(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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あって、
前記薄膜トランジスタは、Ｎチャネル型であり、かつ、薄膜半導体で形成されたソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を有し、
前記薄膜半導体は金属元素を用いて結晶化されたものであり、前記ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域は、前記金属元素を１×１０１６〜５×１０１９ｃｍ−３の濃度で含み、
前記ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域は、結晶粒界を有しておらず、かつ、炭素及び窒素を１×１０１６〜５×１０１８ｃｍ−３の濃度で含み、かつ、酸素を１×１０１７〜５×１０１９ｃｍ−３の濃度で含み、かつ、スピン密度が１×１０１５〜１×１０１７ｃｍ−３であり、かつ、水素またはハロゲンを１×１０１５〜１×１０２０ｃｍ−３で含み、
前記薄膜トランジスタの移動度は、５００〜１０００Ｖｓ／ｃｍ２であり、かつ、Ｓ値は、０．０３〜０．３であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
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あって、
前記薄膜トランジスタは、Ｐチャネル型であり、かつ、薄膜半導体で形成されたソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を有し、
前記薄膜半導体は金属元素を用いて結晶化されたものであり、前記ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域は、前記金属元素を１×１０１６〜５×１０１９ｃｍ−３の濃度で含み、
前記ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域は、結晶粒界を有しておらず、かつ、炭素及び窒素を１×１０１６〜５×１０１８ｃｍ−３の濃度で含み、かつ、酸素を１×１０１７〜５×１０１９ｃｍ−３の濃度で含み、かつ、スピン密度が１×１０１５〜１×１０１７ｃｍ−３であり、かつ、水素またはハロゲンを１×１０１５〜１×１０２０ｃｍ−３で含み、
前記薄膜トランジスタの移動度は、２００〜４００Ｖｓ／ｃｍ２であり、かつ、Ｓ値は、０．０３〜０．３であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項３】
請求項１または２において、前記金属元素は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｇ、Ａｕから選ばれた一種または複数種類であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、前記金属元素を用いた結晶化は、レーザー光の照射又は赤外光の照射を伴うものであることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、前記金属元素を用いた結晶化は、レーザー光の照射前の加熱処理と、レーザー光の照射後の加熱処理を伴うものであることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、前記薄膜トランジスタは、オフセットゲイト領域を有することを特徴とする薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、薄膜半導体装置、特に薄膜トランジスタの構成およびそ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薄膜半導体を用いたトランジスタ（薄膜トランジスタと称される）を形成する技術が研究されている。特に薄膜半導体として非晶質珪素（アモルファスシリコン）を用いた技術は、実用化されており、アクティブマトリクス型の液晶表示装置等に利用されている。
【０００３】
しかしながら、非晶質珪素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。
【０００４】
また非晶質珪素膜を結晶化させた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。
【０００５】
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以下であるが、結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタでは、１００ｃｍ2 ／Ｖｓ程度以上とすることができる。
【０００６】
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等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時におけるリーク電流（漏れ電流）が多くなってしまうという問題がある。
【０００７】
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。
【０００８】
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、多結晶珪素薄膜や微結晶珪素薄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。
【０００９】
【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要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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明の一つは、
絶縁表面を有する基板上に形成された薄膜半導体を用いた半導体装置であって、
前記薄膜半導体は結晶性を有しており、
かつ水素またはハロゲン元素を含有し、
前記半導体装置の活性層を形成する前記薄膜半導体中には結晶粒界が存在していないことを特徴とする。
【００１１】
他の発明の構成は、
絶縁表面を有する基板上に形成された薄膜半導体を用いた半導体装置であって、
前記薄膜半導体は結晶性を有しており、
前記半導体装置の活性層を形成する前記薄膜半導体中には結晶粒界が存在しておらず、かつ中和されるべき点欠陥を１×１０16ｃｍ-3以上有し、
前記点欠陥を中和すべき水素またはハロゲン元素を１×１０15〜１×１０20ｃｍ-3の濃度で含有し、
ていることを特徴とする。
【００１２】
一般に溶融した珪素から作製される単結晶珪素ウエハーに存在する点欠陥は、計測限界以下（１×１０15ｃｍ-3）以下である。この意味で本明細書で開示する薄膜状を有し、結晶粒界が存在しない領域（モノドメイン領域）は、従来より公知の単結晶珪素ウエハーとは異なるものであるといえる。
【００１３】
また本明細書で開示する薄膜珪素半導体には、炭素及び窒素の原子が１×１０16ｃｍ-3〜５×１０18ｃｍ-3の濃度で含まれており、かつ酸素の原子が１×１０17ｃｍ-3〜５×１０19ｃｍ-3の濃度で含まれている。
【００１４】
また本明細書で開示する薄膜珪素半導体は、その厚さが２０ｎｍ〜２００ｎｍである。これは、プラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法で成膜された薄膜状の非晶質珪素膜を出発膜としてしていることに起因する。また前述の中和されるべき点欠陥の存在（不対結合手）の存在も出発膜がＣＶＤ法で成膜された薄膜珪素半導体であることに起因する。
【００１５】
また本明細書で開示する薄膜珪素半導体において、その作製工程において、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用することは有効である。この金属元素としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｇ、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。これらの元素は珪素に対して進入型の性質を有しており、加熱処理やレーザー光の照射を行うことによって珪素膜中に拡散していく。上記元素の中で特に顕著な効果を得ることができる元素はＮｉ（ニッケル）である。
【００１６】
これら金属元素を導入するには、非晶質珪素膜の上面または下面に接して金属元素単体または金属元素を含む層を形成し、しかる後に加熱しつつのレーザー光の照射を行えばよい。また、加熱処理をした後にレーザー光を照射するのでもよい。
【００１７】
最終的に膜中に残存する上記結晶化を助長する金属元素の濃度は、１×１０16ｃｍ-3〜５×１０19ｃｍ-3となるようにする必要がある。これは、この濃度範囲よりも金属元素の濃度が高い場合、半導体としての特性が阻害され、デバイスとしての機能が損なわれてしまい、またこの濃度範囲よりも金属元素の濃度が低い場合、結晶化を助長する作用が得られないからである。
【００１８】
他の発明の構成は、
絶縁表面を有する基板上に形成された薄膜半導体で活性層を構成した半導体装置であって、
前記薄膜半導体は結晶性を有しており、
前記活性層はソース領域とドレイン領域とチャネル形領域とを有し、
前記チャネル形成領域中には結晶粒界が存在していないことを特徴とする半導体装置。
【００１９】
上記構成は、チャネル形成領域をモノドメイン領域とすることを特徴とするものである。上記構成のように、少なくともチャネル形成領域中において結晶粒界が存在しない構成とすることによって、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。これは、結晶粒界の存在に起因するキャリアの散乱、特性の変動、特性の劣化が無くなるためである。
【００２０】
勿論、ソース領域およびドレイン領域をも含めた活性層全体をモノドメイン領域とすることはより好ましい。
【００２１】
他の発明の構成は、
絶縁表面を有する基板上に形成された薄膜半導体で活性層を構成した半導体装置であって、
前記薄膜半導体は結晶性を有しており、
前記活性層はソース領域とドレイン領域とチャネル形領域とを有し、
前記チャネル形成領域中には結晶粒界が存在しておらず、
前記チャネル形成領域中には点欠陥が１×１０16ｃｍ-3以上存在していることを特徴とする。
【００２２】
他の発明の構成は、
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、
４５０℃〜７５０℃の温度に加熱した状態でレーザー光または強光を照射し、スピン密度が１×１０15〜１×１０19ｃｍ-3の結晶性を有する薄膜珪素半導体を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【００２３】
本明細書で開示するモノデメイン領域を形成するには、加熱しつつレーザー光の照射を行うことが有用である。この際、加熱の温度を４５０℃〜７５０度、好ましくは、５００℃〜６００℃の温度範囲に試料（被形成面）を加熱した状態でレーザー光を照射することが重要である。なおレーザー光の他に赤外光等の強光を照射するのでもよい。
【００２４】
また前述の珪素の結晶化を助長する金属元素を導入した場合において、レーザー光の照射の前に加熱処理を行い、結晶化または結晶核の生成を行うことは有効である。またレーザー光の照射の後に加熱処理を行うことは、膜中の欠陥を減少させるために有効である。
【００２５】
また結晶化工程の終了後に水素化処理を行い、膜中の欠陥の中和を行うことは有効である。この水素化工程は、水素または水素を含む雰囲気中で加熱処理やプラズマ処理を行えばよい。
【００２６】
結晶粒界が存在しない領域は、一つのドメエン（モノドメイン）として見なすことができる。この単結晶と見なせる領域を用いて形成された薄膜トランジスタをモノドメインＴＦＴという。
【００２７】
この単結晶と見なせる領域を珪素薄膜中に形成するには、例えば、以下に示すような方法がある。まず非晶質珪素膜をガラス基板や石英基板上に形成し、しかる後に非晶質珪素膜の表面にニッケルを含む膜を形成する。このニッケルを含む膜は、スパッタ法等によって、極薄いニッケル薄膜を形成するのでもよいし、ニッケルを含んだ溶液を非晶質珪素膜の表面に塗布することにより、ニッケル元素が非晶質珪素膜の表面に接して配置される方法を採用するのでもよい。
【００２８】
非晶質珪素膜にニッケル元素を導入したら、加熱処理により、非晶質珪素膜を結晶化させる。この加熱処理は、ニッケル元素の作用によって７５０℃以下の温度で行うことができる。基板としてガラス基板を用いた場合には、この加熱処理の温度を６００℃以下とすることが好ましいが、結晶化工程の効率を考慮した場合、５００℃以上、好ましくは５５０℃以上の温度で行うことが有用である。なお、基板として石英基板を用いた場合には、８００℃さらにはそれ以上の温度でこの加熱処理を行うことができ、単時間で結晶性珪素膜を得ることができる。この工程で得られる結晶性珪素膜は、多結晶または微結晶状態を有しており、膜中には結晶粒界が存在している。
【００２９】
そこで、４５０℃以上の温度に試料を加熱した状態でレーザー光を照射することによって、レーザー光が照射された領域の結晶性を局所的に助長させる。この工程によって単結晶と見なせる領域を形成することができる。このレーザー光の照射を行う際に試料または被照射面を４５０℃以上の温度で加熱することが重要である。この加熱温度は、４５０℃〜７５０℃、特に基板としてガラス基板を用いた場合には、４５０℃〜６００℃とすることが好ましい。
【００３０】
また単結晶と見なせる領域を形成する他の方法としては、非晶質珪素膜を形成し、結晶化を助長する金属元素を導入したら、加熱処理を行わないで、レーザー光を照射し、単結晶とみなせる領域を形成する方法を挙げることができる。この場合もレーザー光の照射時に試料を４５０℃〜７５０℃、特に基板としてガラス基板を用いる場合には、４５０℃〜６００℃（基板の耐熱性が許すならば７５０℃）の温度で加熱することが重要である。
【００３１】
またレーザー光の照射終了後に、４５０℃〜６００℃（基板の耐熱性が許すならば７５０℃）の温度で加熱処理を行うことは、膜中に存在する欠陥を減少させるために有用である。
【００３２】
勿論、加熱処理、レーザー光照射、加熱処理と連続して処理することは最も高い効果を得ることができる。
【００３３】
また、膜中に存在する欠陥（不対結合手）を中和するために、レーザー光の照射終了後に水素雰囲気中で加熱処理を行うことは極めて有効である。
【００３４】
この単結晶と見なせる領域は、プラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法でもって成膜された珪素膜を出発膜としており、膜中には、炭素と窒素とが１×１０16〜５×１０18ｃｍ-3、酸素が１×１０17〜５×１０19ｃｍ-3の濃度で含まれている。
【００３５】
また原理的に格子欠陥が存在しているので、珪素の不対結合手を中和するために水素を１×１０17〜５×１０20ｃｍ-3の濃度で含んでいる。即ち、この単結晶と見なせる領域は、点欠陥を有してはいるが、線欠陥や面欠陥は有していないことが特徴である。なお、これら含有されている元素の濃度は、ＳＩＭＳ（２次イオン分析法）で計測される値の最低値として定義される。
【００３６】
図５、図６に従来より公知の単結晶ＭＯＳ型トランジスタと多結晶珪素薄膜トランジスタ（Ｐ−Ｓｉ  ＴＦＴ）と非晶質珪素薄膜トランジスタ（ａ−Ｓｉ  ＴＦＴ）とモノドメイン薄膜トランジスタの諸特性および特徴を比較した表を示す。
【００３７】
【作用】
薄膜珪素半導体の単結晶と見なせる領域を活性層として用いて薄膜トランジスタを構成することで、耐圧が高く、また特性の変動や劣化の無い薄膜トランジスタを得ることができる。
【００３８】
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例は、基板としてガラス基板を用いる。ガラス基板としては、ガラス歪点が３５０℃〜７００℃であるものを用いることができる。本実施例においては、ガラス基板として（コーニング７０５９）を用い、このガラス基板の歪点温度以下の温度で、薄膜トランジスタを作製する例である。コーニング７０５９ガラス基板の歪点は、５９３℃であり、この温度以上の温度での加熱処理は、ガラス基板の縮や変形を招くことになり好ましくない。特に大型の液晶表示装置に利用するために大面積を有するガラス基板を用いた場合には、ガラス基板の縮や変形の影響が顕著になってしまう。
【００３９】
そこで、本実施例で示す薄膜トランジスタは、加熱処理工程における最高温度を６００℃以下、好ましくは５５０℃以下とすることによって、基板に対する熱の影響を大きく低減させることを特徴とする。
【００４０】
図１に本実施例で示す薄膜トランジスタの作製工程を示す。まずコーニング７０５９ガラス基板１０１上に下地膜として酸化珪素膜１０２を３００ｎｍの厚さにスパッタ法によって形成する。次に非晶質珪素膜を５０ｎｍの厚さにプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法によって成膜する。
【００４１】
非晶質珪素膜を形成した後、４５０℃〜７５０℃、ここでは５５０℃の温度に試料を加熱した状態でレーザー光（ＫｒＦエキシマレーザー）を照射し、図１（Ａ）に示すように単結晶と見なせるモノドメイン領域１０３、１０４、１０５を形成する。図１（Ａ）に示す状態を上面から見た様子を図２（Ａ）に示す。モノドメイン領域１０３〜１０５は、結晶粒界１００でもってお互いに接している。図２においては、３つのモノドメイン領域しか示していないが、実際には多数のモノドメインが形成される。なおモノデメインの形状は円形に限定されるものではなく、多様な形状を挙げることができる。
【００４２】
本実施例に示すように、レーザー光の照射時に試料を５５０℃という高い温度に加熱して行うことによって、５０μｍ以上の粒径を有するモノドメイン（単結晶と見なせる）領域を形成することができる。
【００４３】
上記工程において、非晶質珪素膜に結晶化を助長する金属元素を導入することは有効である。こうすることによって、より大きな面積に渡って単結晶と見なせる領域を形成することができる。
【００４４】
単結晶と見なせる領域１０３〜１０５を得たら、この領域を用いて薄膜トランジスタの活性層をパターニングより形成する。活性層は、その全体が単結晶と見なせる領域内に形成されるのが最も好ましい。ここでは、１０４で示される領域に活性層１０６を形成する。こうして図１（Ｂ）に示す領域１００を活性層として形成する。
【００４５】
モノドメイン１０４内には、結晶粒界が実質的に存在しておらず、従って単結晶を用いた場合に匹敵する特性を有する薄膜トランジスタを得ることができる。図７に示すのは、５５０℃の加熱をしながらＫｒＦエキシマレーザー光を照射することによって得られた薄膜珪素半導体の結晶構造を示した写真である。そして、図７に示すようなモノドメイン領域を利用して、薄膜トランジスタの活性層を構成することで、モノデメインＴＦＴを得ることができる。
【００４６】
活性層１０６を形成したら、ゲイト絶縁膜として酸化珪素膜１１２を１００ｎｍの厚さにプラズマＣＶＤ法で成膜する。そして、スカンジウムが0.2 ％含まれたアルミニウムを主成分とする膜を６００ｎｍの厚さに成膜する。次にこのアルミニウムを主成分とする膜をパターニングすることにより、ゲイト電極１１３を得る。
【００４７】
そして酒石酸を１０％含んだエチレングルコール溶液中でゲイト電極１１３を陽極として陽極酸化を行うことで、酸化物層１１４を形成する。この酸化物層１１４の厚さは２００ｎｍ程度とする。この酸化物層１１４が存在することで、後の不純物イオン注入の工程において、オフセットゲイト領域を形成することができる。
【００４８】
次にＮチャネル型の薄膜トランジスタであればリンのイオンを、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタであればボロンのイオンを不純物イオンとして活性層に注入する。この工程において、ゲイト電極１１３とその周囲の酸化物層１１４がマスクとなり、１０７と１１１で示される領域に不純物イオンが注入される。そして不純物イオンが注入された１０７の領域はソース領域に、また１１１の領域はドレイン領域として形成される。またゲイト電極１１３の周囲の酸化物層１１４がマスクとなり、オフセットゲイト領域１０８と１１０とが同時に形成される。またチャネル形成領域１０９も自己整合的に形成される。（図１（Ｃ））
【００４９】
不純物イオンの注入工程の終了後、レーザー光を照射し、不純物イオンの注入によって損傷した活性層のアニールと注入された不純物の活性化を行う。この工程は、赤外光等の強光を照射することによって行ってもよい。
【００５０】
さらに層間絶縁膜として酸化珪素膜１１５をプラズマＣＶＤ法で７００ｎｍの厚さに成膜する。さらに穴開け工程を経て、ソース電極１１６とドレイン電極１１７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、薄膜トランジスタを完成させる。（図１（Ｄ））
【００５１】
本実施例で示す薄膜トランジスタは、活性層が単結晶と見なせる構造を有した領域（モノドメイン領域）で構成されているので、結晶粒界に起因する耐圧の低さの問題やリーク電流が大きいという問題を解決することができる。
【００５２】
本実施例では、１つの薄膜トランジスタを設けた例を示したが、複数のモノドメイン領域を用いて複数の薄膜トランジスタを形成することは当然可能である。
【００５３】
〔実施例２〕
本実施例は、結晶化を助長する金属元素を非晶質珪素膜に導入することにより、単結晶と見なせる結晶領域を形成し、この結晶性を有する領域を用いて薄膜トランジスタを構成した例を示す。
【００５４】
本実施例の作製工程は、結晶化を助長する金属元素を導入する工程以外は実施例１に示すものと同様である。本実施例においては、まず非晶質珪素膜の形成後に、非晶質珪素膜の表面にＵＶ酸化法によって、極薄い酸化膜（図示せず）を形成する。この酸化膜は後の溶液塗布工程において、溶液の濡れ性を良くするためのものである。ここで行うＵＶ酸化工程は、酸化性雰囲気中においてＵＶ光を照射することによって、被照射面の表面に極薄い酸化膜を形成するものである。
【００５５】
次にニッケル酢酸塩溶液を極薄い酸化膜が形成された非晶質珪素膜の表面にスピンコート法によってコーティングし、ニッケルを含有した被膜を形成する。この被膜が存在することで、極薄い酸化膜を介してニッケル元素が非晶質珪素膜に接して配置された状態となる。
【００５６】
この状態で５５０℃、４時間の加熱処理を施し、非晶質珪素膜を結晶性珪素膜に変成させる。ここでは、結晶化を助長する金属元素であるニッケルが導入されているので、５５０℃、４時間程度の加熱処理で結晶性珪素膜を得ることができる。
【００５７】
加熱処理によって結晶性珪素膜に変成された珪素膜を得たら、レーザー光を照射することによって、図１の１０３〜１０４で示されるようなモノドメイン領域を形成する。本実施例の場合は、結晶化を助長する金属元素であるニッケルが導入されているので、より大きなモノドメイン領域を得ることができる。モノドメイン領域を得た後は、実施例１と同様にして薄膜トランジスタを形成する。
【００５８】
〔実施例３〕
本実施例は、一つのモノドメインを用いて、薄膜トランジスタのチャネル形成領域を形成した例を示す。図３に本実施例で示す薄膜トランジスタの作製工程を示す。
【００５９】
まずガラス基板１０１上に下地膜として酸化珪素膜１０２を３００ｎｍの厚さにスパッタ法で形成する。そしてプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法を用いて、非晶質珪素膜を５０ｎｍの厚さに形成する。そして試料を５５０℃の温度に加熱した状態でレーザー光（ＫｒＦエキシマレーザー）を照射し、複数のモノデメイン領域１０３〜１０５を形成する。（図３（Ａ））
【００６０】
図３（Ａ）の状態を上面から見た様子を図４（Ａ）に示す。各モノドメイン１０３〜１０５は、結晶粒界１００のよって互い接している。結晶粒界１００で仕切られる内部が単結晶と見なせる領域、即ちモノドメイン領域である。
【００６１】
そして、チャネル形成領域（図３（Ｃ）の１０９で示される領域）がモノデメイン領域１０４の内部に含まれるように、活性層１０６を形成する。（図３（Ｂ））
【００６２】
活性層１０６を形成したら、ゲイト絶縁膜として酸化珪素膜１１２を１００ｎｍの厚さにプラズマＣＶＤ法で成膜する。そして、スカンジウムが0.2 ％含まれたアルミニウムを主成分とする膜を６００ｎｍの厚さに成膜する。次にこのアルミニウムを主成分とする膜をパターニングすることにより、ゲイト電極１１３を得る。
【００６３】
そして酒石酸を１０％含んだエチレングルコール溶液中でゲイト電極１１３を陽極として陽極酸化を行うことで、酸化物層１１４を形成する。この酸化物層１１４の厚さは２００ｎｍ程度とする。この酸化物層１１４が存在することで、後の不純物イオン注入の工程において、オフセットゲイト領域を形成することができる。
【００６４】
次にＮチャネル型の薄膜トランジスタであればリンのイオンを、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタであればボロンのイオンを不純物イオンとして活性層に注入する。この工程において、ゲイト電極１１３とその周囲の酸化物層１１４がマスクとなり、１０７と１１１で示される領域に不純物イオンが注入される。そして不純物イオンが注入された１０７の領域はソース領域に、また１１１の領域はドレイン領域として形成される。またゲイト電極１１３の周囲の酸化物層１１４がマスクとなり、オフセットゲイト領域１０８と１１０とが同時に形成される。またチャネル形成領域１０９も自己整合的に形成される。（図３（Ｃ））
【００６５】
不純物イオンの注入工程の終了後、レーザー光を照射し、不純物イオンの注入によって損傷した活性層のアニールと注入された不純物の活性化を行う。この工程は、赤外光等の強光を照射することによって行ってもよい。
【００６６】
さらに層間絶縁膜として酸化珪素膜１１５をプラズマＣＶＤ法で７００ｎｍの厚さに成膜する。さらに穴開け工程を経て、ソース電極１１６とドレイン電極１１７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、薄膜トランジスタを完成させる。（図３（Ｄ））
【００６７】
本実施例で示す薄膜トランジスタは、チャネル形成領域が単結晶と見なせる構造を有した領域（モノドメイン領域）で構成されているので、キャリアの移動に際して、障害となる存在が少なく、高い特性を得ることができる。
【００６８】
本実施例の構成を採用した場合、モノドメインの領域は、最低限チャネル形成領域の大きさがあればよいので、薄膜トランジスタを作製する際の自由度を高めることができる。
【００６９】
本実施例では、１つの薄膜トランジスタを設けた例を示したが、複数のモノドメイン領域を用いて複数の薄膜トランジスタを形成することは当然可能である。
【００７０】
【発明の効果】
本明細書で開示する発明を利用することで、結晶粒界の影響を受けない薄膜トタンジスタを得ることができる。そして耐圧が高く、特性の変動がなく、さらに大電流を扱うことのできる薄膜トランジスタを得ることができる。また薄膜トランジスタの動作が結晶粒界の影響を受けないものとすることができるので、ＯＦＦ電流の小さな特性とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例の薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図２】  モノドメインの形状と活性層を示す図。
【図３】  実施例の薄膜トランジスタの構成を示す図。
【図４】  モノドメインの形状と活性層を示す図。
【図５】  単結晶薄膜トランジスタとモノドメイン薄膜トランジスタとの比較表を示す図。
【図６】  単結晶薄膜トランジスタとモノドメイン薄膜トランジスタとの比較表を示す図。
【図７】  薄膜珪素半導体膜の結晶構造を示す写真。
【符号の説明】
１０１              ガラス基板
１０２              下地膜（酸化珪素膜）
１０３〜１０４      モノドメイン領域（単結晶と見なせる領域）
１０６              活性層
１０７              ソース領域
１０８              オフセットゲイト領域
１０９              チャネル形成領域
１１０              オフセットゲイト領域
１１１              ドレイン領域
１１２              ゲイト絶縁膜
１１３              ゲイト電極
１１４              酸化物層
１１５              層間絶縁膜
１１６              ソース電極
１１７              ドレイン電極
１００              結晶粒界（グレインバンダリ）
【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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【図７】
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