半導体装置およびその作製方法
【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。
【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。
【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、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。
【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１０００Å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１７３７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ＣＶＤ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１０５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６５０℃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１０９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１００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１０００Å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１１１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１１３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１１５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１１６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１１２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１１８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１２１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１０００Å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１１１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１１３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。
【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１１９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１２１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ＣＶＤ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１００Å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４０７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４１１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７０００Å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／ｃｍ2 、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／ｃｍ2 、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４２７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４３７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３０〜８０Ｖｓ／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
【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、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。
【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１０００Å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１７３７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ＣＶＤ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１０５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６５０℃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１０９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１００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１０００Å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１１１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１１３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１１５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１１６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１１２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１１８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１２１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１０００Å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１１１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１１３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。
【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１１９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１２１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ＣＶＤ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１００Å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４０７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４１１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７０００Å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／ｃｍ2 、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／ｃｍ2 、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４２７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４３７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３０〜８０Ｖｓ／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
【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、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１０００Å／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、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／ｍｉｎ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、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。
【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、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１０００Å／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、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／ｍｉｎ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、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。
【図１】
【図２】
【図６】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図６】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開平９−１７１９６４
【公開日】平成９年（１９９７）６月３０日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平７−３４９６６５
【出願日】平成７年（１９９５）１２月２０日
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【公開日】平成９年（１９９７）６月３０日
【国際特許分類】
【出願日】平成７年（１９９５）１２月２０日
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
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