半導体装置の作製方法
【課題】 珪素の結晶化を助長する触媒を効率的の除去または低減するための技術を提供する。
【解決手段】 珪素を含む非晶質膜１０３の上に開口部１０５を有した絶縁膜１０４を形成する。この開口部１０５から触媒元素が導入されて非晶質膜１０３の結晶化が行われる。結晶化後、再び絶縁膜１０４をマスクとして１５族から選ばれた元素を導入し、リン添加領域１１０を形成する。ここが触媒元素のゲッタリングサイトとなるため、触媒元素が除去または低減された横成長領域１１１が得られる。
【解決手段】 珪素を含む非晶質膜１０３の上に開口部１０５を有した絶縁膜１０４を形成する。この開口部１０５から触媒元素が導入されて非晶質膜１０３の結晶化が行われる。結晶化後、再び絶縁膜１０４をマスクとして１５族から選ばれた元素を導入し、リン添加領域１１０を形成する。ここが触媒元素のゲッタリングサイトとなるため、触媒元素が除去または低減された横成長領域１１１が得られる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は半導体薄膜を利用した半導体装置の作製方法に関する技術であり、特に珪素を含む結晶性膜を利用した薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）の作製方法に関する。
【０００２】なお、本明細書において、半導体装置とは半導体を利用して機能する装置全般を指すものであり、ＴＦＴの如き単体素子のみならず、電気光学装置やそれを搭載した電子デバイス等も半導体装置の範疇に含まれる。
【０００３】
【従来の技術】近年、ガラス基板等に上にＴＦＴを形成して半導体回路を構成する技術が急速に進んでいる。その様な半導体回路としてはアクティブマトリクス型液晶表示装置の様な電気光学装置が代表的である。
【０００４】アクティブマトリクス型液晶表示装置は、同一基板上に画素マトリクス回路とドライバー回路とを設けたモノシリック型表示装置である。また、さらにメモリ回路やクロック発生回路等のロジック回路を内蔵したシステムオンパネルの開発も進められている。
【０００５】この様なドライバー回路やロジック回路は高速動作を行う必要があるので、活性層として非晶質珪素膜（アモルファスシリコン膜）を用いることは不適当である。そのため、現状では結晶性珪素膜（ポリシリコン膜）を活性層としたＴＦＴが主流になりつつある。
【０００６】本発明者らは、ガラス基板上に結晶性珪素膜を得るための技術として特開平８−７８３２９号公報記載の技術を開示している。同公報記載の技術は、非晶質珪素膜に対して結晶化を助長する触媒元素を選択的に添加し、加熱処理を行うことで添加領域を起点として広がる結晶性珪素膜を形成するものである。
【０００７】この技術は触媒元素の作用により非晶質珪素膜の結晶化温度を50〜100 ℃も引き下げることが可能であり、結晶化に要する時間も 1/5〜1/10にまで低減することができる。また、珪素膜の結晶化は基板面とほぼ平行に横方向へと進行するため、本発明者らはこの結晶化領域を横成長領域と呼んでいる。
【０００８】横成長領域は直接的には触媒元素を添加していないので、直接的に添加した場合と比べて膜中に残留する触媒元素が少ないという特徴がある。例えば、直接的に添加した場合には1019オーダーで触媒元素が含有されるが、横成長領域の場合には1018オーダーと１桁少ない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで上記触媒元素としてはニッケル、コバルト、スズなどの金属元素が用いられる。この様な金属元素は珪素膜中に深い準位を形成してキャリアを捕獲するため、ＴＦＴの電気特性や信頼性に悪影響を及ぼすことが懸念される。この問題は上述の横成長領域でも例外ではない。
【００１０】従って、結晶化後は触媒元素を速やかに除去するか、または電気特性に影響しない程度にまで低減することが望ましい。しかしながら、従来のハロゲン元素による金属元素のゲッタリング効果を利用した方法は、８００℃以上の高温処理が必要となるため、触媒元素を用いた低温プロセスの特徴を効果的に生かすことができない。
【００１１】本発明は上記問題点を鑑みて成されたものであり、低温プロセスの特徴を生かしたまま結晶性珪素膜中から触媒元素を除去または低減するための技術を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明の構成は、珪素を含む非晶質膜上に絶縁膜を選択的に形成する工程と、前記絶縁膜をマスクとして前記非晶質膜に対して珪素の結晶化を助長する触媒元素を選択的に保持または添加する工程と、加熱処理を行い、前記非晶質膜の少なくとも一部を結晶性膜に変成させる工程と、前記絶縁膜をそのままマスクとして前記結晶性膜中に１５族から選ばれた元素を選択的に保持または添加する工程と、加熱処理を行い、前記１５族から選ばれた元素を保持または添加した領域に、該領域と隣接する領域から前記触媒元素をゲッタリングさせる工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。
【００１３】また、他の発明の構成は、珪素を含む非晶質膜上に絶縁膜を選択的に形成する工程と、前記絶縁膜をマスクとして前記非晶質膜に対して珪素の結晶化を助長する触媒元素を選択的に保持または添加する工程と、加熱処理を行い、前記非晶質膜の少なくとも一部を結晶性膜に変成させる工程と、前記絶縁膜をそのままマスクとして前記結晶性膜中に１５族から選ばれた元素を選択的に保持または添加する工程と、加熱処理を行い、前記１５族から選ばれた元素を保持または添加した領域に、該領域と隣接する領域から前記触媒元素をゲッタリングさせる工程と、を少なくとも含み、前記触媒元素を保持または添加する領域と前記１５族から選ばれた元素を保持または添加する領域とは同一の領域であることを特徴とする。
【００１４】本発明の基本的な目的は、珪素を含む非晶質膜の結晶化に使用した触媒元素を結晶性膜中から除去することであり、そのための手段として１５族から選ばれた元素によるゲッタリング効果を利用する。
【００１５】上記触媒元素としてはＮｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｆｅ（鉄）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）が代表的である。本発明者らの実験では、ニッケルが最も適した元素であることが判明している。
【００１６】また、上記触媒元素をゲッタリングする１５族元素としては、Ｎ（窒素）、Ｐ（リン）、Ａｓ（砒素）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｂｉ（ビスマス）が挙げられるが、特に顕著な作用効果を示すのはリンである。
【００１７】典型的な例としては、触媒元素としてニッケル、ゲッタリング元素（１５族元素）としてリンを使用した場合、６００℃前後の加熱処理によってリンとニッケルが安定な結合状態を示す。この時、Ｎｉ3 Ｐ、Ｎｉ5 Ｐ2 、Ｎｉ2 Ｐ、Ｎｉ3Ｐ2 、Ｎｉ2 Ｐ3 、ＮｉＰ2 、ＮｉＰ3 という結合状態をとりうる。
【００１８】以上の様に、珪素を含む非晶質膜の結晶化を助長する触媒元素としてニッケルを使用した場合、１５族元素であるリンの作用によってニッケルをゲッタリングすることが可能である。この効果を利用することで結晶性膜中から触媒元素を除去または低減することができる。
【００１９】また、本発明において最も特徴的な構成は、■ 非晶質膜に対して選択的に絶縁膜（マスク）を設けて触媒元素を保持または添加することで横成長領域と呼ばれる結晶性膜を形成する。
■ 上記マスクをそのまま活用して１５族元素を保持または添加し、横成長領域に残留する触媒元素をゲッタリングする。
という２点である。
【００２０】即ち、非晶質膜の結晶化に際して特開平８−７８３２９号公報記載の技術を利用し、結晶化後の結晶性膜上に残存する絶縁膜を、１５族元素を選択的に保持または添加するためのマスクとして再利用する。
【００２１】従って、触媒元素を保持または添加する領域と１５族から選ばれた元素を保持または添加する領域とは同一の領域となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】絶縁表面を有する基板上に珪素を含む非晶質膜（例えば非晶質珪素膜）１０３を形成し、その上に絶縁膜１０４を設ける。この絶縁膜１０４は、後の触媒元素（例えばニッケル）を選択的に添加または保持する工程においてマスクとして利用するため、所定の位置に複数の開口部１０５を有している。
【００２３】次に、触媒元素含有層１０６を形成し、結晶化のための加熱処理を行うことで結晶性膜でなる横成長領域１０８を得る。この時、触媒元素の添加領域１０７も結晶性膜となる。
【００２４】結晶化が終了したら、触媒元素の添加工程に利用したマスク絶縁膜１０４をそのままマスクとして再利用して１５族から選ばれた元素の添加工程を行う。従って、触媒元素の添加領域１０７と１５族から選ばれた元素の添加領域とは同一の領域となる。
【００２５】そして、加熱処理を行うことで横成長領域１０８に残留した触媒元素を移動させ、１５族から選ばれた元素を添加した領域１０７にゲッタリングさせる。こうして、横成長領域１０８に残留する触媒元素が除去または低減される。
【００２６】
【実施例】
〔実施例１〕本発明を利用して結晶性膜でなる活性層を形成するまでの作製工程例についての図１を用いて説明する。なお、触媒元素としてはニッケル、ゲッタリングのための元素としてはリンを例とする。
【００２７】まず、ガラス基板１０１を用意し、その上に酸化珪素膜でなる下地膜１０２を200 nmの厚さに形成する。なお、ガラス基板の代わりに石英基板、シリコン基板、セラミックス基板等を用いても良い。
【００２８】次に、非晶質珪素膜１０３をプラズマＣＶＤ法または減圧ＣＶＤ法を用いて10〜75nm（好ましくは15〜45nm）の厚さに形成する。なお、非晶質珪素膜以外にも珪素を含む非晶質半導体膜、例えばＳｉX Ｇｅ1-X （０＜Ｘ＜１）を用いることもできる。
【００２９】次に、非晶質珪素膜１０３の結晶化工程を行う。詳細な条件は特開平８−７８３２９号公報に記載してある。
【００３０】まず、非晶質珪素膜１０３上に酸化珪素膜でなるマスク絶縁膜１０４を50〜150 nmの厚さに成膜する。そして、マスク絶縁膜１０４をパターニングして後にニッケルを添加する領域に開口部１０５を設ける。（図１（Ａ））
【００３１】次に、酸素雰囲気中でＵＶ光を照射することにより極薄い酸化珪素膜（図示せず）を開口部１０５の底部に露出した非晶質膜表面に形成する。この工程は次に溶液を塗布する際に濡れ性を改善する効果がある。そして、重量換算で100ppmのニッケルを含有した酢酸ニッケル塩溶液を滴下し、スピンコート法により薄いニッケル含有層１０６を形成する。（図１（Ｂ））
【００３２】図１（Ｂ）に示す状態が得られたら、窒素、酸素、または水素雰囲気中で500〜700 ℃（代表的には550 〜650 ℃）の温度で 4〜8hr の加熱処理を行い、非晶質珪素膜１０３の結晶化を行う。（図１（Ｃ））
【００３３】この時、結晶化後の珪素膜は、■ニッケルの添加領域１０７（結晶性膜）、■横成長領域１０８（結晶性膜）、■横成長が及ばなかった領域１０９（非晶質膜）の三つの領域に分類される。本発明が活性層として利用するのは■の横成長領域である。
【００３４】こうして結晶性珪素膜でなる横成長領域１０８が得られる。結晶化直後の横成長領域には約 5×1018atoms/cm3 の濃度でニッケルが残留していることがＳＩＭＳ（質量二次分析）で確認されている。なお、ここでいうニッケル濃度はＳＩＭＳ分析による測定値の最小値で定義される。
【００３５】次に、ニッケル添加工程で利用したマスク絶縁膜１０４をそのまま再利用してゲッタリング工程のためのＰイオンを添加する。Ｐイオンの添加はイオンプランテーション法またはプラズマドーピング法によれば良い。
【００３６】前者はＰイオンのみを質量分離して添加するのに対し、後者は質量分離を行わずにＰイオンを含む化合物イオンも添加する点で異なる。なお、本実施例ではコストパフォーマンスの有利なプラズマドーピング法を用いる。本実施例ではプラズマドーピング用のガスしてはＰＨ3 （フォスフィン）を利用しているので、ゲッタリング効果を阻害する様な元素は混入しない。
【００３７】本実施例のドーピング工程は加速電圧を 5〜25ｋＶとし、ドーズ量を 1×1013〜 8×1015atoms/cm2 とすれば良い。この様な設定とすることで、Ｐイオンの添加領域（以下、リン添加領域と呼ぶ）１１０には 5×1019〜 2×1021atoms/cm3の濃度でＰイオンが添加される。（図１（Ｄ））
【００３８】本実施例の構成では、リン添加領域とニッケル添加領域とが同一の領域となる。即ち、上述の濃度を設定したのは、Ｐイオン濃度をリン添加領域１１０に含まれるニッケル濃度（ 1×1019〜 5×1019atoms/cm3 程度）よりも１桁程度高く設定することが望まれるからである。
【００３９】Ｐイオンの添加工程が終了したら、窒素雰囲気中で 500〜700 ℃（代表的には600 ℃）、 2〜4hr の加熱処理を行い、横成長領域１０８に残留していたニッケルをリン添加領域１１０の方へと移動させる。こうしてＰイオンによりニッケル濃度が低減された横成長領域１１１が得られる。（図１（Ｅ））
【００４０】以上の様にして、横成長領域１０８に残留していたニッケルはリン添加領域（ニッケル添加領域とも言える）１１０にゲッタリングされ、横成長領域１０８から除去または低減される。本発明者らのＳＩＭＳ分析によれば、横成長領域１１１に含まれるニッケル濃度は 1×1018atoms/cm3 以下（好ましくは 5×1017atoms/cm3 以下）にまで低減されていることが確認されている。
【００４１】ここで図２に示すデータはＳＩＭＳ分析によるニッケルの深さ方向の濃度プロファイルの代表的な例である。横軸は深さを表し、縦軸はニッケル濃度を表している。なお、サンプルとした結晶性珪素膜は50nmの厚さである。
【００４２】図２においてＡで示されるデータはＰイオンを添加した領域を測定した結果であり、図１（Ｅ）の１０７で示される領域に相当する。この領域はゲッタリングサイトとして機能するため 5×1018atoms/cm3 以上の濃度でニッケルが検出される。
【００４３】また、Ｂで示されるデータは横成長領域を測定した結果であり、図１（Ｅ）の１０８で示される領域に相当する。この横成長領域には予備実験の段階では 5×1018atoms/cm3 の濃度でニッケルが残留していたが、ゲッタリング工程によって5×1017atoms/cm3 以下にまで低減されていることが判る。
【００４４】なお、深さ 0.0〜0.02μｍまでは時折フラットになるが、これは今回の測定における検出下限界を意味しており、実際には 1×1017atoms/cm3 以下にまで低減されていると予想される。
【００４５】以上の様なゲッタリング工程を終了したら、マスク絶縁膜１０４を除去し、結晶性膜と非晶質膜とが混在する珪素膜をパターニングする。この時、リン添加領域４１２は完全に除去することが望ましいが、少なくともチャネル形成領域となる部分は横成長領域１１１で構成する。
【００４６】なお、後にソース／ドレイン領域となる部分は、ニッケル濃度を上回る濃度でＰイオンを添加することで十分に機能させることができる。従って、場合によってはリン添加領域４１２がソース／ドレイン領域に含まれても構わない。
【００４７】以上の様にして横成長領域１１１のみで構成される活性層（島状の半導体層）１１２が完成する。本実施例に示す構成とすることで、結晶化を助長するニッケルを大幅に低減した結晶性珪素膜を得ることができる。（図１（Ｆ））
【００４８】また、ニッケルを添加する際に利用したマスク絶縁膜をＰイオンを添加する際に再利用するので、新たにＰイオン添加工程のためのマスクを設ける必要がない。従って、製造プロセスが簡略化され、製造歩留り、スループットが向上して経済的な優れた効果が得られる。
【００４９】〔実施例２〕本実施例では実施例１においてゲッタリングのための加熱処理を行う前にレーザーアニールを行う構成について説明する。
【００５０】レーザーアニールは瞬間的に珪素を溶融できる程度にまで温度を高めることができる。特に、パルスレーザーの場合、珪素膜は１μｓ以下の短い時間に急激な相変化を起こすので、熱力学的に不安定な状態となる。この状態ではニッケルが移動しやすく、ゲッタリングを容易に行うことが可能となる。
【００５１】これを利用して、レーザー光を照射した後でファーネスアニールを行う構成とすると効果的にニッケルをゲッタリングできるので有効である。ただし、マスクとなる絶縁膜を介してアニールするため、最適な処理条件（レーザー光の波長、エネルギー強度等）を実験的に決定しておく必要がある。
【００５２】レーザー光としてはＫｒＦ、ＡｒＦ、ＸｅＣｌ等を励起ガスとするエキシマレーザー、ＣＯ2 レーザーおよびＹＡＧレーザー等を利用することができる。
【００５３】〔実施例３〕実施例１ではゲッタリングのための加熱処理としてファーネスアニールを行う例を示したが、本実施例ではランプアニールを利用する例を示す。
【００５４】ランプアニールによる加熱処理としてはＲＴＡ（ラピッド・サーマル・アニール）が知られている。これはハロゲンランプ等を用いた赤外光を試料に対して照射し、薄膜を加熱する技術である。
【００５５】実施例１における加熱処理にＲＴＡを利用すると、 700〜1100℃という高温アニール処理を数秒から数分と短い時間で処理することができる。従って、ファーネスアニールよりも高温処理ができるので触媒元素のゲッタリング効果が向上する。また、処理時間もはるかに短いのでスループットも大幅に向上する。
【００５６】さらに、 700〜1100℃という高い温度による加熱処理によって結晶性珪素膜の結晶粒界付近に存在する珪素原子の再配列がなされ、結晶粒界の不活性化が促進する。即ち、不対結合手の如き結晶欠陥が大幅に減少してキャリアが捕獲される可能性が低くなり、全体的な結晶性が著しく改善される。
【００５７】〔実施例４〕実施例１ではＰイオンを添加するための手段としてイオンプランテーション法またはプラズマドーピング法を用いる例を示したが、本実施例では気相法を利用する場合の例について説明する。
【００５８】本実施例では、図１（Ｄ）に示す状態において基板をＰＨ3 ガス中に曝し、ＣＶＤ法によりＰイオンを含む薄膜を堆積する。この時、ゲッタリングサイトとなる領域（図１（Ｄ）の１０７で示される領域）の表面のみに上記薄膜が保持された状態となる。そして、この状態で加熱処理を行うことでＰイオンによるニッケルのゲッタリングを行うことができる。
【００５９】〔実施例５〕実施例４は気相法を用いる例を示したが、本実施例では液相法を用いる場合の例について説明する。
【００６０】本実施例では、図１（Ｄ）に示す状態においてＰＳＧ（リンシリケイトガラス）を成膜する。成膜方法は溶液塗布によるスピンコート法を用いる。この場合も実施例３と同様にゲッタリングサイトとなる領域（図１（Ｄ）の１０７で示される領域）の表面のみに上記薄膜が保持された状態となる。そして、この状態で加熱処理を行うことでＰＳＧ中に含まれたＰイオンによりニッケルがゲッタリングされる。
【００６１】〔実施例６〕本実施例ではＮチャネル型ＴＦＴとＰチャネル型ＴＦＴとを相補的に組み合わせたＣＭＯＳ回路を作製する工程例について説明する。
【００６２】図３（Ａ）において、３０１はガラス基板、３０２は下地膜、３０３はＮチャネル型ＴＦＴの活性層、３０４はＰチャネル型ＴＦＴの活性層である。活性層３０３、３０４は実施例１で説明した作製工程に従って作製する。
【００６３】次に、プラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法により酸化珪素膜を150 nmの厚さに成膜し、ゲイト絶縁膜３０５を形成する。（図３（Ａ））
【００６４】次に、アルミニウムを主成分とする金属膜を成膜し（図示せず）、パターニングによって後のゲイト電極の原型を形成する。次いで、本発明者らによる特開平7-135318号公報記載の技術を利用する。同公報記載の技術を利用することで多孔質状の陽極酸化膜３０６、３０７、緻密な陽極酸化膜３０８、３０９、ゲイト電極３１０、３１１が形成される。
【００６５】次に、ゲイト電極３１０、３１１、多孔質状の陽極酸化膜３０６、３０７をマスクとしてゲイト絶縁膜３０５をエッチングし、ゲイト絶縁膜３１２、３１３を形成する。そしてその後、多孔質状の陽極酸化膜３０６、３０７を除去する。こうしてゲイト絶縁膜３１２、３１３の端部が露出した状態となる。（図３（Ｂ））
【００６６】次に、Ｎ型を付与する不純物イオンをイオンプランテーション法またはプラズマドーピング法を用いて２回に分けて添加する。本実施例では、まず１回目の不純物添加を高加速電圧で行い、ｎ- 領域を形成する。
【００６７】この時、加速電圧が高いので不純物イオンは露出した活性層表面だけでなく露出したゲイト絶縁膜の端部の下にも添加される。このｎ- 領域は後のＬＤＤ領域（不純物濃度は 1×1018〜 1×1019atoms/cm3 程度）となる様にドーズ量を設定する。
【００６８】さらに、２回目の不純物添加を低加速電圧で行い、ｎ+ 領域を形成する。この時は加速電圧が低いのでゲイト絶縁膜がマスクとして機能する。また、このｎ+領域は後のソース／ドレイン領域となるのでシート抵抗が 500Ω以下（好ましくは 300Ω以下）となる様に調節する。
【００６９】以上の工程を経て、Ｎチャネル型ＴＦＴのソース領域３１４、ドレイン領域３１５、低濃度不純物領域３１６、チャネル形成領域３１７が形成される。なお、この状態ではＰチャネル型ＴＦＴの活性層もＮチャネル型ＴＦＴの活性層と同じ状態となっている。（図３（Ｃ））
【００７０】次に、Ｎチャネル型ＴＦＴを覆ってレジストマスク３１８を設け、Ｐ型を付与する不純物イオンの添加を行う。この工程も前述の不純物添加工程と同様に２回に分けて行う。ただし、この場合にはＮ型をＰ型に反転される必要があるので前述のＮチャネル型ＴＦＴの工程よりも２〜３倍程度の不純物イオンを添加しなくてはならない。
【００７１】この様にして、Ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域３１９、ドレイン領域３２０、低濃度不純物領域３２１、チャネル形成領域３２２が形成される。（図３（Ｄ））
【００７２】以上の様にして活性層が完成したら、ファーネスアニール、レーザーアニールまたはランプアニールにより不純物イオンの活性化およびイオン添加時の損傷の回復を図る。
【００７３】次に、層間絶縁膜３２３を 500nmの厚さに形成する。層間絶縁膜３２３としては酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、有機性樹脂膜のいずれか或いはそれらの積層膜を用いることができる。
【００７４】そして、コンタクトホールを形成してソース配線３２４、３２５、ドレイン配線３２６を形成して図３（Ｅ）に示す状態を得る。最後に、水素雰囲気中で熱処理を行い全体を水素化してＣＭＯＳ回路が完成する。
【００７５】本実施例で示すＣＭＯＳ回路はインバータ回路とも呼ばれ、半導体回路を構成する基本回路である。この様なインバータ回路を組み合わせたりすることでＮＡＮＤ回路、ＮＯＲ回路の様な基本論理回路を構成したり、さらに複雑なロジック回路をも構成することができる。
【００７６】また、以上の様にして形成したＴＦＴはチャネル形成領域３１７、３２２やその両端の接合部にニッケル等の触媒元素を殆ど含まないため、その様な触媒元素が電気特性に悪影響を与えることがない。従って、信頼性の高いＴＦＴ、ＣＭＯＳ回路、さらには半導体回路を構成することが可能である。
【００７７】〔実施例７〕本実施例では本発明をボトムゲイト型ＴＦＴの応用する一例として、逆スタガ型ＴＦＴに適用する場合の例について説明する。
【００７８】図４（Ａ）において、４０１はガラス基板、４０２は下地膜、４０３は導電性材料でなるゲイト電極、４０４はゲイト絶縁膜、４０５は非晶質珪素膜、４０６は後の触媒元素の添加工程でマスクとなる絶縁膜である。また、マスク絶縁膜４０６には開口部４０７が設けられている。
【００７９】なお、後の結晶化工程やゲッタリング工程をファーネスアニールで行う場合には 500〜700 ℃の加熱処理が行われるので、その温度に耐えうる材料をゲイト電極４０３として使用する必要がある。勿論、レーザーアニールやランプアニールを用いるのであれば使用可能な材料の選択幅は広がる。
【００８０】そして、実施例１と同様のスピンコート法により触媒元素（本実施例もニッケルを例にとる）を含有した層４０８を形成する。（図４（Ａ））
【００８１】次に、結晶化のための加熱処理を行い、結晶性珪素膜でなる横成長領域４０９を形成する。なお、４１０は結晶性珪素膜でなるニッケル添加領域、４１１は結晶化に至らなかった非晶質領域である。（図４（Ｂ））
【００８２】次に、ニッケルをゲッタリングするための元素（本実施例もリンを例にとる）を添加する。この時、ニッケル添加領域４１０のみにＰイオンが添加されて、リン添加領域４１２が形成される。（図４（Ｃ））
【００８３】次に、ゲッタリングのための加熱処理を行い、リン添加領域４１２に向かってニッケルを移動させてゲッタリングする。こうして、ニッケルが 5×1017atoms/cm3 以下にまで除去または低減された横成長領域４１３が形成される。（図４（Ｄ））
【００８４】次に、マスクとなった絶縁膜４０６を除去し、横成長領域４１３をパターニングして活性層４１４を形成する。そして、活性層４１４上に窒化珪素膜をパターニングして形成されるチャネルストッパー４１５を設ける。（図４（Ｅ））
【００８５】図４（Ｅ）の状態が得られたら、Ｎ型を呈する結晶性珪素膜を形成してパターニングを施し、ソース領域４１６およびドレイン領域４１７とを形成する。さらに、ソース配線４１８、ドレイン配線４１９を形成する。そして、最後に全体の水素化を行って図４（Ｆ）に示す逆スタガ型ＴＦＴが完成する。
【００８６】この様に、絶縁ゲイト型の半導体装置であれば、その構造に拘わらず本発明を適用することが可能である。
【００８７】〔実施例８〕本実施例では本発明を適用したＴＦＴを用いて電気光学装置を構成する場合の例を示す。なお、本実施例ではアクティブマトリクス型液晶表示装置に適用する例を示すが、他にもアクティブマトリクス型のＥＬ表示装置、ＥＣ表示装置等に用いることもできる。
【００８８】、図５に示すのはアクティブマトリクス型液晶表示装置の断面を簡略化した図であり、ドライバー回路やロジック回路を構成する領域にはＣＭＯＳ回路を、画素マトリクス回路を構成する領域には画素ＴＦＴを示している。
【００８９】なお、実施例６でＣＭＯＳ回路の構造（ＴＦＴ構造）に関する説明を既に行ったので、本実施例では必要な箇所のみを説明することにする。
【００９０】まず、実施例６に示したＣＭＯＳ回路の作製工程に従って、図５の左側のＣＭＯＳ回路を完成する。この時、画素ＴＦＴの構造はＣＭＯＳ回路を構成するＴＦＴと基本的には同一構造である。勿論、画素ＴＦＴのみマルチゲイト構造にしたり、ＬＤＤ領域の長さを変えたりすることもできるが、その場合は実施者が必要に応じて変更すれば良い。
【００９１】ＣＭＯＳ回路の上には有機性樹脂膜でなる層間絶縁膜５０１が設けられ、その上にはブラックマスク５０２が配置される。なお、本実施例ではブラックマスク５０２を画素マトリクス回路の上方のみに設けているが、ＣＭＯＳ回路の上方に設ける構成としても良い。
【００９２】ブラックマスク５０２上には再び層間絶縁膜５０３が設けられ、コンタクトホールを設けて画素電極５０４が配置される。画素電極５０４は反射型表示装置の場合にはアルミニウム膜の如き反射膜を、透過型表示装置の場合にはＩＴＯの如き透明導電膜を用いれば良い。そして、最上層に配向膜５０５を設けてアクティブマトリクス基板を構成する。アクティブマトリクス基板とはＴＦＴが配置された側の基板を指す。
【００９３】また、５０６は対向基板、５０７は透明導電膜でなる対向電極、５０８は対向側の配向膜である。この様な構成の対向基板と上述のアクティブマトリクス基板との間に液晶層５０９を挟持して図５に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が構成される。
【００９４】また、アクティブマトリクス型液晶表示装置の外観を図６に簡略化して示す。図６において、６０１はガラス基板、６０２は下地膜、６０３は画素マトリクス回路、６０４はソースドレイバー回路、６０５はゲイトドライバー回路、６０６はロジック回路である。
【００９５】ロジック回路６０６は広義的にはＴＦＴで構成される論理回路全てを含むが、ここでは従来から画素マトリクス回路、ドライバー回路と呼ばれている回路と区別するためにそれ以外の回路を指している。
【００９６】〔実施例９〕本実施例では、本発明を適用しうる半導体装置の一例として実施例８で示した様な電気光学装置を用いた応用製品について図７を用いて説明する。本発明を利用した半導体装置としてはビデオカメラ、スチルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話等）などが挙げられる。
【００９７】図７（Ａ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体２００１、カメラ部２００２、受像部２００３、操作スイッチ２００４、表示装置２００５で構成される。本発明は表示装置２００５に適用することができる。
【００９８】図７（Ｂ）はヘッドマウントディスプレイであり、本体２１０１、表示装置２１０２、バンド部２１０３で構成される。本発明を表示装置２１０２に適用することで大幅に装置の低価格化が図れる。
【００９９】図７（Ｃ）はカーナビゲーションシステムであり、本体２２０１、表示装置２２０２、操作スイッチ２２０３、アンテナ２２０４で構成される。本発明は表示装置２２０２に適用することができる。
【０１００】図７（Ｄ）は携帯電話であり、本体２３０１、音声出力部２３０２、音声入力部２３０３、表示装置２３０４、操作スイッチ２３０５、アンテナ２３０６で構成される。本発明は表示装置２３０４に適用することができる。
【０１０１】図７（Ｅ）はビデオカメラであり、本体２４０１、表示装置２４０２、音声入力部２４０３、操作スイッチ２４０４、バッテリー２４０５、受像部２４０６で構成される。本発明は表示装置２４０２に適用することができる。
【０１０２】以上の様に、本発明の応用範囲は極めて広く、あらゆる分野の表示媒体に適用することが可能である。
【０１０３】
【発明の効果】本発明を用いることで結晶化を助長する触媒元素を利用して得た結晶性膜中から触媒元素を効率的に除去または低減することができる。また、この処理はガラスの耐熱温度以下で行われるので、低温プロセスを踏襲することができる。
【０１０４】また、触媒元素の添加工程で使用するマスクと、１５族から選ばれた元素の添加工程で使用するマスクとを共通化することで、製造プロセスが大幅に簡略化される。そのため、スループット、歩留り等が向上し、経済的に有益である。
【０１０５】さらに、本発明を用いて得られた結晶性膜は触媒元素の効果により結晶性が非常に優れ、かつ、ゲッタリング処理によりその触媒元素が除去または低減されている。そのため、半導体装置の活性層として利用した場合、優れた電気特性と高い信頼性とを備えた半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 結晶性膜の形成工程を示す図。
【図２】 結晶性膜中のニッケル濃度を示す図。
【図３】 ＴＦＴの作製工程を示す図。
【図４】 ＴＦＴの作製工程を示す図。
【図５】 液晶表示装置の断面を示す図。
【図６】 液晶表示装置の上面を示す図。
【図７】 電子デバイスの一例を示す図。
【符号の説明】
１０１ ガラス基板
１０２ 下地膜
１０３ 非晶質珪素膜
１０４ 絶縁膜
１０５ 開口部
１０６ Ｎｉ含有層
１０７ ニッケル添加領域
１０８ 横成長領域
１０９ 非晶質領域
１１０ リン添加領域
１１１ ゲッタリング工程後の横成長領域
１１２ 島状の半導体層（活性層）
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は半導体薄膜を利用した半導体装置の作製方法に関する技術であり、特に珪素を含む結晶性膜を利用した薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）の作製方法に関する。
【０００２】なお、本明細書において、半導体装置とは半導体を利用して機能する装置全般を指すものであり、ＴＦＴの如き単体素子のみならず、電気光学装置やそれを搭載した電子デバイス等も半導体装置の範疇に含まれる。
【０００３】
【従来の技術】近年、ガラス基板等に上にＴＦＴを形成して半導体回路を構成する技術が急速に進んでいる。その様な半導体回路としてはアクティブマトリクス型液晶表示装置の様な電気光学装置が代表的である。
【０００４】アクティブマトリクス型液晶表示装置は、同一基板上に画素マトリクス回路とドライバー回路とを設けたモノシリック型表示装置である。また、さらにメモリ回路やクロック発生回路等のロジック回路を内蔵したシステムオンパネルの開発も進められている。
【０００５】この様なドライバー回路やロジック回路は高速動作を行う必要があるので、活性層として非晶質珪素膜（アモルファスシリコン膜）を用いることは不適当である。そのため、現状では結晶性珪素膜（ポリシリコン膜）を活性層としたＴＦＴが主流になりつつある。
【０００６】本発明者らは、ガラス基板上に結晶性珪素膜を得るための技術として特開平８−７８３２９号公報記載の技術を開示している。同公報記載の技術は、非晶質珪素膜に対して結晶化を助長する触媒元素を選択的に添加し、加熱処理を行うことで添加領域を起点として広がる結晶性珪素膜を形成するものである。
【０００７】この技術は触媒元素の作用により非晶質珪素膜の結晶化温度を50〜100 ℃も引き下げることが可能であり、結晶化に要する時間も 1/5〜1/10にまで低減することができる。また、珪素膜の結晶化は基板面とほぼ平行に横方向へと進行するため、本発明者らはこの結晶化領域を横成長領域と呼んでいる。
【０００８】横成長領域は直接的には触媒元素を添加していないので、直接的に添加した場合と比べて膜中に残留する触媒元素が少ないという特徴がある。例えば、直接的に添加した場合には1019オーダーで触媒元素が含有されるが、横成長領域の場合には1018オーダーと１桁少ない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで上記触媒元素としてはニッケル、コバルト、スズなどの金属元素が用いられる。この様な金属元素は珪素膜中に深い準位を形成してキャリアを捕獲するため、ＴＦＴの電気特性や信頼性に悪影響を及ぼすことが懸念される。この問題は上述の横成長領域でも例外ではない。
【００１０】従って、結晶化後は触媒元素を速やかに除去するか、または電気特性に影響しない程度にまで低減することが望ましい。しかしながら、従来のハロゲン元素による金属元素のゲッタリング効果を利用した方法は、８００℃以上の高温処理が必要となるため、触媒元素を用いた低温プロセスの特徴を効果的に生かすことができない。
【００１１】本発明は上記問題点を鑑みて成されたものであり、低温プロセスの特徴を生かしたまま結晶性珪素膜中から触媒元素を除去または低減するための技術を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明の構成は、珪素を含む非晶質膜上に絶縁膜を選択的に形成する工程と、前記絶縁膜をマスクとして前記非晶質膜に対して珪素の結晶化を助長する触媒元素を選択的に保持または添加する工程と、加熱処理を行い、前記非晶質膜の少なくとも一部を結晶性膜に変成させる工程と、前記絶縁膜をそのままマスクとして前記結晶性膜中に１５族から選ばれた元素を選択的に保持または添加する工程と、加熱処理を行い、前記１５族から選ばれた元素を保持または添加した領域に、該領域と隣接する領域から前記触媒元素をゲッタリングさせる工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。
【００１３】また、他の発明の構成は、珪素を含む非晶質膜上に絶縁膜を選択的に形成する工程と、前記絶縁膜をマスクとして前記非晶質膜に対して珪素の結晶化を助長する触媒元素を選択的に保持または添加する工程と、加熱処理を行い、前記非晶質膜の少なくとも一部を結晶性膜に変成させる工程と、前記絶縁膜をそのままマスクとして前記結晶性膜中に１５族から選ばれた元素を選択的に保持または添加する工程と、加熱処理を行い、前記１５族から選ばれた元素を保持または添加した領域に、該領域と隣接する領域から前記触媒元素をゲッタリングさせる工程と、を少なくとも含み、前記触媒元素を保持または添加する領域と前記１５族から選ばれた元素を保持または添加する領域とは同一の領域であることを特徴とする。
【００１４】本発明の基本的な目的は、珪素を含む非晶質膜の結晶化に使用した触媒元素を結晶性膜中から除去することであり、そのための手段として１５族から選ばれた元素によるゲッタリング効果を利用する。
【００１５】上記触媒元素としてはＮｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｆｅ（鉄）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）が代表的である。本発明者らの実験では、ニッケルが最も適した元素であることが判明している。
【００１６】また、上記触媒元素をゲッタリングする１５族元素としては、Ｎ（窒素）、Ｐ（リン）、Ａｓ（砒素）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｂｉ（ビスマス）が挙げられるが、特に顕著な作用効果を示すのはリンである。
【００１７】典型的な例としては、触媒元素としてニッケル、ゲッタリング元素（１５族元素）としてリンを使用した場合、６００℃前後の加熱処理によってリンとニッケルが安定な結合状態を示す。この時、Ｎｉ3 Ｐ、Ｎｉ5 Ｐ2 、Ｎｉ2 Ｐ、Ｎｉ3Ｐ2 、Ｎｉ2 Ｐ3 、ＮｉＰ2 、ＮｉＰ3 という結合状態をとりうる。
【００１８】以上の様に、珪素を含む非晶質膜の結晶化を助長する触媒元素としてニッケルを使用した場合、１５族元素であるリンの作用によってニッケルをゲッタリングすることが可能である。この効果を利用することで結晶性膜中から触媒元素を除去または低減することができる。
【００１９】また、本発明において最も特徴的な構成は、
という２点である。
【００２０】即ち、非晶質膜の結晶化に際して特開平８−７８３２９号公報記載の技術を利用し、結晶化後の結晶性膜上に残存する絶縁膜を、１５族元素を選択的に保持または添加するためのマスクとして再利用する。
【００２１】従って、触媒元素を保持または添加する領域と１５族から選ばれた元素を保持または添加する領域とは同一の領域となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】絶縁表面を有する基板上に珪素を含む非晶質膜（例えば非晶質珪素膜）１０３を形成し、その上に絶縁膜１０４を設ける。この絶縁膜１０４は、後の触媒元素（例えばニッケル）を選択的に添加または保持する工程においてマスクとして利用するため、所定の位置に複数の開口部１０５を有している。
【００２３】次に、触媒元素含有層１０６を形成し、結晶化のための加熱処理を行うことで結晶性膜でなる横成長領域１０８を得る。この時、触媒元素の添加領域１０７も結晶性膜となる。
【００２４】結晶化が終了したら、触媒元素の添加工程に利用したマスク絶縁膜１０４をそのままマスクとして再利用して１５族から選ばれた元素の添加工程を行う。従って、触媒元素の添加領域１０７と１５族から選ばれた元素の添加領域とは同一の領域となる。
【００２５】そして、加熱処理を行うことで横成長領域１０８に残留した触媒元素を移動させ、１５族から選ばれた元素を添加した領域１０７にゲッタリングさせる。こうして、横成長領域１０８に残留する触媒元素が除去または低減される。
【００２６】
【実施例】
〔実施例１〕本発明を利用して結晶性膜でなる活性層を形成するまでの作製工程例についての図１を用いて説明する。なお、触媒元素としてはニッケル、ゲッタリングのための元素としてはリンを例とする。
【００２７】まず、ガラス基板１０１を用意し、その上に酸化珪素膜でなる下地膜１０２を200 nmの厚さに形成する。なお、ガラス基板の代わりに石英基板、シリコン基板、セラミックス基板等を用いても良い。
【００２８】次に、非晶質珪素膜１０３をプラズマＣＶＤ法または減圧ＣＶＤ法を用いて10〜75nm（好ましくは15〜45nm）の厚さに形成する。なお、非晶質珪素膜以外にも珪素を含む非晶質半導体膜、例えばＳｉX Ｇｅ1-X （０＜Ｘ＜１）を用いることもできる。
【００２９】次に、非晶質珪素膜１０３の結晶化工程を行う。詳細な条件は特開平８−７８３２９号公報に記載してある。
【００３０】まず、非晶質珪素膜１０３上に酸化珪素膜でなるマスク絶縁膜１０４を50〜150 nmの厚さに成膜する。そして、マスク絶縁膜１０４をパターニングして後にニッケルを添加する領域に開口部１０５を設ける。（図１（Ａ））
【００３１】次に、酸素雰囲気中でＵＶ光を照射することにより極薄い酸化珪素膜（図示せず）を開口部１０５の底部に露出した非晶質膜表面に形成する。この工程は次に溶液を塗布する際に濡れ性を改善する効果がある。そして、重量換算で100ppmのニッケルを含有した酢酸ニッケル塩溶液を滴下し、スピンコート法により薄いニッケル含有層１０６を形成する。（図１（Ｂ））
【００３２】図１（Ｂ）に示す状態が得られたら、窒素、酸素、または水素雰囲気中で500〜700 ℃（代表的には550 〜650 ℃）の温度で 4〜8hr の加熱処理を行い、非晶質珪素膜１０３の結晶化を行う。（図１（Ｃ））
【００３３】この時、結晶化後の珪素膜は、
【００３４】こうして結晶性珪素膜でなる横成長領域１０８が得られる。結晶化直後の横成長領域には約 5×1018atoms/cm3 の濃度でニッケルが残留していることがＳＩＭＳ（質量二次分析）で確認されている。なお、ここでいうニッケル濃度はＳＩＭＳ分析による測定値の最小値で定義される。
【００３５】次に、ニッケル添加工程で利用したマスク絶縁膜１０４をそのまま再利用してゲッタリング工程のためのＰイオンを添加する。Ｐイオンの添加はイオンプランテーション法またはプラズマドーピング法によれば良い。
【００３６】前者はＰイオンのみを質量分離して添加するのに対し、後者は質量分離を行わずにＰイオンを含む化合物イオンも添加する点で異なる。なお、本実施例ではコストパフォーマンスの有利なプラズマドーピング法を用いる。本実施例ではプラズマドーピング用のガスしてはＰＨ3 （フォスフィン）を利用しているので、ゲッタリング効果を阻害する様な元素は混入しない。
【００３７】本実施例のドーピング工程は加速電圧を 5〜25ｋＶとし、ドーズ量を 1×1013〜 8×1015atoms/cm2 とすれば良い。この様な設定とすることで、Ｐイオンの添加領域（以下、リン添加領域と呼ぶ）１１０には 5×1019〜 2×1021atoms/cm3の濃度でＰイオンが添加される。（図１（Ｄ））
【００３８】本実施例の構成では、リン添加領域とニッケル添加領域とが同一の領域となる。即ち、上述の濃度を設定したのは、Ｐイオン濃度をリン添加領域１１０に含まれるニッケル濃度（ 1×1019〜 5×1019atoms/cm3 程度）よりも１桁程度高く設定することが望まれるからである。
【００３９】Ｐイオンの添加工程が終了したら、窒素雰囲気中で 500〜700 ℃（代表的には600 ℃）、 2〜4hr の加熱処理を行い、横成長領域１０８に残留していたニッケルをリン添加領域１１０の方へと移動させる。こうしてＰイオンによりニッケル濃度が低減された横成長領域１１１が得られる。（図１（Ｅ））
【００４０】以上の様にして、横成長領域１０８に残留していたニッケルはリン添加領域（ニッケル添加領域とも言える）１１０にゲッタリングされ、横成長領域１０８から除去または低減される。本発明者らのＳＩＭＳ分析によれば、横成長領域１１１に含まれるニッケル濃度は 1×1018atoms/cm3 以下（好ましくは 5×1017atoms/cm3 以下）にまで低減されていることが確認されている。
【００４１】ここで図２に示すデータはＳＩＭＳ分析によるニッケルの深さ方向の濃度プロファイルの代表的な例である。横軸は深さを表し、縦軸はニッケル濃度を表している。なお、サンプルとした結晶性珪素膜は50nmの厚さである。
【００４２】図２においてＡで示されるデータはＰイオンを添加した領域を測定した結果であり、図１（Ｅ）の１０７で示される領域に相当する。この領域はゲッタリングサイトとして機能するため 5×1018atoms/cm3 以上の濃度でニッケルが検出される。
【００４３】また、Ｂで示されるデータは横成長領域を測定した結果であり、図１（Ｅ）の１０８で示される領域に相当する。この横成長領域には予備実験の段階では 5×1018atoms/cm3 の濃度でニッケルが残留していたが、ゲッタリング工程によって5×1017atoms/cm3 以下にまで低減されていることが判る。
【００４４】なお、深さ 0.0〜0.02μｍまでは時折フラットになるが、これは今回の測定における検出下限界を意味しており、実際には 1×1017atoms/cm3 以下にまで低減されていると予想される。
【００４５】以上の様なゲッタリング工程を終了したら、マスク絶縁膜１０４を除去し、結晶性膜と非晶質膜とが混在する珪素膜をパターニングする。この時、リン添加領域４１２は完全に除去することが望ましいが、少なくともチャネル形成領域となる部分は横成長領域１１１で構成する。
【００４６】なお、後にソース／ドレイン領域となる部分は、ニッケル濃度を上回る濃度でＰイオンを添加することで十分に機能させることができる。従って、場合によってはリン添加領域４１２がソース／ドレイン領域に含まれても構わない。
【００４７】以上の様にして横成長領域１１１のみで構成される活性層（島状の半導体層）１１２が完成する。本実施例に示す構成とすることで、結晶化を助長するニッケルを大幅に低減した結晶性珪素膜を得ることができる。（図１（Ｆ））
【００４８】また、ニッケルを添加する際に利用したマスク絶縁膜をＰイオンを添加する際に再利用するので、新たにＰイオン添加工程のためのマスクを設ける必要がない。従って、製造プロセスが簡略化され、製造歩留り、スループットが向上して経済的な優れた効果が得られる。
【００４９】〔実施例２〕本実施例では実施例１においてゲッタリングのための加熱処理を行う前にレーザーアニールを行う構成について説明する。
【００５０】レーザーアニールは瞬間的に珪素を溶融できる程度にまで温度を高めることができる。特に、パルスレーザーの場合、珪素膜は１μｓ以下の短い時間に急激な相変化を起こすので、熱力学的に不安定な状態となる。この状態ではニッケルが移動しやすく、ゲッタリングを容易に行うことが可能となる。
【００５１】これを利用して、レーザー光を照射した後でファーネスアニールを行う構成とすると効果的にニッケルをゲッタリングできるので有効である。ただし、マスクとなる絶縁膜を介してアニールするため、最適な処理条件（レーザー光の波長、エネルギー強度等）を実験的に決定しておく必要がある。
【００５２】レーザー光としてはＫｒＦ、ＡｒＦ、ＸｅＣｌ等を励起ガスとするエキシマレーザー、ＣＯ2 レーザーおよびＹＡＧレーザー等を利用することができる。
【００５３】〔実施例３〕実施例１ではゲッタリングのための加熱処理としてファーネスアニールを行う例を示したが、本実施例ではランプアニールを利用する例を示す。
【００５４】ランプアニールによる加熱処理としてはＲＴＡ（ラピッド・サーマル・アニール）が知られている。これはハロゲンランプ等を用いた赤外光を試料に対して照射し、薄膜を加熱する技術である。
【００５５】実施例１における加熱処理にＲＴＡを利用すると、 700〜1100℃という高温アニール処理を数秒から数分と短い時間で処理することができる。従って、ファーネスアニールよりも高温処理ができるので触媒元素のゲッタリング効果が向上する。また、処理時間もはるかに短いのでスループットも大幅に向上する。
【００５６】さらに、 700〜1100℃という高い温度による加熱処理によって結晶性珪素膜の結晶粒界付近に存在する珪素原子の再配列がなされ、結晶粒界の不活性化が促進する。即ち、不対結合手の如き結晶欠陥が大幅に減少してキャリアが捕獲される可能性が低くなり、全体的な結晶性が著しく改善される。
【００５７】〔実施例４〕実施例１ではＰイオンを添加するための手段としてイオンプランテーション法またはプラズマドーピング法を用いる例を示したが、本実施例では気相法を利用する場合の例について説明する。
【００５８】本実施例では、図１（Ｄ）に示す状態において基板をＰＨ3 ガス中に曝し、ＣＶＤ法によりＰイオンを含む薄膜を堆積する。この時、ゲッタリングサイトとなる領域（図１（Ｄ）の１０７で示される領域）の表面のみに上記薄膜が保持された状態となる。そして、この状態で加熱処理を行うことでＰイオンによるニッケルのゲッタリングを行うことができる。
【００５９】〔実施例５〕実施例４は気相法を用いる例を示したが、本実施例では液相法を用いる場合の例について説明する。
【００６０】本実施例では、図１（Ｄ）に示す状態においてＰＳＧ（リンシリケイトガラス）を成膜する。成膜方法は溶液塗布によるスピンコート法を用いる。この場合も実施例３と同様にゲッタリングサイトとなる領域（図１（Ｄ）の１０７で示される領域）の表面のみに上記薄膜が保持された状態となる。そして、この状態で加熱処理を行うことでＰＳＧ中に含まれたＰイオンによりニッケルがゲッタリングされる。
【００６１】〔実施例６〕本実施例ではＮチャネル型ＴＦＴとＰチャネル型ＴＦＴとを相補的に組み合わせたＣＭＯＳ回路を作製する工程例について説明する。
【００６２】図３（Ａ）において、３０１はガラス基板、３０２は下地膜、３０３はＮチャネル型ＴＦＴの活性層、３０４はＰチャネル型ＴＦＴの活性層である。活性層３０３、３０４は実施例１で説明した作製工程に従って作製する。
【００６３】次に、プラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法により酸化珪素膜を150 nmの厚さに成膜し、ゲイト絶縁膜３０５を形成する。（図３（Ａ））
【００６４】次に、アルミニウムを主成分とする金属膜を成膜し（図示せず）、パターニングによって後のゲイト電極の原型を形成する。次いで、本発明者らによる特開平7-135318号公報記載の技術を利用する。同公報記載の技術を利用することで多孔質状の陽極酸化膜３０６、３０７、緻密な陽極酸化膜３０８、３０９、ゲイト電極３１０、３１１が形成される。
【００６５】次に、ゲイト電極３１０、３１１、多孔質状の陽極酸化膜３０６、３０７をマスクとしてゲイト絶縁膜３０５をエッチングし、ゲイト絶縁膜３１２、３１３を形成する。そしてその後、多孔質状の陽極酸化膜３０６、３０７を除去する。こうしてゲイト絶縁膜３１２、３１３の端部が露出した状態となる。（図３（Ｂ））
【００６６】次に、Ｎ型を付与する不純物イオンをイオンプランテーション法またはプラズマドーピング法を用いて２回に分けて添加する。本実施例では、まず１回目の不純物添加を高加速電圧で行い、ｎ- 領域を形成する。
【００６７】この時、加速電圧が高いので不純物イオンは露出した活性層表面だけでなく露出したゲイト絶縁膜の端部の下にも添加される。このｎ- 領域は後のＬＤＤ領域（不純物濃度は 1×1018〜 1×1019atoms/cm3 程度）となる様にドーズ量を設定する。
【００６８】さらに、２回目の不純物添加を低加速電圧で行い、ｎ+ 領域を形成する。この時は加速電圧が低いのでゲイト絶縁膜がマスクとして機能する。また、このｎ+領域は後のソース／ドレイン領域となるのでシート抵抗が 500Ω以下（好ましくは 300Ω以下）となる様に調節する。
【００６９】以上の工程を経て、Ｎチャネル型ＴＦＴのソース領域３１４、ドレイン領域３１５、低濃度不純物領域３１６、チャネル形成領域３１７が形成される。なお、この状態ではＰチャネル型ＴＦＴの活性層もＮチャネル型ＴＦＴの活性層と同じ状態となっている。（図３（Ｃ））
【００７０】次に、Ｎチャネル型ＴＦＴを覆ってレジストマスク３１８を設け、Ｐ型を付与する不純物イオンの添加を行う。この工程も前述の不純物添加工程と同様に２回に分けて行う。ただし、この場合にはＮ型をＰ型に反転される必要があるので前述のＮチャネル型ＴＦＴの工程よりも２〜３倍程度の不純物イオンを添加しなくてはならない。
【００７１】この様にして、Ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域３１９、ドレイン領域３２０、低濃度不純物領域３２１、チャネル形成領域３２２が形成される。（図３（Ｄ））
【００７２】以上の様にして活性層が完成したら、ファーネスアニール、レーザーアニールまたはランプアニールにより不純物イオンの活性化およびイオン添加時の損傷の回復を図る。
【００７３】次に、層間絶縁膜３２３を 500nmの厚さに形成する。層間絶縁膜３２３としては酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、有機性樹脂膜のいずれか或いはそれらの積層膜を用いることができる。
【００７４】そして、コンタクトホールを形成してソース配線３２４、３２５、ドレイン配線３２６を形成して図３（Ｅ）に示す状態を得る。最後に、水素雰囲気中で熱処理を行い全体を水素化してＣＭＯＳ回路が完成する。
【００７５】本実施例で示すＣＭＯＳ回路はインバータ回路とも呼ばれ、半導体回路を構成する基本回路である。この様なインバータ回路を組み合わせたりすることでＮＡＮＤ回路、ＮＯＲ回路の様な基本論理回路を構成したり、さらに複雑なロジック回路をも構成することができる。
【００７６】また、以上の様にして形成したＴＦＴはチャネル形成領域３１７、３２２やその両端の接合部にニッケル等の触媒元素を殆ど含まないため、その様な触媒元素が電気特性に悪影響を与えることがない。従って、信頼性の高いＴＦＴ、ＣＭＯＳ回路、さらには半導体回路を構成することが可能である。
【００７７】〔実施例７〕本実施例では本発明をボトムゲイト型ＴＦＴの応用する一例として、逆スタガ型ＴＦＴに適用する場合の例について説明する。
【００７８】図４（Ａ）において、４０１はガラス基板、４０２は下地膜、４０３は導電性材料でなるゲイト電極、４０４はゲイト絶縁膜、４０５は非晶質珪素膜、４０６は後の触媒元素の添加工程でマスクとなる絶縁膜である。また、マスク絶縁膜４０６には開口部４０７が設けられている。
【００７９】なお、後の結晶化工程やゲッタリング工程をファーネスアニールで行う場合には 500〜700 ℃の加熱処理が行われるので、その温度に耐えうる材料をゲイト電極４０３として使用する必要がある。勿論、レーザーアニールやランプアニールを用いるのであれば使用可能な材料の選択幅は広がる。
【００８０】そして、実施例１と同様のスピンコート法により触媒元素（本実施例もニッケルを例にとる）を含有した層４０８を形成する。（図４（Ａ））
【００８１】次に、結晶化のための加熱処理を行い、結晶性珪素膜でなる横成長領域４０９を形成する。なお、４１０は結晶性珪素膜でなるニッケル添加領域、４１１は結晶化に至らなかった非晶質領域である。（図４（Ｂ））
【００８２】次に、ニッケルをゲッタリングするための元素（本実施例もリンを例にとる）を添加する。この時、ニッケル添加領域４１０のみにＰイオンが添加されて、リン添加領域４１２が形成される。（図４（Ｃ））
【００８３】次に、ゲッタリングのための加熱処理を行い、リン添加領域４１２に向かってニッケルを移動させてゲッタリングする。こうして、ニッケルが 5×1017atoms/cm3 以下にまで除去または低減された横成長領域４１３が形成される。（図４（Ｄ））
【００８４】次に、マスクとなった絶縁膜４０６を除去し、横成長領域４１３をパターニングして活性層４１４を形成する。そして、活性層４１４上に窒化珪素膜をパターニングして形成されるチャネルストッパー４１５を設ける。（図４（Ｅ））
【００８５】図４（Ｅ）の状態が得られたら、Ｎ型を呈する結晶性珪素膜を形成してパターニングを施し、ソース領域４１６およびドレイン領域４１７とを形成する。さらに、ソース配線４１８、ドレイン配線４１９を形成する。そして、最後に全体の水素化を行って図４（Ｆ）に示す逆スタガ型ＴＦＴが完成する。
【００８６】この様に、絶縁ゲイト型の半導体装置であれば、その構造に拘わらず本発明を適用することが可能である。
【００８７】〔実施例８〕本実施例では本発明を適用したＴＦＴを用いて電気光学装置を構成する場合の例を示す。なお、本実施例ではアクティブマトリクス型液晶表示装置に適用する例を示すが、他にもアクティブマトリクス型のＥＬ表示装置、ＥＣ表示装置等に用いることもできる。
【００８８】、図５に示すのはアクティブマトリクス型液晶表示装置の断面を簡略化した図であり、ドライバー回路やロジック回路を構成する領域にはＣＭＯＳ回路を、画素マトリクス回路を構成する領域には画素ＴＦＴを示している。
【００８９】なお、実施例６でＣＭＯＳ回路の構造（ＴＦＴ構造）に関する説明を既に行ったので、本実施例では必要な箇所のみを説明することにする。
【００９０】まず、実施例６に示したＣＭＯＳ回路の作製工程に従って、図５の左側のＣＭＯＳ回路を完成する。この時、画素ＴＦＴの構造はＣＭＯＳ回路を構成するＴＦＴと基本的には同一構造である。勿論、画素ＴＦＴのみマルチゲイト構造にしたり、ＬＤＤ領域の長さを変えたりすることもできるが、その場合は実施者が必要に応じて変更すれば良い。
【００９１】ＣＭＯＳ回路の上には有機性樹脂膜でなる層間絶縁膜５０１が設けられ、その上にはブラックマスク５０２が配置される。なお、本実施例ではブラックマスク５０２を画素マトリクス回路の上方のみに設けているが、ＣＭＯＳ回路の上方に設ける構成としても良い。
【００９２】ブラックマスク５０２上には再び層間絶縁膜５０３が設けられ、コンタクトホールを設けて画素電極５０４が配置される。画素電極５０４は反射型表示装置の場合にはアルミニウム膜の如き反射膜を、透過型表示装置の場合にはＩＴＯの如き透明導電膜を用いれば良い。そして、最上層に配向膜５０５を設けてアクティブマトリクス基板を構成する。アクティブマトリクス基板とはＴＦＴが配置された側の基板を指す。
【００９３】また、５０６は対向基板、５０７は透明導電膜でなる対向電極、５０８は対向側の配向膜である。この様な構成の対向基板と上述のアクティブマトリクス基板との間に液晶層５０９を挟持して図５に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が構成される。
【００９４】また、アクティブマトリクス型液晶表示装置の外観を図６に簡略化して示す。図６において、６０１はガラス基板、６０２は下地膜、６０３は画素マトリクス回路、６０４はソースドレイバー回路、６０５はゲイトドライバー回路、６０６はロジック回路である。
【００９５】ロジック回路６０６は広義的にはＴＦＴで構成される論理回路全てを含むが、ここでは従来から画素マトリクス回路、ドライバー回路と呼ばれている回路と区別するためにそれ以外の回路を指している。
【００９６】〔実施例９〕本実施例では、本発明を適用しうる半導体装置の一例として実施例８で示した様な電気光学装置を用いた応用製品について図７を用いて説明する。本発明を利用した半導体装置としてはビデオカメラ、スチルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話等）などが挙げられる。
【００９７】図７（Ａ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体２００１、カメラ部２００２、受像部２００３、操作スイッチ２００４、表示装置２００５で構成される。本発明は表示装置２００５に適用することができる。
【００９８】図７（Ｂ）はヘッドマウントディスプレイであり、本体２１０１、表示装置２１０２、バンド部２１０３で構成される。本発明を表示装置２１０２に適用することで大幅に装置の低価格化が図れる。
【００９９】図７（Ｃ）はカーナビゲーションシステムであり、本体２２０１、表示装置２２０２、操作スイッチ２２０３、アンテナ２２０４で構成される。本発明は表示装置２２０２に適用することができる。
【０１００】図７（Ｄ）は携帯電話であり、本体２３０１、音声出力部２３０２、音声入力部２３０３、表示装置２３０４、操作スイッチ２３０５、アンテナ２３０６で構成される。本発明は表示装置２３０４に適用することができる。
【０１０１】図７（Ｅ）はビデオカメラであり、本体２４０１、表示装置２４０２、音声入力部２４０３、操作スイッチ２４０４、バッテリー２４０５、受像部２４０６で構成される。本発明は表示装置２４０２に適用することができる。
【０１０２】以上の様に、本発明の応用範囲は極めて広く、あらゆる分野の表示媒体に適用することが可能である。
【０１０３】
【発明の効果】本発明を用いることで結晶化を助長する触媒元素を利用して得た結晶性膜中から触媒元素を効率的に除去または低減することができる。また、この処理はガラスの耐熱温度以下で行われるので、低温プロセスを踏襲することができる。
【０１０４】また、触媒元素の添加工程で使用するマスクと、１５族から選ばれた元素の添加工程で使用するマスクとを共通化することで、製造プロセスが大幅に簡略化される。そのため、スループット、歩留り等が向上し、経済的に有益である。
【０１０５】さらに、本発明を用いて得られた結晶性膜は触媒元素の効果により結晶性が非常に優れ、かつ、ゲッタリング処理によりその触媒元素が除去または低減されている。そのため、半導体装置の活性層として利用した場合、優れた電気特性と高い信頼性とを備えた半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 結晶性膜の形成工程を示す図。
【図２】 結晶性膜中のニッケル濃度を示す図。
【図３】 ＴＦＴの作製工程を示す図。
【図４】 ＴＦＴの作製工程を示す図。
【図５】 液晶表示装置の断面を示す図。
【図６】 液晶表示装置の上面を示す図。
【図７】 電子デバイスの一例を示す図。
【符号の説明】
１０１ ガラス基板
１０２ 下地膜
１０３ 非晶質珪素膜
１０４ 絶縁膜
１０５ 開口部
１０６ Ｎｉ含有層
１０７ ニッケル添加領域
１０８ 横成長領域
１０９ 非晶質領域
１１０ リン添加領域
１１１ ゲッタリング工程後の横成長領域
１１２ 島状の半導体層（活性層）
【特許請求の範囲】
【請求項１】珪素を含む非晶質膜上に絶縁膜を選択的に形成する工程と、前記絶縁膜をマスクとして前記非晶質膜に対して珪素の結晶化を助長する触媒元素を選択的に保持または添加する工程と、加熱処理を行い、前記非晶質膜の少なくとも一部を結晶性膜に変成させる工程と、前記絶縁膜をそのままマスクとして前記結晶性膜中に１５族から選ばれた元素を選択的に保持または添加する工程と、加熱処理を行い、前記１５族から選ばれた元素を保持または添加した領域に、該領域と隣接する領域から前記触媒元素をゲッタリングさせる工程と、を少なくとも含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】珪素を含む非晶質膜上に絶縁膜を選択的に形成する工程と、前記絶縁膜をマスクとして前記非晶質膜に対して珪素の結晶化を助長する触媒元素を選択的に保持または添加する工程と、加熱処理を行い、前記非晶質膜の少なくとも一部を結晶性膜に変成させる工程と、前記絶縁膜をそのままマスクとして前記結晶性膜中に１５族から選ばれた元素を選択的に保持または添加する工程と、加熱処理を行い、前記１５族から選ばれた元素を保持または添加した領域に、該領域と隣接する領域から前記触媒元素をゲッタリングさせる工程と、を少なくとも含み、前記触媒元素を保持または添加する領域と前記１５族から選ばれた元素を保持または添加する領域とは同一の領域であ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または請求項２において、触媒元素としてＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた少なくとも一つの元素が用いられることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】請求項１または請求項２において、１５族から選ばれた元素としてＰ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉから選ばれた少なくとも一つの元素が用いら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または請求項２において、１５族から選ばれた元素を添加する工程は、イオンプランテーション法またはプラズマドーピング法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６】請求項１または請求項２において、１５族から選ばれた元素は 5×1019〜 2×1021atoms/cm3 の濃度で添加されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】請求項１または請求項２において、触媒元素のゲッタリング工程は５００〜７００℃の温度範囲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１】珪素を含む非晶質膜上に絶縁膜を選択的に形成する工程と、前記絶縁膜をマスクとして前記非晶質膜に対して珪素の結晶化を助長する触媒元素を選択的に保持または添加する工程と、加熱処理を行い、前記非晶質膜の少なくとも一部を結晶性膜に変成させる工程と、前記絶縁膜をそのままマスクとして前記結晶性膜中に１５族から選ばれた元素を選択的に保持または添加する工程と、加熱処理を行い、前記１５族から選ばれた元素を保持または添加した領域に、該領域と隣接する領域から前記触媒元素をゲッタリングさせる工程と、を少なくとも含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】珪素を含む非晶質膜上に絶縁膜を選択的に形成する工程と、前記絶縁膜をマスクとして前記非晶質膜に対して珪素の結晶化を助長する触媒元素を選択的に保持または添加する工程と、加熱処理を行い、前記非晶質膜の少なくとも一部を結晶性膜に変成させる工程と、前記絶縁膜をそのままマスクとして前記結晶性膜中に１５族から選ばれた元素を選択的に保持または添加する工程と、加熱処理を行い、前記１５族から選ばれた元素を保持または添加した領域に、該領域と隣接する領域から前記触媒元素をゲッタリングさせる工程と、を少なくとも含み、前記触媒元素を保持または添加する領域と前記１５族から選ばれた元素を保持または添加する領域とは同一の領域であ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または請求項２において、触媒元素としてＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた少なくとも一つの元素が用いられることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】請求項１または請求項２において、１５族から選ばれた元素としてＰ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉから選ばれた少なくとも一つの元素が用いら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または請求項２において、１５族から選ばれた元素を添加する工程は、イオンプランテーション法またはプラズマドーピング法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６】請求項１または請求項２において、１５族から選ばれた元素は 5×1019〜 2×1021atoms/cm3 の濃度で添加されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】請求項１または請求項２において、触媒元素のゲッタリング工程は５００〜７００℃の温度範囲で行われ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５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開平１０−２４７７３５
【公開日】平成１０年（１９９８）９月１４日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平９−６５４０６
【出願日】平成９年（１９９７）３月３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１０年（１９９８）９月１４日
【国際特許分類】
【出願日】平成９年（１９９７）３月３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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