JP2000058839A

JP2000058839A - 半導体素子からなる半導体回路を備えた半導体装置およびその作製方法

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Publication number: JP2000058839A
Application number: JP10221986A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Hiroki Adachi; 広樹安達; Hideaki Kuwabara; 秀明桑原
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1998-08-05
Filing date: 1998-08-05
Publication date: 2000-02-25
Also published as: US6919235B1

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、活性層、特にチャネル形成領域を
構成する領域とゲート絶縁膜との界面を良好なものとす
ることにより、ＴＦＴの特性を向上させるとともに均一
な特性を有する半導体素子からなる半導体回路を備えた
半導体装置およびその作製方法を提供するものである。【解決手段】上記目的を解決するため、本発明は基板
または下地膜上に結晶化を助長する触媒元素を添加し、
初期半導体膜と第１のゲート絶縁膜を連続的に形成し、
次いで第１のゲート絶縁膜を介して赤外光または紫外光
（レーザー光）の照射による初期半導体膜の結晶化を行
った後、パターニングを行ない所望の形状を有する活性
層および第１のゲート絶縁膜を得た後、第２のゲート絶
縁膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、絶縁ゲート型トラ
ンジスタ等の半導体素子からなる半導体回路を備えた半
導体装置の構造およびその作製方法に関する。特に、バ
ルブ金属膜で形成された配線を有する半導体素子からな
る半導体回路を備えた半導体装置の構造およびその作製
方法に関する。本発明の半導体装置は、薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）やＭＯＳトランジスタ等の素子だけでな
く、これら絶縁ゲート型トランジスタで構成された半導
体回路を有する表示装置やイメージセンサ等の電気光学
装置をも含むものである。加えて、本発明の半導体装置
は、これらの表示装置および電気光学装置を搭載した電
子機器をも含むものである。

【０００２】

【従来の技術】絶縁性を有する基板上に形成された薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ）により画素マトリクス回路およ
び駆動回路を構成したアクティブマトリクス型液晶ディ
スプレイが注目を浴びている。液晶ディスプレイは０．
５〜２０インチ程度のものまで表示ディスプレイとして
利用されている。

【０００３】現在、高精細な表示が可能な液晶ディスプ
レイを実現するために、ポリシリコンで代表される結晶
性半導体膜を活性層とするＴＦＴが注目されている。結
晶性半導体膜を活性層とするＴＦＴは、非晶質半導体膜
を活性層とするＴＦＴと比較して動作速度や駆動能力が
高い一方、個々のＴＦＴの電気特性のバラツキが大きい
という問題があった。

【０００４】また、液晶ディスプレイ開発の１つの方向
に大面積化があるが、大面積化すると画素表示部となる
画素マトリクス回路も大面積化し、これに伴ってマトリ
クス状に配列されたソース配線およびゲート配線が長く
なるため、配線抵抗が増大している。さらに高精細化が
要求されるため、配線を細くする必要があり、配線抵抗
の増大がより顕在化されている。また、ソース配線およ
びゲート配線には画素毎にＴＦＴが接続され、画素数が
増大するため寄生容量の増大も問題となる。液晶ディス
プレイでは、一般にゲート配線とゲート電極は一体的に
形成されており、パネルの大面積化に伴ってゲート信号
の遅延が顕在化されている。

【０００５】従って、ゲート電極配線材料の抵抗率が低
ければ低いほどゲート配線を細く、且つ長くすることが
可能になり、これにより大面積化が図れる。従来、ゲー
ト電極配線材料としてＡｌ、Ｔａ、Ｔｉ等が用いられて
いるが、中でもＡｌが最も抵抗率が低く、陽極酸化可能
な金属であるため多用されている。しかしながら、Ａｌ
は陽極酸化膜の形成により、耐熱性を向上させることが
できるものの、３００℃〜４００℃のプロセス温度であ
っても、ウィスカーやヒロックの発生、配線の変形、絶
縁膜や活性層への拡散が生じ、ＴＦＴの動作不良、ＴＦ
Ｔ特性の低下の主な原因となっていた。

【０００６】また、陽極酸化処理を行うためには、陽極
酸化する電極及び配線を電圧供給配線に接続することが
必要であり、陽極酸化処理後は、電圧供給線や、この電
圧供給線との不要な接続部をエッチングにより除去する
必要もある。即ち、陽極酸化処理を用いて薄膜トランジ
スタを作製するには、電圧供給線を形成するスペース
と、エッチングマージンが必要とされ、回路の集積化の
障害となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】現在、ＴＦＴには高移
動度が求められており、ＴＦＴの活性層としては、非晶
質半導体膜よりも移動度の高い結晶性半導体膜を用いる
ことが有力視されている。従来のＴＦＴは、以下に概略
説明するように作製される。

【０００８】まず、絶縁基板上にアモルファスシリコン
膜を成膜し、このアモルファスシリコン膜（非晶質珪素
膜）を加熱、またはレーザー光の照射等の結晶化処理を
施してポリシリコン膜（多結晶珪素膜）を形成する。次
いで、このポリシリコン膜を所望の形状にパターニング
した後、その上にゲート絶縁膜とゲート電極形成材料層
を堆積し、これらをパターニングしてゲート電極を形成
する。次いで、導電性を付与する不純物をポリシリコン
膜に選択的に導入してソース領域、ドレイン領域となる
不純物領域を形成する。続いて、層間絶縁膜を堆積し、
ソース領域、ドレイン領域上を露出させるコンタクトホ
ールを形成した後、金属膜を形成し、これをパターニン
グして、ソース領域、ドレイン領域と接触する金属配線
を形成する。こうして、ＴＦＴの作製工程を完了する。

【０００９】このように従来では、非晶質を有する半導
体膜の成膜後、幾つかの工程（例えば、結晶化工程、パ
ターニング工程）を施した後、ゲート絶縁膜を形成して
いる。

【００１０】そのため、ゲート絶縁膜の形成前に活性層
となる結晶性半導体膜の表面が大気中の不純物（酸素、
水分等）、またはゲート絶縁膜の形成前の工程で生じる
不純物により汚染または酸化されてしまっていた。この
汚染または酸化された表面を有する結晶性半導体膜上に
ゲート絶縁膜を形成すると、活性層、特にチャネル形成
領域とゲート絶縁膜との界面特性が低下し、ＴＦＴの電
気的特性のバラツキや低下を引き起こす原因となってい
た。

【００１１】本発明は、活性層、特にチャネル形成領域
を構成する領域とゲート絶縁膜との界面を良好なものと
することにより、ＴＦＴの特性を向上させるとともに均
一な特性を有する半導体素子からなる半導体回路を備え
た半導体装置およびその作製方法を提供するものであ
る。

【００１２】また、本発明では、陽極酸化用の電圧供給
配線を形成せずに、ゲート配線を陽極酸化することを可
能にする。さらに、加熱が原因となる配線からのアルミ
ニウム原子の拡散や、配線の変形を防止して、半導体素
子を歩留りよく作製することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するた
め、本発明は、絶縁表面上に下地膜を成膜し、この下地
膜表面に触媒元素を添加した後、初期半導体膜と第１の
ゲート絶縁膜を連続的に形成し、次いで第１のゲート絶
縁膜を介して赤外光または紫外光（レーザー光）の照射
による結晶化を行った後、パターニングを行い所望の形
状を有する活性層及び第１のゲート絶縁層を得た後、第
２のゲート絶縁膜を形成することを一つの特徴としてい
る。さらにレーザー光の照射も大気にさらすことなく連
続的に行うことが好ましい。

【００１４】また、本明細書中で膜を連続的に形成する
とは、高真空を維持したまま、大気にさらすことなく順
次、膜を形成することを指しており、例えば、大気にさ
らすことなくチャンバー間を移動させて連続的に膜の形
成を行う、または同一チャンバー内で大気にさらすこと
なく反応ガスを変更させて連続的に膜の形成を行うこと
を指している。

【００１５】また、本発明は、ゲート電極を多層構造と
し、上層の配線層を低抵抗な材料、好ましくはアルミニ
ウムまたはアルミニウムを主成分とする材料で形成し、
下層の配線層を上層の配線層材料よりも融点が高いバル
ブ金属、好ましくはアルミニウムを主成分とする材料と
同じ電解溶液で陽極酸化可能なタンタルまたはタンタル
を主成分とする材料（ＴａＮ等）で構成することを一つ
の特徴としている。

【００１６】本明細書で開示する本発明の第１の構成
は、絶縁性を有する表面上に結晶性半導体膜からなる活
性層と、前記活性層の上面に接する第１の絶縁膜と、前
記活性層の側面に接し、且つ前記第１の絶縁膜の上面及
び側面に接する第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上に
接する多層構造を有するゲート配線とを有することを特
徴とする半導体素子からなる半導体回路を備えた半導体
装置である。

【００１７】また、本発明の他の構成（第２の構成）
は、絶縁性を有する表面上に結晶性半導体膜からなる活
性層と、前記活性層の上面に接する第１の絶縁膜と、前
記活性層の側面に接し、且つ前記第１の絶縁膜の上面及
び側面に接する第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上に
接する多層構造を有するゲート配線とを有し、前記第２
の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜と比較して膜厚が厚いこ
とを特徴とする半導体素子からなる半導体回路を備えた
半導体装置である。

【００１８】また、上記各構成において、前記結晶性半
導体膜は、初期半導体膜に結晶化を助長する触媒元素を
添加する工程と、前記第１の絶縁膜を介して赤外光また
は紫外光を照射することにより前記初期半導体膜を溶融
させることなく結晶化する工程とを少なくとも経て形成
された結晶性半導体膜であることを特徴としている。

【００１９】加えて、上記各構成において、前記触媒元
素は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｇｅから
選ばれた少なくとも１つの元素であることを特徴として
いる。

【００２０】また、上記初期半導体膜は、非晶質を有す
る半導体膜、または微結晶を有する半導体膜であること
を特徴としている。

【００２１】また、上記各構成において、前記第１の絶
縁膜と前記活性層との界面における不純物濃度は、第１
の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面における不純物濃度よ
りも低いことを特徴としている。

【００２２】また、上記各構成において、前記多層構造
を有するゲート配線は、アルミニウム、タンタル、モリ
ブデン、チタン、クロム、シリコンから選ばれた一種の
元素を主成分とする層を少なくとも一層含むことを特徴
としている。

【００２３】また、上記各構成において、前記ゲート配
線は第１の導電膜上に、第２の導電膜が積層された多層
構造を有しており、前記第１の導電膜は、タンタルまた
はタンタルを主成分とする材料からなり、前記第２の導
電膜は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とす
る材料からなることを特徴としている。

【００２４】また、上記各構成において、前記第１の絶
縁膜の膜厚は、１〜５０ｎｍである。また、前記第２の
絶縁膜の膜厚は、１００〜２００ｎｍである。

【００２５】また、上記各構成において、前記活性層
は、ソース領域と、ドレイン領域と、前記ソース領域と
前記ドレイン領域の間に形成されたチャネル形成領域と
を有している。

【００２６】また、上記各構成において、前記ソース領
域およびドレイン領域の少なくとも一部は、シリサイド
であることを特徴としている。

【００２７】また、上記各構成において、前記ソース領
域およびドレイン領域には、Ｎ型の導電型を付与する不
純物が添加されている。

【００２８】また、上記各構成において、前記ソース領
域およびドレイン領域には、Ｎ型の導電型を付与する不
純物およびＰ型の導電型を付与する不純物が添加されて
いることを特徴としている。

【００２９】さらに、上記各構成において、前記チャネ
ル形成領域は、結晶化を助長する触媒元素を含有し、前
記触媒元素の濃度は、チャネル形成領域よりもソース領
域およびドレイン領域のほうが高いことを特徴としてい
る。

【００３０】また、本発明で開示する本発明の作製方法
の第１の構成は、絶縁表面を有する下地膜の少なくとも
一部に結晶化を助長する触媒元素を接する工程と、前記
下地膜上に初期半導体膜と第１の絶縁膜とを連続的に形
成する工程と、前記第１の絶縁膜を介して赤外光または
紫外光を照射することにより前記初期半導体膜を結晶化
して結晶性半導体膜を得る工程と、前記結晶性半導体膜
及び前記第１の絶縁膜をパターニングして、前記初期半
導体膜の端面と前記第１の絶縁膜の端面を一致させる工
程と、前記活性層及び第１の絶縁膜を覆って第２の絶縁
膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に多層構造を有する
ゲート配線を形成する工程と、を有する半導体素子から
なる半導体回路を備えた半導体装置の作製方法である。

【００３１】また、本発明で開示する本発明の作製方法
の第２の構成は、絶縁表面を有する下地膜の少なくとも
一部に結晶化を助長する触媒元素を接する工程と、前記
下地膜上に初期半導体膜と第１の絶縁膜とを連続的に形
成する工程と、前記第１の絶縁膜を介して赤外光または
紫外光を照射することにより前記初期半導体膜を結晶化
して結晶性半導体膜を得る工程と、前記結晶性半導体膜
及び前記第１の絶縁膜をパターニングして、前記初期半
導体膜の端面と前記第１の絶縁膜の端面を一致させる工
程と、前記活性層及び第１の絶縁膜を覆って第２の絶縁
膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に多層構造を有する
ゲート配線を形成する工程と、ソース領域またはドレイ
ン領域となるべき領域にリン元素のドーピングを行う工
程と、加熱処理を施し、前記触媒元素をゲッタリングさ
せる工程と、を有する半導体素子からなる半導体回路を
備えた半導体装置の作製方法である。

【００３２】上記作製方法の各構成において、多層構造
を有するゲート配線を形成する工程は、絶縁膜上に第１
の金属膜を形成する工程と、前記第１の金属膜上に接し
て第２の金属膜を形成する工程と、前記第２の金属膜を
パターニングして、前記第１の金属膜上に前記第２の配
線層を形成する工程と、前記第１の金属膜に電圧を印加
することによって、前記第２の配線層を陽極酸化すると
ともに、前記第１の金属膜を陽極酸化する工程と、前記
第１の金属膜の陽極酸化膜を選択的に除去して、第１の
配線層を形成する工程とを有している。

【００３３】上記作製方法の各構成において、第１の絶
縁膜及び第２の絶縁膜を介して、導電型を付与する不純
物イオンを前記結晶性半導体膜に添加する工程を有する
ことを特徴としている。

【００３４】上記作製方法の各構成において、結晶性半
導体膜を得る工程は、前記初期半導体膜を溶融させるこ
となく前記初期半導体膜を結晶化させることを特徴とし
ている。

【００３５】

【発明の実施の形態】本発明の半導体装置およびその作
製方法の実施形態を示す簡略断面図である図１〜図５を
用いて簡略に説明する。

【００３６】まず、絶縁表面を有する基板１００を用意
する。基板１００としては、ガラス基板、石英基板、結
晶性ガラス、プラスチック基板等の絶縁性基板、または
下地膜を有する半導体基板（シリコン基板等）、金属基
板（ステンレス基板等）等を用いることができる。

【００３７】次に、絶縁表面を有する基板１００上に下
地膜１０を形成する。下地膜１０としては、酸化珪素
膜、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜（ＳｉＯ_XＮ_y）、ま
たはこれらの積層膜等を用いることができる。下地膜の
形成方法は、公知の技術、例えば減圧ＣＶＤ法、熱ＣＶ
Ｄ法、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法等を用いることが
できる。

【００３８】次いで、基板上または下地膜上に半導体材
料の結晶化を助長する触媒元素を全面または選択的に添
加する。触媒元素を添加する方法としては、スパッタ
法、ＣＶＤ法、プラズマ処理法、吸着法、イオン注入
法、または触媒元素を含有した溶液を塗布する方法を使
用することができる。（図１（Ａ））結晶化を助長する
触媒元素としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐ
ｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種ま
たは複数種類のものを用いることができる。また、格子
置換型（または溶融型）の触媒元素であるＧｅ、Ｐｂを
用いることもできる。この技術を用いることにより、低
温プロセスで結晶性半導体膜を作製することが可能とな
った。ここでは、触媒元素としてニッケル（Ｎｉ）を用
いた例を示して具体的に説明する。

【００３９】続いて、初期半導体膜１０１と第１のゲー
ト絶縁膜１０２ａを連続的に形成する。（図１（Ｂ））

【００４０】なお、本明細書で初期半導体膜とは、半導
体膜を総称しており、代表的には、非晶質を有する半導
体膜、例えば非晶質半導体膜（非晶質珪素等）、微結晶
を有する非晶質半導体膜、微結晶半導体膜を指し、これ
ら半導体膜は、Ｓｉ膜、Ｇｅ膜、化合物半導体膜〔例え
ば、Ｓｉ_XＧｅ_1-X（０＜Ｘ＜１）で示される非晶質シ
リコンゲルマニウム膜等）からなる膜である。この初期
半導体膜の成膜方法は、公知の技術、例えば減圧ＣＶＤ
法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等を用いることがで
きる。

【００４１】第１のゲート絶縁膜１０２ａとしては、酸
化珪素膜、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜（ＳｉＯ
_XＮ_y）、またはこれらの積層膜等を１ｎｍ〜５０ｎｍ
の膜厚範囲で用いることができる。第１のゲート絶縁膜
の形成方法は、公知の技術、例えば減圧ＣＶＤ法、熱Ｃ
ＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法等を用いること
ができる。加えて、第１のゲート絶縁膜として、初期半
導体膜１０１をプラズマ酸化、熱酸化して得られる酸化
膜あるいはプラズマ窒化して得られる窒化膜を用いるこ
とも可能である。

【００４２】本発明においては、初期半導体膜を成膜
後、大気にさらすことなく連続的に第１のゲート絶縁膜
を形成することにより優れた界面特性を得ることができ
た。また、成膜時の温度を同一にすることで、各層間で
の応力を緩和することが好ましい。加えて、上記のよう
に連続的に形成する際、初期半導体膜の膜中における水
素濃度を低減させるために、成膜温度を４００〜５００
℃で成膜する工程、または、上記のように連続的に形成
した後、３５０〜５００℃の熱処理を加える工程とする
ことが好ましい。

【００４３】次に、第１のゲート絶縁膜１０２ａを透過
させて赤外光または紫外光の照射による結晶化（以下、
レーザー結晶化と呼ぶ）を行ない、非晶質半導体膜１０
１を結晶化させて結晶性半導体膜１０３を形成する。
（図１（Ｃ））また、大気開放することなく連続的にレ
ーザー結晶化を行うことが好ましい。

【００４４】本明細書で結晶性半導体膜とは、構造に秩
序性を有している半導体膜を総称しており、例えば単結
晶半導体膜、多結晶半導体膜（多結晶珪素膜等）、微結
晶半導体膜さらには、部分的に秩序性を有した構造を有
している半導体膜を指している。

【００４５】結晶化技術として紫外光を用いる場合はエ
キシマレーザー光または紫外光ランプから発生する強光
を用いればよく、赤外光を用いる場合は赤外線レーザー
光または赤外線ランプから発生する強光を用いればよ
い。ここでは、下地膜と非晶質を有する半導体膜との界
面から触媒元素（Ｎｉ）が拡散するに従って、結晶成長
が進行する。また、レーザー結晶化の条件によっては、
非晶質を有する半導体膜が溶融状態を経過して結晶化す
る場合や、非晶質を有する半導体膜が溶融せずに固相状
態、もしくは固相と液相の中間状態で結晶化する場合が
ある。なお、第１のゲート絶縁膜の膜厚、非晶質を有す
る半導体膜の膜厚、基板温度等を考慮して、レーザー結
晶化の条件（レーザー光の波長、照射強度、パルス幅、
繰り返し周波数、照射時間等）を適宜調節する。なお、
レーザー結晶化後、公知の方法を用いて水素化処理を加
える工程としてもよい。

【００４６】次に、第１のゲート絶縁膜及び結晶性半導
体膜を所望の形状とするためパターニングを施して、第
１のゲート絶縁層１０２ｂと結晶性半導体膜からなる活
性層１０４を得る。（図１（Ｄ））

【００４７】次に、基板全面を覆って、第２のゲート絶
縁膜１０２ｃを形成する。（図１（Ｅ））第２のゲート
絶縁膜としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒化酸化珪
素膜（ＳｉＯ_XＮ_y）、またはこれらの積層膜等を１０
０ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚範囲で用いることができる。

【００４８】次いで、第１の導電膜１０５と第２の導電
膜１０６との積層膜を形成する。（図２（Ａ））第１の
導電膜１０５としては、バルブ金属を主成分とする材
料、例えば、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ハフ
ニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔ
ｉ）、クロム（Ｃｒ）等を主成分とする材料を１〜５０
ｎｍ（好ましくは５〜３０ｎｍ、さらに好ましくは５〜
２０ｎｍ）の膜厚範囲で用いることができる。ここで
は、第１の導電膜としてタンタル（Ｔａ）膜を用いた例
を示して具体的に説明する。なお、タンタルはシリコン
と仕事関数が近いため、ＴＦＴのしきい値のシフトが少
なく好ましい材料の一つである。加えて、タンタルは、
アルミニウムを主成分とする材料と同じ電解溶液で陽極
酸化できるため、本発明に好ましい。

【００４９】本明細書中でバルブ金属とは、アノード的
に生成したバリア型陽極酸化膜がカソード電流は流すが
アノード電流は通さない、即ち弁作用を示すような金属
を指す。（電気化学便覧第４版；電気化学協会編，Ｐ
３７０，丸善，１９８５）

【００５０】また、第２の導電膜１０６としては、主と
して電荷の通路となる第２の配線層を形成するため低抵
抗な導電材料、例えば、アルミニウムまたはアルミニウ
ムを主成分とする材料を２００〜５００ｎｍの膜厚範囲
で用いることができる。ここでは、第２の導電膜として
アルミニウム膜を用いた例を示して具体的に説明する。

【００５１】次に、レジストマスク１０８を形成して第
２の導電膜１０６をパターニングし、第２の導電膜から
なる第２の配線層１０７ａを形成する。（図２（Ｂ））
なお、この第２の配線層１０７ａは、ゲート配線の上層
を構成する。

【００５２】次に、レジストマスク１０８を残したまま
陽極酸化装置のプローブを第１の導電膜１０５に接触さ
せて、第１の陽極酸化を行う。（図２（Ｃ））この第１
の陽極酸化では、第２の配線層の側面にポーラス型の陽
極酸化物（多孔質アルミナ）１０９が形成される。

【００５３】次に、レジストマスク１０８を除去した
後、再び陽極酸化装置のプローブを第１の導電膜に接触
させて、第２の陽極酸化を行う。（図２（Ｄ））この第
１の陽極酸化では、第２の配線層１０７ｃの表面にバリ
ア型の陽極酸化物（無孔質アルミナ）が形成される。第
１の導電膜においては、露出している領域およびポーラ
ス型の陽極酸化物１０９が存在している領域が陽極酸化
されて、タンタルオキサイド（ＴａＯx ）１１１が形成
される。なお、陽極酸化されなかった第１の導電膜１１
２が第１の配線層を構成する。

【００５４】図４（Ａ）に図２（Ｄ）の点線で囲った部
分の拡大断面図を示す。第１の導電膜が露出し陽極酸化
された領域は、タンタルオキサイド１１１ａ、１１１ｃ
が積層されている。また、ポーラス型の陽極酸化物１０
９と接している領域は、タンタル層１１２、タンタルオ
キサイド１１１ａ、１１１ｂが積層されている。１１１
ｃはポーラス型の陽極酸化物１０９と同一工程で酸化さ
れた領域である。１１１ａ、１１１ｂで示される領域は
バリア型の陽極酸化物１１０と同一工程で酸化された領
域である。なお、１１１ａで示される領域は陽極酸化物
１０９の下部に５〜２０ｎｍ程度進入している。また、
１１１ｂで示される領域はＡｌを含有したタンタルオキ
サイドもしくはＴａとＡｌとの合金の酸化物となってい
る。また、１１１ｃで示される領域は１１１ａで示され
る領域よりも膜質が緻密でない。

【００５５】次に、ポーラス型の陽極酸化膜をマスクと
してタンタルオキサイドを除去する。（図２（Ｅ））こ
の際、エッチング条件によっては、第２のゲート絶縁膜
の表面が多少エッチングされるが、簡略化のため図示し
ない。また、同様にエッチング条件によっては、陽極酸
化物１０９の下部に回り込んで多少エッチングされる
が、簡略化のため図示しない。

【００５６】次に、活性層１０４の表面をゲート絶縁膜
１０２ｂ、１０２ｃで覆ったままの状態で、導電性を付
与する不純物イオンを活性層に添加して、ソース領域ま
たはドレイン領域となるＰ型またはＮ型の不純物領域１
１３、１１４を形成する。（図３（Ａ））イオンの添加
は、イオン注入法、プラズマドーピング法、レーザード
ーピング法等の公知の手段を用いればよい。この工程で
は、第１及び第２のゲート絶縁膜を通り抜けて不純物イ
オンが活性層に添加されるようにドーピング条件、ドー
ズ量、加速電圧等を調節する。ここでは、Ｐ型の導電性
を付与する不純物としてボロン、Ｎ型の導電性を付与す
る不純物としてリンを用いた例を示して具体的に説明す
る。

【００５７】図４（Ｂ）に図３（Ａ）の点線で囲った部
分の拡大断面図を示す。この構造のままでは、ＴＦＴを
オン状態とした時に、陽極酸化物１０９、１１１の下方
に存在しているＴａ層１１２の端部に電圧が集中して印
加されるため、ＴＦＴが劣化、破壊しやすい。従って、
陽極酸化物１０９、１１１の下方に存在しているＴａ層
１１２を選択的に除去または酸化することが望ましい。

【００５８】そこで本発明では、活性層の表面をゲート
絶縁膜１０２ｂ、１０２ｃで覆ったままの状態で、ポー
ラス型の陽極酸化物１０９を除去した後、さらに、ＣＨ
Ｆ₃を用いたドライエッチングにより１０９で示される
領域の下方に存在していたタンタルオキサイドおよびタ
ンタル膜を除去する。（図３（Ｂ））本発明の構成で
は、第２のゲート絶縁膜がエッチングストッパーとして
機能し、活性層を保護するため、複数のエッチング処理
を行うことを可能とした。この際、エッチング条件によ
っては、第２のゲート絶縁膜の表面が多少エッチングさ
れるが、簡略化のため図示しない。また、エッチング条
件によっては、陽極酸化物１１０の下部の１１１または
１１２で示される領域に回り込んで多少エッチングされ
るが、簡略化のため図示しない。

【００５９】次に、再度、導電性を付与する不純物イオ
ンを活性層に添加して、Ｐ型またはＮ型の低濃度不純物
領域１１７、１１８を形成する。（図３（Ｃ））イオン
の添加は、イオン注入法、プラズマドーピング法、レー
ザードーピング法等の公知の手段を用いればよい。ま
た、１１６で示される第１の配線層がマスクとして機能
し、ゲート配線の下部の領域はチャネル形成領域１１９
となる。

【００６０】次に、５００〜６５０℃、０．１〜１２時
間の加熱処理を施す。（図３（Ｄ））この加熱処理によ
って、ソース領域およびドレイン領域における不純物の
活性化効果、ドーピング工程で損傷した活性層の結晶構
造の回復効果、リンが添加されたソース領域及びドレイ
ン領域をゲッタリングシンクに利用してチャネル形成領
域内の触媒元素濃度を低減させる効果が得られる。ここ
で、ゲート配線直下のチャネル形成領域からソース領域
及びドレイン領域に向かって、ニッケルが図３（Ｄ）中
の矢印の方向に移動してゲッタリングされる。

【００６１】図４（Ｃ）に図３（Ｄ）の点線で囲った部
分の拡大断面図を示す。１１１ｄで示される陽極酸化物
は、１１１ａの一部である。図示されるように、活性層
の表面は、第１のゲート絶縁膜１０２ｂ、第２のゲート
絶縁膜１０２ｃで覆う構造とする。

【００６２】最後に、層間絶縁膜１２０を形成し、ソー
ス領域、ドレイン領域上を露出させるコンタクトホール
を形成した後、金属膜を形成し、これをパターニングし
て、ソース領域、ドレイン領域と接触する金属配線１２
１、１２２を形成する。（図３（Ｅ））こうして、本発
明の実施の形態におけるＴＦＴの作製を完了する。

【００６３】なお、図５に図３（Ｅ）における断面図を
示す。図３（Ｅ）は、図５（Ｂ）と同一であり、図５
（Ｂ）におけるＺ−Ｚ’面での断面構造図は図５（Ａ）
に相当する。なお、図５（Ａ）で示される平面形状は、
矩形状として簡略化した。また、図５（Ａ）におけるＸ
−Ｘ’面での断面構造図は図５（Ｂ）に相当し、図５
（Ａ）におけるＹ−Ｙ’面での断面構造図は図５（Ｃ）
に相当する。

【００６４】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明するが、特にこ
れらの実施例に限定されないことは勿論である。

【００６５】〔実施例１〕本願発明を利用した半導体素
子からなる半導体回路を備えた半導体装置について、図
１０を用いてその構造の一例を説明する。なお、本発明
にかかる半導体装置は、同一基板上に周辺駆動回路部と
画素マトリクス回路部とを備えている。本実施例では図
示を容易にするため、同一基板上に周辺駆動回路部の一
部を構成するＣＭＯＳ回路と、画素マトリクス回路部の
一部を構成する画素ＴＦＴ（Ｎチャネル型ＴＦＴ）とが
示されている。

【００６６】また、図１０は図６〜９の上面図に相当す
る図であり、図１０において、点線Ａ−Ａ’で切断した
部分が、図１０の画素マトリクス回路の断面構造に相当
し、点線Ｂ−Ｂ’で切断した部分が、図６〜９のＣＭＯ
Ｓ回路の断面構造に相当する。なお、図１１が、同一基
板上に周辺駆動回路部と画素マトリクス回路部とを備え
たアクティブマトリクス基板の概略斜視図である。アク
ティブマトリクス基板は、基板２００上に形成された、
画素マトリクス回路７０１、走査線駆動回路７０２、信
号線駆動回路７０３とを備え、走査線駆動回路７０２、
信号線駆動回路７０３はそれぞれ走査線６２１、信号線
６０３によって画素マトリクス回路７０１に接続されて
いる。走査線、信号線の交差部近傍には、各配線に接続
された画素ＴＦＴ７０４が形成され、画素ＴＦＴには画
素電極６１３、付加容量７０５が接続されている。

【００６７】図９において、いずれのＴＦＴ（薄膜トラ
ンジスタ）も基板２００上に設けられた下地膜２０１上
に形成されている。ＣＭＯＳ回路のＰチャネル型ＴＦＴ
の場合には、活性層としてＰ型の高濃度不純物領域（ソ
ース領域又はドレイン領域）８０１、８０２と、チャネ
ル形成領域８０３と、前記高濃度不純物領域と前記チャ
ネル形成領域の間に低濃度不純物領域８０４、８０５が
形成されている。そして前記チャネル形成領域上には、
第１のゲート絶縁膜２０３ｂと第２のゲート絶縁膜２０
３ｃの積層膜を介してゲート配線が形成されている。ゲ
ート配線は、第１の配線層２１２と第２の配線層２０７
ｂとの積層構造を有しており、第２の配線層はバリア型
の陽極酸化物２１０で保護されている。その上を覆う第
１の層間絶縁膜６０１にコンタクトホールを形成して高
濃度不純物領域に配線６０４、６０５が接続され、さら
にその上に第２の層間絶縁膜６０７が形成され、配線６
０５に引き出し配線６１０が接続されて、その上を覆っ
て第３の層間絶縁膜６１２が形成されている。

【００６８】一方、Ｎチャネル型のＴＦＴは、活性層と
してＮ型の高濃度不純物領域（ソース領域又はドレイン
領域）８０６、８０７と、チャネル形成領域８０９と、
前記高濃度不純物領域と前記チャネル形成領域の間に低
濃度不純物領域８０８、８１０が形成されている。高濃
度不純物領域には配線６０５、６０６が接続され、さら
に配線６０６には引き出し配線６１１が接続されてい
る。活性層以外の部分は、上記Ｐチャネル型ＴＦＴと同
一構造である。

【００６９】画素マトリクス回路に形成されたＮチャネ
ル型ＴＦＴについては、第１の層間絶縁膜を形成する部
分まで、ＣＭＯＳ回路のＮチャネル型ＴＦＴと同一構造
である。そして、高濃度不純物領域８１１には配線６０
３が接続される一方、高濃度不純物領域８１３には配線
６０２が接続され、その上に第２の層間絶縁膜を形成
し、ブラックマスク６０９を形成する。このブラックマ
スクは画素ＴＦＴを覆い、且つ配線６０２と付加容量を
形成している。さらに、その上に第３の層間絶縁膜６１
２を形成し、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる画素電極６
１３が接続される。なお、本実施例では、画素マトリク
ス回路の画素ＴＦＴのゲート電極をダブルゲート構造と
しているが、オフ電流のバラツキを低減するために、ト
リプルゲート構造等のマルチゲート構造としても構わな
い。また、開口率を向上させるためにシングルゲート構
造としてもよい。

【００７０】本発明の構造において、チャネル形成領域
と第１のゲート絶縁膜との界面における（炭素、窒素、
酸素、Ｎａ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ等）不純物濃度
は、第１のゲート絶縁膜と第２のゲート絶縁膜との界面
における不純物濃度と比較して低いことを特徴としてい
る。特に、各ＴＦＴのチャネル形成領域８０３、８０
９、８１４、８１５と第１のゲート絶縁膜２０３ｂとの
界面における炭素、窒素、酸素等の不純物の濃度を１×
１０¹⁹atoms/cm³以下、好ましくは１×１０¹⁶atoms/cm
³となるように不純物濃度を制御することができた。な
お、アルカリ金属不純物（Ｎａ等）および金属不純物
（Ｆｅ、Ｃｒ等）の濃度は１×１０¹⁵atoms/cm³以下に
制御することができた。また、結晶化の際に用いた触媒
元素（Ｎｉ）は、５×１０¹⁷atoms/cm³以下とすること
ができた。ここでの不純物の濃度はＳＩＭＳデータの最
低値で定義する。

【００７１】以下に、図６〜９を参照して、本発明の半
導体装置の作製方法の一例を詳細に説明する。

【００７２】まず、絶縁表面を有する基板２００を用意
する。本実施例においては基板２００としてガラス基板
（コーニング１７３７；歪点６６７℃）を用いた。その
基板表面に下地膜２０１として酸化珪素膜を２００ｎｍ
の膜厚で形成した。次に、スピナーを用いてＮｉ酢酸溶
液を塗布し、更に乾燥させてＮｉ層２１を形成した。
（図６（Ａ））ただし、Ｎｉ層は完全な層を成している
ものではない。Ｎｉ酢酸溶液のＮｉ濃度は重量換算で１
〜１０００ｐｐｍとする。本実施例では１００ｐｐｍと
した。この状態で下地膜の表面にＮｉが保持される。本
実施例では、溶液を用いた塗布法を用いたが、イオン注
入、スパッタ法を用いて下地膜の表面にＮｉを保持させ
ることができる。

【００７３】次に、非晶質珪素膜２０２と第１のゲート
絶縁膜２０３ａを連続的に形成した。（図６（Ｂ））本
実施例では、非晶質珪素膜の形成専用のチャンバーと、
第１のゲート絶縁膜の形成専用のチャンバーとを用意
し、高真空を保ったまま、各チャンバーを移動すること
により連続的に形成した。本実施例では、減圧熱ＣＶＤ
法により成膜ガスとしてジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）を用い
て膜厚５０ｎｍの非晶質珪素膜を形成し、減圧熱ＣＶＤ
法により膜厚２０ｎｍの酸化膜からなる第１のゲート絶
縁膜を形成した。なお、非晶質珪素膜２０２の膜中にお
ける炭素、窒素、酸素等の不純物の濃度を５×１０¹⁸at
oms/cm³以下となるように不純物濃度を制御する。

【００７４】続いて、第１のゲート絶縁膜２０３ａを上
面に有したまま、非晶質珪素膜２０２を紫外光または赤
外光の照射により結晶化（レーザー結晶化）して結晶性
珪素膜２０４を得た。（図６（Ｃ））さらに、連続的に
大気にさらすことなくレーザー結晶化を行ってもよい。
本実施例では、ＸｅＣｌレーザー光（λ＝３０８ｎｍ）
を用いた。本実施例では、非晶質を有する半導体膜が溶
融しない結晶化条件でパルスレーザー光を照射して、触
媒元素から結晶成長させることにより結晶性半導体膜を
得た。この結晶化工程では、まず、ニッケルシリサイド
を核とした核生成が起こり、次第に核が成長して膜全体
が結晶化する。

【００７５】次に、図６（Ｄ）に示すように結晶性珪素
膜と第１のゲート絶縁膜をドライエッチング法を用いて
パターニングを施し、活性層２０５、第１のゲート絶縁
層２０３ｂを形成した。

【００７６】次に、膜厚１００ｎｍの第２のゲート絶縁
膜２０３ｃを基板全面を覆って形成した後、第１の導電
膜としてＴａ膜２０６を２０ｎｍ、第２の導電膜として
２ｗｔ％のスカンジウムを含有した厚さ４０ｎｍのＡｌ
膜との積層膜を形成する。そして、レジストマスク２０
８を形成してＡｌ膜をパターニングし、第２の配線層２
０７ａを形成した。（図７（Ａ））

【００７７】次に、レジストマスク２０８を残したま
ま、陽極酸化装置のプローブをＴａ膜に接触させて、第
１の陽極酸化を行った。陽極酸化条件は、電解溶液に３
％のシュウ酸水溶液（温度１０℃）を用い、到達電圧８
Ｖ、電圧印加時間４０分、供給電流２０ｍＡ／１基板と
した。この工程によりポーラス型の陽極酸化物２０９が
形成された。次いで、レジストマスク２０８を除去した
後、再度、陽極酸化装置のプローブをＴａ膜に接触させ
て、第２の陽極酸化を行った。陽極酸化条件は、電解溶
液に３％の酒石酸を含むエチレングリコール溶液を用
い、電解溶液温度１０℃、到達電圧８０Ｖ、電圧印加時
間３０分、供給電圧３０ｍＡ／１基板とした。この工程
により、バリア型の陽極酸化物２１０、タンタルオキサ
イド２１１が形成された。（図７（Ｂ））実際には、タ
ンタルオキサイドに変成した領域の膜厚は増加するが、
簡略化のため図示しない。

【００７８】次に、タンタルオキサイドを酸素系のエッ
チャントガス、例えばＣＦ₄Ｏを用いてエッチングによ
り除去した後、イオン注入法によりＮ型の導電性を付与
する不純物イオンであるリンをゲート絶縁膜２０３ｂ、
２０３ｃを通過させて活性層に添加し、次にＮチャネル
型ＴＦＴをレジスト膜で覆って、イオン注入法によりＰ
型の導電性を付与する不純物イオンであるボロンを同様
にして活性層（２１７、２１８）で示される領域に添加
した。（図７（Ｃ））ボロンのドーズ量は、Ｐ型の不純
物領域２１７、２１８のボロンイオンの濃度がＮ型の不
純物領域２１３〜２１５、２２０、２２１に添加される
リンイオンの濃度の１．３〜２倍程度になるようにす
る。なお、本実施例におけるリンイオンまたはボロンイ
オンの添加方法は、公知の方法、例えばイオン注入法、
プラズマドーピング法、リンイオンまたはボロンイオン
を含む溶液を塗布後、加熱する方法、リンイオンまたは
ボロンイオンを含む膜を形成後加熱する方法等を用いて
行う。また、上記工程において、タンタルオキサイドを
エッチングして除去する際、第２のゲート絶縁膜がエッ
チングストッパーとしての役割を果たす。

【００７９】次に、ポーラス型の陽極酸化物２０９を公
知の方法によりエッチングして除去する。（図８
（Ａ））さらにフッ素系のエッチャントガス（例えばＣ
ＨＦ₃）を用いたエッチング処理を施して陽極酸化物２
０９の下方に存在していた２１２で示される箇所を除去
した後、上記不純物添加工程と同様にゲート絶縁膜を通
過させて、図７（Ｃ）で示される工程における不純物濃
度よりも低濃度の不純物の添加を行い、Ｎ型の導電性を
有する低濃度不純物領域３０６〜３０９、４０４、４０
５及びＰ型の導電性を有する低濃度不純物領域５０４、
５０５を形成した。（図８（Ｂ））上記工程においても
エッチングする際、第２のゲート絶縁膜がエッチングス
トッパーとしての役割を果たす。

【００８０】Ｎ型の高濃度不純物領域に、１×１０²⁰〜
８×１０²¹atoms ／ｃｍ³、Ｎ型の低濃度不純物領域の
リン濃度が、１×１０¹⁵〜１×１０¹⁷atoms ／ｃｍ³に
なるように調節する。また、リンイオン、ボロンイオン
が注入されなかった領域が後にキャリアの移動経路とな
る真性または実質的に真性なチャネル形成領域となる。

【００８１】なお、本明細書中で真性とは、シリコンの
フェルミレベルを変化させうる不純物を一切含まない領
域を指し、実質的に真性な領域とは、電子と正孔が完全
に釣り合って導電型を相殺させた領域、即ち、しきい値
制御が可能な濃度範囲（１×１０¹⁵〜１×１０¹⁷atoms
／ｃｍ³）でＮ型またはＰ型を付与する不純物を含む領
域、または意図的に逆導電型不純物を添加することによ
り導電型を相殺させた領域を示す。

【００８２】その後、不活性雰囲気またはドライ酸素雰
囲気中において４５０℃以上、０．５〜１２時間、本実
施例では５５０℃、２時間の加熱処理をした。（図８
（Ｃ））

【００８３】上記加熱工程により、非晶質珪素膜の結晶
化のために意図的に添加したＮｉが図８（Ｃ）中の矢印
で模式的に示すように、チャネル形成領域からそれぞれ
のソース領域及びドレイン領域へ拡散する。これはこれ
らの領域がリン元素を高濃度に含むためであり、これら
ソース領域及びドレイン領域に到達したＮｉはそこで捕
獲（ゲッタリング）される。４００〜６００℃、０．５
〜４時間の加熱処理で、Ｎｉを十分ゲッタリングするこ
とができる。

【００８４】その結果、チャネル形成領域内のＮｉ濃度
を低減することができる。チャネル形成領域３０４、３
０５、４０３、５０３中のＮｉ濃度はＳＩＭＳの検出下
限である５×１０¹⁷atoms ／ｃｍ³以下にすることがで
きる。他方、ゲッタリングシンクに用いたソース領域及
びドレイン領域中のＮｉ濃度はチャネル形成領域よりも
高くなる。（図５（Ｃ））

【００８５】次に、基板全面に第１の層間絶縁膜を酸化
珪素膜でもって形成する。ここでは、ＣＶＤ法でもって
膜厚１μｍの第１の層間絶縁膜６０１を形成する。ま
た、他の層間絶縁膜の材料としては、窒化珪素膜、酸化
窒化珪素膜、透明性有機樹脂膜、例えばアクリル樹脂、
ポリイミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）を用いるこ
とができる。

【００８６】そして、コンタクトホールの形成を行い、
シリサイド化するための金属膜を選択的に設け、加熱処
理を施し、８１１〜８１３、８０２、８０１、８０６、
８０７で示された領域をシリサイド化させた後、金属膜
だけを除去した。この工程を加えることによりの低抵抗
化を図り、数ＧＨｚレベルの動作周波数を実現すること
が可能となる。シリサイド化するための金属膜として
は、コバルト、チタン、タンタル、タングステン、モリ
ブデン等を主成分とする材料からなる膜を用いることが
可能である。次に、コンタクト電極を構成するための図
示しない金属膜を成膜する。ここでは、この金属膜とし
てチタン膜とアルミニウム膜とチタン膜との３層膜をス
パッタ法により成膜する。そしてこの金属膜をパターニ
ングすることにより６０２〜６０６で示される配線を形
成する。本実施例では、シリサイド化する工程を加えた
が、特になくともよい。

【００８７】次に第２の層間絶縁膜１２５として有機樹
脂膜を膜厚１μｍの厚さにスピンコート法でもって形成
する。そして、補助容量を形成するために、所定の箇所
６０８だけエッチングを施し薄くする。そして、Ｔｉか
らなる金属膜３００ｎｍを成膜した。そして、この金属
膜にパターニングを施してブラックマスク６０９と引出
し配線６１０、６１１を形成した。

【００８８】そして、第３の層間絶縁膜６１２をアクリ
ル樹脂でもって形成する。ここでは、スピンコート法で
もって膜厚１μｍの第３の層間絶縁膜６１２を形成す
る。樹脂膜を利用した場合には、図示されるようにその
表面を平坦にすることができる。

【００８９】次にコンタクトホールの形成を行い、画素
電極６１３を形成する。ここでは、まずＩＴＯ膜を１０
０ｎｍの厚さにスパッタ法でもって成膜し、これをパタ
ーニングすることにより、６１３で示される画素電極を
形成する。

【００９０】最後に３５０℃の水素雰囲気中において、
１時間の加熱処理を行い、半導体層中の欠陥を減少させ
る。こうして図９に示す状態を得る。

【００９１】本実施例に示したＴＦＴ構造は、トップゲ
ート型の一例であり、特に本実施例の構造に限定される
ものではない。なお、ボトムゲート型に適用することは
容易である。また、本実施例では透過型ＬＣＤを作製し
た例を示したが、半導体装置の一例を示したにすぎな
い。なお、ＩＴＯに代えて画素電極を反射性の高い金属
膜で構成し、画素電極のパターニングの変更を実施者が
適宜行うことによって反射型ＬＣＤを作製することは容
易にできる。また、反射型ＬＣＤを作製する場合、下地
膜として耐熱性金属膜上に絶縁膜を積層する構造または
窒化アルミニウム上に絶縁膜を積層する構造を用いる
と、絶縁膜下の金属膜が放熱層として働き有効である。
なお、上記工程順序を実施者が適宜変更することは可能
である。

【００９２】〔実施例２〕本実施例は、実施例１とは
異なる方法により結晶性珪素膜を得る例である。本実施
例では、連続的に初期半導体膜と第１のゲート絶縁膜を
形成する工程において、成膜温度を４００〜５００℃と
して第１のゲート絶縁膜を形成後、レーザー結晶化処理
により結晶性珪素膜を得る方法に関する。基本的な構成
は実施例１とほぼ同様であるので、相違点のみに着目し
て説明する。

【００９３】本実施例は、下地膜の表面に触媒元素を含
む溶液を塗布することによって触媒元素（Ｎｉ）を保持
させる。Ｎｉ酢酸溶液のＮｉ濃度は重量換算で５０〜５
００ｐｐｍ、好ましくは１００〜２００ｐｐｍとする。
本実施例では１００ｐｐｍとした。この状態で下地膜の
表面にＮｉが保持される。その後、初期半導体膜（ＲＦ
─ＰＣＶＤを用いた膜厚５０ｎｍの非晶質珪素膜）と第
１のゲート絶縁膜を連続的に成膜した。この際、各膜の
成膜温度を４００〜５００℃、本実施例では４５０℃と
して成膜温度を同一に制御した。このような成膜温度と
することで、下地膜の熱処理及び非晶質を有する半導体
膜中の水素濃度の低減処理（脱水素化）を成膜と同時に
行った。さらに、第１のゲート絶縁膜の成膜と同時に、
非晶質を有する半導体膜中で核成長させた。また、同じ
成膜温度にすることで、各積層膜間における応力の緩和
を図ることができた。

【００９４】その後、第１のゲート絶縁膜を介してレー
ザー光を照射すると、速やかに膜全体の結晶化が行わ
れ、結晶性珪素膜を得ることができた。また、レーザー
光の照射に代えて強光の照射、例えばＲＴＡ、ＲＴＰを
用いてもよい。本実施例では、波長３０８ｎｍのエキシ
マレーザー光を用いて結晶性珪素膜を得た。実施例１に
おいては、非晶質を有する半導体膜が溶融しない条件で
パルスレーザー光を照射して、結晶成長させることによ
り結晶性半導体膜を得た。

【００９５】以降の工程は同一であるため、省略する。
こうすることにより、ＴＦＴ特性が良好なＴＦＴを作製
することができた。

【００９６】〔実施例３〕本実施例は、実施例１とは
異なる方法により結晶性珪素膜を得る例である。本実施
例では、レーザービーム形状を長方形または正方形に成
形し、一度の照射で数ｃｍ²〜数百ｃｍ²の領域に均一
なレーザー結晶化処理により結晶性珪素膜を得る方法に
関する。基本的な構成は実施例１とほぼ同様であるの
で、相違点のみに着目して説明する。

【００９７】本実施例は、下地膜の成膜後、下地膜の表
面に触媒元素を含む溶液を塗布することによって触媒元
素（Ｎｉ）を保持させる。Ｎｉ酢酸溶液のＮｉ濃度は重
量換算で１〜１０００ｐｐｍとする。本実施例では１０
０ｐｐｍとした。この状態で下地膜の表面にＮｉが保持
される。次いで、連続的に非晶質珪素膜と第１のゲート
絶縁膜を形成する。その後、不活性または酸化性雰囲気
中においてエキシマレーザー光（波長２４８〜３０８ｎ
ｍ）を照射することによって結晶性珪素膜を得た。な
お、加熱処理と同時におこなってもよい。また、レーザ
ー光の照射に代えて強光の照射、例えばＲＴＡ、ＲＴＰ
を用いてもよい。

【００９８】本実施例では、波長２４８ｎｍのレーザー
ビーム形状を長方形または正方形に成形し、一度の照射
で数ｃｍ²〜数百ｃｍ²の領域に均一なレーザー装置
（ソプラ社製のＳＡＥＬＣ）を用いて、結晶性珪素膜を
得た。このレーザー装置は、シングルショットで大面積
をアニール処理することが可能であり、且つ大出力エネ
ルギーをもっているため、核成長及び膜全体の結晶化を
行うことができる。本実施例では、非晶質半導体膜が溶
融する条件でパルスレーザー光を照射して、触媒元素か
ら結晶成長させることにより結晶性半導体膜を得た。

【００９９】以降の工程は同一であるため、省略する。
こうすることにより、ＴＦＴ特性が良好なＴＦＴを作製
することができた。

【０１００】なお、本実施例を実施例２と組み合わせる
ことは可能である。

【０１０１】〔実施例４〕本実施例は、実施例１とは
異なる方法で、低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）を形成
する例を示す。本実施例では、陽極酸化物１０９を除去
後の工程において、加熱温度を４５０〜６５０℃、０．
５〜５時間として１０９の下部に存在していたＴａ膜を
全て熱酸化させる。基本的な構成は実施例１とほぼ同様
であるので、相違点のみに着目して説明する。

【０１０２】本実施例は、図３（Ｂ）に示す工程までは
同一であるため省略する。図３（Ｂ）で示した状態を得
た後、酸化性雰囲気で加熱温度を４５０℃、２時間とし
て１０９の下部に存在していたＴａ膜を全て熱酸化させ
てタンタルオキサイドに変質させた。こうすることによ
り、Ｔａ膜をタンタルオキサイドで保護する構成とし
た。

【０１０３】その後、タンタルオキサイドと、第１、第
２のゲート絶縁膜を介して、活性層に導電型を付与する
不純物を添加して低濃度不純物領域を形成した。なお、
本実施例では、２度の不純物イオンの添加を行ったが、
１度の不純物イオンの添加により同時に高濃度不純物領
域と低濃度不純物領域を形成すると、工程が短縮できる
ため好ましい。

【０１０４】以降の工程は同一であるため、省略する。
こうすることにより、ＴＦＴ特性が良好なＴＦＴを作製
することができた。

【０１０５】なお、本実施例を実施例２または３と組み
合わせることは可能である。

【０１０６】〔実施例５〕本実施例は、実施例１とは
異なる方法により第１のゲート絶縁膜を得る例である。
基本的な構成は実施例１とほぼ同様であるので、相違点
のみに着目して説明する。

【０１０７】本実施例では、下地膜上に触媒元素を含む
層を形成して、非晶質を有する半導体膜を得た後、大気
にさらさずに酸化させて、連続的に酸化膜からなる第１
のゲート絶縁膜を形成する例である。

【０１０８】本実施例では、下地膜上にニッケルを含む
溶液を塗布し、その上に非晶質珪素膜を成膜した直後
に、大気にさらさずにＨｅを添加した酸素ガスを用いて
プラズマ酸化して第１のゲート絶縁膜を連続的に形成し
た。なお、各工程において、成膜温度を４５０℃±２０
℃の範囲で行うことが好ましい。加えて、その上にＰＣ
ＶＤ法により絶縁膜を積層し、積層構造を有する第１の
ゲート絶縁膜を構成してもよい。非晶質珪素膜を酸化し
て第１のゲート絶縁膜を形成するために、極めて良好な
Ｓｉ−ＳｉＯ₂界面を得ることができる。

【０１０９】以降の工程は同一であるため、省略する。
こうすることにより、ＴＦＴ特性が良好なＴＦＴを作製
することができた。

【０１１０】なお、本実施例を実施例２〜４と組み合わ
せることは可能である。

【０１１１】〔実施例６〕本実施例は、実施例１とは
異なる方法により結晶性珪素膜および第１のゲート絶縁
膜を得る例である。本実施例では、基板上に触媒元素
（Ｎｉ）を含む層を形成し、その上に初期半導体膜とし
て微結晶半導体膜とを成膜し、連続的に第１のゲート絶
縁膜（Ｈｅを添加した酸素ガスを用いてプラズマ酸化）
を形成する。この工程において、形成温度を４００〜５
００℃として第１のゲート絶縁膜を形成後、レーザー結
晶化処理により結晶性珪素膜を得る方法に関する。基本
的な構成は実施例１とほぼ同様であるので、相違点のみ
に着目して説明する。

【０１１２】本実施例は、微結晶を含む非晶質を有する
珪素膜と、第１のゲート絶縁膜（ＨｅとＯ₂を用いてプ
ラズマ酸化した酸化珪素膜）とを連続的に形成した。な
お、プラズマ窒化して得られる酸化窒化珪素膜を第１の
ゲート絶縁膜として用いてもよい。

【０１１３】その後、第１のゲート絶縁膜を介してレー
ザー光を照射すると、膜中の微結晶から速やかに膜全体
の結晶化が行われ、結晶性珪素膜を得ることができた。
また、レーザー光の照射に代えて強光の照射、例えばＲ
ＴＡ、ＲＴＰを用いてもよい。本実施例では、波長３０
８ｎｍのエキシマレーザー光を用いて結晶性珪素膜を得
た。実施例１においては、非晶質を有する半導体膜が溶
融しない条件でパルスレーザー光を照射して、結晶成長
させることにより結晶性半導体膜を得た。

【０１１４】以降の工程は同一であるため、省略する。
こうすることにより、ＴＦＴ特性が良好なＴＦＴを作製
することができた。

【０１１５】なお、本実施例を実施例２〜５と組み合わ
せることは可能である。

【０１１６】〔実施例７〕本実施例は、実施例１とは
異なる方法により第１のゲート絶縁膜および第２のゲー
ト絶縁膜を得る例である。基本的な構成は実施例１とほ
ぼ同様であるので、相違点のみに着目して説明する。

【０１１７】本実施例では、触媒元素（Ｎｉ）を下地膜
上に添加した後、連続的に非晶質を有する半導体膜と、
第１のゲート絶縁膜（窒化珪素膜）を成膜する。そし
て、レーザー結晶化処理により結晶性珪素膜を得た後、
第２のゲート絶縁膜（酸化珪素膜）を成膜する。本実施
例においては、ＰＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ₄、ＮＨ₃、
Ｎ ₂を反応ガスとして成膜した窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）
からなる第１のゲート絶縁膜を形成し、レーザー照射
後、ＰＣＶＤ法を用い、ＴＥＯＳと酸素を反応ガスとし
て成膜した第２のゲート絶縁膜を形成した。なお、酸化
窒化珪素膜（ＳｉＯｘＮ_y）を形成してもよい。なお、
さらに３層以上の積層からなるゲート絶縁膜としてもよ
い。

【０１１８】第２のゲート絶縁膜の成膜後、高速駆動を
優先する回路の領域においては、第２のゲート絶縁膜を
選択的に除去し、第１のゲート絶縁膜のみとした。この
時、第１のゲート絶縁膜と第２のゲート絶縁膜とのエッ
チング比が異なるため、第１のゲート絶縁膜をエッチン
グストッパーとして、容易に選択的に第２のゲート絶縁
膜のみ除去することができる。なお、高耐圧を優先する
回路の領域においては、第１のゲート絶縁膜と第２のゲ
ート絶縁膜が積層されている。

【０１１９】このように異なる膜質の積層からなるゲー
ト絶縁膜を構成とすることで、結晶性珪素膜と第１のゲ
ート絶縁膜との界面特性を良好なものとするとともに選
択的にＴＦＴのゲート絶縁膜の電気耐圧を向上させるこ
とができる。

【０１２０】以降の工程は概略同一であるため、省略す
る。こうすることにより、ゲート絶縁膜の膜厚が異なる
ＴＦＴを同一基板上に作製することができた。

【０１２１】なお、本実施例を実施例２〜６と組み合わ
せることは可能である。

【０１２２】〔実施例８〕実施例１〜７に示したアク
ティブマトリクス基板を、公知の技術により液晶を介し
て対向基板と貼り合わせて作製されたＡＭＬＣＤは、様
々な電子機器のディスプレイとして利用される。なお、
本実施例に挙げる電子機器とは、半導体回路を搭載した
半導体装置と定義する。

【０１２３】その様な電子機器としては、ビデオカメ
ラ、スチルカメラ、プロジェクター、プロジェクション
ＴＶ、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーショ
ン、パーソナルコンピュータ（ノート型を含む）、携帯
情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話等）などが
挙げられる。それらの一例を図１２に示す。

【０１２４】図１２（Ａ）はモバイルコンピュータ（モ
ービルコンピュータ）であり、本体２００１、カメラ部
２００２、受像部２００３、操作スイッチ２００４、表
示装置２００５で構成される。本願発明は受像部２００
３、表示装置２００５等に適用できる。

【０１２５】図１２（Ｂ）はヘッドマウントディスプレ
イであり、本体２１０１、表示装置２１０２、バンド部
２１０３で構成される。本発明は表示装置２１０２に適
用することができる。

【０１２６】図１２（Ｃ）は携帯電話であり、本体２２
０１、音声出力部２２０２、音声入力部２２０３、表示
装置２２０４、操作スイッチ２２０５、アンテナ２２０
６で構成される。本願発明は音声出力部２２０２、音声
入力部２２０３、表示装置２２０４等に適用することが
できる。

【０１２７】図１２（Ｄ）はビデオカメラであり、本体
２３０１、表示装置２３０２、音声入力部２３０３、操
作スイッチ２３０４、バッテリー２３０５、受像部２３
０６で構成される。本願発明は表示装置２３０２、音声
入力部２３０３、受像部２３０６に適用することができ
る。

【０１２８】図１２（Ｅ）はリア型プロジェクターであ
り、本体２４０１、光源２４０２、表示装置２４０３、
ミラー（偏光ビームスプリッタ等）２４０４、２４０
５、スクリーン２４０６で構成される。本発明は表示装
置２４０３に適用することができる。

【０１２９】図１２（Ｆ）は携帯書籍であり、本体２５
０１、表示装置２５０２、２５０３、記憶媒体２５０
４、操作スイッチ２５０５、アンテナ２５０６で構成さ
れる。記憶媒体（ＭＤ、ＤＶＤ等）に記憶されたデータ
またはアンテナ（たとえば衛星アンテナ等）から得られ
るデータを表示する。本発明は表示装置２５０２、２５
０３に適用することができる。

【０１３０】以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広
く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能であ
る。また、他にも電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ
などにも活用することができる。

【０１３１】〔実施例９〕上記実施例１〜７に示した
ＴＦＴは、ＡＭＬＣＤに適用した例を示したが、ＡＭＬ
ＣＤ以外にも他の様々な電気光学装置や半導体回路に適
用できる。

【０１３２】ＡＭＬＣＤ以外の電気光学装置としては、
ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置やイメージ
センサ等を挙げることができる。

【０１３３】また、半導体回路としては、ＩＣチップで
構成されるマイクロプロセッサのような演算処理回路、
携帯機器の入出力信号を扱う高周波モジュール（ＭＭＩ
Ｃ等）が挙げられる。

【０１３４】このように、本発明は絶縁ゲート型ＴＦＴ
からなる回路によって機能する全ての半導体装置に対し
て適用することが可能である。

【０１３５】

【発明の効果】本発明を利用した半導体装置は、活性
層、特にチャネル形成領域と第１のゲート絶縁膜との界
面特性を良好なものとすることができるため、電気特性
の高い半導体装置を得ることができる。

【０１３６】また、従来のアルミニウムの単層ゲート配
線では、アルミニウム材料の耐熱性が低かったため、４
５０℃程度の加熱処理しか施せなかった。加えて、従来
の構成では、４５０℃程度の加熱処理であってもアルミ
ニウム原子がゲート絶縁膜や活性層に拡散している可能
性が大きく、ＴＦＴ特性の低下やバラツキが生じてい
た。

【０１３７】しかし、本発明はゲート配線の第２配線層
をバリア型の陽極酸化物と第１配線層とで保護する構造
とするため、第２配線層の変形及びＡｌ原子の拡散を防
止することができ、ゲート配線形成以後の加熱温度の上
限を５００〜６５０℃程度に設定することができた。

【０１３８】従って、ゲート配線形成以後、ソース領域
およびドレイン領域における不純物の活性化のための加
熱処理、ドーピング工程で損傷した活性層の結晶構造の
回復のための加熱処理、リンが添加されたソース領域及
びドレイン領域をゲッタリングシンクに利用してチャネ
ル形成領域内の触媒元素濃度を低減させるための加熱処
理等を行うことが可能となった。

【０１３９】加えて、第２配線層からの金属元素の拡散
が第１配線層でブロッキングされているため、活性層、
特にチャネル形成領域と第１のゲート絶縁膜との界面の
不純物濃度を非晶質を有する半導体膜の成膜直後の状態
と概略同一の不純物濃度とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作製工程の一例を示す断面図（実
施の形態）

【図２】本発明の作製工程の一例を示す断面図（実
施の形態）

【図３】本発明の作製工程の一例を示す断面図（実
施の形態）

【図４】本発明の作製工程の一例を示す断面拡大図
（実施の形態）

【図５】本発明の作製工程の一例を示す上面図及び
断面図（実施例１）

【図６】本発明の作製工程の一例を示す断面図（実
施例１）

【図７】本発明の作製工程の一例を示す断面図（実
施例１）

【図８】本発明の作製工程の一例を示す断面図（実
施例１）

【図９】本発明の作製工程の一例を示す断面図（実
施例１）

【図１０】画素マトリクス回路およびＣＭＯＳ回路
の上面図

【図１１】アクティブマトリクス基板の外観図

【図１２】電気機器

【符号の説明】

１０下地膜１１触媒元素（Ｎｉ）を含む層１００基板１０１非晶質を有する半導体膜１０２ａ第１のゲート絶縁膜１０２ｂ第１のゲート絶縁膜（パターニング
後）１０２ｃ第２のゲート絶縁膜１０３結晶性半導体膜１０４活性層１０５第１の導電膜１０６第２の導電膜１０７ａ〜ｃ第２の配線層１０８レジスト１０９ポーラス型の陽極酸化物１１０バリア型の陽極酸化物１１１タンタルオキサイド１１２タンタル層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性を有する表面上に結晶性半導体膜か
らなる活性層と、前記活性層の上面に接する第１の絶縁
膜と、前記活性層の側面に接し、且つ前記第１の絶縁膜
の上面及び側面に接する第２の絶縁膜と、前記第２の絶
縁膜上に接する多層構造を有するゲート配線とを有する
ことを特徴とする半導体素子からなる半導体回路を備え
た半導体装置。
【請求項２】絶縁性を有する表面上に結晶性半導体膜か
らなる活性層と、前記活性層の上面に接する第１の絶縁
膜と、前記活性層の側面に接し、且つ前記第１の絶縁膜
の上面及び側面に接する第２の絶縁膜と、前記第２の絶
縁膜上に接する多層構造を有するゲート配線とを有し、
前記第２の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜と比較して膜厚
が厚いことを特徴とする半導体素子からなる半導体回路
を備えた半導体装置。
【請求項３】請求項１または請求項２において、前記結
晶性半導体膜は、初期半導体膜に結晶化を助長する触媒
元素を添加する工程と、前記第１の絶縁膜を介して赤外
光または紫外光を照射することにより前記初期半導体膜
を溶融させることなく結晶化する工程とを少なくとも経
て形成された結晶性半導体膜であることを特徴とする半
導体素子からなる半導体回路を備えた半導体装置。
【請求項４】請求項３において、前記触媒元素は、Ｎ
ｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｇｅから選ばれた
少なくとも１つの元素であることを特徴とする半導体素
子からなる半導体回路を備えた半導体装置。
【請求項５】請求項３または請求項４において、前記初
期半導体膜は、非晶質を有する半導体膜、または微結晶
を有する半導体膜であることを特徴とする半導体素子か
らなる半導体回路を備えた半導体装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれか一において、前
記第１の絶縁膜と前記活性層との界面における不純物濃
度は、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面における不
純物濃度よりも低いことを特徴とする半導体素子からな
る半導体回路を備えた半導体装置。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれか一において、前
記多層構造を有するゲート配線は、アルミニウム、タン
タル、モリブデン、チタン、クロム、シリコンから選ば
れた一種の元素を主成分とする層を少なくとも一層含む
ことを特徴とする半導体素子からなる半導体回路を備え
た半導体装置。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれか一において、前
記ゲート配線は第１の導電膜上に、第２の導電膜が積層
された多層構造を有しており、前記第１の導電膜は、タ
ンタルまたはタンタルを主成分とする材料からなり、前
記第２の導電膜は、アルミニウムまたはアルミニウムを
主成分とする材料からなることを特徴とする半導体素子
からなる半導体回路を備えた半導体装置。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれか一において、前
記第１の絶縁膜の膜厚は、１〜５０ｎｍであることを特
徴とする半導体素子からなる半導体回路を備えた半導体
装置。
【請求項１０】請求項１乃至９のいずれか一において、
前記第２の絶縁膜の膜厚は、１００〜２００ｎｍである
ことを特徴とする半導体素子からなる半導体回路を備え
た半導体装置。
【請求項１１】請求項１乃至１０のいずれか一におい
て、前記活性層は、ソース領域と、ドレイン領域と、前
記ソース領域と前記ドレイン領域の間に形成されたチャ
ネル形成領域とを有していることを特徴とする半導体素
子からなる半導体回路を備えた半導体装置。
【請求項１２】請求項１１において、前記ソース領域お
よびドレイン領域の少なくとも一部は、シリサイドであ
ることを特徴とする半導体素子からなる半導体回路を備
えた半導体装置。
【請求項１３】請求項１１または請求項１２において、
前記ソース領域およびドレイン領域には、Ｎ型の導電型
を付与する不純物が添加されていることを特徴とする半
導体素子からなる半導体回路を備えた半導体装置。
【請求項１４】請求項１１乃至１３のいずれか一におい
て、前記ソース領域およびドレイン領域には、Ｎ型の導
電型を付与する不純物およびＰ型の導電型を付与する不
純物が添加されていることを特徴とする半導体素子から
なる半導体回路を備えた半導体装置。
【請求項１５】請求項１１乃至１４のいずれか一におい
て、前記チャネル形成領域は、結晶化を助長する触媒元
素を含有し、前記触媒元素の濃度は、チャネル形成領域
よりもソース領域およびドレイン領域のほうが高いこと
を特徴とする半導体素子からなる半導体回路を備えた半
導体装置。
【請求項１６】絶縁表面を有する下地膜の少なくとも一
部に結晶化を助長する触媒元素を接する工程と、前記下
地膜上に初期半導体膜と第１の絶縁膜とを連続的に形成
する工程と、前記第１の絶縁膜を介して赤外光または紫
外光を照射することにより前記初期半導体膜を結晶化し
て結晶性半導体膜を得る工程と、前記結晶性半導体膜及
び前記第１の絶縁膜をパターニングして、前記初期半導
体膜の端面と前記第１の絶縁膜の端面を一致させる工程
と、前記活性層及び第１の絶縁膜を覆って第２の絶縁膜
を形成する工程と、前記絶縁膜上に多層構造を有するゲ
ート配線を形成する工程と、を有する半導体素子からな
る半導体回路を備えた半導体装置の作製方法。
【請求項１７】絶縁表面を有する下地膜の少なくとも一
部に結晶化を助長する触媒元素を接する工程と、前記下
地膜上に初期半導体膜と第１の絶縁膜とを連続的に形成
する工程と、前記第１の絶縁膜を介して赤外光または紫
外光を照射することにより前記初期半導体膜を結晶化し
て結晶性半導体膜を得る工程と、前記結晶性半導体膜及
び前記第１の絶縁膜をパターニングして、前記初期半導
体膜の端面と前記第１の絶縁膜の端面を一致させる工程
と、前記活性層及び第１の絶縁膜を覆って第２の絶縁膜
を形成する工程と、前記絶縁膜上に多層構造を有するゲ
ート配線を形成する工程と、ソース領域またはドレイン
領域となるべき領域にリン元素のドーピングを行う工程
と、加熱処理を施し、前記触媒元素をゲッタリングさせ
る工程と、を有する半導体素子からなる半導体回路を備
えた半導体装置の作製方法。
【請求項１８】請求項１６または請求項１７において、
多層構造を有するゲート配線を形成する工程は、絶縁膜
上に第１の金属膜を形成する工程と、前記第１の金属膜
上に接して第２の金属膜を形成する工程と、前記第２の
金属膜をパターニングして、前記第１の金属膜上に前記
第２の配線層を形成する工程と、前記第１の金属膜に電
圧を印加することによって、前記第２の配線層を陽極酸
化するとともに、前記第１の金属膜を陽極酸化する工程
と、前記第１の金属膜の陽極酸化膜を選択的に除去し
て、第１の配線層を形成する工程とを有する半導体素子
からなる半導体回路を備えた半導体装置の作製方法。
【請求項１９】請求項１６乃至１８のいずれか一におい
て、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜を介して、導電型を
付与する不純物イオンを前記結晶性半導体膜に添加する
工程を有することを特徴とする半導体素子からなる半導
体回路を備えた半導体装置の作製方法。
【請求項２０】請求項１６乃至１９のいずれか一におい
て、結晶性半導体膜を得る工程は、前記初期半導体膜を
溶融させることなく前記初期半導体膜を結晶化させるこ
とを特徴とする半導体素子からなる半導体回路を備えた
半導体装置の作製方法。