JP3488361B2

JP3488361B2 - 半導体装置の作製方法

Info

Publication number: JP3488361B2
Application number: JP13609197A
Authority: JP
Inventors: 広樹安達; 裕吾後藤; 徹高山; 昭治宮永; 久大谷; 宏勇張; 保彦竹村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1997-05-09
Filing date: 1997-05-09
Publication date: 2004-01-19
Anticipated expiration: 2019-01-19
Also published as: JPH1064821A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス等の絶縁基板、
あるいは各種基板上に形成された半導体装置、例えば、
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や薄膜ダイオード（ＴＦ
Ｄ）、またはそれらを応用した薄膜集積回路、特にアク
ティブ型液晶表示装置（液晶ディスプレー）用薄膜集積
回路の作製方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラス等の絶縁基板上にＴＦＴを
有する半導体装置、例えば、ＴＦＴを画素の駆動に用い
るアクティブ型液晶表示装置やイメージセンサー等が開
発されている。ガラス基板としては、ガラス基板中から
の不純物の析出の問題、価格の問題等からコーニング７
０５９ガラスが一般に用いられる。この７０５９ガラス
の転移点温度は、６２８℃であり、歪み点は５９３℃で
ある。他の、歪み点が５５０〜６５０℃の実用的な工業
用ガラス材料としては表１に示されるものが知られてい
る。

【０００３】

【表１】

【０００４】これらの装置に用いられるＴＦＴには、薄
膜状の珪素半導体を用いるのが一般的である。薄膜状の
珪素半導体としては、非晶質珪素半導体（ａ−Ｓｉ）か
らなるものと結晶性を有する珪素半導体からなるものの
２つに大別される。非晶質珪素半導体は作製温度が低
く、気相法で比較的容易に作製することが可能で量産性
に富むため、最も一般的に用いられているが、導電率等
の物性が結晶性を有する珪素半導体に比べて劣るため、
今後より高速特性を得る為には、結晶性を有する珪素半
導体からなるＴＦＴの作製方法の確立が強く求められて
いた。尚、結晶性を有する珪素半導体としては、多結晶
珪素、微結晶珪素、結晶成分を含む非晶質珪素、結晶性
と非晶質性の中間の状態を有するセミアモルファス珪素
等が知られている。

【０００５】これら結晶性を有する薄膜状の珪素半導体
を得る方法としては、非晶質の半導体膜を成膜してお
き、長時間、熱エネルギーを印加（熱アニール）するこ
とにより結晶性を有せしめるという方法が知られてい
る。しかしながら、加熱温度として６００℃以上の高温
にすることが必要であり、そのため、基板が不可逆的に
収縮することが問題となっていた。特にパターニング工
程後において、かような高温での処理をおこなうことは
不可能であった。また、結晶化に要する加熱時間が数十
時間以上にも及ぶので、その時間を短くすることも必要
である。

【０００６】このような問題点に関し、最近、結晶化を
促進する触媒としての効果を有するある種の金属元素を
添加することによって、結晶化温度を低下させ、また、
結晶化時間を短縮できることがわかった。このような目
的に用いられる結晶化を助長させる金属元素（触媒性金
属元素）としてはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐ
ｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、
Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｕ、Ａｇがその効果を確かめられてい
る。

【０００７】これらの元素は珪素膜の全面にわたって、
均等に導入すると、結晶成長が膜に対して垂直、すなわ
ち膜厚の方向に生じるのに対し、珪素膜の特定の部分に
導入して、結晶化をおこなうと導入された部分を出発点
として周囲に結晶化領域が拡大する特性（横方向成長
性）があり、このようにして結晶化した珪素膜は、触媒
性金属元素を均等に導入したものに比較して高い電界効
果移動度を示した。

【０００８】しかしながら、このように選択的に触媒性
金属元素を導入するには、結晶化の熱アニール工程の前
にパターニングをおこなわなければならず、上述の基板
の収縮によって触媒性金属元素の導入のパターンが他の
素子・回路のパターンと著しくずれてしまうことがあっ
た。図４には、このような手段を用いてＴＦＴを作製す
る場合の例を示す。図４（Ａ）の点線で書かれた領域４
０２、４０３はそれぞれ、活性層（珪素膜）とゲイト電
極が本来パターニングされるべき一を示す。実線で示さ
れた長方形の領域４０１は触媒性金属元素の導入される
パターンである。

【０００９】この工程によって、触媒性金属元素を導入
した後、熱アニールをおこなうと、図４（Ｂ）の楕円で
示された領域４０４が結晶化する。すなわち領域４０４
は横方向結晶領域である。この楕円の大きさは触媒性金
属元素の濃度や熱アニール時間・温度に依存する。図４
（Ｂ）に示すように、ゲイト電極や活性層が本来あるべ
き位置に形成されれば、ＴＦＴのチャネル形成領域は横
方向結晶領域内に形成されるので何ら問題はなかった。
しかしながら、実際には熱アニール工程によって基板が
収縮するために、ゲイト電極と活性層は、それぞれ４０
５、４０６に示されるように形成され、領域４０４とチ
ャネル形成領域が重ならない。すなわち、チャネル形成
領域のうち、斜線部４０７で示した領域が非晶質のまま
となる。当然の結果としてＴＦＴの特性は著しく悪くな
る。

【００１０】このように基板の収縮のために、高い温度
での処理をおこなう前にパターニングをおこなうことは
非常な困難を極めた。この場合の高い温度は基板の種類
によって異なるが、比較的、良く用いられるコーニング
社製７０５９番のガラスでは５００℃以上の温度であ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決する手段を提供するものである。より具体的には
基板の収縮を抑制する手段を開示するとともに、より歩
留りが高く特性の良い半導体回路・素子を得る手段を提
供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガラス基板を
その歪み点（歪み温度）以上、好ましくはガラス転移点
以上の温度において熱アニールし、その後、２℃／分以
下、好ましくは０．５℃／分以下、より好ましくは０．
３℃／分以下の速度で、歪み点以下の温度まで徐冷する
ことによって、ガラス基板自体のその後の熱処理におけ
る収縮を抑制する。降温速度は基板の種類によって変動
する。一般に降温速度が低いほど良好な特性が得られる
が、降温速度を遅くすると、処理時間が長くなり、量産
性が低下する。したがって、降温速度の選択にあたって
は、処理時間と必要とする特性を考慮しなければならな
い。この熱処理は酸化性もしくは窒化性の雰囲気でおこ
なってもよい。

【００１３】さらに、このように処理した基板上に適切
な下地膜を形成した後、非晶質珪素膜を形成し、その結
晶化をおこなう。なお、下地膜としては、酸化珪素膜、
窒化珪素膜、窒化アルミニウムまたはこれらを２層以上
重ねた多層膜を用いるとよい。上記のような熱アニール
をおこなうには、以下に示すような方法によればよい。
図８に示すのは、本発明に用いる加熱炉の例を示すも
のであり、石英製の反応管１１、基板保持手段（基板ホ
ルダー）１２、水平に配置された基板１３が示されてい
る。また、図には示されていないが、この装置は外部か
ら反応管１１を加熱するためのヒーターが備えられてい
る。また、反応管内に所定のガスを供給する手段、基板
保持手段を反応管から外部に移動させる手段を備えてい
る。

【００１４】図８には、基板保持部分１２にガラス基板
１３が水平に保持されている状態が示されている。ここ
では、ガラス基板を水平に保持すると、基板が撓み、そ
の平面性が損なわれることを防ぐ上で効果があった。こ
のような構成は、ガラス基板に歪点以上の温度が加わる
工程が必要とされる場合に有用である。また、その後の
珪素膜の結晶化、活性化等の熱アニール工程において
も、上記のような構成とするとよい。

【００１５】また、上記前熱処理後に行なわれる成膜、
結晶成長、酸化、活性化等に必要な加熱処理において
は、加熱後１０℃／分〜３００℃／分の速度で急冷する
ことが重要である。特にガラス材料の歪み点付近の±１
００℃においては、上記の速度で急冷するとガラス材料
の伸縮を抑制することができた。例えば、コーニング７
０５９ガラスでは４９３〜６９３℃での処理温度が必要
なプロセスにおいては、４９３℃までは、少なくとも急
冷することが、さらなる縮み（場合によっては伸び）を
３０ｐｐｍ以下に抑える上で有効である。

【００１６】

【作用】ガラス基板は、加熱することによって縮む、特
に加熱終了後にゆっくりと冷却すると、極めて大きく縮
むと同時にガラス基板内での局所的な応力が緩和され
る。その結果、大きく縮ませれば縮ませる程、後の加熱
工程における基板の縮みは小さくなる。また、この加熱
処理温度が高い程、その効果も大きくなる。したがっ
て、その後、再び熱処理をおこなっても、ガラス基板の
応力が緩和されているので、それ以上、縮んだり、そっ
たりする余地は小さい。さらに、結晶化アニール等の後
の熱処理工程において、加熱温度から急冷した場合、本
発明の熱アニール処理を施したガラス基板はほとんど縮
まないことが判明した。

【００１７】例えば、コーニング７０５９基板（歪み点
５９３℃）では、６４０℃、４時間の熱アニール後に、
０．２℃／分の速度で５５０℃まで徐冷してから取り出
した基板は、この熱アニールと徐冷の前後で１９００ｐ
ｐｍも収縮するが、その後は収縮することはほとんどな
く、例えば、５５０℃、８時間の熱処理をおこなっても
２０ｐｐｍの収縮しか発生せず、６００℃、４時間の熱
処理によっても７０ｐｐｍしか収縮しなかった。最初の
熱アニール温度（この場合は６４０℃）を越えない温度
で、その後に熱処理をおこなう範囲では使用に差し支え
るような収縮はなかったが、好ましくは歪み点以下の温
度での使用がよい。すなわち、コーニング７０５９基板
では５９３℃以下の温度で熱処理（結晶化アニール等）
をおこなうことが好ましい。また、熱アニールの温度は
珪素膜の結晶化の温度の±３０℃の温度でおこなうこと
が好ましい。

【００１８】何も処理をおこなわなかった基板では５５
０℃、８時間の熱処理１０００ｐｐｍ以上も収縮し、熱
処理前と後にパターニングの工程が存在すると、マスク
合わせが不可能となった。また、６００℃、４時間の熱
処理後の冷却速度の違いによる基板の縮みは表２のよう
になり、通常冷却以上の速度で急冷することによって実
用的な縮みに抑えることができた。

【００１９】

【表２】

【００２０】上記の如く、歪み点以上の温度で熱アニー
ルした後、徐冷する工程をおこなってから、パターニン
グ工程を実施すれば、その後の熱処理工程（結晶化熱ア
ニール等）においても問題はなかった。しかし、より歩
留り良く半導体回路等を形成するには、下地膜は上述の
ような基板の熱アニールおよび徐冷の工程の後で形成す
ることが好ましかった。

【００２１】逆に、基板に下地膜を形成したのちに、上
述の基板熱アニールと徐冷をおこなうことは好ましくな
かった。これは、歪み点を越える高温での熱アニールと
徐冷によって基板が（未処理の状態と比較して）大きく
収縮して、下地膜がその収縮に追随できず、一部で下地
膜が剥離するためである。また、下地膜上に非晶質珪素
膜を形成して、これを結晶化せしめる場合には、基板の
収縮とともに下地膜に過大な応力が蓄積されており、珪
素膜の結晶化に伴う応力の変動に対して抵抗となり、結
晶化の進行を妨げることが認められた。

【００２２】このように、下地膜が不安定な状態であれ
ば、その上に形成される素子の特性も不安定になる。し
たがって、基板に下地膜を形成してから、熱アニールと
徐冷をおこなうことは適切でない。このことをより広範
に拡大すれば、基板を歪み点を越える温度で熱アニール
し、さらに徐冷する工程の前に、半導体回路を構成する
物体はいかなるものであっても形成してはならないこと
を意味している。逆に、基板の収縮が十分におこなわれ
た状態で下地膜を形成した場合には、下地膜は珪素膜の
結晶化に伴う歪みを吸収し、結晶化が良好に進展するの
を促進する。

【００２３】上記のような熱アニール処理を施したガラ
ス基板はその後のより低温での熱処理によっても収縮す
ることがないので、半導体素子・回路を形成するうえで
非常に都合がよい。特に、下地膜を始めとする半導体素
子を構成する物体に基板の収縮等による応力がかからな
いために素子の信頼性を上げることができる。

【００２４】加えて、選択的に触媒性金属元素を添加し
なければならない結晶化方式を採用する場合には、５０
０〜６００℃の熱アニール工程（結晶化工程）をはさん
で、パターニング工程が存在したために従来であれば、
基板の収縮が大きな問題であったが、本発明によって、
安定してパターニングでき、歩留り高く素子を形成する
ことができた。

【００２５】本発明においては基板の熱アニールと徐冷
に時間がかかり、それが生産性の妨げになることが懸念
される。しかし、本発明においては、基板上には何ら半
導体素子・回路に関する物体が形成されていないので、
このような熱アニール工程は、ガラス工場において一括
しておこなえるものであり、このことが半導体回路作製
上の生産性低下につながることはない。

【００２６】

【実施例】〔実施例１〕本実施例は図１（Ａ）〜（Ｅ）に示される
ガラス基板上に形成された結晶性珪素膜を用いたＰチャ
ネル型ＴＦＴ（ＰＴＦＴという）とＮチャネル型ＴＦＴ
（ＮＴＦＴという）とを相補型に組み合わせた回路を形
成する例である。本実施例の構成は、アクティブ型の液
晶表示装置の画素電極のスイッチング素子や周辺ドライ
バー回路、さらにはイメージセンサや集積回路に利用す
ることができる。

【００２７】図１に本実施例の作製工程の断面図を示
す。本実施例におけるパターニング工程と主な熱処理工
程（基板の熱アニール／徐冷工程を除く）は以下のよう
になる。ニッケルドーピングマスクのパターニング（図１
（Ａ）参照）結晶化アニール（５５０℃もしくは６００℃、図１
（Ｂ）参照）活性層パターニング（図１（Ｃ）参照）ゲイト電極パターニングコンタクトホールのパターニングソース／ドレイン電極・配線のパターニング（図１
（Ｄ）参照）このうち、の熱アニール工程の前後にパターニング工
程が存在するため基板が該熱アニール工程で収縮しない
ことが求められる。

【００２８】まず、基板（コーニング７０５９）を歪み
点（５９３℃）よりも高い６００〜６６０℃、例えば６
４０℃で１〜４時間、例えば１時間アニールし、その
後、０．１〜０．５℃／分、例えば０．２℃／分で徐冷
し、４５０〜５９０℃、例えば５５０℃まで温度が低下
した段階で取り出した。この取り出し温度は、この後の
熱処理工程の最高温度以下であることが望ましい。すな
わち、本実施例では、結晶化アニール温度が、その後の
最高温度となるので、結晶化アニール温度が６００℃で
あれば、６００℃以下の温度で取り出すことが望まし
い。また、上記の熱アニール処理は酸素気流中でおこな
った。この熱アニールは、基板の湾曲を防ぐために、水
平から±３０度以下の角度で行うことが望ましい。

【００２９】このような処理を施した基板１０１を洗浄
し、スパッタリング法によって厚さ２０００Åの酸化珪
素の下地膜１０２を形成した。つぎに、フォトレジスト
あるいはエッチングのできるポリイミドや感光性ポリイ
ミド（フォトニース）によってマスク１０３を形成し、
それをパターニングして、選択的に下地膜を露出させた
領域１００を形成した。（図１（Ａ））

【００３０】そして、スパッタ法によって、厚さ５〜２
０Å、例えば１０Åのニッケル膜を形成した。このニッ
ケル膜は、極めて薄いので厳密には膜としての形状を示
さない。上記の膜厚の数字は平均的なものである。この
際には基板を１５０〜３００℃に加熱することが好まし
かったので、マスク１０３はそれなりの耐熱性があるこ
とが好ましかった。その後、マスク１０３を取り除い
た。そして、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ３００〜
１５００Å、例えば８００Åの真性（Ｉ型）の非晶質珪
素膜１０４を成膜した。

【００３１】そして、窒素不活性雰囲気化（大気圧）、
５５０℃で８時間、または６００℃で４時間、熱アニー
ルして結晶化させた。この際、ニッケル膜が選択的に成
膜された１００の領域においては、基板１０１に対して
垂直方向に結晶性珪素膜１０４の結晶化が進行した。そ
して、領域１００以外の領域では、矢印で示すように、
領域１００から横方向（基板と平行な方向）に結晶成長
が進行した。ニッケルが直接形成された領域１００の周
辺、および結晶成長の先端の領域はニッケルの濃度の大
きな領域１０５であった。（図１（Ｂ））

【００３２】この工程の後に、珪素膜をパターニングし
て、ＴＦＴの島状の活性層１０４’を形成した。この
際、チャネル形成領域となる部分に結晶成長の先端部
（すなわち、結晶珪素領域と非晶質珪素領域の境界で、
ニッケルの濃度が大きい）が存在しないようにすること
が重要である。こうすることで、ソース／ドレイン間を
移動するキャリアがチャネル形成領域において、ニッケ
ル元素の影響を受けないようにすることができる。この
工程における結晶成長距離、すなわち、ニッケル添加領
域１００から結晶成長の先端まではせいぜい１００μｍ
であった。

【００３３】従来であれば、ニッケル導入マスク１０３
のパターニングと活性層１０４’のパターニングの間に
結晶化アニール工程が存在するために、１０００ｐｐ
ｍ、すなわち、１００ｍｍ角の基板においては上下で５
０μｍもの基板収縮があったために、このような微妙な
パターニングが実施できなかった。しかしながら、本実
施例では基板の収縮が７０ｐｐｍ以下、すなわち、上下
４μｍ以下に抑えられているので、十分可能である。

【００３４】活性層１０４’の大きさはＴＦＴのチャネ
ル長とチャネル幅を考慮して決定される。小さなもので
は、５０μｍ×２０μｍ、大きなものでは１００μｍ×
１０００μｍであった。このような活性層を基板上に多
く形成した。そして、ＴＥＯＳ（テトラ・エトキシ・シ
ラン、Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄）と酸素を原料としてプラ
ズマＣＶＤ法によって厚さ１２００Åの酸化珪素膜１０
６を成膜し、ゲイト絶縁膜とした。（図１（Ｃ））

【００３５】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ６０００〜８０００Å、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
成膜した。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極１０７、１０９を形成した。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１０８、１１０を形成した。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お
こなった。得られた酸化物層１０８、１１０の厚さは２
０００Åであった。なお、この酸化物１０８と１１０と
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。

【００３６】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（ゲイト
電極１０７とその周囲の酸化層１０８、ゲイト電極１０
９とその周囲の酸化層１１０）をマスクとして、自己整
合的にＰもしくはＮ導電型を付与する不純物を添加し
た。ドーピングガスとして、フォスフィン（ＰＨ₃ ）お
よびジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆）を用い、前者の場合は、加速
電圧を６０〜９０ｋＶ、例えば８０ｋＶ、後者の場合
は、４０〜８０ｋＶ、例えば６５ｋＶとした。ドース量
は１×１０¹⁵〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2、例えば、燐を２×１
０¹⁵ｃｍ^-2、ホウ素を５×１０¹⁵とした。ドーピングに
際しては、一方の領域をフォトレジストで覆うことによ
って、それぞれの元素を選択的にドーピングした。この
結果、Ｎ型の不純物領域１１４と１１６、Ｐ型の不純物
領域１１１と１１３が形成され、Ｐチャネル型ＴＦＴ
（ＰＴＦＴ）の領域とＮチャネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴ）
との領域を形成することができた。

【００３７】その後、レーザー光の照射によってアニー
ルをおこなった。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／ｃ
ｍ² 、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１
（Ｄ））

【００３８】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜１１
８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または酸化珪素
とポリイミドの２層膜を利用してもよい。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１
１７、１２０、１１９を形成した。最後に、１気圧の水
素雰囲気で３５０℃、３０分のアニールをおこない、Ｔ
ＦＴを相補型に構成した半導体回路を完成した。（図１
（Ｅ））上記に示す回路は、ＰＴＦＴとＮＴＦＴとを相補型に設
けたＣＭＯＳ構造であるが、上記工程において、２つの
ＴＦＴを同時に作り、中央で切断することにより、独立
したＴＦＴを２つ同時に作製することも可能である。

【００３９】本実施例においては、ニッケルを導入する
方法として、非晶質珪素膜１０４下の下地膜１０２上に
選択的にニッケルを薄膜（極めて薄いので、膜として観
察することは困難である）として形成し、この部分から
結晶成長を行なう方法を採用したが、非晶質珪素膜１０
４を形成後に、選択的にニッケル膜を成膜する方法でも
よい。即ち、結晶成長は非晶質珪素膜の上面からおこな
ってもよいし、下面からおこなってもよい。また、予め
非晶質珪素膜を成膜し、さらにイオンドーピング法を用
いて、ニッケルイオンをこの非晶質珪素膜１０４中に選
択的に注入する方法を採用してもよい。この場合は、ニ
ッケル元素の濃度を細かく制御することができるという
特徴を有する。またプラズマ処理やＣＶＤ法による方法
でもよい。

【００４０】〔実施例２〕本実施例は、アクティブ型の
液晶表示装置において、Ｎチャネル型ＴＦＴをスイッチ
ング素子として各画素に設けた例である。以下において
は、一つの画素について説明するが、他に多数（一般に
は数十万）の画素が同様な構造で形成される。また、Ｎ
チャネル型ＴＦＴだけではなくＰチャネル型ＴＦＴでも
よいことはいうまでもない。また、液晶表示装置の画素
部分に設けるのではなく、周辺回路部分にも利用でき
る。また、イメージセンサや他の装置に利用することが
できる。即ち薄膜トランジタと利用するのであれば、特
にその用途が限定されるものではない。

【００４１】本実施例の作製工程の概略を図２に示す。
本実施例において、基板２０１としては日本電気硝子社
製ＯＡ−２基板（歪み点６３５℃、厚さ１．１ｍｍ、３
００×４００ｍｍ）を使用した。まず、基板を歪み点以
上の温度の７００℃で１時間アニールした後、０．２℃
／分で６００℃まで徐冷した。以上の熱処理によって基
板の収縮は大幅に低減された。例えば６００℃、４時間
のアニールでは２０ｐｐｍ、５５０℃、４時間のアニー
ルでは１０ｐｐｍの収縮しか観察されなかった。

【００４２】このような熱処理を施した基板２０１に下
地膜２０２（酸化珪素）をプラズマＣＶＤ法で２０００
Åの厚さに形成した。ＣＶＤの原料ガスとしてはＴＥＯ
Ｓと酸素を用いた。この後、選択的にニッケルを導入す
るために、ポリイミドにより、マスク２０３を形成し
た。そして、スパッタリング法によりニッケル膜を成膜
した。このニッケル膜は、スパッタリング法によって、
厚さ５〜２００Å、例えば２０Åの厚さに形成した。こ
のようにして、選択的に領域２０４にニッケル膜が形成
された。（図２（Ａ））

【００４３】この後、ＬＰＣＶＤ法もしくはプラズマＣ
ＶＤ法で非晶質珪素膜２０５を１０００Åの厚さに形成
した。そして、４５０℃で１時間脱水素化をおこなった
後、加熱アニールによって結晶化をおこなった。このア
ニール工程は、窒素雰囲気下、６００℃で４時間おこな
った。このアニール工程において、非晶質珪素膜２０５
下の２０４の領域には、ニッケル膜が形成されているの
で、この部分から結晶化が起こった。この結晶化の際、
ニッケルが成膜されている領域２０４では、基板２０１
に垂直方向に珪素の結晶成長が進行した。また、矢印で
示されるように、ニッケルが成膜されいていない領域
（領域２０５以外の領域）においては、基板に対し、平
行な方向に結晶成長が進行した。（図２（Ｂ））

【００４４】この熱アニール工程の後、結晶化した珪素
膜をパターニングしてＴＦＴの島状活性層２０５’のみ
を残存させ、その他を除去した。この際、結晶成長した
結晶の先端部が活性層、なかでもチャネル形成領域に存
在しないようにすることが重要である。具体的には、図
２（Ｂ）の珪素膜２０５のうち、少なくとも結晶化の先
端部とニッケルが導入された２０４の部分をエッチング
で除去し、結晶性珪素膜２０５の基板に平行な方向に結
晶成長した中間部分を活性層として利用することが好ま
しい。これは、ニッケルが結晶成長先端部および導入部
に集中して存在している事実を踏まえ、この先端部に集
中したニッケルがＴＦＴの特性に悪影響を及ぼすことを
防ぐためである。

【００４５】その後、テトラ・エトキシ・シラン（ＴＥ
ＯＳ）を原料として、酸素雰囲気中のプラズマＣＶＤ法
によって、酸化珪素のゲイト絶縁膜（厚さ７０〜１２０
ｎｍ、典型的には１２０ｎｍ）２０６を形成した。基板
温度は３５０℃とした。（図２（Ｃ））

【００４６】次に公知の多結晶珪素を主成分とした膜を
ＣＶＤ法で形成し、パターニングを行うことによって、
ゲイト電極２０７を形成した。多結晶珪素には導電性を
向上させるために不純物として燐を０．１〜５％導入し
た。

【００４７】その後、Ｎ型の不純物として、燐をイオン
ドーピング法で注入し、自己整合的にソース領域２０
８、チャネル形成領域２０９、ドレイン領域２１０を形
成した。そして、５５０℃で４時間のアニールをおこな
うことによって、イオン注入のために結晶性の劣化した
珪素膜の結晶性を改善させた。もともと結晶化を助長さ
せる効果のあるニッケルを含有していたため、活性層の
結晶化は容易であった。この熱アニールによって、この
ＴＦＴのソース／ドレインのシート抵抗は３００〜８０
０Ω／ｃｍ² となった。（図２（Ｄ））

【００４８】その後、酸化珪素またはポリイミドによっ
て層間絶縁物２１１を形成し、さらに、画素電極２１２
をＩＴＯによって形成した。そして、コンタクトホール
を形成して、ＴＦＴのソース／ドレイン領域にクロム／
アルミニウム多層膜で電極２１３、２１４を形成し、こ
のうち一方の電極２１４はＩＴＯ２１２にも接続するよ
うにした。最後に、水素中で２００〜４００℃で２時間
アニールして、水素化をおこなった。このようにして、
ＴＦＴを完成した。この工程は、同時に他の多数の画素
領域においても同時におこなわれる。また、より耐湿性
を向上させるために、全面に窒化珪素等でパッシベーシ
ョン膜を形成してもよい。（図２（Ｅ））

【００４９】本実施例で作製したＴＦＴは、ソース領
域、チャネル形成領域、ドレイン領域を構成する活性層
として、キャリアの流れる方向に結晶成長させた結晶性
珪素膜を用いているので、結晶粒界をキャリアが横切る
ことがなく、即ちキャリアが針状の結晶の結晶粒界に沿
って移動することになるから、キャリアの移動度の高い
ＴＦＴを得ることができる。本実施例で作製したＴＦＴ
はＮチャネル型であり、その移動度は、９０〜１３０
（ｃｍ² ／Ｖｓ）であった。従来の６００℃、４８時間
の熱アニールによる結晶化によって得られた結晶珪素膜
を用いたＮチャネル型ＴＦＴに移動が、５０〜７０（ｃ
ｍ² ／Ｖｓ）であったことと比較すると、これは大きな
特性の向上である。

【００５０】また、本実施例は、ドーピング不純物の活
性化に熱アニールの手段を用いているが、これは、実施
例１のようなレーザー光を用いる場合に比べて、穏やか
な反応であり、特に、レーザーアニールにおいては、ゲ
イト電極部の影の部分とレーザー照射される部分の境界
の結晶性の不連続性が信頼性低下の原因となっていた
が、本実施例ではチャネル形成領域もソース／ドレイン
領域も同様に加熱されるので、特に信頼性の点で優れて
いた。

【００５１】〔実施例３〕図３を用いて、本実施例を説
明する。基板としては、コーニング社製１７３３番ガラ
ス（歪み点６４０℃）を用いた。ガラスは歪み点以上の
７００℃で１時間アニールされた後、０．２℃／分で６
００℃まで徐冷された。そして、ガラス基板３０１上に
プラズマＣＶＤ法によって下地膜３０２を形成し、さら
に、プラズマＣＶＤ法によって厚さ３００〜８００Åの
非晶質珪素膜３０４を成膜した。そして、厚さ１０００
Åの酸化珪素のマスク３０３を用いて３００で示される
領域にニッケル膜を実施例１と同様にして成膜した。次
に５５０℃、８時間の加熱アニールをおこない、珪素膜
３０４の結晶化をおこなった。この際、矢印３０５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
行した。（図３（Ａ））

【００５２】次に、珪素膜３０４をパターニングして、
島状の活性層領域３０６および３０７を形成した。この
際、図３（Ａ）で３００で示された領域が、ニッケルが
直接導入された領域であり、ニッケルが高濃度に存在す
る領域である。また、実施例１および２で示したように
結晶成長の終点にも、やはりニッケルが高濃度に存在す
る。これらの領域は、その間の結晶化している領域に比
較してニッケルの濃度が１桁近く高いことが判明してい
る。したがって、本実施例においては、アクティブ素
子、例えばＴＦＴを形成するための領域である活性層領
域３０６、３０７はこれらのニッケル濃度の高い領域を
避けてパターニングし、ニッケルの高濃度領域を意図的
に除去した。活性層のエッチングは垂直方向に異方性を
有するＲＩＥ法によっておこなった。（図３（Ｂ））

【００５３】本実施例では、活性層３０６と３０７とを
利用して相補型に構成されたＴＦＴ回路を得る。すなわ
ち、本実施例の回路はＰＴＦＴとＮＴＦＴが分断されて
いる点で、実施例１の図１（Ｄ）に示す構成と異なる。
すなわち、図１（Ｄ）に示す構造においては、２つのＴ
ＦＴの活性層が連続してつながっており、その中間領域
においてニッケル濃度が高いが、本実施例では、どの部
分を取ってみてもニッケル濃度は低いという特色を有す
る。このため動作の安定性を高めることができる。

【００５４】次いで、厚さ２００〜３０００Åの厚さの
酸化珪素または窒化珪素膜３０８をプラズマＣＶＤ法に
よって形成した。そして、可視・近赤外光のランプアニ
ールをおこなった。赤外線の光源としてはハロゲンラン
プを用いた。波長は結晶性珪素によく吸収される０．５
〜４μｍ、好ましくは０．８〜１．３μｍを用いた。可
視・近赤外光の強度は、モニターの単結晶珪素ウェハー
上の温度が８００〜１３００℃、代表的には９００〜１
２００℃の間にあるように調整した。具体的には、珪素
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た。なお、赤外
光照射は、Ｈ₂ 雰囲気中にておこなった。Ｈ₂雰囲気に
０．１〜１０％のＨＣｌ、その他ハロゲン化水素やフッ
素や塩素、臭素の化合物を混入してもよい。

【００５５】本実施例では可視・近赤外光照射の際に、
酸化珪素または窒化珪素の保護膜が活性層の表面に形成
されており、このため、赤外光照射の際の表面の荒れや
汚染を防止することができた。このようなランプアニー
ル工程を併用することによって、熱アニールによる結晶
化だけでは不十分であった結晶性を向上させることがで
きた。（図３（Ｃ））

【００５６】可視・近赤外光照射後、保護膜３０８を除
去した。その後は実施例１と同様にゲイト絶縁膜３０
９、ゲイト電極３１０、３１１を形成した。ゲイト電極
としてはタンタルを用い、ゲイト電極の表面には陽極酸
化法によって、酸化タンタルの被膜を１０００〜３００
０Å、例えば３０００Å形成した。そして、実施例１と
同様にイオンドーピング法によって不純物元素を導入
し、ソース／ドレイン領域を形成した。

【００５７】この不純物の活性化にはランプアニール法
を用いた。赤外線の光源としてはハロゲンランプを用い
た。波長が０．５〜４μｍ、好ましくは０．８〜１．３
μｍの可視・赤外光を３０〜１８０秒照射した。上記波
長の可視・近赤外線は燐またはホウ素が１０¹⁹〜１０²¹
ｃｍ^-3添加された非晶質珪素へは吸収されやすく、１０
００℃以上の熱アニールにも匹敵する効果的なアニール
をおこなうことができる。その反面、ガラス基板へは吸
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。特に本実施例では事前に基板の収縮が起こらないよ
うな処理が施してあるのでなおさらである。

【００５８】可視・近赤外光の強度は、モニターの単結
晶珪素ウェハー上の温度が８００〜１３００℃、代表的
には９００〜１２００℃の間にあるように調整した。具
体的には、珪素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
た。なお、赤外光照射は、Ｈ₂ 雰囲気中にておこなっ
た。Ｈ₂雰囲気に０．１〜１０％のＨＣｌ、その他ハロ
ゲン化水素やフッ素や塩素、臭素の化合物を混入しても
よい。（図３（Ｄ））

【００５９】その後、層間絶縁物３１２を成膜して、こ
れにコンタクトホールを形成し、メタル配線３１３、３
１４、３１５を形成した。さらに、１気圧の水素雰囲気
中で２５０〜４００℃、例えば３５０℃でアニールする
ことによって、水素化をおこなった。（図３（Ｅ））このようにして、相補型ＴＦＴ回路を形成した。本実施
例ではランプアニール（可視・近赤外光照射）の際に活
性層の表面に保護膜が形成されており、表面の荒れや汚
染が防止される。このため、本実施例のＴＦＴの特性
（電界移動度やしきい値電圧）および信頼性は極めて良
好であった。

【００６０】〔実施例４〕図５を用いて、本実施例を説
明する。基板としては、ＮＨテクノグラス社製のＮＡ４
５ガラス（歪み点６１０℃）を用いた。まず、基板を歪
み点以上の６５０℃の一酸化二窒素（Ｎ₂Ｏ）雰囲気中
で１時間アニールした後、０．２℃／分で５００℃まで
徐冷した。ガラス基板５０１上にプラズマＣＶＤ法によ
って下地膜を形成した。まず、基板上に窒化珪素膜５０
２を１０００Å成膜し、さらに酸化珪素膜５０３を１０
００Å成膜して、２層から成る下地膜を形成した。窒化
珪素膜７０２を形成する理由は、ガラス基板からの可動
イオン等による汚染をなくすためである。

【００６１】そして、プラズマＣＶＤ法によって厚さ３
００〜８００Å、例えば、５００Åの非晶質珪素膜５０
４を成膜した。さらに、厚さ１０００Åの酸化珪素のマ
スク５０５を形成した。そして、酢酸ニッケル溶液を用
いたスピンコーティング法によって、酢酸ニッケル膜５
０６を形成した。ニッケルの濃度は５０〜３００ｐｐ
ｍ、例えば、１００ｐｐｍとした。このとき、酢酸ニッ
ケル膜５０６は数〜数十Å程度と極めて薄いため膜にな
ってるとは限らない。（図５（Ａ））

【００６２】次に５５０℃、８時間の加熱アニールをお
こない、非晶質珪素膜５０４を結晶化せしめた。この
際、矢印で示されるように、基板に対して平行な方向に
結晶成長が進行した。次に、マスク５０５（結晶化アニ
ールの際の保護膜でもある）を除去した後、結晶性の向
上のためにレーザー結晶化を施した。ＫｒＦエキシマレ
ーザー光（波長２４８ｎｍ）を２００〜３００ｍＪ／ｃ
ｍ²で照射することによって、結晶性珪素膜６０７が得
られた。（図５（Ｂ））

【００６３】その後、結晶性珪素膜５０７をパターニン
グして、島状の活性層領域５１１を形成した。この際、
図５（Ｂ）で５０８で示された領域が、ニッケルが直接
導入された領域であり、ニッケルが高濃度に存在する領
域である。また、実施例１および２で示したように結晶
成長の終点５０９、５１０にも、やはりニッケルが高濃
度に存在する。これらの領域は、その間の結晶化してい
る領域に比較してニッケルの濃度が１桁近く高いことが
判明している。したがって、本実施例においては、アク
ティブ素子、例えば画素ＴＦＴを形成するための領域で
ある活性層領域はこれらのニッケル濃度の高い領域を避
けてパターニングし、ニッケルの高濃度領域を意図的に
除去した。活性層のエッチングは垂直方向に異方性を有
するＲＩＥ法によっておこなった。

【００６４】次いで、ゲイト絶縁膜５１２として、厚さ
２００〜３０００Å、例えば、１０００Åの酸化珪素膜
をプラズマＣＶＤ法によって形成した。その後、厚さ１
０００Å〜３μｍ、例えば、５０００Åのアルミニウム
（１ｗｔ％のＳｉ、もしくは、０．１〜０．３ｗｔ％の
Ｓｃを含む）膜をスパッタリング法によって形成した。
そして、フォトレジストをスピンコーティング法によっ
て形成した。フォトレジスト形成前に、陽極酸化法によ
って厚さ１００〜１０００Åの酸化アルミニウム膜を表
面に形成しておくと、フォトレジストの密着性が良くな
る。その後、フォトレジストとアルミニウム膜をパター
ニングして、ゲイト電極５１３を形成した。エッチング
終了後も、フォトレジストは剥離せず、ゲイト電極５１
３上にマスク膜５１４として残存せしめた。

【００６５】さらに、これに電解溶液中で電流を通じて
ポーラス陽極酸化し、厚さ３０００〜６０００Å、例え
ば、厚さ５０００Åのポーラス型陽極酸化物５１５を形
成した。ポーラス陽極酸化は、３〜２０％のクエン酸も
しくはショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性水溶液
を用いておこない、５〜３０Ｖの一定電流をゲイト電極
に印加すればよい。本実施例においてはショウ酸溶液
（３０℃）中で、電圧を１０Ｖとし、２０〜４０分、陽
極酸化した。ポーラス型陽極酸化物の厚さは陽極酸化を
おこなう時間によって制御した。（図５（Ｃ））

【００６６】その後、マスク５１４を剥離してバリヤ陽
極酸化をおこなった。この際には、基板をｐＨ≒７、１
〜３％の酒石酸のエチレングリコール溶液に浸し、白金
を陰極、アルミニウムの電極を陽極として、徐々に電圧
を上げて陽極酸化を進行させた。このようにして、緻密
で耐圧の高いバリヤ型陽極酸化物６１６が形成された。

【００６７】そして、ゲイト絶縁膜５１２をドライエッ
チング法によってエッチングした。このとき、陽極酸化
物５１５、５１６はエッチングされず、ゲイト絶縁膜５
１２のみがエッチングされ、島状の活性層５１１が現れ
た時点でエッチングを終了した。その結果、ポーラス型
陽極酸化物５１５の下のゲイト絶縁膜５１２’はエッチ
ングされずに残った。（図５（Ｄ））

【００６８】その後、ポーラス型陽極酸化物５１５をエ
ッチングして、除去した。そして、イオンドーピング法
によって、島状の活性層５１１にゲイト電極部（ゲイト
電極、バリヤ型陽極酸化物、酸化珪素膜）をマスクとし
て、自己整合的に不純物として硼素を注入て、Ｐ型不純
物領域５１７が形成された。ここでは、ドーピングガス
にジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を使用した。このとき、硼素の
ドーズ量は１〜４×１０¹⁵原子／ｃｍ²、加速電圧を１
０ｋＶとした。ここで、加速電圧が低いため、ゲイト絶
縁膜の下部にはドーピングされず硼素は導入されず、オ
フセット領域が形成された。（図５（Ｅ））

【００６９】さらに、これを３５０〜５５０℃、例え
ば、５００℃、４時間の熱アニールをおこない、ドーピ
ングされた不純物の活性化をおこなった。この際の基板
の変形は極めて小さかった。さらに、より活性化を進め
るためにＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ、パ
ルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射した。レーザーのエネルギ
ー密度は２００〜４００ｍＪ／ｃｍ²、好ましくは２５
０〜３００ｍＪ／ｃｍ²が適当であった。この際、ゲイ
ト絶縁膜５１２’の下に存在するＰＩ接合は、レーザー
照射によって十分に活性化された。つぎに、層間絶縁膜
５１９として酸化珪素膜を、プラズマＣＶＤ法によって
３０００Åに成膜した。

【００７０】そして、層間絶縁膜５１９のエッチングを
おこない、ソース領域にコンタクトホールを形成した。
その後、アルミニウム膜をスパッタリング法によって形
成し、パターニングをおこないソース電極５１９を形成
した。（図５（Ｆ））最後にパッシベーション膜５２０として厚さ１０００〜
６０００Å、例えば、３０００Åの窒化珪素膜をプラズ
マＣＶＤ法によって形成し、これと層間絶縁膜５１８を
エッチングしてドレインにコンタクトホールを形成し
た。その後、インディウム錫酸化物膜（ＩＴＯ膜）を形
成して、これをエッチングして画素電極５２１を形成し
た。（図５（Ｇ））以上のようにして、Ｐチャネル型のオフセット領域を有
する画素ＴＦＴが形成された。

【００７１】〔実施例５〕図６を用いて、本実施例を説
明する。基板としては、コーニング社製１７３３番ガラ
スを用いた。まず、基板を歪み点以上の７００℃の窒素
（Ｎ₂）雰囲気中で１時間アニールした後、０．２℃／
分で６００℃まで徐冷した。その後、ガラス基板６０１
上に下地膜を形成した。ここでは、基板上にスパッタリ
ング法によって窒化アルミニウム膜６０２を１０００Å
成膜し、さらにプラズマＣＶＤ法によって酸化珪素膜６
０３を１０００Å成膜し、２層から成る下地膜を形成し
た。窒化アルミニウム膜７０２を形成する理由は、ガラ
ス基板からの可動イオン等による汚染をなくすためであ
る。

【００７２】そして、プラズマＣＶＤ法によって厚さ３
００〜８００Å、例えば、５００Åの非晶質珪素膜６０
４を成膜した。さらに、厚さ１０００Åの酸化珪素のマ
スク６０５を形成した。そして、酢酸ニッケル溶液を用
いたスピンコーティング法によって、酢酸ニッケル膜６
０６を形成した。（図６（Ａ））次に５５０℃、８時間の加熱アニールをおこない、非晶
質珪素膜６０４の結晶化をおこなった。この際、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
進行した。

【００７３】次に、マスクを除去した後、結晶性の向上
のためにレーザー結晶化を施した。ＫｒＦエキシマレー
ザー光を２００〜３００ｍＪ／ｃｍ²で照射することに
よって、結晶性珪素膜６０７が得られた。（図６
（Ｂ））その後、結晶性珪素膜６０７をパターニングして、島状
の活性層領域６１１を形成した。この際、実施例４と同
様に、ニッケルの濃度が高い領域を避けて活性層を形成
した。

【００７４】次いで、ゲイト絶縁膜６１２として、厚さ
２００〜３０００Å、例えば、１２００Åの酸化珪素膜
をプラズマＣＶＤ法によって形成した。その後、厚さ１
０００Å〜３μｍ、例えば、６０００Åのアルミニウム
膜をスパッタリング法によって形成した。そして、実施
例４と同様な方法で、ゲイト電極６１３、フォトレジス
トのマスク６１４、ポーラス陽極酸化物６１５を形成し
た。（図６（Ｃ））その後、マスク６１４を剥離してバリヤ陽極酸化をおこ
ない，バリヤ型陽極酸化物６１６を形成した。そして、
ゲイト絶縁膜をドライエッチング法によってエッチング
したその結果、ポーラス型陽極酸化物６１６の下のゲイ
ト絶縁膜６１２’が残った。（図６（Ｄ））

【００７５】その後、ポーラス型陽極酸化物６１５をエ
ッチングして、除去し、イオンドーピング法によって、
島状の活性層領域６１１にゲイト電極部（ゲイト電極、
バリヤ型陽極酸化物、酸化珪素膜）をマスクとして、自
己整合的に不純物として硼素を注入して、Ｐ型不純物領
域６１７が形成された。（図６（Ｅ））

【００７６】さらに、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２
４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、不純物
領域６１７の活性化をおこなった。さらに、ソース／チ
ャネル、ドレイン／チャネル間の接合を良くするため
に、３５０〜５５０℃、例えば、５００℃で４時間の熱
アニールをおこなった。つぎに、層間絶縁膜６１８とし
て酸化珪素膜を、プラズマＣＶＤ法によって３０００Å
に成膜した。

【００７７】そして、層間絶縁膜６１８のエッチングを
おこない、ソース領域にコンタクトホールを形成した。
その後、アルミニウム膜をスパッタリング法によって形
成し、パターニングをおこないソース電極６１９を形成
した。（図６（Ｆ））最後にパッシベーション膜６２０として厚さ２０００〜
６０００Å、例えば、３０００Åの窒化珪素膜をプラズ
マＣＶＤ法によって形成し、これと層間絶縁膜６１８を
エッチングしてドレインにコンタクトホールを形成し
た。その後、インディウム錫酸化物膜（ＩＴＯ膜）を形
成して、これをエッチングして画素電極６２１を形成し
た。（図６（Ｇ））以上のようにして、Ｐチャネル型のオフセット領域を有
する画素ＴＦＴが形成された。

【００７８】〔実施例６〕図７を用いて、本実施例を説
明する。基板としては、コーニング社製７０５９番ガラ
スを用いた。まず、基板を歪み点以上の６４０℃のアン
モニア（ＮＨ₃）雰囲気中で１時間アニールした後、
０．２℃／分で４００℃まで徐冷した。その後、ガラス
基板７０１上に下地膜を形成した。ここでは、基板上に
プラズマＣＶＤ法によって酸化珪素膜７０２を１０００
Å成膜し、さらにプラズマＣＶＤ法によって窒化珪素膜
７０３を１０００Å成膜し、２層から成る下地膜を形成
した。

【００７９】そして、プラズマＣＶＤ法によって厚さ３
００〜８００Å、例えば、５００Åの非晶質珪素膜７０
４を成膜した。さらに、厚さ１０００Åの酸化珪素のマ
スク７０５を形成した。そして、酢酸ニッケル溶液を用
いたスピンコーティング法によって、酢酸ニッケル膜７
０６を形成した。（図７（Ａ））次に５５０℃、８時間の加熱アニールをおこない、非晶
質珪素膜７０４の結晶化をおこなった。この際、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
進行した。

【００８０】次に、マスクを除去した後、結晶性の向上
のためにレーザー結晶化を施した。ＫｒＦエキシマレー
ザー光を２００〜３００ｍＪ／ｃｍ²で照射することに
よって、結晶性珪素膜７０７が得られた。（図７
（Ｂ））その後、結晶性珪素膜７０７をパターニングして、島状
の活性層領域７１１を形成した。この際、実施例４と同
様に、ニッケルの濃度が高い領域を避けて活性層を形成
した。この際、ＲＩＥ法によって、エッチングをおこな
ったが、窒化酸化珪素膜７０３のエッチングレートは珪
素膜に比較して非常に小さかったので、下地膜のオーバ
ーエッチは少なかった。

【００８１】次いで、ゲイト絶縁膜７１２として、厚さ
２００〜３０００Å、例えば、１２００Åの酸化珪素膜
をプラズマＣＶＤ法によって形成した。その後、厚さ１
０００Å〜３μｍ、例えば、６０００Åのアルミニウム
膜をスパッタリング法によって形成した。そして、実施
例４と同様な方法で、ゲイト電極７１３、フォトレジス
トのマスク７１４、ポーラス陽極酸化物７１５を形成し
た。（図７（Ｃ））

【００８２】その後、マスク７１４を剥離してバリヤ陽
極酸化をおこない，バリヤ型陽極酸化物７１６を形成し
た。そして、ゲイト絶縁膜をドライエッチング法によっ
てエッチングしたその結果、ポーラス型陽極酸化物７１
６の下のゲイト絶縁膜７１２’が残った。（図７
（Ｄ））

【００８３】その後、ポーラス型陽極酸化物７１５をエ
ッチングして、除去し、イオンドーピング法によって、
島状の活性層領域７１１にゲイト電極部（ゲイト電極、
バリヤ型陽極酸化物、酸化珪素膜）をマスクとして、自
己整合的に不純物として硼素を注入して、Ｐ型不純物領
域７１７が形成された。（図７（Ｅ））

【００８４】さらに、３５０〜５５０℃、例えば、５０
０℃、４時間の熱アニールをおこない、ドーピングされ
た不純物の活性化をおこなった。そして、より活性化を
好ましくおこなうために、ＫｒＦエキシマレーザー（波
長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射した。そ
の後、ソース／チャネル接合、およびドレイン／チャネ
ル接合の特性を改善させるために、３５０〜５５０℃、
例えば、４８０℃、１時間のアニールをおこなった。つ
ぎに、層間絶縁膜７１８として酸化珪素膜を、プラズマ
ＣＶＤ法によって３０００Åに成膜した。

【００８５】そして、層間絶縁膜７１８のエッチングを
おこない、ソース領域にコンタクトホールを形成した。
その後、アルミニウム膜をスパッタリング法によって形
成し、パターニングをおこないソース電極７１９を形成
した。（図７（Ｆ））最後にパッシベーション膜７２０として厚さ２０００〜
６０００Å、例えば、３０００Åの窒化珪素膜をプラズ
マＣＶＤ法によって形成し、これと層間絶縁膜７１８を
エッチングしてドレインにコンタクトホールを形成し
た。その後、インディウム錫酸化物膜（ＩＴＯ膜）を形
成して、これをエッチングして画素電極７２１を形成し
た。（図７（Ｇ））以上のようにして、Ｐチャネル型のオフセット領域を有
する画素ＴＦＴが形成された。

【００８６】

【発明の効果】上記のように基板を歪み点以上の温度で
熱アニールして、徐冷することによって以後の熱処理に
よる基板の収縮が非常に小さくなった。一般には、実施
例に示したようなニッケルを導入するパターニング工程
（マスク合わせ工程）は、他のパターニング工程に比べ
ると、それほどの精度は要求されない。一方、コンタク
トホールの開孔やゲイト電極の形成のパターニングは数
μｍ以下の精度が要求される。このため、従来はドーピ
ング不純物の活性化は実質的に熱的なプロセスを伴わな
いレーザーアニールが中心であった。

【００８７】しかしながら、本発明によって、かなりの
温度まで基板収縮を抑制できるようになったため、実施
例２に示したような熱アニールや実施例３に示したよう
なランプアニールという、より量産に適した手段を用い
ることができるようになった。このように、本発明は絶
縁基板上の半導体装置の形成に極めて効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のＴＦＴの作製工程を示す。

【図２】実施例２のＴＦＴの作製工程を示す。

【図３】実施例３のＴＦＴの作製工程を示す。

【図４】従来の基板収縮によるパターニングのずれの
例を示す。

【図５】実施例４のＴＦＴの作製工程を示す。

【図６】実施例５のＴＦＴの作製工程を示す。

【図７】実施例６のＴＦＴの作製工程を示す。

【図８】本発明に用いる熱アニール炉の構成例を示
す。

【符号の説明】

１００ニッケル導入部分１０１ガラス基板１０２下地膜（酸化珪素膜）１０３マスク１０４珪素膜１０４’ 島状珪素膜（活性層）１０５ニッケルの濃度の高い領域１０６ゲイト絶縁膜（酸化珪素膜）１０７ゲイト電極（アルミニウム）１０８陽極酸化層（酸化アルミニウム）１０９ゲイト電極１１０陽極酸化層１１１ソース（ドレイン）領域１１２チャネル形成領域１１３ドレイン（ソース）領域１１４ソース（ドレイン）領域１１５チャネル形成領域１１６ドレイン（ソース）領域１１７電極１１８層間絶縁物１１９電極１２０電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大谷久神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者張宏勇神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者竹村保彦神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (56)参考文献特開平２−102150（ＪＰ，Ａ) 特開平４−85969（ＪＰ，Ａ) 特開平６−296023（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−315141（ＪＰ，Ａ) 特許2753955（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 21/20 H01L 21/324 H01L 27/12 C03B 25/02 G02F 1/1333 G02F 1/1368

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】歪み点以上の第一の温度で加熱し、その
後、前記第一の温度から２℃／分以下の速度で歪み点以
下の第二の温度まで徐冷したガラス基板に半導体装置を
作製する方法であって、前記ガラス基板上に、第一の窒化珪素膜を形成し、前記第一の窒化珪素膜の上に第一の酸化珪素膜を形成
し、前記第一の酸化珪素膜上に、結晶化を助長する金属元素
によって第一の温度を超えない第三の温度で結晶化され
た結晶性珪素膜を形成し、前記結晶性珪素膜上にゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、前記結晶性珪素膜、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電
極を覆うように、第二の酸化珪素膜を形成し、前記第二の酸化珪素膜上に第二の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】ガラス基板を歪み点以上の第一の温度で
加熱し、前記加熱したガラス基板を、前記歪み点以下の第二の温
度まで２℃／分以下の速度で徐冷し、前記徐冷したガラス基板の上に、第一の窒化珪素膜を形
成し、前記第一の窒化珪素膜の上に第一の酸化珪素膜を形成
し、前記第一の酸化珪素膜上に、結晶化を助長する金属元素
によって第一の温度を超えない第三の温度で結晶化され
た結晶性珪素膜を形成し、前記結晶性珪素膜上にゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、前記結晶性珪素膜、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電
極を覆うように、第二の酸化珪素膜を形成し、前記第二の酸化珪素膜上に第二の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３】歪み点以上の第一の温度で加熱し、その
後、前記第一の温度から２℃／分以下の速度で歪み点以
下の第二の温度まで徐冷したガラス基板に半導体装置を
作製する方法であって、前記ガラス基板上に、プラズマＣＶＤ法によって第一の
窒化珪素膜を形成し、前記第一の窒化珪素膜の上にプラズマＣＶＤ法によって
第一の酸化珪素膜を形成し、前記第一の酸化珪素膜上に、結晶化を助長する金属元素
によって第一の温度を超えない第三の温度で結晶化され
た結晶性珪素膜を形成し、前記結晶性珪素膜上にゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、前記結晶性珪素膜、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電
極を覆うように、第二の酸化珪素膜を形成し、前記第二の酸化珪素膜上に第二の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４】ガラス基板を歪み点以上の第一の温度で
加熱し、前記加熱したガラス基板を、前記歪み点以下の第二の温
度まで２℃／分以下の速度で徐冷し、前記徐冷したガラス基板の上に、プラズマＣＶＤ法によ
って第一の窒化珪素膜を形成し、前記第一の窒化珪素膜の上にプラズマＣＶＤ法によって
第一の酸化珪素膜を形成し、前記第一の酸化珪素膜上に、結晶化を助長する金属元素
によって第一の温度を超えない第三の温度で結晶化され
た結晶性珪素膜を形成し、前記結晶性珪素膜上にゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、前記結晶性珪素膜、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電
極を覆うように、第二の酸化珪素膜を形成し、前記第二の酸化珪素膜上に第二の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５】請求項１乃至請求項４のいずれか一にお
いて、前記第一の温度は、６００〜６６０℃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、前記第二の酸化珪素膜上には、ソース電極を有す
ることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】請求項１乃至請求項６のいずれか一にお
いて、前記第二の窒化珪素膜上には、インディウム錫酸
化物から成る画素電極を有することを特徴とする半導体
装置の作製方法。
【請求項８】請求項１乃至請求項７のいずれか一にお
いて、前記第一の温度から前記第二の温度までの徐冷
は、０．５℃／分以下の速度で行われることを特徴とす
る半導体装置の作製方法。
【請求項９】請求項１乃至請求項７のいずれか一にお
いて、前記第一の温度から前記第二の温度までの徐冷
は、０．３℃／分以下の速度で行われることを特徴とす
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、前記ガラス基板を前記歪み点以上の温度で加熱
すること及び前記ガラス基板を前記歪み点以下の温度ま
で冷却することは、酸化性もしくは窒化性の雰囲気で行
われ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、前記結晶化を助長する金属元素は、 Fe 、 Co 、
Ni 、 Ru 、 Rh 、 Pd 、 Os 、 Ir 、 Pt 、 Sc 、 Ti 、 V 、 Cr 、 Mn 、 C
u 、 Zn 、 Au 、 Ag のいずれかであることを特徴とする半導
体装置の作製方法。
【請求項１２】請求項１乃至請求項１１のいずれか一
に記載の作製方法を用いて形成されたことを特徴とする
半導体装置。