〜９０ｋＶ、例えば８０ｋＶ、
後者の場合は、４０〜８０ｋＶ、例えば６５ｋＶとす
る。ドース量は１×１０¹⁵〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2、例え
ば、燐を２×１０¹⁵ｃｍ^-2、ホウ素を５×１０¹⁵とす
る。ドーピングに際しては、一方の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１１４と１１
６、Ｐ型の不純物領域１１１と１１３が形成され、Ｐチ
ャネル型ＴＦＴ（ＰＴＦＴ）の領域とＮチャネル型ＴＦ
Ｔ（ＮＴＦＴ）との領域を形成することができる。

【００５６】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行う。レーザー光としては、ＫｒＦエキシマレーザー
（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を用いた
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が２００〜４００ｍＪ／ｃｍ² 、
例えば２５０ｍＪ／ｃｍ² とし、一か所につき２〜１０
ショット、例えば２ショット照射する。このレーザー光
の照射時に基板を２００〜４５０℃程度に加熱すること
は有用である。このレーザアニール工程において、先に
結晶化された領域には銅が拡散しているので、このレー
ザー光の照射によって、再結晶化が容易に進行し、Ｐ型
を付与する不純物がドープされた不純物領域１１１と１
１３、さらにはＮを付与する不純物がドープされた不純
物領域１１４と１１６は、容易に活性化させることがで
きる。

【００５７】またこのソース／ドレイン領域のアニール
方法として、前述のランプ加熱によるアニール方法も有
効である。このランプ加熱（例えば１．２μｍの赤外光
を用いる）は前述のように、珪素を選択的に加熱するの
で、ガラス基板の加熱を極力避けたい本実施例のような
工程には有用である。

【００５８】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜１１
８を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成
し、これにコンタクトホールを形成して、金属材料、例
えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってＴＦ
Ｔの電極・配線１１７、１２０、１１９を形成する。最
後に、１気圧の水素雰囲気で３５０℃、３０分のアニー
ルを行い、ＴＦＴを相補型に構成した半導体回路を完成
する。（図１（Ｄ））

【００５９】上記に示す回路は、ＰＴＦＴとＮＴＦＴと
を相補型に設けたＣＭＯＳ構造であるが、上記工程にお
いて、２つのＴＦＴを同時に作り、中央で切断すること
により、独立したＴＦＴを２つ同時に作製することも可
能である。

【００６０】図２に、図１（Ｄ）を上面から見た概要を
示す。図２における符号は図１の符号に対応する。図２
に示すように結晶化の方向は矢印１０５で示す方向であ
り、ソース／ドレイン領域の方向（ソース領域とドレイ
ン領域を結んだ線方向）に結晶成長が行われている。こ
の構成のＴＦＴの動作時において、キャリアはソース／
ドレイン間を針状あるいは柱状に成長した結晶に沿って
移動する。即ちキャリアは針状あるいは柱状の結晶の結
晶粒界に沿って移動する。従って、キャリアが移動する
際に受ける抵抗を低減することができ、高移動度を有す
るＴＦＴを得ることができる。

【００６１】本実施例においては、銅を導入する方法と
して、非晶質珪素膜１０４下の下地膜１０２上に選択的
に銅を銅薄膜（極めて薄いので、膜として観察すること
は困難である）として形成し、この部分から結晶成長を
行わす方法を採用したが、非晶質珪素膜１０４を形成後
に、選択的に銅薄膜を成膜する方法でもよい。即ち、結
晶成長は非晶質珪素膜の上面から行ってもよいし、下面
から行ってもよい。また銅の導入方法としては、銅を含
む電極を用いてプラズマ処理を行い、微量な銅を付着さ
せる方法を用いてもよい。また、予め非晶質珪素膜を成
膜し、さらにイオンドーピング法やイオンインプラテー
ション（イオン注入法）を用いて、銅イオンをこの非晶
質珪素膜１０４中に選択的に注入する方法を採用しても
よい。この場合は、銅元素の濃度を制御することができ
るという特徴を有するが、非晶質珪素薄膜と下地膜との
界面、あるいは非晶質珪素薄膜の上面を著しく荒らして
しまう可能性があるため、その注入条件の設定には注意
が必要である。

【００６２】〔実施例２〕本実施例は、アクティブ型の
液晶表示装置において、Ｎチャネル型ＴＦＴをスイッチ
ング素子として各画素に設けた例である。以下において
は、一つの画素について説明するが、他に多数（一般に
は数十万）の画素が同様な構造で形成される。また、Ｎ
チャネル型ではなくＰチャネル型でもよいことはいうま
でもない。また、液晶表示装置の画素部分に設けるので
はなく、周辺回路部分にも利用できる。また、イメージ
センサや他の集積回路に利用することができる。即ち薄
膜トランジタとして利用するのであれば、特にその用途
が限定されるものではない。

【００６３】本実施例の作製工程の概略を図３に示す。
本実施例において、基板２０１としてはコーニング７０
５９ガラス基板（厚さ１．１ｍｍ、３００×４００ｍ
ｍ）を使用した。まず、下地膜２０３（酸化珪素）をス
パッタリング法で２０００Åの厚さに形成する。この後
選択的に銅を導入するために、メタルマスクや酸化珪素
膜、またはフォトレジスト等により、マスク２０３を形
成する。そして、スパッタリング法により銅の薄膜を成
膜する。この際、銅の薄膜は非晶質珪素との界面におい
て反応し珪化銅となるため、予め珪化銅を直接成膜して
も良い。この銅薄膜は、スパッタリング法によって、厚
さ５〜２００Å、例えば２０Åの厚さに形成する。この
ようにして、選択的に領域２０４に銅薄膜が形成され
る。

【００６４】この後、ＬＰＣＶＤ法もしくはプラズマＣ
ＶＤ法で非晶質珪素膜２０５を１０００Åの厚さに形成
し、４００℃で１時間脱水素化を行った後、加熱アニー
ルによって結晶化を行う。このアニール工程は、水素還
元雰囲気下（好ましくは、水素の分圧が０．１〜１気
圧）、５５０℃で４時間行った。またこの加熱アニール
工程を窒素等の不活性雰囲気中で行ってもよい。

【００６５】このアニール工程において、非晶質珪素膜
２０５下の一部の領域（２０４の領域）には、銅薄膜が
形成されているので、この部分から結晶化が起こる。こ
の結晶化の際、図３（Ｂ）の矢印で示すように、銅が成
膜されている部分２０４では、基板２０１に垂直方向を
含むランダムな方向に珪素の結晶成長が進行する。ま
た、同様に矢印で示されるように、銅が成膜されいてい
ない領域（領域２０５以外の領域）においては、基板に
対し、平行な方向に結晶成長が行われる。この後実施１
と同様なランプ加熱によってアニールを行い、珪素膜の
結晶性の改善（緻密化）を行う。

【００６６】こうして、結晶性珪素よりなる半導体膜２
０５を得ることができる。次に、上記半導体膜２０５を
パターニングして島状の半導体領域（ＴＦＴの活性層）
を形成する。この際、チャンネル形成領域２０９が形成
される部分と銅が導入される２０４との距離を設定する
ことにより、チャネル形成領域２０９における銅の濃度
を決めることができる。即ちその距離を長くすれば、チ
ャネル形成領域２０９における銅濃度を小さくすること
ができ、その距離を短くすれば、チャネル形成領域にお
ける銅濃度を高くすることができる。勿論この場合、珪
素膜２０５が結晶化している領域でなければならない。

【００６７】さらにテトラ・エトキシ・シラン（ＴＥＯ
Ｓ）を原料として、酸素雰囲気中のプラズマＣＶＤ法に
よって、酸化珪素のゲイト絶縁膜（厚さ７００〜１２０
０Å、典型的には１０００Å）２０６を形成する。基板
温度はガラスの縮みやソリを防止するために４００℃以
下、好ましくは２００〜３５０℃とする。この後、実施
例１と同様に赤外光の照射によるランプ加熱を１分〜５
分行い、半導体膜２０５とゲイト絶縁膜２０６との界面
特性を向上させる。

【００６８】次に、公知の珪素を主成分とした膜をＣＶ
Ｄ法で形成し、パターニングを行うことによって、ゲイ
ト電極２０７を形成する。その後、Ｎ型の不純物とし
て、リンをイオン注入でドーピングし、自己整合的にソ
ース領域２０８、チャネル形成領域２０９、ドレイン領
域２１０を形成する。そして、ＫｒＦレーザー光を照射
することによって、イオン注入のために結晶性の劣化し
た珪素膜の結晶性を改善させる。このときにはレーザー
光のエネルギー密度は２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ² とす
る。このレーザー照射によって、このＴＦＴのソース／
ドレインのシート抵抗は３００〜８００Ω／ｃｍ² とな
る。この工程も、レーザー光を用いる代わりに、赤外光
のランプ加熱で行うことができる。

【００６９】その後、酸化珪素によって層間絶縁物２１
１を形成し、さらに、画素電極２１２をＩＴＯによって
形成する。そして、コンタクトホールを形成して、ＴＦ
Ｔのソース／ドレイン領域にクロム／アルミニウム多層
膜で電極２１３、２１４を形成し、このうち一方の電極
２１３はＩＴＯ２１２にも接続するようにする。最後
に、水素中で２００〜３００℃で２時間アニールして、
シリコンの水素化を完了する。このようにして、ＴＦＴ
を完成する。この工程は、同時に他の多数の画素領域に
おいても同時に行われる。

【００７０】本実施例で作製したＴＦＴは、ソース領
域、チャネル形成領域、ドレイン領域を構成する活性層
として、キャリアの流れる方向に結晶成長させた結晶性
珪素膜を用いているので、結晶粒界をキャリアが横切る
ことがなく、即ちキャリアが針状あるいは柱状の結晶の
結晶粒界に沿って移動することになるから、キャリアの
移動度の高いＴＦＴを得ることができる。本実施例で作
製したＴＦＴはＮチャネル型であり、その移動度は、９
０〜１３０（ｃｍ² ／Ｖｓ）であった。従来の６００
℃、４８時間の熱アニールによる結晶化によって得られ
た結晶性珪素膜を用いたＮチャネル型ＴＦＴの移動が、
８０〜１００（ｃｍ² ／Ｖｓ）であったことと比較する
と、これは大きな特性の向上である。

【００７１】また上記の工程と同様な作製方法によっ
て、Ｐチャネル型ＴＦＴを作製し、その移動度を測定す
ると、８０〜１２０（ｃｍ² ／Ｖｓ）であった。これも
従来の６００℃、４８時間の熱アニールによる結晶化に
よって得られた結晶性珪素膜を用いたＰチャネル型ＴＦ
Ｔの移動が、３０〜６０（ｃｍ² ／Ｖｓ）であったこと
に比較すると大きな特性の向上である。

【００７２】〔実施例３〕本実施例は、実施例２に示す
ＴＦＴにおいて、結晶の成長方向に対して垂直な方向に
ソース／ドレインを設けた例である。即ち、キャリアの
移動する方向が結晶成長方向とは垂直になっており、針
状あるいは柱状の結晶の結晶粒界を横切るようにしてキ
ャリアが移動する構成とした例である。このような構成
とすると、ソース／ドレイン間の抵抗を高くすることが
できる。これは、針状あるいは柱状に結晶成長した結晶
の結晶粒界を横切るようにキャリアが移動しなければな
らないためである。本実施例の構成を実現するには、実
施例２に示す構成において、単にＴＦＴをどのような向
きで設けるかを設定すればよい。

【００７３】〔実施例４〕本実施例は、実施例２に示す
構成において、ＴＦＴを設ける向き（ここではソース／
ドレイン領域を結ぶ線で定義する。即ち、キャリアの流
れる向きでＴＦＴの方向を決めることとする）を結晶性
珪素膜の基板表面に対する結晶成長方向と任意の角度で
設定することにより、ＴＦＴの特性を選択することを要
旨とする。

【００７４】前述のように、結晶の成長方向にキャリア
を移動させる場合、キャリアは結晶粒界に沿って移動す
るので、その移動度を向上させることができる。一方、
結晶の成長方向に対して垂直な方向にキャリアを移動さ
せる場合には、キャリアが多数の粒界を横切らなければ
ならないので、キャリアの移動度は低下する。

【００７５】そこで、この２つの状態の間を選択するこ
とによって、即ち結晶成長方向とキャリアの移動する方
向との角度を０〜９０°の範囲において設定することに
より、キャリアの移動度を制御することができる。また
別な見方をするならば、上記結晶成長方向とキャリアの
移動する方向との角度を設定することにより、ソース／
ドレイン領域間の抵抗を制御できることになる。勿論こ
の構成は、実施例１に示す構成にも利用することができ
る。この場合、図２に示すスリット状の銅微量添加領域
１００が０〜９０°の範囲で回転し、矢印１０５で示す
結晶の成長方向と、ソース／ドレイン領域を結ぶ線との
角度が０〜９０°範囲で選択されることになる。そし
て、この角度が、０°に近い場合は移動度が大きく、ソ
ース／ドレイン間の電気抵抗が小さい構成とすることが
できる。またこの角度が９０°に近い場合、移動度が小
さく、ソース／ドレイン間の抵抗、即ちチャネル形成領
域の抵抗が大きい構成とすることができる。

【００７６】〔実施例５〕本実施例は、実施例１または
実施例２の非単結晶珪素半導体膜の結晶化の工程におい
て、塩素が添加された酸化珪素膜を形成後に、ランプ加
熱による結晶化を行う例である。実施例１または実施例
２においては、まず非単結晶珪素膜を形成後に、５５０
度、４時間の加熱によりこの珪素膜を結晶化させ、さら
にランプ加熱によって結晶性の助長及び改善を行うもの
であった。本実施例はこの工程をさらに発展させたもの
であって、ランプ加熱の際に結晶化のために添加した銅
をゲッタリングせんとするものである。

【００７７】本実施例においては、まず実施例１や実施
例２で説明したように加熱によって結晶性珪素膜を作製
する。この工程は、銅の作用によって５５０度、４時間
程度の加熱アニールによって行われる。その後、塩素が
添加された酸化珪素膜を１０００Åの厚さに形成する。
この後この酸化珪素膜を介してのランプ加熱を行う。ラ
ンプ加熱の条件は実施例１の場合と同様である。この
時、先の加熱によって結晶化された結晶性珪素膜の結晶
性が改善される（膜の緻密化が進行する）とともに、酸
化珪素膜中の塩素の働きによって、結晶化のために添加
された銅のゲッタリングが行われる。こうして、銅が固
定化され、銅がデバイスの動作に影響を与えることが低
減された結晶性珪素膜を得ることができる。

【００７８】その後この塩素が添加された酸化珪素膜を
取り除き、ゲイト絶縁膜用の酸化珪素膜を形成する。そ
の後の工程は、実施例１や実施例２で説明したのと同様
である。

【００７９】〔実施例６〕本実施例は、図３に示す実施
例２の作製工程において、銅あるいは珪化銅膜を下地膜
２０２上全面に形成することで、珪素膜全面において、
基板に垂直成分を含むランダムな方向に結晶成長をさせ
た例である。ＴＦＴの作製は、マスク２０３を設けずに
珪化銅膜を下地膜２０２上全面に形成し、かかる後に実
施例２で説明したように非晶質珪素膜２０５を形成し、
さらに結晶化工程を経て、ＴＦＴを作製する。

【００８０】本実施例のＴＦＴの概略の断面は、図３
（Ｄ）に示すものと異なるものではないが、ソース／ド
レイン領域２０８、２１０とチャネル形成領域２０９と
が形成される活性層において、針状あるいは柱状の結晶
の成長方向が、基板２０１に対して比較的ランダムに形
成されている。この為、ソース領域（２０８または２１
０）とドレイン領域（２１０または２０８）との間を移
動するキャリアは、針状あるいは柱状の結晶の結晶粒界
を横切る形で移動することになる。従って、ソース／ド
レイン間の抵抗が若干高いＴＦＴとなる。このようなＴ
ＦＴは、移動度は１００ｃｍ² ／Ｖｓ以下であるが、オ
フ電流が小さいので、電荷保持を行うことを目的とする
液晶表示装置の画素用ＴＦＴに最適な形式となる。

【００８１】しかしながら、本実施例のようなＴＦＴ
は、前述のように活性層中における銅濃度を制御するこ
とが困難であるので、歩留りや信頼性に問題がある。こ
の問題は、銅の導入量を制御できる方法（例えばイオン
注入法）を利用することで改善できる。

【００８２】〔実施例７〕本実施例は、アクティブ型の
液晶表示装置において、周辺ドライバー回路を８族元素
である銅の触媒作用によって結晶化させた実施例１また
は実施例２にその作製工程を示すＴＦＴで構成し、画素
部分に設けられるＴＦＴを公知の非晶質珪素（アモルフ
ァスシリコン）を用いたＴＦＴで構成する例である。

【００８３】公知のように、アクティブ型の液晶表示装
置において、周辺ドライバー回路部分のＴＦＴは、高移
動度（１００ｃｍ² ／Ｖｓ以上）を有し、多くのオン電
流を流せるＴＦＴが必要とされるが、画素部分に設けら
れるＴＦＴは、電荷保持のために小さなオフ電流と光照
射による誤動作を避けるために比較的小さな移動度（１
０ｃｍ² ／Ｖｓ程度）を有することを要求される。

【００８４】この要求は、周辺回路部分を実施例１や実
施例２で説明したＴＦＴで構成し、画素部分を公知の非
晶質珪素膜を利用したＴＦＴ（ａ−ＳｉＴＦＴ）で形成
することで、ある程度満足される。しかし、非晶質珪素
膜を利用したＴＦＴは、その移動度は１ｃｍ² ／Ｖｓ以
下であるので、その点で問題が残る。

【００８５】〔実施例８〕本実施例は、実施例７をさら
に発展させたもので、周辺回路部分のＴＦＴは、実施例
１や実施例２で示した１００ｃｍ² ／Ｖｓ以上の高移動
度を有するＴＦＴで構成し、画素部分のＴＦＴを実施例
６で示したＴＦＴで構成する例である。

【００８６】実施例６に示したＴＦＴは、基板に垂直成
分を含むランダムな方向に結晶成長を行わすことによっ
て、キャリアの流れに対して、結晶粒界多数存在するよ
うにし、キャリアが多数の結晶粒界を横切るように構成
したＴＦＴである。このようなＴＦＴは、キャリアの移
動が結晶粒界によって阻害されるので、移動度は低下す
る。しかし、オフ電流は小さくなるので、電荷保持率を
高めることができ、画素用のＴＦＴとしては適する。し
かし、実施例１や実施例２で示したように銅を薄膜とし
て導入した場合には、その再現性が悪く、また得られる
移動度も１００ｃｍ² ／Ｖｓ近くのものが得られてしま
うので、画素用ＴＦＴとしてはオーバースペックとな
る。

【００８７】そこで、本実施例においては、銅の濃度を
制御して導入することのできるイオン注入法を用いるこ
とのよって、上記問題を解決せんとするものである。ま
ず、イオン注入法を用いることによって、膜中の銅濃度
の再現性の問題は解決される。さらに、膜中の銅濃度を
下げることで、結晶性を多少悪くさせ、その移動度を低
下させることができる。勿論移動度を下げるには、チャ
ネル領域やソース／ドレイン領域に酸素や窒素を人為的
に導入する方法、ソース／ドレイン領域にドープされる
導電型を付与する不純物のドープ量を減らし、またはそ
の活性化工程を簡略化させることによってソース／ドレ
イン領域の抵抗を高める方法、チャネルをソース／ドレ
インとは弱い逆導電型にする方法、ソース／ドレインの
コンタクトホールの位置を離す（即ち、ソース／ドレイ
ン領域のシート抵抗を利用する）方法、等のソース／ド
レイン間の抵抗を高める手段を用いてもよい。

【００８８】以上のように、本実施例は、珪素膜の結晶
化を行うために添加される銅をイオン注入法によって非
晶質珪素膜中に注入する方法を用い、しかもその際、画
素部分には低濃度で全面に銅を注入し、さらに周辺回路
部分にはそれより高濃度で注入し、さらに画素部分では
基板に垂直成分を含むランダムな方向に結晶成長した結
晶性珪素膜を利用してＴＦＴを形成し、周辺回路部分で
は、基板に平行に結晶成長した結晶性珪素膜を利用して
ＴＦＴを形成したものである。そして、このような構成
をとることによって、画素部分では移動度が１０〜５０
ｃｍ² ／Ｖｓ程度でオフ電流の小さいＴＦＴを、周辺回
路部分では、移動度が１００ｃｍ² ／Ｖｓ以上でオン電
流を多く流せるＴＦＴを得ることができる。

【００８９】

【効果】基板上に設けられ、しかも基板表面に平行な方
向に結晶成長した結晶性を有する非単結晶珪素半導体膜
をＴＦＴに利用するに際して、ＴＦＴ内を移動するキャ
リアの流れの方向を結晶成長が行われた方向と合わせる
ことにより、キャリアの移動が針状または柱状に成長し
た結晶の結晶粒界に沿って（平行に）移動する構成とす
ることができ、高移動度を有するＴＦＴを得ることがで
きる。さらにこれらのＴＦＴを６００度以下の低温で形
成することができるので、基板として安価なガラス基板
を利用することができる。

【００９０】また、必要とする移動度を有するＴＦＴを
選択的に作り分けることができる。具体的には、 １．基板に平行な方向に結晶成長した結晶性珪素膜を用
いて、結晶粒界に沿った方向にキャリアが移動するよう
にＴＦＴを作製する。 ２．基板に平行な方向に結晶成長した結晶性珪素膜を用
いて、結晶粒界を横切ってキャリアが移動するようにＴ
ＦＴを作製する。 ３．基板に垂直な成分を含むランダムな結晶成長をした
領域にＴＦＴを作製し、チャネルを横切る粒界の数を増
やす。 ４．部分的に結晶化のために銅を導入することで、選択
的に結晶性珪素膜を形成し、その結晶性珪素膜を利用す
ることで、特定の部分のＴＦＴを高移動度ＴＦＴとす
る。

【００９１】特に、結晶化のために銅が導入された領域
から離れた領域の結晶性珪素膜は、１次元的な配向性を
有しているので、その１次元方向とキャリアの移動する
方向とを概略合わせることによって、キャリアが高移動
度を有する半導体装置を得ることができる。特に絶縁ゲ
イト型電界効果トランジスタのチャネル形成領域にこの
構成を利用することで、高速応答を有するＴＦＴを得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の作製工程を示す。

【図２】 実施例の概要を示す。

【図３】 実施例の作製工程を示す。

【符号の説明】

１０１ ガラス基板 １０２ 下地膜（酸化珪素膜） １０３ マスク １０４ 珪素膜 １０５ 結晶化の方向 １０６ ゲイト絶縁膜 １０７ ゲイト電極 １０８ 陽極酸化層 １０９ ゲイト電極 １１０ 陽極酸化層 １１１ ソース／ドレイン領域 １１２ チャネル形成領域 １１３ ドレイン／ソース領域 １１４ ソース／ドレイン領域 １１５ チャネル形成領域 １１６ ドレイン／ソース領域 １１７ 電極 １１８ 層間絶縁物 １２０ 電極 １１９ 電極 ２０１ ガラス基板 ２０２ 下地膜（酸化珪素膜） ２０３ マスク ２０４ 銅微量添加領域 ２０５ 珪素膜 ２０６ ゲイト絶縁膜 ２０７ ゲイト電極 ２０８ ソース／ドレイン領域 ２０９ チャネル形成領域 ２１０ ドレイン／ソース領域 ２１１ 層間絶縁物 ２１３ 電極 ２１４ 電極 ２１２ ＩＴＯ（画素電極）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 29/786 H01L 21/20 H01L 21/336

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に非晶質珪素膜を有し、 前記非晶質珪素膜には、銅あるいは珪化銅が添加されて
   おり、 前記銅あるいは珪化銅が添加された領域は結晶成長が行
   われており、 前記結晶成長が行われた領域の珪素膜を用いて形成され
   ることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 基板上に非晶質珪素膜を有し、 前記非晶質珪素膜には、銅あるいは珪化銅が添加されて
   おり、 前記銅あるいは珪化銅が添加された領域からその周囲
   に、基板面に対して概略平行な方向に結晶成長が行われ
   ており、 前記銅あるいは珪化銅が添加され、周囲の結晶成長が行
   われた領域の珪素膜を用いて形成されることを特徴とす
   る半導体装置。
3. 【請求項３】 基板上に非晶質珪素膜を形成する工程
   と、 前記非晶質珪素に１×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 以上の
   濃度の銅を導入する工程と、 前記銅が導入された非晶質珪素膜を加熱結晶化させる工
   程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. 【請求項４】 請求項３において、 非晶質珪素膜への銅の導入方法は、スパッタ法、蒸着
   法、イオン注入法、イオンドープ法のいずれかひとつで
   あることを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 【請求項５】 基板上に非晶質珪素膜を形成する工程
   と、 前記非晶質珪素上に接して、銅あるいは銅化合物からな
   る薄膜を形成する工程と、 前記非晶質珪素膜および前記薄膜を加熱し、結晶化せし
   める工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. 【請求項６】 基板上に銅あるいは銅化合物からなる薄
   膜を形成する工程と、 前記銅あるいは銅化合物からなる薄膜上に接して、非晶
   質珪素膜を形成する工程と、 前記薄膜および前記非晶質珪素膜を加熱し、結晶化せし
   める工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
7. 【請求項７】 請求項５または６において、 銅化合物としては、珪化銅、あるいは銅の塩が用いるこ
   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５または６において、 銅あるいは銅化合物の成膜方法は、スパッタ法、蒸着
   法、ディッピング法、スピンコート法のいずれかひとつ
   であることを特徴とする半導体装置の作製方法。