(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を形成し、
珪素の結晶化を助長する金属元素を前記非晶質珪素膜に導入し、加熱処理することによって、結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記結晶性珪素膜に不純物イオンを注入することによって、非晶質の領域と結晶性を有する領域と、を有する珪素膜を形成し、
前記珪素膜に対して、前記金属元素が拡散し且つ前記非晶質の領域が結晶化しない温度で加熱処理を行うことによって、前記金属元素を、前記結晶性を有する領域から前記非晶質の領域に拡散させる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非晶質珪素膜を形成し、
珪素の結晶化を助長する金属元素を前記非晶質珪素膜に導入し、加熱処理することによって、結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記結晶性珪素膜に不純物イオンを注入することによって、非晶質の領域と結晶性を有する領域と、を有する珪素膜を形成し、
前記珪素膜に対して４００〜４５０℃で加熱処理を行うことによって、前記金属元素を、前記結晶性を有する領域から前記非晶質の領域に拡散させる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非晶質珪素膜を形成し、
珪素の結晶化を助長する金属元素を前記非晶質珪素膜に導入し、加熱処理することによって、結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記結晶性珪素膜に不純物イオンを注入することによって、非晶質の領域と結晶性を有する領域と、を有する珪素膜を形成し、
前記珪素膜に対して、前記金属元素が拡散し且つ前記非晶質の領域が結晶化しない温度で加熱処理を行うことによって、前記金属元素を、前記結晶性を有する領域から前記非晶質の領域に吸い出させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を形成し、
珪素の結晶化を助長する金属元素を前記非晶質珪素膜に導入し、加熱処理することによって、結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記結晶性珪素膜に不純物イオンを注入することによって、非晶質の領域と結晶性を有する領域と、を有する珪素膜を形成し、
前記珪素膜に対して４００〜４５０℃で加熱処理を行うことによって、前記金属元素を、前記結晶性を有する領域から前記非晶質の領域に吸い出させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を形成し、
珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に前記非晶質珪素膜に導入し、加熱処理することによって、結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記結晶性珪素膜に不純物イオンを注入することによって、非晶質の領域と結晶性を有する領域と、を有する珪素膜を形成し、
前記珪素膜に対して、前記金属元素が拡散し且つ前記非晶質の領域が結晶化しない温度で加熱処理を行うことによって、前記金属元素を、前記結晶性を有する領域から前記非晶質の領域に拡散させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を形成し、
珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に前記非晶質珪素膜に導入し、加熱処理することによって、結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記結晶性珪素膜に不純物イオンを注入することによって、非晶質の領域と結晶性を有する領域と、を有する珪素膜を形成し、
前記珪素膜に対して４００〜４５０℃で加熱処理を行うことによって、前記金属元素を、前記結晶性を有する領域から前記非晶質の領域に拡散させ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非晶質珪素膜を形成し、
珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に前記非晶質珪素膜に導入し、加熱処理することによって、結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記結晶性珪素膜に不純物イオンを注入することによって、非晶質の領域と結晶性を有する領域と、を有する珪素膜を形成し、
前記珪素膜に対して、前記金属元素が拡散し且つ前記非晶質の領域が結晶化しない温度で加熱処理を行うことによって、前記金属元素を、前記結晶性を有する領域から前記非晶質の領域に吸い出させる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非晶質珪素膜を形成し、
珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に前記非晶質珪素膜に導入し、加熱処理することによって、結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記結晶性珪素膜に不純物イオンを注入することによって、非晶質の領域と結晶性を有する領域と、を有する珪素膜を形成し、
前記珪素膜に対して４００〜４５０℃で加熱処理を行うことによって、前記金属元素を、前記結晶性を有する領域から前記非晶質の領域に吸い出させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】
請求項５乃至請求項８のいずれか一において、前記非晶質珪素膜上の一部にマスクを形成することによって、珪素の結晶化を助長する前記金属元素を選択的に前記非晶質珪素膜に導入する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１乃至請求項９のいずれか一において、前記結晶性を有する領域は、前記基板に平行な方向に結晶成長した領域で構成されてい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１乃至請求項１０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が用いられる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】
【産業上の利用分野】
本明細書で開示する発明は、薄膜トランジスタ等の半導体装置およびその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶デバイスに薄膜トランジスタを用いる構成が注目されている。これは、アクティブマトリクス型の液晶表示装置といわれるもので、マトリクス状に配置された数百万以上の各画素に薄膜トランジスタをそれぞれ配置し、各画素に保持する電荷を薄膜トランジスタによって制御することを特徴とする。このアクティブマトリクス型の液晶表示装置は、高速度で微細な表示が可能であるので、携帯型のワードプロセッサーやコンピュータのディスプレーに利用されている。
【０００３】
一般に、アクティブマトリクス型の液晶表示装置において、各画素に配置される薄膜トランジスタをプラズマＣＶＤ法で形成された非晶質珪素膜で構成し、これら非晶質珪素の薄膜トランジスタを駆動するための周辺回路を外付けのＩＣで構成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例では、周辺駆動回路を外付けのＩＣで構成しているため、装置の小型化、軽量化を図ることが困難である。周辺駆動回路を外付けのＩＣで構成しているのは、非晶質珪素膜を用いた薄膜トランジスタでは、その動作速度の遅さから周辺駆動回路に必要とされる動作を行わすことができないからである。さらに、周辺駆動回路は一般にＣＭＯＳ回路で構成されるが、非晶質珪素膜で構成したＰチャネル型の薄膜トランジスタは、その特性がＮチャネル型に比較して極めて低いので、ＣＭＯＳ回路が構成できないことも原因の一つである。
【０００５】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置に非晶質珪素膜を用いた薄膜トランジスタが利用されているのは、ガラス基板の耐熱性の問題があるからである。一般に液晶表示装置は、基板として透光性を有するものを用いる必要があるので、基板の材質が限定されてしまう。一般に、透光性を有し、安価で、かつ大面積なものが得られるという条件を満足する材料はガラスしかない。
【０００６】
しかしながら、ガラス基板は６００℃以上の温度で加熱すると、反りや縮みが顕著になるので、基板温度が６００℃以上になるプロセスを採用することができない。例えば、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレーの基板として一般的に利用されているコーニング７０５９ガラス基板は、ガラス歪点が５９３℃であり、その温度以上で加熱処理を加えると、基板の反りや縮みが大きくなり、実用にならない。
【０００７】
非晶質珪素膜はプラズマＣＶＤ法で容易に大面積に、かつ低温（４００℃以下）で成膜することができる。従って、従来の技術においては、ガラス基板を用いた場合、使用される薄膜トランジスタの半導体部分は非晶質珪素膜で構成されることなってしまう。
【０００８】
また、一部で基板として石英基板を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置も知られている。この場合、８００℃あるいは９００℃以上の温度で加熱処理を行うことができるので、結晶性珪素薄膜を用いて薄膜トランジスタを作製することができる。
非晶質珪素膜で構成された薄膜トランジスタと比較して、結晶性珪素膜で構成された薄膜トランジスタは桁違いの高速動作をさせることができる。また、結晶性珪素膜で構成された薄膜トランジスタは、ＣＭＯＳ回路を作製することができるため、周辺駆動回路をも同一基板（この場合は石英基板）上に配置させることができる。
従って、石英基板を使用することにより、液晶表示装置の性能を向上することが可能になり、より微細な表示、高速な表示が可能になる。また、液晶表示装置全体を小型化、軽量化することも可能になる
しかしながら、石英基板はガラス基板の価格の１０倍以上もする大変高価なものであり、経済性の観点から採用することができない。
【０００９】
本発明の目的は、上述の問題点を解消して、ガラス基板に作製された結晶性珪素膜を有する薄膜トランジスタ等の半導体装置の作製方法を提供することにある。即ち、６００℃以下の温度で結晶性珪素膜をガラス基板上に形成し、この結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを得る技術を提供することにある。
また、安定した動作を行う薄膜トランジスタ等の半導体装置を提供することを他の目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の問題点を解消するために、本発明に係る半導体装置の作製方法の構成は、
絶縁表面を有する基板上に非晶質の領域と結晶性を有する領域とを有する珪素膜を形成する工程と、
加熱処理を施す工程と、
を有し、
前記結晶性を有する領域には、珪素の結晶化を助長する金属元素が含まれており、
前記加熱処理によって、前記金属元素を前記結晶性を有する領域から非晶質の領域に拡散させることを特徴とする。
【００１１】
上記構成において、絶縁表面を有する基板としては、ガラス基板、石英基板、絶縁膜が形成されたガラス基板や石英基板を挙げることができる。特に本明細書で開示する発明は、基板としてガラス基板を用いた場合に有用である。
【００１２】
「非晶質の領域と結晶性を有する領域とを有する珪素膜を形成する工程」には、珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に非晶質珪素膜に導入し、４５０〜６００℃程度の加熱温度で加熱処理を加える工程を挙げることができる。この場合、金属元素が導入された領域または金属元素が導入された領域とその周辺を選択的に結晶化させることができる。この加熱温度の上限は基板の耐熱温度、即ち歪点で制限される。例えば、ガラス基板を使用した場合には、加熱温度は５５０℃程度の温度とすることが、ガラス基板の耐熱性や生産性の面から適当である。また、石英基板等の１０００℃以上の温度にも耐え得るような材料を基板に用いた場合には、この加熱温度も耐熱温度に伴って高くすることができる。
【００１３】
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用いることができる。これらの金属元素の中で特にその効果が顕著に得られるのはニッケル（Ｎｉ）である。
【００１４】
金属元素を非晶質珪素膜に導入するには、金属元素の薄膜をスパッタ法やＣＶＤ法や蒸着法で非晶質珪素膜上に物理的に形成する方法と、金属元素を含んだ溶液を非晶質珪素膜上に塗布する方法とを挙げることができる。
物理的な形成方法は、極薄い膜を均一に形成することが困難である。そのため、金属元素が非晶質珪素膜上に均一に接することができないので、結晶成長の際に金属元素が偏在し易い。他方、溶液を用いる方法は金属元素の濃度を容易に制御することができ、かつ金属元素を非晶質珪素膜の表面に均一に接して保持させることができる。
従って、金属元素を非晶質珪素膜に導入する方法としては、物理的に金属膜を形成する方法よりも、溶液を用いる方法がより好適である。
【００１５】
加熱処理により珪素を結晶化させるためには、金属元素は１×１０16ｃｍ-3以上の濃度で非晶質珪素膜中に含ませることが必要である。しかし、非晶質珪素膜中に、金属元素を５×１０19ｃｍ-3以上の濃度で含ませた場合には、膜中にシリサイドが形成されてしまうので好ましくない。
このため、本発明は、「加熱処理によって、前記結晶性を有する領域から前記金属元素を非晶質の領域に拡散させる（或いは吸い取らせる）」ことによって、結晶性を有する領域の金属元素濃度を１×１０16ｃｍ-3以下とする。
【００１６】
金属元素を拡散させるためには、加熱温度は４００℃以上（上限は基板の耐熱温度、ガラス基板であれば歪点で制限される）であればよい。
この加熱処理は非晶質の領域が結晶化しない温度（一般的に４５０℃以下）で行う方法と、非晶質の領域が結晶化する温度（一般的に４５０℃以上、好ましくは５００℃以上）で行う方法とに二分できる。
【００１７】
非晶質の領域を結晶化させずに加熱処理を行うことで、結晶性の領域中の金属元素を非晶質の領域に拡散させる効果、或いは吸い出させる効果を得ることができる。例えは、加熱温度は４００〜４５０℃とし、その加熱時間は５分〜１０時間程度とすればよい。
時間をかけて加熱処理を加えることで、結晶性領域中の金属元素の濃度を金属元素が拡散していった非晶質領域の金属元素の濃度よりも低くすることができる。これは非晶質状態では不対結合手が多量に存在しているためである。換言すると、非晶質珪素膜中には金属元素と結合しやすい状態で珪素の原子が存在しているためである。この作用は非晶質珪素膜中の欠陥密度を人為的に多くした場合に、より顕著に得ることができる。なお、この作用を非晶質領域による金属元素の吸い出し効果と見ることもできる
【００１８】
他方、非晶質の領域の結晶化が進行する温度で加熱処理をした場合には、非晶質珪素膜が結晶化した時点で金属元素の拡散が見かけ状停止して、結晶成長の先端部分に金属元素が集中して存在する。
本発明は、真性半導体とすべき領域外まで結晶成長の先端部が移動するように加熱処理をして、真性半導体とすべき領域中には金属元素の集中した部分が存在しないようにする。
【００１９】
本発明に係る半導体装置の構成は、
少なくともソース領域とドレイン領域とチャネル形成領域とを有する活性層と、
該活性層上に形成されたゲイト絶縁膜と、
該ゲイト絶縁膜上に形成されたゲイト電極と、
を有し、
前記活性層中には珪素の結晶化を助長する金属元素が含まれており、
前記チャネル形成領域中の前記金属元素の平均濃度は、前記ソース領域およびドレイン領域中における金属元素の平均濃度に比較して同程度またはそれより低いことを特徴とする。
【００２０】
上記構成を有する半導体装置は、活性層において、少なくともチャネル形成領域を金属元素の作用によって形成した結晶性珪素領域とし、その周囲、例えばソース／ドレイン領域やその一部を非晶質珪素領域とする。この状態で、加熱処理を加えることによって、結晶性珪素領域中の金属元素を非晶質領域に吸い出させている（拡散させている。）。
具体的には、チャネル形成領域中の金属元素の濃度を1×1016cm-3以下とすることができると同時に、ソース領域とドレイン領域中における金属元素の濃度を1×1016cm-3〜5×1019cm-3とすることができる。なお本明細書中における不純物の濃度はＳＩＭＳ（２次イオン分析方法）で計測された値の最小値で定義されている。
【００２１】
【実施例】
〔実施例１〕
図１〜図５に基づいて、本実施例を説明する。
図１〜３は薄膜トランジスタの作製工程を説明する上面図であり、図４、図５は作製工程毎の薄膜トランジスタの断面図である。
図４（Ａ）に示すように、ガラス基板４０１上に、下地膜として酸化珪素膜４０２を３０００Åの厚さにスパッタ法で成膜する。その上に非晶質珪素膜４０３をプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法で５００Åの厚さに成膜する。
【００２２】
ＵＶ酸化法によって、非晶質珪素膜４０３の表面に図示しない極薄い酸化膜を形成する。ＵＶ酸化法とは、酸素雰囲気または酸化性雰囲気中において、ＵＶ光を照射することによって、酸化膜を形成する方法である。ここで酸化膜を形成するのは、後の工程で非晶質珪素膜４０３上に塗布される溶液の濡れ性を向上させるためである。次に、フォトレジストを用いてマスク４０４を形成する。レジストのマスク４０４は紙面に垂直な方向に長手方向を有する矩形状の開口部４０５を有する。
この状態で珪素の結晶化を助長する金属元素であるニッケルを含んだ溶液を塗布する。ここではニッケル酢酸塩溶液をスピンコート法を用いて塗布する。この結果、図示しない酸化膜を介して、レジストのマスク４０４の開口部４０５において、非晶質珪素膜４０３の表面にニッケルが接して保持された状態が実現される。（図４（Ａ））
【００２３】
次にレジストのマスク４０４を取り除き、加熱処理を施す。加熱温度は４５０℃〜６００℃の範囲とすればよい。ガラス基板を用いる場合には、ガラス基板の縮みや変形を防ぐために、この加熱処理の温度をガラス基板の歪点以下の温度とすることが好ましい。本実施例では、加熱温度を５５０℃とし、加熱時間を４時間とする。
【００２４】
図４（Ｂ）に示す状態を上面から見た様子を図１（Ａ）に示す。図１（Ａ）のＡ−Ａ’で切った断面図が図４（Ｂ）に相当する。
図１（Ａ）に示すように、点線で示す非晶質の領域１００において、レジストのマスク４０５の開口部４０５に、ニッケル元素が接して保持されている。５５０℃、４時間の加熱処理が施されると、矢印１０２に沿って基板４０１に平行な方向に結晶が成長して、その結晶成長距離を数１０μｍ〜１００μｍ以上にとすることができる。（図４（Ｂ））
【００２５】
結晶成長を行わせた後、結晶化された珪素膜を図１（Ｂ）示すような形状にパターニングして、島状領域１０５を形成する。図１（Ｂ）をＢ−Ｂ’で切った断面図が図４（Ｃ）に相当する。島状領域１０５は薄膜トランジスタの活性層の元になる。図１（Ａ）に示すように矢印１０２に沿って選択的に結晶成長が進行したため、領域１０３は結晶化された領域であり、領域１０４は非晶質（アモルファス）のままの領域である。
【００２６】
次に、図４（Ｄ）に示すように、ゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜４０６を１０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法で成膜する。さらにアルミニウムを主成分とする膜を６０００Åの厚さに成膜して、図２（Ａ）に示すような形状にパターニングして、ゲイト電極４０７を形成する。なお、図２（Ａ）のＡ−Ａ’で切った断面図が図４（Ｄ）に相当する。
【００２７】
次に、電解溶液中において、ゲイト電極４０７を陽極酸化して、ゲイト電極４０７の周囲に酸化物層４０８を形成する。この酸化物層４０８の厚さは２０００Å程度とする。この酸化物層４０８の厚さで後の不純物イオンの注入工程において、オフセットゲイト領域を形成することができる。
【００２８】
次に、ソース／ドレイン領域を形成するために不純物イオンを島状領域１０５に注入する。本実施例ではリンイオンを注入する。
図４（Ｄ）に示めすように、斜線で示す領域２０２において、ゲイト電極４０７の直下の領域には不純物イオンが注入されず、チャネル形成領域となり、陽極酸化物層４０８の直下の領域には、リンイオンが低濃度に注入されるため、オフセットゲイト領域となる。また、結晶化された領域２０２は不純物イオンによって結晶性が殆ど損なわれない。他方、領域２０３には不純物イオンが高濃度に注入され、不純物イオンが衝突した衝撃により殆ど非晶質化される。非晶質化された領域２０３は、後に、ソース／ドレイン領域となる。
また結晶化された領域２０２とその近傍の領域は、図１（Ｂ）に示す結晶化された領域１０３に対応するため、結晶化を助長するために用いられたニッケル元素が存在している。領域２０２中のニッケル濃度は、ニッケルが最初に導入された開口部４０５におけるニッケル濃度と比較して、１桁程度低くなっている。他方、非晶質化された領域２０３は領域１０４に対応しており、殆どニッケル元素は含まれていない。
【００２９】
次に、図２（Ｂ）に示すように、非晶質珪素が結晶化しない温度、４００〜４５０℃で加熱処理する。ここでは４５０℃の温度で２時間の加熱処理を行う。すると、矢印２０４で示すように、結晶化された領域２０２に含まれているニッケル元素が非晶質化された領域２０３に拡散していく。非晶質化された領域２０３はニッケルをトラップする欠陥を多量に有しているため、ニッケルが結晶化された領域２０２から非晶質化された領域２０３に拡散して（吸い出されて）、最終的に、結晶化された領域２０２のニッケル濃度を１／２以下とすることができる。
この加熱処理工程は４５０℃以上の温度で行うことはできない。なぜなら、４５０℃以上の温度で加熱した場合には、アルミニウムを主成分とするゲイト電極４０７からアルミニウムが拡散してしまう現象が顕著になるためである。
【００３０】
次に、図５（Ｂ）に示すように、レーザー光を照射して、不純物イオンの注入によって非晶質化された領域２０３を結晶化すると共に、注入された不純物イオンを活性化する。この結果、ソース領域５０１、ドレイン領域５０２、チャネル形成領域５０３、オフセットゲイト領域５００がそれぞれ形成される。
【００３１】
そして図５（Ｃ）に示すように、層間絶縁膜として酸化珪素膜５０４を７０００Åの厚さに成膜する。さらにコンタクトホールの形成を行った後、ソース電極５０５とドレイン電極５０６の形成を行う。最後に３５０℃の水素雰囲気中において熱処理を１時間加えることにより、薄膜トランジスタを完成させる。（図５（Ｃ））
【００３２】
本実施例では、ニッケル元素の触媒作用により、珪素膜を結晶化させるようにしたため、低温で、且つ短時間で、結晶性の優れた珪素膜を得ることができる。さらに、チャネル形成領域中のニッケル元素をソース／ドレイン領域に拡散させるようにしているため、薄膜トランジスタの特性を損ねることがない。従って、高速動作が可能な結晶性の薄膜トランジスタを得ることができる。
【００３３】
なお、本実施例では、チャネル形成領域５０３中のニッケル元素をソース／ドレイン領域５０１、５０２に拡散させるようにしたが、ニッケルを拡散させる領域はなるべく大きな面積とするとよい。これにより、より多くのニッケル元素を拡散させることができる。この場合には、図２（Ｂ）に示すように、領域２０３の断面積をできるだけ広くしておき、加熱処理により、非晶質化された領域２０３にニッケルが拡散させた後に、図３に示すように、領域２０３をソース／ドレイン領域３０１、３０２の形状にパターニングすればよい。なお、この場合には、珪素膜をエッチングする前に、ゲイト膜として機能している酸化珪素膜４０６を所定の形状にパタ−ニングする必要がある。
【００３４】
〔実施例２〕
本実施例は、実施例１に示す構成において、ゲイト電極４０７を珪素または珪素と金属とのシリサイドで構成した場合の例である。この場合、図５（Ａ）における工程で、加熱処理温度を非晶質珪素が結晶化する温度、即ち４５０℃以上で行うことができる。しかし、この温度はガラス基板の歪点以下の温度とすることが必要であり、例えば５５０℃で加熱すればよい。
５５０℃で加熱すると、図２（Ｂ）に示す非晶質化された領域２０３が結晶化されると共に、その結晶成長の進行方向に沿って、結晶性を有する領域２０２中のニッケル元素が拡散する。
本実施例では、真性半導体とすべきチャネル形成領域外まで結晶成長の先端部が移動するように加熱処理をして、チャネル形成領域中に金属元素の集中した部分が存在しないようにする。従って、ニッケル元素は結晶成長の終点、即ち、結晶化された領域２０３の端部に偏在することになる。
【００３５】
そのため、図３に示すように、ニッケルが偏在している領域を除去するように、パターニングして、ソース／ドレイン領域３０１、３０２を形成するとよい。なお、この場合には、珪素膜をエッチングする前に、ゲイト膜として機能している酸化珪素膜２０４を所定の形状にパタ−ニングする必要がある。
後の工程は、実施例１に示した工程と同様な工程を経て、薄膜トランジスタを完成させる。
【００３６】
〔実施例３〕
本実施例は、珪素の結晶化を助長する金属元素が導入された領域を加熱により結晶成長させて、その領域を用いて薄膜トランジスタを作製する例である。本実施例で示す薄膜トランジスタの作製工程が実施例１に示す薄膜トランジスタの作製工程と異なるのは、金属元素が導入される領域と結晶化が行われる領域との関係、さらには結晶化の形態が異なる点である。
【００３７】
図６に本実施例に示す薄膜トランジスタを作製するに工程を部分的に示す。本実施例においては、まず、図６（Ａ）に示す斜線の領域６０１にニッケル元素を導入する。ニッケル元素の導入方法は、実施例１に示すものと同様に、ニッケル酢酸塩溶液を塗布する方法を採用すればよい。しかし、実施例１と比較して、ニッケル酢酸塩溶液中のニッケル濃度は１桁以上小さくしておくことが必要である。これは、実施例１と同様のニッケル濃度のニッケル酢酸塩溶液を用いると、加熱処理によって結晶化させる際に、基板に平行な方向に結晶成長が行われてしまうからである。
【００３８】
領域６０１を結晶化させるには、５５０℃、４時間の加熱処理を行えばよい。こうして、領域６０１を結晶化させた後に、図６（Ｂ）に示すように領域６０１をパターニングして、ニッケルが導入され、結晶化された領域が薄膜トランジスタの活性層のチャネル形成の領域１０３になるようにする。後の工程は実施例１に示したものと同様である。
【００３９】
〔実施例４〕
本実施例は、実施例１に示す工程において、選択的にニッケル元素の導入を行わないで、非晶質珪素膜の全面にニッケル元素を導入することを特徴とする。
本実施例においては、図１（Ａ）及び図４（Ａ）に示す工程において、何らマスク（図４の４０４で示される）を形成しない状態で、非晶質珪素膜４０３の全面にニッケル酢酸塩溶液を塗布する。
【００４０】
この状態で、５５０℃、４時間加熱して、非晶質珪素膜４０３を結晶化させる。結晶化された珪素膜をパターニングして、図１（Ｂ）、図４（Ｃ）に示すように島状領域１０５を形成する。
島状領域１０５全域において、ニッケルの濃度が均一になる。従って、実施例１のような、ニッケル濃度の高い領域からニッケルを含有していない（測定限界以下、あるいは極めて低いレベルという意味）領域へのニッケル元素の拡散作用は期待することができない。
【００４１】
そのため、本実施例では、ニッケル元素を拡散させる領域を意図的に非晶質化させて、その後に、加熱処理をして、チャネル形成領域内のニッケル元素を非晶質化させた領域に拡散させるようにしている。
【００４２】
そこで、図４（Ｄ）に示すように、ソース／ドレイン領域の形成を行うために、不純物イオンを注入して、ソース／ドレイン領域となる領域２０３を非晶質化し、チャネル形成領域となる領域２０２を非晶質化しないようにする。
図５（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように加熱処理を行うと、領域２０２から非晶質化している領域２０３へとニッケル元素が移動する。これは、非晶質珪素膜中の方が結晶性珪素膜中の方より、ニッケルをトラップするための欠陥や不対結合手が多数存在しており、加熱処理を加えることによって、これらの非晶質珪素膜中の欠陥や不対結合手に、ニッケル元素が徐々にトラップされていくからである。即ち、見かけ上は領域２０２からイオン注入によって非晶質化した領域２０３にニッケル元素が吸い出されていく現象、或いは拡散していく現象が観察される。この加熱処理は、例えば４００〜４５０℃の温度で４時間行えばよい。
【００４３】
後の工程は、実施例１に示した工程と同様な工程により、薄膜トランジスタを完成させる。
【００４４】
〔実施例５〕
実施例４では、ニッケル元素を拡散させる領域２０３を、非晶質化させるために、導電性を付与するイオンを加速しながら領域２０３に注入するようにしたが、例えば、珪素の半導体としての特性を損なわないようなイオンを注入して、領域２０３を非晶質化するようにしてもよい。例えば、Ｓｉイオンや、Ｇｅイオンを注入することができる。
【００４５】
【発明の効果】
本明細書に開示する発明は、ニッケル元素の触媒作用により、珪素膜を結晶化させるようにしたため、ガラス基板が耐え得る温度である６００℃、好ましくは５５０℃以下のプロセス温度で結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタを得ることができる。またチャネル形成領域中の金属元素の濃度を下げることができるので、特性の安定した、高速動作が可能な結晶性の薄膜トランジスタを得ることができる。
従って、液晶表示装置の基板にガラス基板を使用しても、結晶性の薄膜トランジスタにより、画素マトリクス部と、周辺回路を同一基板上に形成することができるため、装置を小型化、軽量化することができる。また、装置の性能を向上することができる。
【００４６】
本明細書で開示する発明は、薄膜トランジスタのみならず、その他の結晶性を有する薄膜珪素を用いたデバイスに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  薄膜トランジスタの作製工程を説明する上面図である。
【図２】  薄膜トランジスタの作製工程を説明する上面図である。
【図３】  薄膜トランジスタの作製工程を説明する上面図である。
【図４】  薄膜トランジスタの作製工程を説明する断面図である。
【図５】  薄膜トランジスタの作製工程を説明する断面図である。
【図６】  薄膜トランジスタの作製工程を説明する上面図である。
【符号の説明】
１０５              島状領域
２０２              結晶化された領域
２０３              非晶質化された領域
３０１、５０１      ソース領域
３０２、５０２      ドレイン領域
４０１              ガラス基板
４０２              酸化珪素膜（下地膜）
４０３              非晶質珪素膜
４０４              レジストマスク
４０７              ゲイト電極
４０８              酸化物層
５００              オフセットゲイト領域
５０３              チャネル形成領域
【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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