半導体装置およびその作製方法
【課題】 高い特性を有する薄膜トランジスタを得る。
【解決手段】 非晶質珪素膜２０３の特定の領域２０５に選択的にニッケル元素を接して保持させる。そして加熱処理を施すことにより、２０７で示されるような基板に平行な方向への結晶成長を行わせる。さらにハロゲン元素を含有した酸化性雰囲気中での加熱処理を施すことにより、熱酸化膜２０９を形成する。この際、結晶性の改善、ニッケル元素のゲッタリングが進行する。そして上記結晶成長方向とソース／ドレイン領域との結ぶ方向とを合わせて薄膜トランジスタを作製する。こうすることで、移動度が２００(cm2／Vs) 以上、Ｓ値が１００(mV/dec)以下というような高い特性を有するＴＦＴを得ることができる。
【解決手段】 非晶質珪素膜２０３の特定の領域２０５に選択的にニッケル元素を接して保持させる。そして加熱処理を施すことにより、２０７で示されるような基板に平行な方向への結晶成長を行わせる。さらにハロゲン元素を含有した酸化性雰囲気中での加熱処理を施すことにより、熱酸化膜２０９を形成する。この際、結晶性の改善、ニッケル元素のゲッタリングが進行する。そして上記結晶成長方向とソース／ドレイン領域との結ぶ方向とを合わせて薄膜トランジスタを作製する。こうすることで、移動度が２００(cm2／Vs) 以上、Ｓ値が１００(mV/dec)以下というような高い特性を有するＴＦＴを得ることができる。
【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、結晶性を有する薄膜半導体に関する。また、その薄膜半導体の作製方法に関する。またその薄膜半導体を利用した半導体装置に関する。またその半導体装置の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガラス基板や石英基板上に結晶性を有する珪素膜を成膜し、その珪素膜でもって薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと称する）を作製する技術が知られている。
【０００３】この薄膜トランジスタは、高温ポリシリコンＴＦＴや低温ポリシリコンＴＦＴと称されている。
【０００４】高温ポリシリコンＴＦＴは、結晶性珪素膜の作製手段として、８００℃や９００℃以上というような比較的高温の加熱処理を利用する技術である。この技術は、単結晶シリコンウエハーの利用したＩＣの作製プロセスの派生技術といえる。
【０００５】当然、高温ポリシリコンＴＦＴが作製される基板としては、上記加熱温度に耐える石英基板が利用される。
【０００６】他方、低温ポリシリコンＴＦＴは、基板として安価なガラス基板（当然耐熱性は石英基板に対して劣るものとなる）を利用したものである。
【０００７】低温ポリシリコンＴＦＴの構成する結晶性珪素膜の作製には、ガラス基板の耐える６００℃以下の加熱や、ガラス基板に対しての熱ダメージはほとんど無いレーザーアニール技術が利用される。
【０００８】高温ポリシリコンＴＦＴは、特性のそろったＴＦＴを基板上に集積化できるという特徴がある。
【０００９】他方、低温ポリシリコンＴＦＴは、基板として安価で大面積化が容易なガラス基板を利用できるという特徴がある。
【００１０】なお、現状の技術においては、高温ポリシリコンＴＦＴも低温ポリシリコンＴＦＴもその特性に大きな違いはない。
【００１１】即ち、移動度でいえば５０〜１００(cm2/Vs)程度、Ｓ値が２００〜４００(mV/dec)（ＶD ＝１Ｖ）程度のものが、両者において得られている。
【００１２】この特性は、単結晶シリコンウエハーを利用したＭＯＳ型トランジスタの特性に比較して大きく見劣りするものである。一般的に、単結晶シリコンウエハーを利用したＭＯＳ型トランジスタのＳ値は６０〜７０(mV/dec)程度である。
【００１３】なお、現状においては、基板上に数百×数百という数でもって多数のＴＦＴを作製した場合におけるＴＦＴ特性の均一性や再現性の高さの点で高温ポリシリコンＴＦＴの方が優れている。また、高温ポリシリコンＴＦＴは、従来のＩＣプロセスにおける各種プロセス条件や作製装置を流用できるという点において優位にある。
【００１４】
【発明が解決しよとする課題】現状においてＴＦＴは、アクティブマトリクス型の液晶表示装置のアクティブマトリクス回路と周辺駆動回路とを同一基板上に集積化するために利用されている。即ち、アクティブマトリクス回路と周辺駆動回路とを同一の基板上にＴＦＴでもって作り込むことが行われておる。
【００１５】このような構成において、周辺駆動回路のソースドライバー回路は、十数ＭＨｚ以上の動作が要求される。しかし、現状における高温ポリシリコンＴＦＴ及び低温ポリシリコンＴＦＴで構成した回路は、その動作速度のマージンが数ＭＨｚ程度までしかとれない。
【００１６】従って、動作を分割する（分割駆動と呼ばれる）などして、液晶表示を構成しているのが現状である。しかし、この方法は、分割のタイミングの微妙なズレ等に起因して、画面に縞模様が現れてしまう等の問題がある。
【００１７】また、今後の技術として、周辺駆動回路（シフトレジスタ回路やバッファー回路で構成される）以外に発振回路やＤ／ＡコンバータやＡ／Ｄコンバータ、さらに各種画像処理を行うデジタル回路を、さらに同一基板上に集積化することが考えられている。
【００１８】しかし、上記発振回路やＤ／ＡコンバータやＡ／Ｄコンバータ、さらに各種画像処理を行うデジタル回路は、周辺駆動回路よりもさらに高い周波数で動作することが必要とされる。
【００１９】従って、現状の技術で得られている高温ポリシリコンＴＦＴや低温ポリシリコンＴＦＴでもってそれらの回路を構成することは困難である。
【００２０】なお、単結晶シリコンウエハーを利用したＭＯＳトランジスタでもって構成した集積回路は、１００ＭＨｚ以上の動作を行わせることができるものが実用化されている。
【００２１】本明細書で開示する発明は、上記のような高速動作（一般に数十ＭＨｚ以上の動作速度）が要求される回路を構成しうる薄膜トランジスタを得ることを課題とする。
【００２２】また、単結晶シリコンウエハーを利用して作製したＭＯＳ型トランジスタに匹敵するような特性が得られる薄膜トランジスタを提供することを課題とする。またその作製手段を提供することを課題とする。さらに、そのような高い特性を有する薄膜トランジスタでもって必要とする機能を有する半導体装置を提供することを課題とする。
【００２３】
【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、絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜は、所定の方向に連続性を有する結晶構造を有し、かつ前記所定の方向に延在した結晶粒界を有し、前記薄膜トランジスタにおいて、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向と前記所定の方向とは、所定の角度を有してなり、前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の厚い熱酸化膜が形成されていることを特徴とする。
【００２４】上記ような結晶状態を有する結晶性珪素膜の例を図６及び図７に示す。図７に示すのは、図６の一部をさらに拡大したものである。図６及び図７に示すのは、厚さ２５０Åの結晶性珪素膜の表面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察した写真である。
【００２５】図６及び図７に示すような結晶性珪素膜を得るには実施例１に示すような作製工程を採ることによって実現される。
【００２６】図６及び図７には、図の左下から右上に向かって連続性を有する結晶構造が延在している状態が示されている。またこの結晶構造の連続性が延在している方向にほぼ平行に多数の結晶粒界が形成されている状態も示されている。
【００２７】即ち、結晶構造の連続性が存在している方向に対して直角または概略直角な方向（図６または図７の右下から右上に向かう方向）には、明確な結晶粒界が多数、間隔をおいて存在しており、その方向へは結晶構造は不連続なものとなっている。即ち、この方向には結晶構造の連続性が損なわれたものとなっている。
【００２８】この結晶構造の連続性が延在している方向は、格子構造の連続性がほぼ保たれており、キャリアの移動に際しての散乱やトラップが他の方向に比較して非常に少ないものとなっている。
【００２９】即ち、上記結晶構造が連続している方向は、キャリアにとっては、結晶粒界からの散乱を受けない、または受けにくい実質的な単結晶状態になっていると見ることができる。
【００３０】上記の構成を得るには、ゲイト絶縁膜を構成する熱酸化膜の膜厚を活性層を構成する結晶性珪素膜の膜厚よりも厚くすることが重要となる。
【００３１】ゲイト絶縁膜を構成する熱酸化膜の形成工程は、上記のような結晶構造を得、さらに後述するような高い特性を有するＴＦＴを得るために重要な要件である。これは、熱酸化膜の形成時において、結晶性珪素膜中に存在する格子間珪素原子や不安定な結合状態を有する珪素原子が熱酸化膜の形成に利用され、そのことにより、結晶性の向上、結晶性珪素膜中における欠陥の減少といった作用が得られるからである。
【００３２】特に熱酸化膜の形成に従い、上述するような特異な結晶構造が顕著な状態で得ることができる。（熱酸化膜の形成を行わないと、線欠陥が多数存在した結晶の連続性が損なわれた膜質となる）
【００３３】また、上記発明の構成は、この結晶構造の連続している方向と薄膜トランジスタのソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向との関係を規定したものである。高速動作を狙うのであれば、上記の結晶構造の連続している方向とソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向とを一致または概略一致させることが好ましい。こうすることで、ＭＯＳ型の薄膜トランジスタの動作において、キャリアが最も移動し易い構造とすることができる。
【００３４】また、上記２つの方向のなす角度を所定のものに設定することで、得られる薄膜トランジスタの特性を制御することができる。例えば、同一の基板上に多数の薄膜トランジスタ群を作製する際に、上記２つの角度のなす角度を異ならせた群を複数形成することにより、このトランジスタ群の特性を異ならせることができる。
【００３５】また、Ｎ字型やコの字型、さらにはＭ字型等の形状を有する活性層が折れ曲がっているような薄膜トランジスタの場合は以下のようにすればよい。即ち、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ線が直線でなく、屈曲したものとなるような薄膜トランジスタの場合は、以下のようにすればよい。
【００３６】この場合、チャネル領域におけるキャリアの移動方向（全体として見た場合のキャリアに移動方向）に合わせて、前述した結晶構造の連続性の方向を設定すればよい。
【００３７】この場合もキャリアの移動方向と結晶構造の連続性の方向とのなす角度を０°とした場合に最も高速動作を期待できる。勿論、必要に合わせてこの角度を設定することができる。
【００３８】他の発明の構成は、絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜は、結晶粒界の延在方向に異方性を有しており、前記薄膜トランジスタにおいて、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向と前記延在方向とは、所定の角度を有してなり、前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の厚い熱酸化膜が形成されていることを特徴とする。
【００３９】他の発明の構成は、絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜は、結晶粒界の延在方向に異方性を有しており、前記薄膜トランジスタにおいて、チャネル領域におけるキャリアの移動する方向と前記延在方向とは、所定の角度を有してなり、前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の厚い熱酸化膜が形成されていることを特徴とする。
【００４０】本明細書で開示する発明における結晶性珪素膜は、以下の工程によって得られる。
【００４１】（１）非晶質珪素膜に対して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導入し、さらに加熱処理を施し結晶化させる。
【００４２】（２）ハロゲン元素を含んだ雰囲気中での加熱処理により熱酸化膜を形成する。
【００４３】（３）上記（２）の熱酸化膜を除去する。
【００４４】（４）ゲイト絶縁膜として機能する熱酸化膜を再度成膜する。
【００４５】上記金属元素としては、ニッケルが再現性や効果の点で極めて好ましい。一般にこの金属元素としては、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ものを利用することができる。
【００４６】ニッケル元素を利用した場合、最終的に珪素膜中に残留するニッケルの濃度は、１×１０14原子個／ｃｍ3 〜５×１０18原子個／ｃｍ3 程度となる。
【００４７】ゲッタリングを行うための熱酸化膜の成膜条件や金属元素の導入条件を詰めることにより、この濃度の上限は５×１０17原子個／ｃｍ3 程度にまで低減することができる。この濃度の計測は、ＳＩＭＳ（２次イオン分析方法）を利用して計測できる。
【００４８】一般的には、上記ニッケル濃度の下限は、１×１０16原子個／ｃｍ3 程度となる。これは、コストとの兼ね合いを考えた場合、基板や装置に付着するニッケル元素の影響を排除することが通常は困難であり、上記程度のニッケル元素の残留が生じてしまうからである。
【００４９】勿論、全体的な作製プロセスの見直し、洗浄工程の徹底、装置の洗浄度の徹底、といったことを行うことにより、上記結晶性珪素膜中に残留するニッケル元素濃度をさらに低減することは可能である。
【００５０】よって、一般的な作製工程に従った場合、残留するニッケル元素の濃度は、１×１０16原子個／ｃｍ3 〜５×１０17原子個／ｃｍ3 となる。
【００５１】また、熱酸化膜の作製工程において、当該金属元素が熱酸化膜中に移動する関係から、得られた結晶性珪素膜の厚さ方向におけるニッケル元素の濃度分布に勾配または分布が発生する。
【００５２】一般に、熱酸化膜が形成される界面に向かって当該金属元素の濃度が高くなる傾向が観察される。また、条件によっては、基板または下地膜に向かって、即ち裏面側の界面に向かって当該金属元素の濃度が高くなる傾向も観察される。（この違いは、出発膜となる非晶質珪素膜の膜質に大きく左右される）
【００５３】また、熱酸化膜の形成時に雰囲気中にハロゲン元素を含有させた場合、このハロゲン元素も上記金属元素と同様な濃度分布を示すものとなる。即ち、結晶性珪素膜の表面および／または裏面に向かって含有濃度が高くなる濃度分布を示すものとなる。（濃度分布の違いは、やはり出発膜の膜質によって左右される）
【００５４】本明細書で開示する発明における結晶性珪素膜は、その最終的な膜厚を好ましくは１００Å〜７５０Å、より好ましくは１５０Å〜４５０Åとする。このような膜厚とすることにより、図６や図７に示すような一方向に結晶性が連続した特異な結晶構造をより顕著な形で再現性良く得ることができる。
【００５５】この最終的な結晶性珪素膜の膜厚は、熱酸化膜の成膜により膜厚を目減りすることを考慮して決定する必要がある。
【００５６】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成膜する工程と、前記非晶質珪素膜に一部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と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での加熱処理により第１の熱酸化膜を形成する工程と、前記第１の熱酸化膜を除去する工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での第２の熱酸化膜を形成する工程と、を有し、最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第２の熱酸化膜の膜厚より薄いことを特徴とする。
【００５７】上記ような構成を採ることにより、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での熱酸化膜の形成の作用を大きく得ることができる。
【００５８】また、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成膜する工程と、前記非晶質珪素膜に一部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と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での８００℃〜１１００℃での加熱処理により第１の熱酸化膜を形成する工程と、前記第１の熱酸化膜を除去する工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での８００℃〜１１００℃での加熱処理により第２の熱酸化膜を形成する工程と、を有し、最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第２の熱酸化膜の膜厚より薄いことを特徴とする。
【００５９】ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での第２の熱酸化膜の成膜の効果をより高い得るのであれば、上記構成のように加熱処理温度を８００℃〜１１００℃とすることが好ましい。この温度が低い場合、その効果は大きく低下するので注意が必要である。
【００６０】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成膜する工程と、前記非晶質珪素膜に一部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と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での加熱処理により第１の熱酸化膜を形成する工程と、前記第１の熱酸化膜を除去する工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での第２の熱酸化膜を形成する工程と、を有し、最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第１の熱酸化膜と前記第２の熱酸化膜の膜厚の合計より薄いことを特徴とする。
【００６１】上記構成のように、２つの熱酸化膜の合計が、最終的に得られる結晶性珪素膜の膜厚よりも厚くなるようにすることで、熱酸化膜の形成の作用を顕著に得ることができる。
【００６２】具体的には、図６及び図７に示すような特異な結晶構造を有した結晶性珪素膜を得ることができ、その結晶性珪素膜を用いて活性層を構成することで、Ｓ値が１００ｍＶ／ｄｅｃ以下で、移動度が２００(cm2/Vs)以上といような特に優れた特性を有するＴＦＴを得ることができる。
【００６３】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成膜する工程と、前記非晶質珪素膜に一部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と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での８００℃〜１１００℃での加熱処理により第１の熱酸化膜を形成する工程と、前記第１の熱酸化膜を除去する工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での８００℃〜１１００℃での加熱処理により第２の熱酸化膜を形成する工程と、を有し、最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第１の熱酸化膜と前記第２の熱酸化膜の合計の膜厚よりも小さいことを特徴とする。
【００６４】熱酸化膜を形成することの効果を最大限に得るのは、上記構成のように、加熱の温度を８００℃〜１１００℃というような高い温度にすることが非常に重要となる。
【００６５】上記のような工程を採用することにより、本明細書で開示する結晶性珪素膜を得ることができ、さらにその結晶構造の特異性を利用したＭＯＳ型薄膜トランジスタを得ることができる。
【００６６】金属元素の導入方法としては、当該金属元素を含んだ溶液を塗布する方法、ＣＶＤ法による方法、スパッタ法や蒸着法による方法、当該金属を含んだ電極を利用したプラズマ処理による方法、ガス吸着法による方法を挙げることができる。
【００６７】ハロゲン元素を導入する方法としては、ＨＣｌ、ＨＦ、ＨＢｒ、Ｃｌ2 、Ｆ2、Ｂｒ2 、ＣＦ4 等を酸化性雰囲気（例えば酸素雰囲気）中に含有させる手段を利用することができる。
【００６８】また、熱酸化膜の形成時における雰囲気中に水素ガスや水分（水蒸気）の導入を合わせて行い、ウエット酸化の作用を利用することも有効である。これは、より短時間で平滑性の高い熱酸化膜を形成することに効果がある。
【００６９】熱酸化膜の形成するための温度は極めて重要なものとなる。後述するような素子単体で数十ＭＨｚ以上の動作を行わせることが可能で、Ｓ値が１００(mV/dec)以下というようなＴＦＴを得るのであれば、熱酸化膜の形成時における加熱温度を好ましくは８００℃以上、より好ましくは９００°以上とすることが必要である。
【００７０】なおこの加熱温度の上限は、石英基板の耐熱温度の上限である１１００℃程度とすることが適当である。
【００７１】
【発明の実施の形態】非晶質珪素膜を加熱により結晶化させ結晶性珪素膜を得る技術において、非晶質珪素膜の表面の一部の領域にニッケル元素を接して保持させた状態で加熱処理を施すことにより、前記一部の領域から他の領域へと基板に平行な方向への結晶成長を行わせる。
【００７２】そして、前記結晶成長を行わした珪素膜の表面に第１の熱酸化膜を形成する。この熱酸化膜は、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気化で８００℃〜１１００℃の加熱処理を施すことにより形成する。
【００７３】そしてこの熱酸化膜を除去する。こうして得られた結晶性珪素膜は、図６及び図７に示すような特定の方向に結晶粒界が延在し、その方向に結晶構造が連続した構造を有するものとなる。
【００７４】この熱酸化膜の形成の作用は、以下のように説明される。即ち、熱酸化膜の形成に従って、珪素膜中に存在する格子間珪素原子や不安定な結合状態を有する珪素原子が熱酸化膜の形成に利用される。そしてこのことにより、得られる結晶性珪素膜の結晶構造がより明確なものとなり、さらに膜中に存在する欠陥が大きく減少する。
【００７５】上記第１の熱酸化膜は、珪素膜中から結晶化に寄与した金属元素を除去（ゲッタリング）するという役割もある。即ち、熱酸化膜の形成中に珪素膜中から熱酸化膜中に移動した当該金属元素を、この熱酸化膜を除去することにより、外部に除去してしまうという作用もある。
【００７６】本明細書で開示する発明においては、第１の熱酸化膜を除去した後に、第２の熱酸化膜を形成する。
【００７７】この第２の熱酸化膜は、（１）露呈した結晶性珪素膜の表面に直接形成する。
（２）ＣＶＤ法による酸化珪素膜（一般に珪化絶縁膜を利用できる）を成膜した後に形成する。
といった大別して２つのタイミングにより形成する。
【００７８】この第２に熱酸化膜の形成もハロゲン元素を含有させた酸素雰囲気中で行うことが好ましい。
【００７９】この第２の熱酸化膜の作用も第１の熱酸化膜の作用と基本的に同じである。ただし、金属元素のゲッタリングの作用より、結晶構造に与える作用の方が主なものとなる。
【００８０】
【実施例】
〔実施例１〕本実施例では、非晶質珪素膜に対して、珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入することにより、横成長と呼ばれる基板に平行な方向への結晶成長を行わす方法に関する。
【００８１】図１に本実施例の作製工程を示す。まず、石英基板２０１上に下地膜２０２として酸化珪素膜を３０００Åの厚さに成膜する。なお、石英基板の表面の平滑性が良く、また洗浄を十分にするのであれば、この下地膜２０２は特に必要ない。
【００８２】なお、基板としては石英基板を利用することが現状においては好ましい選択となるが、加熱処理温度に耐える基板であれば、石英に限定されるものではない。
【００８３】次に結晶性珪素膜の出発膜となる非晶質珪素膜２０３を減圧熱ＣＶＤ法でもって、５００Åの厚さに成膜する。
【００８４】次に図示しない酸化珪素膜を１５００Åの厚さに成膜し、それをパターニングすることにより、２０４で示されるマスクを形成する。このマスクは２０５で示される領域に開口が形成されている。この開口２０５が形成されている領域においては、非晶質珪素膜２０３が露呈する。
【００８５】開口２０５は、図面の奥行及び手前方向に長手方向を有する細長い長方形を有している。この開口２０３の幅は２０μｍ以上とするのが適当である。またその長手方向の長さは必要とする長さでもって形成すればよい。
【００８６】そして重量換算で１０ｐｐｍのニッケル元素を含んだ酢酸ニッケル溶液を塗布する。そして図示しないスピナーを用いてスピンドライを行い余分な溶液を除去する。ニッケル元素の導入量は、上記溶液中におけるニッケル元素の含有濃度で制御することができる。
【００８７】こうして、ニッケル元素が図１（Ａ）の点線２０６で示されるような状態で存在した状態が得られる。この状態では、ニッケル元素が開口２０５の底部において、非晶質珪素膜の一部に選択的に接して保持された状態が得られる。
【００８８】次に水素を３％含有した極力酸素を含まない窒素雰囲気中（また窒素雰囲気中）において、６００℃、８時間の加熱処理を行う。すると、図１（Ｂ）の２０７で示されるような基板２０１に平行な方向への結晶成長が進行する。この結晶成長の状態を上面からみた模式図を図９に示す。
【００８９】この結晶成長は、ニッケル元素が導入された開口２０５の領域から周囲に向かって進行する。この基板に平行な方向への結晶成長を横成長またはラテラル成長と称する。
【００９０】この結晶成長により得られる横成長した結晶性珪素膜の表面は、従来の低温ポリシリコンや高温ポリシリコンに比較して非常に平滑性の良いものが得られる。これは、結晶粒界の延在する方向が概略そろっていることに起因すると考えられる。
【００９１】一般の多結晶珪素やポリシリコンと呼ばれる珪素膜は、その表面の凹凸は±１００Å以上ある。しかし、本実施例で示すような横成長をさせた場合は、その表面の凹凸は±３０Å以下であることが観察されている。この凹凸は、ゲイト絶縁膜との間の界面特性を悪化させるものであり、極力小さいものであることが好ましい。
【００９２】上記の結晶化のために加熱処理条件においては、この横成長を１００μｍ以上にわたって行わすことができる。こうして横成長した領域を有する珪素膜２０８を得る。
【００９３】この結晶成長のための加熱処理は、４５０℃〜１１００℃（上限は基板の耐熱性で規制される）で行うことができる。ある程度の横成長距離を確保するのであれば、加熱処理の温度を６００℃以上とすることが好ましい。しかし、それ以上に温度を上げることによる結晶成長距離や結晶性の向上はそれ程大きくない。（従って、経済性や工程の簡略化を考慮した場合、６００℃〜６５０℃程度の加熱処理で十分である）
【００９４】そしてニッケル元素を選択的に導入するための酸化珪素膜でなるマスク２０４を除去する。
【００９５】この状態においては、ニッケル元素が膜中に偏在している。特に、開口２０５が形成されていた領域と、２０７で示される結晶成長の先端部分においては、ニッケル元素が比較的高濃度に存在している。
【００９６】従って、活性層の形成においては、それらの領域を避けることが重要となる。即ち、活性層中に上記ニッケル元素が偏在した領域が存在しないようにすることが重要である。
【００９７】結晶化の後にさらに、レーザー光の照射を行なってもよい。即ち、レーザー光の照射により、さらに結晶化を助長させてもよい。このレーザー光の照射は、膜中に存在するニッケル元素の固まりを分散させ、後にニッケル元素を除去し易くする効果を有している。なお、この段階でレーザー光の照射を行っても、さらに横成長が進行することはない。
【００９８】レーザー光としては、紫外領域の波長を有するエキシマレーザーを利用することができる。例えば、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。
【００９９】次にＨＣｌを３体積％含んだ酸素雰囲気中において、９５０℃の加熱処理を行い、熱酸化膜２０９を２００Åの厚さに成膜する。この熱酸化膜の形成に従い、珪素膜２０８の膜厚は１００Å程度その膜厚が減少する。即ち、珪素膜の膜厚は、４００Å程度となる。（図１（Ｃ））
【０１００】一般に、珪素膜の表面に形成される熱酸化膜は、表面に盛り上がる厚さと、内部に進行する酸化の距離とがほぼ同じものとなる。従って、例えば１００Åの珪素膜の表面に１００Åの熱酸化膜を形成すると、珪素膜の厚さは５０Å目減りし、５０Å厚の珪素膜とその表面に形成された１００Å厚の熱酸化膜という構成となる。
【０１０１】上記の工程においては、熱酸化膜の形成に従い、膜中の不安定な結合状態を有する珪素元素が熱酸化膜の形成に利用される。そして、膜中の欠陥が減少し、より高い結晶性を得ることができる。
【０１０２】また同時に熱酸化膜の形成および塩素の作用により膜中よりニッケル元素のゲッタリングが行われる。
【０１０３】当然、熱酸化膜中には、比較的高濃度にニッケル元素が取り込まれることになる。そして相対的に珪素膜２０８中のニッケル元素は減少する。こうして図１R>１（Ｃ）に示す状態を得る。
【０１０４】熱酸化膜２０９を形成したら、この熱酸化膜２０９を除去する。こうして、ニッケル元素の含有濃度を減少させた結晶性珪素膜２０８を得る。
【０１０５】こうして得られた結晶性珪素膜は、図６または図７に示すように一方向に結晶構造が延在した（この方向は結晶成長方向に一致する）構造を有している。即ち、細長い円柱状の結晶体が複数の一方向に延在した結晶粒界を介して、複数平行に並んでいるような構造を有している。
【０１０６】次にパターニングを行うことにより、横成長領域でなるパターン２１０を形成する。この島状の領域２１０が後にＴＦＴの活性層となる。
【０１０７】ここでは、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向と結晶成長方向とが一致または概略一致するようにパターンの位置取りを行う。こうすることで、キャリアの移動する方向と結晶格子が連続して延在する方向とを合わせることができ、結果として高い特性のＴＦＴを得ることができる。
【０１０８】そして、２１０でなるパターンを形成後に熱酸化膜２１１を３００Åの厚さに成膜する。この熱酸化膜は、ＨＣｌを３％含有した酸素雰囲気中において、９５０℃の加熱処理を行うことによって得る。
【０１０９】熱酸化膜２１１を成膜することにより、パターン（活性層となるパターン）２１０の膜厚は、２５０Åとなる。
【０１１０】この工程においても熱酸化膜２０９を成膜する場合と同様の効果を得ることができる。なお、この熱酸化膜２０９は、ＴＦＴのゲイト絶縁膜の一部となる。
【０１１１】本実施例においては、最終的に得られる結晶性珪素膜でなる活性層２１０の膜厚（２５０Å）は、第２の熱酸化膜２１１の膜厚（３００Å）よりも薄くなる。こうすることで、熱酸化膜の形成に従う図６や図７に示すような特異な結晶構造を得るために効果を得ることができる。
【０１１２】この後、熱酸化膜と共にゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素膜３０４を１０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法により成膜する。（図２（Ａ））
【０１１３】次にゲイト電極を形成するためのアルミニウム膜をスパッタ法で４０００Åの厚さに成膜する。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。
【０１１４】アルミニウム膜中にスカンジウムを含有させるのは、後の工程において、ヒロックやウィスカーが発生すること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、加熱の際のアルミニウムの異常成長に起因する針状あるいは刺状の突起部のことである。
【０１１５】アルミニウム膜を成膜したら、図示しない緻密な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電解溶液とし、アルミニウム膜を陽極、白金を陰極として行う。この工程においては、アルミニウム膜上に緻密な膜質を有する陽極酸化膜を１００Åの厚さに成膜する。
【０１１６】この図示しない陽極酸化膜は、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。
【０１１７】この陽極酸化膜の膜厚は、陽極酸化時の印加電圧によって制御することができる。
【０１１８】次にレジストマスク３０６を形成する。そしてこのレジストマスクを利用して、アルミニウム膜を３０５で示されるパターンにパターニングする。こうして図２（Ｂ）に示す状態を得る。
【０１１９】ここで再度の陽極酸化を行う。ここでは、３％のシュウ酸水溶液を電解溶液として用いる。この電解溶液中において、アルミニウムのパターン３０５を陽極とした陽極酸化を行うことにより、３０８で示される多孔質状の陽極酸化膜が形成される。
【０１２０】この工程においては、上部に密着性の高いレジストマスク３０６が存在する関係で、アルミニウムパターンの側面に選択的に陽極酸化膜３０８が形成される。
【０１２１】この陽極酸化膜は、その膜厚を数μｍまで成長させることができる。ここでは、その膜厚を６０００Åとする。なお、その成長距離は、陽極酸化時間によって制御することができる。
【０１２２】そしてレジストマスク３０６を除去する。次に再度の緻密な陽極酸化膜の形成を行う。即ち、前述した３％の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液とした陽極酸化を再び行う。
【０１２３】この工程においては、多孔質状の陽極酸化膜３０８中に電解溶液が進入する関係から、３０９で示されるように緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。
【０１２４】この緻密な陽極酸化膜３０９の膜厚は１０００Åとする。この膜厚の制御は印加電圧によって行う。
【０１２５】ここで、露呈した酸化珪素膜３０４をエッチングする。また同時に熱酸化膜３００をエッチングする。このエッチングはドライエッチングを利用する。そして酢酸と硝酸とリン酸とを混合した混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜３０８を除去する。こうして図２（Ｄ）に示す状態を得る。
【０１２６】図２（Ｄ）に示す状態を得たら、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もって行う。
【０１２７】この工程においては、ヘビードープがされる３１１と３１５の領域とライトドープがされる３１２と３１４の領域が形成される。これは、残存した酸化珪素膜３１０が半透過なマスクとして機能し、注入されたイオンの一部がそこで遮蔽されるからである。
【０１２８】そしてレーザー光（またはランプを用いた強光）の照射を行うことにより、不純物イオンが注入された領域の活性化を行う。こうして、ソース領域３１１、チャネル形成領域３１３、ドレイン領域３１５、低濃度不純物領域３１２と３１４が自己整合的に形成される。
【０１２９】ここで、３１４で示されるのが、ＬＤＤ（ライトドープドレイン）領域と称される領域である。（図２（Ｄ））
【０１３０】なお、緻密な陽極酸化膜３０９の膜厚を２０００Å以上というように厚くした場合、その膜厚でもってチャネル形成領域３１３の外側にオフセットゲイト領域を形成することができる。
【０１３１】本実施例においてもオフットゲイト領域は形成されているが、その寸法が小さいのでその存在による寄与が小さく、また図面が煩雑になるので図中には記載していない。
【０１３２】なお、緻密な膜質を有する陽極酸化膜を２０００Å以上というように厚く形成するのには、２００Ｖ以上の印加電圧が必要とされるので、再現性や安全性に関して、注意が必要である。
【０１３３】次に層間絶縁膜３１６として酸化珪素膜、または窒化珪素膜、またはその積層膜を形成する。層間絶縁膜としては、酸化珪素膜または窒化珪素膜上に樹脂材料でなる層を用いてもよい。
【０１３４】そしてコンタクトホールの形成を行い、ソース電極３１７とドレイン電極３１８の形成を行う。こうして図３（Ｅ）に示す薄膜トランジスタが完成する。
【０１３５】本実施例に示すＴＦＴは、その特性として従来には得られなかった極めて高いものを得ることができる。
【０１３６】例えば、ＮＴＦＴ（Ｎチャネル型のＴＦＴ）で、移動度が２００〜３００(cm2/Vs)、Ｓ値が７５〜９０(mV/dec)(VD ＝１Ｖ）という高性能なものが得られる。ＰＴＦＴ（Ｐチャネル型のＴＦＴ）で１２０〜１８０(cm2/Vs)、Ｓ値が７５〜１００(mV/dec)(VD ＝１Ｖ）という高性能なものを得ることができる。
【０１３７】特にＳ値は、従来の高温ポリシリコンＴＦＴ及び低温ポリシリコンＴＦＴの値に比較して、１／２以下という驚異的に良い値である。
【０１３８】〔実施例２〕本実施例は、実施例１に示す構成において、ゲイト絶縁膜の形成方法を工夫した例に関する。
【０１３９】図３に本実施例の作製工程を示す。まず図１R>１（Ａ）及び（Ｂ）に示す工程に従い横成長領域を有する結晶性珪素膜２０８を得る。なおここでは、出発膜の非晶質珪素膜を５００Åとする。
【０１４０】結晶性珪素膜を得たら、ＨＣｌを３％含有させた酸素雰囲気中において９５０℃の加熱処理を行うことにより、熱酸化膜２０９を２００Åの厚さに成膜する。（図３（Ａ））
【０１４１】次に熱酸化膜２０９を除去する。そして、パターニングを施すことにより、後に薄膜トランジスタの活性層となるパターン２１０を形成する。（図３（Ｂ））
【０１４２】次にプラズマＣＶＤ法により、ゲイト絶縁膜３０４を１０００Åの厚さに成膜する。（図３（Ｃ））
【０１４３】次にＨＣｌを３％含有させた酸素雰囲気中において９５０℃の加熱処理を行うことにより、熱酸化膜２１１を３００Åの厚さに成膜する。（図３（Ｄ））
【０１４４】この際、熱酸化膜は、ＣＶＤ酸化膜３０４の内側において成長し、図３（Ｄ）に示すような状態で成膜される。
【０１４５】本実施例に示す作製工程を採用した場合、ゲイト絶縁膜は熱酸化膜２１１とＣＶＤ酸化膜３０４との積層膜でもって構成されることになる。
【０１４６】本実施例に示す作製工程を採用した場合、ゲイト絶縁膜と活性層との界面における界面準位密度を低いものとすることができる。
【０１４７】〔実施例３〕本実施例は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置のアクティブマトリクス回路部分の作製工程を示す。
【０１４８】図４に本実施例の作製工程の概略を示す。まず、図１及び図２に示す工程に従って、図２（Ｄ）に示す状態を得る。（図４（Ａ）に示す状態）
【０１４９】次に第１の層間絶縁間膜として、窒化珪素膜４０１を２０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法で成膜する。さらにポリイミド樹脂膜４０２をスピンコート法で成膜する。こうして、図４（Ｂ）に示す状態を得る。なお、樹脂材料としては、ポリイミド以外にポリアミドやポリイミドアミドを利用することができる。
【０１５０】次にソース領域３１１とドレイン領域３１５に達するコンタクトホールの形成を行い、ソース電極４０３とドレイン電極４０３を形成する。これらの電極は、チタン膜とアルミニウム膜とチタン膜との積層膜でもって形成する。なお、ソース電極４０３は、ソース線から延在したものとして形成される。（図４（Ｃ））
【０１５１】ドレイン電極４０３は、その一部が補助容量を形成するための電極として利用される。
【０１５２】ソース及びドレイン電極を形成したら、第２の層間絶縁膜としてポリイミド樹脂膜４０４を成膜する。こうして図４（Ｃ）に示す状態を得る。
【０１５３】次に樹脂層間絶縁膜４０４に開口を形成し、さらにチタン膜とアルミニウム膜との積層膜でもってなるブラックマトリクス（ＢＭ）４０５を形成する。このブラックマトリクス４０５は、本来の遮光膜としての機能以外に補助容量を形成するための電極として機能する。
【０１５４】ブラックマトリクス４０５を形成したら、第３の層間絶縁膜として、ポリイミド樹脂膜４０６を成膜する。そして、ドレイン電極４０３へのコンタクトホールを形成し、ＩＴＯでなる画素電極４０７を形成する。
【０１５５】こうして、補助容量として機能するブラックマトリクス４０５のパターンと画素電極４０７のパターンとの間にポリイミド樹脂膜４０６が挟まれた構造が得られる。
【０１５６】〔実施例４〕本実施例は、実施例１に示す構成において、ゲイト電極またはゲイト電極から延在したゲイト配線に対するコンタクトの形成の採り方を工夫した例である。
【０１５７】実施例１（図２参照）または実施例３（（または実施例３）に示す構成においては、ゲイト電極の側面及び上面が緻密な膜質を有する陽極酸化膜によって被覆された状態となっている。
【０１５８】このような構造は、アルミニウムを材料とした電極を形成する場合には、ヒロックの抑制、配線間ショートの抑制という点において大きな効果を有している。
【０１５９】しかしながら、その強固な膜質故にコンタクトの形成が比較的困難であるという問題がある。
【０１６０】本実施例は、この問題を解決する構成に関する。図５に本実施例の作製工程を示す。他の実施例と同じ符号箇所の詳細な作製条件等は、他の実施例と同じである。
【０１６１】まず図５（Ａ）に示すように、結晶性珪素膜でなる活性層パターン２１０を得る。そして、熱酸化膜２１１とＣＶＤ酸化膜３０４とが積層された状態を得る。
【０１６２】ここでは、まずＣＶＤ酸化膜を成膜し、その後に熱酸化膜を成膜する工程を採用する。
【０１６３】図５（Ａ）に示す状態を得たら、アルミニウム膜を成膜し、さらに窒化珪素膜を５００Åの厚さに成膜する。そして、レジストマスク３０６を用いてパターニングを施し、３０５で示されるアルミニウムパターンとその上の窒化珪素膜５０１が形成された状態を得る。（図５（Ｂ））
【０１６４】図５（Ｂ）に示す状態を得たら、レジストマスク３０６を配置した状態で多孔質状の陽極酸化膜３０８を形成し、さらに緻密な膜質を有する陽極酸化膜３０９を形成する。
【０１６５】これらの陽極酸化膜は、ゲイト電極となるアルミニウムパターン３０７の側面のみにおいて選択的に形成される。これは、アルミニウムパターンの上面に窒化珪素膜５０１が存在しているからである。
【０１６６】陽極酸化膜の形成が終了したら、レジストマスク３０６を除去する。そしてさらに露呈した酸化珪素膜３０４を除去し、さらに熱酸化膜２１１の一部も除去する。
【０１６７】こうして図５（Ｃ）に示す状態を得る。図５R>５（Ｃ）に示す状態を得たら、レジストマスク３０６を除去し、さらに多孔質状の陽極酸化膜３０８を除去する。
【０１６８】そして、さらに窒化珪素膜５０１を除去する。こうして図５（Ｄ）に示す状態を得る。この状態で導電型を付与する不純物のドーピングをプラズマドーピング法でもって行う。
【０１６９】この結果、ソース領域３１１、低濃度不純物領域３１２と３１４、チャネル領域３１３、ドレイン領域３１５が自己整合的に形成される。
【０１７０】不純物のドーピング終了後、レーザー光の照射を行うことにより、ドーピング時に生じた損傷のアニールと、ドーピングされた不純物の活性化とを行う。
【０１７１】こうして図５（Ｄ）に示す状態を得る。次に層間絶縁膜５０２を形成する。そしてコンタクトホールの形成を行い、ソース電極３１７、ゲイト取り出し電極５０３、ドレイン電極３１８を形成し、図５（Ｅ）に示す状態を得る。
【０１７２】この工程において、ゲイト電極３０７へのコンタクトホールの形成が、ゲイト電極の上面に陽極酸化膜が存在しない関係で比較的容易に行うことができる。
【０１７３】なお図には、同じ断面上にソース／ドレイン電極とゲイト電極とが形成されているように記載されているが、実際には、ゲイト取り出し電極はゲイト電極３０７から延在した部分に形成される。
【０１７４】〔実施例５〕本実施例は、実施例１に示す構成において、基板としてガラス基板を利用した場合の例である。
【０１７５】本実施例では、基板として歪点が６６７℃のコーニング１７３７ガラス基板を利用する。そして結晶化のための加熱処理を６００℃、４時間の条件で行い。
【０１７６】熱酸化膜の形成のための加熱処理をＨＣｌを３体積％含有した酸素雰囲気中での６４０℃の条件で行う。この場合、形成される熱酸化膜の膜厚は処理時間２時間で３０Å程度となる。この場合は、実施例１に示すような９５０℃の加熱処理を加えた場合に比較してその効果は小さなものとなる。
【０１７７】〔実施例６〕本実施例は、実施例１に示す構成において、熱酸化膜の形成時における雰囲気中にＨＣｌを含有させない場合の例である。この場合、ＨＣｌを雰囲気中に含有させた場合に比較して、ニッケルのゲッタリング効果は小さなものとなる。
【０１７８】〔実施例７〕本実施例は、実施例１に示す構成において、熱酸化膜の形成後にレーザー光の照射をする場合の例である。このようにすると、さらに結晶化を助長することができる。
〔実施例８〕本実施例は、ＴＦＴを利用した半導体装置の例を示すものである。図８に各種半導体装置の例を示す。
【０１７９】図８（Ａ）に示すのは、携帯情報端末と呼ばれるもので、本体２００１に備えられたアクティブマトリクス型の液晶表示装置２００５に必要とする情報を内部の記憶装置から呼び出して表示したり、電話回線を利用してアクセスした情報を表示することができる。
【０１８０】表示装置の形態としては、アクティブマトリクス型のＥＬ表示装置を利用することも考えられる。表示装置を構成するアクティブマトリクス回路と同一の基板上には、各種情報処理回路や記憶回路が集積化回路２００６としてＴＦＴを利用して集積化されている。
【０１８１】また、本体２００１には、カメラ部２００２が備えられており、操作スイッチ２００４を操作することにより、必要とする画像情報を取り込むことができる。カメラ部２００２により取り込む画像は、受像部２００３から装置内に取り込まれる。
【０１８２】図８（Ｂ）に示すのは、ヘッドマウントディスプレイと呼ばれる表示装置である。この装置は、本体２１０１を頭部に装着し、２つのアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ２１０２によって、目の前数ｃｍの場所に画像を表示する機能を有している。この装置では、疑似体験的に画像を見ることができる。
【０１８３】図８（Ｃ）に示すのは、カーナビゲーションシステムであり。この装置は、アンテナ２２０４で受けた人工衛星からの信号を用いて、位置を計測する機能を有している。そして、アクティブマトリクス型の液晶表示装置２２０２に計測した位置が表示される。また表示する情報の選択は、操作スイッチ２２０３によって行われる。
【０１８４】なお、液晶表示装置の代わりにアクティブマトリクス型のＥＬ表示装置を利用することもできる。
【０１８５】図８（Ｄ）に示すのは、携帯電話の例である。この装置は、本体２３０１にアンテナ２３０６が備えられ、音声入力部２３０３と音声入力部２３０２とを備えている。
【０１８６】電話を掛ける場合は、操作スイッチ２３０５を操作することによって行う。また表示装置２３０４には、各種画像情報が表示される。表示装置の携帯としては、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表示装置が利用される。
【０１８７】図８（Ｅ）に示すのは、携帯型のビデオカメラである。この装置は、受像部２４０６から取り込んだ画像を本体２４０１内に収納した磁気テープに記憶する機能を備えている。
【０１８８】画像には、各種デジタル処理が集積化回路２４０７において施される。この集積化回路２４０７は、従来から利用されているＩＣチップを組み合わせたもので構成してもよいし、本明細書で開示するようなＴＦＴを用いて構成してもよい。またそれらの組み合わせでもって構成してもよい。
【０１８９】受像部２４０６で受像した画像や内部の磁気テープに記憶された画像は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置２４０２に表示される。装置の操作は、操作スイッチ２４０４によって行われる。また、装置の電力はバッテリー２４０５によって賄われる。
【０１９０】図８（Ｆ）に示すのは、投射型の表示装置である。この装置は、本体２５０１から投影される画像をスクリーン上に表示する機能を有している。
【０１９１】本体２５０１には、光源２５０２とこの光源からの光を光学変調し画像を形成するアクティブマトリクス型の液晶表示装置２５０３、画像を投影するための光学系２５０４が備えられている。
【０１９２】なお、液晶表示装置の形式としては、（Ｂ）に示す装置を除いて透過型または反射型の形式のどちらでも利用することができる。
【０１９３】
【発明の効果】本明細書で開示する発明を利用して得られたＰＴＦＴとＮＴＦＴとを組み合わせて、９段のリングオシレータを構成した場合、４００ＭＨｚ以上の発振を行わせることができた。
【０１９４】一般的にリングオシレータの発振周波数の１０％程度でもって実際の回路の設計を行うことを考慮すると、上記のＴＦＴでもって４０ＭＨｚ程度の周波数で動作する回路を構成できることになる。
【０１９５】このように本明細書に開示する発明を利用することにより、高速動作（一般数十ＭＨｚ以上の動作速度）が要求される回路を構成しうる薄膜トランジスタを得ることができる。
【０１９６】特にＳ値に関しては、１００(mV/dec)以下という単結晶シリコンウエハーを利用して作製したＭＯＳ型トランジスタに匹敵する特性を得ることができる。
【０１９７】本明細書で開示する発明を利用することにより、各種高速動作が要求される回路を同一基板上にＴＦＴでもって集積化した構成を提供することができる。またその作製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 薄膜トランジスタ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】 珪素薄膜を写した電子顕微鏡写真。
【図７】 珪素薄膜を写した電子顕微鏡写真。
【図８】 ＴＦＴを利用した各種半導体装置の概要を示した図。
【図９】 結晶成長の状態を示す模式図。
【符号の説明】
２０１ 石英基板
２０２ 下地膜（酸化珪素膜）
２０３ 非晶質珪素膜
２０４ 酸化珪素膜でなるマスク
２０５ マスクに形成された開口（ニッケル元素導入領域）
２０６ 基体に接して保持されたニッケル元素
２０７ 結晶成長方向
２０８ 結晶性珪素膜
２０９ 熱酸化膜
２１０ 活性層を構成する珪素膜のパターン
２１１ 熱酸化膜
３０４ ＣＶＤ法で成膜された酸化珪素膜（ＣＶＤ酸化膜）
３０５ アルミニウム膜でなるパターン
３０６ レジストマスク
３０７ ゲイト電極
３０８ 多孔質状の陽極酸化膜
３０９ 緻密な膜質を有する陽極酸化膜
３１０ 残存した酸化珪素膜
３１１ ソース領域
３１２ 低濃度不純物領域
３１３ チャネル領域
３１４ 低濃度不純物領域
３１５ ドレイン領域
３１６ 層間絶縁膜
３１７ ソース電極
３１８ ドレイン電極
【０００１】
【発明の属する技術分野】本明細書で開示する発明は、結晶性を有する薄膜半導体に関する。また、その薄膜半導体の作製方法に関する。またその薄膜半導体を利用した半導体装置に関する。またその半導体装置の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガラス基板や石英基板上に結晶性を有する珪素膜を成膜し、その珪素膜でもって薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと称する）を作製する技術が知られている。
【０００３】この薄膜トランジスタは、高温ポリシリコンＴＦＴや低温ポリシリコンＴＦＴと称されている。
【０００４】高温ポリシリコンＴＦＴは、結晶性珪素膜の作製手段として、８００℃や９００℃以上というような比較的高温の加熱処理を利用する技術である。この技術は、単結晶シリコンウエハーの利用したＩＣの作製プロセスの派生技術といえる。
【０００５】当然、高温ポリシリコンＴＦＴが作製される基板としては、上記加熱温度に耐える石英基板が利用される。
【０００６】他方、低温ポリシリコンＴＦＴは、基板として安価なガラス基板（当然耐熱性は石英基板に対して劣るものとなる）を利用したものである。
【０００７】低温ポリシリコンＴＦＴの構成する結晶性珪素膜の作製には、ガラス基板の耐える６００℃以下の加熱や、ガラス基板に対しての熱ダメージはほとんど無いレーザーアニール技術が利用される。
【０００８】高温ポリシリコンＴＦＴは、特性のそろったＴＦＴを基板上に集積化できるという特徴がある。
【０００９】他方、低温ポリシリコンＴＦＴは、基板として安価で大面積化が容易なガラス基板を利用できるという特徴がある。
【００１０】なお、現状の技術においては、高温ポリシリコンＴＦＴも低温ポリシリコンＴＦＴもその特性に大きな違いはない。
【００１１】即ち、移動度でいえば５０〜１００(cm2/Vs)程度、Ｓ値が２００〜４００(mV/dec)（ＶD ＝１Ｖ）程度のものが、両者において得られている。
【００１２】この特性は、単結晶シリコンウエハーを利用したＭＯＳ型トランジスタの特性に比較して大きく見劣りするものである。一般的に、単結晶シリコンウエハーを利用したＭＯＳ型トランジスタのＳ値は６０〜７０(mV/dec)程度である。
【００１３】なお、現状においては、基板上に数百×数百という数でもって多数のＴＦＴを作製した場合におけるＴＦＴ特性の均一性や再現性の高さの点で高温ポリシリコンＴＦＴの方が優れている。また、高温ポリシリコンＴＦＴは、従来のＩＣプロセスにおける各種プロセス条件や作製装置を流用できるという点において優位にある。
【００１４】
【発明が解決しよとする課題】現状においてＴＦＴは、アクティブマトリクス型の液晶表示装置のアクティブマトリクス回路と周辺駆動回路とを同一基板上に集積化するために利用されている。即ち、アクティブマトリクス回路と周辺駆動回路とを同一の基板上にＴＦＴでもって作り込むことが行われておる。
【００１５】このような構成において、周辺駆動回路のソースドライバー回路は、十数ＭＨｚ以上の動作が要求される。しかし、現状における高温ポリシリコンＴＦＴ及び低温ポリシリコンＴＦＴで構成した回路は、その動作速度のマージンが数ＭＨｚ程度までしかとれない。
【００１６】従って、動作を分割する（分割駆動と呼ばれる）などして、液晶表示を構成しているのが現状である。しかし、この方法は、分割のタイミングの微妙なズレ等に起因して、画面に縞模様が現れてしまう等の問題がある。
【００１７】また、今後の技術として、周辺駆動回路（シフトレジスタ回路やバッファー回路で構成される）以外に発振回路やＤ／ＡコンバータやＡ／Ｄコンバータ、さらに各種画像処理を行うデジタル回路を、さらに同一基板上に集積化することが考えられている。
【００１８】しかし、上記発振回路やＤ／ＡコンバータやＡ／Ｄコンバータ、さらに各種画像処理を行うデジタル回路は、周辺駆動回路よりもさらに高い周波数で動作することが必要とされる。
【００１９】従って、現状の技術で得られている高温ポリシリコンＴＦＴや低温ポリシリコンＴＦＴでもってそれらの回路を構成することは困難である。
【００２０】なお、単結晶シリコンウエハーを利用したＭＯＳトランジスタでもって構成した集積回路は、１００ＭＨｚ以上の動作を行わせることができるものが実用化されている。
【００２１】本明細書で開示する発明は、上記のような高速動作（一般に数十ＭＨｚ以上の動作速度）が要求される回路を構成しうる薄膜トランジスタを得ることを課題とする。
【００２２】また、単結晶シリコンウエハーを利用して作製したＭＯＳ型トランジスタに匹敵するような特性が得られる薄膜トランジスタを提供することを課題とする。またその作製手段を提供することを課題とする。さらに、そのような高い特性を有する薄膜トランジスタでもって必要とする機能を有する半導体装置を提供することを課題とする。
【００２３】
【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、絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜は、所定の方向に連続性を有する結晶構造を有し、かつ前記所定の方向に延在した結晶粒界を有し、前記薄膜トランジスタにおいて、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向と前記所定の方向とは、所定の角度を有してなり、前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の厚い熱酸化膜が形成されていることを特徴とする。
【００２４】上記ような結晶状態を有する結晶性珪素膜の例を図６及び図７に示す。図７に示すのは、図６の一部をさらに拡大したものである。図６及び図７に示すのは、厚さ２５０Åの結晶性珪素膜の表面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察した写真である。
【００２５】図６及び図７に示すような結晶性珪素膜を得るには実施例１に示すような作製工程を採ることによって実現される。
【００２６】図６及び図７には、図の左下から右上に向かって連続性を有する結晶構造が延在している状態が示されている。またこの結晶構造の連続性が延在している方向にほぼ平行に多数の結晶粒界が形成されている状態も示されている。
【００２７】即ち、結晶構造の連続性が存在している方向に対して直角または概略直角な方向（図６または図７の右下から右上に向かう方向）には、明確な結晶粒界が多数、間隔をおいて存在しており、その方向へは結晶構造は不連続なものとなっている。即ち、この方向には結晶構造の連続性が損なわれたものとなっている。
【００２８】この結晶構造の連続性が延在している方向は、格子構造の連続性がほぼ保たれており、キャリアの移動に際しての散乱やトラップが他の方向に比較して非常に少ないものとなっている。
【００２９】即ち、上記結晶構造が連続している方向は、キャリアにとっては、結晶粒界からの散乱を受けない、または受けにくい実質的な単結晶状態になっていると見ることができる。
【００３０】上記の構成を得るには、ゲイト絶縁膜を構成する熱酸化膜の膜厚を活性層を構成する結晶性珪素膜の膜厚よりも厚くすることが重要となる。
【００３１】ゲイト絶縁膜を構成する熱酸化膜の形成工程は、上記のような結晶構造を得、さらに後述するような高い特性を有するＴＦＴを得るために重要な要件である。これは、熱酸化膜の形成時において、結晶性珪素膜中に存在する格子間珪素原子や不安定な結合状態を有する珪素原子が熱酸化膜の形成に利用され、そのことにより、結晶性の向上、結晶性珪素膜中における欠陥の減少といった作用が得られるからである。
【００３２】特に熱酸化膜の形成に従い、上述するような特異な結晶構造が顕著な状態で得ることができる。（熱酸化膜の形成を行わないと、線欠陥が多数存在した結晶の連続性が損なわれた膜質となる）
【００３３】また、上記発明の構成は、この結晶構造の連続している方向と薄膜トランジスタのソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向との関係を規定したものである。高速動作を狙うのであれば、上記の結晶構造の連続している方向とソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向とを一致または概略一致させることが好ましい。こうすることで、ＭＯＳ型の薄膜トランジスタの動作において、キャリアが最も移動し易い構造とすることができる。
【００３４】また、上記２つの方向のなす角度を所定のものに設定することで、得られる薄膜トランジスタの特性を制御することができる。例えば、同一の基板上に多数の薄膜トランジスタ群を作製する際に、上記２つの角度のなす角度を異ならせた群を複数形成することにより、このトランジスタ群の特性を異ならせることができる。
【００３５】また、Ｎ字型やコの字型、さらにはＭ字型等の形状を有する活性層が折れ曲がっているような薄膜トランジスタの場合は以下のようにすればよい。即ち、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ線が直線でなく、屈曲したものとなるような薄膜トランジスタの場合は、以下のようにすればよい。
【００３６】この場合、チャネル領域におけるキャリアの移動方向（全体として見た場合のキャリアに移動方向）に合わせて、前述した結晶構造の連続性の方向を設定すればよい。
【００３７】この場合もキャリアの移動方向と結晶構造の連続性の方向とのなす角度を０°とした場合に最も高速動作を期待できる。勿論、必要に合わせてこの角度を設定することができる。
【００３８】他の発明の構成は、絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜は、結晶粒界の延在方向に異方性を有しており、前記薄膜トランジスタにおいて、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向と前記延在方向とは、所定の角度を有してなり、前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の厚い熱酸化膜が形成されていることを特徴とする。
【００３９】他の発明の構成は、絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜は、結晶粒界の延在方向に異方性を有しており、前記薄膜トランジスタにおいて、チャネル領域におけるキャリアの移動する方向と前記延在方向とは、所定の角度を有してなり、前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の厚い熱酸化膜が形成されていることを特徴とする。
【００４０】本明細書で開示する発明における結晶性珪素膜は、以下の工程によって得られる。
【００４１】（１）非晶質珪素膜に対して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導入し、さらに加熱処理を施し結晶化させる。
【００４２】（２）ハロゲン元素を含んだ雰囲気中での加熱処理により熱酸化膜を形成する。
【００４３】（３）上記（２）の熱酸化膜を除去する。
【００４４】（４）ゲイト絶縁膜として機能する熱酸化膜を再度成膜する。
【００４５】上記金属元素としては、ニッケルが再現性や効果の点で極めて好ましい。一般にこの金属元素としては、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ものを利用することができる。
【００４６】ニッケル元素を利用した場合、最終的に珪素膜中に残留するニッケルの濃度は、１×１０14原子個／ｃｍ3 〜５×１０18原子個／ｃｍ3 程度となる。
【００４７】ゲッタリングを行うための熱酸化膜の成膜条件や金属元素の導入条件を詰めることにより、この濃度の上限は５×１０17原子個／ｃｍ3 程度にまで低減することができる。この濃度の計測は、ＳＩＭＳ（２次イオン分析方法）を利用して計測できる。
【００４８】一般的には、上記ニッケル濃度の下限は、１×１０16原子個／ｃｍ3 程度となる。これは、コストとの兼ね合いを考えた場合、基板や装置に付着するニッケル元素の影響を排除することが通常は困難であり、上記程度のニッケル元素の残留が生じてしまうからである。
【００４９】勿論、全体的な作製プロセスの見直し、洗浄工程の徹底、装置の洗浄度の徹底、といったことを行うことにより、上記結晶性珪素膜中に残留するニッケル元素濃度をさらに低減することは可能である。
【００５０】よって、一般的な作製工程に従った場合、残留するニッケル元素の濃度は、１×１０16原子個／ｃｍ3 〜５×１０17原子個／ｃｍ3 となる。
【００５１】また、熱酸化膜の作製工程において、当該金属元素が熱酸化膜中に移動する関係から、得られた結晶性珪素膜の厚さ方向におけるニッケル元素の濃度分布に勾配または分布が発生する。
【００５２】一般に、熱酸化膜が形成される界面に向かって当該金属元素の濃度が高くなる傾向が観察される。また、条件によっては、基板または下地膜に向かって、即ち裏面側の界面に向かって当該金属元素の濃度が高くなる傾向も観察される。（この違いは、出発膜となる非晶質珪素膜の膜質に大きく左右される）
【００５３】また、熱酸化膜の形成時に雰囲気中にハロゲン元素を含有させた場合、このハロゲン元素も上記金属元素と同様な濃度分布を示すものとなる。即ち、結晶性珪素膜の表面および／または裏面に向かって含有濃度が高くなる濃度分布を示すものとなる。（濃度分布の違いは、やはり出発膜の膜質によって左右される）
【００５４】本明細書で開示する発明における結晶性珪素膜は、その最終的な膜厚を好ましくは１００Å〜７５０Å、より好ましくは１５０Å〜４５０Åとする。このような膜厚とすることにより、図６や図７に示すような一方向に結晶性が連続した特異な結晶構造をより顕著な形で再現性良く得ることができる。
【００５５】この最終的な結晶性珪素膜の膜厚は、熱酸化膜の成膜により膜厚を目減りすることを考慮して決定する必要がある。
【００５６】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成膜する工程と、前記非晶質珪素膜に一部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と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での加熱処理により第１の熱酸化膜を形成する工程と、前記第１の熱酸化膜を除去する工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での第２の熱酸化膜を形成する工程と、を有し、最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第２の熱酸化膜の膜厚より薄いことを特徴とする。
【００５７】上記ような構成を採ることにより、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での熱酸化膜の形成の作用を大きく得ることができる。
【００５８】また、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成膜する工程と、前記非晶質珪素膜に一部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と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での８００℃〜１１００℃での加熱処理により第１の熱酸化膜を形成する工程と、前記第１の熱酸化膜を除去する工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での８００℃〜１１００℃での加熱処理により第２の熱酸化膜を形成する工程と、を有し、最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第２の熱酸化膜の膜厚より薄いことを特徴とする。
【００５９】ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での第２の熱酸化膜の成膜の効果をより高い得るのであれば、上記構成のように加熱処理温度を８００℃〜１１００℃とすることが好ましい。この温度が低い場合、その効果は大きく低下するので注意が必要である。
【００６０】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成膜する工程と、前記非晶質珪素膜に一部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と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での加熱処理により第１の熱酸化膜を形成する工程と、前記第１の熱酸化膜を除去する工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での第２の熱酸化膜を形成する工程と、を有し、最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第１の熱酸化膜と前記第２の熱酸化膜の膜厚の合計より薄いことを特徴とする。
【００６１】上記構成のように、２つの熱酸化膜の合計が、最終的に得られる結晶性珪素膜の膜厚よりも厚くなるようにすることで、熱酸化膜の形成の作用を顕著に得ることができる。
【００６２】具体的には、図６及び図７に示すような特異な結晶構造を有した結晶性珪素膜を得ることができ、その結晶性珪素膜を用いて活性層を構成することで、Ｓ値が１００ｍＶ／ｄｅｃ以下で、移動度が２００(cm2/Vs)以上といような特に優れた特性を有するＴＦＴを得ることができる。
【００６３】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成膜する工程と、前記非晶質珪素膜に一部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と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での８００℃〜１１００℃での加熱処理により第１の熱酸化膜を形成する工程と、前記第１の熱酸化膜を除去する工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での８００℃〜１１００℃での加熱処理により第２の熱酸化膜を形成する工程と、を有し、最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第１の熱酸化膜と前記第２の熱酸化膜の合計の膜厚よりも小さいことを特徴とする。
【００６４】熱酸化膜を形成することの効果を最大限に得るのは、上記構成のように、加熱の温度を８００℃〜１１００℃というような高い温度にすることが非常に重要となる。
【００６５】上記のような工程を採用することにより、本明細書で開示する結晶性珪素膜を得ることができ、さらにその結晶構造の特異性を利用したＭＯＳ型薄膜トランジスタを得ることができる。
【００６６】金属元素の導入方法としては、当該金属元素を含んだ溶液を塗布する方法、ＣＶＤ法による方法、スパッタ法や蒸着法による方法、当該金属を含んだ電極を利用したプラズマ処理による方法、ガス吸着法による方法を挙げることができる。
【００６７】ハロゲン元素を導入する方法としては、ＨＣｌ、ＨＦ、ＨＢｒ、Ｃｌ2 、Ｆ2、Ｂｒ2 、ＣＦ4 等を酸化性雰囲気（例えば酸素雰囲気）中に含有させる手段を利用することができる。
【００６８】また、熱酸化膜の形成時における雰囲気中に水素ガスや水分（水蒸気）の導入を合わせて行い、ウエット酸化の作用を利用することも有効である。これは、より短時間で平滑性の高い熱酸化膜を形成することに効果がある。
【００６９】熱酸化膜の形成するための温度は極めて重要なものとなる。後述するような素子単体で数十ＭＨｚ以上の動作を行わせることが可能で、Ｓ値が１００(mV/dec)以下というようなＴＦＴを得るのであれば、熱酸化膜の形成時における加熱温度を好ましくは８００℃以上、より好ましくは９００°以上とすることが必要である。
【００７０】なおこの加熱温度の上限は、石英基板の耐熱温度の上限である１１００℃程度とすることが適当である。
【００７１】
【発明の実施の形態】非晶質珪素膜を加熱により結晶化させ結晶性珪素膜を得る技術において、非晶質珪素膜の表面の一部の領域にニッケル元素を接して保持させた状態で加熱処理を施すことにより、前記一部の領域から他の領域へと基板に平行な方向への結晶成長を行わせる。
【００７２】そして、前記結晶成長を行わした珪素膜の表面に第１の熱酸化膜を形成する。この熱酸化膜は、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気化で８００℃〜１１００℃の加熱処理を施すことにより形成する。
【００７３】そしてこの熱酸化膜を除去する。こうして得られた結晶性珪素膜は、図６及び図７に示すような特定の方向に結晶粒界が延在し、その方向に結晶構造が連続した構造を有するものとなる。
【００７４】この熱酸化膜の形成の作用は、以下のように説明される。即ち、熱酸化膜の形成に従って、珪素膜中に存在する格子間珪素原子や不安定な結合状態を有する珪素原子が熱酸化膜の形成に利用される。そしてこのことにより、得られる結晶性珪素膜の結晶構造がより明確なものとなり、さらに膜中に存在する欠陥が大きく減少する。
【００７５】上記第１の熱酸化膜は、珪素膜中から結晶化に寄与した金属元素を除去（ゲッタリング）するという役割もある。即ち、熱酸化膜の形成中に珪素膜中から熱酸化膜中に移動した当該金属元素を、この熱酸化膜を除去することにより、外部に除去してしまうという作用もある。
【００７６】本明細書で開示する発明においては、第１の熱酸化膜を除去した後に、第２の熱酸化膜を形成する。
【００７７】この第２の熱酸化膜は、（１）露呈した結晶性珪素膜の表面に直接形成する。
（２）ＣＶＤ法による酸化珪素膜（一般に珪化絶縁膜を利用できる）を成膜した後に形成する。
といった大別して２つのタイミングにより形成する。
【００７８】この第２に熱酸化膜の形成もハロゲン元素を含有させた酸素雰囲気中で行うことが好ましい。
【００７９】この第２の熱酸化膜の作用も第１の熱酸化膜の作用と基本的に同じである。ただし、金属元素のゲッタリングの作用より、結晶構造に与える作用の方が主なものとなる。
【００８０】
【実施例】
〔実施例１〕本実施例では、非晶質珪素膜に対して、珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入することにより、横成長と呼ばれる基板に平行な方向への結晶成長を行わす方法に関する。
【００８１】図１に本実施例の作製工程を示す。まず、石英基板２０１上に下地膜２０２として酸化珪素膜を３０００Åの厚さに成膜する。なお、石英基板の表面の平滑性が良く、また洗浄を十分にするのであれば、この下地膜２０２は特に必要ない。
【００８２】なお、基板としては石英基板を利用することが現状においては好ましい選択となるが、加熱処理温度に耐える基板であれば、石英に限定されるものではない。
【００８３】次に結晶性珪素膜の出発膜となる非晶質珪素膜２０３を減圧熱ＣＶＤ法でもって、５００Åの厚さに成膜する。
【００８４】次に図示しない酸化珪素膜を１５００Åの厚さに成膜し、それをパターニングすることにより、２０４で示されるマスクを形成する。このマスクは２０５で示される領域に開口が形成されている。この開口２０５が形成されている領域においては、非晶質珪素膜２０３が露呈する。
【００８５】開口２０５は、図面の奥行及び手前方向に長手方向を有する細長い長方形を有している。この開口２０３の幅は２０μｍ以上とするのが適当である。またその長手方向の長さは必要とする長さでもって形成すればよい。
【００８６】そして重量換算で１０ｐｐｍのニッケル元素を含んだ酢酸ニッケル溶液を塗布する。そして図示しないスピナーを用いてスピンドライを行い余分な溶液を除去する。ニッケル元素の導入量は、上記溶液中におけるニッケル元素の含有濃度で制御することができる。
【００８７】こうして、ニッケル元素が図１（Ａ）の点線２０６で示されるような状態で存在した状態が得られる。この状態では、ニッケル元素が開口２０５の底部において、非晶質珪素膜の一部に選択的に接して保持された状態が得られる。
【００８８】次に水素を３％含有した極力酸素を含まない窒素雰囲気中（また窒素雰囲気中）において、６００℃、８時間の加熱処理を行う。すると、図１（Ｂ）の２０７で示されるような基板２０１に平行な方向への結晶成長が進行する。この結晶成長の状態を上面からみた模式図を図９に示す。
【００８９】この結晶成長は、ニッケル元素が導入された開口２０５の領域から周囲に向かって進行する。この基板に平行な方向への結晶成長を横成長またはラテラル成長と称する。
【００９０】この結晶成長により得られる横成長した結晶性珪素膜の表面は、従来の低温ポリシリコンや高温ポリシリコンに比較して非常に平滑性の良いものが得られる。これは、結晶粒界の延在する方向が概略そろっていることに起因すると考えられる。
【００９１】一般の多結晶珪素やポリシリコンと呼ばれる珪素膜は、その表面の凹凸は±１００Å以上ある。しかし、本実施例で示すような横成長をさせた場合は、その表面の凹凸は±３０Å以下であることが観察されている。この凹凸は、ゲイト絶縁膜との間の界面特性を悪化させるものであり、極力小さいものであることが好ましい。
【００９２】上記の結晶化のために加熱処理条件においては、この横成長を１００μｍ以上にわたって行わすことができる。こうして横成長した領域を有する珪素膜２０８を得る。
【００９３】この結晶成長のための加熱処理は、４５０℃〜１１００℃（上限は基板の耐熱性で規制される）で行うことができる。ある程度の横成長距離を確保するのであれば、加熱処理の温度を６００℃以上とすることが好ましい。しかし、それ以上に温度を上げることによる結晶成長距離や結晶性の向上はそれ程大きくない。（従って、経済性や工程の簡略化を考慮した場合、６００℃〜６５０℃程度の加熱処理で十分である）
【００９４】そしてニッケル元素を選択的に導入するための酸化珪素膜でなるマスク２０４を除去する。
【００９５】この状態においては、ニッケル元素が膜中に偏在している。特に、開口２０５が形成されていた領域と、２０７で示される結晶成長の先端部分においては、ニッケル元素が比較的高濃度に存在している。
【００９６】従って、活性層の形成においては、それらの領域を避けることが重要となる。即ち、活性層中に上記ニッケル元素が偏在した領域が存在しないようにすることが重要である。
【００９７】結晶化の後にさらに、レーザー光の照射を行なってもよい。即ち、レーザー光の照射により、さらに結晶化を助長させてもよい。このレーザー光の照射は、膜中に存在するニッケル元素の固まりを分散させ、後にニッケル元素を除去し易くする効果を有している。なお、この段階でレーザー光の照射を行っても、さらに横成長が進行することはない。
【００９８】レーザー光としては、紫外領域の波長を有するエキシマレーザーを利用することができる。例えば、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。
【００９９】次にＨＣｌを３体積％含んだ酸素雰囲気中において、９５０℃の加熱処理を行い、熱酸化膜２０９を２００Åの厚さに成膜する。この熱酸化膜の形成に従い、珪素膜２０８の膜厚は１００Å程度その膜厚が減少する。即ち、珪素膜の膜厚は、４００Å程度となる。（図１（Ｃ））
【０１００】一般に、珪素膜の表面に形成される熱酸化膜は、表面に盛り上がる厚さと、内部に進行する酸化の距離とがほぼ同じものとなる。従って、例えば１００Åの珪素膜の表面に１００Åの熱酸化膜を形成すると、珪素膜の厚さは５０Å目減りし、５０Å厚の珪素膜とその表面に形成された１００Å厚の熱酸化膜という構成となる。
【０１０１】上記の工程においては、熱酸化膜の形成に従い、膜中の不安定な結合状態を有する珪素元素が熱酸化膜の形成に利用される。そして、膜中の欠陥が減少し、より高い結晶性を得ることができる。
【０１０２】また同時に熱酸化膜の形成および塩素の作用により膜中よりニッケル元素のゲッタリングが行われる。
【０１０３】当然、熱酸化膜中には、比較的高濃度にニッケル元素が取り込まれることになる。そして相対的に珪素膜２０８中のニッケル元素は減少する。こうして図１R>１（Ｃ）に示す状態を得る。
【０１０４】熱酸化膜２０９を形成したら、この熱酸化膜２０９を除去する。こうして、ニッケル元素の含有濃度を減少させた結晶性珪素膜２０８を得る。
【０１０５】こうして得られた結晶性珪素膜は、図６または図７に示すように一方向に結晶構造が延在した（この方向は結晶成長方向に一致する）構造を有している。即ち、細長い円柱状の結晶体が複数の一方向に延在した結晶粒界を介して、複数平行に並んでいるような構造を有している。
【０１０６】次にパターニングを行うことにより、横成長領域でなるパターン２１０を形成する。この島状の領域２１０が後にＴＦＴの活性層となる。
【０１０７】ここでは、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向と結晶成長方向とが一致または概略一致するようにパターンの位置取りを行う。こうすることで、キャリアの移動する方向と結晶格子が連続して延在する方向とを合わせることができ、結果として高い特性のＴＦＴを得ることができる。
【０１０８】そして、２１０でなるパターンを形成後に熱酸化膜２１１を３００Åの厚さに成膜する。この熱酸化膜は、ＨＣｌを３％含有した酸素雰囲気中において、９５０℃の加熱処理を行うことによって得る。
【０１０９】熱酸化膜２１１を成膜することにより、パターン（活性層となるパターン）２１０の膜厚は、２５０Åとなる。
【０１１０】この工程においても熱酸化膜２０９を成膜する場合と同様の効果を得ることができる。なお、この熱酸化膜２０９は、ＴＦＴのゲイト絶縁膜の一部となる。
【０１１１】本実施例においては、最終的に得られる結晶性珪素膜でなる活性層２１０の膜厚（２５０Å）は、第２の熱酸化膜２１１の膜厚（３００Å）よりも薄くなる。こうすることで、熱酸化膜の形成に従う図６や図７に示すような特異な結晶構造を得るために効果を得ることができる。
【０１１２】この後、熱酸化膜と共にゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素膜３０４を１０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法により成膜する。（図２（Ａ））
【０１１３】次にゲイト電極を形成するためのアルミニウム膜をスパッタ法で４０００Åの厚さに成膜する。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。
【０１１４】アルミニウム膜中にスカンジウムを含有させるのは、後の工程において、ヒロックやウィスカーが発生すること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、加熱の際のアルミニウムの異常成長に起因する針状あるいは刺状の突起部のことである。
【０１１５】アルミニウム膜を成膜したら、図示しない緻密な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電解溶液とし、アルミニウム膜を陽極、白金を陰極として行う。この工程においては、アルミニウム膜上に緻密な膜質を有する陽極酸化膜を１００Åの厚さに成膜する。
【０１１６】この図示しない陽極酸化膜は、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。
【０１１７】この陽極酸化膜の膜厚は、陽極酸化時の印加電圧によって制御することができる。
【０１１８】次にレジストマスク３０６を形成する。そしてこのレジストマスクを利用して、アルミニウム膜を３０５で示されるパターンにパターニングする。こうして図２（Ｂ）に示す状態を得る。
【０１１９】ここで再度の陽極酸化を行う。ここでは、３％のシュウ酸水溶液を電解溶液として用いる。この電解溶液中において、アルミニウムのパターン３０５を陽極とした陽極酸化を行うことにより、３０８で示される多孔質状の陽極酸化膜が形成される。
【０１２０】この工程においては、上部に密着性の高いレジストマスク３０６が存在する関係で、アルミニウムパターンの側面に選択的に陽極酸化膜３０８が形成される。
【０１２１】この陽極酸化膜は、その膜厚を数μｍまで成長させることができる。ここでは、その膜厚を６０００Åとする。なお、その成長距離は、陽極酸化時間によって制御することができる。
【０１２２】そしてレジストマスク３０６を除去する。次に再度の緻密な陽極酸化膜の形成を行う。即ち、前述した３％の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液とした陽極酸化を再び行う。
【０１２３】この工程においては、多孔質状の陽極酸化膜３０８中に電解溶液が進入する関係から、３０９で示されるように緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。
【０１２４】この緻密な陽極酸化膜３０９の膜厚は１０００Åとする。この膜厚の制御は印加電圧によって行う。
【０１２５】ここで、露呈した酸化珪素膜３０４をエッチングする。また同時に熱酸化膜３００をエッチングする。このエッチングはドライエッチングを利用する。そして酢酸と硝酸とリン酸とを混合した混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜３０８を除去する。こうして図２（Ｄ）に示す状態を得る。
【０１２６】図２（Ｄ）に示す状態を得たら、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もって行う。
【０１２７】この工程においては、ヘビードープがされる３１１と３１５の領域とライトドープがされる３１２と３１４の領域が形成される。これは、残存した酸化珪素膜３１０が半透過なマスクとして機能し、注入されたイオンの一部がそこで遮蔽されるからである。
【０１２８】そしてレーザー光（またはランプを用いた強光）の照射を行うことにより、不純物イオンが注入された領域の活性化を行う。こうして、ソース領域３１１、チャネル形成領域３１３、ドレイン領域３１５、低濃度不純物領域３１２と３１４が自己整合的に形成される。
【０１２９】ここで、３１４で示されるのが、ＬＤＤ（ライトドープドレイン）領域と称される領域である。（図２（Ｄ））
【０１３０】なお、緻密な陽極酸化膜３０９の膜厚を２０００Å以上というように厚くした場合、その膜厚でもってチャネル形成領域３１３の外側にオフセットゲイト領域を形成することができる。
【０１３１】本実施例においてもオフットゲイト領域は形成されているが、その寸法が小さいのでその存在による寄与が小さく、また図面が煩雑になるので図中には記載していない。
【０１３２】なお、緻密な膜質を有する陽極酸化膜を２０００Å以上というように厚く形成するのには、２００Ｖ以上の印加電圧が必要とされるので、再現性や安全性に関して、注意が必要である。
【０１３３】次に層間絶縁膜３１６として酸化珪素膜、または窒化珪素膜、またはその積層膜を形成する。層間絶縁膜としては、酸化珪素膜または窒化珪素膜上に樹脂材料でなる層を用いてもよい。
【０１３４】そしてコンタクトホールの形成を行い、ソース電極３１７とドレイン電極３１８の形成を行う。こうして図３（Ｅ）に示す薄膜トランジスタが完成する。
【０１３５】本実施例に示すＴＦＴは、その特性として従来には得られなかった極めて高いものを得ることができる。
【０１３６】例えば、ＮＴＦＴ（Ｎチャネル型のＴＦＴ）で、移動度が２００〜３００(cm2/Vs)、Ｓ値が７５〜９０(mV/dec)(VD ＝１Ｖ）という高性能なものが得られる。ＰＴＦＴ（Ｐチャネル型のＴＦＴ）で１２０〜１８０(cm2/Vs)、Ｓ値が７５〜１００(mV/dec)(VD ＝１Ｖ）という高性能なものを得ることができる。
【０１３７】特にＳ値は、従来の高温ポリシリコンＴＦＴ及び低温ポリシリコンＴＦＴの値に比較して、１／２以下という驚異的に良い値である。
【０１３８】〔実施例２〕本実施例は、実施例１に示す構成において、ゲイト絶縁膜の形成方法を工夫した例に関する。
【０１３９】図３に本実施例の作製工程を示す。まず図１R>１（Ａ）及び（Ｂ）に示す工程に従い横成長領域を有する結晶性珪素膜２０８を得る。なおここでは、出発膜の非晶質珪素膜を５００Åとする。
【０１４０】結晶性珪素膜を得たら、ＨＣｌを３％含有させた酸素雰囲気中において９５０℃の加熱処理を行うことにより、熱酸化膜２０９を２００Åの厚さに成膜する。（図３（Ａ））
【０１４１】次に熱酸化膜２０９を除去する。そして、パターニングを施すことにより、後に薄膜トランジスタの活性層となるパターン２１０を形成する。（図３（Ｂ））
【０１４２】次にプラズマＣＶＤ法により、ゲイト絶縁膜３０４を１０００Åの厚さに成膜する。（図３（Ｃ））
【０１４３】次にＨＣｌを３％含有させた酸素雰囲気中において９５０℃の加熱処理を行うことにより、熱酸化膜２１１を３００Åの厚さに成膜する。（図３（Ｄ））
【０１４４】この際、熱酸化膜は、ＣＶＤ酸化膜３０４の内側において成長し、図３（Ｄ）に示すような状態で成膜される。
【０１４５】本実施例に示す作製工程を採用した場合、ゲイト絶縁膜は熱酸化膜２１１とＣＶＤ酸化膜３０４との積層膜でもって構成されることになる。
【０１４６】本実施例に示す作製工程を採用した場合、ゲイト絶縁膜と活性層との界面における界面準位密度を低いものとすることができる。
【０１４７】〔実施例３〕本実施例は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置のアクティブマトリクス回路部分の作製工程を示す。
【０１４８】図４に本実施例の作製工程の概略を示す。まず、図１及び図２に示す工程に従って、図２（Ｄ）に示す状態を得る。（図４（Ａ）に示す状態）
【０１４９】次に第１の層間絶縁間膜として、窒化珪素膜４０１を２０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法で成膜する。さらにポリイミド樹脂膜４０２をスピンコート法で成膜する。こうして、図４（Ｂ）に示す状態を得る。なお、樹脂材料としては、ポリイミド以外にポリアミドやポリイミドアミドを利用することができる。
【０１５０】次にソース領域３１１とドレイン領域３１５に達するコンタクトホールの形成を行い、ソース電極４０３とドレイン電極４０３を形成する。これらの電極は、チタン膜とアルミニウム膜とチタン膜との積層膜でもって形成する。なお、ソース電極４０３は、ソース線から延在したものとして形成される。（図４（Ｃ））
【０１５１】ドレイン電極４０３は、その一部が補助容量を形成するための電極として利用される。
【０１５２】ソース及びドレイン電極を形成したら、第２の層間絶縁膜としてポリイミド樹脂膜４０４を成膜する。こうして図４（Ｃ）に示す状態を得る。
【０１５３】次に樹脂層間絶縁膜４０４に開口を形成し、さらにチタン膜とアルミニウム膜との積層膜でもってなるブラックマトリクス（ＢＭ）４０５を形成する。このブラックマトリクス４０５は、本来の遮光膜としての機能以外に補助容量を形成するための電極として機能する。
【０１５４】ブラックマトリクス４０５を形成したら、第３の層間絶縁膜として、ポリイミド樹脂膜４０６を成膜する。そして、ドレイン電極４０３へのコンタクトホールを形成し、ＩＴＯでなる画素電極４０７を形成する。
【０１５５】こうして、補助容量として機能するブラックマトリクス４０５のパターンと画素電極４０７のパターンとの間にポリイミド樹脂膜４０６が挟まれた構造が得られる。
【０１５６】〔実施例４〕本実施例は、実施例１に示す構成において、ゲイト電極またはゲイト電極から延在したゲイト配線に対するコンタクトの形成の採り方を工夫した例である。
【０１５７】実施例１（図２参照）または実施例３（（または実施例３）に示す構成においては、ゲイト電極の側面及び上面が緻密な膜質を有する陽極酸化膜によって被覆された状態となっている。
【０１５８】このような構造は、アルミニウムを材料とした電極を形成する場合には、ヒロックの抑制、配線間ショートの抑制という点において大きな効果を有している。
【０１５９】しかしながら、その強固な膜質故にコンタクトの形成が比較的困難であるという問題がある。
【０１６０】本実施例は、この問題を解決する構成に関する。図５に本実施例の作製工程を示す。他の実施例と同じ符号箇所の詳細な作製条件等は、他の実施例と同じである。
【０１６１】まず図５（Ａ）に示すように、結晶性珪素膜でなる活性層パターン２１０を得る。そして、熱酸化膜２１１とＣＶＤ酸化膜３０４とが積層された状態を得る。
【０１６２】ここでは、まずＣＶＤ酸化膜を成膜し、その後に熱酸化膜を成膜する工程を採用する。
【０１６３】図５（Ａ）に示す状態を得たら、アルミニウム膜を成膜し、さらに窒化珪素膜を５００Åの厚さに成膜する。そして、レジストマスク３０６を用いてパターニングを施し、３０５で示されるアルミニウムパターンとその上の窒化珪素膜５０１が形成された状態を得る。（図５（Ｂ））
【０１６４】図５（Ｂ）に示す状態を得たら、レジストマスク３０６を配置した状態で多孔質状の陽極酸化膜３０８を形成し、さらに緻密な膜質を有する陽極酸化膜３０９を形成する。
【０１６５】これらの陽極酸化膜は、ゲイト電極となるアルミニウムパターン３０７の側面のみにおいて選択的に形成される。これは、アルミニウムパターンの上面に窒化珪素膜５０１が存在しているからである。
【０１６６】陽極酸化膜の形成が終了したら、レジストマスク３０６を除去する。そしてさらに露呈した酸化珪素膜３０４を除去し、さらに熱酸化膜２１１の一部も除去する。
【０１６７】こうして図５（Ｃ）に示す状態を得る。図５R>５（Ｃ）に示す状態を得たら、レジストマスク３０６を除去し、さらに多孔質状の陽極酸化膜３０８を除去する。
【０１６８】そして、さらに窒化珪素膜５０１を除去する。こうして図５（Ｄ）に示す状態を得る。この状態で導電型を付与する不純物のドーピングをプラズマドーピング法でもって行う。
【０１６９】この結果、ソース領域３１１、低濃度不純物領域３１２と３１４、チャネル領域３１３、ドレイン領域３１５が自己整合的に形成される。
【０１７０】不純物のドーピング終了後、レーザー光の照射を行うことにより、ドーピング時に生じた損傷のアニールと、ドーピングされた不純物の活性化とを行う。
【０１７１】こうして図５（Ｄ）に示す状態を得る。次に層間絶縁膜５０２を形成する。そしてコンタクトホールの形成を行い、ソース電極３１７、ゲイト取り出し電極５０３、ドレイン電極３１８を形成し、図５（Ｅ）に示す状態を得る。
【０１７２】この工程において、ゲイト電極３０７へのコンタクトホールの形成が、ゲイト電極の上面に陽極酸化膜が存在しない関係で比較的容易に行うことができる。
【０１７３】なお図には、同じ断面上にソース／ドレイン電極とゲイト電極とが形成されているように記載されているが、実際には、ゲイト取り出し電極はゲイト電極３０７から延在した部分に形成される。
【０１７４】〔実施例５〕本実施例は、実施例１に示す構成において、基板としてガラス基板を利用した場合の例である。
【０１７５】本実施例では、基板として歪点が６６７℃のコーニング１７３７ガラス基板を利用する。そして結晶化のための加熱処理を６００℃、４時間の条件で行い。
【０１７６】熱酸化膜の形成のための加熱処理をＨＣｌを３体積％含有した酸素雰囲気中での６４０℃の条件で行う。この場合、形成される熱酸化膜の膜厚は処理時間２時間で３０Å程度となる。この場合は、実施例１に示すような９５０℃の加熱処理を加えた場合に比較してその効果は小さなものとなる。
【０１７７】〔実施例６〕本実施例は、実施例１に示す構成において、熱酸化膜の形成時における雰囲気中にＨＣｌを含有させない場合の例である。この場合、ＨＣｌを雰囲気中に含有させた場合に比較して、ニッケルのゲッタリング効果は小さなものとなる。
【０１７８】〔実施例７〕本実施例は、実施例１に示す構成において、熱酸化膜の形成後にレーザー光の照射をする場合の例である。このようにすると、さらに結晶化を助長することができる。
〔実施例８〕本実施例は、ＴＦＴを利用した半導体装置の例を示すものである。図８に各種半導体装置の例を示す。
【０１７９】図８（Ａ）に示すのは、携帯情報端末と呼ばれるもので、本体２００１に備えられたアクティブマトリクス型の液晶表示装置２００５に必要とする情報を内部の記憶装置から呼び出して表示したり、電話回線を利用してアクセスした情報を表示することができる。
【０１８０】表示装置の形態としては、アクティブマトリクス型のＥＬ表示装置を利用することも考えられる。表示装置を構成するアクティブマトリクス回路と同一の基板上には、各種情報処理回路や記憶回路が集積化回路２００６としてＴＦＴを利用して集積化されている。
【０１８１】また、本体２００１には、カメラ部２００２が備えられており、操作スイッチ２００４を操作することにより、必要とする画像情報を取り込むことができる。カメラ部２００２により取り込む画像は、受像部２００３から装置内に取り込まれる。
【０１８２】図８（Ｂ）に示すのは、ヘッドマウントディスプレイと呼ばれる表示装置である。この装置は、本体２１０１を頭部に装着し、２つのアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ２１０２によって、目の前数ｃｍの場所に画像を表示する機能を有している。この装置では、疑似体験的に画像を見ることができる。
【０１８３】図８（Ｃ）に示すのは、カーナビゲーションシステムであり。この装置は、アンテナ２２０４で受けた人工衛星からの信号を用いて、位置を計測する機能を有している。そして、アクティブマトリクス型の液晶表示装置２２０２に計測した位置が表示される。また表示する情報の選択は、操作スイッチ２２０３によって行われる。
【０１８４】なお、液晶表示装置の代わりにアクティブマトリクス型のＥＬ表示装置を利用することもできる。
【０１８５】図８（Ｄ）に示すのは、携帯電話の例である。この装置は、本体２３０１にアンテナ２３０６が備えられ、音声入力部２３０３と音声入力部２３０２とを備えている。
【０１８６】電話を掛ける場合は、操作スイッチ２３０５を操作することによって行う。また表示装置２３０４には、各種画像情報が表示される。表示装置の携帯としては、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表示装置が利用される。
【０１８７】図８（Ｅ）に示すのは、携帯型のビデオカメラである。この装置は、受像部２４０６から取り込んだ画像を本体２４０１内に収納した磁気テープに記憶する機能を備えている。
【０１８８】画像には、各種デジタル処理が集積化回路２４０７において施される。この集積化回路２４０７は、従来から利用されているＩＣチップを組み合わせたもので構成してもよいし、本明細書で開示するようなＴＦＴを用いて構成してもよい。またそれらの組み合わせでもって構成してもよい。
【０１８９】受像部２４０６で受像した画像や内部の磁気テープに記憶された画像は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置２４０２に表示される。装置の操作は、操作スイッチ２４０４によって行われる。また、装置の電力はバッテリー２４０５によって賄われる。
【０１９０】図８（Ｆ）に示すのは、投射型の表示装置である。この装置は、本体２５０１から投影される画像をスクリーン上に表示する機能を有している。
【０１９１】本体２５０１には、光源２５０２とこの光源からの光を光学変調し画像を形成するアクティブマトリクス型の液晶表示装置２５０３、画像を投影するための光学系２５０４が備えられている。
【０１９２】なお、液晶表示装置の形式としては、（Ｂ）に示す装置を除いて透過型または反射型の形式のどちらでも利用することができる。
【０１９３】
【発明の効果】本明細書で開示する発明を利用して得られたＰＴＦＴとＮＴＦＴとを組み合わせて、９段のリングオシレータを構成した場合、４００ＭＨｚ以上の発振を行わせることができた。
【０１９４】一般的にリングオシレータの発振周波数の１０％程度でもって実際の回路の設計を行うことを考慮すると、上記のＴＦＴでもって４０ＭＨｚ程度の周波数で動作する回路を構成できることになる。
【０１９５】このように本明細書に開示する発明を利用することにより、高速動作（一般数十ＭＨｚ以上の動作速度）が要求される回路を構成しうる薄膜トランジスタを得ることができる。
【０１９６】特にＳ値に関しては、１００(mV/dec)以下という単結晶シリコンウエハーを利用して作製したＭＯＳ型トランジスタに匹敵する特性を得ることができる。
【０１９７】本明細書で開示する発明を利用することにより、各種高速動作が要求される回路を同一基板上にＴＦＴでもって集積化した構成を提供することができる。またその作製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 薄膜トランジスタ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】 珪素薄膜を写した電子顕微鏡写真。
【図７】 珪素薄膜を写した電子顕微鏡写真。
【図８】 ＴＦＴを利用した各種半導体装置の概要を示した図。
【図９】 結晶成長の状態を示す模式図。
【符号の説明】
２０１ 石英基板
２０２ 下地膜（酸化珪素膜）
２０３ 非晶質珪素膜
２０４ 酸化珪素膜でなるマスク
２０５ マスクに形成された開口（ニッケル元素導入領域）
２０６ 基体に接して保持されたニッケル元素
２０７ 結晶成長方向
２０８ 結晶性珪素膜
２０９ 熱酸化膜
２１０ 活性層を構成する珪素膜のパターン
２１１ 熱酸化膜
３０４ ＣＶＤ法で成膜された酸化珪素膜（ＣＶＤ酸化膜）
３０５ アルミニウム膜でなるパターン
３０６ レジストマスク
３０７ ゲイト電極
３０８ 多孔質状の陽極酸化膜
３０９ 緻密な膜質を有する陽極酸化膜
３１０ 残存した酸化珪素膜
３１１ ソース領域
３１２ 低濃度不純物領域
３１３ チャネル領域
３１４ 低濃度不純物領域
３１５ ドレイン領域
３１６ 層間絶縁膜
３１７ ソース電極
３１８ ドレイン電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜は、所定の方向に連続性を有する結晶構造を有し、かつ前記所定の方向に延在した結晶粒界を有し、前記薄膜トランジスタにおいて、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向と前記所定の方向とは、所定の角度を有してなり、前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の厚い熱酸化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２】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜は、所定の方向に連続性を有する結晶構造を有し、かつ前記所定の方向に延在した結晶粒界を有し、前記薄膜トランジスタにおいて、チャネル領域におけるキャリアの移動する方向と前記所定の方向とは、所定の角度を有してなり、前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の厚い熱酸化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３】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜は、所定の方向に格子の連続性を有する結晶構造を有し、かつ前記所定の方向に直角または概略直角な方向には格子の連続性が損なわれた結晶構造を有し、前記薄膜トランジスタにおいて、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向と前記所定の方向とは、所定の角度を有してなり、前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の厚い熱酸化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４】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜は、所定の方向に格子の連続性を有する結晶構造を有し、かつ前記所定の方向に直角または概略直角な方向には格子の連続性が損なわれた結晶構造を有し、前記薄膜トランジスタにおいて、チャネル領域におけるキャリアの移動する方向と前記所定の方向とは、所定の角度を有してなり、前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の厚い熱酸化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５】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜は、結晶粒界の延在方向に異方性を有しており、前記薄膜トランジスタにおいて、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向と前記延在方向とは、所定の角度を有してなり、前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の厚い熱酸化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６】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜は、結晶粒界の延在方向に異方性を有しており、前記薄膜トランジスタにおいて、チャネル領域におけるキャリアの移動する方向と前記延在方向とは、所定の角度を有してなり、前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の厚い熱酸化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７】請求項１乃至請求項６において、所定の角度が０°または概略０°であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】請求項１乃至請求項６において、結晶性珪素膜中には、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８において、珪素の結晶化を助長する金属元素として、ニッケル（Ｎｉ）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９において、ニッケル元素は１×１０14原子個／ｃｍ3 〜５×１０18原の濃度で含まれていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】請求項９において、ニッケル元素は１×１０16原子個／ｃｍ3 〜５×１０17原子個／ｃｍ3 の濃度で含まれていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】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、Ａｕから選ばれた一種または複数種類のものが利用されることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】請求項８において、珪素の結晶化を助長する金属元素は結晶性珪素膜の表面および／または裏面に向かって含有濃度が高くなる濃度分布を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】請求項８において、結晶性珪素膜中にはハロゲン元素が含まれており、該ハロゲン元素は、結晶性珪素膜の表面および／または裏面に向かって含有濃度が高くなる濃度分布を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】請求項１乃至請求項６において、結晶性珪素膜の膜厚は１００Å〜７５０Åであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１６】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、前記非晶質珪素膜に一部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と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での加熱処理により第１の熱酸化膜を形成する工程と、前記第１の熱酸化膜を除去する工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での第２の熱酸化膜を形成する工程と、を有し、最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第２の熱酸化膜の膜厚より薄いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、前記非晶質珪素膜に一部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と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での８００℃〜１１００℃での加熱処理により第１の熱酸化膜を形成する工程と、前記第１の熱酸化膜を除去する工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での８００℃〜１１００℃での加熱処理により第２の熱酸化膜を形成する工程と、を有し、最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第２の熱酸化膜の膜厚より薄いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１８】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、前記非晶質珪素膜に一部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と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での加熱処理により第１の熱酸化膜を形成する工程と、前記第１の熱酸化膜を除去する工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での第２の熱酸化膜を形成する工程と、を有し、最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第１の熱酸化膜と前記第２の熱酸化膜の膜厚の合計より薄いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１９】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、前記非晶質珪素膜に一部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と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での８００℃〜１１００℃での加熱処理により第１の熱酸化膜を形成する工程と、前記第１の熱酸化膜を除去する工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での８００℃〜１１００℃での加熱処理により第２の熱酸化膜を形成する工程と、を有し、最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第１の熱酸化膜と前記第２の熱酸化膜の膜厚の合計より薄いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２０】請求項１６乃至請求項１９において、珪素の結晶化を助長する金属元素として、ニッケル（Ｎｉ）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２１】請求項１６乃至請求項１９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もの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１】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜は、所定の方向に連続性を有する結晶構造を有し、かつ前記所定の方向に延在した結晶粒界を有し、前記薄膜トランジスタにおいて、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向と前記所定の方向とは、所定の角度を有してなり、前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の厚い熱酸化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２】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜は、所定の方向に連続性を有する結晶構造を有し、かつ前記所定の方向に延在した結晶粒界を有し、前記薄膜トランジスタにおいて、チャネル領域におけるキャリアの移動する方向と前記所定の方向とは、所定の角度を有してなり、前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の厚い熱酸化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３】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜は、所定の方向に格子の連続性を有する結晶構造を有し、かつ前記所定の方向に直角または概略直角な方向には格子の連続性が損なわれた結晶構造を有し、前記薄膜トランジスタにおいて、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向と前記所定の方向とは、所定の角度を有してなり、前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の厚い熱酸化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４】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜は、所定の方向に格子の連続性を有する結晶構造を有し、かつ前記所定の方向に直角または概略直角な方向には格子の連続性が損なわれた結晶構造を有し、前記薄膜トランジスタにおいて、チャネル領域におけるキャリアの移動する方向と前記所定の方向とは、所定の角度を有してなり、前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の厚い熱酸化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５】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜は、結晶粒界の延在方向に異方性を有しており、前記薄膜トランジスタにおいて、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向と前記延在方向とは、所定の角度を有してなり、前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の厚い熱酸化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６】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜は、結晶粒界の延在方向に異方性を有しており、前記薄膜トランジスタにおいて、チャネル領域におけるキャリアの移動する方向と前記延在方向とは、所定の角度を有してなり、前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の厚い熱酸化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７】請求項１乃至請求項６において、所定の角度が０°または概略０°であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】請求項１乃至請求項６において、結晶性珪素膜中には、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８において、珪素の結晶化を助長する金属元素として、ニッケル（Ｎｉ）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９において、ニッケル元素は１×１０14原子個／ｃｍ3 〜５×１０18原の濃度で含まれていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】請求項９において、ニッケル元素は１×１０16原子個／ｃｍ3 〜５×１０17原子個／ｃｍ3 の濃度で含まれていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】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、Ａｕから選ばれた一種または複数種類のものが利用されることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】請求項８において、珪素の結晶化を助長する金属元素は結晶性珪素膜の表面および／または裏面に向かって含有濃度が高くなる濃度分布を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】請求項８において、結晶性珪素膜中にはハロゲン元素が含まれており、該ハロゲン元素は、結晶性珪素膜の表面および／または裏面に向かって含有濃度が高くなる濃度分布を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】請求項１乃至請求項６において、結晶性珪素膜の膜厚は１００Å〜７５０Åであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１６】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、前記非晶質珪素膜に一部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と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での加熱処理により第１の熱酸化膜を形成する工程と、前記第１の熱酸化膜を除去する工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での第２の熱酸化膜を形成する工程と、を有し、最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第２の熱酸化膜の膜厚より薄いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、前記非晶質珪素膜に一部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と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での８００℃〜１１００℃での加熱処理により第１の熱酸化膜を形成する工程と、前記第１の熱酸化膜を除去する工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での８００℃〜１１００℃での加熱処理により第２の熱酸化膜を形成する工程と、を有し、最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第２の熱酸化膜の膜厚より薄いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１８】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、前記非晶質珪素膜に一部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と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での加熱処理により第１の熱酸化膜を形成する工程と、前記第１の熱酸化膜を除去する工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での第２の熱酸化膜を形成する工程と、を有し、最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第１の熱酸化膜と前記第２の熱酸化膜の膜厚の合計より薄いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１９】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、前記非晶質珪素膜に一部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と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での８００℃〜１１００℃での加熱処理により第１の熱酸化膜を形成する工程と、前記第１の熱酸化膜を除去する工程と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での８００℃〜１１００℃での加熱処理により第２の熱酸化膜を形成する工程と、を有し、最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第１の熱酸化膜と前記第２の熱酸化膜の膜厚の合計より薄いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２０】請求項１６乃至請求項１９において、珪素の結晶化を助長する金属元素として、ニッケル（Ｎｉ）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２１】請求項１６乃至請求項１９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ものを利用することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開平９−３１２２５９
【公開日】平成９年（１９９７）１２月２日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平８−３２７９７８
【出願日】平成８年（１９９６）１１月２２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）１２月２日
【国際特許分類】
【出願日】平成８年（１９９６）１１月２２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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