JPH09171965A

JPH09171965A - 半導体装置の作製方法

Info

Publication number: JPH09171965A
Application number: JP34966695A
Authority: JP
Inventors: Kouyuu Chiyou; 宏勇張; Satoshi Teramoto; 聡寺本
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
Anticipated expiration: 2015-12-20
Also published as: JP3897836B2

Abstract

(57)【要約】【目的】珪素の結晶化を助長する金属元素を利用した
方法で得られえた結晶性珪素膜を用いて信頼性の高い薄
膜トランジスタを作製する。【構成】非晶質珪素膜１０３の表面に接して珪素の結
晶化を助長する金属元素の化合物（例えばニッケル酢酸
塩溶液）を塗布する。そして、紫外光の照射を行うこと
により、上記金属元素の化合物を分解する。さらにハロ
ゲンランプからの赤外光の照射による加熱を行い、非晶
質珪素膜１０３が結晶化しない条件で加熱を行う。この
加熱工程でニッケル元素を非晶質珪素膜中に拡散させ
る。そして加熱処理を行うことにより、非晶質珪素膜を
結晶化させる。このようにすることにより、ニッケル元
素が局所的に偏析した状態のない、一様な結晶性を有し
た結晶性珪素膜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】本明細書で開示する発明は、薄膜
トランジスタに代表される薄膜半導体装置の作製方法に
関する。特に、ガラス基板や石英基板上に形成された結
晶性を有する珪素薄膜（結晶性珪素膜）を用いた半導体
装置の作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、珪素膜を用いた薄膜トランジ
スタが知られている。これは、ガラス基板や石英基板上
に形成された珪素膜を用いて、薄膜トランジスタを構成
する技術である。

【０００３】ガラス基板や石英基板が利用されるのは、
アクティブマトリクス型の液晶表示装置に上記薄膜トラ
ンジスタを利用するためである。従来は、非晶質珪素膜
を用いて薄膜トランジスタが形成されてきた。しかし、
より高性能を求めるために結晶性を有する珪素膜（結晶
性珪素膜という）を利用して薄膜トランジスタを作製す
ることが試みられている。

【０００４】結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタ
は、非晶質珪素膜を用いたものに比較して、２桁以上の
高速動作を行わすことができる。従って、これまで外付
けのＩＣ回路によって構成されていたアクティブマトリ
クス型の液晶表示装置の周辺駆動回路をガラス基板また
は石英基板上にアクティブマトリクス回路と同様に作り
込むことができる。

【０００５】このような構成は、装置全体の小型化や作
製工程の簡略化に非常に有利なものとなる。また作製コ
ストの低減にもつながる構成となる。

【０００６】一般に結晶性珪素膜は、非晶質珪素膜をプ
ラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法で成膜した後、加熱処
理、またはレーザー光の照射を行うことにより、結晶化
させることにより得ている。

【０００７】しかし、加熱処理の場合、結晶化にむらが
できたりし、なかなか必要とするような結晶性を広い面
積にわたって得ることが困難であるのが現状である。

【０００８】また、レーザー光の照射による方法も部分
的には高い結晶性を得ることができるが、広い面積にわ
たり、良好なアニール効果を得ることが困難である。ま
た、良好な結晶性を得るような条件でのレーザー光の照
射は、不安定になりやすいという問題もある。

【０００９】一方、良好な結晶性をより低温での加熱処
理で得る方法として、特開平６−２３２０５９号に記載
された技術が公知である。この技術は、非晶質珪素膜に
珪素の結晶化を助長する金属元素（例えばニッケル）を
導入し、従来よりもより低い温度での加熱処理で結晶性
珪素膜を得る技術である。

【００１０】この方法を用いれば、従来の技術に比較し
てより広範囲において均一性に優れた結晶性珪素膜を得
ることができる。

【００１１】しかし、実用性を考えた場合、より高い結
晶性の均一性、導入した金属元素の局所的な偏析の問題
（シリサイドが形成されてしまう）の解決といった改善
事項がある。

【００１２】特に上記の方法を用いた場合、局所的に金
属元素が偏析してしまうという問題がある。この金属元
素が偏析した領域が金属シリサイド化しており、半導体
としての特性を大きく損なう要因となる。また、半導体
装置の信頼性を低下させる要因となる。具体的には、こ
の現象に起因して、得られる薄膜トランジスタの特性に
バラツキが生じやすく、また不良が発生しやすいものと
なる。

【００１３】

【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得ら
れた結晶性珪素膜を用いた半導体装置の作製において、
得られる半導体装置の特性のバラツキや信頼性を改善す
ることを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本明細書に開示する発明
の代表的な構成の概略を以下に示す。（その他数々の構
成の変更や追加、また組み合わせがある）

【００１５】まず、非晶質珪素膜上に珪素の結晶化を助
長する金属元素を含んだ溶液（金属元素の化合物）を塗
布する。そして、ＵＶ光の照射を行う。このＵＶ光の照
射によって、当該金属元素の化合物が接して保持された
非晶質珪素膜の表面を処理する。この際、前記金属化合
物が紫外光のエネルギーによって分解される。

【００１６】そして結晶化が発生しない範囲の条件で加
熱処理を行う。この加熱処理はハロゲンランプからの光
の照射によって行う。または、波長が３８０ｎｍ以下の
紫外線レーザーを照射することによって行う。

【００１７】この工程は、非晶質珪素膜を結晶化させる
前の当該金属元素を非晶質珪素膜中に拡散させる予備工
程に相当する。

【００１８】上記のハロゲンランプまたは紫外線レーザ
ーを用いた処理は、自動化処理によって行うことが好ま
しい。

【００１９】そして、加熱処理を行うことにより、結晶
性珪素膜を得る。この時、前述の拡散した珪素の結晶化
を助長する金属元素の作用により、均一性の高い結晶性
珪素膜を得ることができる。

【００２０】本明細書で開示する発明の一つは、絶縁表
面を有する基板上に非晶質珪素膜を形成する工程と、前
記非晶質珪素膜の表面に接して珪素の結晶化を助長する
金属元素の化合物を保持させる工程と、前記非晶質珪素
膜の表面に紫外光を照射する工程と、赤外光または紫外
線レーザーを照射し前記非晶質珪素膜中に前記金属元素
を拡散させる工程と、加熱処理により前記非晶質珪素膜
を結晶化させる工程と、を有することを特徴とする。

【００２１】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
たは複数種類から選ばれた元素が利用される。特にＮｉ
を用いることがその効果や再現性の点から好ましい。

【００２２】上記構成において、金属元素が化合物とし
て導入される。そして、紫外光の照射によって金属元素
の化合物が分解され、非晶質珪素膜中に拡散し易い状態
となる。

【００２３】また上記構成において、赤外光または紫外
線レーザーの照射による工程は、非晶質珪素膜の非晶質
性を維持した状態で行われることが重要である。即ち、
非晶質珪素膜の結晶化が進行しない条件で行われるこを
が重要である。

【００２４】これは、この工程においては、非晶質珪素
膜中に当該金属元素を拡散させることがその目的である
からである。

【００２５】また利用される紫外線レーザーの波長は３
８０ｎｍ以下であることが必要である。また、使用され
る赤外線としては、ハロゲンランプからのものを用いる
ことができる。

【００２６】他の発明の構成は、絶縁表面を有する基板
上に非晶質珪素膜を形成する工程と、前記非晶質珪素膜
の表面に接して珪素の結晶化を助長する金属元素の化合
物を保持させる工程と、前記非晶質珪素膜の非晶質状態
を維持した状態で前記金属元素の化合物を分解させる工
程と、前記非晶質珪素膜の非晶質状態を維持した状態で
前記金属元素を前記非晶質珪素膜中に拡散させる工程
と、加熱処理により前記非晶質珪素膜を結晶化させる工
程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方
法。

【００２７】上記構成において、金属元素の化合物の分
解は紫外光の照射によって行うことを特徴とする。

【００２８】上記構成において、金属元素を非晶質珪素
膜中に拡散させる工程は、赤外光または紫外線レーザー
の照射によって行われることを特徴とする。

【００２９】上記構成において、紫外線レーザーの波長
は３８０ｎｍ以下であることを特徴とする。

【００３０】上記構成において、赤外線の照射はハロゲ
ンランプを利用することを特徴とする。

【００３１】

【作用】非晶質珪素膜に接して珪素の結晶化を助長する
金属元素の化合物を接して保持させた状態において、紫
外光の照射による処理を行うことで、前記金属元素の化
合物を分解することができ、金属元素の作用を最大限利
用することができる。また、金属元素を分散させて非晶
質珪素膜中に導入することができるようになるのえ、後
に局所的に金属元素が偏析してしまうことを防ぐことが
できる。

【００３２】またハロゲンランプからの光の照射、また
は紫外線レーザーの照射による結晶化予備工程を行うこ
とで、予め珪素の結晶化を助長する金属元素を非晶質珪
素膜中に拡散させておくことができる。このようにする
ことで、局所的に当該金属元素が集中してしまうことを
抑制することができる。なおこの際、非晶質珪素膜が結
晶化しない条件とすることが重要となる。これは、結晶
化が進行すると、当該金属元素が膜中で局所的に集中し
てしまうからである。

【００３３】そしてその後に加熱処理を行い、結晶性珪
素膜を得ることで、高い結晶性を有し、かつ高い均一性
を有し、かつ局所的に当該金属元素が集中して存在しな
い結晶性珪素膜を得ることができる。

【００３４】

【実施例】

〔実施例１〕ここでは、ガラス基板上に本明細書に開示
する発明を利用して結晶性を有した珪素膜を形成する構
成を説明する。図１に本実施例の作製工程を示す。

【００３５】まずガラス基板（コーニング７０５９ガラ
スまたコーニング１７３７ガラス基板）１０１上に下地
膜１０２として酸化珪素膜を成膜する。ここでは、シラ
ンとＴＥＯＳガスを用いたプラズマＣＶＤ法でもって酸
化珪素膜を成膜する。下地膜の膜厚は３０００Åとす
る。

【００３６】この下地膜１０２としては、シランとＮ₂
Ｏガスとを混合したガスを用いたプラズマＣＶＤ法で成
膜される膜を用いてもよい。

【００３７】次にプラズマＣＶＤ法による非晶質珪素膜
（アモルファスシリコン膜）１０３を成膜する。非晶質
珪素膜１０３の膜厚は５００Åとする。この非晶質珪素
膜１０３が、後に形成される結晶性珪素膜の出発膜とな
る。

【００３８】次に珪素の結晶化を助長する金属元素であ
るニッケルを含んだニッケル化合物（溶液）を塗布す
る。本実施例においては、１０ｐｐｍのニッケル濃度
（重量％）を有した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。

【００３９】この場合、溶液中のニッケル元素の含有量
を制御することで、非晶質珪素膜中に導入されるニッケ
ル元素の量を制御することができる。

【００４０】非晶質珪素膜１０３の表面に接してニッケ
ル酢酸塩溶液を塗布した後、スピンコーターを用いてス
ピンドライを行うことによって、１０４で示されるよう
にニッケル化合物が非晶質珪素膜１０３の表面に接して
保持された状態を実現する。

【００４１】こうして図１（Ａ）に示す状態を得る。こ
の状態において、非晶質珪素膜の表面い対して紫外光の
照射を行う。すると、非晶質珪素膜の表面に接して保持
されているニッケル化合物が紫外光のエネルギーにより
分解される。（図１（Ｂ））

【００４２】紫外光の照射は、水銀ランプ等の公知の紫
外光発生手段を用いて行う。

【００４３】そしてハロゲンランプから赤外光の照射を
行い、非晶質珪素膜１０３を加熱する。この際、非晶質
珪素膜が結晶化しない条件とすることが重要である。即
ち、予め予備実験を行い、非晶質珪素膜が結晶化しない
条件を割り出しておき、その条件でこの加熱処理を行う
ことが重要である。（図１（Ｃ））

【００４４】この図１（Ｃ）に示す工程において、非晶
質珪素膜の表面に接して存在していたニッケル元素が膜
中に拡散する。

【００４５】このニッケル元素を拡散させるための加熱
処理の加熱温度は、非晶質珪素膜の表面温度が２００〜
４５０℃、好ましくは３５０℃〜４００℃となるように
して行う。なお、このような温度でも加熱時間が長すぎ
ると結晶化が進行する場合があるので注意が必要であ
る。

【００４６】次に非晶質珪素膜１０３を結晶化させるた
めの加熱処理を行う。この加熱処理により、非晶質珪素
膜１０３を結晶化させ、結晶性珪素膜１０５を得る。加
熱処理は５００℃〜６５０℃の温度範囲内で行えばよ
い。この加熱温度はなるべく高い温度とすることが好ま
しい。しかしこの加熱温度は、一般に使用するガラス基
板の歪点以下の温度とすることが重要となる。これは、
ガラス基板の変形を抑制するためである。

【００４７】ここでは、窒素雰囲気中において、５５０
℃、４時間の加熱処理を行うことにより、非晶質珪素膜
１０３を結晶性珪素膜１０５に変成する。この加熱処理
は、５００℃〜ガラス基板の歪点以下で行うことができ
る。なお、コーニング７０５９ガラス基板の歪点は５９
３℃であり、コーニング１７３７ガラス基板の歪点は６
６７℃である。

【００４８】また石英基板を用いた場合には、この加熱
温度を８００℃〜１１００℃とすることができる。この
ような高温での加熱処理は、より高い結晶性を得るため
に非常に有効なものとなる。

【００４９】こうして得られた結晶性珪素膜の結晶性を
ラマン分光法で計測したところ以下のデータを得た。ま
ず、ラマンシフトのピークは、５１８〜５１７ｃｍ^-1で
あった。また半値幅が単結晶珪素ウエハーが示す値の1.
2 〜1.5 倍であった。また、ラマンシフトの強度は、単
結晶珪素ウエハーと同等であった。

【００５０】上記の値は、この結晶性珪素膜１０５が高
い結晶性を有していることを示している。また、高い均
一性を有しており、局所的にニッケル元素が集中してし
まう現象も大きく抑制されたものが得られた。

【００５１】一方、比較のため図１（Ｂ）と（Ｃ）に工
程を省いて、非晶質珪素膜１０３の表面にニッケル化合
物が接して存在している状態で加熱処理を施し、結晶化
をさせた試料を作製した。この場合、得られる結晶性珪
素膜には、非晶質成分が散見され、また局所的にニッケ
ルシリサイド成分が存在していることが観察された

【００５２】本実施例で示す工程で作製される結晶性珪
素膜はこのようなこともなく、非常に高い結晶性と均一
性とを有したものであった。

【００５３】また本実施例で示す工程に従って得られた
結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを作製したとこ
ろ、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタで１５０ｃｍ² ／
Ｖｓ、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタで８０ｃｍ² ／
Ｖｓの移動度を得ることができた。

【００５４】〔実施例２〕本実施例は、実施例１に示す
工程のハロゲンランプからの赤外光の照射の代わりに、
紫外線レーザーによる方法を採用した例を示す。

【００５５】この方法は、紫外線レーザーの照射によっ
て、非晶質珪素膜の表面が瞬間的に加熱される現象を利
用した方法である。この方法においても非晶質珪素膜が
結晶化しない条件で紫外線レーザーを照射することが重
要である。

【００５６】具体的には、レーザー照射密度を１２０〜
２２０ｍＪ／ｃｍ² とし、非晶質珪素膜が結晶化しない
条件で行うことが重要である。

【００５７】レーザー光源としては、エキシマタイプの
ものを利用するとがその出力やコストの点から好まし
い。ここでは紫外線レーザーとして、ＫｒＦエキシマレ
ーザー（波長２４８ｎｍ）を用いる。またこの紫外線レ
ーザーの波長は３８０ｎｍ以下であることが好ましい。

【００５８】なお現実問題として紫外線レーザーの波長
の下限は、使用するガスの種類によって限定される。ま
たコストや実用性によっても制限される。低波長のエキ
シマレーザーとしては、Ａｒ₂ エキシマレーザー（波長
１２６ｎｍ）、Ｋｒ₂ エキシマレーザー（波長１４６ｎ
ｍ）、ＡｒＣｌエキシシマレーザー（波長１７５ｎ
ｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）が知られ
ている。

【００５９】〔実施例３〕本実施例は、珪素の結晶化を
助長する金属元素を拡散させる工程に利用されるハロゲ
ンランプによる照射装置の例を示す。図２に本実施例に
示す装置の構成の概要を示す。

【００６０】図２に示す構成においては、予備室２１４
内に配置されたカセット２１５内に複数枚が配置された
試料（基板）が、搬送室２１１内のロボットアーム２１
２によって、ゲイトバルブ２１３を介して引き出され、
さらにゲイトバルブ２０５を介して、処理室２０２内に
移送される。

【００６１】そして、処理室２０１においてハロゲンラ
ンプからの赤外光が試料（基板）２１０に照射される。
試料２１０は石英でなる密閉容器２０２内に配置され
る。また試料２１０は保持手段２０３によって保持され
る。

【００６２】なお、図２（Ａ）のＡ−Ａ’で切った断面
を図２（Ｂ）に示す。

【００６３】２０４がハロゲンランプであり、ハロゲン
ランプが存在する空間内には、ランプを冷却するために
適当な不活性ガス（例えば窒素）がガス導入系２０７が
導入される。そして不要なガスは排気系２０９から排気
される。

【００６４】試料２１０が配置される空間にも適当な不
活性ガスが導入系２０６から導入される。また不要とな
ったガスは排気系２０８から排気される。また必要に応
じて試料２１０の配置された空間は減圧状態とすること
ができる。

【００６５】処理の終わった試料２１０はゲイトバルブ
２０５を介して、搬送室２１１に配置されたロボットア
ーム２１２によって移送される。そしてさらにゲイトバ
ルブ２１３から予備室２１４のカセット２１５へと移送
される。

【００６６】以上の動作を繰り返すことにより、連続的
に試料の処理が行われる。

【００６７】〔実施例４〕本実施例は、珪素の結晶化を
助長する金属元素を拡散させる工程に利用される紫外線
レーザーの照射装置の例を示す。

【００６８】図３に装置の概要を示す。図３（Ａ）にＢ
−Ｂ’で切った断面が図３（Ｂ）である。図３に示す構
成において、図２び示すものと同じものは前述したもの
と同様である。

【００６９】図３に示す構成は、移動する台３０２に配
置された試料２１０に対してレーザー光を照射するもの
である。レーザー光は、レーザー発振器３０６から発振
され、さらに光学系３０７とミラー３０８、さらに石英
の窓３０９を介して試料２１０に照射される。

【００７０】レーザー光の照射は、台３０２がレール３
０４上を移動することにより、走査して行われる。レー
ザー光の照射は、気密性を有するチャンバー３０１内で
行われる。なお必要に応じて、各種ガスをガス導入系３
１０から導入することができる。また排気系３１１によ
って、必要とする減圧状態とすることができる。

【００７１】図３に示す装置においても、予備室２１４
内のカセット２１５内に配置された複数の試料が連続的
に処理される。

【００７２】〔実施例５〕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。

【００７３】まず実施例１または実施例２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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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））

【００８６】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）

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】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））

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】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。

【０１０７】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。

【０１０８】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。

【０１０９】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。

【０１１０】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。

【０１１１】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。

【０１１２】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。

【０１１３】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））

【０１１４】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。

【０１１５】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。

【０１１６】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。

【０１１７】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。

【０１１８】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。

【０１１９】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。

【０１２０】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。

【０１２１】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。

【０１２２】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。

【０１２３】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。

【０１２４】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。

【０１２５】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。

【０１２６】〔実施例６〕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。

【０１２７】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。

【０１２８】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。

【０１２９】

【発明の効果】本明細書で開示する発明を利用すること
で、高い信頼性を有する薄膜半導体装置を得ることがで
きる。特に、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用し
て得られた結晶性珪素膜を用いた半導体装置の作製にお
いて、得られる半導体装置の特性のバラツキや信頼性を
改善することができる。

【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２】ハロゲンランプを用いた処理装置の概要を示
す。

【図３】紫外線レーザーを用いた処理装置の概要を示
す。

【図４】相補型に構成された薄膜トランジスタの作製
工程を示す。

【図５】相補型に構成された薄膜トランジスタの作製
工程を示す。

【図６】相補型に構成された薄膜トランジスタの作製
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非晶質珪素膜１０４ニッケル化合物１０５結晶性珪素膜

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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を
形成する工程と、前記非晶質珪素膜の表面に接して珪素の結晶化を助長す
る金属元素の化合物を保持させる工程と、前記非晶質珪素膜の表面に紫外光を照射する工程と、赤外光または紫外線レーザーを照射し前記非晶質珪素膜
中に前記金属元素を拡散させる工程と、加熱処理により前記非晶質珪素膜を結晶化させる工程
と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【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、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａ
ｕ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３】請求項１において、紫外光の照射によって
金属元素の化合物が分解される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、赤外光または紫外線レーザーの照射による工程は、非晶
質珪素膜の非晶質性を維持した状態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、赤外光または紫外線レーザーの照射は非晶質珪素膜の非
晶質性を維持した状態で行われ、かつ赤外光または紫外線レーザーの照射によって非晶質
珪素膜中に当該金属元素が拡散することを特徴とするこ
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、紫外線レーザーの波長
は３８０ｎｍ以下であることを特徴とする半導体装置の
作製方法。
【請求項７】請求項１において、赤外線の照射はハロゲ
ンランプを利用することを特徴とする半導体装置の作製
方法。
【請求項８】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を
形成する工程と、前記非晶質珪素膜の表面に接して珪素の結晶化を助長す
る金属元素の化合物を保持させる工程と、前記非晶質珪素膜の非晶質状態を維持した状態で前記金
属元素の化合物を分解させる工程と、前記非晶質珪素膜の非晶質状態を維持した状態で前記金
属元素を前記非晶質珪素膜中に拡散させる工程と、加熱処理により前記非晶質珪素膜を結晶化させる工程
と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】請求項８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、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａ
ｕから選ばれた一種または複数種類から選ばれた元素が
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１０】請求項８において、金属元素の化合物の
分解は紫外光の照射によって行うことを特徴とする半導
体装置の作製方法。
【請求項１１】請求項８において、金属元素を非晶質珪素膜中に拡散させる工程は、赤外光または紫外線レーザーの照射によって行われるこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】請求項８において、紫外線レーザーの波
長は３８０ｎｍ以下であ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８において、赤外線の照射はハロ
ゲンランプを利用することを特徴とする半導体装置の作
製方法。