(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の処理室と、
第２の処理室と、
第３の処理室と、
前記第１の処理室と前記第２の処理室と前記第３の処理室とに共通して連結され、且つ基板を搬送する手段を有する共通室とを用いた半導体装置の作製方法であって、
前記第１の処理室で前記基板上に酸化珪素膜を形成し、
連続して前記第１の処理室において、前記酸化珪素膜上に非晶質珪素膜を形成し、
前記共通室を介して大気に曝すことなく前記基板を前記第１の処理室から前記第２の処理室へ移動し、
前記第２の処理室において前記非晶質珪素膜を加熱して、前記非晶質珪素膜から水素出しを行い、
前記共通室を介して大気に曝すことなく前記基板を前記第２の処理室から前記第３の処理室へ移動し、
前記第３の処理室において前記水素出しが行われた前記非晶質珪素膜上に窒化珪素膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
第１の処理室と、
第２の処理室と、
第３の処理室と、
前記第１の処理室と前記第２の処理室と前記第３の処理室とに共通して連結され、且つ基板を搬送する手段を有する共通室とを用いた半導体装置の作製方法であって、
前記第１の処理室で前記基板上に酸化珪素膜を形成し、
連続して前記第１の処理室において、前記酸化珪素膜上に非晶質珪素膜を形成し、
前記共通室を介して大気に曝すことなく前記基板を前記第１の処理室から前記第２の処理室へ移動し、
前記第２の処理室において前記非晶質珪素膜を加熱して、前記非晶質珪素膜から水素出しを行い、
前記共通室を介して大気に曝すことなく前記基板を前記第２の処理室から前記第３の処理室へ移動し、
前記第３の処理室において前記水素出しが行われた前記非晶質珪素膜上に窒化珪素膜を形成し、
前記窒化珪素膜をパターニングして前記非晶質珪素膜を選択的に露呈させ、
前記パターニングされた窒化珪素膜をマスクとして前記非晶質珪素膜に非晶質珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に添加し、
加熱処理を行って前記非晶質珪素膜を前記金属元素が添加された領域から結晶成長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】
第１の処理室と、
第２の処理室と、
第３の処理室と、
前記第１の処理室と前記第２の処理室と前記第３の処理室とに共通して連結され、且つ基板を搬送する手段を有する共通室とを有する作製装置を用いた半導体装置の作製方法であって、
前記第１の処理室で前記基板上に酸化珪素膜を形成し、
連続して前記第１の処理室において、前記酸化珪素膜上に非晶質珪素膜を形成し、
前記共通室を介して大気に曝すことなく前記基板を前記第１の処理室から前記第２の処理室へ移動し、
前記第２の処理室において前記非晶質珪素膜を加熱して、前記非晶質珪素膜から水素出しを行い、
前記共通室を介して大気に曝すことなく前記基板を前記第２の処理室から前記第３の処理室へ移動し、
前記第３の処理室において前記水素出しが行われた前記非晶質珪素膜上に窒化珪素膜を形成し、
前記窒化珪素膜をパターニングして前記非晶質珪素膜を選択的に露呈させ、
前記窒化珪素膜及び前記露呈された非晶質珪素膜上に酸化珪素膜を形成し、
前記パターニングされた窒化珪素膜をマスクとして前記酸化珪素膜上に非晶質珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に添加し、
加熱処理を行って前記非晶質珪素膜を前記金属元素が添加された領域から結晶成長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】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記酸化珪素膜及び前記非晶質珪素膜は、プラズマＣＶＤ法により形成された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乃至請求項４のいずれか一において、
前記窒化珪素膜は、プラズマＣＶＤ法により形成された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乃至請求項５のいずれか一において、
前記金属元素は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐ、Ａｓ、から選ばれた一種または複数種類の元素であ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】
【発明の属する技術分野】
本発明は結晶性を有する半導体を用いた半導体装置およびその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜半導体を用いた薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴ等）が知られている。このＴＦＴは、基板上に薄膜半導体を形成し、この薄膜半導体を用いて構成されるものである。このＴＦＴは、各種集積回路に利用されているが、特に電気光学装置特にアクティブマトリックス型の液晶表示装置の各画素の設けられたスイッチング素子、周辺回路部分に形成されるドライバー素子として注目されている。
【０００３】
ＴＦＴに利用される薄膜半導体としては、非晶質珪素膜を用いることが簡便であるが、その電気的特性が低いという問題がある。ＴＦＴの特性向上を得るためには、結晶性を有するシリコン薄膜を利用すればよい。結晶性を有するシリコン膜は、多結晶シリコン、ポリシリコン、微結晶シリコン等と称されている。この結晶性を有するシリコン膜を得るためには、まず非晶質珪素膜を形成し、しかる後に加熱によって結晶化すればよい。
【０００４】
しかしながら、加熱による結晶化は、加熱温度が６００℃以上の温度で１０時間以上の時間を掛けることが必要であり、基板としてガラス基板を用いることが困難であるという問題がある。例えばアクティブ型の液晶表示装置に用いられるコーニング７０５９ガラスはガラス歪点が５９３℃であり、基板の大面積化を考慮した場合、６００℃以上の加熱には問題がある。
【０００５】
〔発明の背景〕
これら上記の問題点を解決する手段として本発明人らによる発明、特願平０５−２９４６３３が挙げられる。これは、溶液を用いて非晶質珪素膜に触媒元素、特にニッケルを添加し、低温且つ短時間の熱処理により結晶性珪素膜を得る方法であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、触媒元素を用いた６００℃以下の熱処理による結晶性を有する薄膜珪素半導体の作製において、前記発明特願平０５−２９４６３３を前提とした上で、更に制御性が高く、マージンの大きい生産性の高い方法を提供することを目的とする。即ち、より安定した再現性の高いプロセスで結晶性珪素膜を得る方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記発明特願平０５−２９４６３３において、素子形成領域として触媒元素が直接添加された領域における基板に概略垂直な方向に結晶成長した領域（以下縦成長領域と省略）を用いる場合と、触媒元素を選択的に添加して該添加部周辺に基板に概略水平方向に成長させた領域（以下横成長領域と省略）を用いる場合の２つの結晶化方法を提案した。
【０００８】
そしてこの２つの結晶化方法について詳細に検討した結果、素子形成領域を作成するためには、横成長を用いた方が特性上望ましいという結論に達した。そして前記横成長による結晶化方法について更なる検討を行った。
【０００９】
前記発明特願平０５−２９４６３３における横成長方法を簡単に要約すると以下の様なプロセスとなる。（図１参照）
まずコーニング７０５９基板の如きガラス基板上に、酸化珪素よりなる下地膜を成膜する。これら基体１１上に非晶質珪素膜１２を１００Å〜５０００Å、望ましくは５００Å〜８００Åの厚さにプラズマＣＶＤあるいは減圧熱ＣＶＤにより成膜する。
更にその上に代表的には酸化珪素膜からなるマスク材料２１を成膜し、そこにニッケルを添加するための開孔部を開け、下の非晶質珪素膜を露出させる。その後必要に応じて前記開孔部に露出した非晶質珪素膜の表面を薄く酸化し（図１中では２０で表示）、ニッケルを含有した溶液１４を用いてニッケルを添加する。上記方法によりニッケルを添加した基板を、Ｎ2 等の不活性雰囲気中あるいは酸化雰囲気中で、４５０〜６００℃、代表的には５５０℃程度で熱処理することにより、横方向に結晶成長した結晶性珪素膜２５を得る。
【００１０】
上記一連のプロセスについて、マスク材料を酸化珪素膜から窒化珪素膜に変更することを試みた。
その結果は、マスク材料が酸化珪素膜の場合、長時間熱処理を加えるとニッケルが酸化珪素膜を透過して非晶質珪素膜に到達してしまうことが確認された。これは現象としては、通過したニッケルによる縦成長が発生してしまい、横成長を阻害する様子が観察された。それに対し、窒化珪素膜をマスク材料として用いた場合にはその様な現象は観測されなかった。しかしながら、横成長量が酸化珪素マスクに比較して若干少ないことが観測された。この横成長量の少なさは、その後の実験の結果、予め水素出しを行っておくことにより回避できることが判明した。即ち、結晶化の準備として水素が非晶質珪素膜中から抜けることが必要であるが、窒化珪素膜をマスクとして用いた場合には、それが抜け難くなってしまうことが原因であることが判明したのである。
【００１１】
次に下地、非晶質珪素、マスク材料を大気に一度も曝すことなく連続成膜する場合、あるいはそれぞれ大気に曝して別々に成膜する場合を比較した。すると、それぞれの膜質は同様になるように設定したにもかかわらず、連続で成膜した場合の方が横成長距離が長く、且つ結晶性が高いことが判明した。これは、基板に概略平行に結晶成長する横成長というプロセスが、界面の状態に非常に影響されることを意味するものと考えられる。
【００１２】
よって、上記一連の実験から、再現性及び制御性に優れた横成長を用いた結晶成長方法は、
ガラス基板上に連続して、酸化珪素膜、非晶質珪素膜を成膜する工程と、
前記成膜された基板を大気に曝すことなく連続して熱処理して水素出しを行う工程と、
前記水素出しが行われた基板に連続して窒化珪素膜を成膜する工程と、
前記３層膜が成膜された基板に対して、パターニング及び窒化珪素膜のエッチングを施し、前記非晶質珪素膜を部分的に露出せしめる工程と、
ニッケルを含む溶液を前記基板に塗布して、前記選択的に露出した非晶質珪素膜にニッケルを添加する工程と、
前記ニッケルが塗布された基板を熱処理を施して結晶化せしめる工程と
を有するものである。
そして、そのような構成をとるために必要な多目的基板処理装置として、酸化珪素膜、非晶質珪素膜、窒化珪素膜の連続成膜が可能であり、且つ一度も大気に曝すことなく熱処理（水素出し工程）が可能な構成を有する装置が必要であることが判る。
【００１３】
具体的には、
複数の減圧可能な処理室を有し、
前記複数の処理室は減圧可能な共通室を介して連結されており、
前記共通室には各処理室間において基板を搬送するための手段を有し、
前期複数の処理室の内の少なくとも一つはプラズマＣＶＤを用いた酸化珪素膜の成膜が可能であり、
前期複数の処理室の内の少なくとも一つはプラズマＣＶＤを用いた窒化珪素膜が成膜可能であり、
前期複数の処理室の内の少なくとも一つはプラズマＣＶＤを用いた非晶質珪素膜が成膜可能であり、
前期複数の処理室の内の少なくとも一つは４００℃以上の加熱処理を複数の基板に同時に施すことが可能である、
ことを特徴とする多目的基板処理装置を必要とする。
【００１４】
そのような装置の概要を図２及び図３に示す。
図２に示す装置は多目的に利用できるものであって、必要とする成膜やアニール処理を施す処理室を必要とする数で組み合わせることができる。図２に示す装置で処理される基板としてはガラス基板、シリコン基板、その他絶縁基板や半導体基板を用いることができる。即ち、絶縁表面を有する基板であれば用いることができる。例えば、アクティブマトリクス型の液晶表示装置やイメージセンサー等の電気光学装置であれば安価なガラス基板を用いるのが一般的である。
【００１５】
例えば３０１を共通室である基板の搬送室とし、基板の各種処理を行う処理室の内、３０６と３０７とを予備室とし、一方を基板の搬入用に用い、他の一方を基板の搬出用に用いる。また、３０２は絶縁膜を形成するためのプラズマＣＶＤ装置とし、３０３を非晶質珪素を成膜するためのプラズマＣＶＤ装置とし、３０４を窒化珪素膜を形成するためのプラズマＣＶＤ装置とし、３０５を水素出しを行うための熱処理炉とする、といった構成を採ることができる。この中で、熱処理工程のみが処理時間が数時間に及ぶプロセスであり、全体のスループットの低下の原因となってしまうため、複数の基板３２２を同時にヒーター３２３で加熱処理を施し、必要によりステージ３１５により基板搬送位置まで運び、ロボットアーム３１４により搬送して次の工程に移る構成としたことは重要である。なお、予備室も基板の搬入や搬出を行なう機能を有するという意味で処理室ということができる。また各処理室の間は、ゲートバルブ３０８〜３１３により仕切られており、それぞれ独立に真空ポンプ３１９〜３２１による真空引きが可能で、各処理時のガスによるコンタミを防ぐ構成となっている。基板３２２はロボットアーム３１４により搬送され、マルチタスクによりスループットの向上が可能である。
【００１６】
このような組み合わせは任意に行なえるものである。これら組み合わせのできる要素としては、プラズマＣＶＤ、減圧熱ＣＶＤ（以下本明細書においてはＬＰＣＶＤと省略する）、光ＣＶＤ、マイクロ波ＣＶＤ、加熱炉、光照射によるアニール炉、スパッタリング、プラズマアニール、プラズマエッチング（異方性あるいは等方性）を挙げることができが、本発明の構成を達成するためには前述の様な構成が少なくとも必要である。
【００１７】
本発明においては、触媒元素としてニッケルを用いた場合に最も顕著な効果を得ることができるが、その他利用できる触媒元素の種類としては、好ましくはＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ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。
【００１８】
以下の本明細書で開示する発明の構成を示す。本明細書で開示する第１の発明は、
絶縁表面を有する基板上に酸化珪素膜と非晶質珪素膜とを成膜する工程と、
前記成膜された基板を大気に曝すことなく連続して熱処理して水素出しを行う工程と、
前記水素出しが行われた基板に連続して窒化珪素膜を成膜する工程と、
前記窒化珪素膜をパターニングし選択的に非晶質珪素膜を露呈させる工程と、
前記露呈した非晶質珪素膜に接して非晶質珪素膜の結晶化を助長する金属元素を導入する工程と、
加熱処理を行い前記非晶質珪素膜を前記金属元素が導入された領域から基板に平行な方向に結晶成長させる工程と、
を有することを特徴とする。
【００１９】
他の発明は、
絶縁表面を有する基板上に酸化珪素膜と非晶質珪素膜とを成膜するための第１の処理室と、
前記成膜された基板を大気に曝すことなく連続して熱処理して水素出しを行うための第２の処理室と、
前記水素出しが行われた基板に連続して窒化珪素膜を成膜する第３のための処理室と、
前記第１の処理室と前記第２の処理室と前記第３の処理室とに共通して接続された共通室と、
を有し、
前記第１の処理室と前記第２の処理室と前記第３の処理室とは密閉された構造を有し、
前記共通室は基板または試料を搬送する手段を有することを特徴とする。
【００２０】
上記構成の例として、図２や図３に示す構成を挙げることができる。
【００２１】
他の発明は、
絶縁表面を有する基板上に酸化珪素膜と非晶質珪素膜とを成膜する工程と、
前記成膜された基板を大気に曝すことなく連続して熱処理して水素出しを行う工程と、
前記水素出しが行われた基板に連続して窒化珪素膜を成膜する工程と、
前記窒化珪素膜を活性層の形状にパターニングし選択的に非晶質珪素膜を露呈させる工程と、
前記露呈した非晶質珪素膜に接して非晶質珪素膜の結晶化を助長する金属元素を導入する工程と、
加熱処理を行い前記非晶質珪素膜を前記金属元素が導入された領域から基板に平行な方向に結晶成長させる工程と、
残存した前記窒化珪素膜をマスクとして用いて結晶成長した珪素膜をパターニングし活性層を構成する工程と、
を有することを特徴とする。
【００２２】
他の発明は、
絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質珪素膜上に活性層を形成するためのマスクとして窒化珪素膜を形成する工程と、
前記窒化珪素膜をマスクとして非晶質珪素膜の結晶化を助長する金属元素を導入する工程と、
加熱処理を加え前記非晶質珪素膜を結晶化する工程と、
前記窒化珪素膜をマスクとして活性層を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【００２３】
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例は、５００Åの窒化珪素膜を選択的に設け、この窒化珪素膜をマスクとして選択的にニッケルを導入する例である。
【００２４】
前述の説明で用いた図１を本実施例に焼き直して本実施例における作製工程の概略を示す。まず、ガラス基板（コーニング７０５９、１０ｃｍ角）上に、図２及び図３の装置を用いて酸化珪素膜を２０００Å及び、非晶質珪素膜１２を１００〜１５００ÅプラズマＣＶＤ法を用いて連続的に形成する。ここでは、非晶質珪素膜１２を１０００Åの厚さに成膜する。酸化珪素膜の成膜条件は、成膜圧力０．１〜１ｔｏｒｒ、本実施例では０．３ｔｏｒｒ、ＴＥＯＳ：Ｏ2 を１：１０の比率とし、ＲＦパワー１〜５００Ｗ、本実施例では３００Ｗで、基板温度が１００〜５００℃、本実施例では４００℃で成膜を行った。非晶質珪素膜の成膜条件としては成膜圧力０．１〜１ｔｏｒｒ、本実施例では０．３ｔｏｒｒ、モノシランを成膜ガスとし、ＲＦパワー１〜１００Ｗ、本実施例では３５Ｗで、基板温度が１００〜３００℃、本実施例では１６０℃で成膜を行った。（図１（Ａ））次に、大気に曝すことなく熱処理炉３０５に基板を搬送して、３５０〜５５０℃、ここでは４００℃１時間Ｎ2 中の熱処理を行ってプラズマＣＶＤで成膜した非晶質珪素膜１２から水素を放出させる。
その後再び大気に曝すことなく処理室３０４に基板３２２を搬送し、マスクとなる窒化珪素膜２１を２００Å以上、ここでは５００Åの厚さに成膜する。成膜条件は、成膜圧力０．１〜１ｔｏｒｒ、本実施例では０．３ｔｏｒｒ、モノシラン：アンモニアを１：４の比率とし、ＲＦパワー１００〜５００Ｗ、本実施例では３００Ｗで、基板温度が２００〜５００℃、本実施例では４００℃で成膜を行った。この窒化珪素膜２１の膜厚については、発明者等の実験によると１００Åでも問題がないことを確認しており、膜質が緻密であれば更に薄くても良いと思われる。
【００２５】
そして通常のフォトリソパターニング工程によって、必要とするパターンに窒化珪素膜２１をパーニングする。そして、酸素雰囲気中における紫外線の照射で薄い酸化珪素膜２０を成膜する。この酸化珪素膜２０の作製は、酸素雰囲気中でＵＶ光を５分間照射することによって行なわれる。なおこの酸化珪素膜２０の厚さは２０〜５０Å程度と考えられる（図１（Ａ））。尚、この濡れ性を改善するための酸化珪素膜については、溶液とパターンのサイズが合致した場合には、マスクの酸化珪素膜の親水性のみによっても丁度よく添加される場合がある。しかしながらこの様な例は特殊であり、一般的には酸化珪素膜２０を使用したほうが安全である。
【００２６】
この状態において、１００ｐｐｍのニッケルを含有した酢酸塩溶液を５ｍｌ滴下（１０ｃｍ角基板の場合）する。またこの際、スピナーを１５０ｒｐｍで回転させつつ塗布することにより裏面への回り込みを防ぐことが可能である。さらにこの状態で、５分間保持した後スピナーを用いて２０００ｒｐｍ、６０秒のスピンドライを行う。（図１（Ｂ））
【００２７】
そして５５０度（窒素雰囲気）、８時間の加熱処理を施すことにより、非晶質珪素膜１２の結晶化を行う。この際、ニッケルが導入された部分２２の領域から２３で示されるように、ニッケルが導入されなかった領域へと横方向に４０μｍ程度の結晶成長が行われる。図１（Ｃ）において、２４がニッケルが直接導入され結晶化が行われた領域であり、２５が横方向に結晶化が行われた領域である。なお２５の領域は、概略〈１１１〉軸方向に結晶成長が行われていることが確認されている。
【００２８】
本実施例において、溶液濃度、保持時間を変化させることにより、ニッケルが直接導入された領域におけるニッケルの濃度を１×１０16atoms ｃｍ-3〜１×１０19atoms ｃｍ-3の範囲で制御可能であり、同様に横成長領域の濃度をそれ以下に制御することが可能である。
【００２９】
その後にデバイスを形成する場合には、マスク材料を剥離する必要があるが、この際に以前の酸化珪素マスクを用いた場合にはフッ酸系のエッチャントを用いるか、あるいはフッ素系ガスを用いたドライエッチングを用いなければならず、ガラス、下地酸化珪素へのダメ─ジが大きかった。それに比較し、窒化珪素膜の場合には熱リン酸を用いることが可能で、これは結晶性珪素膜及び酸化珪素、ガラスにダメージが少ないという利点を有する。
【００３０】
以上述べたように、横方向に結晶が成長した領域は触媒元素の濃度が小さく、しかも結晶性が良好であるので、この領域を半導体装置の活性領域として用いることは有用である。例えば、薄膜トランジスタのチャネル形成領域として利用することは極めて有用である。
【００３１】
〔実施例２〕
本実施例においては、実施例１に示すようにニッケルを選択的に導入し、その部分から横方向（基板に平行な方向）に結晶成長した領域を用いて電子デバイスを形成する例を示す。このような構成を採用した場合、デバイスの活性層領域におけるニッケル濃度をさらに低くすることができ、デバイスの電気的安定性や信頼性の上から極めて好ましい構成とすることができる。
【００３２】
本実施例は、アクティブマトリクスの画素の制御に用いられるＴＦＴの作製工程に関するものである。図４に本実施例の作製工程を示す。まず、基板２０１を洗浄し、図２及び図３にしめされる多目的基板処理装置によりＴＥＯＳ（テトラ・エトキシ・シラン）と酸素を原料ガスとしてプラズマＣＶＤ法によって厚さ２０００Åの酸化珪素の下地膜２０２を形成する。そして、連続してプラズマＣＶＤ法によって、厚さ５００〜１５００Å、例えば１０００Åの真性（Ｉ型）の非晶質珪素膜２０３を成膜する。次に熱処理炉３０５により４５０℃１時間の熱処理を行い水素出しを行う。その後同一装置内で連続的に厚さ５００〜２０００Å、例えば１０００Åの窒化珪素膜２０５をプラズマＣＶＤ法によって成膜する。そして、窒化珪素膜２０５を選択的にエッチングして、非晶質珪素の露出した領域２０６を形成する。この領域のパタ─ニングは、その後のアイランド形成をする領域上に窒化珪素膜が残る様に行うと、結晶化工程の後、前記窒化珪素膜をマスクとして結晶性珪素膜のパターニングが可能であり、工程上有用である。
【００３３】
そして実施例１に示した方法により結晶化を助長する触媒元素であるニッケル元素を含んだ溶液（ここでは酢酸塩溶液）塗布する。酢酸溶液中におけるニッケルの濃度は１００ｐｐｍである。その他、詳細な工程順序や条件は実施例１で示したものと同一である。
【００３４】
この後、窒素雰囲気下で５００〜６２０℃、例えば５５０℃、４時間の加熱アニールを行い、珪素膜３０３の結晶化を行う。結晶化は、ニッケルと珪素膜が接触した領域２０６を出発点として、矢印で示されるように基板に対して平行な方向に結晶成長が進行する。図においては領域２０４はニッケルが直接導入されて結晶化した部分、領域２０３は横方向に結晶化した部分を示す。この２０３で示される横方向への結晶は、２５μｍ程度である。またその結晶成長方向は概略〈１１１〉軸方向であることが確認されている。（図４（Ａ））
【００３５】
次に、窒化珪素膜２０５をマスクとして、結晶性珪素膜２０４をドライエッチによりアイランド形成を行う。この工程によりニッケル濃度の高い直接添加領域２０６をエッチオフすることができ、その結果本実施例においては、活性層２０８において、これらのニッケル濃度の高い領域がチャネル形成領域と重ならないようにした。その後熱リン酸を用いて窒化珪素膜２０５をエッチングし、島状の活性層領域２０８を形成する。
【００３６】
その後、１００体積％の水蒸気を含む１０気圧、５００〜６００℃の、代表的には５５０℃の雰囲気中において、１時間放置することによって、活性層（珪素膜）２０８の表面を酸化させ、酸化珪素膜２０９を形成する。酸化珪素膜の厚さは１０００Åとする。熱酸化によって酸化珪素膜２０９を形成したのち、基板を、アンモニア雰囲気（１気圧、１００％）、４００℃に保持させる。そして、この状態で基板に対して、波長０．６〜４μｍ、例えば、０．８〜１．４μｍにピークをもつ赤外光を３０〜１８０秒照射し、酸化珪素膜２０９に対して窒化処理を施す。なおこの際、雰囲気に０．１〜１０％のＨＣｌを混入してもよい。
【００３７】
赤外線の光源としてはハロゲンランプを用いる。赤外光の強度は、モニターの単結晶シリコンウェハー上の温度が９００〜１２００℃の間にあるように調整する。具体的には、シリコンウェハーに埋め込んだ熱電対の温度をモニターして、これを赤外線の光源にフィードバックさせる。本実施例では、昇温は、一定で速度は５０〜２００℃／秒、降温は自然冷却で２０〜１００℃とする。この赤外光照射は、珪素膜を選択的に加熱することになるので、ガラス基板への加熱を最小限に抑えることができる。（図４（Ｂ））
【００３８】
引き続いて、スパッタリング法によって、厚さ３０００〜８０００Å、例えば６０００Åのアルミニウム（０．０１〜０．２％のスカンジウムを含む）を成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニングして、ゲイト電極２１０を形成する。（図２（Ｃ））
【００３９】
さらに、このアルミニウムの電極の表面を陽極酸化して、表面に酸化物層２１１を形成する。この陽極酸化は、酒石酸が１〜５％含まれたエチレングリコール溶液中で行う。得られる酸化物層２１１の厚さは２０００Åである。なお、この酸化物２１１は、後のイオンドーピング工程において、オフセットゲイト領域を形成する厚さとなるので、オフセットゲイト領域の長さを上記陽極酸化工程で決めることができる。（図４（Ｄ））
【００４０】
次に、イオンドーピング法（プラズマドーピング法とも言う）によって、活性層領域（ソース／ドレイン、チャネルを構成する）にゲイト電極部、すなわちゲイト電極２１０とその周囲の酸化層２１１をマスクとして、自己整合的にＮ導電型を付与する不純物（ここでは燐）を添加する。ドーピングガスとして、フォスフィン（ＰＨ3 ）を用い、加速電圧を６０〜９０ｋＶ、例えば８０ｋＶとする。ドーズ量は１×１０15〜８×１０15ｃｍ-2、例えば、４×１０15ｃｍ-2とする。この結果、Ｎ型の不純物領域２１２と２１３を形成することができる。図からも明らかなように不純物領域とゲイト電極とは距離ｘだけ放れたオフセット状態となる。このようなオフセット状態は、特にゲイト電極に逆電圧（ＮチャネルＴＦＴの場合はマイナス）を印加した際のリーク電流（オフ電流ともいう）を低減する上で有効である。特に、本実施例のようにアクティブマトリクスの画素を制御するＴＦＴにおいては良好な画像を得るために画素電極に蓄積された電荷が逃げないようにリーク電流が低いことが望まれるので、オフセットを設けることは有効である。
【００４１】
その後、レーザー光の照射によってアニールを行った。レーザー光としては、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を用いるが、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条件は、エネルギー密度が２００〜４００ｍＪ／ｃｍ2 、例えば２５０ｍＪ／ｃｍ2 とし、一か所につき２〜１０ショット、例えば２ショット照射した。このレーザー光の照射時に基板を２００〜４５０℃程度に加熱することによって、効果を増大せしめてもよい。（図４（Ｅ））
【００４２】
続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜２１４を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成する。さらに、スピンコーティング法によって透明なポリイミド膜２１５を形成し、表面を平坦化する。このようにして形成された平面上にスパッタ法によって厚さ８００Åの透明導電性膜（ＩＴＯ膜）を成膜し、これをパターニングして画素電極２１６を形成する。
【００４３】
そして、層間絶縁物２１４、２１５にコンタクトホールを形成して、金属材料、例えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってＴＦＴの電極・配線２１７、２１８を形成する。最後に、１気圧の水素雰囲気で３５０℃、３０分のアニールを行い、ＴＦＴを有するアクティブマトリクスの画素回路を完成する。（図４（Ｆ））
【００４４】
〔実施例３〕
図５に本実施例の作製工程の断面図を示す。まず、基板（コーニング７０５９）５０１上にスパッタリング法によって厚さ２０００Åの酸化珪素の下地膜５０２を形成した。基板は、下地膜の成膜の前もしくは後に、歪み温度よりも高い温度でアニールをおこなった後、０．１〜１．０℃／分で歪み温度以下まで徐冷すると、その後の温度上昇を伴う工程（本発明の熱酸化工程およびその後の熱アニール工程を含む）での基板の収縮が少なく、マスク合わせが容易となる。コーニング７０５９基板では、６２０〜６６０℃で１〜４時間アニールした後、０．０３〜１．０℃／分、好ましくは、０．１〜０．３℃／分で徐冷し、４００〜５００℃まで温度が低下した段階で取り出すとよい。
【００４５】
次に、プラズマＣＶＤ法によって、実施例２と同様に酸化珪素膜、非晶質珪素膜、窒化珪素膜を連続して成膜した。そして、実施例２で示した方法により非晶質珪素膜の結晶化を行なった。そして窒素雰囲気（大気圧）、６００℃、４８時間アニールして結晶化させ、珪素膜を１０〜１０００μｍ角の大きさにパターニングして、島状の珪素膜（ＴＦＴの活性層）５０３を形成した。（図５（Ａ））
【００４６】
その後、７０〜９０％の水蒸気を含む１気圧、５００〜７５０℃、代表的には６００℃の酸素雰囲気を水素／酸素＝１．５〜１．９の比率でパイロジェニック反応法を用いて形成した。かかる雰囲気中において、３〜５時間放置することによって、珪素膜表面を酸化させ、厚さ５００〜１５００Å、例えば１０００Åの酸化珪素膜５０４を形成した。注目すべき歯、かかる酸化により、初期の珪素膜は、その表面が５０Å以上減少し、結果として、珪素膜の最表面部分の汚染が、珪素−酸化珪素界面には及ばないようになった、すなわち、清浄な珪素−酸化珪素界面が得られたことである。酸化珪素膜の厚さは酸化される珪素膜の２倍であるので、１０００Åの厚さの珪素膜を酸化して、厚さ１０００Åの酸化珪素膜を得た場合には、残った珪素膜の厚さは５００Åということになる。
【００４７】
一般に酸化珪素膜（ゲイト絶縁膜）と活性層は薄ければ薄いほど移動度の向上、オフ電流の減少という良好な特性が得られる。一方、初期の非晶質珪素膜の結晶化はその膜厚が大きいほど結晶化させやすい。したがって、従来は、活性層の厚さに関して、特性とプロセスの面で矛盾が存在していた。本発明はこの矛盾を初めて解決したものであり、すなわち、結晶化前には非晶質珪素膜を厚く形成し、良好な結晶性珪素膜を得る。そして、次にはこの珪素膜を酸化することによって珪素膜を薄くし、ＴＦＴとしての特性を向上させるものである。さらに、この熱酸化においては、再結合中心の存在しやすい非晶質成分、結晶粒界が酸化されやすく、結果的に活性層中の再結合中心を減少させるという特徴も有する。このため製品の歩留りが高まる。
【００４８】
熱酸化によって酸化珪素膜５０４を形成したのち、基板を一酸化二窒素雰囲気（１気圧、１００％）、６００℃で２時間アニールした。（図５（Ｂ））
引き続いて、減圧ＣＶＤ法によって、厚さ３０００〜８０００Å、例えば６０００Åの多結晶珪素（０．０１〜０．２％の燐を含む）を成膜した。そして、珪素膜をパターニングして、ゲイト電極５０５を形成した。さらに、この珪素膜をマスクとして自己整合的に、イオンドーピング法（プラズマドーピング法とも言う）によって、活性層領域（ソース／ドレイン、チャネルを構成する）にＮ導電型を付与する不純物（ここでは燐）を添加した。ドーピングガスとして、フォスフィン（ＰＨ3 ）を用い、加速電圧を６０〜９０ｋＶ、例えば８０ｋＶとした。ドーズ量は１×１０15〜８×１０15ｃｍ-2、例えば、５×１０15ｃｍ-2とした。この結果、Ｎ型の不純物領域５０６と５０７が形成された。
【００４９】
その後、レーザー光の照射によってアニール行った。レーザー光としては、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を用いたが、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条件は、エネルギー密度が２００〜４００ｍＪ／ｃｍ2 、例えば２５０ｍＪ／ｃｍ2 とし、一か所につき２〜１０ショット、例えば２ショット照射した。このレーザー光の照射時に基板を２００〜４５０℃程度に加熱することによって、効果を増大せしめてもよい。（図５（Ｃ））
【００５０】
また、この工程は、近赤外光によるランプアニールによる方法でもよい。近赤外線は非晶質珪素よりも結晶化した珪素へは吸収されやすく、１０００℃以上の熱アニールにも匹敵する効果的なアニールを行うことができる。その反面、ガラス基板（遠赤外光はガラス基板に吸収されるが、可視・近赤外光（波長０．５〜４μｍ）は吸収されにくい）へは吸収されにくいので、ガラス基板を高温に加熱することがなく、また短時間の処理ですむので、ガラス基板の縮みが問題となる工程においては最適な方法であるといえる。
【００５１】
続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜５０８を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成した。この層間絶縁物としてはポリイミドを利用してもよい。さらにコンタクトホールを形成して、金属材料、例えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってＴＦＴの電極・配線５０９、５１０を形成した。最後に、１気圧の水素雰囲気で３５０℃、３０分のアニールを行い、ＴＦＴを完成した。（図５（Ｄ））
【００５２】
上記に示す方法で得られたＴＦＴの移動度は１１０〜１５０ｃｍ2 ／Ｖｓ、Ｓ値は０．２〜０．５Ｖ／桁であった。また、同様な方法によってソース／ドレインにホウ素をドーピングしたＰチャネル型ＴＦＴも作製したところ、移動度は９０〜１２０ｃｍ2 ／Ｖｓ、Ｓ値は０．４〜０．６Ｖ／桁であり、公知のＰＶＤ法やＣＶＤ法によってゲイト絶縁膜を形成した場合に比較して、移動度は２割以上高く、Ｓ値は２０％以上も減少した。
また、信頼性の面からも、本実施例で作製されたＴＦＴは１０００℃の高温熱酸化によって作製されたＴＦＴにひけをとらない良好な結果を示した。
【００５３】
〔実施例４〕
本実施例はアクティブマトリクス型の液晶表示装置に本発明を利用する場合の例を示す。図６のアクティブマトリクス型の液晶表示装置の一方の基板の概要を示した上面図を示す。
【００５４】
図において、６１はガラス基板であり、６２はマトリクス状に構成された画素領域であり、画素領域には数百×数百の画素が形成されている。この画素の一つ一つにはスイッチング素子としてＴＦＴが配置されている。この画素領域のＴＦＴを駆動するためのドライバーＴＦＴが配置されているのが周辺ドライバー領域６２である。画素領域６３とドライバー領域６２とは同一基板６１上に一体かされて形成されている。
【００５５】
ドライバー領域６２に配置されるＴＦＴは大電流を流す必要があり、高い移動度が必要とされる。また、画素領域６３に配置されるＴＦＴは画素電極の電荷を保持率を固める必要があるので、オフ電流（リーク電流）が少ない特性が必要とされる。例えば、画素領域６３に配置されるＴＦＴは、ニッケルを用いないで単なるレーザー結晶化によって得られるＴＦＴを用いてもよい。この場合には、ニッケル添加した周辺の結晶化と同じエネルギーでレーザーアニールを行うこととなる。このように低いエネルギーで結晶化せしめたニッケルを用いない結晶性珪素膜は、ニッケルを用いた場合に比較し、結晶性が悪い為、モビリティは低いが、総じてオフ電流が低いという特徴を有し、画素として用いる場合には特に問題が生じない。
【００５６】
【効果】
触媒元素を導入して低温で短時間で結晶化させた結晶性珪素膜を用いて、半導体装置を作製することで、生産性が高く、特性のよいデバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例の工程を示す
【図２】  半導体装置の作製装置を示す。
【図３】  半導体装置の作製装置を示す。
【図４】  実施例の作製工程を示す。
【図５】  実施例の作製工程を示す。
【図６】  実施例の構成を示す。
【符号の説明】
１１・・・・ガラス基板
１２・・・・非晶質珪素膜
１３・・・・酸化珪素膜
１４・・・・ニッケルを含有した酢酸溶液膜
１５・・・・ズピナー
２１・・・・マスク用酸化珪素膜
２０・・・・酸化珪素膜
【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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