(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、
前記非晶質珪素膜上に珪素の結晶化を助長する金属元素を含む溶液をスピンコート法により塗布し、加熱処理を施すことにより、前記金属元素のシリサイド層を形成し、
前記シリサイド層をパターニングし結晶成長核となる層を形成し、
前記結晶成長核となる層から前記非晶質珪素膜を結晶成長させ、
前記結晶成長させた領域を用いて活性層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】
絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜上に珪素の結晶化を助長する金属元素を含む溶液をスピンコート法により塗布し、加熱処理を施すことにより、前記金属元素のシリサイド層を形成し、
前記シリサイド層をパターニングし結晶成長核となる層を形成し、
加熱した状態でレーザー光を照射することにより、前記結晶成長核となる層から前記非晶質珪素膜を結晶成長させ、
前記結晶成長させた領域を用いて活性層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３】
請求項１又は請求項２において、
前記非晶質珪素膜上に珪素の結晶化を助長する前記金属元素を塗布する前に、水素またはヘリウムのプラズマによって、前記非晶質珪素膜から水素を離脱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。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３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、
前記結晶成長させた領域中の前記金属元素の濃度が１×１０14ｃｍ-3〜１×１０19ｃｍ-3であ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乃至請求項５のいずれか一において、
前記結晶成長させた領域には、水素またはハロゲン元素が０．００１原子％〜５原子％の濃度で含まれてい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、結晶性を有する薄膜半導体を用いた半導体装置の作製方法に関する。特に薄膜トランジスタの作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラスや石英基板上に形成された薄膜半導体を用いたトランジスタ（薄膜トランジスタやＴＦＴと称される）が注目されている。これは、ガラス基板や石英基板の表面に数百〜数千Åの厚さを有する薄膜半導体を形成し、この薄膜半導体を用いてトランジスタ（絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ）を形成する技術である。
【０００３】
薄膜トランジスタの応用範囲としては、アクティブマトリクス型の液晶表示装置が知られている。これは、マトリクス状に配置された数十万以上の画素のそれぞれにスイッチング素子として薄膜トランジスタを配置し、微細で高速度の表示を行わすものである。
【０００４】
このようなアクティブマトリクス型の液晶表示装置に利用される薄膜トランジスタとしては、非晶質珪素（アモルファスシリコン）薄膜を用いたものが実用化されている。
【０００５】
しかしながら、非晶質珪素薄膜を用いた薄膜トランジスタは、その特性が低いという問題がある。例えば、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の表示機能としてより高い機能を求めようとする場合、非晶質珪素膜を用いた薄膜トランジスタでは、その特性が低すぎる。
【０００６】
また、画素のスイッチングのみではなく、周辺駆動回路をも薄膜トランジスタで構成することで、一枚の基板の上に集積化した一体型の液晶表示システムを構成することが提案されているが、非晶質珪素薄膜を用いた薄膜トランジスタでは、その動作速度の低さから周辺駆動回路を構成することができない。特に非晶質珪素薄膜を用いた薄膜トランジスタでは、Ｐチャネル型を実用化することが困難であるので（特性が低過ぎ実用にならない）ＣＭＯＳ回路が構成できないという基本的な問題がある。
【０００７】
さらに、画像データ等を処理または記憶するための集積回路等をも画素領域や周辺駆動回路と同一の基板上に集積化する技術も提案されているが、非晶質珪素薄膜を用いた薄膜トランジスタでは、その特性の低さから画像データを処理できるような集積回路を構成することができない。
【０００８】
一方、非晶質珪素薄膜を用いた薄膜トランジスタを大きく上回る特性を有する薄膜トランジスタとして、結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを構成する技術が知られている。この技術は、非晶質珪素膜の形成後に加熱処理やレーザー光の照射を行うことにより、非晶質珪素膜を結晶性珪素膜に変成する技術を利用したものである。非晶質珪素膜を結晶化させることによって得られる結晶性珪素膜は、一般に多結晶構造あるいは微結晶構造を有している。
【０００９】
結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを構成した場合、非晶質珪素膜を用いた場合に比較して、はるかに高い特性を得ることができる。例えば、薄膜トランジスタの特性を評価する一つの指標である移動度で見た場合、非晶質珪素膜を用いた薄膜トランジスタでは移動度が１〜２ｃｍ2 ／Ｖｓ以下（Ｎチャネル型の場合）であるが、結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタでは、Ｎチャネル型で１００ｃｍ2 ／Ｖｓ程度以上、Ｐチャネル型で５０ｃｍ2 ／Ｖｓ程度以上のものを得ることができる。
【００１０】
しかしながら、非晶質珪素膜を結晶化することによって得られた結晶性珪素膜は、多結晶構造を有しており、結晶粒界に起因する数々の問題があった。例えば、結晶粒界を経由して移動してしまうキャリアが存在するために、薄膜トランジスタの耐圧が大きく制限されてしまうという問題である。また、高速動作を行わす場合に特性の変化や劣化が起こりやすいという問題がある。また、結晶粒界を経由して移動してしまうキャリアが存在するために、薄膜トランジスタがＯＦＦ時におけるオフ電流（漏れ電流）が多くなってしまうという問題がある。
【００１１】
またアクティブマトリクス型の液晶表示装置をより集積化した形で構成しようとする場合、画素領域のみでなく、周辺回路をも１枚のガラス基板上に形成してしまうことが望まれる。このような場合、マトリクス状に数十万個配置された画素トランジスタを駆動するために、周辺回路に配置された薄膜トランジスタには大電流を扱えることが要求される。
【００１２】
大電流を取り扱うことのできる薄膜トランジスタを得るには、チャネル幅を大きくした構造を採用する必要がある。しかしながら、結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタでは、そのチャネル幅を広くしても耐圧の問題から実用にならないという問題があった。またしきい値の変動等が大きく、実用的ではないという問題がある。
【００１３】
また画像データを処理するための集積回路を結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタで構成しようとしても、しきい値の変動や特性の経時変化の問題から、実用的な集積回路（従来のＩＣの代わりに用いることができるような）を得ることができなかった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本明細書で開示する発明は、結晶粒界の影響を受けない薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
また、本明細書で開示する発明の他の目的は、耐圧が高く大電流を扱うことのできる薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
また、本明細書で開示する発明の他の目的は、特性の劣化や変動の無い薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
また、本明細書で開示する発明の他の目的は、単結晶半導体を用いた場合と同様な特性を有する薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を形成する工程と、
前記非晶質珪素膜に接して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、
加熱処理を加え前記非晶質珪素膜の表面に前記金属を含む層を形成する工程と、
前記金属元素を含む層をパターニングし結晶成長核となる層を形成する工程と、
前記結晶成長核となる層から結晶成長を行わせ前記非晶質珪素膜中に実質的に結晶粒界の存在しない領域を形成する工程と、
前記結晶成長が行われた実質的に結晶粒界が含まれない領域を用いて活性層を構成する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１６】
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、絶縁膜が形成された石英基板、絶縁膜が形成された半導体基板、絶縁膜が形成された導体基板を挙げることができる。また３次元集積回路の構成において、層間絶縁膜等が形成された絶縁表面を基板として用いることができる。
【００１７】
上記構成において、「非晶質珪素膜に接して珪素の結晶化を助長する金属元素を保持させる工程」としては、図１（Ａ）に示す構成を挙げることができる。図１（Ａ）に示すのは、非晶質珪素膜１０３の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素であるニッケルを含有した溶液（酢酸ニッケル塩溶液）１０４を塗布した状態が示されている。
【００１８】
この状態で珪素の結晶化を助長する金属元素が非晶質珪素膜に接して保持された状態が実現される。ここでは、金属元素を含んだ溶液を用いる例を示したが、非晶質珪素膜の表面に金属元素を接して保持させる方法としては、金属元素の層または金属元素を含む層を非晶質珪素膜上にＣＶＤ法やスパッタ法、さらには蒸着法で形成する方法を採用してもよい。
【００１９】
上記構成において「加熱処理を加え前記非晶質珪素膜の表面に前記金属を含む層を形成する工程」としては、図１（Ｂ）に示す工程を挙げることができる。この工程では、４００℃程度のベークを行うことにより、１０５で示すニッケルと珪素とのシリサイド層を形成する工程が示されている。
【００２０】
また「前記金属元素を含む層をパターニングし結晶成長核となる層を形成する工程」としては、図１（Ｃ）に示す工程を挙げることができる。この工程は、シリサイド層１０５をパターニングすることにより、１０６と１０７で示される後の工程で結晶成長核となる層を形成する工程が示されている。
【００２１】
「前記結晶成長核となる層から結晶成長を行わせ前記非晶質珪素膜中に実質的に結晶粒界の存在しない領域を形成する工程」としては、図１（Ｄ）と図１（Ｅ）に示す工程を示すことができる。図１（Ｄ）に示すのは、４５０℃〜６００℃の温度で加熱しつつレーザー光を照射することで、非晶質珪素膜上に選択的に形成されたニッケルシリサイド層１０６、１０７を結晶核として、１０８で示されるような結晶成長を行わせ、１０９や１１１で示されるような内部に結晶粒界の存在しないモノデメイン領域を形成する工程が示されている。
【００２２】
本明細書で開示する発明においては、珪素を結晶化するための金属元素として、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ができる。
【００２３】
結晶成長を行わした結果得られる実質的に結晶粒界の存在しない領域は、モノドメイン領域と称することができる。
【００２４】
またモノドメイン領域は、結晶粒界となる点欠陥や面欠陥は有していないが、中和されるべき点欠陥を有している。従って、点欠陥を中和するための水素またはハロゲン水素が０．００１原子％〜５原子％の濃度で含まれていることが重要となる。
【００２５】
このモノデメイン領域には、珪素の結晶化を助長する金属元素が、１×１０14〜１×１０19原子ｃｍ-3の濃度で含まれていることが重要である。金属元素の濃度がこの範囲以下であると、結晶化を助長する作用が十分に得られず、必要とするモノドメイン領域が得ることが困難となってしまう。また金属元素の濃度がこの範囲以上であると、得られるモノドメイン領域における半導体特性が大きく損なわれてしまう。
【００２６】
これらの濃度は、ＳＩＭＳ（２次イオン分析方法）によって得られるデータに基づく最小値として定義される。
【００２７】
なお、ＳＩＭＳによって、金属元素の濃度を１×１０16原子ｃｍ-3以下の濃度で計測することは、現状では困難である。しかし、当該金属元素を導入する際に利用する溶液中での当該金属元素の濃度から概算することが可能である。即ち、溶液中の金属元素の濃度と、ＳＩＭＳで計測される最終的に珪素膜中に残留する金属元素濃度との関係より、ＳＩＭＳで計測されない濃度を概算することができる。
【００２８】
結晶化助長用の金属元素を用いて固相結晶化を行うに当たり、金属元素を導入する方法として、大別して２つの方法がある。
【００２９】
その一つは、金属元素を、スパッタ法、電子ビーム蒸着法等の「物理的形成」を用いて、極薄い膜として非晶質珪素膜の表面（または非晶質珪素膜の下地膜の表面に）に成膜する方法である。これらの方法は、非晶質珪素膜に接して、当該金属元素の膜を形成することによって、非晶質珪素膜中に当該金属元素を導入するものである。
【００３０】
この方法を用いた場合、膜中に導入される当該金属元素の濃度を精密に制御することが困難であるという問題がある。
【００３１】
また、導入量を制限するために、その膜厚を数十Å程度以下の極薄い薄膜として形成する場合、完全な膜状として形成することが困難となる問題がある。
【００３２】
このような場合、金属元素の膜が島状に被形成面上に形成されることとなる。すなわち、不均質層（discontinuous layer)が形成されることとなる。この問題を解決するには、例えば分子エピタキシー法（ＭＢＥ法）等を用いることにより、解決することができる。しかし、それは限られた面積において実現されるに過ぎないのが現状である。
【００３３】
上記のような不均一層からを形成した後に結晶化を行わした場合、この不均一層を形成する島状の領域のそれぞれが、結晶化の核（nuclious) となり結晶化が進行する。
【００３４】
このような状況からの結晶化が進行した結晶性珪素膜を注意深く観察すると、非晶質成分が非常に多く残ってしまう。このことは、光学顕微鏡や電子顕微鏡写真での観察、さらにはラマン分光法による計測によって確認することができる。また、金属成分が部分的に凝集して存在してしまっていることも確認されている。これは、結晶の核となった金属成分が核の領域にそのまま残ってしまうためであると考えられる。
【００３５】
この金属成分が部分的に凝集して存在している領域は、結晶化した半導体領域中では、電子およびホールの再結合中心として働く。このような再結合中心は、例えば薄膜トランジスタのリーク電流の増加という、極めて悪質な特性の要因となる。
【００３６】
一方、珪素の結晶化を助長する金属元素を含む溶液を用いる方法がある。この方法は、溶液中に当該金属元素を含ませ、その溶液を非晶質珪素膜の表面や非晶質珪素膜が形成される下地膜の表面にスピンコート法等により、塗布するのである。
【００３７】
このような溶液としては、用いる金属元素によって、幾つかの種類のものを用いることができる。代表的には、溶液の形態を有する金属化合物を用いることができる。以下に、この溶液を用いる方法に利用できる金属化合物の例を示す。
【００３８】
（１）金属元素としてＮｉを利用する場合
ニッケル化合物として、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、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、ニッケルアセチルアセトネート、４−シクロへキシル酪酸ニッケル、２−エチルヘキサン酸ニッケルから選ばれた、少なくとも１種類を用いることができる。
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、エーテル、トリクロロエチレン、フロンから選ばれた少なくとも１つと、混合してもよい。
【００３９】
（２）触媒元素としてＦｅ（鉄）を用いる場合
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。
【００４０】
（３）触媒元素としてＣｏ（コバルト）を用いる場合
その化合物として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。
【００４１】
（４）触媒元素としてＲｕ（ルテニウム）を用いる場合
その化合物として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。
【００４２】
（５）触媒元素してＲｈ（ロジウム）を用いる場合
その化合物として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。
【００４３】
（６）触媒元素として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。
【００４４】
（７）触媒元素としてＯｓ（オスニウム）を用いる場合
その化合物として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。
【００４５】
（８）触媒元素としてＩｒ（イリジウム）を用いる場合
その化合物として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。
【００４６】
（９）触媒元素としてＰｔ（白金）を用いる場合
その化合物として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。
【００４７】
（１０）触媒元素としてＣｕ（銅）を用いる場合
その化合物として酢酸第二銅（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。
【００４８】
（１１）触媒元素として金を用いる場合
その化合物として三塩化金（ＡｕＣｌ3  xＨ2 Ｏ）、塩化金塩（ＡｕＨＣｌ4 ４Ｈ2 Ｏ）、テトラクロロ金ナトリウム（ＡｕＮａＣｌ4 ２Ｈ2 Ｏ）から選ばれた材料を用いることができる。
【００４９】
これらは、溶液中では十分にそれぞれを単分子に分散させることができる。この溶液を、触媒が添加される被形成面上に滴下し、５０〜５００回転／分（ＲＰＭ）の回転速度で回転させてスピンコートすると、この溶液を被形成面全体に広げることができる。
【００５０】
この時、シリコン半導体の被形成表面との均一な濡れ性を助長させるため、シリコン半導体表面に５〜１００Åの厚さの酸化珪素膜を形成しておくと、液体の表面張力によって、溶液が被形成面上に斑状に点在してしまうことを十分に防ぐことができる。
【００５１】
また、液体に海面活性剤を添加すると、酸化珪素膜のないシリコン半導体上でも均一な濡れのよい状態を呈することができる。
【００５２】
この溶液を用いた方法は、被形成面上に当該金属元素を含んだ有機金属化合物を膜を形成する方法ということができる。
【００５３】
珪素の結晶化を助長する金属元素を酸化膜を通じて半導体中へ原子状に拡散させることができる。そして、結晶核（粒状）を積極的に作らずに拡散させ、全体を均一に結晶化をさせることができる。この結果、部分的に金属元素が集中したり、非晶質成分が多く残存したりすることのないものとすることができる。
【００５４】
また、有機金属化合物を均一にコートし、それに対し、オゾン（酸素中での紫外線（ＵＶ）の照射による）処理をしてもよい。この場合、金属の酸化膜が形成され、この金属酸化膜から結晶化が進行することなる。かくすると、有機物は酸化して、炭酸ガスとして気化除去できるため、さらに均一な固相成長をさせることができる。
【００５５】
また、溶液をスピンコートする際に、低速回転のみでスピンコートをすると、その表面に存在する溶液中の金属成分は、固相成長にとって必要以上の量が半導体膜上に供給されやすい。このため、この低速回転の後、１０００〜１００００回転／分、代表的には２０００〜５０００回転／分で基板を回転させる。すると、過剰な有機金属はすべて基板表面の外に吹き飛ばされ、適性な量の金属成分を供給することができる。
【００５６】
導入される金属成分の量を制御するには、溶液中の金属元素の濃度を制御すればよい。この方法は、最終的に珪素膜中に導入される当該金属元素の濃度を正確に制御できるので、非常に有用である。
【００５７】
このような溶液を用いて当該金属元素を導入する方法は、半導体表面（またはその下地膜の表面）上に結晶化のための金属粒子による島状の領域を作らずに、均一な層（continuous layer) を形成させることができる。
【００５８】
そして、加熱やレーザー光の照射による結晶化工程において、一様で緻密な結晶成長を行うことができる。
【００５９】
ここでは、溶液を用いる例を示したが、溶液を用いる場合と同様な効果を得ることができる方法として、金属化合物、特に有機金属化合物の気体をＣＶＤ法で被形成面上に形成する方法もある。
【００６０】
このような溶液を用いた方法は、化学的な形成方法であるといえる。また、前述のスパッタ法等による形成方法は、物理的形成方法であるといえる。そして、物理的形成方法が、金属核を用いた不均一な「非等方結晶成長方法」ということができるが、化学的形成方法は、均一な金属触媒を用いた「等方性成長」の均一な結晶成長ということができる。
【００６１】
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例は、絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を形成し、さらにこの非晶質珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素を含む層を選択的に形成し、さらにこの金属元素を含む層を結晶核として結晶成長を行わすことにより、選択的にモノドメイン領域を形成する技術に関する。
【００６２】
図１に本実施例の作製工程を示す。まずガラス基板１０１上に下地膜１０２として酸化珪素膜を３０００Åの厚さにスパッタ法によって成膜する。この下地膜１０２は、ガラス基板１０１側からアルカリイオンや不純物が拡散しないようにするためのバリア層として機能する。この下地膜としては、絶縁膜であって、バリア効果のある材料であれば用いることができる。例えば窒化珪素膜を用いることができる。
【００６３】
下地膜１０２を形成したら、非晶質珪素膜１０３をプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法によって、５００Åの厚さに成膜する。この非晶質珪素膜には、後の工程でモノドメイン領域が形成される。
【００６４】
次に珪素の結晶化を助長する金属元素であるニッケルを含有した溶液１０４をスピナー１００を用いて塗布（スピンコート）する。ニッケル元素の導入量（添加量）は、溶液１０４中のニッケル濃度を制御することで調整することができる。このニッケル元素の導入を制御することで、最終的にモノドメイン領域に残留するニッケルの濃度を制御することができる。ここでは、ニッケルを含有した溶液１０４として、ニッケル酢酸塩溶液を用いる。このようにして、非晶質珪素膜１０３の表面全体にニッケルが導入された状態、言い換えるならば、非晶質珪素膜１０３の表面全体に接してニッケルが存在している状態を実現する。（図１（Ａ））
【００６５】
ここでは、ニッケルの導入方法として、溶液を用いる方法を示したが、スパッタ法やＣＶＤ法または蒸着法によって、非晶質珪素膜１０３の表面にニッケルの層またはニッケルを含有した層を形成するのでもよい。
【００６６】
次に３００℃〜５００℃、ここでは４００℃の温度で１時間の加熱処理を施すことにより、非晶質珪素膜１０３の表面にニッケルシリサイドの層１０５を形成する。（図１（Ｂ））
【００６７】
次にニッケルシリサイドの層１０５をパターニングして、非晶質珪素膜１０３中にモノドメイン領域を形成するための結晶核となる層１０６と１０７とを形成する。（図１（Ｃ））
【００６８】
次に試料を４５０℃〜６００℃（この温度の上限は基板の耐熱温度によって決まる）の温度に加熱した状態でレーザー光の照射を行う。この工程において、結晶成長の核となる層１０６、１０７から結晶成長が１０８で示されるように行われる。（図１（Ｄ））
【００６９】
こうして、図１（Ｅ）に示されるような単結晶とみなせるモノドメイン領域１０９、１１１を得る。図１（Ｅ）において、１１０で示されるのは、非晶質領域として残存した領域である。
【００７０】
〔実施例２〕
本実施例は、実施例１に示したモノドメイン領域の形成方法を応用して、Ｎチャネル型とＰチャネル型の一対の薄膜トランジスタを形成する例に関する。本実施例では、一対の薄膜トランジスタをガラス基板上に形成する例を示すが、同様な作製方法により、複数の薄膜トランジスタを形成することが可能である。
【００７１】
まず、下地膜３０２として酸化珪素膜が３０００Åの厚さに成膜されたガラス基板３０１上に実施例１に示した方法により、モノドメイン領域３０３と３０５を有する状態を得る。（図２（Ａ））
【００７２】
次にパターニングを施すことにより、２つの薄膜トランジスタの活性層３０６と３０７とを形成する。図において、３０６で示される活性層がＮチャネル型を有する薄膜トランジスタの活性層であり、３０７で示される活性層がＰチャネル型を有する薄膜トランジスタの活性層である。（図２（Ｂ））
【００７３】
ここでは、活性層の全体がモノドメイン領域内に形成されるようにするが、少なくともチャネル形成領域がモノドメイン領域内に形成されるようにする必要がある。
【００７４】
次にスカンジウムを含有したアルミニウムを主成分とする層を６０００Åの厚さに成膜し、パターニングを施すことにより、ゲイト電極３０９と３１０とを形成する。さらに電解溶液中において、ゲイト電極３０９と３１０とを陽極として陽極酸化を行うことにより、酸化物層３１１と３１２とを形成する。酸化物層３１１と３１２の厚さは２０００Å程度の厚さとする。この酸化物層３１１と３１２の厚さで後の不純物イオンの注入工程において、オフセット領域を形成することができる。
【００７５】
さらに不純物イオンの注入を行う。この工程は、まず右側の薄膜トランジスタの領域をレジストでマスクして、リンイオンの注入を行い、さらに左側の薄膜トランジスタの領域をマスクしてボロンイオンの注入を行う。こうしてＮチャネル型の薄膜トランジスタのソース領域３１３、チャネル形成領域３１５、ドレイン領域３１６が自己整合的に形成される。また３１４がオフセット領域としてやはり自己整合的に形成される。またＰチャネル型の薄膜トランジスタのソース領域３１７、チャネル形成領域３１９、ドレイン領域３１９が自己整合的に形成される。また３１８がオフセット領域としてやはり自己整合的に形成される。（図２（Ｃ））
【００７６】
さらにレーザー光または強光の照射を行うことにより、不純物イオンの注入時における活性層の損傷のアニールと注入された不純物イオンの活性化とを行う。この工程は、試料を４５０℃〜６００℃の温度で加熱した状態で行うことが効果的である。
【００７７】
次に層間絶縁膜として酸化珪素膜３２０をプラズマＣＶＤ法で６０００Åの厚さに形成し、コンタクトホールの形成後にアルミニウムを用いてＮチャネル型薄膜トランジスタのソース電極３２１とドレイン電極３２２、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタのソース電極３２３とドレイン電極３２４とを形成する。さらに３５０℃の水素雰囲気中において、加熱処理を行うことにより、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタとＰチャネル型の薄膜トランジスタとを完成させる。（図２（Ｄ））
【００７８】
本実施例に示した薄膜トランジスタは、各薄膜トランジスタの活性層を単結晶と見なせる領域、即ちモノドメイン領域を用いて構成してあるので、しきい値の変動や特性の経時変化といった問題がないものとすることができる。また、本実施例で示した薄膜トランジスタは、高速動作が可能であるので、各種薄膜集積回路を構成することが可能となる。
【００７９】
〔実施例３〕
本実施例は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の各画素に配置される薄膜トランジスタの構成に関する。図３に本実施例に示す薄膜トランジスタの作製工程を示す。まず下地膜３０２が形成されたガラス基板３０１上に実施例１に示した方法により、モノドメイン領域３０３を有する珪素膜を形成する。（図３（Ａ））
【００８０】
そしてモノドメイン領域３０３を利用してＮチャネル型の薄膜トランジスタの活性層３０６をパターニングによって形成する。（図３（Ｂ））
【００８１】
そしてゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜３０８を１０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法で成膜する。そしてスカンジウムを含有したアルミニウムを主成分とする膜を６０００Åの厚さに電子ビーム蒸着法で成膜し、パターニングを施すことにより、ゲイト電極３０９を形成する。さらに電解溶液中において、ゲイト電極３０９を陽極として陽極酸化を行うことにより、酸化物層３１１をゲイト電極３０９の周囲に形成する。この酸化物層３１１は、後の不純物イオンの注入工程において、マスクとして作用し、オフセット領域を形成するために利用される。なお、酸化物層３１１の厚さは２０００Å程度とする。
【００８２】
次に不純物イオンの注入を行う。ここでは、リンイオンの注入をイオンドーピング法で行うことで、３１３と３１６の領域にリンイオンの注入を行う。この工程で、ソース領域３１３とドレイン領域３１６とが自己整合的に形成される。また、チャネル形成領域３１５とオフセット領域３１４も同時に自己整合的に形成される。（図３（Ｃ））
【００８３】
さらにレーザー光または強光の照射によるアニールを行う。そして層間絶縁膜として酸化珪素膜３２０を６０００Åの厚さに成膜する。さらに画素電極となるＩＴＯ電極４００を形成する。次にコンタクトホールを形成し、アルミニウムでなるソース電極３２１とドレイン電極３２２を形成する。ドレイン電極３２２は画素電極であるＩＴＯ電極４００に接続されている。（図３（Ｄ））
【００８４】
本実施例で示す薄膜トランジスタは、実質的に結晶粒界の存在しないモノドメイン領域を用いて活性層を構成しているので、結晶粒界が存在することに起因するＯＦＦ電流の存在を大きく低減したものとすることができる。従って、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素電極に適用する構成として最適なものの一つとなる。
【００８５】
〔実施例４〕
本明細書に開示する発明を用いて、より高度なアクティブマトリクス型液晶ディスプレーシステムを構築する例を図４に示す。現状においては、一対の基板間に液晶を挟持した構成を有する液晶ディスプレーの少なくとも一方の基板上に、通常のコンピュータのメインボードに取り付けられている半導体チップ（ＩＣ）を固定することによって、小型化、軽量化、薄型化を行っている。これは、ガラス等の絶縁表面を有する基板上に形成された薄膜トランジスタでは、公知のＩＣチップに取って代わるような特性を有する集積回路を構成できないからである。
【００８６】
しかしながら、本明細書で開示するような結晶粒界の影響を事実上無視できるモノドメイン領域を用いた薄膜トランジスタを利用した場合には、その高い特性と安定性とから、従来より公知のＩＣチップに匹敵する集積回路を構成することができる。
【００８７】
以下、図４について説明する。基板１５は液晶ディスプレーの基板でもあり、その上には薄膜トランジスタ１１、画素電極１２、補助容量１３を具備する画素が多数形成されたアクティブマトリクス回路と、それを駆動するためのＸデコーダー／ドライバー、Ｙデコーダー／ドライバー、ＸＹ分岐回路が薄膜トランジスタによって形成されている。
【００８８】
アクティブマトリクス回路を駆動するためには、低出力インピーダンスを有するバッファー回路を周辺回路に配置する必要がある。図４に示す構成においては、このバッファー回路を本明細書で開示する発明を用いて形成されたモノドメイン領域で活性層を構成した薄膜トランジスタで構成する。こうすることによって、大電流を流すことができ、また耐圧の高い構成とすることができる。
【００８９】
そして基板１５上には、本明細書で開示する発明を利用して構成された薄膜トランジスタを利用した薄膜集積回路が形成されている。また薄膜集積回路で構成することが不可能な部分は従来より公知の集積回路チップを取り付けてある。勿論全ての集積回路を薄膜集積回路（ここでいう薄膜集積回路とは、基板１５の表面に成膜された薄膜半導体を用いて形成されたものをいう）で構成してもよい。
【００９０】
各集積回路や半導体チップは、配線パターン、ワイヤボンディング法、ＣＯＧ（チップ・オン・グラス）法等の手段によって、基板１５上の回路に接続される。
【００９１】
図４において、入力ポートとは、外部から入力された信号を読み取り、画像用信号に変換する回路である。補正メモリーは、アクティブマトリクスパネルの特性に合わせて入力信号等を補正するためのパネルに固有のメモリーのことである。特に、この補正メモリーは、各画素固有の情報を不揮発性メモリーとして有し、個別に補正するためのものである。すなわち、電気光学装置の画素に点欠陥のある場合には、その点の周囲の画素にそれに合わせて補正した信号を送り、点欠陥をカバーし、欠陥を目立たなくする。または、画素が周囲の画素に比べて暗い場合には、その画素により大きな信号を送って、周囲の画素と同じ明るさとなるようにするものである。画素の欠陥情報はパネルごとに異なるので、補正メモリーに蓄積されている情報はパネルごとに異なる。
【００９２】
ＣＰＵとメモリーは通常のコンピュータのものとその機能は同様で、特にメモリーは各画素に対応した画像メモリーをＲＡＭとして持っている。これらのチップはいずれもＣＭＯＳ型のものである。
【００９３】
以上のように、液晶ディスプレー基板にＣＰＵ、メモリーまでもが形成され、１枚の基板で簡単なパーソナルコンピュータのような電子装置を構成することは、液晶表示システムを小型化し、その応用範囲を広げるために非常に有用である。そしてそれらの集積回路の一部または全てを基板上に形成され薄膜半導体を用いた薄膜集積回路とすることは、液晶ディスプレー装置をさらに小型化させ、その応用性を高める上で非常に有用である。
【００９４】
モノドメイン領域を用いて構成された薄膜トランジスタは、単結晶シリコンウエハー上に集積化されたＩＣに匹敵する集積回路を構成することができる。従って、本実施例に示すようにシステム化された液晶ディスプレーの必要とする回路に本明細書で開示する発明を用いて作製した薄膜トランジスタを利用することができる。特に、単結晶と見なせる領域（モノドメイン領域）を用いて作製された薄膜トランジスタをアナログバッファー回路等の高耐圧、大電流が要求される回路に利用することは極めて有用である。
【００９５】
〔実施例５〕
本実施例は、モノドメイン領域の形成に際して形成されたニッケルシリサイド領域の領域を避けて薄膜トランジスタの活性層を形成することで、ニッケル元素の影響を受けにくい薄膜トランジスタを提供する例に関する。
【００９６】
図５に本実施例に示す薄膜トランジスタの作製工程を示す。まず下地膜３０２が形成されたガラス基板３０１上に実施例１に示した方法により、モノドメイン領域３０３を有する珪素膜を形成する。（図５（Ａ））
【００９７】
この際、結晶核となるニッケルシリサイドの層３００が形成された領域の直下のモノドメイン領域中には、周辺の領域に比較して高濃度にニッケルが残留してしまう。従って、薄膜トランジスタ等の活性層中におけるニッケル濃度をなるべく少なくするには、ニッケルシリサイドの層３００が形成された領域を避けて薄膜トランジスタを形成することが必要となる。
【００９８】
本実施例においては、図５（Ａ）に示す状態を得た後、図５（Ｂ）に示すように、パターニングにより、薄膜トランジスタの活性層３０６を形成する。この時、活性層３０６は、ニッケルシリサイドの層３００が形成されていた領域を避けて構成されるようにする。
【００９９】
つぎにゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜３０８を１０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法で形成する。さらにスカンジウムを含有したアルミニウムを主成分とする膜を６０００Åの厚さに電子ビーム蒸着法で成膜し、パターニングを施すことにより、ゲイト電極３０９を形成する。さらに電解溶液中において、ゲイト電極３０９を陽極として陽極酸化を行うことにより、酸化物層３１１をゲイト電極３０９の周囲に形成する。この酸化物層３１１は、後の不純物イオンの注入工程において、マスクとして作用し、オフセット領域を形成するために利用される。なお、酸化物層３１１の厚さは２０００Å程度とする。
【０１００】
次に不純物イオンの注入を行う。ここでは、リンイオンの注入をイオンドーピング法で行うことで、３１３と３１６の領域にリンイオンの注入を行う。この工程で、ソース領域３１３とドレイン領域３１６とが自己整合的に形成される。また、チャネル形成領域３１５とオフセット領域３１４も同時に自己整合的に形成される。（図５（Ｃ））
【０１０１】
さらにレーザー光または強光の照射によるアニールを行う。そして層間絶縁膜として酸化珪素膜３２０を６０００Åの厚さに成膜する。次にコンタクトホールを形成し、アルミニウムでなるソース電極３２１とドレイン電極３２２を形成する。（図５（Ｄ））
【０１０２】
本実施例で示す薄膜トランジスタは、珪素の結晶化を助長する金属元素が導入された領域を避けて活性層を形成するために、薄膜トランジスタの動作が、金属元素の影響を受けにくい構成とすることができる。即ち、結晶成長の際の結晶核となる結晶化を助長する金属のシリサイド層が形成された領域を避けて、活性層を形成することで、活性層中に金属元素の濃度が高い領域が存在しない構成とすることができる。
【０１０３】
〔実施例６〕
本実施例に示すのは、非晶質珪素膜に対してプラズマ処理を行うことによって、非晶質珪素膜中からの脱水素化（水素の離脱）を促進させ、そのことにより、非晶質珪素膜の結晶化を促進させることを特徴とする。
【０１０４】
ここでは、図１（Ａ）に示す前の工程において、即ち、非晶質珪素膜の表面にニッケル酢酸塩溶液を塗布する前に水素プラズマによるプラズマ処理を非晶質珪素膜に対して行うものである。このプラズマは、ＥＣＲ条件を利用することによって、減圧状態におえる水素ガスをプラズマ化させ、この水素プラズマに非晶質珪素膜を曝すことによって行う。
【０１０５】
また、この水素プラズマ処理の最中において、非晶質珪素膜をその結晶化温度以下の温度で加熱することは重要である。非晶質珪素膜の結晶化温度は、非晶質珪素膜の成膜法や成膜条件によって異なるのとなる。一般的には、６００℃〜６５０℃の範囲と見なすのが妥当である。またその下限は、４００℃程度である。従って、この加熱の温度範囲は、４００〜６００℃とすることが好ましい。
【０１０６】
また、この加熱の温度の上限を決める目安として、用いるガラス基板の歪点を用いることも有用である。即ち、用いるガラス基板の歪点を上限として、可能な限りの高い温度で加熱を行うのである。この方法を採用すれば、ガラス基板の変形や縮の影響を抑制して、所定の効果を得ることができる。
【０１０７】
水素プラズマによる処理を行うと、非晶質珪素膜中の水素がプラズマ中の水素イオンと結合して、水素ガスとなり、結果として膜中からの水素の離脱が促進される。そして、珪素原子同士の結合が促進され、原子の配列の秩序性が高くなる状態とすることができる。この状態は、準結晶状態ともいえるもので、極めて結晶化し易い状態となる。
【０１０８】
このプラズマ処理を施した状態において、加熱やレーザー光の照射によるエネルギーを与えることによって、非晶質珪素膜の結晶化を行うことができる。この結晶化は、非晶質珪素膜がプラズマ処理の効果により非常に結晶化し易い状態となっているので、非常に再現性よく行うことができ、しかもその結晶性を極めて高いものとすることができる。
【０１０９】
また、ここでは、水素プラズマを用いる例を示したが、ヘリウムをプラズマを用いるのでもよい。これは、ヘリウムの電離エネルギーが高いことを利用し、その高いプラズマエネルギーでもって、珪素と水素との結合を遮断することによって、珪素膜中からの水素の離脱を促進させるものである。
【０１１０】
【発明の効果】
絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素の層または珪素の結晶化を助長する金属元素を含む層を選択的に設け、この選択的に設けられた層を結晶核として非晶質珪素膜の結晶化を行うことで、モノドメイン領域を形成することができる。そしてこのモノドメイン領域を用いて薄膜トランジスタを構成することで、高い特性を有する薄膜トランジスタを得ることができる。
【０１１１】
具体的には、安定して高速動作を行わすことができ、しきい値の変動や特性の経時変化が無く、またＯＦＦ電流が小さく、さらに大きなＯＮ電流を扱うことができる薄膜トランジスタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  モノドメイン領域を有する薄膜珪素半導体膜の作製工程を示す。
【図２】  薄膜トランジスタの作製工程を示す。
【図３】  薄膜トランジスタの作製工程を示す。
【図４】  液晶ディスプレーの構成の概略を示す。
【図５】  薄膜トランジスタの作製工程を示す。
【符号の説明】
１００                        スピナー
１０１、３０１                ガラス基板
１０２、３０２                下地膜（酸化珪素膜）
１０３、                      非晶質珪素膜
１０４                        ニッケルを含有した溶液
１０５                        ニッケルシリサイド層
１１０                        非晶質領域
１０６、１０７、３００        選択的に形成されたニッケルシリサイド層
１０９、１１１                モノドメイン領域
３０３、３０５                モノドメイン領域
３０６、３０７                活性層
３０８                        ゲイト絶縁膜
１１１、３０４                非晶質領域
３０９、３１０                アルミニウムを主成分とするゲイト電極
３１１、３１２                酸化物層
３１３、３１７                ソース電極
３１５、３１９                チャネル形成領域
３１６、３１９                ドレイン領域
３１４、３１８                オフセット領域
３２０                        層間絶縁膜
３２１、３２３                ソース電極
３２２、３２４                ドレイン電極
４００                        画素電極（ＩＴＯ）電極
【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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