JP4216315B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Description

本明細書で開示する発明は、薄膜トランジスタの構成に関する。またその作製方法に関する。

従来よりアクティブマトリクス型の液晶表示装置が知られている。これは、マトリクス状に配置された画素電極のそれぞれに薄膜トランジスタを配置した構成を有している。

このような構成においては、表示される画面のムラや縞模様が問題となる。これらの問題は、アクティブマトリクス領域に配置される薄膜トランジスタの特性のバラツキに起因するものと考えられる。

即ち、ガラス基板や石英基板上に数百×数百個というマトリクス状に形成される薄膜トランジスタの特性が、場所毎にばらついてしまうことが問題となる。

本発明者らの研究によれば、表示のムラや縞模様は以下のようなメカニズムでで発生するものと考えられる。

アクティビマトリクス領域に配置される薄膜トランジスタには、ＯＦＦ電流特性を改善するためにＬＤＤ（ライトドープドレイン）領域と称される領域が配置されている。

これは、チャネル形成領域とドレイン領域との間にドレイン領域よりも低濃度に導電型を付与する不純物を添加した低濃度不純物領域（一般にＬＤＤ領域と称されている）を配置した構成を有している。

この低濃度不純物領域は、チャネル形成領域とドレイン領域との間に形成される高電界を緩和させる機能を有している。

ＬＤＤ領域は、弱い導電型を有するように（ドレイン領域となってしまってはいけない）構成される。具体的には、１×１０¹⁶〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3といった濃度で導電型を付与する不純物を含んだ領域として形成される。この不純物濃度は、ドレイン領域よりも低い濃度で不純物を含むように設定される。

一般的に薄膜トランジスタを構成する珪素膜は、レーザー光の照射によって得られた結晶性珪素膜（多結晶珪素膜や微結晶珪素膜の総称）が利用される。

このレーザー光の照射を利用した結晶性珪素膜は、その表面に凹凸が形成されてしまう。

この凹凸の状態を原子間力顕微鏡で観察した写真を図８に示す。図８は、レーザー光の照射が行われた珪素膜の表面状態を示す写真である。

また、大面積へのレーザー光の照射を高い効率でもって行う方法として、線上にビーム加工したレーザー光を照射する技術がある。この技術を用いた場合にも上述した表面の凹凸が形成されてしまう。

この現象を模式的に示したものが図３である。図３に示すのは、非晶質珪素膜３０３に対して、線状にビーム加工されたパルス発振型のエキシマレーザー光（図面の奥行き方向と手前側に長手状を有する）を３００で示される方向に走査して照射した場合の状態である。

図３において、３０１は基板である。通常は、基板としてガラス基板が利用される。３０２は下地膜である。下地膜としては、酸化珪素膜が利用される。３０４はレーザー光の照射が行われた後の領域であり、レーザー光の照射により結晶化された領域である。

この状況において、レーザー光の照射された跡には３０５で示されるような荒れ（凹凸）が形成されてしまう。この荒れの状態は、レーザー光の照射時の加熱温度、照射エネルギー密度、発振周波数、スキャンスピード、非晶質珪素膜に依存する。

図面では荒れが等間隔に形成されているかの如く示されているが、実際にはその間隔はランダムである。

この荒れは、非晶質珪素膜を加熱より結晶化させ、さらにレーザー光の照射によるアニールを行った場合にも同様に形成される。

また、線状のレーザー光を用いたアニール方法を利用すると、完成した液晶パネルに縞模様が表示されてしまう現象が観察される。

この縞模様は、アクティブマトリクス回路に配置された薄膜トランジスタの特性のバラツキを反映したものである。これは、ＬＤＤ領域の抵抗のバラツキが大きいことから裏付けられる。

また、ＬＤＤ領域のバラツキは、ソース及びドレイン領域の抵抗のバラツキよりもはるかに大きい。

これは、大面積へのドーピング手段として知られているプラズマドーピング法を用いることと、不純物イオンの注入を低ドーズ量で行うことに起因する。

プラズマドーピング法というのは、プラズマを利用して加速注入せんとするイオンを引出し、それを電気的に加速することにより被ドーピング領域に注入する方法である。

この方法においては、注入されるイオンに各種のものが含まれる関係で、被照射領域の結晶性が不均一になりやすい。換言すれば、微結晶性を有する成分が不特定に残存する状態となりやすい。

そして、この傾向は、ＬＤＤ領域のように低ドーズ量でのドーピングを行った場合に特に顕著になる。

この微結晶成分の存在密度は、面内バラツキが大きい。従って、不純物イオンの注入を行った後に行われるレーザー光の照射によるアニール工程において、この結晶状態のバラツキがそのまま反映され、部分部分において抵抗値が異なるものとなってしまう。

このようにして、各画素毎において、ＬＤＤ領域の抵抗のバラツキが大きいものとなってしまう。

また前述した結晶性珪素膜を得る際におけるレーザー光の照射に起因する表面の荒れが上記ＬＤＤ領域の抵抗のバラツキを助長するものとなる。即ち、図３に示されるような表面状態の荒れがＬＤＤ領域を形成に際する抵抗値のバラツキを大きく助長するものとなる。

また、特開平０６−２３２０５９に記載されているニッケル等の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方法が知られている。この方法を利用すると、従来より低い加熱温度による処理で高い結晶性を有した結晶性珪素膜を得ることができる。しかし、この方法を用いた場合における当該金属元素の存在も上記ＬＤＤ領域の抵抗値のバラツキを助長する要因となる。

上記金属元素は、結晶化の際の核となる性質を有する。この性質は、レーザーアニールの際にも当然現れる。従って、非質量分離による不純物イオンの注入が行われ、結晶性にムラが生じているＬＤＤ領域に上記金属元素が含まれていると、レーザー光の照射による活性化アニールの際における抵抗値のバラツキがさらに助長されたものとなる。

即ち、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方法は、高い結晶性を得られるという有意性がある一方で、ＬＤＤ領域にような抵抗値にバラツキが生じやすい領域に対して、その抵抗値のバラツキを助長するような働きを有している。

本明細書で開示する発明は、多数の薄膜トランジスタを同一基板上に作製した際にその特性のバラツキが生じないような構成を提供することを課題とする。

本発明者らの知見によれば、ＬＤＤ領域の抵抗値のバラツキに最も大きく寄与しているのは、ドーピング工程における微結晶性分の残存による結晶状態のバラツキにある。

そこで本明細書で開示する発明は、ＬＤＤ領域を形成する際に、不純物イオンの注入を質量分離を行う方法を利用する。

こうすることにより、レーザー光の照射を用いたプロセスや、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用したプロセスを用いた場合にＬＤＤ領域に代表される低濃度不純物領域の抵抗値のバラツキを是正することができる。

本明細書で開示する発明の一つは、
チャネル形成領域とドレイン領域との間にドレイン領域よりも導電型を付与する不純物が低濃度で添加された低濃度不純物領域を有し、
該低濃度不純物領域は質量分離がなされた不純物イオンが注入され、
前記低濃度不純物領域の表面はレーザー光の照射により形成された凹凸を有することを特徴とする。

他の発明の構成は、
チャネル形成領域とドレイン領域との間にドレイン領域よりも導電型を付与する不純物が低濃度で添加された低濃度不純物領域を有し、
該低濃度不純物領域は質量分離がなされた不純物イオンの注入と、その後レーザー光の照射により作製されたものであることを特徴とする。

また上記構成において、低濃度不純物領域には珪素の結晶化を助長する金属元素が１×１０¹⁶ｃｍ^-3〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3の濃度で含まれていることを特徴とする。

また他の発明の構成は、
チャネル形成領域とドレイン領域との間にドレイン領域よりも導電型を付与する不純物が低濃度で添加された低濃度不純物領域の作製工程であって、
前記低濃度不純物領域は、質量分離がなされた不純物イオンの注入とその後レーザー光の照射により作製されることを特徴とする。

他の発明の構成は、
レーザー光の照射を利用して結晶性珪素膜を形成する工程と、
前記結晶性珪素膜を利用して活性層を形成する工程と、
を有し、
前記活性層の形成は、チャネル形成領域とドレイン領域との間にドレイン領域よりも導電型を付与する不純物を低濃度でドーピングする工程を有し、
該工程において、質量分離がなされた不純物イオンの注入とその後レーザー光の照射が行われることを特徴とする。

本明細書で開示する発明を利用することで、多数の薄膜トランジスタを同一基板上に作製した際にその特性のバラツキが生じないような構成を提供することができる。そしてアクティブマトリクス型の液晶表示装置を構成した場合に、表示のムラや縞模様が見えてしまうことを抑制することができる。

ＬＤＤ領域を配置する薄膜トランジスタの作製工程においては、不純物イオンの注入を質量分離によって生成された不純物イオンの注入によって行う。質量分離によって形成した不純物イオンを加速注入した場合、当該不純物イオンを注入した領域はほぼ非晶質化する。従って、それが低濃度に不純物が注入されるＬＤＤ領域であってもレーザー光の照射によるアニール効果を均一なものとすることができる。そしてその結果として、ＬＤＤ領域の抵抗のバラツキを少ないものとすることができる。

この構成は、特に線状のレーザー光の照射により得られた結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタの作製に有効となる。これは、線状のレーザー光を用いた結晶化においては、潜在的に線状の結晶化のムラが存在しており、この結晶化のムラが不純物イオンの注入とその後のレーザーアニールの工程において顕在化しやいからである。

また、ＬＤＤ領域でないソース領域やドレイン領域の形成であれば、プラズマからイオンを直接引き出す方式の不純物イオンの注入方法を利用することができる。これは、高濃度に不純物の注入されるソース及びドレイン領域においては、レーザー光の照射による結晶化工程において、結晶化の潜在的なムラが抵抗値のバラツキとして現れにくいからである。

図１にＬＤＤ領域を配置した薄膜トランジスタの作製工程を示す。まずガラス基板１０１上に下地膜１０２として酸化珪素膜をスパッタ法により３０００Åの厚さに成膜する。基板としては石英基板を用いるのでもよい。（図１（Ａ））

次に非晶質珪素膜１０３を減圧熱ＣＶＤ法で５００Åの厚さに成膜する。非晶質珪素膜の成膜方法としては、プラズマＣＶＤ法を用いるのでもよい。

次に加熱処理を行うことにより非晶質珪素膜を結晶化させ、図示しない結晶性珪素膜を得る。さらに線状にビーム加工されたレーザー光を走査して照射することにより、図示しない結晶性珪素膜の結晶性を助長させる。

またレーザー光の照射を行った後にさらに加熱処理を行うことは有効である。この加熱処理はレーザー光の照射の際に生じた膜中の応力を緩和し、欠陥を減少させる効果がある。

次にパターニングを施すことにより、薄膜トランジスタの活性層１０４を形成する。こうして図１（Ｂ）に示す状態を得る。

次にゲイト絶縁膜１０５として、酸化珪素膜のプラズマＣＶＤ法により１０００Åの厚さに成膜する。

さら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４０００Åの厚さにスパッタ法によって形成する。（このアルミニウム膜はゲイト電極１０６を構成する出発膜となる）

このアルミニウム膜中にはスカンジウムを0.12重量％含有させる。これは後の工程においてアルミニウムの異常成長によるヒロックやウィスカーの発生を抑制するためである。

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よって形成される角状あるいは針状の突起物のことである。

次に陽極酸化を行うことにより、図示しない緻密な膜質を有する陽極酸化膜を形成する。この工程は、電解溶液として３％シュウ酸水溶液を用い、この溶液中において、アルミニウム膜を陽極、白金を陰極として両電極間に電流を流すことによって行う。膜厚の制御は印加電圧によって行うことができる。ここでは、この図示しない緻密な膜質を有する陽極酸化膜の膜厚を１００Åとする。

次にレジストマスク１０９を配置し、アルミニウム膜をパターニングする。こうして図１（Ｃ）の１０６で示されるゲイト電極１０６の原型を形成する。

次に上記レジストマスク１０９を利用してパターニングを行うことにより、アルミニウムパターンを形成する。（このアルミニウムパターンがゲイト電極１０６の原型となる）

そして再度の陽極酸化を行うことにより、多孔質状の陽極酸化膜１０７を形成する。ここでは、電解溶液として３％のシュウ酸を含んだ水溶液を用いる。この多孔質状の陽極酸化も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とによって行われる。

この工程では、レジストマスク１０９が存在する関係で電解溶液がアルミニウムパターンの上面に接触しない。従って、図１（Ｃ）の１０７で示されるようにゲイト電極１０６の側面に陽極酸化膜が形成される。

この多孔質状の陽極酸化膜１０７の膜厚の制御は、陽極酸化時間によって行うことができる。この多孔質状の陽極酸化膜１０７の膜厚は、２μｍ程度まで行わすことができる。ここでは、その膜厚を５０００Åとする。

こうして図１（Ｃ）に示す状態を得る。次にレジストマスク１０９を除去し、再度緻密な膜質を有する陽極酸化膜を形成する条件で陽極酸化を行う。

この陽極酸化工程において、緻密な膜質を有する陽極酸化膜１０８を１０００Åの厚さに成膜する。この工程において、ゲイト電極１０６が画定する。この工程においては、電解溶液が多孔質状の陽極酸化膜１０７中に侵入する。従って、ゲイト電極１０６の周囲に緻密な膜質を有する陽極酸化膜１０８が形成される。

次に図４に示す装置（構成は後述する）を用いて、Ｐイオンの注入を行う。ドーズ量は２×１０¹⁵／ｃｍ² とする。この工程において、１１０と１１２の領域に自己整合的にＰイオンが注入される。ここで、１１０の領域がソース領域となる。また１１２の領域がドレイン領域となる。なお、１１１の領域には不純物イオンが注入されない。

図４に示す装置は、非質量分離によって、ドーパントイオンを得る形式を有している。即ち、質量分離を行わずに得た不純物イオンを加速注入する構成を有している。

ここでは、高濃度に不純物イオンが注入されるソース及びドレイン領域への注入工程であるから、非質量分離の方法を用いてもよい。勿論、質量分離を行う手段によりこの工程を実施してもよい。

次に多孔質状を有するレジストマスク１０７を除去し、再度のＰイオンの注入を行う。このＰイオンの注入は、そのドーズ量を0.5 〜１×１０¹⁴／ｃｍ² として行う。

この比較的低濃度に不純物イオンを注入する工程は、図５に示す質量分離によりドーパントイオンを選択する形式の装置を用いる。

この装置を用いた場合、Ｐ⁺ イオンのみ選択して注入することができる。そして、Ｐイオンの被注入領域をほぼ完全に非晶質化することができる。

即ち、ライトドープ（ソース／ドレインに比較して）される１１３と１１５の領域をほぼ完全に非晶質化することができる。なお、１１３と１１５の領域が低濃度不純物領域となる。特にドレイン側の１１５で示される領域がＬＤＤ（ライトドープドレイン）領域となる。（図１（Ｅ））

なお上記工程において、チャネル形成領域１１４が画定する。

この後、レーザー光の照射を行うことにより、（Ｄ）と（Ｅ）の工程において不純物イオンが注入された領域を活性化する。この工程において、Ｐイオンの注入が行われた領域の結晶化と注入された元素の活性化とが同時に行われる。

この工程において、質量分離によって得たＰイオンの注入によって形成された低濃度不純物領域１１３と１１５は、ほぼ完全に非晶質化しているので、レーザー光のアニール効果を基板各所において均一なものとすることができる。

また、高濃度にＰイオンが注入された１１０と１１２の領域が注入量が多いので十分低抵抗化しており、特に面内バラツキが生じずにアニールすることができる。

ついで図２に示すように層間絶縁膜１１６を形成する。層間絶縁膜１１６はプラズマＣＶＤ法で成膜される酸化珪素膜、または窒化珪素膜でもって構成する。

そしてコンタクトホールの形成を行い、ソース電極１１７とドレイン電極１１８の形成を行う。そして最後に３５０℃の水素雰囲気中において１時間の加熱処理を行い薄膜トランジスタを完成させる。

〔装置の説明１〕
以下の質量分離を行うことによって不純物のイオンを得、そのイオンを注入する装置の構成について示す。

図５に装置の概略の構成を示す。まず、不純物イオンは、イオン発生源９０５から発生される。発生された不純物イオンは引出し電極を備えた引出し系系９００で加速室９１６に引き出される。そして加速室９１６で電気的に加速されたイオンは磁石９０７が発生する磁場中を通過する。この際受けるローレンツ力の違いから質量分離され、その軌道が各イオン（発生されたイオンには各種のものが含まれる）によって異なるものとなる。

所定の軌道を有した各イオンが電磁的なレンズ９０９によって収束される。そして分離室９０８内のスリット９１０によって必要とするイオンの軌道が選択され、他のイオンは遮蔽される。

スリット９１０で選択されたイオンは基板ホルダー（または基板ステージ）９１２上に配置された試料に照射される。

図において、９０２は不純物イオンを発生させるための電力を供給する電源である。９０３は引出し電極に印加される電圧を制御する電源である。９０４は加速電圧を与えるための電源である。

図５に示すような装置は、質量分離により、ドーピングせんとする不純物イオンを選別できる。

図５に示す装置を用いて、結晶性珪素膜に対してドーピングを行った場合、被ドーピング面の結晶性を均一性良く破壊することができる。この点が、プラズマから直接引き出された質量分離していないイオンを用いた図４に示すような装置を用いた場合とのそのドーピング効果の違いとなる。

〔装置説明２〕
以下に非質量分離により不純物のイオンを得、そのイオンの注入を行う装置の構成について示す。図４に装置の概要を示す。この装置は、プラズマドーピング装置と称される形式を有している。

図４に示すプラズマドーピング装置は、気密性を有する筐体２１５で構成されている。装置には、必要とする減圧状態を得るための排気系２１８が配置されている。

ドーピングは、ドーピングガスを高周波エネルギーによってイオン化（プラズマ化）させ、そこからイオン化したイオンを電気的に引出し、さらに加速し試料に注入することによって行われる。

ガス導入系２００から導入されるドーピングガスは、ガス放出口２０６から２０７の領域に均一性良く放出され、そこでイオン化される。

２０７の領域では、一対の電極２０６と２０２との間で高周波放電が行われ、ドーピングガスが分解するとともにイオン化される。この高周波放電は、高周波電源２１１からインピーダンスマッチング装置２１０を介して供給される高周波電力によって行われる。

イオン化されたドーパントイオンは、引出し電極２０２によって加速領域２２０に引き出される。そして引出し電極２０２によって加速領域２２０に引き出されたドーパントイオンは加速電極２０３によって加速される。また、減速電極２０８において必要とする注入エネルギー（加速電圧）に調整される。

なお、各電極は２０９で示される電極を基準として電位が設定される。

加速領域２２０で加速されたドーパントイオンは、試料２１６に所定の加速電圧でもって注入される。なお、注入の均一性を高めるために試料２１６を載せたステージ２１７は回転する機構を有している。

２１９で示すのは、イオン電流を計測するための電流計である。この電流計２１９で計測されるイオン電流に基づいて試料２１６に注入されるイオンの量を計測することができる。

図４に示す装置において、２１２で示されるのが引出し電圧を加えるための電源である。また、２１３で示されるのが減速電圧を加えるための電源である。また、２１４で示されるのが加速電圧を加えるための電源である。

図４に示す装置を用いて、本明細書に開示する発明を実施するには、まずドーピングガスとして水素をガス導入系２００から導入し、水素イオンの注入を試料２１６に対して行う。

この水素イオンの注入によって、試料は所定の温度に予備加熱される。次にドーピングガスを所定のドーパント（リンやボロン）を含んだガスに切替え、所定のドーパントのドーピングを行う。

なお、所定のドーパントを含んだガスは、必要とす濃度に水素ガスによって希釈されるのが普通である。

なお、ステージ２１７内に加熱手段を配置し、水素イオンの注入による加熱を助長させる構成としてもよい。即ち、加熱の均一性を水素イオンの注入によって維持し、補助的にステージ２１７内の加熱手段を利用する構成としてもよい。

この形式の装置は、大面積に渡り一括して不純物イオンの注入を行える特徴を有している。さらに装置全体の構成が簡単で小型化できるという特徴も有している。

しかしながら、原料ガスをプラズマ化し、電界によってイオンを引出し、加速する形式のために以下のような欠点を有している。

例えば、Ｐ（リン）をドーピングしようとする場合、原料ガスとしてＰＨ₃ （フォスフィン）と希釈用の水素ガスが利用される。この際、ソースプラズマ中から加速領域２２０に引き出されるドーパントイオンには、Ｐ⁺ 、ＰＨ⁺ 、Ｈ⁺ 、Ｈ₂ ⁺ などの多数の種類のものが含まれる。そしてそれらは被ドーピング試料に加速注入されることになる。

このような状態で不純物イオンの注入が結晶性を有する珪素膜に対して行われた場合、珪素膜は注入されるイオンにより損傷するのであるが、その損傷は均一なものではなく、局所的に結晶成分が残る状態となる。特に、ＬＤＤ領域の形成のようにライトドーピングを行う場合には、その傾向が強い。

また、レーザー光の照射により結晶化、あるいは結晶化の助長を行った珪素膜のようにその表面が荒れていると、上記の傾向が一層強くなる。

この状態は、不純物イオン注入後の活性化の際の効果のバラツキの主な要因となる。従って、ＬＤＤ領域の形成に図４で示すような非質量分離により被注入イオンを生成する方法を利用することは好ましくない。

〔装置の説明３〕
以下に線状のレーザー光の照射を行う装置の概要を示す。図６に示すのは、光学系によって線状に加工されたレーザー光１２００を非晶質珪素膜１２０４に照射して、結晶性珪素膜１２０５に変成する状態を示す模式図面である。

図において、非晶質珪素膜１２０４はガラス基板１２０３上に成膜されており、基板１２０３を載せたステージ１２０２が矢印１２０６の方向に移動することにより、ミラー１２０１で反射されたレーザー光が走査されて照射される構成を有している。

このような構成は、大面積に対してのレーザー光の照射を行うことができるという利点がある。しかし、光学系が複雑になり、またその調整が手間がかかるという欠点がある。

こような装置に利用されるレーザー光としては、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）やＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）を利用することができる。

アニールの形態としては、非晶質珪素膜を結晶性珪素膜に変成する工程、結晶性珪素膜の結晶性をさらに助長する工程、不純物イオンの注入後の活性化工程、等々がある。

〔装置の説明４〕
図７に示すのは、スポット状のレーザー光を照射することにより、アニールを行う装置である。

図には、矩形状のレーザービーム７００をミラー７０１で反射し、非晶質珪素膜７０４に照射する状態が模式的に示されている。

図には、レーザービームを７０７で示されるような軌跡でもって照射し、非晶質珪素膜７０４を結晶性珪素膜７０５に変成する状態が示されている。

珪素膜はガラス基板７０３上に形成さており、ステージ７０２を７０６で示すように２次元Ｘ−Ｙ方向に移動させることによって、７０７で示されるような軌跡でレーザー光が照射される。

図７に示すような構成は、大面積への照射には不利であるが、光学系が簡単であり、保守や調整が容易があるという特徴がある。

本実施例は、実施例１に示す構成において、結晶性珪素膜を得る手段として珪素の結晶化を助長する金属元素を利用する場合の例である。

ここでは、珪素の結晶化を助長する金属元素として、Ｎｉ（ニッケル）を利用する。このような作用を有する金属元素としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、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。

本実施例では、Ｎｉの導入方法として、酢酸ニッケル塩溶液を用いた方法を利用する。この方法は、溶液中のニッケル元素の濃度を制御することにより、珪素膜中に導入されるニッケル元素の濃度を調整できるという利点がある。また装置の構成が簡単で工程が簡単であるという特徴がある。

溶液を用いる方法以外には、ＣＶＤ法、スパッタ法、イオン注入法、蒸着法、吸着法、プラズマ処理を利用することができる。

ニッケル元素の導入は以下のようにして行う。まず非晶質珪素膜（図１の１０３）上に所定の濃度に調整した酢酸ニッケル塩溶液を塗布し、水膜を形成する。そしてスピンコーターを用いて余分な溶液を吹き飛ばし、非晶質珪素膜の表面にニッケル元素が接して保持された状態とする。

溶液中においてニッケル元素の濃度は、最終的に残留するニッケル元素の濃度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3の濃度となるようにする。この濃度範囲以上のニッケル元素が残留すると半導体としての性質が損なわれるので注意が必要である。また、この濃度範囲以下の残留濃度とする場合、そもそも結晶化を助長する効果を得られなくなる。

次に加熱処理を行い非晶質珪素膜を結晶化させ、結晶性珪素膜を得る。この加熱処理は、６４０℃、４時間の条件で行う。

このようにして得られた結晶性珪素膜は、ニッケル元素を利用しない場合に比較して、より高い結晶性を有したものとして得られる。

こうして得られた結晶性珪素膜に対してさらにレーザー光の照射を行い、その結晶性を助長させる。

こうして結晶性珪素膜を得る。その後の工程は、図１に示すプロセスに従って行えばよい。

本実施例に示すような珪素の結晶化を助長する金属元素を利用した場合、図１の１１３や１１５の低濃度不純物領域の抵抗のバラツキが生じやすい。しかし、これら低濃度不純物領域への不純物イオンの注入を質量分離による方法を用いて行うことで、１１３や１１５の低濃度不純物領域の抵抗のバラツキを抑制することができる。

これは、質量分離を用いた方法による不純物イオンの注入は、被イオン注入領域をほぼ完全に非晶質化するので、レーザー光の照射による結晶化の工程の再現性を高いものとできるからである。

薄膜トランジスタの作製工程を示す図。 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。 珪素膜にレーザー光を照射する状態を示す図。 不純物イオンの注入を行う装置の概要を示す図。 不純物イオンの注入を行う装置の概要を示す図。 レーザー光の照射を行う状態を示す図。 レーザー光の照射を行う状態を示す図。 珪素薄膜の表面状態を示す写真。

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 活性層のパターン
１０５ ゲイト絶縁膜（酸化珪素膜）
１０６ ゲイト電極
１０７ 多孔質状の陽極酸化膜
１０８ 緻密な膜質を有する陽極酸化膜
１０９ レジストマスク
１１０ ソース領域
１１１ 不純物イオンが注入されない領域
１１２ ドレイン領域
１１３ 低濃度不純物領域
１１４ チャネル形成領域
１１５ 低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）
１１６ 層間絶縁膜
１１７ ソース電極
１１８ ドレイン電極

Claims (2)

1. ソース領域及びドレイン領域、チャネル形成領域、前記ソース領域及び前記ドレイン領域と前記チャネル形成領域との間にある低濃度不純物領域を含む結晶性珪素膜を有する半導体装置の作製方法において、
   質量分離を行わずに得た不純物イオンを、前記ソース領域及び前記ドレイン領域となる部分の前記結晶性珪素膜に注入して、前記ソース領域及び前記ドレイン領域を形成し、
   質量分離がなされた不純物イオンを、前記低濃度不純物領域となる部分の前記結晶性珪素膜に注入して、前記低濃度不純物領域を形成し、
   レーザー光を照射して、前記ソース領域、前記ドレイン領域、及び前記低濃度不純物領域を活性化することを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. 基板上に、酸化珪素膜を介して、ソース領域及びドレイン領域、チャネル形成領域、前記ソース領域及び前記ドレイン領域と前記チャネル形成領域との間にある低濃度不純物領域を含む結晶性珪素膜を有する半導体装置の作製方法において、
   質量分離を行わずに得た不純物イオンを、前記ソース領域及び前記ドレイン領域となる部分の前記結晶性珪素膜に注入して、前記ソース領域及び前記ドレイン領域を形成し、
   質量分離がなされた不純物イオンを、前記低濃度不純物領域となる部分の前記結晶性珪素膜に注入して、前記低濃度不純物領域を形成し、
   レーザー光を照射して、前記ソース領域、前記ドレイン領域、及び前記低濃度不純物領域を活性化することを特徴とする半導体装置の作製方法。