JP3295346B2

JP3295346B2 - 結晶性珪素膜の作製方法及びそれを用いた薄膜トランジスタ

Info

Publication number: JP3295346B2
Application number: JP20534597A
Authority: JP
Inventors: 節男中嶋; 久大谷
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1997-07-14
Filing date: 1997-07-14
Publication date: 2002-06-24
Anticipated expiration: 2017-07-14
Also published as: US20030036225A1; JPH1131824A; US6664144B2; US20040106239A1; KR19990013835A; US6242290B1; US7026197B2; KR100483819B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタの作製方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】珪素薄膜を活性層に用いた薄膜トランジ
スタ（以下ＴＦＴと称する）が知られている。ＴＦＴ
は、主にアクティブマトリクス型の液晶表示装置におい
て実用化されている。

【０００３】現在実用化されている薄膜トランジシスタ
には、非晶質珪素膜を用いたａ−ＳｉＴＦＴと呼ばれる
ものと、通常のＩＣプロセスを利用した高温ｐ−ＳｉＴ
ＦＴと呼ばれるものとがある。

【０００４】高温ｐ−Ｓｉというのは、９００℃以上と
いうような高温での加熱処理を利用して結晶性珪素膜を
得る技術を利用して得られる。

【０００５】高い特性を要求する観点からは、結晶性珪
素膜を用いることが好ましい。しかし、高温ｐ−Ｓｉ膜
を作製する際に必要とされる加熱処理温度では、基板と
してガラス基板が利用できないという問題がある。

【０００６】薄膜トランジスタは、主にＬＣＤ装置に利
用されるものであり、基板としてガラス基板が利用でき
ることが要求される。

【０００７】この問題を解決する手段として、ガラス基
板が耐えるような温度（この温度を便宜上低温と称す
る）でのプロセスで結晶性珪素膜を作製する技術が研究
されている。

【０００８】このプロセスは、高温ｐ−Ｓｉを作製する
プロセス（高温プロセス）に対応させて低温プロセスと
称されている。またこの低温プロセスで作製された結晶
性珪素膜を低温ｐ−Ｓｉと称し、低温ｐ−Ｓｉ膜を用い
たＴＦＴを低温ｐ−ＳｉＴＦＴと称する。

【０００９】低温ｐ−Ｓｉ膜を作製する技術としては、
レーザー照射による方法と加熱による方法とに大別する
ことができる。

【００１０】レーザー照射による方法は、レーザー光が
非晶質珪素膜の表面近傍で直接吸収される関係上、ガラ
ス基板に熱ダメージを与えることがほとんどないという
特徴がある。

【００１１】しかし、レーザー発振器の安定性に問題が
あり、また大面積に対応させることにも問題がある。

【００１２】他方加熱による方法は、ガラス基板が耐え
るような温度での加熱処理では、必要とする結晶性珪素
膜を得ることができないのが現状である。

【００１３】このような現状の問題点を改善する技術と
して、本出願人による特開平６−２６８２１２号に記載
された技術がある。

【００１４】この技術は、ニッケルに代表される珪素の
結晶化を助長する金属元素を非晶質珪素膜の表面に接し
て保持させ、その後に加熱処理を行うことで、従来より
も低温でしかもガラス基板が耐える温度でもって、必要
とする結晶性を有した結晶性珪素膜を得ることができる
技術である。

【００１５】このニッケルを利用する結晶化技術は、ガ
ラス基板が耐えるようなより低温での加熱処理によっ
て、必要とする結晶性を有した結晶性珪素膜を得ること
ができる有用なものである。

【００１６】しかし、結晶化に利用したニッケルが活性
層中に残留することが避けられず、そのことがＴＦＴの
特性の不安定性や信頼性の低下を招いていた。

【００１７】

【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、上述した珪素の結晶化を助長する金属元素を用い
た結晶性珪素膜を得る技術において、得られる珪素膜中
に残留するニッケル元素の影響を排除する構成を提供す
ることを課題とする。

【００１８】

【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、図１にその作製工程を一例を示すように、珪
素の結晶化を助長する金属元素（例えばニッケル）の作
用により結晶化された珪素膜１０４を形成する工程と、
該珪素膜の一部を露呈させるマスク１０５を形成する工
程と、前記露呈した珪素膜１０４の一部とマスク１０５
を覆って１５族の元素（例えば燐）を含有させた膜１０
６を成膜する工程と、加熱処理を施し、前記金属元素を
前記珪素膜１０４から前記１５族の元素を含有させた膜
１０６に移動させる工程（図１（Ｄ））と、を有するこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法である。

【００１９】上記構成において、加熱処理により移動す
るニッケル元素にとっては、珪素膜１０４と１０６とは
一体化したのといえる。即ち、加熱処理により移動する
ニッケル元素にとっては、珪素膜１０４と１０６とは特
に区別される存在ではない。

【００２０】従って、図１（Ｄ）に示す加熱処理工程に
おいて、珪素膜１０４中に含まれるニッケル元素は珪素
膜１０６中に拡散する。なお、酸化珪素膜１０５中には
当該金属元素はほとんど拡散しない。

【００２１】他方、珪素膜１０６にはニッケルのゲッタ
リングサイトとなる燐が高濃度に含まれているので、珪
素膜１０６に移動したニッケル元素は燐と結合し、安定
な状態となる。

【００２２】図１（Ｄ）における加熱処理温度を８００
℃以下、好ましくは７５０℃以下とすれば、燐はほとん
ど珪素膜中を拡散しないから、一旦珪素膜１０６中に取
り込まれたニッケルはそこに止まり、珪素膜１０４中に
逆拡散することはない。

【００２３】こうして、珪素膜１０４中のニッケル元素
は珪素膜１０６中に移動する。これは、珪素膜１０４中
のニッケル元素が珪素膜１０６中にゲッタリングされた
ものということができる。

【００２４】図１（Ｄ）に示す状態における加熱処理で
は、珪素膜１０６全体がゲッタリングサイトとなるの
で、珪素膜１０４と珪素膜１０６との接触面積がある程
度小さくてもニッケルの移動を効果的に行わすことがで
きる。即ち、珪素膜１０４中のニッケル元素を効果的に
減少させることができる。

【００２５】他の発明の構成は、図３にその具体的な例
を示すように、非晶質珪素膜３０１上にマスク３０２を
形成し、その一部を３０３のマスクに設けられた開口部
で露呈させる工程と、前記非晶質珪素膜の露呈した一部
の領域に珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導
入する工程（図３（Ｂ））と、加熱処理を施し、前記一
部の領域から当該金属元素を珪素膜中に拡散させる工程
（図３（Ｃ））と、前記マスク３０２上に燐を含有させ
た珪素膜３０７を成膜し、前記一部の領域において前記
燐を含有させた珪素膜を前記当該金属元素を拡散させた
珪素膜に接しさせる工程（図３（Ｄ））と、加熱処理を
施し、前記一部の領域を介して前記当該金属元素を拡散
させた珪素膜から前記燐を含有させた膜へと当該金属元
素を矢印３０８で示されるように移動させる工程（図３
（Ｄ））と、を有することを特徴とする半導体装置の作
製方法である。

【００２６】上記構成を採用した場合、横成長と称され
る図３（Ｃ）で示されるような結晶成長を行わすための
マスク３０２を利用して、当該金属元素が導入された領
域（開口３０３が設けられた領域）からニッケルを除去
させることができる。この構成は、当該金属元素の導入
と当該金属元素の除去とを同じマスクパターンを利用し
て用いることができるので、工程をそれ程煩雑化させな
いので済むという利点がある。

【００２７】図３（Ｄ）に示すようなニッケルの除去工
程において、開口部３０３の面積に比較して珪素膜３０
７の面積が圧倒的に大きいので、珪素膜３０７の大部分
にニッケル元素が拡散していく過程において、マスクの
開口部３０３の部分からニッケル元素が効果的に珪素膜
３０７にゲッタリングされる。

【００２８】珪素の結晶化を助長する金属元素として
は、ニッケルを利用することが最も好ましい。また、１
５族の元素としては、Ｐ（燐）を用いることが最も好ま
しい。即ち、ニッケルと燐の組み合わせを採用する場合
に最も発明の高い効果を得ることができる。

【００２９】珪素の結晶化を助長する金属元素として
は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉ
ｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｉｎ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。

【００３０】また１５族の元素としては、Ｐ、Ａｓ、Ｓ
ｂから選ばれた元素を利用することができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】図１にその具体的な例を示すよう
に、１０３で示されるようにニッケルを非晶質珪素膜の
表面に接して保持させ、その後に６００℃、８時間の加
熱処理を加えることにより、非晶質珪素膜１０２を結晶
化させる。こうして結晶性珪素膜１０４を得る。

【００３２】Ｎｉの導入方法としては、溶液を用いた方
法が簡便であり、また導入量の調整に便利である。溶液
を用いた方法以外には、ＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着
法、ガス吸着法、イオン注入法等を用いることができ
る。いずれにせよ、ニッケルの導入方法としては、非晶
質珪素膜の表面にニッケル元素が接して保持した状態、
あるいは非晶質珪素膜中にニッケル元素が存在した状態
を実現できればよい。このことは、ニッケル以外の他の
金属元素を用いる場合であっても同じである。

【００３３】その後に酸化珪素膜でなるマスク１０５を
設け、さらに燐を高濃度ドープした非晶質珪素膜１０６
を成膜する。そして加熱処理を加えることにより、結晶
性珪素膜１０４から非晶質珪素膜１０６へのニッケル元
素をゲッタリングさせる。

【００３４】本明細書で開示する発明では、ゲッタリン
グが行われる膜１０４とゲッタリングを行う膜１０６と
を同じ珪素膜とすることで、ニッケル元素の移動を効果
的に行わすことができる。即ち、ニッケルのゲッタリン
グを効果的に行わすことができる。

【００３５】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例では、Ｎチャネル形のＴＦＴを作
製する場合の例を示す。まずガラス基板１０１上に下地
膜として酸化珪素膜１００をプラズマＣＶＤ方により、
３００ｎｍの厚さに成膜する。（図１（Ａ））

【００３６】ここではガラス基板として、コーニング１
７３７基板（歪点６６７℃）を用いる。

【００３７】下地膜を成膜したら、次に非晶質珪素膜１
０２をプラズマＣＶＤ法により、５０ｎｍの厚さに成膜
する。

【００３８】非晶質珪素膜の成膜方法としては、減圧熱
ＣＶＤ法によるものが最も好ましいが、ここでは生産性
の高いプラズマＣＶＤ法を利用する。

【００３９】非晶質珪素膜１０２を成膜したら、重量換
算で１０ｐｐｍの濃度に調整されたニッケル酢酸塩溶液
を塗布し、１０３で示されるようにニッケル元素が表面
に接して保持された状態を得る。

【００４０】こうして図１（Ａ）に示す状態を得る。次
に図１（Ｂ）に示すように酸化珪素膜でなるマスク１０
５を形成する。ここでは、マスク１０５を構成する酸化
珪素真の膜厚を２５０ｎｍとする。マスク１０５を構成
する材料としては、窒化珪素膜や酸化窒化珪素膜を選択
することができる。

【００４１】次にプラズマＣＶＤ法により、燐が高濃度
にドーピングされた非晶質珪素膜１０６を成膜する。こ
こでは、原料ガスとして９７体積％のシランと３体積％
のフォスフィンを用い、１５０ｎｍ厚の非晶質珪素膜１
０６を成膜する。

【００４２】成膜方法としては、減圧熱ＣＶＤ法を用い
てもよい。また、成膜条件を設定することにより、微結
晶珪素膜を成膜するのでもよい。

【００４３】燐のドーピングは、成膜される非晶質珪素
膜中における燐の濃度が１×１０¹⁹原子／ｃｍ³ 以上、
好ましくは５×１０¹⁹原子／ｃｍ³ 以上となるように条
件を設定する。燐をドーピングさせるのは、後にニッケ
ルをゲッタリングさせるためである。

【００４４】図１（Ｃ）に示すように非晶質珪素膜１０
６を成膜したら、加熱処理を施す。ここでは、窒素雰囲
気中において、６００℃、８時間の加熱処理を施す。こ
の工程においては、図１（Ｄ）の矢印で示されるように
ニッケル元素が結晶性珪素膜１０４中から非晶質珪素膜
１０６中へと移動する。この効果は、結晶性珪素膜１０
４の表面に極薄い（１０ｎｍ以下程度）の酸化膜や自然
酸化膜が形成されている場合でもっても得ることができ
る。

【００４５】これは珪素膜中において、ニッケル元素が
非常に活発に拡散すること、および燐とニッケルは多様
な結合状態を有し、しかもその結合状態は非常に安定し
たものであることに起因する。

【００４６】加熱処理温度は、４５０℃〜７５０℃（実
質的にガラス基板の歪点で制限される）の範囲から選択
できる。ゲッタリング効果を高めるには、より高い温度
から選択することが好ましい。

【００４７】加熱処理温度が上記範囲より低いと、ニッ
ケルの拡散速度及び拡散距離が足りず、ゲッタリング効
果が十分に得られない。

【００４８】他方、加熱処理温度が上記範囲より高い
と、ニッケルの拡散速度及び拡散距離は十分なものとな
るが、燐の拡散も無視できなくなり、ニッケルを特定の
領域に偏らせるという作用が得られなくなる。

【００４９】図１（Ｄ）に示す加熱処理を行うと、非晶
質珪素膜１０６中にニッケル元素がゲッタリングされ、
そこでは高濃度にニッケル元素が存在することになる。

【００５０】次にニッケル元素を高濃度に含んだ非晶質
珪素膜１０６をエッチングによって除去する。この際、
酸化珪素膜でなるマスク１０５が設けられていない領域
の結晶性珪素膜１０４も同時に除去される。（図１
（Ｅ））

【００５１】こうして、１０７で示される結晶性珪素膜
のパターンが形成される。この結晶性珪素膜のパターン
は、一旦ニッケルを膜中に拡散させることにより結晶化
が行われ、その後に（Ｄ）に示す工程において膜外にニ
ッケル元素が除去されたものとなっている。

【００５２】次に酸化珪素膜でなるマスク１０５を取り
除く。そして図２（Ａ）に示すように酸化珪素膜１０８
をプラズマＣＶＤ法により、酸化珪素膜を１２０ｎｍの
厚さに成膜する。この酸化珪素膜１０８はゲイト絶縁膜
として機能する。

【００５３】次にゲイト電極を構成するための図示しな
いアルミニウム膜をスパッタ法によって、４００ｎｍの
厚さに成膜する。このアルミニウム膜は、スカンジウム
を0.18重量％含有させたターゲットを用いて成膜する。

【００５４】アルミニウム膜中にスカンジウムを含有さ
せるのは、後の工程におけるアルミニウムの異常成長に
起因するヒロックやウィスカーと呼ばれる刺状あるいは
針状の突起物が形成されることを抑制するためである。

【００５５】次にレジストマスク２００を用いて図示し
ないアルミニウム膜をパターニングし、図２（Ａ）に示
すパターン１０９を形成する。

【００５６】次にレジストマスク２００を残存させた状
態でアルミニウムパターン１０９を陽極とした陽極酸化
を行う。

【００５７】この工程では、電解溶液として３％（体
積）の蓚酸を含む水溶液を用い、アルミニウムパターン
を陽極、白金を陰極として両電極間に電流を流す。こう
して陽極酸化膜１１１が形成される。

【００５８】この工程は、レジストマスク２００を残存
させた状態で行うので、１１１で示されるように陽極酸
化膜は、アルミニウムパターン１０９の側面に形成され
る。なお、１１０で示されるのが、残存したアルミニウ
ム膜パターンである。

【００５９】本実施例では、陽極酸化膜１１１の成長距
離を４００ｎｍとする。本実施例で形成される陽極酸化
膜１１１は、多孔質状（ポーラス状）を有している。

【００６０】陽極酸化膜１１１を成膜したら、レジスト
マスク２００を除去する。そして、再度の陽極酸化を行
う。この工程では、電解溶液として、３（体積）％の酒
石酸を含んだエチレングリコール溶液をアンモニア水で
中和したものを用いる。

【００６１】この工程では、多孔質状の陽極酸化膜１１
１の内部に電解溶液が侵入する関係から、１１２で示さ
れるように陽極酸化膜が形成される。即ち、アルミニウ
ムパターン１１０の表面に陽極酸化膜１１２が形成され
る。

【００６２】この陽極酸化膜１１２の膜厚は、７０ｎｍ
とする。この陽極酸化膜は、緻密な膜質を有したものと
なる。

【００６３】こうして図２（Ｂ）に示す状態を得る。こ
こで残存したアルミニウムパターン１１０がＴＦＴのゲ
イト電極となる。

【００６４】次にゲイト電極１１０、その周囲の緻密な
膜質を有する陽極酸化膜１１２、さらに緻密な膜質を有
する陽極酸化膜１１２をマスクとして、露呈した酸化珪
素膜１０８を除去する。

【００６５】ここでは、垂直異方性を有するドライエッ
チング法（ＲＩＥ法）を用いて露呈した酸化珪素膜１０
８をエッチング除去する。こうして、図２（Ｃ）に示す
状態を得る。

【００６６】次にプラズマドーピング法により、燐のド
ーピングを行う。プラズマドーピング法というのは、ド
ーパント元素を含んだ原料ガスをプラズマ化させ、そこ
から電界によりドーパントイオンを引出し、それを電界
による加速して、被ドーピング領域に加速注入するドー
ピング方法のことをいう。特に磁場を用いた質量分離を
行わない方法のことをいう。

【００６７】他方、ＩＣの作製等で多用されている質量
分離を行い、分離されたドーパントイオンを加速注入す
る方法をイオン注入法と称する。

【００６８】プラズマドーピング法は、大面積に対応で
きる優位性がある反面、水素等のドーパントガス中に含
まれる他の元素もドーピングされてしまう問題がある。

【００６９】このドーピングによって、１１４及び１１
６の領域に燐のドーピングが行われる。このドーピング
された領域を便宜上高濃度不純物領域と称する。なお、
１１４及び１１６の領域は後にソース及びドレイン領域
となる。

【００７０】このドーピングは、通常のソース及びドレ
イン領域を形成するためのドーピング条件でもって行え
ばよい。

【００７１】また、１１３で示される領域がドーピング
が行われなかった領域として残存する。

【００７２】次に多孔質状の陽極酸化膜１１１を（Ｄ）
に示すように除去する。そして再度の燐のドーピングを
プラズマドーピング法でもって行う。この工程は、
（Ｃ）に示す工程におけるドーピングよりも低ドーズ量
でもって行う。

【００７３】こうして、ソース及びドレイン領域よりも
低ドーズ量でもってドーピングが行われた低濃度不純物
領域２０１及び２０３の領域が自己整合的に形成され
る。（図２（Ｄ））

【００７４】また、ドーピングの行われなかった２０２
の領域がチャネル領域として画定する。（図２（Ｄ））

【００７５】次にエキシマレーザー光を照射することに
より、被ドーピング領域の活性化を行う。具体的には、
ドーピング時に生じた被ドーピング領域の損傷のアニー
ルと、被ドーピング領域におけるドーパントの活性化と
を行う。

【００７６】なお、緻密な膜質を有する陽極酸化膜１１
２の膜厚分でもってチャネル領域１１４に隣接して高抵
抗領域が形成されるが、本実施例では、陽極酸化膜１１
２の膜厚が７０ｎｍと薄いので、その存在は無視する。

【００７７】次に図２（Ｅ）に示すように層間絶縁膜と
して窒化珪素膜１１６をプラズマＣＶＤ法により２５０
ｎｍの厚さに成膜する。さらにアクリル樹脂膜１１７を
スピンコート法を用いて成膜する。アクリル樹脂膜１１
７の膜厚は、最小の部分で７００ｎｍとする。

【００７８】さらにコンタクトホールの形成を行い、ソ
ース電極１１８とドレイン電極１１９とを形成する。こ
うして図２（Ｅ）に示すＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を
完成させる。

【００７９】本実施例で示した薄膜トランジスタは、ニ
ッケルを利用することで活性層１０７を高い結晶性を有
したものとすることができ、同時に図１（Ｄ）に示すゲ
ッタリングを行うことで、ニッケル元素が活性層１０７
内に残留する程度を大きく下げることができる。

【００８０】また、加熱処理による結晶化を従来よりも
（ニッケルを利用しない場合よりも）より低温で行うこ
とができるので、安価なガラス基板を利用できる。

【００８１】〔実施例２〕本実施例は、実施例１に示す
作製工程において、Ｐチャネル型のＴＦＴを作製する場
合の例である。

【００８２】Ｐチャネル型のＴＦＴを作製するには、図
２（Ｃ）及び図２（Ｄ）に示す工程において、燐の代わ
りにボロンをドーピングすればよい。その他は実施例１
に示した作製工程と同じである。

【００８３】〔実施例３〕本実施例は、実施例１に示す
作製工程において、ゲイト電極をアルミニウム以外の材
料で作製する場合の例である。本実施例では、ゲイト電
極をタングステンシリサイドで形成する場合の例を示
す。

【００８４】ゲイト電極としては、タングステンシリサ
イド以外に各種シリサイド材料や各種金属材料を用いる
ことができる。またゲイト電極を構成する材料として、
導電型を付与した珪素材料を利用することもできる。ま
たゲイト電極の構成として、各種導電材料の積層構造を
採用してもよい。

【００８５】一般にアルミニウムを用いた場合には、低
抵抗性という優位性が得られる反面、プロセス温度が限
定されるという問題がある。他方、他の材料を用いた場
合には、アルミニウムに比較して高抵抗となるが、比較
的耐熱性が高く、プロセス温度を高めることができると
いう優位性がある。

【００８６】〔実施例３〕本実施例は、実施例１に示す
作製工程において、図１（Ｄ）に示すニッケルのゲッタ
リングプロセスに加えて、さらにチャネル領域中のニッ
ケル元素（微量に残存したニッケル元素）を除去する工
程を加えたものである。

【００８７】図１（Ｄ）に示すニッケルのゲッタリング
工程を実施することによって、図１（Ｅ）の１０４で示
される領域におけるニッケル濃度は計測できない程度ま
で低下する。

【００８８】具体的には、結晶化の直後にＳＩＭＳ（２
次イオン分析方法）で計測されたニッケル濃度は１×１
０¹⁸原子／ｃｍ³ 〜５×１０¹⁹原子／ｃｍ³ 程度であっ
たものが、図１（Ｄ）に示す工程を経ることにより、１
０¹⁷原子／ｃｍ³ 台以下とすることができる。

【００８９】即ち、図１（Ｅ）に示す１０７の領域に残
留するニッケル元素の濃度を、１０¹⁷原子／ｃｍ³ 台以
下とすることができる。

【００９０】従って、実施例１で示す作製工程を経て作
製されるＴＦＴにおいては、活性層中におけるニッケル
元素の濃度を１０¹⁷原子／ｃｍ³ 台以下とできる。

【００９１】しかし、特性のバラツキや信頼性により厳
しい要求が必要とされる場合、上記程度のニッケル濃度
であっても問題となる場合がある。

【００９２】本発明者らの研究によれば、ＴＦＴ特性へ
の悪影響に主に寄与するのは、活性層中の特にチャネル
領域及びチャネル領域と不純物領域との界面近傍に存在
するニッケル元素である。

【００９３】そこで本実施例においては、特にチャネル
領域に残留するニッケル元素を減少させる工夫をする。

【００９４】本実施例では、実施例１に示す作製工程に
おいて、（Ｄ）で示す段階において、加熱処理を加え
る。この加熱処理は、４５０℃の温度で２時間行う。

【００９５】こうすると、高濃度不純物領域であるソー
ス領域１１４及びドレイン領域１１６にチャネル領域１
１４中に残留するニッケル元素がゲッタリングされる。
即ち、ソース領域１１４及びドレイン領域１１６におけ
るニッケル元素の濃度が上昇する代わりにチャネル領域
１１４中に残留するニッケル元素の濃度が減少する。

【００９６】そしてチャネル領域中に残留するニッケル
元素の濃度が減少し、残留ニッケルによるＴＦＴ特性へ
の悪影響を抑制することができる。

【００９７】なお、ゲイト電極をより耐熱性の高いシリ
サイド材料等に変更した場合は、より高い温度の加熱処
理が有効である。例えば、ゲイト電極の材料としてタン
グステンシリサイドを用い、加熱処理として６００℃、
２時間の加熱処理を加えた場合、ゲッタリング効果をよ
り効果的に得ることができる。

【００９８】また、加熱処理は、図２（Ｃ）の段階で行
ってもよい。

【００９９】本実施例に示す構成を実施した場合、ソー
ス及びドレイン領域に残留するニッケル元素の影響が懸
念される。しかし、ソース及びドレイン領域は、チャネ
ル領域と異なり、導電型の変化、さらには抵抗の変化が
生じるわけではないので、ニッケルの存在は特に問題と
はならない。

【０１００】〔実施例４〕本実施例は、実施例１の特に
図１（Ａ）に示す方法とは異なる結晶成長を行わせる場
合の例を示す。

【０１０１】図３に本実施例の作製工程を示す。本実施
例では、ＴＦＴの活性層のパターンを得る工程までを示
す。

【０１０２】また、図３において、図１と同じ符号は、
実施例１で示したのと同じ部分を示す。またその符号の
箇所に関しては、作製条件等も特に断らない限り、実施
例１と同じである。

【０１０３】まず図３（Ａ）に示すようにガラス基板１
０１を用意し、そのガラス基板１０１上に下地膜として
酸化珪素膜１００を３００ｎｍの厚さにプラズマＣＶＤ
法によって成膜する。

【０１０４】本実施例では、基板１０１としてコーニン
グ１７３７ガラス基板を利用する。

【０１０５】下地膜１００を成膜したら、さらに非晶質
珪素膜３０１を成膜する。ここでは、減圧熱ＣＶＤ法に
より、非晶質珪素膜３０１を５０ｎｍの厚さに成膜す
る。

【０１０６】次に酸化珪素膜でなるマスク３０２を形成
する。ここでは、まずプラズマＣＶＤ法により図示しな
い酸化珪素膜を１２０ｎｍの厚さに成膜し、それをパタ
ーニングすることにより、マスク３０２を形成する。
（図３（Ｂ））

【０１０７】次に重量換算で１０ｐｐｍのニッケル濃度
に調整したニッケル酢酸塩溶液を塗布する。こしてて、
３０２で示されるようにニッケル元素が露呈した表面に
接して保持された状態を得る。（図３（Ｂ））

【０１０８】次に６００℃、８時間の加熱処理を窒素雰
囲気中において施す。この際、ニッケル元素が接した領
域から非晶質珪素膜３０１中にニッケル元素が拡散し、
それに従って非晶質珪素膜３０１の結晶化が矢印３０５
に示すような経路でもって進行する。（図３（Ｃ））

【０１０９】こうして特異な結晶成長形態を有した結晶
性珪素膜３０６を得る。即ち、ニッケルが導入されたマ
スクの開孔部３０３の領域から膜面に平行な方向に結晶
成長した結晶性珪素膜３０６を得る。本明細書ではこの
結晶成長形態を横成長と称する。また、この結晶成長が
行われた領域を横成長領域と称する。（図３（Ｃ））

【０１１０】次に燐を高濃度にドーピングした非晶質珪
素膜３０７を３００ｎｍの厚さにプラズマＣＶＤ法でも
って成膜する。（図３（Ｄ））

【０１１１】次に６００℃、８時間の加熱処理を行うこ
とにより、結晶性珪素膜１０４中に残留するニッケル元
素を非晶質珪素膜１０６中にゲッタリングさせる。

【０１１２】即ち、加熱処理を施すことにより、非晶質
珪素膜１０６中に存在する燐に珪素膜３０６中に存在す
るニッケルを取り込ませる。この工程は、結果的に結晶
性珪素膜１０４中に存在するニッケル元素を燐を高濃度
に含む非晶質珪素膜１０６中に吸い出させる工程といえ
る。

【０１１３】なお、この工程において非晶質珪素膜３０
７は結晶化されるがこれは特に問題とはならない。

【０１１４】次に珪素膜３０７を除去し、さらに酸化珪
素膜でなるマスク３０２をマスクとして、珪素膜３０６
をエッチングする。こうして、図３（Ｅ）に示す珪素膜
のパターン３０９を得る。

【０１１５】次に珪素膜パターン３０９の横成長した領
域を用いてＴＦＴの活性層パターン（たとえばこのパタ
ーンは、図１（Ｅ）の１０７に相当する）を形成する。
後は、実施例１に示した図２（Ａ）以下の作製工程に従
ってＴＦＴを作製する。勿論、上記横成長領域を用いて
他のＴＦＴを作製するのでもよい。また、実施例１に示
す構成に加えて実施例２、３に示す構成を採用すること
もできる。

【０１１６】〔実施例５〕本実施例は、ボトムゲイト型
のＴＦＴを作製する場合の例を示す。図４に本実施例の
作製工程を示す。

【０１１７】まず、ガラス基板４０１上にゲイト電極４
０２を形成する。本実施例では、ガラス基板上に下地膜
を形成しない場合の例を示す。（図４（Ａ））

【０１１８】ゲイト電極４０２は、後の加熱処理工程に
おいて耐えることのできる材料を選ぶことが必要であ
る。ここでは、ゲイト電極４０２としてスパッタ法で成
膜された４００ｎｍ厚のタンタル膜を用いる。（図４
（Ａ））

【０１１９】ゲイト電極４０２を形成したら、ゲイト絶
縁膜となる酸化珪素膜４０３をプラズマＣＶＤ法により
１００ｎｍの厚さに成膜する。

【０１２０】次に非晶質珪素膜４０４をプラズマＣＶＤ
法でもって５０ｎｍの厚さに成膜する。なお、非晶質珪
素膜の成膜方法とては、プラズマＣＶＤ法の代わりに減
圧熱ＣＶＤ法を用いてもよい。

【０１２１】次に露呈している非晶質珪素膜の表面の全
面にニッケル酢酸塩溶液を塗布し、４０５で示されるよ
うにニッケル元素が接して保持された状態を得る。（図
４（Ａ））

【０１２２】ここでは、非晶質珪素膜の表面の全面にニ
ッケル元素を導入する例を示すが、図３に示すようなマ
スクを設けて、選択的にニッケルを導入し、横成長を行
わす構成としてもよい。

【０１２３】次に６００℃、８時間の加熱処理を加えて
非晶質珪素膜４０４を結晶化させ、結晶性珪素膜４００
を得る。（図４（Ｂ））

【０１２４】次に酸化珪素膜でなるマスク４０６を形成
する。ここでは、プラズマＣＶＤ法により図示しない酸
化珪素膜を１５０ｎｍの厚さに成膜し、それをパターニ
ングすることで４０６で示すパターンを形成する。

【０１２５】次に燐を高濃度にドーピングした非晶質珪
素膜４０７をプラズマＣＶＤ法により、２００ｎｍの厚
さに成膜する。

【０１２６】ここでは、シランを体積９８％、フォスフ
ィンを体積２％の割合で混合した成膜ガスを用いて、非
晶質珪素膜４０７を成膜する。（図４（Ｂ））

【０１２７】次に６００℃、４時間の加熱処理を窒素雰
囲気中において施す。この工程においては、４０８及び
４０９で示されるように珪素膜４００中に拡散していた
ニッケル元素が非晶質珪素膜４０７側に移動する。（図
４（Ｂ））

【０１２８】次にニッケルを高濃度に含んだ非晶質珪素
膜４０７を除去し、さらにマスク４０６を用いて結晶性
珪素膜４００の一部（マスク４０６が設けられていない
領域）を除去する。（図４（Ｃ））

【０１２９】このようにしてマスク４０６によってパタ
ーニングされた結晶性珪素膜４１０を得る。（図４
（Ｃ））

【０１３０】この結晶性珪素膜４１０は、膜中のニッケ
ル元素が極力除去され、しかもニッケルの作用により高
い結晶性を有している。この結晶性珪素膜が後にＴＦＴ
の活性層となる。

【０１３１】次に酸化珪素膜でなるマスク４０６を除去
する。そして、図示しないドーピング用のマスクを設け
て、活性層に対して選択的に燐のドーピングを行う。

【０１３２】この工程で４１１及び４１３の領域に燐が
ドーピングされる。なお、本実施例では、Ｎチャネル型
のＴＦＴを作製する場合の例を示すが、Ｐチャネル型の
ＴＦＴを作製するのであれば、ボロンのドーピングを行
えばよい。

【０１３３】ドーピングの終了後、レーザーアニールを
行い、被ドーピング領域の活性化を行う。

【０１３４】こうして、ソース領域４１１、チャネル領
域４１２、ドレイン領域４１３を形成する。（図４
（Ｄ））

【０１３５】次に層間絶縁膜として窒化珪素膜４１４を
プラズマＣＶＤ法により、３００ｎｍの厚さに成膜す
る。さらにアクリル樹脂膜４１５をスピンコート法によ
って成膜する。

【０１３６】アクリル樹脂膜以外には、ポリイミド、ポ
リアミド、ポリイミドアミド、エポキシ等の樹脂材料を
用いることができる。

【０１３７】層間絶縁膜を成膜したら、コンタクトホー
ルの形成を行い、ソース電極４１６及びドレイン電極４
１７を形成する。こうして図４（Ｄ）に示すボトムゲイ
ト型のＴＦＴを完成させる。

【０１３８】〔実施例６〕本実施例では、ＴＦＴを利用
した集積回路の例を示す。集積回路の例としては、ＣＰ
Ｕ、メモリ、各種演算回路、増幅回路、スイッチ回路等
を挙げることができる。図５にＴＦＴを利用した集積回
路の概要及びその一部の断面を示す。

【０１３９】〔実施例７〕本明細書で開示する薄膜トラ
ンジスタは、各種フラットパネルディスプレイやフラッ
トパネルディスプレイを備えた情報処理端末やビデオカ
メラ等に利用することができる。本明細書では、これら
の装置を総称して半導体装置と称する。

【０１４０】以下において各種装置の具体的な構成の例
を示す。図６に各種半導体装置の例を示す。これらの半
導体装置は、ＴＦＴを少なくとも一部に用いている。

【０１４１】図６（Ａ）に示すのは、携帯型の情報処理
端末である。この情報処理端末は、本体２００１にアク
ティブマトリクス型の液晶ディスプレイまたはアクティ
ブマトリクス型のＥＬディスプレイを備え、さらに外部
から情報を取り込むためのカメラ部２００２を備えてい
る。また内部に集積回路２００６を備えている。

【０１４２】カメラ部２００２には、受像部２００３と
操作スイッチ２００４が配置されている。

【０１４３】情報処理端末は、今後益々その携帯性を向
上させるために薄く、また軽くなるもと考えられてい
る。

【０１４４】このような構成においては、アクティブマ
トリクス型のディスプレイ２００５が形成された基板上
周辺駆動回路や演算回路や記憶回路がＴＦＴでもって集
積化されることが好ましい。

【０１４５】図６（Ｂ）に示すのは、ヘッドマウントデ
ィスプレイである。この装置は、アクティブマトリクス
型の液晶ディスプレイやＥＬディスプレイ２１０２を本
体２１０１に備えている。また、本体２１０１は、バン
ド２１０３で頭に装着できるようになっている。

【０１４６】図６（Ｃ）に示すのは、カーナビゲション
システムであって、人工衛星からの信号をアンテナ２２
０４で受け、その信号に基づいて本体２２０１に備えら
れたアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ２２０
２に地理情報を表示する機能を有している。

【０１４７】ディスプレイ２２０２として、ＥＬ型の表
示装置を採用することもできる。いずれの場合でもディ
スプレイは、ＴＦＴを利用したアクティブマトリクス型
のフラットパネルディスプレイとする。

【０１４８】また、本体２２０１には操作スイッチ２２
０３が備えられており、各種操作を行うことができる。

【０１４９】図３（Ｄ）に示すのは、携帯電話である。
この装置は、本体２３０１にアクティブマトリクス型の
液晶表示装置２３０４、操作スイッチ２３０５、音声入
力部２３０３、音声出力部２３０２、アンテナ２３０６
を備えている。

【０１５０】また、最近は、（Ａ）に示す携帯型情報処
理端末と（Ｄ）に示す携帯電話とを組み合わせたような
構成も商品化されている。

【０１５１】図３（Ｅ）に示すのは、携帯型のビデオカ
メラである。これは、本体２４０１に受像部２４０６、
音声入力部２４０３、操作スイッチ２４０４、アクティ
ブマトリクス型の液晶ディスプレイ２４０２、バッテリ
ー２４０５を備えている。

【０１５２】図３（Ｆ）に示すのは、リアプロジェクシ
ン型の液晶表示装置である。この構成は、本体２５０１
に投影用のスクリーンを備えた構造となっている。表示
は、光源２５０２からの光を偏光ビームスプリッタ２５
０４で分離し、この分離された光を反射型の液晶表示装
置２５０３で光学変調し、この光学変調された画像を反
射してリフレクター２５０５、２５０６で反射し、それ
をスクリーン２５０７に投影するものである。

【０１５３】ここでは、液晶表示装置２５０３として反
射型のものを用いる例を示した。しかし、ここに透過型
の液晶表示装置を用いてもよい。この場合、光学系を変
更すればよい。

【０１５４】またここでは、主に液晶表示装置の例を示
したが、アクティブマトリクス型の表示装置として、Ｅ
Ｌ表示装置を採用するのでもよい。

【０１５５】

【発明の効果】本明細書で開示する発明を採用すること
で、珪素の結晶化を助長する金属元素を用いた結晶性珪
素膜を得る技術において、得られる珪素膜中に残留する
ニッケル元素の影響を排除する構成を提供することがで
きる。

【０１５６】即ち、高い結晶性を有した珪素膜を用いた
ＴＦＴを作製でき、またそのＴＦＴにおける当該金属元
素の影響を低減したものとすることができる。

【０１５７】本明細書で開示する発明では、当該金属元
素のゲッリング用の薄膜を成膜する構成を採用している
ので、比較的簡便で高い生産性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＴＦＴの作製工程を示す図。

【図２】ＴＦＴの作製工程を示す図。

【図３】ＴＦＴの作製工程を示す図。

【図４】ＴＦＴの作製工程を示す図。

【図５】ＴＦＴを利用した集積回路の一部を示す図。

【図６】ＴＦＴを利用した装置の概要を示す図。

【符号の説明】

１０１ガラス基板１００下地膜（酸化珪素膜）１０２非晶質珪素膜１０３表面に接して保持されたニッケル元
素１０４結晶性珪素膜１０５酸化珪素膜でなるマスク１０６燐を高濃度にドープされた非晶質珪
素膜１０７パターニングされた結晶性珪素膜１０８酸化珪素膜（ゲイト絶縁膜）１０９アルミニウム膜パターン２００レジストマスク１１０ゲイト電極（残存したアルミニウム
パターン）１１１多孔質状の陽極酸化膜１１２緻密な膜質を有する陽極酸化膜１１３残存した酸化珪素膜（ゲイト絶縁
膜）１１４高濃度不純物領域（ソース領域）１１５ドーピングが行われなかった領域１１６高濃度不純物領域（ドレイン領域）２０１低濃度不純物領域２０２チャネル領域２０３低濃度不純物領域２０４窒化珪素膜（層間絶縁膜）１１７アクリル樹脂膜１１８ソース電極１１９ドレイン電極

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長
する金属元素を導入し、前記第１の非晶質珪素膜を加熱
して結晶性珪素膜を形成し、前記結晶性珪素膜上に開口
部を有するマスクを形成し、前記開口部で露呈した前記
結晶性珪素膜上に周期表の１５族に属する元素を含有す
る第２の非晶質珪素膜を形成し、前記結晶性珪素膜およ
び前記第２の非晶質珪素膜を４５０〜７５０℃で加熱す
ることを特徴とする結晶性珪素膜の作製方法。
【請求項２】第１の非晶質珪素膜上に開口部を有するマ
スクを形成し、前記開口部で露呈した前記第１の非晶質
珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を導入し、前
記第１の非晶質珪素膜を加熱して結晶性珪素膜を形成
し、前記開口部で露呈した前記結晶性珪素膜上に周期表
の１５族に属する元素を含有する第２の非晶質珪素膜を
形成し、前記結晶性珪素膜および前記第２の非晶質珪素
膜を４５０〜７５０℃で加熱することを特徴とする結晶
性珪素膜の作製方法。
【請求項３】請求項１または請求項２において、前記結
晶性珪素膜および前記第２の非晶質珪素膜の加熱後、前
記第２の非晶質珪素膜を除去することを特徴とする結晶
性珪素膜の作製方法。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれか一におい
て、前記周期表の１５族に属する元素は、リン、砒素も
しくはアンチモンであることを特徴とする結晶性珪素膜
の作製方法。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか一におい
て、前記第１の非晶質珪素膜は、非晶質珪素膜であるこ
とを特徴とする結晶性珪素膜の作製方法。
【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれか一におい
て、前記珪素の結晶化を助長する金属元素は、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＣｕもしくはＡｕである
ことを特徴とする結晶性珪素膜の作製方法。
【請求項７】請求項１乃至請求項６のいずれか一におい
て、前記第２の非晶質珪素膜に含有された周期表の１５
族に属する元素の濃度は、１×１０↑(19)原子ｃｍ↑(-
3)以上であることを特徴とする結晶性珪素膜の作製方
法。
【請求項８】請求項１乃至請求項７のいずれか一におい
て、前記結晶性珪素膜および前記第２の非晶質珪素膜の
加熱後、前記第２の非晶質珪素膜中の前記珪素の結晶化
を助長する金属元素の濃度は、前記結晶性珪素膜中の前
記珪素の結晶化を助長する金属元素の濃度よりも高くな
ることを特徴とする結晶性珪素膜の作製方法。
【請求項９】請求項１乃至請求項８のいずれか一におい
て、前記周期表の１５族に属する元素は、前記第２の非
晶質珪素膜にドーピングされていることを特徴とする結
晶性珪素膜の作製方法。
【請求項１０】請求項１乃至請求項９のいずれか一に記
載の作製方法によって形成された結晶性珪素膜を用いる
ことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項１１】請求項１乃至請求項９のいずれか一に記
載の作製方法によって形成された結晶性珪素膜を用いる
ことを特徴とするボトムゲート型の薄膜トランジスタ。
【請求項１２】請求項１０または請求項１１に記載の薄
膜トランジスタを用いたことを特徴とする液晶表示装
置。
【請求項１３】請求項１０または請求項１１に記載の薄
膜トランジスタを用いたことを特徴とするＥＬ表示装
置。
【請求項１４】請求項１０または請求項１１に記載の薄
膜トランジスタを用いたことを特徴とする半導体装置。