JPH07161635A - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents

半導体装置およびその作製方法

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JPH07161635A
JPH07161635A JP5339397A JP33939793A JPH07161635A JP H07161635 A JPH07161635 A JP H07161635A JP 5339397 A JP5339397 A JP 5339397A JP 33939793 A JP33939793 A JP 33939793A JP H07161635 A JPH07161635 A JP H07161635A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 結晶化を助長する触媒元素を用いて、５５０
℃程度、４時間程度の加熱処理で結晶性珪素を得る方法
において、触媒元素の導入量を精密に制御する。 【構成】 ガラス基板１１上に形成された非晶質珪素膜
１２上にニッケル等の触媒元素を含有した酸化膜１３を
形成し、５５０℃、４時間の加熱処理を行なうことによ
り、結晶性珪素膜を得る。上記構成において、酸化膜中
の触媒元素の濃度を調整することで、完成した結晶性珪
素膜中における触媒元素の濃度を精密に制御することが
できる。そしてこの結晶性珪素膜を用いることで、高い
特性を有する半導体装置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】本発明は結晶性を有する半導体を
用いた半導体装置およびその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】薄膜半導体を用いた薄膜トランジスタ
（以下ＴＦＴ等）が知られている。このＴＦＴは、基板
上に薄膜半導体を形成し、この薄膜半導体を用いて構成
されるものである。このＴＦＴは、各種集積回路に利用
されているが、特に電気光学装置特にアクティブマトリ
ックス型の液晶表示装置の各画素の設けられたスイッチ
ング素子、周辺回路部分に形成されるドライバー素子と
して注目されている。
【０００３】ＴＦＴに利用される薄膜半導体としては、
非晶質珪素膜を用いることが簡便であるが、その電気的
特性が低いという問題がある。ＴＦＴの特性向上を得る
ためには、結晶性を有するシリコン薄膜を利用するばよ
い。結晶性を有するシリコン膜は、多結晶シリコン、ポ
リシリコン、微結晶シリコン等と称されている。この結
晶性を有するシリコン膜を得るためには、まず非晶質珪
素膜を形成し、しかる後に加熱によって結晶化さればよ
い。
【０００４】しかしながら、加熱による結晶化は、加熱
温度が６００℃以上の温度で１０時間以上の時間を掛け
ることが必要であり、基板としてガラス基板を用いるこ
とが困難であるという問題がある。例えばアクティブ型
の液晶表示装置に用いられるコーニング７０５９ガラス
はガラス歪点が５９３℃であり、基板の大面積化を考慮
した場合、６００℃以上の加熱には問題がある。
【０００５】〔発明の背景〕本発明者らの研究によれ
ば、非晶質珪素膜の表面にニッケルやパラジウム、さら
には鉛等の元素を微量に堆積させ、しかる後に加熱する
ことで、５５０℃、４時間程度の処理時間で結晶化を行
なえることが判明している。
【０００６】上記のような微量な元素（結晶化を助長す
る触媒元素）を導入するには、プラズマ処理や蒸着、さ
らにはイオン注入を利用すればよい。プラズマ処理と
は、平行平板型あるいは陽光柱型のプラズマＣＶＤ装置
において、電極として触媒元素を含んだ材料を用い、窒
素または水素等の雰囲気でプラズマを生じさせることに
よって非晶質珪素膜に触媒元素の添加を行なう方法であ
る。
【０００７】しかしながら、上記のような元素が半導体
中に多量に存在していることは、これら半導体を用いた
装置の信頼性や電気的安定性を阻害するものであり好ま
しいことではない。
【０００８】即ち、上記のニッケル等の結晶化を助長す
る元素（以下本明細書では触媒元素と言う）は、非晶質
珪素を結晶化させる際には必要であるが、結晶化した珪
素中には極力含まれないようにすることが望ましい。こ
の目的を達成するには、触媒元素として結晶性珪素中で
不活性な傾向が強いものを選ぶと同時に、結晶化に必要
な触媒元素の量を極力少なくし、最低限の量で結晶化を
行なう必要がある。そしてそのためには、上記触媒元素
の添加量を精密に制御して導入する必要がある。
【０００９】また、ニッケルを触媒元素とした場合、非
晶質珪素膜を成膜し、ニッケル添加をプラズマ処理法に
よって行ない結晶性珪素膜を作製し、その結晶化過程等
を詳細に検討したところ以下の事項が判明した。 （１）プラズマ処理によってニッケルを非晶質珪素膜上
に導入した場合、熱処理を行なう以前に既に、ニッケル
は非晶質珪素膜中のかなりの深さの部分まで侵入してい
る。 （２）結晶の初期核発生は、ニッケルを導入した表面か
ら発生している。 （３）蒸着法でニッケルを非晶質珪素膜上に成膜した場
合であっても、プラズマ処理を行なった場合と同様に結
晶化が起こる。 （４）ニッケルを多量に添加した非晶質珪素膜をレーザ
光により結晶化処理を施す、あるいは熱結晶化の後にレ
ーザ光によって結晶性を高める処理を施した場合、ニッ
ケルが表面に析出してしまい、半導体の活性層としては
使用できない。
【００１０】上記事項の特に１〜３から、プラズマ処理
によって導入されたニッケルが全て効果的に機能してい
ないということが結論される。即ち、多量のニッケルが
導入されても十分に機能していないニッケルが存在して
いると考えられる。このことから、ニッケルと珪素が接
している点（面）が低温結晶化の際に機能していると考
えられる。そして、可能な限りニッケルは微細に原子状
に分散していることが必要であることが結論される。即
ち、「必要なのは非晶質珪素膜の表面近傍に低温結晶化
が可能な範囲内で可能な限り低濃度のニッケルが原子状
で分散して導入されればよい」ということが結論され
る。
【００１１】非晶質珪素膜の表面近傍のみに極微量のニ
ッケルを導入する方法、言い換えるならば、非晶質珪素
膜の表面近傍のみ結晶化を助長する触媒元素を極微量導
入する方法としては、蒸着法を挙げることができるが、
蒸着法は制御性が悪く、触媒元素の導入量を厳密に制御
することが困難であるという問題がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、触媒元素を
用いた６００℃以下の熱処理による結晶性を有する薄膜
珪素半導体の作製において、 （１）触媒元素の量を制御して導入し、その量を最小限
の量とする。 （２）生産性の高い方法とする。 といった要求を満たすことを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を満
足するために以下の手段を用いて結晶性を有した珪素膜
を得る。非晶質珪素膜に接して該非晶質珪素膜の結晶化
を助長する触媒元素単体または前記触媒元素を含む薄膜
を保持させ、前記非晶質珪素膜に前記触媒元素単体また
は前記触媒元素を含む化合物が接した状態において、加
熱処理を施し、前記非晶質珪素膜を結晶化させる。この
際、触媒元素は非晶質珪素膜内に拡散し、触媒作用とし
て結晶化を助長する。そして、上記触媒元素を含んだ薄
膜として特に酸化珪素膜を用い、非晶質珪素膜に接して
該非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元素単体または
前記触媒元素を含む酸化膜を保持させ、前記非晶質珪素
膜に前記触媒元素単体または前記触媒元素を含む化合物
が接した状態において、加熱処理を施し、前記非晶質珪
素膜を結晶化させるものである。この際、触媒元素は非
晶質珪素膜内に拡散し、触媒作用として結晶化を助長す
る。
【００１４】代表的には、触媒元素を含む酸化珪素系被
膜形成用塗布液に触媒元素を所定の濃度で含有させ、こ
の塗布液を用いて非晶質珪素膜表面に触媒元素を含有し
た酸化珪素膜を形成し、しかる後に加熱処理を施すこと
によって上記構成は実現される。ここで酸化珪素系被膜
形成用塗布液を用いるのは、非晶質珪素膜の結晶化温度
まで耐えうる材料であって、半導体プロセスに適合し、
一般的に入手しやすいという純粋に工業的なメリットか
らである。即ち、本発明の思想から言えば、結晶化温度
以上まで薄膜として存在可能であって、その内部に触媒
元素を含有可能であればどのような材料でも良い。例え
ば、アルミナの微細な粉末を有機溶媒に分散させたもの
を溶液とし、その中に触媒元素を添加したものを用いて
も良い。
【００１５】特に本発明においては、非晶質珪素膜の表
面に接して触媒元素が導入されることが特徴である。こ
のことは、触媒元素の量を制御する上で極めて重要であ
る。
【００１６】さらにこの結晶性珪素膜を用いて半導体装
置のＰＮ、ＰＩ、ＮＩその他の電気的接合を少なくとも
１つ有する活性領域を構成することを特徴とする。半導
体装置としては、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、ダイオ
ード、光センサを用いることができる。
【００１７】本発明の構成を採用することによって以下
に示すような基本的な有意性を得ることができる。 （ａ）溶液中における触媒元素濃度は、予め厳密に制御
し結晶性をより高めかつその元素の量をより少なくする
ことが可能である。 （ｂ）溶液と非晶質珪素膜の表面とが接触していれば、
触媒元素の非晶質珪素への導入量は、溶液中における触
媒元素の濃度によって決まる。 （ｃ）非晶質珪素膜の表面に吸着する触媒元素が主に結
晶化に寄与することとなるので、必要最小限度の濃度で
触媒元素を導入できる。
【００１８】非晶質珪素膜上に結晶化を助長する元素を
含有させた溶液を塗布する方法としては、珪素化合物お
よび添加物を有機溶剤に溶解した溶液を用い、この溶液
中に触媒元素を所定の濃度で含有させればよい。このよ
うな溶液としては、代表的には東京応化工業株式会社の
ＯＣＤ(Ohka Diffusion Source) を用いることができ
る。これらの酸化珪素系被膜形成用塗布液は、例えば上
記ＯＣＤはシラノール系のモノマーあるいはオリゴマー
等をアルコール、ケトン等の有機溶媒に溶解させたもの
であり、他のメーカーのものには酸化珪素の微粉末を有
機溶媒に分散させたもの等があるが、これらの違いは本
発明における触媒元素の支持体として用いるという構成
においては全く影響がない。
【００１９】例えば溶液として上記ＯＣＤを用い、触媒
としてニッケルを用いた場合、以下のような方法を採用
することができる。 （１）ＯＣＤに直接ニッケル化合物を添加する方法。 （２）ニッケル化合物を溶媒に溶かし溶液を作製し、該
溶液をＯＣＤに添加する方法。
【００２０】上記（１）の方法を採用した場合、ニッケ
ル化合物としては、ＯＣＤの溶媒に溶けるものであるこ
とが必要である。例えば、ニッケルアセチルアセトネ−
ト、２−エチルヘキサン酸ニッケルをニッケル化合物と
して用いることができる。
【００２１】上記（２）の方法を採用した場合、ニッケ
ル化合物の溶液としては、水、アルコール、エステル、
ケトン等を用いることができるが、好ましくはＯＣＤの
溶媒として用いられているものと同一のものを用いるこ
とが望ましい。
【００２２】この場合、ニッケルはニッケル化合物とし
て導入される。このニッケル化合物としては、代表的に
は臭化ニッケル、酢酸ニッケル、蓚酸ニッケル、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、から選ばれたものをアルコ
ールに溶かして用いることができる。
【００２３】また触媒元素を含有させた溶液に界面活性
剤を添加することも有用である。また被形成面に密着剤
例えば東京応化工業のＯＡＰの如きＨＭＤＳ（ヘキサ−
メチル−ジシラザン）を用いることにより、被形成面に
対する密着性を高めることができる。
【００２４】以上述べたのは、触媒元素であるニッケル
が完全に溶解した溶液を用いる例であるが、ニッケルが
完全に溶解していなくとも、ニッケル単体あるいはニッ
ケルの化合物からなる粉末が分散媒中に均一に分散した
エマルジョンの如き材料をＯＣＤに混合して用いてもよ
い。
【００２５】なおこれらのことは、触媒元素としてニッ
ケル以外の材料を用いた場合であっても同様である。
【００２６】溶液に含ませる触媒元素の量は、その溶液
の種類にも依存するが、概略の傾向としてはニッケル量
としてＯＣＤの酸化珪素を２．０ｗｔ％を含む溶液に対
して２０〜５０００ｐｐｍ好ましくは２００〜２０００
ｐｐｍとすることが適当である。
【００２７】また、触媒元素を含んだＯＣＤ溶液により
形成される酸化膜を選択的に設けることにより、結晶成
長を選択的に行なうことができる。特にこの場合、酸化
膜が形成されなかった領域に向かって、酸化膜が形成さ
れた領域から珪素膜の面に概略平行な方向に結晶成長を
行なわすことができる。この珪素膜の面に概略平行な方
向に結晶成長が行なわれた領域を本明細書中においては
横方向に結晶成長した領域ということとする。
【００２８】またこの横方向に結晶成長が行なわれた領
域は、触媒元素の濃度が低いことが確かめられている。
半導体装置の活性層領域として、結晶性珪素膜を利用す
ることは有用であるが、活性層領域中における不純物の
濃度は一般に低い方が好ましい。従って、上記横方向に
結晶成長が行なわれた領域を用いて半導体装置の活性層
領域を形成することはデバイス作製上有用である。
【００２９】本発明においては、触媒元素としてニッケ
ルを用いた場合に最も顕著な効果を得ることができる
が、その他利用できる触媒元素の種類としては、好まし
くはＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓ
ｎ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂを利用すること
ができる。また、VIII族元素、IIIb、IVｂ、Vb元素から
選ばれた一種または複数種類の元素を利用することもで
きる。
【００３０】
【作用】非晶質珪素膜に接して触媒元素を含有した酸化
珪素膜を設け、加熱処理を施すことにより、酸化珪素膜
中から非晶質珪素膜中へ触媒元素を拡散させ、この拡散
した触媒元素によって、非晶質珪素膜の結晶性を助長さ
せることができる。この際、酸化珪素膜中における触媒
元素の拡散係数は、非晶質珪素膜中のそれに比較して非
常に小さいため、結果として結晶化に際して触媒として
機能するのは、酸化珪素膜と非晶質珪素膜との界面近傍
に存在する極微量の触媒元素だけである。従って、必要
最小限の触媒元素を用いて非晶質珪素膜の結晶化を行な
うことができる。
【００３１】また、加熱処理の温度や時間によって、非
晶質珪素膜中に拡散する触媒元素の量を制御することが
できる。
【００３２】
【実施例】〔実施例１〕
【００３３】本実施例では、結晶化を助長する触媒元素
を含有させたＯＣＤ溶液を用いて、非晶質珪素膜上に前
記触媒元素を含んだ酸化膜を形成し、しかる後に加熱に
より結晶化させる例である。
【００３４】本実施例においては、基板１１としてコー
ニング７０５９ガラスを用いる。またその大きさは１０
０ｍｍ×１００ｍｍとする。
【００３５】まず、非晶質珪素膜１２をプラズマＣＶＤ
法やＬＰＣＶＤ法によって１００〜１５００Å形成す
る。ここでは、１０００Åの厚さに成膜する。（図１
（Ａ））
【００３６】そして、汚れ及び自然酸化膜を取り除くた
めにフッ酸処理を行い、その後触媒元素としてニッケル
を含有する酸化膜１３を成膜する。この酸化膜１３は、
以下のような原料を用いて作製したものである。
【００３７】まずベースとして、東京応化製のＯＣＤ
Ｔｙｐｅ２ Ｓｉ５９０００を用い、このＯＣＤ溶液と
ニッケル(II)アセチルアセトネ−トを酢酸メチルに溶解
したものとを混合し、ＳｉＯ2 が２．０ｗｔ％、ニッケ
ルが２００〜２０００ｐｐｍとなるように調整した溶液
を作製する。
【００３８】この溶液を非晶質珪素膜１２表面に１０ｍ
ｌ滴下し、スピナー１５を用い、２０００ｒｐｍで１５
秒スピンコートを行なう。そしてプリベークを２５０℃
で３０分間行うことによって、ニッケルを含有した酸化
珪素膜１３を約１３００Åの厚さに形成する。このプリ
ベークの温度は、ニッケル化合物の分解温度に鑑みて決
定すればよい。
【００３９】そして、加熱炉において、窒素雰囲気中に
おいて５５０度、４時間の加熱処理を行う。この結果、
基板１１上に形成された結晶性を有する珪素薄膜１２を
得ることができる。
【００４０】上記の加熱処理は４５０度以上の温度で行
うことができるが、温度が低いと加熱時間を長くしなけ
らばならず、生産効率が低下する。また、５５０度以上
とすると基板として用いるガラス基板の耐熱性の問題が
表面化してしまう。
【００４１】本実施例においては、非晶質珪素膜上に触
媒元素を導入する方法を示したが、非晶質珪素膜下に触
媒元素を導入する方法を採用してもよい。この場合は、
非晶質珪素膜の成膜前に触媒元素を含有した酸化膜を下
地として形成し、しかる後に溶液を用いて、下地膜上に
触媒元素を導入すればよい。
【００４２】ＯＣＤ溶液中におけるニッケル元素の濃度
は、ＯＣＤ溶液中のＳｉＯ2 の濃度との相関で決定され
るものであり、一義的に決まるものではない。また、結
晶化の際の加熱温度および加熱時間によっても、ＯＣＤ
から形成された酸化珪素膜から結晶性珪素膜中へ拡散す
る量が異なるため、これらの因子も考慮した上でニッケ
ル元素の濃度を決定する必要がある。
【００４３】〔実施例２〕本実施例は、触媒元素である
ニッケル元素が添加された酸化珪素膜を非晶質珪素膜上
に選択的に設け、結晶化を選択的に行なう例である。
【００４４】図２に本実施例における作製工程の概略を
示す。まず、ガラス基板（コーニング７０５９、１０ｃ
ｍ角）２１上にプラズマＣＶＤ法で非晶質珪素膜２２を
１０００Åの厚さに形成する。
【００４５】そして、汚れ及び自然酸化膜を取り除くた
めにフッ酸処理を行い、その後触媒元素としてニッケル
を含有する酸化膜２３を成膜する。この酸化膜２２は、
以下のような原料を用いて作製したものである。
【００４６】まずベースとして、東京応化製のＯＣＤ
Ｔｙｐｅ２ Ｓｉ２００００を用い、このＯＣＤ溶液に
直接ニッケル(II)アセチルアセトネ−トを混合する。こ
の際、ニッケルに換算して濃度が２００〜２０００ｐｐ
ｍとなるように調整した溶液を作製する。
【００４７】この溶液を非晶質珪素膜２２表面に１０ｍ
ｌ滴下し、スピナーを用い、２０００ｒｐｍで１５秒ス
ピンコートを行なう。そしてプリベークを２５０℃で３
０分間行うことによって、ニッケルを含有した酸化珪素
膜１３を約１３００Åの厚さに形成する。このプリベー
クの温度は、ニッケル(II)アセチルアセトネ−トの分解
が２３５℃程度で終了することに鑑みて決定された温度
であるが、この温度が高すぎると、プリベークの最中に
非晶質珪素膜中にニッケル元素が拡散してしまうので注
意が必要である。
【００４８】次に、ニッケルが添加酸化珪素膜２３を所
望の形状にパターニングする。この工程は通常のフォト
レジスト工程で行なわれる。このＯＣＤを用いて形成さ
れたプリベーク後の酸化珪素膜２３は、１／１００ＨＦ
に対するエッチングレートが数十Å／秒と極めて早いの
で、非晶質珪素膜２２に殆どダメージを与えることな
く、パターニングが可能である。この工程において、ニ
ッケルを導入せんとする領域に酸化珪素膜２３が残存す
るようにパターニングが行なわれる。なおこのパターニ
ングの工程において、よりきれいなパターニングを行な
うためには、ドライエッチングを利用することが好まし
い。
【００４９】そして上記パターニング工程において用い
られたレジストマスクを剥離し、非常に薄いフッ酸（１
／１００以下）により、洗浄を行なう。この濃度が高い
と酸化珪素膜２３がダメージを受けてしまうので注意が
必要である。
【００５０】次に加熱炉において、加熱処理を行なう。
この加熱処理は窒素雰囲気中において５５０度、４時間
である。この加熱処理の結果、基板２１上に形成された
結晶性を有する珪素薄膜２２を得ることができる。
【００５１】上記の加熱処理は４５０度以上の温度で行
うことができるが、温度が低いと加熱時間を長くしなけ
らばならず、生産効率が低下する。また、５５０度以上
とすると基板として用いるガラス基板の耐熱性の問題が
表面化してしまう。
【００５２】この際、ニッケルが導入された部分２４の
領域から矢印で示されるように、ニッケルが導入されな
った領域２５へと横方向に結晶成長が行われる。この横
方向に結晶成長が行なわれた領域は、概略〈１１１〉軸
方向に結晶成長が行われていることが確認されている。
【００５３】本実施例において、溶液濃度、加熱温度、
加熱時間を変化させることにより、ニッケルが直接導入
された領域におけるニッケルの濃度を１×１０16atoms
ｃｍ-3〜１×１０19atoms ｃｍ-3の範囲で制御可能であ
り、同様に横成長領域の濃度をそれ以下に制御すること
が可能である。また、ニッケルを含有した酸化珪素膜２
３の厚さには、その厚さがある一定以上の値であれば珪
素膜中へのニッケル元素の添加量にほとんど影響しない
ことが判明している。これは、酸化珪素膜中のニッケル
の拡散係数が非常に小さく、触媒として機能するのは、
非晶質珪素膜２２との界面近傍の数十Åに存在するニッ
ケル元素のみであるからと考えられる。
【００５４】本実施例で示したような方法によって形成
された結晶珪素膜は、耐フッ酸性が良好であるという特
徴がある。本発明者らによる知見によれば、ニッケルを
プラズマ処理で導入し、結晶化させた結晶性珪素膜は、
耐フッ酸性が低い。
【００５５】例えば、結晶性珪素膜上にゲイト絶縁膜や
層間絶縁膜として機能する酸化珪素膜を形成し、しかる
後に電極の形成のために穴開け工程を経て、電極を形成
をする作業が必要とされる場合がある。このような場
合、酸化珪素膜をバッファフッ酸によって除去する工程
が普通採用される。しかしながら、結晶性珪素膜の耐フ
ッ酸性が低い場合、酸化珪素膜のみを取り除くことは困
難であり、結晶性珪素膜をもエッチングしてしまうとい
う問題がある。
【００５６】しかしながら、結晶性珪素膜が耐フッ酸性
を有している場合、酸化珪素膜と結晶性珪素膜のエンチ
ッングレートの違い（選択比）を大きくとることができ
るので、酸化珪素膜のみを選択的の除去でき、作製工程
上極めて有意なものとなる。
【００５７】以上述べたように、横方向に結晶が成長し
た領域は触媒元素の濃度が小さく、しかも結晶性が良好
であるので、この領域を半導体装置の活性領域として用
いることは有用である。例えば、薄膜トランジスタのチ
ャネル形成領域として利用することは極めて有用であ
る。
【００５８】〔実施例３〕本実施例は、実施例２と異な
る方法によって、結晶化を選択的に行なう例である。図
３に本実施例の作製工程を示す。まずガラス基板３１上
に非晶質珪素膜３２をプラズマＣＶＤ法により１０００
Åの厚さに形成する。そして、マスクとなる酸化珪素膜
３３を１０００Åの厚さにスパッタ法で形成し、所望の
形状にパターニングする。この酸化珪素膜３２が存在し
ない領域にニッケルが直接導入されることなる。
【００５９】そして、汚れ及び自然酸化膜を取り除くた
めにフッ酸処理を行い、その後触媒元素としてニッケル
を含有する酸化膜３４を成膜する。この酸化膜３４は、
以下のような原料を用いて作製したものである。
【００６０】まずベースとして、東京応化製のＯＣＤ
Ｔｙｐｅ２ Ｓｉ５９０００を用い、このＯＣＤ溶液に
直接２−エチルヘキサン酸ニッケル溶液を混合する。こ
の際、ＳｉＯ2 に換算して４．０ｗｔ％、ニッケルに換
算して２００〜２０００ｐｐｍの濃度となるように調整
した溶液を作製する。
【００６１】この溶液を非晶質珪素膜３２表面に１０ｍ
ｌ滴下し、スピナーを用い、２０００ｒｐｍで１５秒ス
ピンコートを行なう。この工程において、図３（Ａ）に
示されるようなマスクとなる酸化珪素膜３３によって形
成される段差がほぼ消失する。そしてプリベークを３５
０℃で６０分間行うことによって、ニッケルを含有した
酸化珪素膜３４を形成する。このプリベーク工程におい
て、酸化珪素膜３４中から非晶質珪素膜３２中へと３５
で示される部分からニッケルの拡散が行なわれる。従っ
て、このプリベーク工程の温度と時間を制御することに
より、非晶質珪素膜に導入されるニッケルの濃度を制御
することができる。また、この３５で示される領域には
ニッケルを含んだ極めて薄い膜が形成されている。
【００６２】上記プリベーク工程の終了後に、必要に応
じて酸化珪素膜３４を取り除く。ＯＣＤを用いて形成さ
れた酸化珪素膜３４は非常にエッチング速度が早いの
で、マスクとして機能する酸化珪素膜３３を残存させた
まま選択的に取り除くことができる。なお、この際エッ
チングを過度に行い過ぎると、前記３５の領域に形成さ
れているニッケルを含んだ膜が取り除かれてしまい、非
晶質珪素膜中にニッケルを有効に添加できなくなる。
【００６３】そして、加熱処理を施すことにより、非晶
質珪素膜３２の結晶化を行なう。この加熱処理は窒素雰
囲気中において５５０℃、４時間で行なわれる。この
際、ニッケルが直接導入された領域３６から、マスク３
３によってニッケルの導入が行なわれなかった領域３７
へと、矢印で示されるような横方向への結晶成長が行な
われる。
【００６４】〔実施例４〕本実施例は、触媒元素である
ニッケル元素が添加された酸化珪素膜を非晶質珪素膜上
に選択的に設け、結晶化を選択的に行ないさらにレーザ
光の照射により結晶化を助長せしめた構成に関する。
【００６５】図４に本実施例における作製工程の概略を
示す。まず、ガラス基板（コーニング７０５９、１０ｃ
ｍ角）４１上にプラズマＣＶＤ法で非晶質珪素膜４２を
１０００Åの厚さに形成する。
【００６６】そして、汚れ及び自然酸化膜を取り除くた
めにフッ酸処理を行い、その後触媒元素としてニッケル
を含有する酸化膜４３を成膜する。この酸化膜４２は、
以下のような原料を用いて作製したものである。
【００６７】まずベースとして、東京応化製のＯＣＤ
Ｔｙｐｅ２ Ｓｉ２００００を用い、このＯＣＤ溶液に
直接ニッケル(II)アセチルアセトネ−トを混合する。こ
の際、ニッケルに換算して濃度が２００〜２０００ｐｐ
ｍとなるように調整した溶液を作製する。
【００６８】この溶液を非晶質珪素膜２２表面に１０ｍ
ｌ滴下し、スピナーを用い、２０００ｒｐｍで１５秒ス
ピンコートを行なう。そしてプリベークを２５０℃で３
０分間行うことによって、ニッケルを含有した酸化珪素
膜４３を約３００Åの厚さに形成する。このプリベーク
の温度は、ニッケル(II)アセチルアセトネ−トの分解が
２３５℃程度で終了することに鑑みて決定された温度で
あるが、この温度が高すぎると、プリベークの最中に非
晶質珪素膜中にニッケル元素が拡散してしまうので注意
が必要である。
【００６９】次に、ニッケルが添加酸化珪素膜４３を所
望の形状にパターニングする。この工程は通常のフォト
レジスト工程で行なわれる。このＯＣＤを用いて形成さ
れたこの酸化珪素膜４３は、エッチングレートが数十Å
／秒と極めて早いので、非晶質珪素膜４２に殆どダメー
ジを与えることなく、パターニングが可能である。この
工程において、ニッケルを導入せんとする領域に酸化珪
素膜４３が残存するようにパターニングが行なわれる。
【００７０】そして上記パターニング工程において用い
られたレジストマスクを剥離し、非常に薄いフッ酸（１
／１００以下）により、洗浄を行なう。この濃度が高い
と酸化珪素膜２３がダメージを受けてしまうので注意が
必要である。
【００７１】次に加熱炉において、加熱処理を行なう。
この加熱処理は窒素雰囲気中において５５０度、４時間
である。この加熱処理の結果、基板４１上に形成された
結晶性を有する珪素薄膜４２を得ることができる。
【００７２】上記の加熱処理は４５０度以上の温度で行
うことができるが、温度が低いと加熱時間を長くしなけ
らばならず、生産効率が低下する。また、５５０度以上
とすると基板として用いるガラス基板の耐熱性の問題が
表面化してしまう。
【００７３】この際、ニッケルが導入された部分４４の
領域から矢印で示されるように、ニッケルが導入されな
った領域４５へと横方向に結晶成長が行われる。この横
方向に結晶成長が行なわれた領域は、概略〈１１１〉軸
方向に結晶成長が行われていることが確認されている。
【００７４】本実施例において、溶液濃度、加熱温度、
加熱時間を変化させることにより、ニッケルが直接導入
された領域におけるニッケルの濃度を１×１０16atoms
ｃｍ-3〜１×１０19atoms ｃｍ-3の範囲で制御可能であ
り、同様に横成長領域の濃度をそれ以下に制御すること
が可能である。また、ニッケルを含有した酸化珪素膜２
３の厚さには、その厚さがある一定以上の値であれば珪
素膜中へのニッケル元素の添加量にほとんど影響しない
ことが判明している。これは、酸化珪素膜中のニッケル
の拡散係数が非常に小さく、触媒として機能するのは、
非晶質珪素膜２２との界面近傍の数十Åに存在するニッ
ケル元素のみであるからと考えられる。
【００７５】さらに本実施例では、４６で示されるよう
にレーザ光の照射を全面に行い、結晶化をより助長させ
る。レーザ光は、例えばＫｒＦエキシマレーザ（波長２
４８ｎｍ）を用い、２００ｍＪ／ｃｍ2 〜３５０ｍＪ／
ｃｍ2 、例えば３５０ｍＪ／ｃｍ2 のエネルギー密度で
照射を行なう。
【００７６】この際に、ニッケルが直接に添加された領
域４４は横成長部分４５に比較して、耐レーザ性が悪い
ため、酸化珪素膜４３はその保護膜としても機能する。
【００７７】酸化珪素膜４３を残存させてレーザ照射を
行なう場合は、基板温度をあまり高くしない方がよい。
具体的には、３００℃以下とすることが好ましい。これ
は、酸化珪素膜４３からのニッケルの拡散を防ぐためで
ある。また、酸化珪素膜４３を取り除いてからレーザ光
を照射する場合には、基板を加熱してもよい。ただし、
４４の領域へのレーザ光によるダメージが問題となるの
で、レーザ光の強度を調整する必要がある。
【００７８】このようにして、レーザ光の照射によって
結晶化を助長することによって、非晶質珪素膜を単にレ
ーザ光の照射によって結晶化させた場合に比較して、さ
らに高い結晶性を得ることができる。
【００７９】なお本実施例においては、レーザ光を用い
たが、強光特に赤外光の照射によってもよい。赤外光は
ガラス基板には吸収されにくいので、珪素膜のみを選択
的に加熱することができ、有用である。この赤外光の照
射による工程はＲＴＡ（ラピッド・サーマル・アニー
ル）またはＲＴＰ（ラピット・サーマル・プロセス）と
呼ばれる。
【００８０】〔実施例５〕本実施例は、本発明の方法を
利用して作製した結晶性珪素膜を用いて、アクティブマ
トリックス型の液晶表示装置の各画素部分に設けられる
ＴＦＴを作製する例を示す。なお、ＴＦＴの応用範囲と
しては、液晶表示装置のみではなく、一般に言われる薄
膜集積回路に利用できることはいうまでもない。
【００８１】図５に本実施例の作製工程の概要を示す。
まずガラス基板上に下地の酸化珪素膜（図示せず）を２
０００Åの厚さに成膜する。この酸化珪素膜は、ガラス
基板からの不純物の拡散を防ぐために設けられる。
【００８２】そして、非晶質珪素膜１０４をプラズマＣ
ＶＤ法により１０００Åの厚さに成膜し、の上に実施例
１と同様な工程により、ニッケルを含有した酸化珪素膜
１００を形成する。（図５（Ａ））
【００８３】この状態で加熱処理を施し、珪素膜１０４
は結晶性珪素膜に変成される。その後バッファフッ酸に
よって酸化珪素膜１００を取り除き、さらに結晶性珪素
膜を所定の形状にパターニングして島状の活性領域を形
成する。この活性領域には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。
【００８４】そして、厚さ２００〜１５００Å、ここで
は１０００Åの酸化珪素１０５を形成する。この酸化珪
素膜はゲイト絶縁膜としても機能する。（図５（Ｂ））
【００８５】上記酸化珪素膜１０５の作製には注意が必
要である。ここでは、ＴＥＯＳを原料とし、酸素ととも
に基板温度１５０〜６００℃、好ましくは３００〜４５
０℃で、ＲＦプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した。ＴＥ
ＯＳと酸素の圧力比は１：１〜１：３、また、圧力は
０．０５〜０．５ｔｏｒｒ、ＲＦパワーは１００〜２５
０Ｗとした。あるいはＴＥＯＳを原料としてオゾンガス
とともに減圧ＣＶＤ法もしくは常圧ＣＶＤ法によって、
基板温度を３５０〜６００℃、好ましくは４００〜５５
０℃として形成した。成膜後、酸素もしくはオゾンの雰
囲気で４００〜６００℃で３０〜６０分アニールした。
【００８６】この状態でＫｒＦエキシマーレーザー（波
長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）あるいはそれと
同等な強光を照射することで、シリコン領域１０４の結
晶化を助長さえてもよい。特に、赤外光を用いたＲＴＡ
（ラピットサーマルアニール）は、ガラス基板を加熱せ
ずに、珪素のみを選択的に加熱することができ、しかも
珪素と酸化珪素膜との界面における界面準位を減少させ
ることができるので、絶縁ゲイト型電界効果半導体装置
の作製においては有用である。
【００８７】その後、厚さ２０００Å〜１μｍのアルミ
ニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成して、これを
パターニングし、ゲイト電極１０６を形成する。アルミ
ニウムにはスカンジウム（Ｓｃ）を０．１５〜０．２重
量％ドーピングしておいてもよい。次に基板をｐＨ≒
７、１〜３％の酒石酸のエチレングリコール溶液に浸
し、白金を陰極、このアルミニウムのゲイト電極を陽極
として、陽極酸化を行う。陽極酸化は、最初一定電流で
２２０Ｖまで電圧を上げ、その状態で１時間保持して終
了させる。本実施例では定電流状態では、電圧の上昇速
度は２〜５Ｖ／分が適当である。このようにして、厚さ
１５００〜３５００Å、例えば、２０００Åの陽極酸化
物１０９を形成する。（図５（Ｂ））
【００８８】その後、イオンドーピング法（プラズマド
ーピング法ともいう）によって、各ＴＦＴの島状シリコ
ン膜中に、ゲイト電極部をマスクとして自己整合的に不
純物（燐）を注入した。ドーピングガスとしてはフォス
フィン（ＰＨ3 ）を用いた。ドーズ量は、１〜４×１０
15ｃｍ-2とする。
【００８９】さらに、図５（Ｃ）に示すようにＫｒＦエ
キシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓ
ｅｃ）を照射して、上記不純物領域の導入によって結晶
性の劣化した部分の結晶性を改善させる。レーザーのエ
ネルギー密度は１５０〜４００ｍＪ／ｃｍ2 、好ましく
は２００〜２５０ｍＪ／ｃｍ2 である。こうして、Ｎ型
不純物（燐）領域１０８、１０９を形成する。これらの
領域のシート抵抗は２００〜８００Ω／□であった。
【００９０】この工程において、レーザーを用いるかわ
りに、フラッシュランプを使用して短時間に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、いわゆるＲＴＡ（ラピッド・サーマル
・アニール）（ＲＴＰ、ラピット・サーマル・プロセス
ともいう）等のレーザ光と同等の強光を用いてもよい。
【００９１】その後、全面に層間絶縁物１１０として、
ＴＥＯＳを原料として、これと酸素とのプラズマＣＶＤ
法、もしくはオゾンとの減圧ＣＶＤ法あるいは常圧ＣＶ
Ｄ法によって酸化珪素膜を厚さ３０００Å形成する。基
板温度は２５０〜４５０℃、例えば、３５０℃とする。
成膜後、表面の平坦性を得るため、この酸化珪素膜を機
械的に研磨する。さらに、スパッタ法によってＩＴＯ被
膜を堆積し、これをパターニングして画素電極１１１と
する。（図５（Ｄ））
【００９２】そして、層間絶縁物１１０をエッチングし
て、図５（Ｅ）に示すようにＴＦＴのソース／ドレイン
にコンタクトホールを形成し、クロムもしくは窒化チタ
ンの配線１１２、１１３を形成し、配線１１３は画素電
極１１１に接続させる。
【００９３】プラズマ処理を用いてニッケルを導入した
結晶性珪素膜は、酸化珪素膜に比較してバッファフッ酸
に対する選択性が低いので、上記コンタクトホールの形
成工程において、エッチングされてしまうことが多かっ
た。
【００９４】しかし、本実施例のように１０ｐｐｍの低
濃度で水溶液を用いてニッケルを導入した場合には、耐
フッ酸性が高いので、上記コンタクトホールの形成が安
定して再現性よく行なうことができる。
【００９５】最後に、水素中で３００〜４００℃で０．
１〜２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が完成する。そして、同時
に作製した多数のＴＦＴをマトリクス状に配列せしめて
アクティブマトリクス型液晶表示装置として完成する。
このＴＦＴは、ソース／ドレイン領域１０８／１０９と
チャネル形成領域１１４を有している。また１１５がＮ
Ｉの電気的接合部分となる。
【００９６】本実施例の構成を採用した場合、活性層中
に存在するニッケルの濃度は、３×１０18ｃｍ-3程度あ
るいはそれ以下の、１×１０16atoms ｃｍ-3〜３×１０
18atoms ｃｍ-3であると考えられる。
【００９７】〔実施例６〕本実施例においては、非晶質
珪素膜にニッケルを選択的に導入し、その部分から横方
向（基板に平行な方向）に結晶成長した領域を用いて電
子デバイスを形成する例を示す。このような構成を採用
した場合、デバイスの活性層領域におけるニッケル濃度
をさらに低くすることができ、デバイスの電気的安定性
や信頼性の上から極めて好ましい構成とすることができ
る。
【００９８】本実施例は、アクティブマトリクスの画素
の制御に用いられるＴＦＴの作製工程に関するものであ
る。図６に本実施例の作製工程を示す。まず、基板２０
１を洗浄し、ＴＥＯＳ（テトラ・エトキシ・シラン）と
酸素を原料ガスとしてプラズマＣＶＤ法によって厚さ２
０００Åの酸化珪素の下地膜２０２を形成する。そし
て、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ５００〜１５００
Å、例えば１０００Åの真性（Ｉ型）の非晶質珪素膜２
０３を成膜する。次に連続的に厚さ５００〜２０００
Å、例えば１０００Åの酸化珪素膜２０５をプラズマＣ
ＶＤ法によって成膜する。そして、酸化珪素膜２０５を
選択的にエッチングして、非晶質珪素の露出した領域２
０６を形成する。
【００９９】そして実施例３に示した方法により結晶化
を助長する触媒元素であるニッケル元素を含んだ酸化膜
２０７を形成する。詳細な工程順序や条件は実施例３で
示したものと同一である。
【０１００】実施例３に示したような所定のプリベーク
工程の後、酸化膜２０７を取り除き、窒素雰囲気下で５
００〜６２０℃、例えば５５０℃、４時間の加熱アニー
ルを行い、珪素膜２０３の結晶化を行う。結晶化は、ニ
ッケルと珪素膜が接触した領域２０６を出発点として、
矢印で示されるように基板に対して平行な方向に結晶成
長が進行する。図においては領域２０４はニッケルが直
接導入されて結晶化した部分、領域２０３は横方向に結
晶化した部分を示す。この２０３で示される横方向への
結晶は、２５μｍ程度である。またその結晶成長方向は
概略〈１１１〉軸方向であることが確認されている。
（図６（Ａ））
【０１０１】次に、酸化珪素膜２０５を除去する。この
際、領域２０６の表面に形成される酸化膜も同時に除去
する。そして、珪素膜２０４をパターニング後、ドライ
エッチングして、島状の活性層領域２０８を形成する。
この際、図６（Ａ）で２０６で示された領域は、ニッケ
ルが直接導入された領域であり、ニッケルが高濃度に存
在する領域である。また、結晶成長の先端にも、やはり
ニッケルが高濃度に存在することが確認されている。こ
れらの領域では、その中間の領域に比較してニッケルの
濃度が高いことが判明している。したがって、本実施例
においては、活性層２０８において、これらのニッケル
濃度の高い領域がチャネル形成領域と重ならないように
した。
【０１０２】その後、１００体積％の水蒸気を含む１０
気圧、５００〜６００℃の、代表的には５５０℃の雰囲
気中において、１時間放置することによって、活性層
（珪素膜）２０８の表面を酸化させ、酸化珪素膜２０９
を形成する。酸化珪素膜の厚さは１０００Åとする。熱
酸化によって酸化珪素膜２０９を形成したのち、基板
を、アンモニア雰囲気（１気圧、１００％）、４００℃
に保持させる。そして、この状態で基板に対して、波長
０．６〜４μｍ、例えば、０．８〜１．４μｍにピーク
をもつ赤外光を３０〜１８０秒照射し、酸化珪素膜２０
９に対して窒化処理を施す。なおこの際、雰囲気に０．
１〜１０％のＨＣｌを混入してもよい。
【０１０３】赤外線の光源としてはハロゲンランプを用
いる。赤外光の強度は、モニターの単結晶シリコンウェ
ハー上の温度が９００〜１２００℃の間にあるように調
整する。具体的には、シリコンウェハーに埋め込んだ熱
電対の温度をモニターして、これを赤外線の光源にフィ
ードバックさせる。本実施例では、昇温は、一定で速度
は５０〜２００℃／秒、降温は自然冷却で２０〜１００
℃とする。この赤外光照射は、珪素膜を選択的に加熱す
ることになるので、ガラス基板への加熱を最小限に抑え
ることができる。（図６（Ｂ））
【０１０４】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ３０００〜８０００Å、例えば６０００Åのアルミ
ニウム（０．０１〜０．２％のスカンジウムを含む）を
成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極２１０を形成する。（図２（Ｃ））
【０１０５】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２１１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
ール溶液中で行う。得られる酸化物層２１１の厚さは２
０００Åである。なお、この酸化物２１１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。（図６
（Ｄ））
【０１０６】次に、イオンドーピング法（プラズマドー
ピング法とも言う）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）にゲイト電極部、すなわ
ちゲイト電極２１０とその周囲の酸化層２１１をマスク
として、自己整合的にＮ導電型を付与する不純物（ここ
では燐）を添加する。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とする。ドーズ量は１×１０15〜８×１０
15ｃｍ-2、例えば、４×１０15ｃｍ-2とする。この結
果、Ｎ型の不純物領域２１２と２１３を形成することが
できる。図からも明らかなように不純物領域とゲイト電
極とは距離ｘだけ放れたオフセット状態となる。このよ
うなオフセット状態は、特にゲイト電極に逆電圧（Ｎチ
ャネルＴＦＴの場合はマイナス）を印加した際のリーク
電流（オフ電流ともいう）を低減する上で有効である。
特に、本実施例のようにアクティブマトリクスの画素を
制御するＴＦＴにおいては良好な画像を得るために画素
電極に蓄積された電荷が逃げないようにリーク電流が低
いことが望まれるので、オフセットを設けることは有効
である。
【０１０７】その後、レーザー光の照射によってアニー
ルを行った。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
るが、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／ｃｍ
2 、例えば２５０ｍＪ／ｃｍ2 とし、一か所につき２〜
１０ショット、例えば２ショット照射した。このレーザ
ー光の照射時に基板を２００〜４５０℃程度に加熱する
ことによって、効果を増大せしめてもよい。（図６
（Ｅ））
【０１０８】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜２１
４を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成す
る。さらに、スピンコーティング法によって透明なポリ
イミド膜２１５を形成し、表面を平坦化する。このよう
にして形成された平面上にスパッタ法によって厚さ８０
０Åの透明導電性膜（ＩＴＯ膜）を成膜し、これをパタ
ーニングして画素電極２１６を形成する。
【０１０９】そして、層間絶縁物２１４、２１５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ＴＦＴの電極・配線
２１７、２１８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を有す
るアクティブマトリクスの画素回路を完成する。（図６
（Ｆ））
【０１１０】〔実施例７〕図７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）５０
１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。基板は、下地膜の成膜
の前もしくは後に、歪み温度よりも高い温度でアニール
をおこなった後、０．１〜１．０℃／分で歪み温度以下
まで徐冷すると、その後の温度上昇を伴う工程（本発明
の熱酸化工程およびその後の熱アニール工程を含む）で
の基板の収縮が少なく、マスク合わせが用意となる。コ
ーニング７０５９基板では、６２０〜６６０℃で１〜４
時間アニールした後、０．０３〜１．０℃／分、好まし
くは、０．１〜０．３℃／分で徐冷し、４００〜５００
℃まで温度が低下した段階で取り出すとよい。
【０１１１】次に、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ５
００〜１５００Å、例えば１０００Åの真性（Ｉ型）の
非晶質珪素膜を成膜する。そして、実施例１で示した方
法により非晶質珪素膜の結晶化を行う。その後、窒素雰
囲気（大気圧）、６００℃、４８時間アニールして結晶
化させ、珪素膜を１０〜１０００μｍ角の大きさにパタ
ーニングして、島状の珪素膜（ＴＦＴの活性層）５０３
を形成する。（図７（Ａ））
【０１１２】その後、７０〜９０％の水蒸気を含む１気
圧、５００〜７５０℃、代表的には６００℃の酸素雰囲
気を水素／酸素＝１．５〜１．９の比率でパイロジェニ
ック反応法を用いて形成する。かかる雰囲気中におい
て、３〜５時間放置することによって、珪素膜表面を酸
化させ、厚さ５００〜１５００Å、例えば１０００Åの
酸化珪素膜５０４を形成する。注目すべき歯、かかる酸
化により、初期の珪素膜は、その表面が５０Å以上減少
し、結果として、珪素膜の最表面部分の汚染が、珪素−
酸化珪素界面には及ばないようになる。すなわち、清浄
な珪素−酸化珪素界面が得られたことになる。酸化珪素
膜の厚さは酸化される珪素膜の２倍であるので、１００
０Åの厚さの珪素膜を酸化して、厚さ１０００Åの酸化
珪素膜を得た場合には、残った珪素膜の厚さは５００Å
ということになる。
【０１１３】一般に酸化珪素膜（ゲイト絶縁膜）と活性
層は薄ければ薄いほど移動度の向上、オフ電流の減少と
いう良好な特性が得られる。一方、初期の非晶質珪素膜
の結晶化はその膜厚が大きいほど結晶化させやすい。し
たがって、従来は、活性層の厚さに関して、特性とプロ
セスの面で矛盾が存在していた。本実施例はこの矛盾を
初めて解決したものであり、すなわち、結晶化前には非
晶質珪素膜を厚く形成し、良好な結晶性珪素膜を得る。
そして、次にはこの珪素膜を酸化することによって珪素
膜を薄くし、ＴＦＴとしての特性を向上させるものであ
る。さらに、この熱酸化においては、再結合中心の存在
しやすい非晶質成分、結晶粒界が酸化されやすく、結果
的に活性層中の再結合中心を減少させるという特徴も有
する。このため製品の歩留りが高まる。
【０１１４】熱酸化によって酸化珪素膜５０４を形成し
たのち、基板を一酸化二窒素雰囲気（１気圧、１００
％）、６００℃で２時間アニールする。（図７（Ｂ））
引き続いて、減圧ＣＶＤ法によって、厚さ３０００〜８
０００Å、例えば６０００Åの多結晶珪素（０．０１〜
０．２％の燐を含む）を成膜する。そして、珪素膜をパ
ターニングして、ゲイト電極５０５を形成する。さら
に、この珪素膜をマスクとして自己整合的に、イオンド
ーピング法（プラズマドーピング法とも言う）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Ｎ導電型を付与する不純物（ここでは燐）を添加
した。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と
した。ドーズ量は１×１０15〜８×１０15ｃｍ-2、例え
ば、５×１０15ｃｍ-2とした。この結果、Ｎ型の不純物
領域５０６と５０７が形成された。また同時にチャネル
形成領域５１１が自己整合的に形成される。
【０１１５】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行った。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ショット照射した。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
によって、効果を増大せしめてもよい。（図７（Ｃ））
【０１１６】また、この工程は、近赤外光によるランプ
アニールによる方法でもよい。近赤外線は非晶質珪素よ
りも結晶化した珪素へは吸収されやすく、１０００℃以
上の熱アニールにも匹敵する効果的なアニールを行うこ
とができる。その反面、ガラス基板（遠赤外光はガラス
基板に吸収されるが、可視・近赤外光（波長０．５〜４
μｍ）は吸収されにくい）へは吸収されにくいので、ガ
ラス基板を高温に加熱することがなく、また短時間の処
理ですむので、ガラス基板の縮みが問題となる工程にお
いては最適な方法であるといえる。
【０１１７】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜５０
８を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成す
る。この層間絶縁物としてはポリイミドを利用してもよ
い。さら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５０９、５１０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を完成させる。（図７（Ｄ））
【０１１８】上記に示す方法で得られたＮチャネル型Ｔ
ＦＴの移動度は１１０〜１５０ｃｍ2 ／Ｖｓ、Ｓ値は
０．２〜０．５Ｖ／桁であった。また、同様な方法によ
ってソース／ドレインにホウ素をドーピングしたＰチャ
ネル型ＴＦＴも作製したところ、移動度は９０〜１２０
ｃｍ2 ／Ｖｓ、Ｓ値は０．４〜０．６Ｖ／桁であり、公
知のＰＶＤ法やＣＶＤ法によってゲイト絶縁膜を形成し
た場合に比較して、移動度は２割以上高く、Ｓ値は２０
％以上も減少した。また、信頼性の面からも、本実施例
で作製されたＴＦＴは１０００℃の高温熱酸化によって
作製されたＴＦＴにひけをとらない良好な結果を示し
た。
【０１１９】〔実施例８〕本実施例はアクティブマトリ
クス型の液晶表示装置に本発明を利用する場合の例を示
す。図８のアクティブマトリクス型の液晶表示装置の一
方の基板の概要を示した上面図を示す。
【０１２０】図において、６１はガラス基板であり、６
２はマトリクス状に構成された画素領域であり、画素領
域には数百×数百の画素が形成されている。この画素の
一つ一つにはスイッチング素子としてＴＦＴが配置され
ている。この画素領域のＴＦＴを駆動するためのＴＦＴ
を複合化したデコーダドライバーが配置されているのが
周辺ドライバー及びデコーダ領域６２である。画素領域
６３とドライバー領域６２とは同一絶縁表面を有する基
板６１上に一体化されて形成されている。かくして、こ
の同一絶縁表面上に複数のＴＦＴを配設して薄膜集積回
路をより低温、短時間で形成することができるようにな
った。
【０１２１】ドライバー領域６２に配置されるＴＦＴは
大電流を流す必要があり、高い移動度が必要とされる。
また、画素領域６３に配置されるＴＦＴは画素電極の電
荷を保持率を固める必要があるので、オフ電流（リーク
電流）が少ない特性が必要とされる。例えば、画素領域
６３に配置されるＴＦＴは、図６に示すＴＦＴを用いる
ことができる。
【０１２２】
【効果】触媒元素を導入して低温で短時間で結晶化させ
た結晶性珪素膜を用いて、半導体装置を作製すること
で、生産性が高く、特性のよいデバイスを得ることがで
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】 実施例の作製工程を示す。
【図３】 実施例に作製工程を示す。
【図４】 実施例の作製工程を示す。
【図５】 実施例の作製工程を示す。
【図６】 実施例の作製工程を示す。
【図７】 実施例の作製工程を示す。
【図８】 実施例の構成を示す。
【符号の説明】
１１・・・・ガラス基板 １２・・・・非晶質珪素膜 １３・・・・ニッケルを含有した酸化珪素膜 １５・・・・ズピナー ２３・・・・ニッケルを含有した酸化珪素膜 ３３・・・・酸化珪素膜 ３４・・・・ニッケルを含有した酸化珪素膜
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/336 31/10

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 結晶性を有する珪素膜を利用して活性領
    域が絶縁表面を有する基板上に構成された半導体装置で
    あって、 前記活性領域は、非晶質珪素膜に接して該珪素膜の結晶
    化を助長する触媒元素を含有した薄膜を保持させ、加熱
    処理を施すことにより形成されたものであることを特徴
    とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 結晶性を有する珪素膜を利用して活性領
    域が絶縁表面を有する基板上に構成された半導体装置で
    あって、 前記活性領域は、非晶質珪素膜に接して該珪素膜の結晶
    化を助長する触媒元素を含有した酸化膜を保持させ、加
    熱処理を施すことにより形成されたものであることを特
    徴とする半導体装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または請求項２において、 触媒元素として、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａ
    ｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂか
    ら選ばれた一種または複数種類の元素が用いられたこと
    を特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項４】 請求項１または請求項２において、 触媒元素として、VIII族、IIIb族、IVｂ族、Vb族元素か
    ら選ばれた一種または複数種類の元素が用いられたこと
    を特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項５】 請求項１または請求項２において、 活性領域に形成された半導体装置は、薄膜トランジスタ
    またはダイオードまたは光センサーであることを特徴と
    する半導体装置。
  6. 【請求項６】 請求項１または請求項２において、 前記活性層領域中における触媒元素の濃度が、１×１０
    16atoms ｃｍ-3〜１×１０19atoms ｃｍ-3であることを
    特徴とする半導体装置。
  7. 【請求項７】 請求項１または請求項２において、 活性領域はＰＩ、ＰＮ、ＮＩで示される接合を少なくと
    も一つ有することを特徴とする半導体装置。
  8. 【請求項８】 非晶質珪素膜に接して該非晶質珪素膜の
    結晶化を助長する触媒元素単体または前記触媒元素を含
    む化合物を含有する薄膜を保持させ、前記非晶質珪素膜
    に前記触媒元素単体または前記触媒元素を含む化合物を
    含有する酸化膜が接した状態において、加熱処理を施
    し、前記非晶質珪素膜を結晶化させることを特徴とする
    半導体装置作製方法。
  9. 【請求項９】 非晶質珪素膜に接して該非晶質珪素膜の
    結晶化を助長する触媒元素単体または前記触媒元素を含
    む化合物を含有する酸化膜を保持させ、前記非晶質珪素
    膜に前記触媒元素単体または前記触媒元素を含む化合物
    を含有する酸化膜が接した状態において、加熱処理を施
    し、前記非晶質珪素膜を結晶化させることを特徴とする
    半導体装置作製方法。
  10. 【請求項１０】 非晶質珪素膜上に該非晶質珪素膜の結
    晶化を助長する触媒元素単体を溶解あるいは分散して含
    有する酸化珪素系被膜形成用塗布液を塗布する工程と、 加熱処理を施し前記塗布された酸化珪素系被膜形成用塗
    布液を酸化膜として形成する工程と、 前記非晶質珪素膜を加熱処理することにより結晶化させ
    る工程と、 を有する半導体装置作製方法。
  11. 【請求項１１】請求項８または請求項９または請求項１
    ０において、 触媒元素として、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａ
    ｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂか
    ら選ばれた一種または複数種類の元素が用いられること
    を特徴とする半導体装置作製方法。
  12. 【請求項１２】請求項８または請求項９または請求項１
    ０において、 触媒元素として、VIII族、IIIb族、IVｂ族、Vb族元素か
    ら選ばれた一種または複数種類の元素が用いられること
    を特徴とする半導体装置作製方法。
  13. 【請求項１３】非晶質珪素膜に接して該非晶質珪素膜の
    結晶化を助長する触媒元素単体または前記触媒元素を含
    む化合物を含有する薄膜を保持させる工程と、 前記非晶質珪素膜に前記触媒元素単体または前記触媒元
    素を含む化合物を含有する酸化膜が接した状態におい
    て、加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜を結晶化させる
    工程と、 前記結晶化した珪素膜に対しレーザ光または強光を照射
    し結晶化を助長する工程と、 を有する半導体装置作製方法。
  14. 【請求項１４】非晶質珪素膜に接して該非晶質珪素膜の
    結晶化を助長する触媒元素単体または前記触媒元素を含
    む化合物を含有する酸化膜を保持させる工程と、 前記非晶質珪素膜に前記触媒元素単体または前記触媒元
    素を含む化合物を含有する酸化膜が接した状態におい
    て、加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜を結晶化させる
    工程と、 前記結晶化した珪素膜に対しレーザ光または強光を照射
    し結晶化を助長する工程と、 を有する半導体装置作製方法。
  15. 【請求項１５】結晶性を有する珪素膜を利用して活性領
    域が絶縁表面を有する基板上に構成された半導体装置で
    あって、 前記活性領域は、非晶質珪素膜に接して該珪素膜の結晶
    化を助長する触媒元素を含んだ薄膜を選択的に保持さ
    せ、加熱処理を施すことにより前記保持させた領域から
    その周辺領域へと結晶成長が行われたものであることを
    特徴とする半導体装置。
  16. 【請求項１６】結晶性を有する珪素膜を利用して活性領
    域が絶縁表面を有する基板上に構成された半導体装置で
    あって、 前記活性領域は、非晶質珪素膜に接して該珪素膜の結晶
    化を助長する触媒元素を含んだ酸化膜を選択的に保持さ
    せ、加熱処理を施すことにより前記保持させた領域から
    その周辺領域へと結晶成長が行われたものであることを
    特徴とする半導体装置。
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