JPH09171964A

JPH09171964A - 半導体装置およびその作製方法

Info

Publication number: JPH09171964A
Application number: JP34966595A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Satoshi Teramoto; 聡寺本; Shoji Miyanaga; 昭治宮永
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1995-12-20
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 1997-06-30

Abstract

(57)【要約】【目的】結晶性の優れた結晶性珪素膜得る。【構成】ガラス基板１０１上に下地膜１０２を成膜
し、さらに非晶質珪素膜１０３を成膜する。そして、マ
スク１０４を用いて開口部１０５において非晶質珪素膜
１０３の一部に接して珪素の結晶化を助長する金属元素
であるニッケル元素が接して保持された状態とする。そ
して、６００℃以上の温度で、かつ普通の非晶質珪素膜
が結晶化しない条件でもって加熱処理を施し、基板に平
行な方向への結晶成長１０８だけを行わせる。このよう
にすることにより、１００μｍ以上というような長い横
成長を行わすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本明細書で開示する発明は、結晶
性珪素膜を用いた半導体装置およびその作製方法に関す
る。例えば、ガラス基板や石英基板上に形成された結晶
性珪素膜を用いた薄膜トランジスタおよびその作製方法
に関する。また結晶性珪素膜を用いた半導体装置の構成
およびその作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ガラス基板や石英基板上に珪
素膜をプラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶ法で成膜し、この
珪素膜を用いて薄膜トランジスタを作製する技術が知ら
れている。またこの技術は、ガラス基板や石英基板を用
いる場合のみではなく、単結晶シリコンウエハーを用い
た集積回路においても、多層構造を実現する場合にも利
用されている。

【０００３】特に、アクティブマトリクス型の液晶表示
装置（ＬＣＤ）にこの薄膜トランジスタを利用する技術
が研究されている。

【０００４】一般に気相法または蒸着等の方法でもっ
て、単結晶珪素膜を得ることは困難である。（微小な面
積においては実現できる技術もあるが一般的ではない）

【０００５】そこで、プラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ
法でもって非晶質珪素膜（アモルファスシリコン膜）を
成膜し、それを加熱やレーザー光の照射によって結晶化
させる技術が利用されている。

【０００６】結晶性珪素膜を得る方法として一般に利用
されているのは、基板として石英基板を用い、この石英
基板上に形成された非晶質珪素膜を加熱によって結晶化
させる技術である。この方法においては、加熱を９００
℃〜１１００℃という高温で行なうことにより、非晶質
珪素膜を結晶性珪素膜に変成している。

【０００７】しかし、石英基板は高価であり、低価格化
が求められている液晶表示装置に利用するには問題があ
る。一方、基板としてはガラス基板を利用する技術もし
られている。しかしガラス基板は耐熱性が低いので、上
記のような高温処理ができず、必要とする結晶性が得ら
れないのが現状である。

【０００８】ガラス基板の耐熱温度は、種類にもよる
が、６００〜７５０℃程度である。従って、この温度以
下のプロセスでもって、必要とする特性を有する結晶性
珪素膜を得ることが必要となる。

【０００９】また、レーザー光を照射することにより、
非晶質珪素膜を結晶性珪素膜に変成する技術が知られて
いる。この技術によれば、基板に熱ダメージをほとんど
与えないで、非晶質珪素膜を結晶性珪素膜に変成するこ
とができる。しかし、レーザー発振器の安定性や照射面
における均一性に問題があり、工業的に利用するには問
題がある。

【００１０】この問題を解決する方法としては、プロセ
スマージンを高くするために、加熱処理とレーザー光の
照射とを併用する方法がある。しかし、加熱処理を併用
した場合は、前述の処理温度の高さの問題が発生するの
で、やはりガラス基板を用いることは困難となる。

【００１１】このような問題を解決する技術として、特
開平０７−０７４３６６号公報に記載された技術が公知
である。この技術は珪素の結晶化を助長する金属元素を
用いて、６００℃以下のプロセス温度で非晶質珪素膜を
結晶化させる技術である。

【００１２】この技術においては、結晶成長の形態が二
つある。一つは、金属元素を添加した領域において起こ
る縦成長（基板に垂直な方向に進行する）である。二つ
目は、当該領域から周辺に結晶成長が進行する横成長
（基板に平行な方向に結晶成長が進行する）である。

【００１３】縦成長は、単なる加熱に比較して低温度
（結晶化温度を５０℃程度下げれる）で結晶性珪素膜え
られ、またプロセスが比較的簡便ではあるという特徴が
ある。しかし、金属元素の濃度がどうしても高くなりや
すく、また金属元素の偏析の問題がある。

【００１４】金属元素の偏析は、得られる半導体デバイ
スの特性を大きくばらつかせる要因となる。また、薄膜
トランジスタを作製した場合のリーク電流の増加の要因
ともなる。

【００１５】一方、横成長によって得られる領域は、膜
質の良さ、またその内部における金属元素の濃度の低さ
（比較的にという意味ではあるが）、といった有意性が
得られる。しかしの成長距離が充分に得られていないの
が現状である。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本明細書で開示する発
明は、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して結晶
性珪素膜を得る技術において、その結晶成長領域を大き
な面積でもって、かつ高い制御性でもって得ることを課
題とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の一つは、絶縁表面上に形成された非晶質珪素膜の一部
に接して珪素の結晶化を助長する金属元素を保持させる
工程と、加熱処理を施し前記一部から基板に平行な方向
に１００μｍ以上の結晶成長を行わす工程と、を有し、
前記加熱処理は６００℃以上の温度で、かつ基板に平行
な方向への結晶成長以外の結晶成長が行われない条件で
行われることを特徴とする。

【００１８】上記構成において、珪素の結晶化を助長す
る金属元素として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐ
ｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種ま
たは複数種類の元素を利用することができる。

【００１９】上記構成において重要なのは、６００℃以
上という加熱温度であって、かつ普通の非晶質珪素膜の
結晶化が進行しない条件でもって加熱処理を行うことで
ある。これは、より横成長距離を延ばすためである。

【００２０】一般に横成長の他に金属元素の助けを借り
ない普通の結晶成長が進行すると、その部分で横成長は
止まってしまう。観察によると、普通の非晶質珪素膜の
結晶化は、横成長を阻害するものとして機能する。従っ
て、６００℃以上の温度であって、かつ普通の非晶質珪
素膜が結晶化しない程度の条件で加熱処理を行い、横成
長だけを行わせることが重要となる。即ち、横成長以外
させないことが重要となる。

【００２１】具体的な条件としては、６００℃〜６５０
℃の温度で２〜８時間程度の条件とすることが好まし
い。この条件より加熱温度を高くした場合、あるいは加
熱時間を長くした場合（特に加熱時間を長くした場
合）、珪素の結晶化を助長する金属元素の作用以外の
（普通の）結晶成長が進行し、長い横成長距離を得るこ
とができない。

【００２２】他の発明の構成は、絶縁表面上に形成され
基板に平行な方向に１００μｍ以上の結晶成長が行われ
た領域を有し、前記結晶成長した領域は、単結晶珪素と
同等の耐フッ酸性を有していることを特徴とする。

【００２３】他の発明の構成は、絶縁表面上に形成され
た非晶質珪素膜の一部に接して珪素の結晶化を助長する
金属元素を保持させる工程と、加熱処理を施し前記一部
から基板に平行な方向に１００μｍ以上の結晶成長を行
わす工程と、を有し、前記結晶成長した領域は、単結晶
珪素と同等の耐フッ酸性を有していることを特徴とす
る。

【００２４】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例は、ガラス基板上に横成長領域を
形成する工程を示す。図１に本実施例の作製工程を示
す。

【００２５】まずガラス基板１０１上に下地膜として酸
化窒化珪素膜１０２をプラズマＣＶＤ法により１０００
Åの厚さに成膜する。

【００２６】ここでガラス基板としては、コーニング１
７３７ガラス基板を用いる。コーニング１７３７ガラス
基板は、歪点が６６７℃であり、それ以下の温度の加熱
処理であれば耐えることができる。

【００２７】下地膜１０１を構成する酸化窒化珪素膜
は、酸素とシランとＮ₂ Ｏとを混合したガスを用いたプ
ラズマＣＶＤ法により成膜する。

【００２８】下地膜としては、バッファードフッ酸によ
るエッチングレートが１０００Å／分以下であるような
緻密で固い膜質のものを用いることが好ましい。

【００２９】次に後に薄膜トランジスタの活性層を構成
することとなる非晶質珪素膜１０３を成膜する。この非
晶質珪素膜１０３の成膜は、減圧熱ＣＶＤ法を用いる。
減圧熱ＣＶＤ法以外の成膜方法としては、プラズマＣＶ
Ｄ法を用いることができる。しかし、含有水素量の低さ
や膜の緻密さといった点で減圧熱ＣＶＤ法を用いること
が好ましい。

【００３０】このように図１（Ａ）に示す状態を得る。
そして、選択的に珪素の結晶化を助長する金属元素を導
入するためのマスクを形成する。ここでは、酸化珪素膜
でもってマスク１０４を形成する。

【００３１】このマスクは、１０５の領域で開口を有し
ており、この部分で露呈した非晶質珪素膜１０３の表面
に珪素の結晶化を助長する金属元素であるニッケルを接
して保持させる。

【００３２】開口１０５の形状は、図面の奥行きまたは
手前方向に長手方向を有する細長いスリット状のものと
する。

【００３３】マスク１０４としては、ニッケル元素が拡
散しないような材料であれば用いることができる。

【００３４】マスク１０４を形成したら、珪素の結晶化
を助長する金属元素の導入を行う。ここでは、ニッケル
酢酸塩溶液を用いてニッケル元素の導入を行う。

【００３５】ニッケルの導入方法としては、ニッケル元
素またはニッケル元素を含む膜を成膜する方法を用いる
ことを用いることもできる。例えば、スパッタ法や蒸着
法、さらにＣＶＤ法や吸着法を用いることもできる。

【００３６】まずニッケル酢酸塩溶液を塗布することに
より、図１（Ｂ）に示すようにニッケル酢酸塩溶液の水
膜１０６を形成する。そしてスピンコーターにより余分
な溶液を除去し、ニッケル元素の化合物が１０７で示さ
れるように非晶質珪素膜１０３の表面とマスク１０４の
表面に接して保持された状態とする。

【００３７】この状態においては、マスクの開口部１０
５においてのみ非晶質珪素膜１０３の表面にニッケル化
合物が接して保持される。

【００３８】そして酸化珪素膜でなるマスク１０４を除
去する。こうして図１（Ｄ）に示す状態を得る。この状
態においては、先に開口部１０５が存在していた領域の
みにおいて、１０５で示されるニッケル化合物が存在す
ることとなる。

【００３９】次に６００℃、４時間の加熱処理を水素を
含んだ窒素雰囲気（還元雰囲気）中で行う。この工程に
おいて、図１（Ｅ）の１０８で示されるような基板に平
行な方向への結晶成長（横成長）が進行する。

【００４０】前述したようにこの工程において、ニッケ
ル元素の作用によらない通常の結晶成長が進行しないよ
うに注意する必要がある。通常、６００℃の加熱では、
１２時間以上の処理を行わないと、非晶質珪素膜は結晶
化しない。従って、上記の条件で加熱処理を行うこと
は、横成長を最大限行わせる意味で有用なものである。

【００４１】なお、上記の加熱処理温度の上限は、使用
する基板の耐熱性によって限定される。ガラス基板を利
用する場合には、ガラス基板の歪点を加熱温度の上限の
目安とすればよい。

【００４２】本実施例で使用するコーニング１７３７ガ
ラス基板の歪点は６６７℃である。従って、本実施例に
おける加熱処理の上限は６６７℃、通常は余裕をみて６
５０℃程度ということになる。

【００４３】この加熱処理による横成長は、１００μｍ
以上に渡り行わすことができる。特に本実施例に示すよ
うに還元雰囲気で行うことで、その成長距離の増大、良
好な膜質、再現性の向上、といった効果を得ることがで
きる。これは、雰囲気中の酸素の影響によって、横成長
が大きく阻害されるからである。

【００４４】こうして図１（Ｅ）の１０９で示されるよ
うな横成長領域を有する珪素膜を得る。なお、珪素膜１
０９に全ての領域が結晶化しているおとは限らない。即
ち、横成長が行われなかった領域は非晶質状態のままで
残存する。

【００４５】また、加熱処理の時間をさらに長くする
と、ニッケルの作用によらない結晶化が進行し、全面を
結晶化させることができる。しかしニッケルの作用によ
らない結晶成長は、横成長ではない点に注意する必要が
ある。

【００４６】次に得られた結晶性珪素膜１０９をパター
ニングし、後に薄膜トランジスタの活性層となる領域１
００を形成する。（図１（Ｆ））

【００４７】このパターンは、ニッケルが直接導入され
た領域（即ち、横成長の開始領域）と横成長の先端領域
を避けて形成することが好ましい。これは、これらの領
域には、ニッケル元素が高濃度に含まれているからであ
る。

【００４８】こうして横成長領域で構成された島状の領
域１００を得る。この領域は、一様な結晶成長の状態を
有しており、薄膜トランジスタの活性層とした場合に高
い特性を得ることができる。

【００４９】本実施例で示す横成長領域は、膜中におけ
るニッケル濃度が１×１０¹⁶〜１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度で
あり、単結晶と同等の耐フッ酸性、またはフッ酸系のエ
ッチントに対する耐性を有している。

【００５０】〔実施例２〕本実施例は、実施例１に示し
た構成で得られた横成長領域を用いて薄膜トランジスタ
を構成する例を示す。

【００５１】まず、実施例１（図１参照）に示した工程
に従って、図１（Ｆ）に示すように薄膜トランジスタの
活性層１００を形成する。次に図２（Ａ）に示すように
ゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜１１０を１００
０Åの厚さにプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。ゲイ
ト絶縁膜１１０としては、酸化窒化珪素膜を用いること
も好ましい。

【００５２】次にゲイト電極を構成するためのアルミニ
ウム膜１１１を５０００Åの厚さにスパッタ法でもって
成膜する。このアルミニウム膜中には、スカンジウムを
0.２重量％含有させる。これは、後の工程において、ヒ
ロックと呼ばれる突起物が形成されてしまうことを抑制
するためである。こうして図２（Ａ）に示す状態を得
る。

【００５３】アルミニウム膜１１１を成膜したら、その
表面に図示しない極薄い陽極酸化膜を形成する。この陽
極酸化膜は、３％の酒石酸を含んだエチレングルコール
溶液をアンモニア水で中和したものを電解溶液として行
う。即ち、この電解溶液中において、アルミニウム膜１
１１を陽極、白金を陰極として陽極酸化を行う。

【００５４】この工程で形成される陽極酸化膜は緻密な
膜質を有し、後に形成されるレジストマスクとの密着性
を向上させるために機能する。なお、この図示しない陽
極酸化膜の膜厚は１００Å程度とする。またこの膜厚は
印加電圧によって制御することができる。

【００５５】次にアルミニウム膜１１１をパターニング
し、ゲイト電極の基となる島状のアルミニウム膜のパタ
ーン１１２を形成する。なおこの際利用したレジストマ
スク（図示せず）はそのまま残存させておく。（図２
（Ｂ））

【００５６】図２（Ｂ）に示す状態を得たら、再びアル
ミニウム膜のパターン１１２を陽極とした陽極酸化を行
う。ここでは、電解溶液として３％のシュウ酸水溶液を
用いる。この陽極酸化工程においては、図示しないレジ
ストマスクが存在するために陽極酸化がアルミニウムの
パターン１１２の側面のみにおいて進行する。従って、
図２（Ｃ）の１１３で示されるように陽極酸化膜が形成
される。

【００５７】またこの工程で形成される陽極酸化膜１１
３は、多孔質状を有しており、その成長距離も数μｍま
で行わせることができる。

【００５８】上記の多孔質状の陽極酸化膜１１３の膜厚
は５０００Åとする。またこの陽極酸化膜１１３の膜厚
は陽極酸化時間によって制御することができる。

【００５９】図２（Ｃ）に多孔質状の陽極酸化膜１１３
を形成したら、図示しないレジストマスクを取り除く。
そして、再度の陽極酸化を行うことにより、緻密な陽極
酸化膜１１４を形成する。この陽極酸化工程は、前述の
緻密な陽極酸化膜を形成したのと同じ条件で行う。

【００６０】ただし、形成する膜厚を８００Åとする。
この工程においては、多孔質状の陽極酸化膜１１３の内
部に電解溶液が進入するために図２（Ｃ）に示すように
陽極酸化膜１１４が形成される。

【００６１】この陽極酸化膜の膜厚を１５００Å以上と
いうように厚くすると、後の不純物イオンの注入工程に
おいて、オフセットゲイト領域を形成することができ
る。

【００６２】この緻密な陽極酸化膜１１４は、後の工程
においてゲイト電極１１２の表面にヒロックが発生する
ことを抑制するために機能する。

【００６３】図２（Ｃ）に示す状態を得たら、露呈した
酸化珪素膜１１０をドライエッチングによって除去す
る。こうして図２（Ｄ）に示す残存した酸化珪素膜１１
５を有する状態を得る。

【００６４】そして酢酸とリン酸と硝酸とを混合した混
酸を用いて、多孔質状の陽極酸化膜１１３を選択的に除
去する。こうして図２（Ｅ）に示す状態を得る。

【００６５】この状態において、ソース／ドレイン領域
を形成するための不純物イオンの注入を行う。ここでは
Ｎチャネル型の薄膜トランジスタを作製するためにＰ
（リン）イオンの注入をプラズマドーピング法で行う。

【００６６】図２（Ｅ）に示す状態において、不純物イ
オンのドーピングを行うと、１１６と１２０で示される
領域には、直接不純物イオンが注入される。そして１１
６と１２０で示される領域は高濃度不純物領域となる。

【００６７】一方、１１７と１１９の領域は、残存した
酸化珪素膜１１５が存在するために低濃度に不純物イオ
ンが注入される。これは、残存した酸化珪素膜１１５に
よって注入されたイオンの一部が遮蔽されるためであ
る。

【００６８】こうして１１７と１１９の領域は低濃度不
純物領域となる。また、１１８の領域にはゲイト電極１
１２とその周囲の陽極酸化膜１１４とがマスクとなるこ
とによって、不純物イオンが注入されない。そして１１
８の領域は自己整合的にチャネル形成領域となる。

【００６９】上記の不純物イオンの注入工程の後、レー
ザー光または赤外光または紫外光の照射を行うことによ
って、イオンの注入が行われた領域のアニールを行う。

【００７０】このようにして、ソース領域１１６、低濃
度不純物領域１１７、チャネル形成領域１１８、低濃度
不純物領域１１９、ドレイン領域１２０を形成する。こ
こで、低濃度不純物領域１１９が通常ＬＤＤ（ライトド
ープドレイン領域）と称される領域である。

【００７１】こうして図２（Ｅ）に示す工程が終了した
ら、次に層間絶縁膜１２１を成膜する。層間絶縁膜１２
１は、酸化珪素膜、または窒化珪素膜、または酸化窒化
珪素膜、または樹脂膜、またはそれらの膜の積層膜でも
って構成される。

【００７２】そしてコンタクトホールの形成を行い、ソ
ース電極１２２とドレイン電極１２３とを形成する。さ
らに３５０℃の水素雰囲気中において加熱処理を行うこ
とにより、素子全体の水素化を行い、図２（Ｆ）に示す
薄膜トランジスタを完成させる。

【００７３】〔実施例３〕本実施例は、実施例１に示し
た構成で得られた横成長領域を用いて薄膜トランジスタ
を構成する例を示す。

【００７４】まず、実施例１（図１参照）に示した工程
に従って、図１（Ｆ）に示すように薄膜トランジスタの
活性層１００を形成する。次に図３（Ａ）に示すように
ゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜１１０を１００
０Åの厚さにプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。

【００７５】次にゲイト電極を構成するためのアルミニ
ウム膜１１１を５０００Åの厚さにスパッタ法でもって
成膜する。このアルミニウム膜中には、スカンジウムを
0.２重量％含有させる。こうして図３（Ａ）に示す状態
を得る。

【００７６】アルミニウム膜１１１を成膜したら、その
表面に図示しない極薄い陽極酸化膜を形成する。この陽
極酸化膜は、３％の酒石酸を含んだエチレングルコール
溶液をアンモニア水で中和したものを電解溶液として行
う。即ち、この電解溶液中において、アルミニウム膜１
１１を陽極、白金を陰極として陽極酸化を行う。

【００７７】この工程で形成される陽極酸化膜は緻密な
膜質を有し、後に形成されるレジストマスクとの密着性
を向上させるために機能する。なお、この図示しない陽
極酸化膜の膜厚は１００Å程度とする。またこの膜厚は
印加電圧によって制御することができる。

【００７８】次にアルミニウム膜１１１をパターニング
し、ゲイト電極の基となる島状のアルミニウム膜のパタ
ーン１１２を形成する。なおこの際利用したレジストマ
スク（図示せず）はそのまま残存させておく。（図３
（Ｂ））

【００７９】図３（Ｂ）に示す状態を得たら、再びアル
ミニウム膜のパターン１１２を陽極とした陽極酸化を行
う。ここでは、電解溶液として３％のシュウ酸水溶液を
用いる。この陽極酸化工程においては、図示しないレジ
ストマスクが存在するために陽極酸化がアルミニウムの
パターン１１２の側面のみにおいて進行する。従って、
図３（Ｃ）の１１３で示されるように陽極酸化膜が形成
される。

【００８０】またこの工程で形成される陽極酸化膜１１
３は、多孔質状を有しており、その成長距離も数μｍま
で行わせることができる。

【００８１】上記の多孔質状の陽極酸化膜１１３の膜厚
は５０００Åとする。またこの陽極酸化膜１１３の膜厚
は陽極酸化時間によって制御することができる。

【００８２】図３（Ｃ）に示す多孔質状の陽極酸化膜１
１３を形成したら、図示しないレジストマスクを取り除
く。そして、再度の陽極酸化を行うことにより、緻密な
陽極酸化膜１１４を形成する。この陽極酸化工程は、前
述の緻密な陽極酸化膜を形成したのと同じ条件で行う。

【００８３】ただし、形成する膜厚を８００Åとする。
この工程においては、多孔質状の陽極酸化膜１１３の内
部に電解溶液が進入するために図３（Ｃ）に示すように
陽極酸化膜１１４が形成される。

【００８４】この陽極酸化膜の膜厚を１５００Å以上と
いうように厚くすると、後の不純物イオンの注入工程に
おいて、オフセットゲイト領域を形成することができ
る。

【００８５】この緻密な陽極酸化膜１１４は、後の工程
においてゲイト電極１１２の表面にヒロックが発生する
ことを抑制するために機能する。

【００８６】図３（Ｃ）に示す状態を得たら、ソース／
ドレイン領域を形成するための不純物イオンの注入を行
う。ここではＮチャネル型の薄膜トランジスタを作製す
るためにＰイオンの注入を行う。

【００８７】この工程において、高濃度に不純物が添加
されたソース領域１１６とドレイン領域１２０が形成さ
れる。なお３０１の領域には不純物イオンが注入されな
い。

【００８８】図３（Ｄ）に示す状態を得たら、酢酸とリ
ン酸と硝酸とを混合した混酸を用いて、多孔質状の陽極
酸化膜１１３を選択的に除去する。こうして図３（Ｄ）
に示す状態を得る。

【００８９】この状態において、先のソース／ドレイン
領域を形成する際よりも低ドーズ量でもって再度不純物
イオン（Ｐイオン）の注入を行う。すると、１１７と１
１９の領域が低濃度不純物領域となる。そして１１８の
領域が自己整合的にチャネル形成領域として形成され
る。

【００９０】上記の不純物イオンの注入工程の後、レー
ザー光または赤外光または紫外光の照射を行うことによ
って、イオンの注入が行われた領域のアニールを行う。

【００９１】このようにして、ソース領域１１６、低濃
度不純物領域１１７、チャネル形成領域１１８、低濃度
不純物領域１１９、ドレイン領域１２０を形成する。こ
こで、低濃度不純物領域１１９が通常ＬＤＤ（ライトド
ープドレイン領域）と称される領域である。（図３
（Ｄ））

【００９２】こうして図３（Ｄ）に示す工程が終了した
ら、次に層間絶縁膜１２２１成膜する。層間絶縁膜１２
１は、酸化珪素膜、または窒化珪素膜、または酸化窒化
珪素膜、または樹脂膜、またはそれらの膜の積層膜でも
って構成される。

【００９３】そしてコンタクトホールの形成を行い、ソ
ース電極１２２とドレイン電極１２３とを形成する。さ
らに３５０℃の水素雰囲気中において加熱処理を行うこ
とにより、素子全体の水素化を行い、図３（Ｅ）に示す
薄膜トランジスタを完成させる。

【００９４】〔実施例４〕本実施例はガラス基板上に薄
膜トランジスタでもってＣＭＯＳ構造を形成する例であ
る。図４〜図６に本実施例の作製工程を示す。

【００９５】まず実施例１に示す構成に従って、ガラス
基板４０１上に結晶性珪素膜を得る。そしてそれをパタ
ーニングすることによりＮチャネル型の薄膜トランジス
タの活性層４０４とＰチャネル型の薄膜トランジスタの
活性層４０５を得る。なお、４０２は下地膜である。

【００９６】また活性層４０４と４０５は横成長の成長
開始領域と成長先端領域と重ならないように注意する必
要がある。

【００９７】活性層４０４と４０５を形成したら、ゲイ
ト絶縁膜として機能する酸化珪素膜４０３をプラズマＣ
ＶＤ法で成膜する。厚さは１０００Åとする。

【００９８】こうして図４（Ａ）に示す状態を得る。こ
こでは説明を簡単にするために一組のＮチャネル型の薄
膜トランジスタとＰチャネル型の薄膜トランジスタとを
形成する例を示す。一般的には同一ガラス基板上に数百
以上の単位でＮチャネル型の薄膜トランジスタとＰチャ
ネル型の薄膜トランジスタとが形成される。

【００９９】図４（Ａ）に示す状態を得たら、図４
（Ｂ）に示すように後にゲイト電極を構成することにな
るアルミニウム膜４０６を成膜する。

【０１００】このアルミニウム膜はヒロックやウィスカ
ーの発生を抑制するためにスカンジウムを0.2 ｗｔ重量
％含有させる。アルミニウム膜の成膜方法はスパッタ法
や電子ビーム蒸着法を用いて行う。

【０１０１】ヒロックやウィスカーというのは、アルミ
ニウムの異常成長に起因する刺状あるいは針状の突起物
のことである。ヒロックやウィスカーの存在は、隣合う
配線間や上限間に離間した配線間においてショートやク
ロスクトークが発生する原因となる。

【０１０２】アルミニウム膜以外の材料としてはタンタ
ル等の陽極酸化可能な金属を利用することができる。

【０１０３】アルミニウム膜４０６を成膜したら、電解
溶液中においてアルミニウム膜４０６を陽極とした陽極
酸化を行い薄く緻密な陽極酸化膜４０７を成膜する。

【０１０４】ここでは、３％の酒石酸を含んだエチレン
グルコール溶液をアンモニアで中和したものを電解溶液
として用いる。この陽極酸化方法を用いると緻密な膜質
を有した陽極酸化膜を得ることができる。またその膜厚
は印加電圧によって制御することができる。

【０１０５】ここでは陽極酸化膜４０７の厚さを１００
Å程度とする。この陽極酸化膜４０７は、後に形成され
るレジストマスクとの密着性を向上させる役割を有して
いる。このようにして図４（Ｂ）に示す状態を得る。

【０１０６】次にレジストマスク１０８と１０９を形成
する。そしてこのレジストマスク４０８と４０９を利用
してアルミニウム膜１０６とその表面の陽極酸化膜４０
７をパターニングする。このようにして図１（Ｃ）に示
す状態を得る。

【０１０７】次に３％のシュウ酸水溶液を電解溶液とし
て、この溶液中で残存したアルミニウム膜でなるパター
ン４１０と４１１を陽極とした陽極酸化を行う。

【０１０８】この陽極酸化工程においては、陽極酸化が
残存したアルミニウム膜４１０と４１１の側面において
選択的に進行する。これは、アルミニウム膜４１０と４
１１の上面に緻密な陽極酸化膜とレジストマスク４０８
と４０９が残存しているからである。（図４（Ｄ））

【０１０９】またこの陽極酸化においては、多孔質状
（ポーラス状）の膜質を有した陽極酸化膜が形成され
る。またこの多孔質状の陽極酸化膜は数μｍ程度まで成
長させるさせることができる。（前述の緻密な陽極酸化
膜の最大成長距離は３０００Å程度である）

【０１１０】この陽極酸化工程の結果、陽極酸化膜（膜
というより陽極酸化物）４１２と４１３が形成される。
ここでは、この陽極酸化の進行距離、即ち膜厚は７００
０Åとする。この陽極酸化の進行距離によって、後に低
濃度不純物領域の長さが決まる。経験的にこの多孔質状
の陽極酸化膜の成長距離は６０００Å〜８０００Åとす
ることが望ましい。こうして図４（Ｄ）に示す状態を得
る。

【０１１１】この状態においてゲイト電極１１と１２が
画定する。図４（Ｄ）に示す状態を得たら、レジストマ
スク４０８と４０９を取り除く。

【０１１２】次に再び３％の酒石酸を含んだエチレング
ルコール溶液をアンモニアで中和したものを電解溶液と
して用いた陽極酸化を行う。この工程においては、電解
溶液が多孔質状の陽極酸化膜４１２と４１３の中に侵入
する。この結果、図４（Ｅ）の４１４と４１５で示され
る緻密な陽極酸化膜が形成される。

【０１１３】この緻密な陽極酸化膜４１４と４１５の厚
さは６００Åとする。なお、先に形成した緻密な陽極酸
化膜４０７の残存部分はこの陽極酸化膜４１４と４１５
と一体化してしまう。

【０１１４】図４（Ｅ）に示す状態においてＮ型を付与
する不純物としてＰ（リン）イオンを全面にドーピング
する。

【０１１５】このドーピングは、0.2 〜５×１０¹⁵／ｃ
ｍ² 、好ましくは１〜２×１０¹⁵／ｃｍ² という高いド
ーズ量で行う。ドーピング方法としてはプラズマドーピ
ング法を用いる。

【０１１６】この図４（Ｅ）に示す工程の結果、高濃度
にＰイオンが注入された領域４１６、４１７、４１８、
４１９が形成される。

【０１１７】次に酢酸と硝酸とリンとを混合した混酸を
用いて多孔質状の陽極酸化膜４１２と４１３を除去す
る。こうして図５（Ａ）に状態を得る。

【０１１８】図５（Ａ）に示す状態を得たら、図５
（Ｂ）に示すように再びＰイオンの注入を行う。このＰ
イオンの注入は、ドーズ量を0.1 〜５×１０¹⁴／ｃｍ
² 、好ましくは0.3 〜１×１０¹⁴／ｃｍ² という低い値
とする。このドーピングにおいては、Ｐの表面濃度が２
×１０¹⁹／ｃｍ³ 以下となるようにする。

【０１１９】即ち、図５（Ｂ）で示す工程で行われるＰ
イオンの注入はそのドーズ量を図４（Ｅ）に示す工程に
おいて行われたドーズ量に比較して低いものとする。

【０１２０】この工程の結果、４２１と４２３の領域、
さらに４２６と４２７の領域がライトドープされた低濃
度不純物領域となる。また、４２０と４２４の領域、さ
らに４２５と４２８の領域は、より高濃度にＰイオンが
注入された高濃度不純物領域となる。

【０１２１】この工程において、４２０の領域がＮチャ
ネル型の薄膜トランジスタのソース領域となる。そして
４２１と４２３が低濃度不純物領域となる。また４２４
がドレイン領域となる。また、４２３で示される領域が
一般にＬＤＤ（ライトドープドレイン）領域と称される
領域となる。

【０１２２】次に図５（Ｃ）に示すようにＮチャネル型
の薄膜トランジスタを覆うレジストマスク４２９を配置
する。

【０１２３】図５（Ｃ）に示す状態においてＢ（ボロ
ン）イオンの注入を行う。ここでは、Ｂイオンのドーズ
量を0.2 〜１０×１０¹⁵／ｃｍ² 、好ましくは１〜２×
１０¹⁵／ｃｍ² 程度とする。このドーズ量は図４（Ｅ）
に示す工程におけるドーズ量と同程度とすることができ
る。

【０１２４】この工程において、４２５と４２６、さら
に４２７と４２８の領域の導電型がＮ型からＰ型に反転
する。

【０１２５】こうしてＰチャネル型の薄膜トランジスタ
のソース領域４３０とドレイン領域４３２が形成され
る。また４３１の領域は特に不純物が注入されずにチャ
ネル形成領域となる。（図５（Ｃ））

【０１２６】ここで、Ｂイオンを注入する前において
は、図５（Ｂ）の４２６と４２７の領域はＰイオンが低
濃度に注入されたＮ^-型の低濃度不純物領域である。従
って、Ｂイオンの注入によって、容易にその導電型が反
転する。

【０１２７】特に、チャネル形成領域４３１との接合が
ＮＩ接合からＰＩ接合へと容易に反転する。即ち、必要
とするジャンクションの形成を容易に行うことができ
る。

【０１２８】従って、図４（Ｅ）の工程におけるＰイオ
ンの注入工程と同程度のドーズ量でもって４２６と４２
７の領域の導電型を反転させ、Ｐ型を有する不純物領域
４３０と４３２とを形成することができる。

【０１２９】また普通導電型を反転させる場合に比較し
て、ドーズ量を少なくすることができるので、不純物イ
オンの注入によってレジストマスクが変質してしまうこ
とを抑制することができる。

【０１３０】図５（Ｃ）に示す工程の終了後、レジスト
マスク４２９を取り除き、図５（Ｄ）に示す状態を得
る。この状態で注入された不純物の活性化と不純物イオ
ンが注入された領域のアニールを行うためにレーザー光
の照射を行う。

【０１３１】この時、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタ
のソース／ドレイン領域である４２０と４２４の組で示
される領域と、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタのソー
ス／ドレイン領域である４３０と４３２の組で示される
領域との結晶性の違いがそれ程大きくない状態でレーザ
ー光の照射を行うことができる。

【０１３２】上記結晶性の違いがそれ程大きくないの
は、図５（Ｃ）に示す工程において極端なヘビードーピ
ングを行わないからである。

【０１３３】従って、図５（Ｄ）に示す状態においてレ
ーザー光の照射を行い、２つの薄膜トランジスタのソー
ス／ドレイン領域のアニールを行う場合、そのアニール
効果違いを是正することができる。

【０１３４】このことにより、得られるＮおよびＰチャ
ネル型の薄膜トランジスタの特性の違いを是正すること
ができる。

【０１３５】図５（Ｄ）に示す状態を得たら、図６
（Ａ）に示すように層間絶縁膜１３３を成膜する。層間
絶縁膜１３３は４０００Å厚の窒化珪素膜で構成する。
この窒化珪素膜の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法を用い
る。

【０１３６】次にコンタクトホールの形成を行い、Ｎチ
ャネル型の薄膜トランジスタ（ＮＴＦＴ）のソース電極
４３４とドレイン電極４３５を形成する。同時にＰチャ
ネル型の薄膜トランジスタ（ＰＴＦＴ）のソース電極４
３７とドレイン電極４３６を形成する。（図６（Ｂ））

【０１３７】ここでＮチャネル型の薄膜トランジスタの
ドレイン電極４３５とＰチャネル型の薄膜トランジスタ
のドレイン電極４３６とを接続するようにパターニング
を行い、さらに２つのＴＦＴのゲイト電極同士を接続す
ればＣＭＯＳ構造が実現される。

【０１３８】図６（Ｂ）に示すＣＭＯＳ構造を有する構
成は、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタの方に低濃度不
純物領域４２１と４２３が配置されている。

【０１３９】４２１と４２３で示される低濃度不純物領
域は、・ＯＦＦ電流を低減させる。・ホットキャリアーによるＴＦＴの劣化の防止する。・ソース／ドレイン間の抵抗を増加させＮＴＦＴの移動
度を低下させる。といった作用を有している。

【０１４０】一般に図６（Ｂ）に示すようなＣＭＯＳ構
造とする場合、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタとＰチ
ャネル型の薄膜トランジスタとの特性の違いが問題とな
る。

【０１４１】例えば本実施例のような結晶性珪素膜を用
いた場合において、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタの
移動度は１００〜１５０Ｖｓ／ｃｍ² 程度得られるが、
Ｐチャネル型の薄膜トランジスタの移動度は３０〜８０
Ｖｓ／ｃｍ² 程度しか得られない。

【０１４２】また、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタに
は、ホットキャリアによる劣化という問題がある。この
問題はＰチャネル型の薄膜トランジスタでは特に問題と
ならない。

【０１４３】また一般にＣＭＯＳ回路では低ＯＦＦ電流
特性は特に要求されない。

【０１４４】このような状況において、Ｎ型の薄膜トラ
ンジスタ側に４２１や４２３で示される低濃度不純物領
域を配置する構成とすることで以下の有意性を得ること
ができる。

【０１４５】即ち、ＣＭＯＳ構造において、Ｎ型の薄膜
トランジスタの移動度を低下させ、さらにその劣化を防
止することによって、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタ
との総合的な特性のバランスを採り、ＣＭＯＳ回路とし
ての特性を向上させることができる。

【０１４６】また本実施例に示す工程において、図４
（Ｅ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）に示す不純物イオンの
注入工程の際に、活性層がゲイト絶縁膜を構成する酸化
珪素膜４０３で覆われていることは重要である。

【０１４７】このような状態で不純物イオンの注入を行
うと、活性層表面の荒れや汚染を抑制することができ
る。このことは、歩留りや得られる装置の信頼性を高め
ることに大きな寄与を果たす。

【０１４８】本実施例に示すＣＭＯＳ型の薄膜回路は、
アクティブマトリクス型の液晶表示装置やアクティブマ
トリクス型のＥＬ表示装置に利用することができる。

【０１４９】〔実施例４〕本実施例は、実施例１に示す
工程で得られた結晶性珪素膜に対してさらにレーザー光
を照射して、その結晶性を助長する場合の例を示す。

【０１５０】実施例１に示す工程において加熱処理によ
り結晶化させた結晶性珪素膜に対して、さらにレーザー
光の照射を行うと、その結晶性を助長させることができ
る。そしてさらに高い結晶性を有した結晶性珪素膜を得
ることができる。

【０１５１】この場合のレーザー光としては、紫外領域
を有するエキシマレーザーを用いることが好ましい。

【０１５２】またレーザー光の他に赤外光や紫外光を照
射するのでもよい。またレーザー光の照射の後にさらに
加熱処理を加えることも有効である。特にこのレーザー
光の照射後における加熱処理は、膜中の応力を緩和さ
せ、欠陥を減少させるために非常に有効である。

【０１５３】

【発明の効果】本明細書で開示する発明を利用すること
で、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して結晶性
珪素膜を得る技術において、その結晶成長領域を大きな
面積でもって、かつ高い制御性でもって得ることができ
る。そして得られた薄膜トランジスタの特性を高いもの
と、またの特性のバラツキを少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】結晶性珪素膜の作製工程を示す図。

【図２】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【図３】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【図４】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【図５】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【図６】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【符号の説明】

１０１ガラス基板１０２下地膜（酸化珪素膜または酸化窒化珪素
膜）１０３非晶質珪素膜１０４マスク（酸化珪素膜）１０５開口部１０６ニッケル酢酸塩溶液の水膜１０７ニッケル化合物１０８横成長方向１０９珪素膜１００活性層となる島状にパターニングされた領
域１１０酸化珪素膜（ゲイト絶縁膜）１１１アルミニウム膜１１２ゲイト電極の基となるアルミニウム膜のパ
ターン１１３多孔質状の陽極酸化膜１１４緻密な陽極酸化膜１１５残存した酸化珪素膜１１６ソース領域（高濃度不純物領域）１１７低濃度不純物領域１１８チャネル形成領域１１９低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）１２０ドレイン領域１２１層間絶縁膜１２２ソース電極１１３ドレイン電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁表面上に形成された非晶質珪素膜の一
部に接して珪素の結晶化を助長する金属元素を保持させ
る工程と、加熱処理を施し前記一部の領域から基板に平行な方向に
１００μｍ以上の結晶成長を行わす工程と、を有し、前記加熱処理は６００℃以上の温度で、かつ基板に平行
な方向への結晶成長以外の結晶成長が行われない条件で
行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】請求項１において、珪素の結晶化を助長す
る金属元素として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐ
ｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種ま
たは複数種類の元素が利用されていることを特徴とする
半導体装置の作製方法。
【請求項３】請求項１において、結晶成長した領域に対
してレーザー光または強光の照射を行うことを特徴とす
る半導体装置の作製方法。
【請求項４】請求項１において、加熱処理は還元雰囲気
で行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】請求項１において、非晶質珪素膜の下面に
は酸化窒化珪素膜が形成されていることを特徴とする半
導体装置の作製方法。
【請求項６】請求項１において、非晶質珪素膜の下面に
はバッファードフッ酸によるエッチングレートが１００
０Å／ｍｉｎを超えない膜質を有する絶縁膜が形成され
ていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】絶縁表面上に形成され基板に平行な方向に
１００μｍ以上の結晶成長が行われた領域を有し、前記結晶成長した領域は、単結晶珪素と同等の耐フッ酸
性を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】請求項７において、結晶成長が行われた領
域には、珪素の結晶化を助長する金属元素が添加されて
いることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】請求項７において、珪素の結晶化を助長す
る金属元素として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐ
ｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種ま
たは複数種類の元素が利用されていることを特徴とする
半導体装置。
【請求項１０】請求項７において、絶縁表面には酸化窒
化珪素膜が形成されていることを特徴とする半導体装
置。
【請求項１１】請求項７において、絶縁表面はバッファ
ードフッ酸によるエッチングレートが１０００Å／ｍｉ
ｎを超えない膜質を有していることを特徴とする半導体
装置。
【請求項１２】絶縁表面上に形成された非晶質珪素膜の
一部に接して珪素の結晶化を助長する金属元素を保持さ
せる工程と、加熱処理を施し前記一部の領域から基板に平行な方向に
１００μｍ以上の結晶成長を行わす工程と、を有し、前記結晶成長した領域は、単結晶珪素と同等の耐フッ酸
性を有していることを特徴とする半導体装置の作製方
法。
【請求項１３】請求項１２において、珪素の結晶化を助
長する金属元素として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた
一種または複数種類の元素が利用されることを特徴とす
る半導体装置の作製方法。
【請求項１４】請求項１２において、加熱は６００℃以
上の温度で行われることを特徴とする半導体装置の作製
方法。
【請求項１５】請求項１２において、結晶成長した領域
に対してレーザー光または強光の照射を行うことを特徴
とする半導体装置の作製方法。