JPH07297122A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板全面に渡って、均一で安定した特性の高
性能薄膜トランジスタを有する半導体装置およびその製
造方法を提供する。 【構成】 絶縁性表面を有する基板上に、結晶性を有す
るケイ素膜からなる活性領域が形成されている。この活
性領域は、非晶質ケイ素膜に結晶化を助長する触媒元素
を蒸着法により導入し、加熱処理と、レーザ光または強
光照射とを行うことにより形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばガラス等の絶縁
性基板上に設けられたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を利
用したアクティブマトリクス型液晶表示装置等に利用で
きる半導体装置およびその製造方法に関し、さらに詳し
くは、絶縁性表面を有する基板上に非晶質ケイ素膜を結
晶化させた結晶性ケイ素膜が活性領域として形成された
半導体装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス等の絶縁性基板上に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
用いるアクティブマトリクス型液晶表示装置やイメージ
センサー等が知られている。これらの装置に用いられる
ＴＦＴの活性領域には、薄膜状のケイ素半導体を用いる
のが一般的である。この薄膜状のケイ素半導体は、非晶
質ケイ素（ａ−Ｓｉ）半導体からなるものと、結晶性を
有するケイ素半導体からなるものとの２つに大別され
る。

【０００３】前者の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量産性
に富むため、最も一般的に用いられている。しかし、非
晶質ケイ素半導体では、導電率等の物性が結晶性を有す
るケイ素半導体に比べて劣るので、今後、より高速特性
を得るためには、結晶性を有するケイ素半導体からなる
ＴＦＴの作製方法の確立が強く求められていた。一方、
後者の結晶性を有するケイ素半導体としては、多結晶性
ケイ素、微結晶性ケイ素、結晶成分を含む非晶質ケイ
素、結晶性と非結晶性の中間の状態を有するセミアモル
ファスケイ素等が知られている。

【０００４】結晶性を有する薄膜状のケイ素半導体を得
るための従来の方法としては、以下の方法が知られてい
る。

【０００５】（１）成膜時に結晶性を有するケイ素半導
体膜を直接成膜する方法 （２）非晶質のケイ素半導体膜を成膜しておき、レーザ
光のエネルギーにより結晶性を有せしめる方法 （３）非晶質のケイ素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方法 しかし、これらの方法には以下のような問題点がある。

【０００６】上記（１）の方法による場合には、成膜工
程と同時に結晶化が進行するので、大粒径の結晶性ケイ
素を得るためにはケイ素膜を厚膜にすることが不可欠で
あるが、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は技術上困難である。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上の問題があった。

【０００７】また、上記（２）の方法による場合には、
溶融固化過程の結晶化現象を利用するので、小粒径なが
ら粒界が良好に処理され、高品質な結晶が得られるが、
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
ットが低く、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いという問題がある。
よって、次世代の技術という感が強い。

【０００８】上記（３）の方法による場合には、上記
（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、結晶化に際して６００℃以上
の高温で数十時間にわたる加熱処理が必要となるという
問題がある。すなわち、安価なガラス基板の使用とスル
ープットの向上を考えると、加熱温度を下げると共に短
時間で結晶化させるという相反することを同時に解決す
る必要があるという問題がある。また、この方法は、固
相結晶化現象を利用するので、結晶粒が基板面に平行に
拡がって数μｍの粒径を持つものも現れるものの、成長
した結晶粒同士がぶつかり合って粒界が形成され、その
粒界がキャリアに対するトラップ準位として働くので、
ＴＦＴの移動度を低下させる大きな原因となっている。

【０００９】そこで、上記（３）の方法を利用し、上述
した結晶粒界の問題点を解決するための２方法が提案さ
れている（特開平５−５５１４２号、特開平５−１３６
０４８号）。

【００１０】これらの提案方法では、結晶成長の核とな
る異物を非晶質ケイ素膜中に導入した後、熱処理を行う
ことにより、その異物を核とした大粒径の結晶性ケイ素
膜を得ている。詳述すると、前者（特開平５−５５１４
２号）の方法では、シリコン（Ｓｉ⁺）等の不純物をイ
オン注入法により非晶質ケイ素膜に導入し、熱処理する
ことにより粒径数μｍの結晶粒を有する多結晶ケイ素膜
を得る。一方、後者（特開平５−１３６０４８号）の方
法では、粒径１０〜１００ｎｍのＳｉ粒子を高圧の窒素
ガスと共に非晶質ケイ素膜に吹き付けて成長核を形成す
る。このように、両者とも非晶質ケイ素膜に選択的に異
物を導入し、それを核として結晶成長させた高品質な結
晶性ケイ素膜を利用して半導体素子を形成している。

【００１１】しかし、上記提案されている２方法では、
導入された異物は成長核としてのみ作用するので、結晶
成長の際の核発生や結晶成長方向の制御には有効である
が、結晶化のための加熱処理工程に対しての問題点は残
っている。例えば、特開平５−５５１４２号の方法で
は、温度６００℃で４０時間の加熱処理により結晶化を
行っている。また、特開平５−１３６０４８号の方法で
は、加熱温度６５０℃以上の熱処理を行っている。この
ため、これらの方法は、ＳＯＩ（Semiconductoron Insu
lator）基板やＳＯＳ（Semiconductor on Sapphire）基
板には有効であるが、安価なガラス基板に結晶性ケイ素
膜を作製して半導体素子を形成するのは困難である。例
えば、アクティブマトリクス型液晶表示装置にはコーニ
ング７０５９ガラス等が用いられるが、これはガラス歪
点が５９３℃あり、基板の大面積化を考慮すると、６０
０℃以上の加熱には問題がある。

【００１２】本願発明者らは、上記様々な問題を解決す
るために、結晶化に必要な温度の低温化と処理時間の短
縮化とを両立させ、さらには粒界の影響を最小限にとど
めた結晶性ケイ素薄膜の作製方法を見出した。

【００１３】本願発明者らの研究によれば、非晶質ケイ
素膜の表面にニッケル、パラジウムまたは鉛等の金属元
素を微量導入させて加熱すると、５５０℃、４時間程度
の熱処理により結晶化を行えることが判明している。こ
のメカニズムは、まず金属元素を核とした結晶核発生が
早期に起こり、その後、その金属元素が触媒となって結
晶成長を助長し、結晶化が急激に進行するものと考えら
れる。そういう意味から、以後、これらの金属元素を触
媒元素と称する。

【００１４】ところで、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
相成長方法で非晶質ケイ素膜を結晶化した結晶性ケイ素
膜が双晶構造であるのに対し、何本もの針状結晶または
柱状結晶で構成されており、それぞれの針状結晶または
柱状結晶の内部は理想的な単結晶状態となっている。

【００１５】このような結晶性ケイ素膜を活性領域とし
てＴＦＴを作製する場合は、通常の固相成長法で形成し
た結晶性ケイ素膜を用いた場合に比べて、電界効果移動
度を１．２倍程度向上させることができ、その後レーザ
ー光または強光を照射してその結晶性を助長することに
より、その差をさらに顕著にできる。この理由は、以下
のように考えられる。すなわち、結晶性ケイ素膜にレー
ザー光または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
処理される訳であるが、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ため、レー
ザー光または強光照射後も結晶粒界内部は双晶欠陥とし
て残される。それに対して、触媒元素を導入して結晶化
した結晶性ケイ素膜は、針状結晶または柱状結晶で構成
されており、その内部は単結晶状態であるので、レーザ
ー光または強光照射により結晶粒界部が処理されると基
板全面に渡ってほぼ単結晶状態に近い結晶性ケイ素膜が
得られるからである。

【００１６】なお、上記のような触媒元素を微量導入す
るためには、プラズマ処理やイオン注入、あるいは触媒
元素を含む溶液や化合物を塗布する方法を利用すること
ができる。なお、プラズマ処理とは、プラズマＣＶＤ装
置の電極として触媒元素を含んだ材料を用い、窒素また
は水素等の雰囲気下でプラズマを生じさせることによ
り、非晶質ケイ素膜に触媒元素を添加させる処理であ
る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ニッケ
ル等の触媒元素が半導体中に多量に存在していると、こ
れらの半導体を用いた装置の信頼性や電気的安定性を阻
害するので好ましくない。即ち、上記結晶化を助長する
ニッケル等の触媒元素は、非晶質ケイ素を結晶化させる
際には必要であるが、結晶化されたケイ素膜中には極力
含まれないようにするのが望ましい。

【００１８】よって、触媒元素として結晶性ケイ素中で
不活性な傾向が強いものを選択すると同時に、結晶化に
必要な触媒元素の量を極力少なくして、最低限の量で結
晶化を行う必要がある。このためには、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り、さらに、
その処理法における触媒元素の添加量の基板内での均一
性および基板間での安定性（再現性）を確保することが
不可欠である。

【００１９】また、ニッケルを触媒元素とした場合、非
晶質ケイ素膜成膜後にニッケル添加を上述したプラズマ
処理により行って結晶性ケイ素膜を作製し、その結晶化
過程を詳細に検討したところ、以下の事項が判明した。

【００２０】（１）プラズマ処理によってニッケルを非
晶質ケイ素膜に導入した場合、熱処理を行う以前に既
に、ニッケルが非晶質ケイ素膜中のかなりの深さの部分
まで侵入していた。

【００２１】（２）結晶化において、初期の結晶核発生
は、ニッケルを導入した表面から起ている。

【００２２】（３）プラズマ処理によってニッケルを導
入した非晶質ケイ素膜を結晶化した結晶性ケイ素膜にレ
ーザー光を照射した場合、結晶性ケイ素膜表面に過剰の
ニッケルが析出していた。

【００２３】上記事項から、プラズマ処理によって導入
されたニッケルはすべて効果的に機能していないという
結論が得られる。即ち、多量のニッケルを導入しても十
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。更に、このことからニッケルとケイ素とが接してい
る点または面が低温結晶化の際に機能していると考えら
れる。従って、ニッケルは可能な限り微細に原子状に分
散していることが必要であるという結論が得られる。即
ち、非晶質ケイ素膜の表面近傍に、低温結晶化が可能な
範囲内でできるだけ低濃度のニッケルが原子状で分散し
て導入されていることが必要であるという結論が得られ
る。

【００２４】ところで、非晶質ケイ素膜の表面近傍に極
微量のニッケル（触媒元素）を導入する方法としては、
触媒元素を溶媒または化合物に溶かしたものを非晶質ケ
イ素膜に塗布する方法がある。この方法による場合に
は、その溶液または化合物中のニッケル濃度を制御する
ことで、非晶質ケイ素膜中に導入されるニッケル量の管
理を容易に行うことができ、結晶化に必要な最小限の量
の触媒元素添加が可能となる。また、この方法により触
媒元素を導入して結晶化した結晶性ケイ素膜にレーザー
光を照射した場合には、ニッケルの析出が起こらず、高
品質な結晶性ケイ素が得られる。

【００２５】しかし、触媒元素を溶媒または化合物に溶
かしたものを非晶質ケイ素膜に塗布する方法では、基板
内の均一性が良くないという問題点がある。すなわち、
スピナーにより均一に塗布して乾燥させる方法や、基板
を直接溶液にディップした後、エアーナイフで乾燥させ
る方法など種々の方法を試みたが、いずれも１２７ｍｍ
角基板で±１０〜２０％のニッケル添加量のばらつきが
見られた。また、ニッケル添加量の基板内の不均一性が
大きいと、局所的にニッケル量不足で結晶成長が起こら
ない領域や、ニッケルが半導体素子に悪影響を及ぼすほ
ど多量に存在する領域が生じる。従って、液晶表示装置
のアクティブマトリクス基板のように、１つの基板上に
数十万個のＴＦＴを均一性よく形成することは困難であ
った。さらに、近年、装置の低コスト化や大面積化の要
望に従って、４００ｎｍ角以上のガラス基板に対応でき
る程の均一性および安定性に優れた半導体装置およびそ
の製造方法が要求されている。

【００２６】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、６００℃以下の短時間熱
処理が可能であり、触媒元素を最小限の量で均一性良く
基板面に導入して大面積基板に対応でき、しかも安定性
および生産性良く、熱処理で得られる結晶性よりもさら
に高い結晶性を得ることができる高性能な半導体装置お
よびその製造方法を提供することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
絶縁性表面を有する基板上に、結晶性を有するケイ素膜
からなる活性領域が形成された半導体装置であって、該
活性領域は、非晶質ケイ素膜に結晶化を助長する触媒元
素を蒸着法により導入し、該非晶質ケイ素膜に加熱処理
と、レーザ光または強光照射とを行うことにより結晶成
長させたものからなり、そのことにより上記目的が達成
される。

【００２８】本発明の半導体装置は、絶縁性表面を有す
る基板上に、結晶性を有するケイ素膜からなる活性領域
が形成された半導体装置であって、前記活性領域は、非
晶質ケイ素膜に結晶化を助長する触媒元素を蒸着法によ
り選択的に導入し、該非晶質ケイ素膜に加熱処理と、レ
ーザ光または強光照射とを行うことにより、該触媒元素
が選択的に導入された領域の周辺部において基板表面に
対して概略平行な方向に結晶成長を行わせたものからな
り、そのことにより上記目的が達成される。

【００２９】前記触媒元素は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐ
ｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂお
よびＡｌから選択される一種または複数種類の元素とす
ることができる。

【００３０】前記活性領域中における前記触媒元素の濃
度は１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜１×１０^１９ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ³であるのが望ましい。

【００３１】本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁性
表面を有する基板上に、結晶性を有するケイ素膜からな
る活性領域が形成された半導体装置の製造方法であっ
て、基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、該非晶
質ケイ素膜を形成する工程の前または後において、該非
晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を含有する薄
膜を蒸着する工程と、該非晶質ケイ素膜を加熱により結
晶化させる工程と、加熱により結晶化されたケイ素膜に
レーザ光または強光を照射して結晶性を助長する工程と
を含み、そのことにより上記目的が達成される。

【００３２】本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁性
表面を有する基板上に、結晶性を有するケイ素膜からな
る活性領域が形成された半導体装置の製造方法であっ
て、基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、該非晶
質ケイ素膜を形成する工程の前または後において、該非
晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を含有する薄
膜を、該非晶質ケイ素膜と接するように選択的に蒸着す
る工程と、該非晶質ケイ素膜を加熱して、該非晶質ケイ
素膜における該触媒元素を含有する薄膜が接した領域の
周辺部に、基板表面に対して概略平行な方向に結晶成長
を行わせる工程と、加熱により結晶化されたケイ素膜に
レーザー光または強光を照射して、基板表面に対して概
略平行な方向に結晶成長を行わせた領域の結晶性を助長
する工程とを含み、そのことにより上記目的が達成され
る。

【００３３】前記非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触
媒元素を含有する薄膜を蒸着する際、該触媒元素を含有
する蒸着源と基板との距離を２０ｃｍ以上にして蒸着を
行うのが望ましい。

【００３４】前記非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触
媒元素を含有する薄膜を蒸着する際、該触媒元素を含有
する蒸着源と基板との間に、基板への多量の蒸着を抑制
する敷居板を設けて蒸着を行うのが望ましい。

【００３５】前記触媒元素としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐ
ｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ａｓ、
ＳｂおよびＡｌから選択される一種または複数種類の元
素を用いることができる。

【００３６】

【作用】本発明においては、非晶質ケイ素膜の結晶化を
助長する触媒元素の導入方法として、蒸着法により、触
媒元素を含有する薄膜を非晶質ケイ素膜表面に形成して
いる。この方法では、非晶質ケイ素膜表面に接して触媒
元素が導入され、プラズマ処理法のように膜中深く侵入
することがないので、触媒元素が結晶化に寄与しない状
態で存在するのを防ぐことができる。よって、蒸着法に
より触媒元素の導入を行った場合、レーザー光または強
光の照射を行っても触媒元素の析出は起こらない。

【００３７】また、触媒元素を含有する薄膜を成膜する
ことにより非晶質ケイ素膜に触媒元素を導入するので、
触媒元素を溶かした溶液または化合物を塗布する方法に
比べて基板内の触媒元素添加量のばらつきを小さくする
ことができ、本願発明者らの実験では１２７ｍｍ角基板
で±５％以内であることを確認した。さらに基板を大面
積化した場合でも、蒸着装置を大型化することにより対
応可能であり、その際の実質的な触媒元素添加量のばら
つきは、１２７ｍｍ角基板の場合と大差ないものと思わ
れる。従って、基板全面に渡って均一に触媒元素を導入
でき、大面積基板に均一性、安定性に優れた半導体装置
を製造することができる。

【００３８】また、非晶質ケイ素膜の一部に結晶化を助
長する触媒元素を選択的に導入して加熱処理を行うと、
導入された領域から横方向（基板表面に対して概略平行
な方向）に結晶成長が起こる。この領域の内部では、成
長方向が一方向（横方向）に揃った針状結晶または柱状
結晶がひしめき合っており、触媒元素が直接導入されて
ランダムに結晶成長核の発生が起こった領域に比べて格
段に結晶性が良好な領域となっている。この横方向に結
晶成長が起こった領域に、レーザー光または強光を照射
すると、針状結晶または柱状結晶の間の結晶粒界が処理
されてほぼ単結晶に近い結晶性ケイ素膜を得ることがで
きる。

【００３９】この際、触媒元素の導入方法として蒸着法
を用いると、効率よく横方向の結晶成長を行うことがで
きる。結晶化に寄与する触媒元素は、針状結晶または柱
状結晶の先端部、即ち結晶成長の先端部に存在してい
る。よって、触媒元素が結晶化に効率良く機能していれ
ば、触媒元素は結晶化が行われる結晶成長部のみに存在
し、既に結晶化された横方向結晶成長領域には存在しな
いことになる。本願発明者らの実験によれば、触媒元素
としてニッケルを導入する際に、プラズマ処理法を用い
た場合には横方向結晶成長領域のニッケル濃度が１×１
０¹⁸〜５×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であったのに対
し、蒸着法を用いた場合には５×１０¹⁶〜１×１０¹⁷ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ³と一桁以上も小さな値であった。

【００４０】非晶質ケイ素膜に導入される触媒元素の濃
度は、低ければ低いほど望ましいが、低すぎると非晶質
ケイ素膜の結晶化を助長するように機能しない。本願発
明者らが調べたところでは、結晶化が生じる触媒元素の
最低濃度は、１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であり、こ
れ以下の濃度では触媒元素による結晶成長は起こらなか
った。一方、触媒元素の濃度が高すぎると、半導体素子
に悪影響を及ぼす。触媒元素の濃度が高い場合に考えら
れる現象としては、主にＴＦＴのオフ領域でのリーク電
流増大がある。これは、触媒元素がケイ素膜中で形成す
る不純物準位によるものであり、その準位を介したトン
ネル電流が生じるためと考えられる。本願発明者らが調
べた結果、触媒元素が半導体素子に悪影響を及ぼさない
程度の最高濃度は、１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であ
った。従って、触媒元素の膜中濃度が１×１０¹⁶〜１×
１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であれば、最も効果的に触媒
元素が機能する。

【００４１】上記濃度範囲で触媒元素を導入する場合、
蒸着法により制御性良く導入するためには、蒸着法を工
夫することが必要である。このような微少の蒸着量を制
御するためには、成膜時間による制御は困難である。本
願発明者らは、蒸着源（触媒元素）としてニッケルを用
い、蒸着源と基板との距離を大きくすることで微量添加
を試みた。その際、蒸着時間としては時間制御の限界を
考慮して５秒に固定した。この理由は、それ以下の蒸着
時間では再現性に問題があり、実際の製造工程で採用す
るのは困難と考えられるからである。その結果、蒸着量
（ニッケルの導入量）は、蒸着源と基板との距離の二乗
に反比例し、蒸着源と基板との距離が２０ｃｍの位置で
ニッケルの面分布が１×１０¹⁴ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であ
った。このニッケルが厚さ１００ｎｍの非晶質ケイ素膜
に均一に拡散すると、膜中のニッケル濃度は１×１０¹⁹
ａｔｏｍｓ／ｃｍ³となる。よって、蒸着源と基板との
距離を２０ｃｍ以上とすることで、触媒元素を非晶質ケ
イ素膜中濃度を１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下で導
入させることができる。

【００４２】蒸着法により触媒元素を微量導入する方法
として、蒸着源と基板との間に多量の蒸着を抑制するた
めの敷居板を設ける方法も有効である。この方法では、
敷居板の形状を工夫することにより、所望の蒸着量に制
御することができる。本願発明者らは、ＳＵＳ製のメッ
シュ状敷居板を用いることにより、ニッケルを非晶質ケ
イ素膜中に１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下で制御良
く導入できることを確認した。

【００４３】上記触媒元素としては、Ｎｉ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、Ｃ
ｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐ、
Ａｓ、ＳｂおよびＡｌを用いることができる。これらの
触媒元素から選択される一種または複数種類の元素であ
れば、微量（１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上）でも
結晶化助長の効果を有するので、半導体素子に悪影響を
及ぼすおそれがない。

【００４４】なお、ここで言う絶縁性表面を有する基板
とは、絶縁性の基板自体、あるいは絶縁性の有無に拘ら
ず絶縁膜を表面に有する基板のことである。

【００４５】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。尚、以下の実施例で得られるＴＦＴ
は、アクティブマトリクス型液晶表示装置のドライバー
回路や画素部分は勿論のこと、同一基板上にＣＰＵが構
成された素子にも使用することができる。また、これら
ＴＦＴの応用範囲としては、液晶表示装置のみでなく、
一般に薄膜集積回路と称される半導体装置全てに利用す
ることができる。

【００４６】（実施例１）本実施例では、ガラス基板上
に形成されたＮ型ＴＦＴに本発明を利用した場合につい
て説明する。

【００４７】図１（Ｅ）に、本実施例のＴＦＴの断面図
を示す。このＴＦＴにおいては、ガラス基板１０１上
に、基板からの不純物の拡散を防止する為に、酸化ケイ
素からなる下地膜１０２が形成され、その上に、ソース
／ドレイン領域１１１、１１２およびチャネル領域１１
０を有する結晶性ケイ素からなる活性領域１０３ｎが形
成され、その上に酸化ケイ素からなるゲート絶縁膜１０
７が形成されている。その上にチャネル領域１１０と対
向するようにアルミニウム膜からなるゲート電極１０８
が形成され、その表面にゲート電極を陽極酸化してなる
酸化物層１０９が形成されている。その上を覆って、酸
化ケイ素または窒化ケイ素からなる層間絶縁膜１１３が
形成され、さらにその上に、金属材料、例えば窒化チタ
ンとアルミニウムの二層膜からなるＴＦＴの電極・配線
１１４、１１５が形成されて、ゲート絶縁膜１０７およ
び層間絶縁膜１１３に形成されたコンタクトホールを介
してソース／ドレイン領域１１１、１１２と電気的に接
続されている。

【００４８】このＴＦＴは、以下のようにして作製する
ことができる。図１は、この実施例のＴＦＴの作製工程
の概要を示す断面図であり、（Ａ）→（Ｅ）の順に従っ
て工程が進行する。

【００４９】まず、図１（Ａ）に示すように、ガラス基
板１０１上に、例えばスパッタリング法により厚さ２０
０ｎｍ程度の酸化ケイ素からなる下地膜１０２を形成す
る。その上に、減圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法に
より、厚さ２５〜１００ｎｍ、例えば８０ｎｍの第１の
真性（Ｉ型）非晶質ケイ素膜１０３を成膜する。

【００５０】次に、真空蒸着法によりニッケルの極薄膜
１０５を形成する。この際、ニッケルの基板上の面密度
は、１×１０¹¹〜１×１０¹⁴ａｔｏｍｓ／ｃｍ³となる
ようにした。本実施例では、蒸着源（ニッケル）と基板
との間にＳＵＳ製のメッシュ状敷居板を設置して、蒸着
時の真空度を１×１０^-4Ｐａ、蒸着源と基板との間の距
離を２０ｃｍとして５秒間の蒸着を行った。この時のニ
ッケルの面密度は、１×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度
であった。

【００５１】ここで、距離を２０ｃｍとするときの基板
の基準面は、厳密には基板１０１上の非晶質ケイ素膜１
０３の表面であるが、下地膜１０２および非晶質ケイ素
膜１０３の厚みが薄いので、基板１０１の表面としても
構わない。また、距離を２０ｃｍとするときの条件は、
上述した処理状態におけるものであり、触媒元素の種
類、敷居板、真空度、処理時間などに応じて多少変動さ
せてもよい。

【００５２】これを水素還元雰囲気下または不活性雰囲
気下、加熱温度５２０〜５８０℃で数時間〜数十時間、
例えば５５０℃で８時間アニールして結晶化させる。こ
の際、表面に蒸着されたニッケル１０５が核となって、
基板１０１に対して垂直方向に非晶質ケイ素膜１０３の
結晶化が起こり、結晶性ケイ素膜１０３ａが形成され
る。また、結晶化と同時に膜中にニッケルが均一に拡散
して、結晶性ケイ素膜１０３ａ中のニッケル濃度は６×
１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³となった。

【００５３】引き続いて、図１（Ｂ）に示すようにレー
ザー光を照射して、結晶性ケイ素膜１０３ａの結晶性を
助長する。ここでは、レーザーとしてＸｅＣｌエキシマ
レーザー（波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ）を
用いたが、他のレーザーを用いてもよい。レーザー光の
照射条件は、エネルギー密度２００〜４００ｍＪ／ｃｍ
²、例えば３００ｍＪ／ｃｍ²とし、照射時に基板を２０
０〜４５０℃、例えば４００℃に加熱した。

【００５４】次に、図１（Ｃ）に示すように、不要な部
分の結晶性ケイ素膜１０３ａを除去して素子間分離を行
い、後にＴＦＴの活性領域（ソース／ドレイン領域１１
１、１１２、チャネル領域１１０）となる島状の結晶性
ケイ素膜１０３ｎを形成する。

【００５５】次に、図１（Ｄ）に示すように、活性領域
となる結晶性ケイ素膜１０３ｎを覆うように厚さ２０〜
１５０ｎｍ、例えば１００ｎｍの酸化ケイ素膜からなる
ゲート絶縁膜１０７を成膜する。ここでは、ＴＥＯＳを
原料として、ＲＦプラズマＣＶＤ法により、酸素と共に
基板温度１５０〜６００℃、好ましくは３００〜４５０
℃で分解・堆積した。他の方法として、ＴＥＯＳを原料
として、減圧プラズマＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法によ
り、オゾンガスと共に基板温度３５０〜６００℃、好ま
しくは４００〜５５０℃で形成してもよい。

【００５６】次に、成膜後、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で４００〜
６００℃で３０〜６０分のアニールを行った。

【００５７】引き続いて、スパッタリング法により厚さ
４００〜８００ｎｍ、例えば６００ｎｍのアルミニウム
を成膜する。このアルミニウム膜をパターニングしてゲ
ート電極１０８を形成し、さらにその表面を陽極酸化し
て表面に酸化物層１０９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
行い、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反応を終了させた。得ら
れた酸化物層１０９の厚さは２００ｎｍであった。ここ
で、酸化物層１０９の厚みは、後のイオンドーピング工
程でオフセットゲート領域を形成するので、オフセット
ゲート領域の長さをこの陽極酸化工程で決めることがで
きる。また、この酸化物層１０９を形成することによ
り、後の工程でゲート電極１０８を構成するアルミニウ
ム膜にヒロックが発生することを防止することができ
る。

【００５８】続いて、イオンドーピング法により、ゲー
ト電極１０８とその周囲の酸化層１０９をマスクとし
て、活性領域１０３ｎに不純物（リン）を注入する。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６０〜９０ｋｅＶ、例えば８０ｋｅＶとし、
ドーズ量は１×１０¹⁵〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2、例えば２×
１０¹⁵ｃｍ^-2とする。この工程により、不純物が注入さ
れた領域１１１と１１２とは、後にＴＦＴのソース／ド
レイン領域１１１、１１２となり、ゲート電極１０８と
酸化物層１０９とによりマスクされて不純物が注入され
ない領域は、後にＴＦＴのチャネル領域１１０となる。

【００５９】その後、レーザー光の照射によりアニール
を行ってイオン注入した不純物の活性化を行うと同時
に、活性領域１０３ｎにおいて不純物注入工程で結晶性
が劣化した部分の結晶性を改善させる。ここではレーザ
ーとしてＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ、
パルス幅４０ｎｓｅｃ）を用いたが、他のレーザーを用
いてもよい。レーザー光の照射条件は、エネルギー密度
が１５０〜４００ｍＪ／ｃｍ²、好ましくは２００〜２
５０ｍＪ／ｃｍ²である。このようにして形成されたＮ
型不純物（リン）領域１１１、１１２のシート抵抗は２
００〜８００Ω／□であった。

【００６０】続いて、厚さ６００ｎｍ程度の酸化ケイ素
膜または窒化ケイ素膜からなる層間絶縁膜１１３をプラ
ズマＣＶＤ法により形成する。ここで、酸化ケイ素膜を
形成する場合には、ＴＥＯＳを原料として、酸素と共に
ＲＦプラズマＣＶＤ法により分解・堆積する方法、もし
くはＴＥＯＳを原料として、オゾンガスと共に減圧プラ
ズマＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法により分解・堆積する
方法により形成すると、段差被覆性に優れた良好な層間
絶縁膜が得られる。窒化ケイ素膜を形成する場合には、
ＳｉＨ₄とＮＨ₃とを原料ガスとしてプラズマＣＶＤ法に
より成膜すると、結晶性ケイ素膜中の不対結合手を低減
する効果があり、ＴＦＴ特性を向上させることができ
る。

【００６１】次に、図１（Ｅ）に示すように、層間絶縁
膜１１３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二層膜によってＴＦＴ
の電極・配線１１４、１１５を形成し、ソース／ドレイ
ン領域１１１、１１２と接続させる。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。

【００６２】得られたＴＦＴは、アクティブマトリクス
型液晶表示装置の周辺ドライバー回路や画素部分のスイ
ッチング素子、またはＣＰＵが構成された薄膜集積回路
に使用することができる。画素電極のスイッチング素子
として用いる場合には、電極１１４または１１５をＩＴ
Ｏ等の透明導電膜からなる画素電極に接続し、もう一方
の電極から信号を入力する構成とする。また、ＣＰＵ等
の薄膜集積回路に用いる場合には、ゲート電極１０８上
にもコンタクトホールを形成し、必要とする配線を形成
してゲート電極１０８と接続させる構成とする。

【００６３】このようにして得られたＮ型ＴＦＴは、電
界効果移動度が１２０〜１５０ｃｍ²／Ｖｓ、Ｓ値が
０．２〜０．４Ｖ／桁、閾値電圧２〜３Ｖという良好な
特性を示した。基板内におけるＴＦＴ特性のばらつき
は、電界効果移動度で±１２％、閾値電圧で±８％以内
で、均一性および安定性良く製造することができた。

【００６４】（実施例２）本実施例では、ガラス基板上
に形成されたＰ型ＴＦＴに本発明を利用した場合につい
て説明する。

【００６５】図３（Ｆ）に、本実施例のＴＦＴの断面図
を示す。このＴＦＴにおいては、ガラス基板２０１上
に、基板からの不純物の拡散を防止する為に、酸化ケイ
素からなる下地膜２０２が形成され、その上に、ソース
／ドレイン領域２１１、２１２およびチャネル領域２１
０を有する結晶性ケイ素からなる活性領域２０３ｐが形
成され、その上に酸化ケイ素からなるゲート絶縁膜２０
７が形成されている。その上にチャネル領域２１０と対
向するようにアルミニウム膜からなるゲート電極２０８
が形成され、その上を覆って、酸化ケイ素または窒化ケ
イ素からなる層間絶縁膜２１３が形成されている。さら
にその上に、金属材料、例えば窒化チタンとアルミニウ
ムの二層膜からなるＴＦＴの電極・配線２１４、２１５
が形成されて、ゲート絶縁膜２０７および層間絶縁膜２
１３に形成されたコンタクトホールを介してソース／ド
レイン領域２１１、２１２と電気的に接続されている。

【００６６】このＴＦＴは、以下のようにして作製する
ことができる。図２（Ａ）は、この実施例のＴＦＴの作
製工程の概要を示す平面図である。図３は図２（Ａ）の
Ａ−Ａ’線断面図であり、（Ａ）→（Ｆ）の順に従って
工程が進行する。

【００６７】まず、図３（Ａ）に示すように、ガラス基
板２０１上に、例えばスパッタリング法により厚さ２０
０ｎｍ程度の酸化ケイ素からなる下地膜２０２を形成す
る。その上に、減圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法に
より、厚さ２５〜１００ｎｍ、例えば８０ｎｍの第１の
真性（Ｉ型）非晶質ケイ素膜２０３を成膜する。

【００６８】次に、厚さ５０ｎｍ程度の酸化ケイ素膜ま
たは窒化ケイ素膜等の絶縁性薄膜によりマスク２０４を
形成し、これを選択的に除去してスリット状開口部２０
０を設ける。この状態を基板上面から見ると、図２
（Ａ）に示すように、開口部が設けられた領域２００で
はスリット状に非晶質ケイ素膜２０３が露呈され、他の
部分はマスクされた状態となっている。図２（Ａ）にお
いて、Ａ−Ａ’線で切断した断面が図３（Ｅ）または
（Ｆ）に相当する。尚、本実施例では、図２（Ａ）のよ
うな配置でＴＦＴを作製するが、図２（Ｂ）のような配
置でも同様な方法で全く問題なくＴＦＴを作製すること
ができる。尚、図２（Ａ）および（Ｂ）において、２１
１と２１２がＴＦＴのソース／ドレイン領域、２１０が
チャネル領域であり、２０６は結晶成長方向を示す。

【００６９】上記マスク２０４を形成後、図３（Ｂ）に
示すように、真空蒸着法によりニッケルの極薄膜２０５
を形成する。この際、ニッケルの基板上の面密度は、５
×１０¹⁰〜５×１０¹³ａｔｏｍｓ／ｃｍ³となるように
した。本実施例では、蒸着時の真空度を１×１０^-4Ｐ
ａ、蒸着源と基板との間の距離を４０ｃｍとして５秒間
の蒸着を行った。この時のニッケルの面密度は、２×１
０¹³ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度であった。スリット状開口
部が設けられた領域２００の部分では、蒸着されたニッ
ケル薄膜２０５が非晶質ケイ素膜２０３と接触してお
り、この部分に選択的にニッケル微量添加が行われたこ
とになる。

【００７０】次に、これを水素還元雰囲気下または不活
性雰囲気下、例えば加熱温度５５０℃で１６時間アニー
ルして結晶化させる。この際、ニッケル微量添加が選択
的に行われた領域２００においては、基板２０１に対し
て垂直方向に非晶質ケイ素膜２０３の結晶化が起こり、
結晶性ケイ素膜２０３ａが形成される。また、結晶化と
同時に膜中にニッケルが均一に拡散して、結晶性ケイ素
膜２０３ａ中のニッケル濃度は４×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／
ｃｍ³となった。一方、領域２００の周辺領域では、図
３（Ｃ）の矢印２０６に示すように、領域２００から横
方向（基板２０１と平行な方向）に結晶成長が起こり、
横方向に結晶成長した結晶性ケイ素膜２０３ｂが形成さ
れる。それ以外の領域では、非晶質ケイ素膜はそのまま
非晶質ケイ素膜２０３として残される。横方向に結晶成
長した結晶性ケイ素膜２０３ｂ中のニッケル濃度は２×
１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度であり、直接ニッケルを
添加して結晶成長した結晶性ケイ素膜２０３ａに比べて
一桁程度小さい値となっている。上記結晶成長に際し、
矢印２０６で示される基板と平行な方向の結晶成長の距
離は、８０μｍ程度であった。

【００７１】その後、マスク２０４を除去し、レーザー
光を照射して、結晶性ケイ素膜２０３ｂの結晶性を助長
する。ここではレーザーとしてＫｒＦエキシマレーザー
（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を用い、照
射条件は、基板を２００〜４５０℃、例えば３５０℃に
加熱し、エネルギー密度２００〜４００ｍＪ／ｃｍ^２、
例えば２５０ｍＪ／ｃｍ^２で照射した。

【００７２】次に、図３（Ｄ）に示すように、不要な部
分の結晶性ケイ素膜２０３を除去して素子間分離を行
い、後でＴＦＴの活性領域（ソース／ドレイン領域２１
１、２１２、チャネル領域２１０）となる島状の結晶性
ケイ素膜２０３ｐを形成する。

【００７３】その後、図３（Ｅ）に示すように、活性領
域となる結晶性ケイ素膜２０３ｐを覆うように厚さ２０
〜１５０ｎｍ、例えば１００ｎｍの酸化ケイ素膜からな
るゲート絶縁膜２０７を成膜する。ここでは、スパッタ
リング法によりゲート絶縁膜２０７を形成した。ターゲ
ットとしては酸化ケイ素を用い、基板温度２００〜４０
０℃、例えば３５０に加熱し、スパッタリング雰囲気は
酸素とアルゴンとを用い、アルゴン／酸素＝０〜０．
５、例えば０．１以下とした。

【００７４】引き続いて、スパッタリング法により厚さ
４００ｎｍのアルミニウムを成膜し、これをパターニン
グしてゲート電極２０８を形成する。

【００７５】続いて、イオンドーピング法により、ゲー
ト電極２０８をマスクとして、活性領域２０３ｐに不純
物（ホウ素）を注入する。ドーピングガスとして、ジボ
ラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用い、加速電圧を４０〜８０ｋｅＶ、
例えば６５ｋｅＶとし、ドーズ量は１×１０¹⁵〜８×１
０¹⁵ｃｍ^-2、例えば５×１０¹⁵ｃｍ^-2とする。この工程
により、不純物が注入された領域２１１と２１２とは、
後にＴＦＴのソース／ドレイン領域２１１、２１２とな
り、ゲート電極２０８によりマスクされて不純物が注入
されない領域は、後にＴＦＴのチャネル領域２１０とな
る。

【００７６】その後、レーザー光の照射によりアニール
を行ってイオン注入した不純物の活性化を行うと同時
に、活性領域２０３ｐにおいて不純物注入工程で結晶性
が劣化した部分の結晶性を改善させる。ここではレーザ
ーとしてＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ、パ
ルス幅２０ｎｓｅｃ）を用い、エネルギー密度２００〜
４００ｍＪ／ｃｍ²、例えば２５０ｍＪ／ｃｍ²で照射し
た。このようにして形成されたＮ型不純物（リン）領域
２１１、２１２のシート抵抗は５００〜９００Ω／□で
あった。

【００７７】続いて、厚さ６００ｎｍ程度の酸化ケイ素
膜からなる層間絶縁膜２１３をプラズマＣＶＤ法により
形成する。ここで、酸化ケイ素膜は、ＴＥＯＳを原料と
して、酸素と共にＲＦプラズマＣＶＤ法により分解・堆
積する方法、もしくはＴＥＯＳを原料として、オゾンガ
スと共に減圧プラズマＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法によ
り分解・堆積する方法により形成すると、段差被覆性に
優れた良好な層間絶縁膜が得られる。

【００７８】次に、図３（Ｆ）に示すように、層間絶縁
膜２１３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二層膜によってＴＦＴ
の電極・配線２１４、２１５を形成し、ソース／ドレイ
ン領域２１１、２１２と接続させる。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。

【００７９】このＴＦＴを画素電極のスイッチング素子
として用いる場合には、電極２１４または２１５をＩＴ
Ｏ等の透明導電膜からなる画素電極に接続し、もう一方
の電極から信号を入力する構成とする。また、ＣＰＵ等
の薄膜集積回路に用いる場合には、ゲート電極２０８上
にもコンタクトホールを形成し、必要とする配線を形成
してゲート電極２０８と接続させる構成とする。

【００８０】このようにして得られたＰ型ＴＦＴは、電
界効果移動度が１２０〜１４０ｃｍ²／Ｖｓ、Ｓ値が
０．３〜０．５Ｖ／桁、閾値電圧−２〜−３Ｖという良
好な特性を示した。基板内におけるＴＦＴ特性のばらつ
きは、電界効果移動度で±１０％、閾値電圧で±５％以
内で、均一性および安定性良く製造することができた。

【００８１】（実施例３）本実施例では、アクティブマ
トリクス型液晶表示装置の周辺駆動回路や一般の薄膜集
積回路に用いられる、ガラス基板上にＮ型ＴＦＴとＰ型
ＴＦＴとを相補型に構成したＣＭＯＳ構造の回路に本発
明を利用した場合について説明する。

【００８２】図５（Ｅ）に、本実施例のＣＭＯＳ構造の
回路の断面図を示す。この回路においては、ガラス基板
３０１上に、基板からの不純物の拡散を防止する為に、
酸化ケイ素からなる下地膜３０２が形成されている。そ
の上に、ソース／ドレイン領域３１２、３１３およびチ
ャネル領域３１０を有する結晶性ケイ素からなるＮ型Ｔ
ＦＴの活性領域３０３ｎと、ソース／ドレイン領域３１
４、３１５およびチャネル領域３１１を有する結晶性ケ
イ素からなるＮ型ＴＦＴの活性領域３０３ｐとが形成さ
れている。

【００８３】その上に酸化ケイ素からなるゲート絶縁膜
３０７が形成され、各ＴＦＴのチャネル領域と対向する
ようにアルミニウム膜からなるゲート電極３０８、３０
９が形成されている。その上を覆って、酸化ケイ素から
なる層間絶縁膜３１６が形成され、さらにその上に、金
属材料、例えば窒化チタンとアルミニウムの二層膜から
なるＴＦＴの電極・配線３１７、３１８、３１９が形成
されて、ゲート絶縁膜３０７および層間絶縁膜３１６を
貫通して形成されたコンタクトホールを介してソース／
ドレイン領域３１２、３１３、３１４、３１５と電気的
に接続されている。

【００８４】このＣＭＯＳ構造回路は、以下のようにし
て作製することができる。図４は、この実施例のＣＭＯ
Ｓ構造回路の作製工程の概要を示す平面図である。図５
は図４のＢ−Ｂ’線断面図であり、（Ａ）→（Ｅ）の順
に従って工程が進行する。

【００８５】まず、図５（Ａ）に示すように、ガラス基
板３０１上に、例えばスパッタリング法により厚さ１０
０ｎｍ程度の酸化ケイ素からなる下地膜３０２を形成す
る。その上に、減圧ＣＶＤ法により、厚さ２５〜１００
ｎｍ、例えば５０ｎｍの真性（Ｉ型）非晶質ケイ素膜３
０３を成膜する。

【００８６】次に、厚さ５０ｎｍ程度の酸化ケイ素膜ま
たは窒化ケイ素膜等の絶縁性薄膜によりマスク３０４を
形成し、これを選択的に除去して触媒元素注入口３００
を開ける。この状態を基板上面から見ると、図４に示す
ように、触媒元素注入口３００を通して非晶質ケイ素膜
３０３が露呈され、他の部分はマスクされた状態となっ
ている。

【００８７】上記マスク３０４を設けた後、図５（Ｂ）
に示すように、真空蒸着法によりニッケルの極薄膜３０
５を形成する。この際、ニッケルの基板上の面密度は、
５×１０¹⁰〜５×１０¹³ａｔｏｍｓ／ｃｍ³となるよう
にした。本実施例では、蒸着時の真空度を１×１０^-4Ｐ
ａ、蒸着源と基板との間の距離を６０ｃｍとして５秒間
の蒸着を行った。この時のニッケルの面密度は、１×１
０¹³ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度であった。触媒元素注入口
が設けられた領域３００の部分では、蒸着されたニッケ
ル薄膜３０５が非晶質ケイ素膜３０３と接触しており、
この部分に選択的にニッケル微量添加が行われたことに
なる。これを水素還元雰囲気下または不活性雰囲気下、
例えば加熱温度５５０℃で１６時間アニールして結晶化
させる。

【００８８】この際、ニッケル微量添加が選択的に行わ
れた領域３００においては、基板３０１に対して垂直方
向に非晶質ケイ素膜３０３の結晶化が起こり、結晶性ケ
イ素膜３０３ａが形成される。また、結晶化と同時に膜
中にニッケルが均一に拡散して、結晶性ケイ素膜３０３
ａ中のニッケル濃度は２×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³と
なった。一方、領域３００の周辺領域では、図５（Ｂ）
の矢印３０６に示すように、領域３００から横方向（基
板３０１と平行な方向）に結晶成長が起こり、横方向に
結晶成長した結晶性ケイ素膜３０３ｂが形成される。そ
れ以外の領域では、非晶質ケイ素膜はそのまま非晶質ケ
イ素膜３０３として残される。横方向に結晶成長した結
晶性ケイ素膜３０３ｂ中のニッケル濃度は１×１０¹⁷ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ³程度であり、直接ニッケルを添加して
結晶成長した結晶性ケイ素膜３０３ａに比べて一桁程度
小さい値となっている。上記結晶成長に際し、矢印３０
６で示される基板と平行な方向の結晶成長の距離は、８
０μｍ程度であった。

【００８９】その後、マスク３０４を除去し、レーザー
光を照射して、結晶性ケイ素膜３０３ｂの結晶性を助長
する。ここ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。レーザー光の照射条件は、エネルギー密度２００〜
４００ｍＪ／ｃｍ²、例えば３００ｍＪ／ｃｍ²とし、照
射時に基板を２００〜４５０℃、例えば４００℃に加熱
した。

【００９０】次に、図５（Ｃ）に示すように、ＴＦＴの
活性領域（素子領域）３０３ｎ、３０３ｐとなる結晶性
ケイ素膜を残してそれ以外の領域をエッチング除去し、
素子間分離を行う。

【００９１】次に、図５（Ｄ）に示すように、活性領域
となる結晶性ケイ素膜３０３ｎ、３０３ｐを覆うように
厚さ１００ｎｍの酸化ケイ素膜からなるゲート絶縁膜３
０７を成膜する。ここでは、ＴＥＯＳを原料として、酸
素と共にＲＦプラズマＣＶＤ法により、基板温度３５０
℃で分解・堆積した。

【００９２】引き続いて、スパッタリング法により厚さ
４００〜８００ｎｍ、例えば６００ｎｍのアルミニウム
（０．１〜２％のシリコンを含む）を成膜し、これをパ
ターニングしてゲート電極３０８、３０９を形成した。

【００９３】続いて、イオンドーピング法により、ゲー
ト電極３０８、３０９をマスクとして、活性領域３０３
ｎに不純物（リン）を、また、活性領域３０３ｐに不純
物（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（Ｂ₂Ｈ₆）を用い、
前者は加速電圧を６０〜９０ｋｅＶ、例えば８０ｋｅＶ
とし、後者は加速電圧を４０〜８０ｋｅＶ、例えば６５
ｋｅＶとする。ドーズ量は１×１０¹⁵〜８×１０¹⁵ｃｍ
^-2、例えばリンを２×１０¹⁵ｃｍ^-2、ホウ素を５×１０
¹⁵ｃｍ^-2とする。この工程により、不純物が注入された
領域３１２、３１３、３１４、３１５は、後にＴＦＴの
ソース／ドレイン領域となり、ゲート電極３０８、３０
９によりマスクされて不純物が注入されない領域は、後
にＴＦＴのチャネル領域３１０、３１１となる。上記ド
ーピングに際しては、ドーピングが不要な領域をフォト
レジストで覆うことにより、それぞれの元素を選択的に
ドーピングすることができる。この結果、Ｎ型の不純物
領域３１２、３１３と、Ｐ型の不純物領域領域３１４、
３１４とが形成され、図５（Ｅ）に示すように、Ｎチャ
ネル型ＴＦＴとＰチャネル型ＴＦＴとを形成することが
できる。

【００９４】その後、図５（Ｄ）に示すように、レーザ
ー光の照射によりアニールを行ってイオン注入した不純
物の活性化を行う。ここ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４０ｎｓ
ｅｃ）を用い、照射条件はエネルギー密度２５０ｍＪ／
ｃｍ²として一カ所につき２ショット照射した。

【００９５】続いて、図５（Ｅ）に示すように、厚さ６
００ｎｍ程度の酸化ケイ素膜からなる層間絶縁膜３１６
をプラズマＣＶＤ法により形成する。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
ミニウムの二層膜によってＴＦＴの電極・配線３１７、
３１８、３１９を形成し、ソース／ドレイン領域３１
２、３１３、３１４、３１５と接続させる。最後に水素
プラズマ雰囲気で３５０℃、３０分のアニールを行い、
ＴＦＴを完成させる。

【００９６】このようにして得られたＣＭＯＳ構造の回
路において、Ｎ型ＴＦＴの電界効果移動度は１５０〜１
８０ｃｍ²／Ｖｓ、Ｐ型ＴＦＴの電界効果移動度は１２
０〜１４０ｃｍ²／Ｖｓという高い値を示した。また、
閾値電圧はＮ型ＴＦＴで１．５〜２Ｖ、Ｐ型ＴＦＴで−
２〜−３Ｖという非常に良好な特性を示した。基板内に
おけるＴＦＴ特性のばらつきは、電界効果移動度につき
±１２％以内、閾値電圧につき±８％以内で、均一性お
よび安定性良く製造することができた。

【００９７】以上、本発明の実施例について具体的に説
明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、本発明の技術思想に基づいて各種の変形が可能であ
る。

【００９８】例えば上記実施例１〜３において、ニッケ
ルを導入する方法としては、非晶質ケイ素膜の表面に蒸
着法によりニッケル極薄膜を形成することにより選択的
にニッケル微量添加を行って、この部分から結晶成長を
行う方法を採用した。しかし、非晶質ケイ素膜を形成す
る前に、下地膜表面に蒸着法によりニッケル微量添加を
行う方法でもよい。即ち、ニッケル微量添加は非晶質ケ
イ素膜の上面に行っても下面に行ってもよく、結晶成長
は非晶質ケイ素膜の上面側から行っても下面側から行っ
てもよい。

【００９９】結晶化を助長する触媒元素としては、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、コバルト、パラジウム、白金、銅、銀、
金、インジウム、錫、リン、ヒ素、アンチモン、アルミ
ニウム等の金属元素を用いても同様な効果を得ることが
できる。これらの触媒元素から選択される一種または複
数種類の元素であれば、微量（１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／
ｃｍ³程度）でも結晶化を助長する効果を有するので、
半導体素子に悪影響を及ぼすおそれがない。

【０１００】上記実施例では結晶性ケイ素膜の結晶性を
助長するために、パルスレーザーであるエキシマレーザ
ー照射による加熱を行ったが、それ以外のレーザー（例
えば連続発振レーザーであるＡｒレーザー等）を用いて
も同様の処理を行うことができる。また、レーザーの代
わりに、レーザー光と同等の強光、例えば赤外光、フラ
ッシュランプ等を使用して短時間に１０００〜１２００
℃（シリコンモニターの温度）まで上昇させて試料を加
熱する所謂ＲＴＡ（ラピッド・サーマル・アニール、ま
たはＲＴＰ（ラピッド・サーマル・プロセス）とも称す
る）等を用いてもよい。

【０１０１】さらに、液晶表示用のアクティブマトリク
ス基板以外に本発明を適用することもできる。例えば、
密着型イメージセンザー、ドライバー内蔵型サーマルヘ
ッド、有機系ＥＬなどを発光素子としたドライバー内蔵
型の光書き込み素子や表示素子、三次元ＩＣなどの半導
体装置などが挙げられ、本発明を適用することによりこ
れらの素子の高速化、高解像度化等の高性能化を実現す
ることができる。さらに、上記実施例で説明したＭＯＳ
型トランジスタに限らず、結晶性半導体を素子材料とし
たバイポーラトランジスタや静電誘導トランジスタを初
めとして半導体プロセスおよび半導体装置全般に幅広く
応用することができる。

【０１０２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、絶縁性表面を有する基板上に、結晶性を有す
るケイ素膜からなる活性領域が形成された半導体装置に
おいて、大面積基板に渡って均一で安定した特性の高性
能なＴＦＴを、簡便な製造プロセスにより形成すること
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用ＴＦＴの
特性の均一化と、周辺駆動回路部を構成するＴＦＴに要
求される高性能化を同時に満足させることができるの
で、同一基板上にアクティブマトリクス部（表示部）と
周辺駆動回路部とが形成された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することができ、モジ
ュールのコンパクト化、高性能化、低コスト化を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）〜（Ｅ）は実施例１の半導体装置の製造
方法を示す工程図（断面図）である。

【図２】（Ａ）および（Ｂ）は実施例２の半導体装置の
製造工程の概要を示す平面図である。

【図３】（Ａ）〜（Ｆ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ’線にお
ける工程図（断面図）である。

【図４】実施例３の半導体装置の作製工程の概要を示す
平面図である。

【図５】（Ａ）〜（Ｅ）は図４のＢ−Ｂ’線における工
程図（断面図）である。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１ ガラス基板 １０２、２０２、３０２ 下地膜 １０３、２０３、３０３ 非晶質ケイ素膜 １０３ａ、２０３ａ、３０３ａ 結晶性ケイ素膜 ２０３ｂ、３０３ｂ 結晶性ケイ素膜 １０３ｎ、２０３ｐ、３０３ｎ、３０３ｐ 活性領域 ２０４、３０４ マスク ２０６、３０６ 結晶成長方向 １０７、２０７、３０７ ゲート絶縁膜 １０８、２０８、３０８、３０９ ゲート電極 １０９ 酸化物層（陽極酸化層） １１０、２１０、３１０、３１１ チャネル領域 １１１、１１２、２１１、２１２、３１２、３１３、３
１４、３１５ ソース／ドレイン領域 １１３、２１３、３１６ 層間絶縁膜 １１４、１１５、２１４、２１５、３１７、３１８、３
１９ 電極・配線

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性表面を有する基板上に、結晶性を
   有するケイ素膜からなる活性領域が形成された半導体装
   置であって、 該活性領域は、非晶質ケイ素膜に結晶化を助長する触媒
   元素を蒸着法により導入し、該非晶質ケイ素膜に加熱処
   理と、レーザ光または強光照射とを行うことにより結晶
   成長させたものからなる半導体装置。
2. 【請求項２】 絶縁性表面を有する基板上に、結晶性を
   有するケイ素膜からなる活性領域が形成された半導体装
   置であって、 前記活性領域は、非晶質ケイ素膜の一部に結晶化を助長
   する触媒元素を蒸着法により選択的に導入し、該非晶質
   ケイ素膜に加熱処理と、レーザ光または強光照射とを行
   うことにより、該触媒元素が選択的に導入された領域の
   周辺部において基板表面に対して概略平行な方向に結晶
   成長を行わせたものからなる半導体装置。
3. 【請求項３】 前記触媒元素が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐ
   ｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂお
   よびＡｌから選択される一種または複数種類の元素であ
   る請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 前記活性領域中における前記触媒元素の
   濃度が１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³〜１×１０¹⁹ａｔ
   ｏｍｓ／ｃｍ³である請求項１または２に記載の半導体
   装置。
5. 【請求項５】 絶縁性表面を有する基板上に、結晶性を
   有するケイ素膜からなる活性領域が形成された半導体装
   置の製造方法であって、 基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、 該非晶質ケイ素膜を形成する工程の前または後におい
   て、該非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を含
   有する薄膜を蒸着する工程と、 該非晶質ケイ素膜を加熱により結晶化させる工程と、 加熱により結晶化されたケイ素膜にレーザ光または強光
   を照射して結晶性を助長する工程と、 を含む半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】 絶縁性表面を有する基板上に、結晶性を
   有するケイ素膜からなる活性領域が形成された半導体装
   置の製造方法であって、 基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、 該非晶質ケイ素膜を形成する工程の前または後におい
   て、該非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を含
   有する薄膜を、該非晶質ケイ素膜の一部と接するように
   選択的に蒸着する工程と、 該非晶質ケイ素膜を加熱して、該非晶質ケイ素膜におけ
   る該触媒元素を含有する薄膜が接した領域の周辺部に、
   基板表面に対して概略平行な方向に結晶成長を行わせる
   工程と、 加熱により結晶化されたケイ素膜にレーザー光または強
   光を照射して、基板表面に対して概略平行な方向に結晶
   成長を行わせた領域の結晶性を助長する工程と、 を含む半導体装置の製造方法。
7. 【請求項７】 前記非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する
   触媒元素を含有する薄膜を蒸着する際、該触媒元素を含
   有する蒸着源と前記基板との距離を２０ｃｍ以上にして
   蒸着を行う請求項５または６に記載の半導体装置の製造
   方法。
8. 【請求項８】 前記非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する
   触媒元素を含有する薄膜を蒸着する際、該触媒元素を含
   有する蒸着源と基板との間に、基板への多量の蒸着を抑
   制する敷居板を設けて蒸着を行う請求項５または６に記
   載の半導体装置の製造方法。
9. 【請求項９】 前記触媒元素として、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐ
   ｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ａｓ、
   ＳｂおよびＡｌから選択される一種または複数種類の元
   素を用いる請求項５または６に記載の半導体装置の製造
   方法。