(57)【要約】【課題】絶縁表面を有する基板上に、均一に結晶成長した結晶性珪素膜を得る。【解決手段】絶縁表面を有する基板上に微結晶性を有する珪素膜を形成し、前記微結晶性を有する珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素を接して保持し、加熱処理を行って前記微結晶性を有する珪素膜よりも結晶性の高い結晶性珪素膜を形成し、前記結晶性珪素膜の表面をエッチングし、前記結晶性珪素膜にレーザー光を照射した後、加熱処理を行う。また、前記金属元素としてＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種類の元素を用いる。【選択図】図１
2006319361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面を有する基板上に微結晶性を有する珪素膜を形成し、
前記微結晶性を有する珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素を接して保持し、
加熱処理を行って前記微結晶性を有する珪素膜よりも結晶性の高い結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜の表面をエッチングし、
前記結晶性珪素膜にレーザー光を照射した後、加熱処理を行うことを特徴とする結晶性珪素膜の作製方法。
【請求項２】
ガラス基板上に下地膜を形成し、
前記下地膜上に微結晶性を有する珪素膜を形成し、
前記微結晶性を有する珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素を接して保持し、
加熱処理を行って前記微結晶性を有する珪素膜よりも結晶性の高い結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜の表面をエッチングし、
前記結晶性珪素膜にレーザー光を照射した後、加熱処理を行うことを特徴とする結晶性珪素膜の作製方法。
【請求項３】
ガラス基板上に下地膜を形成し、
前記下地膜上に微結晶性を有する珪素膜を形成し、
珪素の結晶化を助長する金属元素の化合物の溶液または当該金属元素を酸に溶かした溶液を用いて、前記微結晶性を有する珪素膜の表面に当該金属元素を含む膜を形成し、
加熱処理を行って前記微結晶性を有する珪素膜よりも結晶性の高い結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜の表面をエッチングし、
前記結晶性珪素膜にレーザー光を照射した後、加熱処理を行うことを特徴とする結晶性珪素膜の作製方法。
【請求項４】
請求項３において、前記金属元素を酸に溶かした溶液として、ニッケル酢酸塩溶液を用いることを特徴とする結晶性珪素膜の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一において、前記微結晶性を有する珪素膜を減圧熱ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法により形成することを特徴とする結晶性珪素膜の作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一において、前記金属元素としてＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種類の元素を用いることを特徴とする結晶性珪素膜の作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一において、前記金属元素の濃度は、１×１０１５原子ｃｍ−３〜５×１０１９原子ｃｍ−３であることを特徴とする結晶性珪素膜の作製方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一に記載の結晶性珪素膜を用いて作製されたことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する発明は、結晶性を有する珪素膜（結晶性珪素膜と称する）を得る技術に関する。例えばガラス基板上に結晶性珪素膜を形成する技術に関する。またその結晶性珪素膜を利用して半導体装置（例えば薄膜トランジスタ）を得る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板上に形成された珪素膜を用いて薄膜トランジスタを作製する技術が知られている。特にガラス基板上に成膜された非晶質珪素膜を用いる技術は実用化されている。しかし、非晶質珪素膜ではその電気的な特性に不満足な点があり、さらに高い特性を期待できる結晶性珪素膜を得ることが研究されている。
【０００３】
結晶性珪素膜を得る方法としては、ガラス基板上に非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法で成膜し、さらにレーザー光の照射や加熱処理を加えることによって結晶性珪素膜を得る方法が知られている。
【０００４】
また加熱処理による結晶化の際の加熱温度を下げるために珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して結晶性珪素膜を得る技術が知られている。（特開平６─２３２０５９号公報、特開平６─２４４１０３９号公報）
【０００５】
これらの技術は非晶質珪素膜を出発膜として、その非晶質珪素膜を結晶化させることを基本的な構成とする。具体的には、非晶質珪素膜にＮｉ等の珪素の結晶化を助長する金属元素を導入し、さらに加熱処理を加えることにより、結晶性珪素膜に変成するものである。  
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記珪素の結晶化を助長する金属元素を利用する方法は、ガラス基板が耐えるような温度で結晶性珪素膜を得ることができるという有意性がある。しかし、出発膜が非晶質珪素膜であるので結晶成長の途中で成長ムラが生じたり、得られる結晶性珪素膜の結晶性が均一でなかったり、部分的に金属元素が偏析してしまうという問題がある。
【０００７】
本明細書で開示する発明は、上記のような問題を生じさせずに均一性が高い結晶性珪素膜を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書で開示する発明は、
絶縁表面を有する基板上に微結晶性を有する珪素膜を形成する工程と、
前記珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素を接して保持させる工程と、
エネルギーを与え前記珪素膜の結晶化を助長する工程と、
を有することを特徴とする。
【０００９】
上記構成において、微結晶性を有する珪素膜の成膜方法としては、ジシランらトリシランを用いた減圧熱ＣＶＤ法を用いればよい。またプラズマＣＶＤ法を用いてもよい。
【００１０】
上記構成において、エネルギーを与える方法としては加熱による手段を利用することができる。加熱の温度は、ガラス基板を利用する場合には、４５０℃以上であってその歪点以下の温度で行うことが好ましい。
【００１１】
またより高い結晶性を得るのであれば、基板として石英基板を用い、８００℃〜１１００℃の温度で加熱を行うことが好ましい。
【００１２】
また上記構成において、エネルギーを与える方法としては、レーザー光または強光の照射による方法を利用することができる。このレーザー光または強光の照射は、単独で行ってもよいが、加熱と同時に行ったり、加熱の後に行うことがより効果的である。
【００１３】
他の発明の構成は、
絶縁表面を有する基板上に微結晶性を有する珪素膜を形成する工程と、
前記珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素を接して保持させる工程と、
加熱および／またはレーザー光の照射を行い前記珪素膜の結晶化を助長する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１４】
上記構成において、基板としてガラス基板を利用する場合は、加熱の温度は４５０℃〜ガラス基板の歪点以下の温度とすることが好ましい。これは、ガラス基板の変形を防ぐためである。
【００１５】
また高温の加熱にも耐える石英基板を用いる場合には、加熱の温度を非晶質珪素膜を結晶化温度以上とすることが好ましい。このような条件で加熱を行うと、非常に結晶性を高くすることができる。
【００１６】
非晶質珪素膜の結晶化温度は、その成膜方法や成膜条件にもよるが、５８０℃〜６２０℃である。
【００１７】
また特に結晶性を高くするには、加熱の温度を８００℃以上とすることが好ましい。
【００１８】
他の発明の構成は、
絶縁表面を有する基板上に微結晶性を有する珪素膜を形成する工程と、
前記珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に接して保持させる工程と、
エネルギーを与え前記珪素膜の結晶化を基板に平行な方向に進行させる工程と、
を有することを特徴とする。
【００１９】
珪素の結晶化を助長する金属元素としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種類の元素を利用することができる。これらの元素は、膜中に残存する濃度が１×１０15原子ｃｍ-3〜５×１０19原子ｃｍ-3、好ましくは１×１０15原子ｃｍ-3〜５×１０18原子ｃｍ-3となるようにするとよい。これら金属元素の濃度はＳＩＭＳ（２次イオン分析方法）による計測値の最小値に基づいて決定される。また数十Å程度の微小なレベルで見ると、当該金属元素に偏りがある場合があるが、このような場合はその平均値で考えればよい。
【００２０】
またこれら金属元素の導入方法としては、溶液を用いる方法、スパッタ法や蒸着法、さらにはプラズマ処理やプラズマＣＶＤ法を用いることができる。しかし、スパッタ法や蒸着法、さらにはプラズマ処理やプラズマＣＶＤ法は、濃度の調整が困難であり、また珪素膜の表面に均一に当該金属元素を分布させることができないとい欠点がある。特に珪素膜の表面において、不均一に当該金属元素が分布した場合、結晶化にムラが生じるしまい、また金属元素元素が偏析するので大きな問題となる。
【００２１】
一方、溶液を用いる方法は、導入する金属元素の濃度の調整が容易であり、また均一に分散させて珪素膜の表面に金属元素を接して保持させることができるので非常に好ましいものとなる。
【００２２】
溶液を用いる場合は、当該金属元素の化合物の溶液や当該金属元素をフッ酸等の酸に溶かした溶液を利用することができる。
【００２３】
例えば珪素の結晶化を助長する金属元素としてニッケルを利用する場合には、ニッケル化合物である臭化ニッケル、酢酸ニッケル、蓚酸ニッケル、炭酸ニッケル、塩化ニッケル、沃化ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、蟻酸ニッケル、ニッケルアセチルアセトネ−ト、４−シクロヘキシル酪酸ニッケル、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、２−エチルヘキサン酸ニッケルからから選ばれた少なくとも１種類を用いることができる。
【００２４】
また、Ｎｉを無極性溶媒である、ベンゼン、トルエン、キシレン、四塩化炭素、クロロホルム、エ−テル、トリクロロエチレン、フロンから選ばれた少なくとも一つに含ませたものを用いることができる。
【００２５】
またニッケルをフッ酸やバッファフッ酸、さらには硫酸等の酸に溶解させたものを用いることできる。勿論これら溶液は適当な溶媒でもって希釈して利用してもよい。
【００２６】
金属元素としてＦｅ（鉄）を用いる場合は、鉄塩として知られている材料、例えば臭化第１鉄（ＦｅＢｒ2 ６Ｈ2 Ｏ）、臭化第２鉄（ＦｅＢｒ3 ６Ｈ2 Ｏ）、酢酸第２鉄（Ｆｅ（Ｃ2 Ｈ3 Ｏ2)3xＨ2 Ｏ）、塩化第１鉄（ＦｅＣｌ2 ４Ｈ2 Ｏ）、塩化第２鉄（ＦｅＣｌ3 ６Ｈ2 Ｏ）、フッ化第２鉄（ＦｅＦ3 ３Ｈ2 Ｏ）、硝酸第２鉄（Ｆｅ（ＮＯ3)3 ９Ｈ2 Ｏ）、リン酸第１鉄（Ｆｅ3 （ＰＯ4)2 ８Ｈ2 Ｏ）、リン酸第２鉄（ＦｅＰＯ4 ２Ｈ2 Ｏ）から選ばれたものを用いることができる。また鉄を酸に溶解させた溶液を用いることもできる。
【００２７】
金属元素としてＣｏ（コバルト）を用いる場合、コバルト塩として知られている材料、例えば臭化コバルト（ＣｏＢｒ６Ｈ2 Ｏ）、酢酸コバルト（Ｃｏ（Ｃ2 Ｈ3 Ｏ2)2 ４Ｈ2 Ｏ）、塩化コバルト（ＣｏＣｌ2 ６Ｈ2 Ｏ）、フッ化コバルト（ＣｏＦ2  xＨ2 Ｏ）、硝酸コバルト（Ｃｏ（Ｎｏ3)2 ６Ｈ2 Ｏ）から選ばれたものを用いることができる。また鉄をコバルトを酸に溶解させた溶液を用いることもできる。
【００２８】
金属元素としてＲｕ（ルテニウム）を用いる場合、ルテニウム塩として知られている材料、例えば塩化ルテニウム（ＲｕＣｌ3 Ｈ2 Ｏ）を用いることができる。
【００２９】
金属元素してＲｈ（ロジウム）を用いる場合、ロジウム塩として知られている材料、例えば塩化ロジウム（ＲｈＣｌ3 ３Ｈ2 Ｏ）を用いることができる。
【００３０】
金属元素としてＰｄ（パラジウム）を用いる場合、その化合物としてパラジウム塩として知られている材料、例えば塩化パラジウム（ＰｄＣｌ2 ２Ｈ2 Ｏ）を用いることができる。またパラジウムを酸に溶かした溶液を用いてもよい。
【００３１】
パラジウムはニッケルに次いで結晶化を助長する効果を得るためには有用な元素である。
【００３２】
金属元素としてＯｓ（オスニウム）を用いる場合、オスニウム塩として知られている材料、例えば塩化オスニウム（ＯｓＣｌ3 ）を用いることができる。
【００３３】
金属元素としてＩｒ（イリジウム）を用いる場合、イリジウム塩として知られている材料、例えば三塩化イリジウム（ＩｒＣｌ3 ３Ｈ2 Ｏ）、四塩化イリジウム（ＩｒＣｌ4 ）から選ばれた材料を用いることができる。
【００３４】
金属元素としてＰｔ（白金）を用いる場合、白金塩として知られている材料、例えば塩化第二白金（ＰｔＣｌ4 ５Ｈ2 Ｏ）を用いることができる。また白金を酸に溶解させたものを用いることができる。白金も高い再現性を得られる元素である。
【００３５】
金属元素としてＣｕ（銅）を用いる場合、酢酸第二銅（Ｃｕ（ＣＨ3 ＣＯＯ）2 ）、塩化第二銅（ＣｕＣｌ2 ２Ｈ2 Ｏ）、硝酸第二銅（Ｃｕ（ＮＯ3)2 ３Ｈ2 Ｏ）から選ばれた材料を用いることができる。
【００３６】
金属元素として金を用いる場合、三塩化金（ＡｕＣｌ3  xＨ2 Ｏ）、塩化金塩（ＡｕＨＣｌ4 ４Ｈ2 Ｏ）から選ばれた材料を用いることができる。
【発明の効果】
【００３７】
出発膜として結晶性を有した珪素膜を用いることによって、珪素の結晶化を助長する金属元素の作用による結晶化が均一に進行する。そして、広い面積に渡り結晶性の均一な結晶性珪素膜を得ることができる。こうして結晶成長の途中で成長ムラが生じたり、得られる結晶性珪素膜の結晶性が均一でなかったりすることがなく、また珪素の結晶化を助長する金属元素が偏析してしまうことがない、高い結晶性を有する結晶性珪素膜を得ることができる。    
【００３８】
（作用）
結晶性珪素膜を得るための出発膜として成膜した状態で微結晶性を有した珪素膜を用い、珪素の結晶化を助長する金属元素の助長作用を利用した加熱処理によって結晶性珪素膜を得る。この時、出発膜が微結晶性を有しているので、結晶成長（または結晶化の助長）が均一に進行する。また、均一な膜質を維持した状態で結晶成長が進行するので、部分的に当該金属元素が集中してしまうようような現象を抑制することができる。
【実施例１】
【００３９】
本実施例は、ガラス基板上に結晶性珪素膜を形成する工程について示す。まずガラス基板１０１上に下地膜１０２として酸化珪素膜を３０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法でもって成膜する。
【００４０】
本実施例においては、ガラス基板としてコーニング１７３７ガラス基板またはコーニング７０５９ガラス基板を用いる。
【００４１】
その後下地膜１０２上に微結晶珪素膜１０４を１０００Åの厚さに直接成膜する。ここでは減圧熱ＣＶＤ法を用いる。成膜条件は、成膜温度を５８０℃、成膜圧力を５×１０-4  Ｔｏｒｒ、として原料ガスとしてジシランを用いて微結晶珪素膜を成膜する。（図１（Ａ））
【００４２】
ここで成膜する微結晶珪素膜は、緻密で粒径のそろったものを得ることが必要となる。減圧熱ＣＶＤ法以外の方法としては、プラズマＣＶＤ法を利用することができる。
【００４３】
次に基板をスピナー１０６上に配置し、１０ｐｐｍの濃度（Ｎｉ元素の重量％）に調整したニッケル酢酸塩溶液を滴下する。この状態では図１（Ｂ）に示すようにニッケル酢酸塩溶液の水膜１０５が微結晶珪素膜１０４上に形成される。（図１（Ｂ））
【００４４】
そしてスピナー１０６を用いて不要な溶液を除去することにより、ニッケル元素を含んだ膜１０７が微結晶珪素膜１０４上に形成される。（図１（Ｃ））
【００４５】
珪素の結晶化を助長する金属元素の導入方法として、上記溶液を用いた方法を採用すると以下に示すような有用性を得ることができる。
（１）珪素膜中に残留するニッケル元素の濃度を厳密に調整することが可能となる。
（２）珪素膜の表面に均一にニッケル元素を分布させることができる。これは、ニッケル元素を含んだ膜１０７が珪素膜１０４上において連続的な膜として存在するからである。
【００４６】
図１（Ｃ）の状態で加熱処理を行う。この加熱処理はガラス基板の歪点以下の温度のなるべく高い温度（４５０℃以上が好ましい）で行う必要がある。ここでは、この加熱処理は５５０℃の窒素雰囲気中において４時間の条件で行う。
【００４７】
この加熱処理の結果、微結晶性を有する珪素膜１０４はその結晶性が助長され、より結晶性の高い結晶性珪素膜１０８となる。この結晶化は、出発膜１０４が既に微結晶性を有しているので、むらなく均一に進行する。従って、均一性のよい結晶性珪素膜を得ることができる。
【００４８】
またこの状態においては、結晶性珪素膜１０６の表面にニッケル元素が偏析している。そこで、表面を５００Åの深さに渡ってエッチングする。
【００４９】
本実施例においては、ここでさらにレーザー光の照射をさらに行う。このようにレーザー光の照射を行うとさらに高い結晶性を得ることができる。
【００５０】
またこのレーザー光の照射の後にさらに加熱処理を加えるのでもよい。このレーザー光の照射の後の加熱処理は、膜中の欠陥を減少させる効果がある。
【実施例２】
【００５１】
本実施例は、図１に示した工程とは異なる方法により結晶性珪素膜を得る方法である。まず図２（Ａ）に示すようにガラス基板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。ここではこの酸化珪素膜２０２の成膜方法としてプラズマＣＶＤ法を用いる。（図２（Ａ））
【００５２】
なお本実施例においては、ガラス基板２０１としてコーニング１７３７ガラス基板（またはコーニング７０５９ガラス基板）を利用する。
【００５３】
図２（Ａ）に示すように下地膜２０２を成膜したら、基板をスピナー２０３上に配置し、１０ｐｐｍの濃度に調整した酢酸ニッケル塩溶液を滴下する。こうして水膜２０４が形成される。（図２（Ｂ））
【００５４】
そして余分な溶液をスピナーによって除去することにより、下地膜２０２上に接してニッケル元素を含んだ膜２０５が形成される。この後２００℃〜３００℃程度の温度で３０分程のベークを行うことは有効である。（図２（Ｃ））
【００５５】
次に減圧熱ＣＶＤ法により、微結晶性を有する珪素膜２０６を５００Åの厚さに成膜する。この成膜条件は実施例１に示したものと同じとする。（図２（Ｄ））
【００５６】
次に５５０℃の窒素雰囲気中において、加熱処理を４時間行うことにより、微結晶性を有する珪素膜２０６の結晶性を助長させる。この工程における加熱の温度の上限は、使用するガラス基板の歪点によって決まる。例えばコーニング１７３７ガラス基板を用いた場合には、その歪点が６６７℃であるから、加熱の温度の上限が６６７℃ということになる。またこの加熱の温度はなるべく高い方が好ましい。こうしてガラス基板上に高い結晶性を有する結晶性珪素膜２０７を得ることができる。（図２（Ｅ））
【実施例３】
【００５７】
本実施例は実施例１または実施例２において得られた結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを作製する工程に関する。図３に本実施例の作製工程を示す。まず実施例１または実施例２に示した工程に従って、ガラス基板３０１上に下地膜３０２を形成し、さらにその上に結晶性珪素膜３０３を形成する。ここで結晶性珪素膜３０３は、Ｎｉの作用によってその結晶性が助長されたものである。（図３（Ａ））
【００５８】
次に結晶性珪素膜３０３をパターニングして薄膜トランジスタの活性層３０４を形成する。この活性層には、後にソース領域、ドレイン領域、チャネル形成領域、低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）が形成される。
【００５９】
活性層３０４を形成したらゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜３０５を１０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。さらにゲイト電極を構成するためのアルミニウム膜（図示せず）を５０００Åの厚さにスパッタ法でもって成膜する。このアルミニウム膜中には後の工程でアルミニウムの異常成長を抑制するためにスカンジウムを0.2 重量％含有させる。  
【００６０】
なおスカンジウム以外には、イットリウムやランタノイド、さらにはアクチノイドの元素を利用することができる。
【００６１】
さらにこのアルミニウム膜を陽極とした陽極酸化を行い、その表面に緻密な陽極酸化膜（図３（Ｃ）の３０７に相当する）を形成する。この陽極酸化膜は１００Å程度の厚さに成膜する。この陽極酸化は、電解溶液としてアンモニアで中性にｐＨ調整したエチレングリコール溶液を用いて行う。また膜厚の制御は印加電圧のよって行うことができる。  
【００６２】
次にこのアルミニウム膜をレジストマスク３０９を用いてパターニングし、ゲイト電極３０６の基となる島状の領域を形成する。
【００６３】
さらにこの島状の領域を陽極として陽極酸化を行う。この陽極酸化は、電解溶液としてクエン酸を含んだ酸性溶液を用いて行う。この陽極酸化では、多孔質状の陽極酸化物３０８が形成される。この陽極酸化工程で形成される陽極酸化物は、レジストマスク３０９が存在するためにゲイト電極３０６の側面においてのみ選択的に進行する。この結果、３０８で示される領域に多孔質状の陽極酸化物が形成される。（図３（Ｃ））
【００６４】
次に露呈したゲイト絶縁膜３０５を垂直異方性を有したドライエッチング手段によって除去する。この工程において、ゲイト電極３０６直下と多孔質状の陽極酸化物の直下とにゲイト絶縁膜が３１０で示されるように残存する。（図３（Ｄ）参照）
【００６５】
さらにレジストマスク３０９と緻密な陽極酸化膜３０７と多孔質状の陽極酸化物３０８を除去する。レジストマスク３０９の除去は専用の剥離液を用い、緻密な陽極酸化膜の除去はバッファーフッ酸を用い、多孔質状の陽極酸化物３０８の除去は燐酸と酢酸と硝酸との混酸を用いて行う。
【００６６】
その後、プラズマＣＶＤ法により窒化珪素膜３１１を３００Åの厚さに成膜する。この窒化珪素膜３１１は、アルミニウムでなるゲイト電極３０６の表面を覆い、ゲイト電極３０６の表面にヒロックやウィスカーが発生することを抑制するために機能する。ヒロックやウィスカーとは、加熱やレーザー光の照射において、アルミニウムの異常成長によって生じる突起物のことである。こうして図３（Ｄ）に示す状態を得る。
【００６７】
図３（Ｄ）に示す状態において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）イオンの注入を行う。このイオン注入においては、窒化珪素膜３１１の存在はその厚さが薄いので無視してよい。
【００６８】
従って、イオン注入条件を適当に設定することにより、３１２と３１６の領域には高濃度に不純物イオンが注入され、３１３と３１５の領域には低濃度に不純物イオンが注入され、さらに３１４の領域には不純物イオンが注入されない状態とすることができる。
【００６９】
３１３と３１５の領域に低濃度に不純物イオンが注入されるのは、ゲイト絶縁膜３１０が存在し、その厚さの分で注入されるイオンがある程度遮蔽されるからである。勿論全部遮蔽されるわけではないので、３１３と３１５の領域には３１２と３１６の領域に比較して、より低濃度に不純物イオンが注入されることになる。
【００７０】
このようにして、ソース領域３２１、低濃度不純物領域３１３と３１５、チャネル形成領域３１４、ドレイン領域３１６が自己整合的に形成される。ここで３１５で示されるチャネル形成領域３１４とドレイン領域３１６の間の領域３１５の低濃度不純物領域が一般にＬＤＤ（ライトドープドレイン）領域と呼ばれている領域となる。
【００７１】
図３（Ｄ）に示す状態において不純物イオンを注入したら、その状態でさらにレーザー光の照射を行い不純物イオンが注入された領域の活性化を行う。
【００７２】
次に層間絶縁膜３１８として酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法により６０００Åの厚さに成膜する。さらに画素電極３１９としてＩＴＯ電極を形成する。さらにコンタクトホールの形成を行い、ソース電極３２０とドレイン電極３２１を形成する。このソース電極３２０とドレイン電極３２１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。
【００７３】
こうしてガラス基板上に形成された結晶性珪素膜を用いて構成された薄膜トランジスタが完成する。このような薄膜トランジスタはアクティブマトリクス型を有する液晶電気光学装置の画素領域に配置される。
【実施例４】
【００７４】
本実施例は、基板として石英基板を用い、結晶化を助長するための加熱処理を８００℃以上の高温で行うことを特徴とする。まず石英基板４０１上に下地膜４０２として酸化珪素膜を５０００Åの厚さに成膜する。この下地膜はガラス基板と後に形成される珪素膜との間に働く応力を緩和させるために機能する。石英基板と珪素膜との熱膨張率は大きく異なるので、この下地膜４０２を厚く形成することは非常に有効である。
【００７５】
次に実施例１に示したのと同様な減圧熱ＣＶＤ法で微結晶性を有する珪素膜４０３を２０００Åの厚さに成膜する。（図１（Ａ））
【００７６】
次に実施例１に示した方法と同様にニッケル酢酸塩溶液を用いてニッケルを含んだ膜（図示せず）を珪素膜４０３の表面に形成する。そして加熱処理を施すことにより、珪素膜４０３の結晶性を助長させ、高い結晶性を有する結晶性珪素膜を得る。ここでは、８００℃、４時間の条件によりこの加熱処理を行う。この加熱処理の温度は８００℃〜１１００℃の範囲で行うことが有効である。
【００７７】
このような高い温度は、非晶質珪素膜の結晶化温度よりも高い温度であり、高い結晶性を得るためには有効な加熱条件となる。
【００７８】
次に熱酸化法を用いて、珪素膜４０３の表面に酸化珪素膜４０４を形成する。ここでは、１０００Åの厚さに酸化珪素膜を形成する。この工程は、９００℃の温度の酸化性雰囲気中で行う。この工程においては、酸化珪素膜の膜厚がおよそ１５００Åに減少する。この時、酸化珪素膜中には先の加熱処理において珪素膜の結晶化を助長したニッケル元素が偏析する。（図４（Ｂ））
【００７９】
そしてバッファフッ酸を用いて上記熱酸化膜４０４を除去する。この時、この膜中に存在する高濃度のニッケル元素が同時に除去される。
【００８０】
こうして図４（Ｃ）に示すように石英基板４０１上に結晶性珪素膜４０５が形成される。この結晶性珪素膜４０５は、ニッケルの作用と高い加熱処理の相乗作用とによって非常に結晶性の高いものとすることができる。（図４（Ｃ））
【００８１】
図４（Ｃ）に示す状態を得たら、パターニングを施すことにより、薄膜トランジスタの活性層４０６を形成する。さらにゲイト絶縁膜４０７として機能する酸化珪素膜を熱酸化法により形成する。ゲイト絶縁膜の厚さは５００Åとする。この工程で活性層の厚さはおよそ１０００Åとなる。  
【００８２】
さらにゲイト電極４０８をモリブデンシリサイドまたはタングステンシリサイドでもって構成する。ゲイト電極４０８を構成する材料としては、各種金属材料や一導電型を有する半導体材料を利用することができる。（図４（Ｄ））
【００８３】
次に層間絶縁膜として酸化珪素膜４０９を５０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。さらにコンタクトホールの形成を行い、ソース電極４１０とドレイン電極４１１を形成する。
【００８４】
こうして、石英基板上に高い結晶性を有した結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを構成することができる。本実施例に示す構成は、高価な石英基板を利用しなければならない一方で、非常に高い結晶性を有した結晶性珪素膜を利用できるので、非常に高い特性を有した薄膜トランジスタを得ることができる。
【実施例５】
【００８５】
本実施例は、出発膜として用いる微結晶珪素膜の特定の領域に選択的に珪素の結晶化を助長する金属元素を導入し、加熱処理によりそこから基板に平行な方向に平行に結晶成長（結晶化の助長）を行い、この基板に平行な方向に結晶成長した領域を用いて薄膜トランジスタを作製する例を示す。
【００８６】
まずガラス基板５０１（例えばコーニング１７３７ガラス基板またはコーニング７０５９ガラス基板）上に下地膜として酸化珪素膜５０２を成膜する。さらに実施例１に示したのと同様な方法により微結晶珪素膜５０３を成膜する。酸化珪素膜の厚さは３０００Å、微結晶珪素膜の厚さは５００Åとすればよい。
【００８７】
さらに酸化珪素膜でもってマスク５０４を形成する。このマスク５０４を構成する酸化珪素膜は、その厚さを２０００Åとし、プラズマＣＶＤ法でもって成膜する。このマスク５０４は、５０５で示される開口部で微結晶珪素膜５０３を露呈している構成となっている。この５０５で示される開口部は、図面の奥行き方向または図面の手前方向に長手方向を有するスリット状を有している。
【００８８】
次に所定の濃度に調整したニッケル酢酸塩溶液を塗布し、水膜５０６を形成する。（図５（Ａ））
【００８９】
そして図示しないスピナーを用いて余分な溶液を除去することにより、開口部５０５において微結晶珪素膜５０３に接してニッケル元素が接して保持された状態が実現される。（図５（Ｂ））
【００９０】
ニッケル酢酸塩溶液中のニッケル濃度は、後に活性層として利用する領域において、ニッケル元素の濃度が１×１０15原子ｃｍ-3〜５×１０19原子ｃｍ-3、好ましくは１×１０15原子ｃｍ-3〜５×１０18原子ｃｍ-3となるように調整する。このニッケル元素の濃度は、ＳＩＭＳ（２次イオン分析方法）による計測値の最小値に基づいて決定される。    
【００９１】
なお１×１０15原子ｃｍ-3台という低濃度を決定するには、ニッケル酢酸塩溶液中のニッケル元素濃度と実際に計測される膜中における濃度の計測値との関係を利用すればよい。
【００９２】
次に５５０℃、４時間の加熱処理を行うことにより、微結晶珪素膜を結晶化させる。この加熱処理工程において、開口５０５の領域からニッケル元素が拡散し、矢印５０７で示されるように基板に平行な方向に結晶成長が進行する。この結晶成長は、１００μｍ程度まで行わすことができる。（図５（Ｂ））
【００９３】
次にマスクとして機能した酸化珪素膜５０４を取り除き、さらにパターニングを行うことにより、薄膜トランジスタの活性層となる島状の領域５０８を形成する。ここで、この島状の領域５０８の内部に先の結晶成長の始点と終点が存在しないようにすることが好ましい。これは、結晶成長の始点と終点とには、高濃度にニッケルが含まれているからである。
【００９４】
本実施例に示す構成においては、結晶成長または結晶化の助長が基板に平行な方向に進行するので、その方向におけるキェリアの移動に際して、結晶粒界の影響を受けにくいものとすることができる。このために高移動度を有する薄膜トランジスタを作製することができる。
【００９５】
次にゲイト電極を構成するためのアルミニウム膜（図示せず）を５０００Åの厚さにスパッタ法によって成膜する。このアルミニウム膜中にはスカンジウムを0.2 重量％含有させる。これは、後の工程においてアルミニウム異常成長によりクラックの発生やヒロックの発生を防ぐためである。
【００９６】
上記アルミニウム異常成長によるクラックの発生やヒロックの発生を防ぐために利用される不純物元素としては、イットリウム、さらにはガドリミウム等のランタノイド、さらにはアクチノイドの元素を利用することができる。  
【００９７】
次に図示しないアルミニウム膜をパターニングして、ゲイト電極の基となる島状の領域を形成する。さたにその表面に緻密な陽極酸化膜（後に５１０で示される）を１００Åの厚さに形成する。そしてレジストマスクを配置し、パターニングを行うことによって、ゲイト電極を形成する。さらに多孔質状の陽極酸化物５１２を４０００Åの厚さに成長させる。
【００９８】
ここうして図５（Ｃ）に示す状態を得る。図５（Ｃ）に示す状態では、ゲイト電極５１１の側面に多孔質状の陽極酸化物５１２が形成され、さらにその上面に緻密な陽極酸化膜５１０が形成されている。
【００９９】
その後、露呈した酸化珪素膜５０９を除去する。さらに緻密な陽極酸化膜５１０と多孔質状の陽極酸化膜５１２を除去する。さらに窒化珪素膜５００を形成する。この窒化珪素膜は、アルミニウムの異常成長により、ゲイト電極にクラックが発生したりヒロックが発生したりすることを防ぐために設ける。
【０１００】
こうして図５（Ｄ）に示す状態を得る。ここで不純物イオンの注入を行い、ソース領域５１３、低濃度不純物領域５１４、チャネル形成領域５１５、ドレイン領域５１６を自己整合的に形成する。さらにレーザー光の照射を行い、不純物イオンの注入された領域の活性化を行う。
【０１０１】
このレーザー光の照射の際、窒化珪素膜５００が形成されているために、アルミニウムでなるゲイト電極５１１にクラックやヒロックが発生することを防ぐことができる。
【０１０２】
その後層間絶縁膜として機能する酸化珪素膜５１７を６０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法で成膜する。最後にコンタクトホールを形成し、ソース電極５１８とドレイン電極５１９を形成する。
【実施例６】
【０１０３】
本実施例は、実施例１または他の実施例において、珪素の結晶化を助長する金属元素としてＰｄ（パラジウム）を利用した場合の例である。ここでは、パラジウムをバッファーフッ酸に溶かしたものを溶液として用いる。導入されるパラジウムの濃度等は、ニッケルの場合に準じればよい。
【実施例７】
【０１０４】
本実施例は、図４に示す実施例４で作製した薄膜トランジスタをフォトトランジスタとして利用する場合の例を示す。図４に示す薄膜トランジスタは、単結晶に次ぐ高い結晶性を有しており、その移動度はＮチャネル型で２５０（ｃｍ2 ／Ｖｓ）という高い特性を得ることができる。
【０１０５】
また基板として石英基板を用いており、基板からの入射光（主に波長２００ｎｍ以上の光）は活性層に到達する。そこで本実施例に示す構成においては、上記薄膜トランジスタを図６に示すように基板側からの入射光を検出するまたは増幅する機能を有する薄膜トランジスタとして機能させることを特徴とする。
【０１０６】
本実施例に示すような構成とすると、フォトセンサーや光増幅装置を得ることができる。また活性層の結晶性を制御することにより、必要とする波長領域に適当な感度を有する特性とすることができる。
【０１０７】
活性層の結晶性を調整するには、結晶化の助長工程において利用される金属元素の量を調整する方法、結晶化の助長工程における加熱温度を変化させる方法、それらの方法を組み合わせる方法を挙げることができる。
【実施例８】
【０１０８】
図７に本実施例の作製工程を示す。図７に示すのは、相補型に構成された薄膜トランジスタの例である。まず実施例１または実施例２に示す方法により、ガラス基板７０１上に結晶性珪素膜７０３を形成する。ここで、基板７０１として石英基板を用いる場合には、実施例４に示す工程に従って結晶性珪素膜を形成すればよい。なお、７０２は下地の酸化珪素膜である。（図７（Ａ））
【０１０９】
次に結晶性珪素膜をパターニングして活性層７０４と７０５を形成する。そしてゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜７０６を成膜する。さらに実施例３に示した方法により、アルミニウムでなるゲイト電極７０９と７１０、さらにその周囲の多孔質状の陽極酸化物７１１と７１２を形成する。なお、７０７と７０８は緻密な陽極酸化膜である。（図７（Ｂ））  
【０１１０】
次に露呈したゲイト絶縁膜７０６を除去する。こうして７１３と７１４で示される領域にゲイト絶縁膜が残存する。（図７（Ｃ））
【０１１１】
次にそれぞれの薄膜トランジスタにリンとボロンの不純物イオンを注入する。ここでは、それぞれの領域をレジスト（図示せず）でマスクした状態で不純物イオンの注入を行う。
【０１１２】
こうして、Ｎ+ 型を有するソース領域７１５、ドレイン領域７１８、Ｎ- 型を有する低濃度不純物領域７１６、チャネル形成領域７１７が自己整合的に形成される。このように各領域が自己整合的に形成されるのは、７１３で示されるゲイト絶縁膜が残存しているからである。
【０１１３】
さらにまた、Ｐ+ 型を有するソース領域７１９、ドレイン領域７２２、Ｐ- 型を有する低濃度不純物領域７２０、チャネル形成領域７２１が自己整合的に形成される。（図７（Ｄ））
【０１１４】
次に層間絶縁膜７２３として酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法で成膜する。そしてコンタクトホールの形成を行いＮチャネル型の薄膜トランジスタのソース電極７２４、共通のドレイン領域７２５、Ｐチャネル型のソース領域７２６を形成する。こうして相補型に構成された薄膜トランジスタが完成する。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】結晶性珪素膜の作製工程を示す図。
【図２】結晶性珪素膜の作製工程を示す図。
【図３】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図４】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図５】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図６】薄膜トランジスタを光トランジスタとして利用する例を示す。
【図７】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【符号の説明】
【０１１６】
１０１                    ガラス基板
１０２                    下地膜（酸化珪素膜）
１０４                    微結晶珪素膜
１０５                    ニッケル酢酸塩溶液の水膜
１０６                    スピナー
１０７                    ニッケル元素を含む膜
１０８                    結晶性珪素膜
２０１                    ガラス基板
２０２                    下地膜（酸化珪素膜）
２０３                    スピナー
２０４                    ニッケル酢酸塩溶液の水膜
２０５                    ニッケル元素を含む膜
２０６                    微結晶珪素膜
２０７                    結晶性珪素膜
３０１                    ガラス基板
３０２                    下地膜（酸化珪素膜）
３０３                    結晶性珪素膜
３０４                    活性層
３０５                    ゲイト絶縁膜（酸化珪素膜）
３０６                    ゲイト電極
３０７                    緻密な陽極酸化膜
３０８                    多孔質状の陽極酸化膜
３０９                    レジストマスク
３１０                    残存したゲイト絶縁膜（酸化珪素膜）
３１１                    窒化珪素膜
３１２                    ソース領域
３１３、３１５            低濃度不純物領域
３１４                    チャネル形成領域
３１６                    ドレイン領域
３１８                    層間絶縁膜
３１９                    画素電極（ＩＴＯ電極）
３２０                    ソース電極
３２１                    ドレイン電極
４０１                    石英基板
４０２                    下地膜（酸化珪素膜）
４０３                    微結晶珪素膜
４０４                    熱酸化膜
４０５                    結晶性珪素膜
４０６                    活性層
４０７                    ゲイト絶縁膜（熱酸化膜）
４０８                    ゲイト電極（金属シリサイド電極）
４０９                    層間絶縁膜
４１０                    ソース電極
４１１                    ドレイン電極
５０１                    ガラス基板
５０２                    下地膜（酸化珪素膜）
５０３                    微結晶珪素膜
５０４                    酸化珪素膜でなるマスク
５０５                    開口部
５０６                    ニッケル酢酸溶液でなる水膜
５０７                    結晶成長の方向
５０８                    活性層
５０９                    ゲイト絶縁膜
５１０                    緻密な陽極酸化膜
５１１                    ゲイト電極
５１２                    多孔質状の陽極酸化膜
５１３                    ソース領域
５１４                    低濃度不純物領域
５１５                    チャネル形成領域
５１６                    ドレイン領域
５１７                    層間絶縁膜
５１８                    ソース電極
５１９                    ドレイン電極
【図１】
2006319361.tif 000003
【図２】
2006319361.tif 000004
【図３】
2006319361.tif 000005
【図４】
2006319361.tif 000006
【図５】
2006319361.tif 000007
【図６】
2006319361.tif 000008
【図７】
2006319361.tif 000009