(57)【要約】【課題】表示品位の向上を図るとともに、所定のパネルサイズの縮小化を図ることが可能な半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】駆動部領域に、結晶化を阻止する注入材を加え、注入材が加えられていない表示部領域だけを結晶化させ、その後、駆動部領域に触媒を加えてこの駆動部領域を段階的に結晶化させるようにしたので、表示部領域と駆動部領域との境界を明確に区分けすることができるとともに、最終的に表示部領域と駆動部領域とを所望の領域に正確に形成することが可能となる。【選択図】　　　図１
2004077524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を表示する表示部と、表示部を駆動する駆動部とを有する表示装置に用いられる半導体装置であって、
駆動部を構成するための駆動部構成部と、表示部を構成するための表示部構成部とを有し、
駆動部構成部となる駆動部領域と、表示部構成部となる表示部領域とを有する非晶質膜のうち、駆動部領域に、結晶化を阻止する注入材が加えられて、表示部領域は結晶化された後、
駆動部領域に結晶化を促進する触媒が加えられて、駆動部領域は結晶化されて形成される結晶膜を用いて形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記注入材は、ゲルマニウム、ネオン、アルゴンおよびクリプトンのうち少なくとも１つの元素を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
画像を表示する表示部と、表示部を駆動する駆動部とを有する表示装置に用いられる半導体装置を製造する方法において、
非晶質膜を形成する第１工程と、
非晶質膜のうち、駆動部を構成するための駆動部構成部となる駆動部領域に、結晶化を阻止する注入材を加える第２工程と、
非晶質膜を加熱し、表示部を構成するための表示部構成部となる表示部領域を結晶化する第３工程と、
前記駆動部領域に結晶化を促進する触媒を加える第４工程と、
触媒を加えた駆動部領域を加熱して結晶化する第５工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第２工程における注入材は、ネオン、アルゴンおよびクリプトンのうち少なくとも１つの希ガス元素を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第２工程における注入材は、シリコンおよびゲルマニウムのうち少なくとも１つの半導体元素を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２工程において、表示部領域に注入材を加えることを遮るマスク部材を用いることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、たとえばパーソナルコンピュータ用の液晶表示装置および携帯用テレビなどの表示装置に用いられる半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄形でかつ低消費電力の液晶表示装置においては、駆動方式として、たとえばガラスなどの絶縁基板の一表面部に高性能な半導体素子を形成したアクティブマトリックス形の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられている。前記ＴＦＴを用いた液晶表示装置は、コントラストが高く応答速度が速いなど高性能な特性を有するため、主にパーソナルコンピュータ用のディスプレイおよび携帯用テレビなどに使用されている。
【０００３】
前記ＴＦＴのうち、その活性部分の半導体に、連続粒界結晶シリコン膜（ＣＧシリコン膜、ＣＧ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｇｒａｉｎ）を用いたものがある。ＣＧシリコン膜とは、非晶質シリコン膜の一表面部に、たとえばニッケルなどの金属元素を微量に堆積させ、その後加熱することによって得られる結晶性に優れたシリコン膜（結晶性シリコン膜ともいう）のことであり、たとえば、特開平６−２４４１０３号公報に開示されている。このＣＧシリコン膜は、非晶質シリコン膜および多結晶シリコン膜に比べて、低消費電力を実現することができるとともに高速応答を実現することができる。またＣＧシリコン膜の高移動度を利用してシートコンピュータを作製することも可能である。ＣＧシリコン膜はこのような利点を有するので、次世代のドライバーモノリシック形の液晶表示装置を作製するものとして有望視されている。
【０００４】
具体的にＣＧシリコン膜は、結晶化を促進する金属元素を、非晶質シリコン膜に導入し、その後加熱して形成される。ＣＧシリコン膜の利点を維持すべく、前記導入された金属元素を除去する技術が、たとえば特開平１０−２２３５３３号公報に開示されている。前記公報に記載の従来技術においては、作製したＣＧシリコン膜の一部に、たとえばＶ族元素の「燐」を高濃度にドーピングした後加熱している。これによって、燐をドーピングした領域に、金属元素をゲッタリングして、ＴＦＴの活性部分となる領域から金属を取除いている。
【０００５】
図４は、従来のＣＧシリコン膜の成長形態のうち、縦成長形態を段階的に示し、基板の厚み方向一方に見て示す説明図である。図５は、従来のＣＧシリコン膜の成長形態のうち、横成長形態を段階的に示す図４相当図である。ＣＧシリコン膜の形成方法としては、縦成長と呼ばれる方法と、横成長と呼ばれる方法とがある。前記縦成長とは、非晶質シリコン膜の一表面部に金属元素を直接導入して加熱し、結晶成長させるような方法である。横成長とは、非晶質シリコン膜に、たとえば二酸化シリコン膜を形成し、フォトパターンを実行して、非晶質シリコン膜を部分的に露出させる。その露出部分に金属元素を導入して加熱することによって、非晶質シリコン膜が露出していない部分へ、基板の一表面部に水平に結晶を成長させる。
【０００６】
縦成長形態は、最初に図４（ａ）に示すように、石英基板の一表面部に形成された非晶質シリコン膜１の一表面部に、触媒金属元素を導入する。この膜を約６００℃程度の温度で約１時間程度固相成長を促すと、図４（ｂ）に示すように、中心核となるＣＧシリコン結晶２が、基板３の複数箇所に形成される。なお、形成される核の発生密度は、非晶質シリコン膜１の膜質および触媒金属元素の濃度などに影響される。前記固相成長時間をさらに長くすると、図４（ｃ）に示すように、最初に発生した微小なＣＧシリコン結晶２を中心として、ＣＧシリコン結晶２は、基板３の一表面部に平行な仮想平面に沿って半径方向拡大方向にかつ放射状に形成されて成長していく。この１つの核を中心に成長したＣＧシリコン結晶２の領域は、ドメインと呼ばれている。
【０００７】
このドメイン２内は多結晶状態であるが、ドメイン２内における隣接する結晶同士の方位が連続しており、その観点からドメイン２内は準単結晶状態といえる。図４（ｃ）に示す状態からさらに長時間の固相成長を行うと、最終的に図４（ｄ）に示すように、成長したドメイン２同士が衝突する。これによって、基板３の一表面部の全領域がＣＧシリコン膜となって成長が終了する。なおドメイン２同士が衝突した場所は、ドメイン境界４と呼ばれている。
【０００８】
横成長形態は、最初に図５（ａ）に示すように、石英基板５の一表面部に、非晶質シリコン膜６を介して保護膜となる酸化シリコン膜７が形成されている。この酸化シリコン膜７には、非晶質シリコン膜６を露出させるためのホール８が形成されている。ここで酸化シリコン膜７および非晶質シリコン膜６の一表面部に触媒金属元素を導入する。このとき酸化シリコン膜７の厚み方向一方の非晶質シリコン膜６には、触媒金属元素が導入されない。
【０００９】
これを約６００℃程度の温度で約１時間程度固相成長を促すと、図５（ｂ）に示すように、触媒金属元素が導入された部分に、微小なドメイン９が多数形成される。このドメイン９はできるだけ小さいサイズがよい。図５（ｂ）に示す状態からさらに加熱を続けると、図５（ｃ）に示すように、酸化シリコン膜７の厚み方向一方の非晶質シリコン膜６の領域にドメイン１０が成長する。図４（ｄ）に示すように、成長方向一方に成長したドメイン１０と、成長方向他方に成長したドメイン１０とが衝突し、基板５の一表面部の全領域がＣＧシリコン膜となって成長が終了する。ドメイン１０が衝突した場所は、ドメイン境界１１と呼ばれている。
【００１０】
液晶表示領域の表示むらを防止し、オフ特性の悪化を回避するための技術も実用化されている。この技術は、たとえば特開平９−４５９３１号公報に開示されている。前記公報に記載の従来技術では、画像を表示する表示部に関しては、ＣＧシリコン膜でない結晶性シリコン膜を用い、表示部を駆動する駆動部に関しては、ＣＧシリコン膜を用いてＴＦＴが形成される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前述の横成長にてＴＦＴを作製する場合には、触媒金属の導入量は、縦成長での触媒金属の導入量よりも約１桁ほど多くしなければならない。触媒金属の導入量を、所望の導入量よりも少なくすると、結晶成長の距離が短くなるだけでなく、ほとんど結晶成長しない部分も発生する。
【００１２】
それ故、横成長のＣＧシリコン膜は、縦成長のＣＧシリコン膜よりも、必然的に触媒金属を多く含むことになる。金属元素をゲッタリングした後の残留触媒金属量も、横成長シリコン膜の方が、縦成長シリコン膜よりも多く残留する可能性が高い。シリコン膜中の残留金属元素は、たとえばＴＦＴ特性、特にオフ特性およびシリコン膜の劣化などの経時変化に悪影響を与えるので、ＴＦＴの活性領域を、横成長にて作製すること自体が不適当である。
【００１３】
前述の縦成長にてＴＦＴを作製する場合には、横成長にてＴＦＴを作製する場合よりも残留触媒金属量が少ない。この観点から、ＴＦＴの活性領域を、縦成長にて作製することは、横成長にて作製するよりも適している。しかし、この縦成長によるＣＧシリコン膜においては、前記ドメイン境界の場所を特定することができないという問題がある。それ故、縦成長のＣＧシリコン膜でＴＦＴを作製した場合、前記活性領域がドメイン内部の領域だけで形成されるＴＦＴと、活性領域にドメイン境界が含まれるＴＦＴとが生じる。
【００１４】
ドメイン境界においては、別のドメインより成長した結晶同士の方位が連続しておらず、その部分は、多結晶の状態と同じであると考えられる。それ故、活性領域がドメイン内部の領域だけで作製されるＴＦＴと、活性領域にドメイン境界を含んだＴＦＴとの特性には、差が生じることがある。液晶パネルにおいて、ＴＦＴサイズがチャネル幅，チャネル長とも５μｍ以上と大きい駆動部に関しては、前記差は特に問題となることはないが、ＴＦＴサイズがチャネル幅，チャネル長とも１μｍ程度と小さい表示部に関しては、前記差は大きな問題となる。
【００１５】
表示部の画素ＴＦＴは、それぞれが別々の画素の表示に対応しているので、ＴＦＴの特性の違いは、それぞれの画素電極にかかる電位または電荷の保持時間などの違いとなる。前記違いは、液晶の透過率の違いに直接反映してくる。つまり、縦成長のＣＧシリコン膜を用いたＴＦＴパネルの表示には、表示部のＴＦＴの活性領域でのドメイン境界の有無によって各画素の光透過率の差が生じる。このような光透過率の差が「表示むら」となって表れる場合が多い。また表示部の電位を保持しなければならないので、表示部のＴＦＴは、駆動部のＴＦＴよりもオフ時のリーク電流を低く抑えなければならない。仮に表示部のＴＦＴのオフ時のリーク電流が高いと、各画素の電位の低下が不所望に早くなる。そのため、表示部の明るさの低下など表示品位の低下を引起こす。
【００１６】
前記特開平９−４５９３１号公報に記載の従来技術では、ＣＧシリコン膜と結晶性シリコン膜とが同時に形成されるので、触媒金属元素を導入された領域に形成されるＣＧシリコン膜は、結晶化されていない触媒金属元素が導入されない画素領域内の非晶質シリコン膜に成長していく。これは、非晶質シリコン膜が加熱によって多結晶シリコン膜に結晶化するより早くＣＧシリコンが成長するため、触媒金属が導入された領域の境界から、触媒金属が導入されていない領域へとＣＧシリコン膜が伸びるためである。
【００１７】
それ故、たとえば駆動部と表示部との間に間隔をあけ、表示部内にＣＧシリコン膜を成長させないようにしなければならない。これによって、駆動部と表示部との間に不所望の間隔を設けなければならず、液晶パネルのサイズ縮小化を阻害している。
【００１８】
したがって本発明の目的は、表示品位の向上を図るとともに、所定のパネルサイズの縮小化を図ることが可能な半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、画像を表示する表示部と、表示部を駆動する駆動部とを有する表示装置に用いられる半導体装置であって、
駆動部を構成するための駆動部構成部と、表示部を構成するための表示部構成部とを有し、
駆動部構成部となる駆動部領域と、表示部構成部となる表示部領域とを有する非晶質膜のうち、駆動部領域に、結晶化を阻止する注入材が加えられて、表示部領域は結晶化された後、
駆動部領域に結晶化を促進する触媒が加えられて、駆動部領域は結晶化されて形成される結晶膜を用いて形成されることを特徴とする半導体装置である。
【００２０】
本発明に従えば、非晶質膜のうち、駆動部を構成するための駆動部構成部となる駆動部領域に、結晶化を阻止する注入材が加えられた後、表示部を構成するための表示部構成部となる表示部領域は結晶化される。その後、駆動部領域に、結晶化を促進する触媒が加えられ、前記駆動部領域は結晶化される。これら結晶化される結晶膜を用いて半導体装置は形成される。このように駆動部領域に、結晶化を阻止する注入材を加え、注入材が加えられていない表示部領域だけを結晶化させ、その後、駆動部領域に触媒を加えてこの駆動部領域を、表示部領域に対し段階的に結晶化させるようにしたので、表示部領域と駆動部領域との境界を明確に区分けすることができるとともに、最終的に表示部領域と駆動部領域とを所望の領域に正確に形成することが可能となる。したがって表示部領域における光透過率の差がなくなり、光透過率の差に起因する「表示むら」を解消することができる。
【００２１】
表示部領域は、注入材が加えられることなく結晶化するので、前記注入材が表示部領域に残留することは皆無となる。それ故、画像を表示する表示部の表示品位を向上させることができる。特に、注入材を用いて、表示部領域を駆動部領域よりも先に結晶化させ、その後、触媒を用いて、駆動部領域を表示部領域に対し段階的に結晶化させている。換言すれば、駆動部領域を結晶化させる際、表示部領域はすでに結晶化された後であるので、駆動部領域において結晶化させた膜を、表示部領域内に成長させることを防止することができる。したがって駆動部領域において結晶化させた膜を、表示部領域内に成長させることを防止すべく、駆動部と表示部との間に、不所望の間隔を設ける必要がなくなり、たとえば所定のパネルサイズの縮小化を図ることができる。
【００２２】
また本発明は、前記注入材は、ゲルマニウム、ネオン、アルゴンおよびクリプトンのうち少なくとも１つの元素を有することを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、ゲルマニウム、ネオン、アルゴンおよびクリプトンのうち少なくとも１つの元素でもって、結晶化を阻止する注入材を実現することができる。
【００２４】
また本発明は、画像を表示する表示部と、表示部を駆動する駆動部とを有する表示装置に用いられる半導体装置を製造する方法において、
非晶質膜を形成する第１工程と、
非晶質膜のうち、駆動部を構成するための駆動部構成部となる駆動部領域に、結晶化を阻止する注入材を加える第２工程と、
非晶質膜を加熱し、表示部を構成するための表示部構成部となる表示部領域を結晶化する第３工程と、
前記駆動部領域に結晶化を促進する触媒を加える第４工程と、
触媒を加えた駆動部領域を加熱して結晶化する第５工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００２５】
本発明に従えば、第１工程において非晶質膜を形成し、第２工程において、駆動部領域に、結晶化を阻止する注入材を加える。第３工程において、非晶質膜を加熱し、表示部領域を結晶化する。その後、第４工程において、前記駆動部領域に結晶化を促進する触媒を加え、第５工程において、前記触媒を加えた駆動部領域を加熱して結晶化する。このように第２工程において駆動部領域に、結晶化を阻止する注入材を加え、注入材が加えられていない表示部領域だけを第３工程で結晶化させ、その後、駆動部領域に触媒を加えてこの駆動部領域を、表示部領域に対し段階的に結晶化させるようにしたので、表示部領域と駆動部領域との境界を明確に区分けすることができるとともに、最終的に表示部領域と駆動部領域とを所望の領域に正確に形成することが可能となる。したがって表示部領域における光透過率の差がなくなり、光透過率の差に起因する「表示むら」を解消することができる。このような製造方法によって、上述した表示部と駆動部とを有する表示装置に用いられる半導体装置を容易に製造することができる。したがって半導体装置の製造コストを低減することができる。
【００２６】
また本発明は、前記第２工程における注入材は、ネオン、アルゴンおよびクリプトンのうち少なくとも１つの希ガス元素を有することを特徴とする。
【００２７】
本発明に従えば、ネオン、アルゴンおよびクリプトンのうち少なくとも１つの希ガス元素でもって、結晶化を阻止する注入材を実現することができる。
【００２８】
また本発明は、前記第２工程における注入材は、シリコンおよびゲルマニウムのうち少なくとも１つの半導体元素を有することを特徴とする。
【００２９】
本発明に従えば、シリコンおよびゲルマニウムのうち少なくとも１つの半導体元素でもって、結晶化を阻止する注入材を実現することができる。
【００３０】
また本発明は、前記第２工程において、表示部領域に注入材を加えることを遮るマスク部材を用いることを特徴とする。
【００３１】
本発明に従えば、第２工程において、表示部領域に注入材を加えることを遮るマスク部材を用いたうえで、注入材を駆動部領域だけに確実に加えることができる。このように、表示部領域と駆動部領域との境界を明確にかつ確実に区分けすることができるので、表示部領域に「表示むら」が発生することは皆無となる。したがって表示品位の向上を図ることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置２０の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の作製工程を段階的に示し、基板２１の厚み方向に切断して示す概略断面図である。図２は、図１のＴＦＴの作製工程からさらに進展した段階の作製工程を段階的に示し、基板２１の厚み方向に切断して示す概略断面図である。本実施形態は、たとえば液晶ディスプレイなどの表示装置２２に用いられる半導体装置２０に、本発明の半導体装置を適用した場合の一例を示す。以下の説明において、半導体装置２０を製造する製造方法の説明をも含む。
【００３３】
表示装置２２（液晶表示装置２２と呼ぶ場合もある）は、後述するようにドライバーモノリシック形アクティブマトリックス回路などを作製することによって得られる。この表示装置２２は、所定間隔を隔てて平行に配置される２つの基板２１と、基板２１に設けられる表示部２３であって画像を表示する表示部２３と、基板２１に設けられる駆動部２４であって表示部２３を駆動する駆動部２４と、図示外の酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）透明導電膜と、２つの基板２１に挟まれ封入された図示外の液晶層とを有する。なお駆動部２４は周辺駆動回路部２４とも呼ばれている。半導体装置２０は、駆動部２４を構成するための駆動部構成部２５と、表示部２３を構成するための表示部構成部２６とを有する。これら駆動部構成部２５と表示部構成部２６とは、基板２１の一表面部に後述するように段階的に設けられる。
【００３４】
前記表示部２３を構成するための表示部構成部２６は、主に、マトリックス状に配列される複数の画素電極２７と、複数の画素用トランジスタ２８とを有する。最終的に表示部構成部２６となる表示部領域２６Ａは、多結晶シリコン膜２９（以下、ｐ−Ｓｉ膜２９という場合もある）から成る。この多結晶シリコン膜２９は、非晶質膜としてのアモルファスシリコン膜３０（以下、ａ−Ｓｉ膜３０という場合もある）が結晶化されたものである。前記駆動部２４を構成するための駆動部構成部２５は、主に、複数の駆動回路用トランジスタ３１を有し、各駆動回路用トランジスタ３１は、前記画素用トランジスタ２８に隣接して配置されている。最終的に駆動部構成部２５となる駆動部領域２５Ａは、連続粒界結晶シリコン膜３２（略称ＣＧシリコン膜３２、ＣＧ：Ｃｏ　ｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｇｒａｉｎ）から成る。ＣＧシリコン膜３２は、アモルファスシリコン膜３０の一表面部に、たとえばニッケルなどの金属元素を微量に堆積させ、その後加熱することによって得られる結晶性に優れたシリコン膜（結晶性シリコン膜ともいう）である。
【００３５】
図３は、半導体装置２０の製造方法を概略示すフローチャートである。図１および図２に示すように、基板２１の一表面部２１ａの微小領域のうち、基板２１に平行な仮想平面に沿った一方側に、表示部構成部２６が配置される。前記一方側の反対側の他方側に、駆動部構成部２５が配置される。なお駆動部構成部２５は、Ｎ形金属酸化膜半導体（ＮＭＯＳ：Ｎ形　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）だけを示し、Ｐ形金属酸化膜半導体（ＰＭＯＳ：Ｐ形　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を省略するものとする。
【００３６】
たとえば石英などから成る基板２１は、矩形状に形成されている。図１（ａ）および図３のステップＳ１に示すように、この基板２１の一表面部２１ａ全体にａ−Ｓｉ膜３０を形成する。このａ−Ｓｉ膜３０は、たとえばプラズマＣＶＤ（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法またはＬＰＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ：Ｌｏｗ
Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって形成され、たとえば約７０ｎｍ堆積された膜厚を有する。次に、前記ａ−Ｓｉ膜３０に対し、フォトリソグラフィを行った後、表示部領域２６Ａの一表面部を、マスク部材としてのレジスト３３で覆う。換言すれば、駆動部領域２５Ａのａ−Ｓｉ膜３０だけをその厚み方向一方に露出させる。
【００３７】
その後ステップＳ２において、図示外のイオン注入装置によって、結晶化を阻止する注入材としての元素を駆動部領域２５Ａに注入する。表示部領域２６Ａにおいては、前記レジスト３３によって元素注入が遮られる。ステップＳ２で注入する元素としては、たとえば、ネオン、アルゴンおよびクリプトンなどの希ガス元素またはシリコン、ゲルマニウムなどの半導体元素から選ばれる。すなわち注入する元素は、前記希ガス元素および半導体元素の中から選ばれる１種類の元素または複数種類の元素である。本実施形態においては、アルゴンを、たとえば約３５ｋｅＶ，１×１０１４原子／ｃｍ２の条件で注入する。
【００３８】
次に、図１（ｂ）および図３のステップＳ３に示すように、レジスト３３を剥離した後、たとえば約６００℃の加熱温度、約１８時間の加熱時間の条件で加熱する。これによって、表示部領域２６Ａのａ−Ｓｉ３０膜をｐ−Ｓｉ膜２９に結晶化させる。これに対して、元素を注入した駆動部領域２５Ａのａ−Ｓｉ膜３０は、結晶化が阻止されてａ−Ｓｉ膜３０の状態に維持される。次に図１（ｃ）および図３のステップＳ４に示すように、駆動部領域２５Ａのａ−Ｓｉ膜３０の一表面部全体と、表示部領域２６Ａのｐ−Ｓｉ膜２９の一表面部全体とに、化学式Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯＯＨ）２で表される触媒としての酢酸ニッケル水溶液を塗布する。このとき酢酸ニッケルをたとえば約１０ｐｐｍ水に溶かした水溶液、すなわち前記酢酸ニッケル水溶液を、たとえば図示外の回転塗布装置を用いて、Ｓｉ膜の厚み方向に均一にかつ薄く回転塗布する。
【００３９】
前記酢酸ニッケル水溶液は、ａ−Ｓｉ膜３０の結晶化を促進する触媒である。ａ−Ｓｉ膜３０は、酢酸ニッケル水溶液のうちの特に触媒金属元素であるニッケルが添加されることで結晶化が促進される。具体的に、駆動部領域２５Ａのａ−Ｓｉ膜３０の一表面部のニッケル濃度は、たとえば約３×１０１２原子／ｃｍ２程度となるように設定する。その後、ステップＳ５において窒素雰囲気中にて加熱処理を行い、前記駆動部領域２５Ａのａ−Ｓｉ膜３０を結晶化する。すなわち駆動部領域２５Ａは、結晶化されてＣＧシリコン膜３２となる。このＣＧシリコン膜３２が、駆動部領域２５Ａが結晶化されて形成される結晶膜に相当する。
【００４０】
前記加熱処理は、たとえば約５００℃以上７００℃以下の温度範囲内で行うことが望ましく、本実施形態においては、たとえば約６００℃の加熱温度でかつ約１２時間の加熱時間の条件で加熱処理する。このとき、表示部領域２６Ａのｐ−Ｓｉ膜２９はすでに結晶化が完了しているので、前記ｐ−Ｓｉ膜２９の一表面部に、触媒としての酢酸ニッケル水溶液が塗布されてもＣＧシリコン膜３２とはならない。
【００４１】
次に図１（ｄ）に示すように、ニッケルを含むＣＧシリコン膜３２およびｐ−Ｓｉ膜２９の一表面部に、第１の酸化膜３４を、常圧ＣＶＤ法などによってたとえば約２００ｎｍ積層する。その後、たとえばフォトリソグラフィとウェットエッチングとを用いて第１の酸化膜３４をパターニングし、ＣＧシリコン膜３２およびｐ−Ｓｉ膜２９を部分的に露出する。その後基板２１の一表面部全体に、前記触媒金属元素であるニッケルを除去するための燐イオンであって、たとえば濃度約２×１０１５原子／ｃｍ２程度の燐イオンを注入する。この燐イオンを注入する際、第１の酸化膜３４は、燐イオンを遮断する注入マスクとして働き、前述したＣＧシリコン膜３２およびｐ−Ｓｉ膜２９が露出された部分に、燐イオン３５が注入され、燐を高濃度に含んだシリコン膜３６が形成される。「燐」は、触媒金属元素を除去するゲッタリング元素とも呼ばれる。
【００４２】
次にたとえば約６００℃の加熱温度、約２４時間の加熱時間の条件で、半導体装置２０を加熱し、ＣＧシリコン膜３２およびｐ−Ｓｉ膜２９中のニッケル元素を、燐を高濃度に含んだシリコン膜３６中に、ゲッタリングさせる。このときの加熱温度の範囲は、たとえば約５００℃以上８００℃以下の範囲が望ましい。また加熱温度が高いほど、ゲッタリング効果が高い。
【００４３】
次に図１（ｅ）に示すように、燐を高濃度に含んだシリコン膜３６を、たとえばドライエッチング法によって全面除去する。さらに第１の酸化膜３４を、バッファード沸酸を用いて全面除去する。基板２１の一表面部２１ａに残留するＣＧシリコン膜３２およびｐ−Ｓｉ膜２９は、前述の燐を高濃度に含んだシリコン膜３６のゲッタリング効果によって、ニッケル元素をほとんど含んでいない。次に、ＣＧシリコン膜３２およびｐ−Ｓｉ膜２９を、たとえば約９５０℃の加熱温度でかつ酸素雰囲気中で加熱する。この酸素雰囲気中の加熱によって、ＣＧシリコン膜３２およびｐ−Ｓｉ膜２９の表面部に第２の酸化膜３７が形成される。
【００４４】
このような酸化工程を行うことによって、ＣＧシリコン膜３２およびｐ−Ｓｉ膜２９は、より欠陥の少ないかつ高品質のシリコン膜となる。前記酸化工程において、塩化水素、フッ化水素、臭化水素、塩素、フッ素、臭素などのハロゲン元素のうち、少なくとも一種類のハロゲン元素を含む酸化性雰囲気中で、半導体装置２０を加熱すると、残留した触媒金属のゲッタリング効果も期待することができる。このときの加熱温度範囲は、たとえば約９００℃以上１１５０℃以下の範囲が望ましい。また加熱温度が高いほど、酸化膜中での金属元素の拡散が促進されるので、ゲッタリング効果は高くなる。
【００４５】
次に図２（ａ）に示すように、第２の酸化膜３７を、バッファード沸酸を用いて除去する。その後、フォトリソグラフィおよびドライエッチングによって、ＣＧシリコン膜３２およびｐ−Ｓｉ膜２９をパターニングする。このパターニングされた駆動部領域２５ＡのＣＧシリコン膜３２および表示部２３のｐ−Ｓｉ膜２９の一表面部に、ゲート絶縁膜である第３の酸化膜３８を形成する。第３の酸化膜３８は、ＣＶＤ法によってたとえば膜厚約８０ｎｍに形成される。その後、燐元素を含むｐ−Ｓｉ膜を、ＣＶＤ法によってたとえば膜厚約３００ｎｍ分積層する。前記燐元素を含むｐ−Ｓｉ膜を、フォトリソグラフィおよびドライエッチングによってパターニングして、ゲート電極３９を形成する。すなわち表示部領域２６Ａのｐ−Ｓｉ膜２９の一表面部に、第３の酸化膜３８を介して、ゲート電極３９を形成するとともに、駆動部領域２５ＡのＣＧシリコン膜３２の一表面部にも、前記第３の酸化膜３８を介して、ゲート電極３９を形成する。
【００４６】
次に図２（ｂ）に示すように、表示部領域２６Ａのｐ−Ｓｉ膜２９に、ゲート電極３９をマスクとして用いて、たとえば濃度約２×１０１５原子／ｃｍ２程度の燐イオンを注入する。駆動部領域２５ＡのＣＧシリコン膜３２にも、ゲート電極３９をマスクとして用いて、前記と同濃度の燐イオンを注入する。これによって表示部領域２６Ａにおいては、ソース領域４０とドレイン領域４１とが、ＴＦＴ活性領域４２を隔てて形成される。駆動部領域２５Ａにおいても、ソース領域４３とドレイン領域４４とが、ＴＦＴ活性領域４５を隔てて形成される。
【００４７】
次に、第３の酸化膜３８およびゲート電極３９の一表面部全体に、層間絶縁膜である第４の酸化膜４６を形成する。この第４の酸化膜４６は、たとえば約６００ｎｍの膜厚に設定される。その後、ソース領域４０，４３およびドレイン領域４１，４４に注入した燐イオンの活性化のために、窒素雰囲気中において、半導体装置２０にたとえば約９５０℃の温度で約３０分間の熱処理を施す。次に、第３および第４の酸化膜３８，４６に、フォトリソグラフィおよびドライエッチングによって、ソースコンタクトホール４７とドレインコンタクトホール４８とを形成する。
【００４８】
次に図２（ｃ）に示すように、第４の酸化膜４６の一表面部と、ソースコンタクトホール４７およびドレインコンタクトホール４８とに三層膜を成膜する。この三層膜は、積層方向に順次、タングステンチタンＴｉＷと、シリコンアルミニウムＡｌＳｉと、タングステンチタンＴｉＷとから成る。前記三層膜を成膜し、フォトリソグラフィおよびドライエッチングによって、ソース電極４９およびドレイン電極５０を形成する。ソース電極４９は、ソースコンタクトホール４７を通じてソース領域４０，４３に接続されている。ドレイン電極５０は、ドレインコンタクトホール４８を通じてドレイン領域４１，４４に接続されている。
【００４９】
さらに窒化膜をたとえば約４００ｎｍ、ＩＴＯ透明導電膜をたとえば約８０ｎｍ順次堆積していくとともに、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを繰返し行う。これによって層間膜５１、画素コンタクトホール５２、画素電極２７を形成する。層間膜５１は窒化膜によって形成され、この層間膜５１には、画素コンタクトホール５２が凹設されている。画素電極２７はＩＴＯ透明導電膜によって形成されている。このようにしてドライバーモノリシック形アクティブマトリックス回路を作製することができる。
【００５０】
以上説明した半導体装置２０およびその製造方法によれば、ａ−Ｓｉ膜３０のうち、駆動部２４を構成するための駆動部構成部２５となる駆動部領域２５Ａに、結晶化を阻止する注入材としての元素が注入された後、表示部２３を構成するための表示部構成部２６となる表示部領域２６Ａは結晶化される。その後、駆動部領域２５Ａに、結晶化を促進する触媒としての酢酸ニッケル水溶液が加えられ、前記駆動部領域２５Ａは結晶化される。これら結晶化される結晶膜を用いて半導体装置２０は形成される。
【００５１】
このように駆動部領域２５Ａに、結晶化を阻止する元素を注入し、元素が注入されていない表示部領域２６Ａだけを結晶化させ、その後、駆動部領域２５Ａに酢酸ニッケル水溶液を加えてこの駆動部領域２５Ａを、表示部領域２６Ａに対し段階的に結晶化させるようにしたので、表示部領域２６Ａと駆動部領域２５Ａとの境界を明確に区分けすることができるとともに、最終的に表示部領域２６Ａと駆動部領域２５Ａとを所望の領域に正確に形成することが可能となる。したがって表示部領域２６Ａにおける光透過率の差がなくなり、光透過率の差に起因する「表示むら」を解消することができる。
【００５２】
表示部領域２６Ａは、元素が注入されることなく結晶化するので、元素が表示部領域２６Ａに残留することは皆無となる。それ故、画像を表示する表示部２３の表示品位を向上させることができる。特に、元素を用いて、表示部領域２６Ａを駆動部領域２５Ａよりも先に結晶化させ、その後、触媒である酢酸ニッケル水溶液を用いて、駆動部領域２５Ａを表示部領域２６Ａに対して段階的に結晶化させている。換言すれば、駆動部領域２５Ａを結晶化させる際、表示部領域２６Ａはすでに結晶化された後であるので、駆動部領域２５Ａにおいて結晶化させた膜を、表示部領域２６Ａ内に成長させることを防止することができる。したがって前記成長させることを防止すべく、駆動部２４と表示部２３との間に、不所望の間隔を設ける必要がなくなり、たとえば所定のパネルサイズの縮小化を図ることができる。
【００５３】
またゲルマニウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、シリコンおよびゲルマニウムのうちの少なくとも１つの元素でもって、結晶化を阻止するための注入材を実現することができる。駆動部領域２５Ａに、結晶化を阻止する注入材を加える工程（第２工程に相当する）において、表示部領域２６Ａに注入材を加えることを遮るレジスト３３を用いたうえで、注入材を駆動部領域２５Ａだけに確実に加えることができる。このように、表示部領域２６Ａと駆動部領域２５Ａとの境界を明確にかつ確実に区分けすることができるので、表示部領域２６Ａに「表示むら」が発生することは皆無となる。したがって表示品位の向上を図ることができる。
【００５４】
本願出願人が実施した注入材の実験では、たとえば膜厚約７０ｎｍのａ−Ｓｉ膜３０に、図示外のイオン注入装置を用いてアルゴン元素を注入した基板２１を作製した。このときの条件は、たとえば約１×１０１４原子／ｃｍ２，３５ｋｅＶとした。この条件を体積条件に換算すると、ａ−Ｓｉ膜３０中に２×１０１９原子／ｃｍ２のアルゴン元素が注入されたことになる。前記基板２１に、たとえば温度約６００℃で、加熱時間約１２時間の加熱を行ったが、固相成長結晶化工程による結晶（ＳＰＣ結晶、ＳＰＣ：Ｓｏｌｉｄ　Ｐｈａｓｅ　Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）は観察されなかった。アルゴン元素を前記と同様の条件で注入したａ−Ｓｉ膜３０において、その一表面部に、触媒金属元素であるニッケルを、たとえば約３×１０１２原子／ｃｍ２添加し加熱すると、前記一表面部全体にＣＧシリコン膜が成長していることも確認された。このときの加熱条件は、たとえば温度が約６００℃で、加熱時間は約１２時間とした。
【００５５】
本発明の実施の他の形態として、結晶化を阻止する注入材としての元素は、必ずしもアルゴンに限定されるものではなく、ネオン、クリプトンなどの希ガス元素およびシリコン、ゲルマニウムなどの半導体元素の中から選ばれる１種類の元素または複数種類の元素であってもよい。ａ−Ｓｉ膜の結晶化を促進する触媒は、必ずしも酢酸ニッケル水溶液に限定されるものではない。また前記ニッケル濃度は、種々設定変更され得る。
【００５６】
本実施形態においては、回転塗布装置を用いて、ａ−Ｓｉ膜に触媒金属元素を添加しているが、必ずしも前記回転塗布装置を用いて触媒金属元素を添加する必要はなく、たとえばスパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマ処理法および蒸着法などによって、ａ−Ｓｉ膜に触媒金属元素を添加することも可能である。その他、前記実施形態に、特許請求の範囲を逸脱しない範囲において種々の部分的変更を行う場合もある。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、駆動部領域に、結晶化を阻止する注入材を加え、注入材が加えられていない表示部領域だけを結晶化させ、その後、駆動部領域に触媒を加えてこの駆動部領域を、表示部領域に対し段階的に結晶化させるようにしたので、表示部領域と駆動部領域との境界を明確に区分けすることができるとともに、最終的に表示部領域と駆動部領域とを所望の領域に正確に形成することが可能となる。したがって表示部領域における光透過率の差がなくなり、光透過率の差に起因する「表示むら」を解消することができる。
【００５８】
表示部領域は、注入材が加えられることなく結晶化するので、前記注入材が表示部領域に残留することは皆無となる。それ故、画像を表示する表示部の表示品位を向上させることができる。特に、注入材を用いて、表示部領域を駆動部領域よりも先に結晶化させ、その後、触媒を用いて、駆動部領域を表示部領域に対し段階的に結晶化させている。換言すれば、駆動部領域を結晶化させる際、表示部領域はすでに結晶化された後であるので、駆動部領域において結晶化させた膜を、表示部領域内に成長させることを防止することができる。したがって前記成長させることを防止すべく、駆動部と表示部との間に、不所望の間隔を設ける必要がなくなり、たとえば所定のパネルサイズの縮小化を図ることができる。
【００５９】
また本発明によれば、ゲルマニウム、ネオン、アルゴンおよびクリプトンのうち少なくとも１つの元素でもって、結晶化を阻止する注入材を実現することができる。
【００６０】
また本発明によれば、第２工程において駆動部領域に、結晶化を阻止する注入材を加え、注入材が加えられていない表示部領域だけを第３工程で結晶化させ、その後、駆動部領域に触媒を加えてこの駆動部領域を表示部領域に対し段階的に結晶化させるようにしたので、表示部領域と駆動部領域との境界を明確に区分けすることができるとともに、最終的に表示部領域と駆動部領域とを所望の領域に正確に形成することが可能となる。したがって表示部領域における光透過率の差がなくなり、光透過率の差に起因する「表示むら」を解消することができる。このような製造方法によって、上述した表示部と駆動部とを有する表示装置に用いられる半導体装置を容易に製造することができる。したがって半導体装置の製造コストを低減することができる。
【００６１】
また本発明によれば、ネオン、アルゴンおよびクリプトンのうち少なくとも１つの希ガス元素でもって、結晶化を阻止する注入材を実現することができる。
【００６２】
また本発明によれば、シリコンおよびゲルマニウムのうち少なくとも１つの半導体元素でもって、結晶化を阻止する注入材を実現することができる。
【００６３】
また本発明によれば、第２工程において、表示部領域に注入材を加えることを遮るマスク部材を用いたうえで、注入材を駆動部領域だけに確実に加えることができる。このように、表示部領域と駆動部領域との境界を明確にかつ確実に区分けすることができるので、表示部領域に「表示むら」が発生することは皆無となる。したがって表示品位の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置２０のＴＦＴの作製工程を段階的に示し、基板２１の厚み方向に切断して示す概略断面図である。
【図２】図１のＴＦＴの作製工程からさらに進展した段階の作製工程を段階的に示し、基板２１の厚み方向に切断して示す概略断面図である。
【図３】半導体装置２０の製造方法を概略示すフローチャートである。
【図４】従来のＣＧシリコン膜の成長形態のうち、縦成長形態を段階的に示し、基板３の厚み方向一方に見て示す説明図である。
【図５】従来のＣＧシリコン膜の成長形態のうち、横成長形態を段階的に示す図４相当図である。
【符号の説明】
２０　半導体装置
２２　表示装置
２３　表示部
２４　駆動部
２５　駆動部構成部
２５Ａ　駆動部領域
２６　表示部構成部
２６Ａ　表示部領域
３０　アモルファスシリコン膜
３２　ＣＧシリコン膜
３３　レジスト
【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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