(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面を有する基板上に珪素を含む非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜に対して珪素を含む非晶質半導体の結晶化を助長する触媒元素を添加し、
第１の加熱処理により前記非晶質半導体膜を結晶化し、
前記結晶化された半導体膜の所定の領域に対して周期表の５Ｂ族に属する不純物元素を添加して、不純物添加領域を形成し、
第２の加熱処理により前記不純物元素添加領域に向けて、前記結晶化された半導体膜内の前記触媒元素を移動させ、
前記不純物元素添加領域を除去することを含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
絶縁表面を有する基板上に珪素を含む非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜に対して珪素を含む非晶質半導体の結晶化を助長する触媒元素を選択的に添加し、
第１の加熱処理により前記非晶質半導体膜を結晶化し、
前記結晶化された半導体膜の所定の領域に対して周期表の５Ｂ族に属する不純物元素を添加して、不純物添加領域を形成し、
第２の加熱処理により前記不純物元素添加領域に向けて、前記結晶化された半導体膜内の前記触媒元素を移動させ、
前記不純物元素添加領域を除去することを含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
絶縁表面を有する基板上に珪素を含む非晶質半導体膜を形成し、
所定の領域に開口部を設けたマスクを前記非晶質半導体膜上に形成し、
前記マスクを用いて、前記非晶質半導体膜に対して珪素を含む非晶質半導体の結晶化を助長する触媒元素を選択的に添加し、
前記マスクを残したまま、第１の加熱処理により前記非晶質半導体膜を結晶化し、
前記マスクを除去した後、前記結晶化された半導体膜の所定の領域に周期表の５Ｂ族に属する不純物元素を添加して、不純物添加領域を形成し、
第２の加熱処理により前記不純物元素添加領域に向けて、前記結晶化された半導体膜内の前記触媒元素を移動させ、
前記不純物元素添加領域を除去することを含む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ないし３のいずれか一において、前記第１の加熱処理により結晶化された半導体膜とは、結晶粒界を有する結晶性半導体膜であ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ないし４のいずれか一において、前記第２の加熱処理は前記基板の歪点を超えない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６】
請求項１ないし４のいずれか一において、前記第２の加熱処理は550 〜650 ℃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７】
絶縁表面を有する基板上に珪素を含む非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜に対して珪素を含む非晶質半導体の結晶化を助長する触媒元素を添加し、
第１の加熱処理により前記非晶質半導体膜を結晶化し、
前記結晶化された半導体膜に対してレーザー光または強光を照射した後に、前記結晶化された半導体膜の所定の領域に対して周期表の５Ｂ族に属する不純物元素を添加して、不純物添加領域を形成し、
第２の加熱処理により前記不純物元素添加領域に向けて、前記結晶化された半導体膜内の前記触媒元素を移動させ、
前記不純物元素添加領域を除去することを含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
絶縁表面を有する基板上に珪素を含む非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜に対して珪素を含む非晶質半導体の結晶化を助長する触媒元素を選択的に添加し、
第１の加熱処理により前記非晶質半導体膜を結晶化し、
前記結晶化された半導体膜に対してレーザー光または強光を照射した後に、前記結晶化された半導体膜の所定の領域に対して周期表の５Ｂ族に属する不純物元素を添加して、不純物添加領域を形成し、
第２の加熱処理により前記不純物元素添加領域に向けて、前記結晶化された半導体膜内の前記触媒元素を移動させ、
前記不純物元素添加領域を除去することを含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】
絶縁表面を有する基板上に珪素を含む非晶質半導体膜を形成し、
所定の領域に開口部を設けたマスクを前記非晶質半導体膜上に形成し、
該マスクを用いて、前記非晶質半導体膜に対して珪素を含む非晶質半導体の結晶化を助長する触媒元素を選択的に添加し、
前記マスクを残したまま、第１の加熱処理により前記非晶質半導体膜を結晶化し、
前記マスクを除去し、
前記結晶化された半導体膜に対してレーザー光または強光を照射した後、前記結晶化された半導体膜の所定の領域に周期表の５Ｂ族に属する不純物元素を添加し、不純物添加領域を形成し、
第２の加熱処理により前記不純物元素添加領域に向けて、前記結晶化された半導体膜内の前記触媒元素を移動させ、
前記不純物元素添加領域を除去することを含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれか一において、前記第１の加熱により結晶化された半導体膜とは、結晶粒界を有する結晶性半導体膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１１】
請求項７ないし１０のいずれか一において、前記第２の加熱処理は前記基板の歪点を超えない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１２】
請求項７ないし１０のいずれか一において、前記第２の加熱処理は550 〜650 ℃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１３】
請求項１ないし１２のいずれか一において、前記第１の加熱処理及び前記第２の加熱処理はファーネスアニールであ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１ないし１３のいずれか一において、前記基板とはガラス基板であ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１ないし１４のいずれか一において、前記珪素を含む非晶質半導体膜は、非晶質珪素膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】
請求項１ないし１４のいずれか一において、前記珪素を含む非晶質半導体膜は、非晶質のＳｉｘＧｅ１−ｘ（０＜ｘ＜１）膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】
請求項１ないし１６のいずれか一において、前記触媒元素として、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた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１８】
請求項１ないし１６のいずれか一において、前記触媒元素としてニッケルが用いられ、
ニッケルを含んだ溶液を塗布することにより、前記非晶質半導体膜にニッケルを添加することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１９】
請求項１ないし１８のいずれか一において、前記周期表の５Ｂ族に属する不純物元素とは、Ｐ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉから選ばれた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２０】
請求項１ないし１９のいずれか一において、当該半導体装置が、薄膜トランジスタを含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【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半導体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応用製品等も半導体装置の範疇に含むものとする。
【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７−１３０６５２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添加し、加熱処理を行うことで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、この技術によって得られる結晶性珪素膜は優れた結晶性を有することが実験的に確かめられている。
【０００８】
【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。
【０００９】
また、ＴＦＴの活性層中に残存した触媒元素は不規則に偏析することが確認されている。本発明者らはその領域が微弱な電流の逃げ道（リークパス）になると考え、オフ電流（ＴＦＴがオフ状態にある時の電流）の突発的な増加を招く原因になっていると考えた。
【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。そのための手段として、本発明者らはハロゲン元素によるゲッタリング効果を利用した出願を既に済ませている。
【００１１】
しかしながら、上記手段を用いる場合には８００℃以上の高温処理が必要となるため耐熱性の低いガラス基板を用いることができない。即ち、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。
【００１２】
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珪素を含む結晶性半導体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。
【００１３】
【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、絶縁表面を有する基板上に珪素を含む非晶質半導体膜を形成する第１の工程と、前記非晶質半導体膜に対して該非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素を添加する第２の工程と、第１の加熱処理により前記非晶質半導体膜を結晶化させる第３の工程と、前記第３の工程で得られた珪素を含む半導体膜に対して周期表の５Ｂ族に属する不純物元素を選択的に添加する第４の工程と、第２の加熱処理により前記不純物元素を添加した領域に前記触媒元素を移動させる第５の工程と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
また、他の発明の構成は、絶縁表面を有する基板上に珪素を含む非晶質半導体膜を形成する第１の工程と、前記非晶質半導体膜に対して該非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素を選択的に添加する第２の工程と、第１の加熱処理により前記非晶質半導体膜の少なくとも一部を結晶化させる第３の工程と、前記第３の工程により得られた珪素を含む半導体膜に対して周期表の５Ｂ族に属する不純物元素を選択的に添加する第４の工程と、第２の加熱処理により前記不純物元素を添加した領域に前記触媒元素を移動させる第５の工程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
なお、非晶質半導体膜を結晶化させる工程と周期表の５Ｂ族に属する不純物元素を添加する工程との間に、半導体膜に対してレーザー光または強光を照射する工程を設けることもできる。
【００１６】
本発明の基本的な目的は、珪素を含む非晶質半導体膜の結晶化に使用した触媒元素を結晶性半導体膜中から除去することであり、そのための手段として周期表の５Ｂ族に属する元素によるゲッタリング効果を利用する。
【００１７】
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。
【００１８】
また、上記触媒元素をゲッタリングする周期表の５Ｂ族に属する元素としては、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。
【００１９】
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（周期表の５Ｂ族に属する元素）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、Ｎｉ３Ｐ、Ｎｉ５Ｐ２  、Ｎｉ２Ｐ、Ｎｉ３Ｐ２、Ｎｉ２Ｐ３、ＮｉＰ２、ＮｉＰ３という結合状態をとりうる。
【００２０】
以上の様に、珪素を含む非晶質半導体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、周期表の５Ｂ族に属する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半導体膜中から触媒元素を除去または低減することができる。
【００２１】
なお、通常、上記触媒元素（金属元素）はどれも結晶粒界において安定な状態をとるため、結晶粒界に偏析しやすい性質をもつ。例えば、単結晶シリコン中からの金属元素のゲッタリングに上述の性質を利用する技術がある。
【００２２】
ところが、本発明ではその様な結晶粒界を含む結晶性半導体膜中から触媒元素を除去することを目的としている。この発想は従来の技術にはなかったものであり、本発明の特徴の一つであると言える。
【００２３】
【発明の実施の形態】
ガラス基板上に珪素を含む非晶質半導体膜２０３を形成し、触媒元素（例えばニッケル）を利用した加熱処理により珪素を含む結晶性半導体膜２０５を得る。そして、結晶性半導体膜２０５に対してレーザー照射を行い、結晶性の改善された結晶性半導体膜２０６を得る。
【００２４】
次に、触媒元素の濃度を低減させたい領域（被ゲッタリング領域）をレジストマスク２０７で覆い、図２（Ｄ）に示す様なＰ元素のドーピング工程を行う。この工程によりＰ元素を高濃度に含んだ領域（ゲッタリング領域）２０８、２０９および被ゲッタリング領域２１０が形成される。
【００２５】
そして、レジストマスク２０７を除去した後にゲッタリングのための加熱処理を行い、被ゲッタリング領域２１０中に存在する触媒元素を、ゲッタリング領域２０８、２０９へと移動させる。
【００２６】
最後に、被ゲッタリング領域２１０のみをパターニングによって選択的に残し、触媒元素の濃度が十分に低減された結晶性半導体膜２１１を得る。
【００２７】
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例では、触媒元素としてニッケルを用いて結晶化した結晶性珪素膜（ポリシリコン膜）中から、Ｐ（リン）を利用してニッケルをゲッタリングするための手段および効果について説明する。
【００２８】
まず、図２（Ａ）に示すように、ガラス基板２０１上に下地膜として、酸化珪素膜２０２をプラズマＣＶＤ法により  ２００ｎｍの厚さに成膜する。次に、減圧熱ＣＶＤ法（またはプラズマＣＶＤ法）により、非晶質珪素膜２０３を５０ｎｍの厚さに成膜する。この膜厚は１０〜７５ｎｍ（好ましくは１５〜４５ｎｍ）の厚さであれば良い。
【００２９】
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ＳｉｘＧｅ１−ｘ（０＜Ｘ＜１）を用いることもできる。
【００３０】
次に、非晶質珪素膜２０３の結晶化を行う。詳細な条件は特開平８−１３０６５２号公報の実施例１に記載する内容を参考にすると良い。
【００３１】
まず、酸素雰囲気中においてＵＶ光を照射することにより非晶質珪素膜２０３の表面に図示しない極薄い酸化膜を形成する。この酸化膜は、後に塗布されるニッケルを含んだ溶液の濡れ性を向上させる機能を有する。
【００３２】
次にニッケルを１０ｐｐｍ（重量換算）で含有したニッケル酢酸塩溶液を塗布する。そしてスピンコーターにより、余分な溶液を吹き飛ばして除去し、非晶質珪素膜２０３の表面に極薄いニッケル含有層２０４を形成する。
【００３３】
図２（Ａ）に示す状態を得たら、窒素雰囲気中で６００  ℃、４ｈｒｓの加熱処理を行い、非晶質珪素膜２０３を結晶化する。この結晶化工程により結晶性珪素膜２０５が得られる。（図２（Ｂ）
【００３４】
なお、この結晶化工程に従えば粒界を含む多結晶シリコン膜（ポリシリコン膜）が形成されるが、異なる条件で微結晶状態のシリコン膜を得るのであっても構わない。
【００３５】
また、上記加熱処理は電熱炉において５５０  〜７００  ℃（好ましくは５５０  〜６５０  ℃）の温度で行うことができる。この時、加熱温度の上限はガラス基板の耐熱性を考慮して使用するガラス基板のガラス歪点より低くすることが必要である。ガラス歪点を超えるとガラス基板の反り、縮み等が顕在化してしまう。
【００３６】
上記加熱処理はファーネスアニール（電熱炉内での加熱処理）によって行われる。なお、レーザーアニールまたはランプアニール等の加熱手段を用いることも可能である。
【００３７】
次に、得られた結晶性珪素膜２０５に対してレーザー光の照射を行い、結晶性の改善された結晶性珪素膜２０６を得る。本実施例ではＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を用いるが、ＸｅＣｌエキシマレーザーやＹＡＧレーザー等を用いることもできる。（図２（Ｃ））
【００３８】
本実施例で用いるエキシマレーザーはパルス発振型のレーザーであり、レーザー光が照射されることにより被照射領域において瞬間的に溶融固化が繰り返される。そのため、エキシマレーザー光を照射することにより、一種の非平衡状態が形成され、ニッケルが非常に動きやすい状態となっている。
【００３９】
また、図２（Ｂ）に示す結晶化工程で得られる結晶性珪素膜２０５は非晶質成分が不規則に残存する。しかし、レーザー光の照射によってその様な非晶質成分を完全に結晶化することができるため結晶性は大幅に改善される。なお、このレーザー照射工程を省略することは可能である。
【００４０】
レーザー光の照射が終了したら、結晶性珪素膜２０６の表面の酸化膜を一旦除去し、再び薄い酸化膜（図示せず）を形成する。この酸化膜は酸素雰囲気中でＵＶ光を照射することで得られる。そして、その上にレジストマスク２０７を形成する。前述の酸化膜はレジストマスク２０７の密着性を高める効果がある。
【００４１】
次にＰ（リン）元素のドーピング工程をプラズマドーピング法（またはイオン注入法）で行う。ドーピング条件はＲＦ電力を２０Ｗ  、加速電圧を  ５〜３０ｋｅＶ  （代表的には１０ｋｅＶ）に設定し、Ｐ元素のドーズ量は  １×１０１３ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上（好ましくは  ５×１０１３〜  ５×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２）で行えば良い。
【００４２】
なお、後述するがＰ元素ドーピング注入工程の最適条件は、後に行うゲッタリングのための加熱処理の条件によって変化する。従って、実施者はプロセス的見地および経済的見地から最適条件を決定しなければならない。現状において、本発明者らは加速電圧は  １０ｋｅＶとし、ドーズ量は  １×１０１４〜  ５×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２とすることが好ましいと考えている。
【００４３】
本発明では結晶性珪素膜２０６中に残留するニッケルの濃度に比較して、Ｐ元素の濃度が１桁以上高くなる様な条件を設定してＰ元素ドーピング工程を行うことが好ましい。前述の  ５×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２というドーズ量は濃度換算すると、約  ４×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３に対応する。
【００４４】
本発明者らの計測によれば、図２（Ｂ）の工程が終了した時点での結晶性珪素膜２０６中において、残留ニッケル濃度の最高値は  １×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である。従って、この場合はＰ元素が膜中に最低でも  １×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度以上残留するようにドーピング条件を設定すれば良い。
【００４５】
このＰ元素のドーピングは図２（Ｄ）の２０８、２０９で示される領域（以下、ゲッタリング領域と呼ぶ）に対して行われる。このドーピングの結果、ゲッタリング領域２０８、２０９はＰ元素を高濃度に含有した領域となる。また、これらの領域はドーピングされるイオンの衝撃によって非晶質化される。
【００４６】
また、２１０で示される領域（以下、被ゲッタリング領域と呼ぶ）は、レジストマスク２０７によって保護されるためＰ元素はドーピングされない。従って、成膜時の状態が維持されたままの結晶性を有した領域となる。
【００４７】
Ｐ元素のドーピング工程が終了したら、レジストマスク２０７を除去した後ゲッタリングのための加熱処理を行い、被ゲッタリング領域２１０の内部に残存するニッケルを、ゲッタリング領域２０８、２０９に移動させる。こうしてニッケル濃度が低減された被ゲッタリング領域２１１を得る。（図２（Ｅ））
【００４８】
この時、加熱処理は電熱炉中において不活性雰囲気、水素雰囲気、酸化性雰囲気またはハロゲン元素を含む酸化性雰囲気にいずれかで行えば良い。また、温度は  ５００℃以上（好ましくは  ５５０〜６５０  ℃）とすれば良い。また、処理時間は  ２時間以上（好ましくは  ４〜１２時間）とすれば良い。
【００４９】
なお、後述するが、加熱処理の温度および時間によってゲッタリング効率は大きく変化する。即ち、前述のＰ元素のドーピング条件と同様に、実施者がプロセス的見地および経済的見地から最適条件を決定する必要がある。
【００５０】
なお、現状において、本発明者らは    代表的には６００  ℃の温度で、  ８時間程度のファーネスアニール処理を行うことが好ましいと考えている。
【００５１】
以上の様な加熱処理工程によって、被ゲッタリング領域２１０の内部のニッケルはゲッタリング領域２０８、２０９へ（矢印の方向へ）と吸い出される。このニッケルの移動は、前述のレーザー照射によりニッケルが移動し易くなっていること、さらにゲッタリング領域２０８、２０９が非晶質化していることにより助長される。
【００５２】
そして、パターニングによってゲッタリング領域２０８、２０９を除去することで十分にニッケル濃度が低減された島状パターン２１２が得られる。なお、図２（Ｅ）に示す被ゲッタリング領域２１１において、ゲッタリング領域２０８、２０９と隣接する周辺部はニッケル濃度が高い可能性があるので、パターニング時に一緒に除去することが望ましい。（図２（Ｆ））
【００５３】
〔本発明の実施条件に関して〕
本発明の構成要件は、（１）珪素を含む非晶質半導体膜を触媒元素（例えばニッケル）を利用して結晶化する工程、（２）選択的に周期表の５Ｂ族に属する元素（例えばリン）をドーピングしてゲッタリング領域を形成する工程、（３）加熱処理によって被ゲッタリング領域内の触媒元素をゲッタリング領域に移動させる工程である。
【００５４】
特に、（２）と（３）が本発明の最大の目的である「Ｐ元素による触媒元素のゲッタリング」に関わる工程である。これらの工程において、考慮すべき代表的なパラメータとして以下の４つが挙げられる。
（ａ）ゲッタリングのための加熱処理における処理温度
（ｂ）ゲッタリングのための加熱処理における処理時間
（ｃ）Ｐ元素の注入工程におけるドーズ量
（ｄ）Ｐ元素の注入工程における加速電圧
【００５５】
本発明は上記パラメータが相互に関係して成り立っており、どれかパラメータを動かすと他のパラメータの最適値もそれに伴って変化しうる。そこで、本発明者らが行った実験およびそこから得られた知見について以下に述べる。
【００５６】
まずドーピング工程を、加速電圧３０ｋｅＶ  、ドーズ量  ５×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２で行い、処理時間を２時間に固定した場合の温度依存性を説明する。図６（Ａ）〜（Ｆ）に示される写真は、それぞれ順にアニールなし、４００  ℃、４５０  ℃、５００  ℃、５５０  ℃、６００  ℃の場合の実験結果である。
【００５７】
本実験では、被ゲッタリング領域に残存したニッケル（おそらくニッケルシリサイドとなっている）を選択的に除去することで発生する孔の数を評価した。この孔はＦＰＭ（ＨＦとＨ２Ｏ２をモル比で０．５：０．５  に混合した薬液）と呼ばれるエッチャント中に試料を室温で１時間浸漬することで生じる。即ち、この孔が発生する度合いが高いほど、高濃度にニッケルが残留していると言える。
【００５８】
なお、本実験では写真内の左中央にある  １６０×２００  μｍのパターン（以下、観察パターンと略す）を観察している。この写真を模式的に表すと図４の様になる。図４において、４０１、４０２は被ゲッタリング領域、４０３がゲッタリング領域である。観察したパターンは４０１で示される領域に対応する。
【００５９】
図６（Ａ）〜（Ｆ）の写真を観察すると、温度が高くなるにつれて明らかに観察パターン内の孔の数が減少する傾向が見られる。この事は、ゲッタリングのための温度が高いほどゲッタリング効率が向上することを意味している。
【００６０】
この傾向をグラフにまとめたものが図７である。図７では横軸に処理温度、縦軸に偏析密度をとっている。
【００６１】
なお、ここでいう偏析密度とは単位面積当たりに存在する孔の数であるが、ゲッタリング効率は被ゲッタリング領域の形状毎に異なる傾向を示すので絶対的な値ではない。従って、本実験では単にゲッタリング効率の温度依存性の傾向を知るための指標として用いている。
【００６２】
図７では  １６０×２００  μｍのパターンと参考までに２０×１００  のパターンの二つについて調べた結果を示しているが、両者ともに温度が高くなるにつれて偏析密度が減少していくことが確認できる。特に、２０×１００  のパターンでは  １６０×２００  μｍのパターンよりも急激に減少する傾向が見られる。
【００６３】
こうして本実験の評価対象である  １６０×２００  μｍのパターンの結果より、ドーピング工程を加速電圧３０ｋｅＶ  、ドーズ量  ５×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２で行い、ゲッタリングの処理時間を２時間に固定した場合、その処理温度は高いほど良い、即ち現状では６００  ℃以上であることが好ましいという結果が得られた。
【００６４】
ここで、Ｐ元素によるゲッタリング効果はゲッタリング領域と被ゲッタリング領域との距離が問題となる。これはゲッタリング現象が膜面と平行な方向でのニッケルの移動によって進行することによる。
【００６５】
１６０×２００  μｍのパターンの場合、短辺が  １６０μｍであるのでこのパターンの中心から端部までの距離がゲッタリング領域と被ゲッタリング領域の距離に相当する。即ち、少なくとも  １６０μｍという距離の範囲内では本実験の結果が適用できることを意味している。なお、他の観察パターンの結果から、実際には  ２００〜２５０  μｍ程度の距離まで本実験と同様の結果が得られると推測される。
【００６６】
なお、この  １６０×２００  μｍというサイズの活性層は、実際にアクティブマトリクス型表示装置を構成するＴＦＴの活性層パターンの一つであり、その中でも特に大きいサイズに相当する。従って、本実験結果から得られる知見は実質的にアクティブマトリクス型表示装置を構成する全てのＴＦＴに適用できる。
【００６７】
また、短辺が  ２００μｍ以上となる様なサイズの活性層は、例えばドライバー回路を構成するＴＦＴにしか使用されず、その場合、活性層を複数に分割する等の工夫で容易に回避することができる。また、短辺が細ければ細いほどさらに低い温度で顕著なゲッタリング効果を得られることは、図７の２０×１００  μｍのパターンの結果からも明らかである。
【００６８】
次に、本発明者らはガラス基板の耐熱性を考慮して処理温度の上限を６００  ℃に定め、処理時間依存性について調べた。この実験では、処理温度を６００  ℃に固定し、ドーピング条件は加速電圧３０ｋｅＶ  、ドーズ量  ５×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２で固定して行った。
【００６９】
図３（Ａ）〜（Ｆ）に示される写真は、それぞれ順にアニールなし、  １時間、２時間、  ４時間、  ８時間、２４時間の場合の実験結果である。なお、観察対象は温度依存性の実験と同様のパターン（  １６０×２００  μｍ）とし、評価方法は前述の孔の観察および偏析密度で調べた。
【００７０】
図３（Ａ）〜（Ｆ）に示す写真の観察結果からも明らかな様に、処理時間が増加するにつれて被ゲッタリング領域に発生する孔の数は減少する。特に、処理時間が２４時間となると完全に孔は発生しなくなる。
【００７１】
この実験における本発明者らの最終的な目的は、ＦＰＭ処理を施しても孔が発生しない条件の探索である。即ち、ここでは処理時間を２４時間とした場合のみが目的の結晶性珪素膜を得ることのできる条件であった。
【００７２】
また、図３の結果をもとに処理時間と偏析密度との関係を図５に示す。図５では処理時間の増加に伴って偏析密度が減少する傾向を明確に読み取ることができる。なお、フィティングした曲線から１０時間を超えるあたりで孔の発生がなくなると予想される。また、短辺の細い２０×１００  μｍのパターンでは、さらに処理時間が短くて済むことが確認された。
【００７３】
また、ゲッタリング効率の変化をＳＩＭＳ分析（質量二次イオン分析）で調べた結果、加熱処理を行わない時のニッケル濃度が約  ７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であったのに対し、  ８時間処理で約  ３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３にまで低減されていることが確認された。さらに、ＦＰＭ処理で孔の空かなかった２４時間処理の試料はニッケル濃度が検出下限（約  ５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下）にまで低減されていた。
【００７４】
なお、ここで得られたニッケル濃度は  １６０×２００  μｍのパターンの中心部３０μｍφの範囲をＳＩＭＳ分析で測定した結果である。また、測定値は試料の深さ方向での中央付近における平均値（本実験では試料が６０ｎｍであるので２０〜３０ｎｍの深さでの平均値）を用いている。
【００７５】
以上の様に、図５の  １６０×２００  μｍのパターンの結果より、ドーピング工程を加速電圧３０ｋｅＶ  、ドーズ量  ５×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２で行い、ゲッタリングの処理温度を６００℃に固定した場合、その処理時間は１０時間以上であることが好ましいという結果が得られた。
【００７６】
しかしながら、製造工程のスループットを考慮すると、処理時間があまりにも長いことは好ましくない。そのため、本発明者らはガラス基板の耐熱性およびスループットを考慮して、処理時間の上限を１０時間（好ましくは  ８時間）に定めることにした。
【００７７】
次に、本発明者らはガラス基板の耐熱性および製造工程のスループットを考慮して、加熱処理条件を６００  ℃  ８時間に固定し、ドーピング条件のパラメータに関する依存性を調べた。
【００７８】
ここでは加速電圧を３０ｋｅＶ  に固定し、ドーズ量を  １×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２、  ５×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２、  ２×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２で変えた場合の結果について図８（Ａ）〜（Ｃ）に、加速電圧を１０ｋｅＶ  に固定し、ドーズ量を  １×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２、  ５×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２、  ２×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２で変えた場合の結果について図８（Ｄ）〜（Ｆ）に示す。なお、ゲッタリング効率の評価方法は前述の評価方法と同様である。
【００７９】
図８（Ａ）〜（Ｃ）および（Ｄ）〜（Ｆ）に示す様に、１０ｋｅＶ  の場合も３０ｋｅＶ  の場合もドーズ量が増加するに伴って孔の数が減少する傾向が確認できる。しかしながら、加速電圧３０ｋｅＶ  の条件では  ２×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２で完全に孔が発生しなくなったのに対し、加速電圧１０ｋｅＶ  の条件では  ５×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２で既に孔が発生しなくなった。
【００８０】
また、孔の空かなくなった条件で処理した試料をＳＩＭＳ分析した結果、やはりニッケル濃度が検出下限まで低減されていることが確認できた。
【００８１】
この結果をまとめて図１のグラフに示す。図１において、横軸はＰ元素のドーズ量であり、縦軸はゲッタリング処理後の被ゲッタリング領域に残留するニッケルの濃度である。ニッケル濃度の測定方法は前述の通りである。
【００８２】
図１に示す様に、現状では３０ｋｅＶ  の場合にはＰ元素のドーズ量を  ５×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２としてもまだ約  ３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のニッケルが残留しているが、少なくとも  ２×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２のドーズ量で添加すればＳＩＭＳの検出下限までニッケル濃度を低減できることが確認された。
【００８３】
実際にはもっと低いドーズ量で検出下限までニッケル濃度が低減される可能性がある。図１では明確ではないが、本発明者らはニッケル濃度とドーズ量の関係にある相関関係があると推測している。相関関係があるとすれば、おそらくニッケルおよびリンの珪素膜中における拡散速度等が関与するであろう。
【００８４】
一方、現状では１０ｋｅＶ  の場合にはＰ元素のドーズ量を少なくとも  ５×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２とすればＳＩＭＳの検出下限までニッケル濃度を低減できることが確認された。勿論、実際にはもっと低いドーズ量で検出下限までニッケル濃度が低減される可能性がある。
【００８５】
この様に１０ｋｗＶ  と３０ｋｅＶ  とで明らかな相違が現れた理由は、Ｐイオンをドーピングした際のイオンプロファイルが異なるためであることがＳＩＭＳ分析で確認されている。即ち、１０ｋｅＶ  の加速電圧でドーピングした方が試料中に添加されるＰ元素の濃度は実質的に高く、ゲッタリングに寄与するＰ元素が多いためであると推測される。
【００８６】
以上の様な結果から、ゲッタリングのための加熱処理を６００  ℃  ８時間で行うという条件内で目的の結晶性珪素膜（ＦＰＭ処理で孔が空かない膜）を得るための条件として、加速電圧３０ｋｅＶ  でドーズ量を  ２×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上とする、或いは加速電圧１０ｋｅＶ  でドーズ量を  ５×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上とすることが好ましいことが確認された。
【００８７】
しかしながら、実際問題として加速電圧が高くなるとドーピング装置への負担が増加し、ドーズ量が増加するとスループットが悪くなることが予想される。従って、現状では加速電圧１０ｋｅＶ  でドーズ量を  ５×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上とすることが最も好ましい条件であると言える。
【００８８】
なお前述の様に、加速電圧が１０ｋｅＶ  の場合、ドーズ量が  ５×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上であればニッケル濃度が検出下限に達していることを確認した。しかしながら、実際にニッケル濃度が検出下限に達するドーズ量はさらに低い値である可能性がある。
【００８９】
また、本発明者らが、ＴＦＴ特性に影響を与えないレベルと考えているニッケル濃度（  １×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下）にまで低減させるためには、さらに低いドーズ量でＰ元素をドーピングすれば良いと予想される。
【００９０】
ところで、本発明者らは比較実験としてリンの代わりに典型的な周期表の３Ｂ族に属する元素であるＢ（ボロン）を用いた場合の効果を調べた。その結果を図９に示す。図９（Ａ）はゲッタリング用不純物としてリンを用いた場合、図９（Ｂ）はボロンを用いた場合の写真である。
【００９１】
なお、ドーピング条件は加速電圧３０ｋｅＶ  、ドーズ量  ５×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２とし、ゲッタリングのための加熱処理は６００  ℃、８  時間とした。また、ゲッタリング効果の評価方法はＦＰＭ処理による孔空きを観察した。
【００９２】
リンをドーピングした図９（Ａ）に示す試料はニッケルが完全にゲッタリングされて 160×200 μｍのパターン内に全く孔が観察されなかった。ところが、ボロンをドーピングした図９（Ｂ）に示す試料では、パターンに関係なく全面に均一に孔が観察された。この傾向は他の周期表の３Ｂ族に属する元素においても同様であった。
【００９３】
以上の様に、本発明が示すゲッタリング効果は周期表の５Ｂ族に属する元素（特にリン）に特有のものであって、周期表の３Ｂ族に属する元素では成しえないことが判明した。
【００９４】
最後に、以上に示した本発明者らによる実験結果をまとめる。リンを用いたニッケルのゲッタリング工程において、ゲッタリングのための加熱処理は処理温度と処理時間の二つのパラメータが重要であり、Ｐ元素のドーピング工程は加速電圧とドーズ量が重要である。
【００９５】
本発明者らの実験では温度は高いほど良いという結果が得られたが、低温プロセスを生かすという本発明の目的を考慮すると、ガラス基板の耐熱性によって上限温度は７００  ℃（好ましくは５５０  〜６５０  ℃、代表的には６００  ℃）とすることが好ましい。
【００９６】
また、処理時間は長いほど良いという結果となったが、ガラス基板の耐熱性および製造工程のスループットを考慮すると、上限は２４時間（好ましくは  ４〜１２時間、代表的には  ８時間）とすることが好ましい。
【００９７】
また、６００  ℃  ８時間の加熱処理を前提としてＰ元素のドーピング条件を実験的に調べた結果、加速電圧を１０ｋｅＶ  とし、ドーズ量を  ５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすることでニッケル濃度を検出下限にまで低減できることが確認された。
【００９８】
なお、ニッケル濃度を  １×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にするので十分であれば、ドーズ量は  １×１０１３ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上（好ましくは  ５×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜  ５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）で十分と予想される。
【００９９】
〔実施例２〕
本実施例では実施例１と異なる手段で非晶質半導体膜の結晶化を行う例を図１０を用いて説明する。なお、この結晶化手段に関する詳細は特開平７−１３０６５２号公報記載の実施例２を参考にすると良い。
【０１００】
まず、図１０（Ａ）において、３０１はガラス基板であり、その上に下地膜３０２、膜厚５０ｎｍの非晶質珪素膜３０３を形成する。また、その上に酸化珪素膜でなるマスク絶縁膜３０４を形成し、触媒元素（本実施例もニッケルとする）を選択的に添加するための開口部３０５を設ける。
【０１０１】
この状態で酸素雰囲気中においてＵＶ光を照射し、非晶質珪素膜３０３の露出表面に濡れ性改善のための極薄い酸化膜（図示せず）を形成する。次にニッケルを１００ｐｐｍ（重量換算）で含有したニッケル酢酸塩溶液をスピンコート法により塗布し、非晶質珪素膜３０３の表面に極薄いニッケル含有層３０６を形成する。（図１０（Ａ））
【０１０２】
図１０（Ａ）に示す状態を得たら、窒素雰囲気中で６００  ℃、８ｈｒｓの加熱処理を行い、非晶質珪素膜３０３を結晶化する。非晶質珪素膜３０３の結晶化は、ニッケルを添加した領域から膜面と平行な方向（横方向）に進行する。（図１０（Ｂ））
【０１０３】
なお、この結晶化工程に従えば針状または柱状の結晶の集合体でなる多結晶シリコン膜（ポリシリコン膜）が形成される。本発明者らはこの様に結晶化した領域を横成長領域と呼ぶ。
【０１０４】
また、この時、結晶化後の膜は、（１）ニッケルの添加領域３０７（結晶性珪素膜）、（２）横成長領域３０８（結晶性珪素膜）、（３）横成長が及ばなかった領域３０９（非晶質珪素膜）の三つの領域に分類される。なお、最終的に必要とするのは横成長領域３０８のみであるので、以下の説明において他の領域の説明は略す。
【０１０５】
次に、得られた結晶化後の珪素膜に対してレーザー光の照射を行う。これにより横成長領域３０８は大幅に結晶性が改善された結晶性珪素膜３１０となる。本実施例ではＫｒＦエキシマレーザーを用いる。（図１０（Ｃ））
【０１０６】
レーザー光の照射が終了したら、レジストマスク３１１を形成して、Ｐ（リン）元素のドーピング工程を行う。なお、ドーピング条件は実施例１に従って実施者が適宜決定すれば良い。また、後のゲッタリングのための加熱処理の条件を考慮して決定することが好ましい。（図１０（Ｄ））
【０１０７】
本実施例ではこのドーピング工程をＲＦ電力２０Ｗ  、加速電圧１０ｋｅＶ  、ドーズ量５×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ３で行う。このＰ元素のドーピング工程によりゲッタリング領域３１２、３１３および被ゲッタリング領域３１４が形成される。
【０１０８】
Ｐ元素のドーピング工程が終了したら、レジストマスク３１１を除去して加熱処理を行い、被ゲッタリング領域３１４の内部に残存するニッケルを、ゲッタリング領域３１２、３１３の方に（矢印の方向に）移動させる。こうしてニッケル濃度の低減された被ゲッタリング領域３１５が得られる。（図１０（Ｅ））
【０１０９】
この時、加熱処理は実施例１に従って実施者が適宜決定すれば良い。ただし、前述の様にガラス基板の耐熱性を考慮して、処理温度および処理時間の上限を設定しなければならない。
【０１１０】
そして、パターニングによってゲッタリング領域３１２、３１３を除去することで十分にニッケル濃度が低減された島状パターン３１６を得る。この時、ゲッタリング領域３１２、３１３と隣接する周辺部も一緒に除去することが好ましい。（図１０（Ｆ））
【０１１１】
本実施例の結晶化手段を用いた場合、図１０（Ｂ）に示す結晶化工程の後に得られる横成長領域３０８は、内部のニッケル濃度が直接ニッケルを添加した領域に比べて低いという特徴がある。
【０１１２】
即ち、実施例１に示した結晶化手段よりも、もともと被ゲッタリング領域に含まれるニッケル濃度が低いため、ゲッタリング処理の処理温度を低くしたり、処理時間を短くしなりするなど、プロセス的なマージンが増す。
【０１１３】
〔実施例３〕
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。
【０１１４】
図１１（Ａ）において、１１はガラス基板、１２は下地膜、１３はＮチャネル型ＴＦＴの活性層、１４はＰチャネル型ＴＦＴの活性層である。活性層１３、１４は例えば図２（Ｆ）の島状パターン２１２で形成すれば良い。
【０１１５】
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１５を形成する。（図１１（Ａ））
【０１１６】
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１６、１７、緻密な陽極酸化膜１８、１９、ゲイト電極２０、２１が形成される。
【０１１７】
次に、ゲイト電極２０、２１、多孔質状の陽極酸化膜１６、１７をマスクとしてゲイト絶縁膜１５をエッチングし、ゲイト絶縁膜２２、２３を形成する。そしてその後、多孔質状の陽極酸化膜１６、１７を除去する。こうしてゲイト絶縁膜２２、２３の端部が露出した状態となる。（図１１（Ｂ））
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
以上の工程を経て、Ｎチャネル型ＴＦＴのソース領域２４、ドレイン領域２５、低濃度不純物領域２６、チャネル形成領域２７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１１（Ｃ））
【０１２２】
次に、Ｎチャネル型ＴＦＴを覆ってレジストマスク２８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。
【０１２３】
この様にして、Ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域２９、ドレイン領域３０、低濃度不純物領域３１、チャネル形成領域３２が形成される。（図１１（Ｄ））
【０１２４】
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。
【０１２５】
次に、層間絶縁膜３３を  ５００ｎｍの厚さに形成する。層間絶縁膜３３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。
【０１２６】
そして、コンタクトホールを形成してソース配線３４、３５、ドレイン配線３６を形成して図１１（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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
また、以上の様にして形成したＴＦＴはチャネル形成領域２７、３２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。
【０１２９】
次に、本発明を利用したＴＦＴの電気特性（ＴＦＴ特性とも呼ばれる）と本発明を利用しないＴＦＴと電気特性を比較して説明する。ここで示すＴＦＴ特性とは横軸にゲイト電圧（Ｖｇ）、縦軸にドレイン電流（Ｉｄ）の対数をとってプロットしたグラフであり、Ｉｄ−Ｖｇ  特性（Ｉｄ−Ｖｇ  曲線）とも呼ばれる。
【０１３０】
図１２（Ａ）、（Ｂ）はどちらもＮチャネル型ＴＦＴのＴＦＴ特性であり、図１２（Ａ）はゲッタリング処理を施したＴＦＴ、図１２（Ｂ）はゲッタリング処理を施さないＴＦＴの電気特性である。なお、図１２（Ａ）、（Ｂ）はどちらも任意の３０個のＴＦＴについて測定し、その結果を重ね書きによって一つのグラフに表している。
【０１３１】
また、図１２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ二つの曲線が示されているが、全体的に高い値を示している方がドレイン電圧（Ｖｄ）を１４Ｖとした場合のデータである。また、他方がドレイン電圧を１Ｖとした場合のデータである。また、ゲイト電圧は−２０Ｖ〜２０Ｖ  の範囲で連続的に変化する様に与えられ、それに応じてドレイン電流の値が変化する。
【０１３２】
まず、図１２（Ａ）について説明する。図１２（Ａ）に示す様なＮチャネル型ＴＦＴの場合、約−２０Ｖ〜０Ｖの範囲でＴＦＴがオフ状態にあるが、若干のオフ電流８１（Ｖｄ＝１４Ｖ  の場合）  、８２（Ｖｄ＝１Ｖの場合）  が観測される。この値は小さければ小さいほど良い。
【０１３３】
また、ゲイト電圧が約０Ｖにさしかかるとドレイン電流が急激に増加する。これはＴＦＴがオン状態に切り換わることを意味しており、この時のＩｄ−Ｖｇ  曲線の変化が急峻であるほど高いスイッチング性能を有していることが判る。
【０１３４】
そして、ゲイト電圧が０Ｖ〜２０Ｖ  の範囲ではＴＦＴがオン状態にあるため、オン電流８３（Ｖｄ＝１４Ｖ  の場合）  、８４（Ｖｄ＝１Ｖの場合）  が流れる。このオン電流８３、８４は次第に飽和して殆ど一定の値を示す。
【０１３５】
次に、図１２（Ｂ）においても同様にオフ電流８５（Ｖｄ＝１４Ｖ  の場合）  、８６（Ｖｄ＝１Ｖの場合）  およびオン電流８７（Ｖｄ＝１４Ｖ  の場合）  、８８（Ｖｄ＝１Ｖの場合）  が確認される。ここで注目すべきは、オフ電流の挙動が明らかに図１２（Ａ）のオフ電流と異なる点である。
【０１３６】
即ち、図１２（Ａ）ではオフ電流８１、８２ともに比較的揃った特性を示している一方、図１２（Ｂ）では特にオフ電流８５のバラツキが激しいものとなっている。
【０１３７】
本発明者らの知見によれば、ＴＦＴの活性層中にニッケル等の触媒元素が残存すると偏析して電流のリークパスを形成する。そして、それを含む活性層でＴＦＴを構成した場合に上述の様なオフ電流のバラツキが発生すると考えている。
【０１３８】
図１２（Ｂ）に示すＴＦＴの電気特性はまさにその状態を示しており、活性層中の触媒元素によりオフ電流がばらついたものと考えられる。しかしながら、本発明を利用して活性層中の触媒元素をゲッタリングした場合、図１２（Ａ）に示す様にオフ電流のばらつきが明らかに防止されていることが判る。
【０１３９】
なお、図１２ではＮチャネル型ＴＦＴについてのみ説明したが、Ｐチャネル型ＴＦＴにおいても同様の結果が得られている。
【０１４０】
そこで、図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）に示した電気特性を数値化したグラフを図１３（Ａ）、（Ｂ）に示す。なお、図１３（Ａ）に示すグラフはモビリティ値（電界効果移動度）の、図１３（Ｂ）に示すグラフはオフ電流値の正規確率分布を表しており、５４０個のＴＦＴについてのデータを集計してある。
【０１４１】
この様なグラフはＴＦＴ特性のバラツキを評価する上で有効である。例えば、図１３（Ｂ）を見ると、ゲッタリングありの場合は殆どのオフ電流値が数ｐＡ〜数十ｐＡ程度のバラツキ内に収まるのに対し、ゲッタリングなしの場合は数ｐＡ〜数ｎＡのバラツキが観察される。
【０１４２】
即ち、データ群を線と見なすと、その線が立っているほどバラツキが小さく、正規分布（ガウシアン分布）に従うと見なせる。逆に、その線が寝ているほどバラツキが大きく、正規分布からはずれていると見なせる。
【０１４３】
従って、図１３（Ｂ）ではゲッタリングありの場合には正規分布に従うが、ゲッタリングなしの場合には正規分布に従わないことが判る。即ち、ゲッタリングなしの場合、５４０個のＴＦＴのうち、約８０％（４３０個程度）は１０ｐＡ程度の値に収まるが、残りの約１１０個のＴＦＴは  １〜２  桁も大きなものとなってしまうことを示している。
【０１４４】
この様な結果は、上述の様な理由により結晶化を助長する触媒元素の偏析によるリークパスの形成が、ゲッタリング処理によって改善されたことを顕著に表していると考えられる。
【０１４５】
また、図１３（Ａ）に示すモビリティ値のデータ群では、明らかにゲッタリング処理を行った方がバラツキが小さいことが判る。なお、ゲッタリングの有無でモビリティ値の最大値は殆ど変わらないが、ゲッタリングなしの場合、極端にモビリティ値の小さいＴＦＴが存在する確率が高いことが判る。
【０１４６】
この事は、ゲッタリングなしの場合、ＴＦＴの活性層（特にチャネル形成領域）においてキャリアの移動を妨げる高いエネルギー障壁が存在することを示唆しているものと推測される。
【０１４７】
この事実について、本発明者らは次の様に考えている。通常、ポリシリコン膜等に含まれる結晶粒界では結晶粒同士の結合の整合性が悪く、高いエネルギー障壁を形成している。これがＴＦＴ動作時のキャリアの移動を妨げ、モビリティ値の低下に反映している。
【０１４８】
実施例１に示した工程の場合、意図的にニッケルの触媒作用を利用しているため、結晶性珪素膜の結晶粒界にはニッケルが偏析していると考えられる。そして、そこではシリコンの不対結合手とニッケルとが結合し、Ｓｉ−Ｎｉ−Ｓｉの如き形態でシリサイド化していると予想される。
【０１４９】
そこで本発明者らは、詳細なメカニズムは不明であるが、ニッケルを除去する過程において何らかの理由により結晶粒界のエネルギー障壁が低下すると考えている。例えば、上述の様にシリサイド化した状態でゲッタリング処理を行うと、ニッケルとシリコンとの結合が切れ、近接したシリコンの不対結合手同士で再結合する様なことが起こっているというモデルも考えうる。
【０１５０】
従って、図１３（Ａ）に示す結果を考慮すると、本発明のゲッタリング処理は単に不純物元素を除去する従来のゲッタリング処理とは異なり、触媒元素の除去と同時に結晶性半導体の結晶性、特に結晶粒界の整合性を改善する効果をもたらす点で全く新しい技術である。
【０１５１】
また、本発明者らは図１１（Ｅ）に示すＣＭＯＳ回路（インバータ回路）を奇数段直列に接続し、リングオシレータを試作した。試作したリングオシレータは図１４に示すその測定結果からも明らかな様に、電源電圧０〜１６Ｖで安定に動作し、１００ＭＨｚ近い動作周波数を実現した。また、本発明を利用したリングオシレータの方が高い動作周波数を得ることができた。
【０１５２】
以上の結果から、本発明がＴＦＴ特性や半導体回路の特性に対して何ら弊害をもたらさないことが確認できた。
【０１５３】
〔実施例４〕
本実施例では実施例３とは異なる構造のＴＦＴを作製する場合の例について説明する。具体的にはボトムゲイト型ＴＦＴの典型的な例である逆スタガ型ＴＦＴを作製する例を示す。
【０１５４】
図１５（Ａ）において、４１はガラス基板、４２は下地膜、４３は導電性材料でなるゲイト電極、４４はゲイト絶縁膜、４５は非晶質珪素膜、４６は実施例１と同様の手段で形成したニッケル含有層である。（図１５（Ａ））
【０１５５】
なお、後にファーネスアニールによって  ５００〜７００  ℃の温度でゲッタリング工程が行われるので、その温度に耐えうる材料をゲイト電極４３として使用する必要がある。
【０１５６】
次に、結晶化のための加熱処理を行い、結晶性珪素膜４７を形成する。加熱処理の条件は実施例１に従えば良い。（図１５（Ｂ））
【０１５７】
次に、レジストマスク４８を設けて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。この工程よりゲッタリング領域４９、５０および被ゲッタリング領域５１が形成される。（図１５（Ｃ））
【０１５８】
次に、ゲッタリングのための加熱処理を行い、被ゲッタリング領域５１内のニッケルをゲッタリング領域４９、５０に矢印の方向に向かって移動させる。こうしてニッケル濃度の低減された結晶性珪素膜（被ゲッタリング領域）５２が得られる。（図１５（Ｄ））
【０１５９】
次に、ゲッタリング工程によって得られた被ゲッタリング領域５２をパターニングして活性層５３を形成する。そして、活性層５３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（またはエッチングトッパーと呼ばれる）５４を設ける。（図１５（Ｅ））
【０１６０】
図１５（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５５およびドレイン領域５６とを形成する。さらに、ソース配線５７、ドレイン配線５８を形成する。そして、最後に全体の水素化を行って図１５（Ｆ）に示す逆スタガ型ＴＦＴが完成する。
【０１６１】
〔実施例５〕
実施例３で説明した様に、本発明はオフ電流のバラツキを低減するという大きな効果を有している。そのことは、ＴＦＴでもって液晶表示装置等の電気光学装置を形成する際に非常に価値のある効果である。
【０１６２】
従来、オフ電流のバラツキ対策としてマルチゲイト構造が提案されている。マルチゲイト構造とは電気的に短絡した複数のゲイト電極を１つの活性層上に配置し、実質的に複数のＴＦＴを直列に配列した様な構造のことである。
【０１６３】
そのため、どれか１つのＴＦＴでオフ電流が異常値を示しても他のＴＦＴが正常に動作すればその値で律速される。即ち、全体としてはオフ電流のバラツキを抑制することができる。なお、ゲイト本数を増やせばその分効果は高まるが、ＴＦＴが大型化するというデメリットがある。
【０１６４】
ところで、液晶表示装置の画像表示領域となる画素マトリクス回路ではできる限りオフ電流のバラツキをなくすことが望まれる。そのため、マルチゲイト構造が多く用いられている。その一方で、透過型液晶表示装置の画素マトリクス回路では高い開口率が要求される。
【０１６５】
従って、従来のマルチゲイト構造では開口率を高くするという要求を満足することは困難であった。
【０１６６】
しかしながら、本発明のＴＦＴは非常にオフ電流のバラツキが小さいため、シングルゲイト構造のＴＦＴでも十分に活用することができる。勿論、マルチゲイト構造においてゲイト本数を減らすのであっても良い。
【０１６７】
従って、本発明を利用することでＴＦＴサイズを小さくしてもオフ電流のバラツキの小さい電気特性が得られる。このことは、画素マトリクス回路の開口率を高くする上で非常に有効である。
【０１６８】
〔実施例６〕
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。
【０１６９】、
図１６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。
【０１７０】
なお、実施例３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。
【０１７１】
まず、実施例３に示したＣＭＯＳ回路の作製工程に従って、図１６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。
【０１７２】
ＣＭＯＳ回路の上には有機性樹脂膜でなる層間絶縁膜６１が設けられ、その上にはブラックマスク６２が配置される。なお、本実施例ではブラックマスク６２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。
【０１７３】
ブラックマスク６２上には再び層間絶縁膜６３が設けられ、コンタクトホールを設けて画素電極６４が配置される。画素電極６４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６５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。
【０１７４】
また、６６は対向基板、６７は透明導電膜でなる対向電極、６８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６９を挟持して図１６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。
【０１７５】
また、アクティブマトリクス型液晶表示装置の外観を図１７に簡略化して示す。図１７において、７１はガラス基板、７２は下地膜、７３は画素マトリクス回路、７４はソースドレイバー回路、７５はゲイトドライバー回路、７６はロジック回路である。
【０１７６】
ロジック回路７６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。
【０１７７】
〔実施例７〕
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６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１８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。
【０１７８】
図１８（Ａ）はモバイ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。
【０１７９】
図１８（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。本発明は表示装置２１０２に適用することができる。
【０１８０】
図１８（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。
【０１８１】
図１８（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。
【０１８２】
図１８（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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
【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半導体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、本発明のゲッタリング処理はガラスの耐熱温度（歪点）以下の温度で行われるので、従来の低温プロセスを踏襲することができる。
【０１８５】
また、本発明を用いて得られた結晶性半導体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十分低い濃度にまで低減されている。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】Ｐ元素のドーズ量とニッケル濃度の関係を示す図。
【図２】ゲッタリング処理工程を説明するための図。
【図３】ゲッタリング処理の時間依存性を示す写真。
【図４】１６０×２００  μｍのパターンを示す写真の模式図。
【図５】ゲッタリング処理時間と偏析密度の関係を示す図。
【図６】ゲッタリング処理の温度依存性を示す写真。
【図７】ゲッタリング処理温度と偏析密度の関係を示す図。
【図８】ゲッタリング処理のドーズ条件依存性を示す写真。
【図９】ＰおよびＢによるゲッタリング効果を示す写真。
【図１０】ゲッタリング処理工程を説明するための図。
【図１１】ＴＦＴの作製工程を示す図。
【図１２】ＴＦＴの電気特性を説明するための図。
【図１３】ＴＦＴの電気特性を説明するための図。
【図１４】リングオシレータの測定結果を示す図。
【図１５】ＴＦＴの作製工程を示す図。
【図１６】液晶表示装置の断面構造を示す図。
【図１７】アクティブマトリクス基板の構成を示す図。
【図１８】本発明を利用しうる応用製品の一例を示す図。
【符号の説明】
２０１            ガラス基板
２０２            下地膜
２０３            非晶質珪素膜
２０４            ニッケル含有層
２０５            結晶性珪素膜
２０６            結晶性が改善された結晶性珪素膜
２０７            レジストマスク
２０８、２０９    Ｐ元素を添加した領域（ゲッタリング領域）
２１０            Ｐ元素を添加しない領域（被ゲッタリング領域）
２１１            ゲッタリング処理を施した結晶性珪素膜
２１２            結晶性珪素膜でなる島状パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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