JPH114001A

JPH114001A - 半導体装置およびその作製方法

Info

Publication number: JPH114001A
Application number: JP9171098A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Naoaki Yamaguchi; 直明山口; Setsuo Nakajima; 節男中嶋
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1997-06-11
Filing date: 1997-06-11
Publication date: 1999-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ボトムゲイト型のＴＦＴにおいて、活性層を
結晶性珪素膜で構成しようとする場合に問題となるアル
ミゲイト電極の耐熱性を改善する。【解決手段】ガラス基板１０１上にチタン膜１０２と
アルミニウム膜１０３とで積層されたゲイト電極の基と
なるパターンを形成する。この後にゲイト絶縁膜１０
６、非晶質珪素膜１０７を成膜する。そして、ゲイト電
極の基となるパターンに上部にマスクを配置し、その後
にニッケル酢酸塩溶液を塗布する。こうしてニッケル元
素が表面に接して保持された状態を得る。次に加熱処理
を加えることにより、ニッケル元素が接して保持された
領域からマスクされた領域へと結晶成長を進行させる。
こうしてボトムゲイト型の構造において、活性層を結晶
性珪素膜で構成したものとする。

Description

【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、
ボトムゲイト型の薄膜トランジスタに関する。またその
作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス基板や石英基板上に形成された珪
素膜を活性層として用いた薄膜トランジスタ（以下ＴＦ
Ｔと称する）が知られている。

【０００３】薄膜トランジスタの形式はいくつかある
が、現状において最も実用化が進んでいるのは、ボトム
ゲイト型の薄膜トランジスタである。

【０００４】生産性を考慮した場合、作製工程の一部や
設計ルール、さらには製造装置を共有することができる
ボトムゲイト型のＴＦＴを今後においても開発していく
ことが好ましい。

【０００５】ボトムゲイト型の薄膜トランジスタは、基
板側からゲイト電極─ゲイト絶縁膜─珪素膜でなる活性
層と構成されている。

【０００６】活性層を構成する珪素膜としては、一般に
非晶質珪素膜が利用されている。しかし、より高い性能
を得るためには結晶性珪素膜を用いることが好ましい。

【０００７】結晶性珪素膜を得る手段としては、非晶質
珪素膜をレーザー光の照射により結晶化させる技術が多
用されている。

【０００８】また、結晶化技術として加熱による方法も
知られているが、ボトムゲイト型には利用されていな
い。

【０００９】これは、ゲイト電極を形成後に加熱が行わ
れる工程順序になるので、ゲイト電極材料の拡散等が懸
念されるからである。

【００１０】しかし、得られる結晶性珪素膜の質や作製
工程の安定性といた点からは、レーザー光の照射による
方法よりも加熱による方法の方が好ましい。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ゲイト電極としては、
低抵抗を有するアルミニウムを利用することが非常に好
ましい。

【００１２】しかし、電極材料にアルミニウムを利用し
た場合には、活性層の結晶化や活性化の際に加わる熱の
影響でアルミニウムが拡散したり、ヒロックやウィスカ
ーと呼ばれる突起物が形成されてしまうという問題が
る。

【００１３】特にボトムゲイト型のＴＦＴの場合には、
ゲイト電極を最初に形成し、その後に活性層を形成する
ので、各工程において加わる熱の影響が問題となる。

【００１４】本明細書で開示する発明は、ボトムゲイト
型のＴＦＴにおいて、活性層に結晶性珪素膜を用いた構
成を提供することを課題とする。

【００１５】

【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、ゲイト電極と、前記ゲイト電極上を覆って形
成されたゲイト絶縁膜と、前記ゲイト絶縁膜上に形成さ
れた結晶性珪素膜でなる活性層と、を有し、前記活性層
はソース及びドレイン領域からチャネル形成領域へと結
晶成長した構造を有し、前記ソース及びドレイン領域に
は、前記チャネル形成領域よりも珪素の結晶化を助長す
る金属元素が高濃度に含まれていることを特徴とする。

【００１６】上記構成において、珪素の結晶化を助長す
る金属元素としてはニッケルを利用することが最も好ま
しい。

【００１７】また珪素の結晶化を助長する金属元素とし
ては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐ
ｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた元素を利用することができ
る。

【００１８】また、結晶性珪素膜の代わりに珪素とゲル
マニウムとの化合物膜を利用することもできる。

【００１９】他の発明の構成は、基板上にゲイト電極を
形成する工程と、前記ゲイト電極上にゲイト絶縁膜を形
成する工程と、前記ゲイト絶縁膜上に非晶質珪素膜を成
膜する工程と、前記ゲイト電極上方の前記非晶質珪素膜
上にマスクを形成する工程と、前記マクスを利用し前記
非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を導入
する工程と、加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜におい
て、前記金属元素が導入された領域から前記マスク下部
の領域への結晶成長を行わす工程と、前記マスクを利用
して前記金属元素が導入された領域に燐のドーピングを
行う工程と、加熱処理を施し、前記燐のドーピングが行
われた領域に当該金属元素を集中させる工程と、を有す
ることを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１に示すようにガラス基板１０
１上にチタン膜１０２とアルミニウム膜１０３とで積層
されたゲイト電極の基となるパターンを形成する。（図
１（Ａ））

【００２１】次にチタン膜１０２をサイドエッチングす
る。（図１（Ｂ））

【００２２】これは、後の工程において、このサイドエ
ッチングが行われた領域に陽極酸化物を充填するためで
ある。即ち、アルミニウムパターンの縁の下部にまで陽
極酸化を行わせるためである。

【００２３】次に加熱処理を行い、アルミニウムパター
ン１０３の表面にヒロックやウィスカーを意図的に発生
させる。即ち、アルミニウムの以上成長により突起物の
形成を意図的に行う。こうすることにより、後の工程に
おけるヒロックやウィスカーの発生を抑制する。

【００２４】ヒロックやウィスカーが発生するのは、ア
ルミニウム膜中に存在する原子分布の不均一性や残留応
力に起因する。従って、一旦ヒロックやウィスカーを発
生させておくことにより、後の工程において、ヒロック
やウィスイカーが発生することを抑制することができ
る。

【００２５】次にアルミニウムパターン１０３を陽極と
した陽極酸化を行い、陽極酸化膜１０５を形成する。こ
の際、残存するアルミニウムパターン１００の周辺の縁
の部分の下部（図１（Ｂ）に工程でサイドエッチングさ
れた部分）にまで陽極酸化が進行する。

【００２６】この後に図１（Ｄ）に示すようにゲイト絶
縁膜１０６、非晶質珪素膜１０７を成膜する。

【００２７】さらに図２（Ｂ）に示すように酸化珪素膜
でなるマスク１１０を形成し、１１で示されるようにニ
ッケル元素１１１が表面に接して保持された状態を得
る。

【００２８】そして、非晶質珪素膜１０７を加熱処理に
より結晶化させる。この際、結晶成長がニッケル元素が
接した領域から進行し、図３（Ａ）の１１２で示される
部分で左右からの結晶成長の先端部が衝突し、結晶粒界
が形成される。

【００２９】この結晶成長が横成長と呼ばれるものえ、
結晶成長方向の結晶構造が連続しており、その方向への
キャリアの移動は欠陥や準位の影響を受けにくいものと
することができる。

【００３０】具体的には、上記結晶成長方向の軸とＴＦ
Ｔ動作時のキャリアに移動方向との軸とを一致させるこ
とで、高移動度を得ることができる。例えば、Ｎチャネ
ル型で１００ｃｍ² ／Ｖｓ以上といような高移動度を有
するＴＦＴを容易に得ることができる。

【００３１】また、同一基板上にＴＦＴを多数同時に形
成した場合に、各ＴＦＴのチャネル形成領域において、
結晶粒界が１１２で示される部分に常に形成されるの
で、各ＴＦＴの特性にバラツキが発生することを抑制す
ることができる。

【００３２】

【実施例】

〔実施例１〕図１及び図２に本実施例の作製工程を示
す。まずガラス基板１０１上にゲイト電極を作製する。

【００３３】基板としては、石英基板や絶縁膜を成膜し
た半導体基板や金属基板を利用することができる。これ
らの基板を総称して絶縁表面を有する基板という。

【００３４】ここではまず、ガラス基板上にチタン膜を
２０ｎｍの厚さにスパッタ法でもって成膜し、さらにチ
タンを0.2 重量％含有させたアルミニウム膜を４００ｎ
ｍの厚さにスパッタ法でもって成膜する。

【００３５】次に得られたチタン膜とアルミニウム膜と
の積層膜をパターニングし、図１（Ａ）に示すパターン
を得る。即ち、チタン膜パターン１０２とアルミニウム
膜パターン１０３とは積層されたパターンを得る。

【００３６】このパターンを得るには、ドライエッチン
グ法を用い、しかもテーパーエッチングを実施すること
で、図示されるような側面が傾斜したテーパー形状を有
するパターンを得る。

【００３７】この状態で４００℃、１時間の加熱処理を
不活性雰囲気中で行う。この加熱処理は以下の作用を得
るために行う。（１）チタン膜の作用によるアルミニウムの結晶化。（２）アルミニウム表面にヒロックやウィスカーを意図
的に発生させる。

【００３８】（１）は、結晶構造を強固にすることで、
後の工程においてヒロックやウィスカーが発生すること
を抑制するために効果がある。また、耐熱性を高めるた
めに効果がある。

【００３９】（２）は、この段階でヒロックやウィスカ
ーを発生させておくことで、後の工程においてヒロック
やウィスカーが発生することを抑制することに効果があ
る。

【００４０】これは、ヒロックやウィスカーが発生する
要因の一つに、アルミニウム中に存在する応力や組成の
不均一性があり、上述するように一旦ヒロックやウィス
カーを発生させると、この残留応力や組成の不均一性が
緩和されるからである。

【００４１】次にチタン膜パターン１０２を選択にエッ
チングできるウエットエッチング法を用いて、チタン膜
１０２をサイドエッチングする。こうして側面がエッチ
ングされ、面積が縮小したチタン膜のパターン１０４を
得る。（図１（Ｂ））

【００４２】次に、アルミニウム膜でなるパターン１０
３を陽極とした陽極酸化法を用いてアルミウム膜でなる
パターンの露呈した表面に陽極酸化膜１０５を形成す
る。（図１（Ｃ））

【００４３】この際における陽極酸化は、アルミニウム
パターンの外側と内側に向かって進行する。また、チタ
ン膜のサイドエッチングされた部分も陽極酸化膜が形成
され、酸化アルミニウム膜によって埋められた状態とな
る。

【００４４】こうしてゲイト電極１００を形成する。な
お、この工程において、陽極酸化膜は、その総成長距離
が１００ｎｍとなるようにする。

【００４５】ゲイト電極としては、チタンナイトライ
ド、タンタルナイトライド、タンタルとタンタルナイト
ライドの積層体、タングステンシリサイド層とＮ型珪素
層との積層体等の材料を用いることができる。

【００４６】図１（Ｃ）に示す状態を得たら、図１
（Ｄ）に示すようにゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜１０
６を成膜する。この酸化珪素膜１０６はプラズマＣＶＤ
法でもって５００ｎｍの厚さに成膜する。この際、酸化
珪素膜１０６と陽極酸化膜１０５との積層膜がゲイト絶
縁膜となることに注意する。

【００４７】次に減圧熱ＣＶＤ法を用いて、非晶質珪素
膜１０７を５０ｎｍの厚さに成膜する。（図１（Ｄ））

【００４８】次に酸化珪素膜１０８をプラズマＣＶＤ法
により１５０ｎｍの厚さに成膜し、さらにレジストマス
ク１０９を形成する。（図２（Ａ））

【００４９】レジストマスク１０９は、ゲイト電極パタ
ーンをマスクとした基板の裏面側からの露光により形成
する。この工程は自己整合的に行うことができるので、
新たなマスクを配置する必要がない。

【００５０】次に図２（Ｂ）に示すようにレジストマス
ク１０９を利用して酸化珪素膜１０８をパターニングす
る。こうして、酸化珪素膜でなるパターン１１０を得
る。

【００５１】図２（Ｂ）に示す状態を得たら、重量換算
で１０ｐｐｍのニッケル濃度に調整されたニッケル酢酸
塩溶液を塗布する。こうして、１１１で示されるように
ニッケル元素が表面に接して保持された状態が得られ
る。（図２（Ｃ））

【００５２】この状態においては、酸化珪素膜でなるマ
スク１１０が配置されている部分において、ニッケル元
素が非晶質珪素膜１０８の表面に接しておらず、その他
の領域では接している状態が得られる。（図２（Ｃ））

【００５３】ニッケルの導入方法としては、ＣＶＤ法、
スパッタ法、イオン注入法、ガス吸着法、プラズマ処理
等の方法を利用することができる。

【００５４】結晶化を助長する金属元素としては、ニッ
ケルを利用することが最も好ましいいが他にＦｅ、Ｃ
ｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ
から選ばれた元素を利用することができる。

【００５５】この状態で次に５５０℃、４時間の加熱処
理を窒素雰囲気中で施す。この加熱処理は、抵抗加熱式
のヒータを備えた加熱炉を用いて行う。

【００５６】この加熱処理を施すことにより、非晶質珪
素膜はニッケル元素の作用により結晶化する。この際、
ニッケル元素の拡散に従い、図３（Ａ）の矢印に従う方
向にニッケル元素の拡散が生じ、それに従って結晶化が
進行する。

【００５７】また、１１２で示す部分には、両側からの
結晶成長が衝突して結晶粒界が形成される。

【００５８】こうして、ニッケル元素が接して保持され
た結晶化され、さらにその領域からニッケル元素が接し
ていなかった領域へと結晶成長が進行した状態が得られ
る。

【００５９】なおこのような結晶化の方法は、結晶粒界
が常に１１２で示される領域の中間に形成されるので、
多数の素子を形成した場合における素子特性のバラツキ
を抑制するのに有効となる。

【００６０】次に図３（Ｂ）に示すように燐のドーピン
グを行う。このドーピングは、被ドーピング領域をソー
ス及びドレイン領域とするための条件でもって行う。

【００６１】ここでは、ドーピング手段としてプラズマ
ドーピング法を用いる。ドーピング手段としては、イオ
ン注入法を用いてもよい。

【００６２】この工程では、珪素膜の露呈した領域に燐
がドーピングされる。即ち、図３（Ｂ）の１１３及び１
１４の領域に燐がドーピングされる。

【００６３】次に５５０℃、２時間の加熱処理を窒素雰
囲気中において行う。この工程では、矢印で示されるよ
うに１１５の領域から１１３及び１１４の領域へとニッ
ケル元素が移動する。即ち、１１５の領域に存在するニ
ッケル元素が１１３及び１１４の領域へとゲッタリング
される。（図３（Ｃ））

【００６４】この工程は、５００℃〜６５０℃の範囲か
ら選択された温度で行うことが好ましい。これは、この
温度範囲以下だとニッケル元素の拡散は鈍くなり、また
この温度範囲以上だとアルミニウムがもたないからであ
る。

【００６５】燐とニッケルは、ＮｉＰ、ＮｉＰ₂ 、Ｎｉ
₂ Ｐといったように多様な結合状態を有し、またその結
合状態は非常に安定したものとなる。（それらの結合体
の融点は９００℃以上である）

【００６６】また燐が拡散するのに必要な温度は８００
℃程度以上である。

【００６７】従って、上記の加熱処理においては、ニッ
ケルが活発に移動し、また燐とニッケルが結合し、動か
ない状態が得られる。（図３（Ｃ））

【００６８】そして、燐とニッケルが分解せず、また燐
が移動しないから、結果として燐にニッケルが取り込ま
れた状態、即ち燐にニッケルがゲッタリングされた状態
が得られる。

【００６９】換言すると、１１５の領域のニッケル濃度
が減少し、１１３と１１４の領域のニッケル濃度が増加
する状態が得られる。

【００７０】ここでニッケル元素がゲッタリングされた
領域１１５、即ちニッケル元素が除去された領域１１５
が、後にＴＦＴのチャネル領域となる。

【００７１】また、ニッケル元素をゲッタリングした領
域１１３と１１４、即ちニッケル元素が集中した領域１
１３と１１４がソース及びドレイン領域となる。また、
１１５が後にチャネル形成領域となる。（図３（Ｃ））

【００７２】次にチタン膜とアルミニウム膜とチタン膜
との積層膜でなる図示しない金属膜をスパッタ法でもっ
て成膜する。ここでは、成膜方法としてスパッタ法を用
い、各膜厚は、チタン膜を１００ｎｍ、アルミニウム膜
を４００ｎｍとする。

【００７３】そしてこの金属膜をパターニングすること
により、ソース電極１１５、ドレイン電極１１６を形成
する。そしてさらにこのパターニングされた金属電極を
マスクとして露呈した半導体膜をパターニングし、図３
（Ｄ）に示す状態を得る。

【００７４】こうしてＮチャネル型のＴＦＴが完成す
る。またＰチャネル型のＴＦＴを作製するのであれば、
図３（Ｃ）の加熱処理の後にドーピングされた燐を打ち
消し、Ｐ型を呈するようにボロンのドーピングを行い、
１１３、１１４の領域をＰ型に反転させればよい。

【００７５】この場合、ゲッタリングを行った後に１１
３、１１４の領域をＰ型に反転させる工程を行うことに
なる。

【００７６】また、ゲッタリングを行った前に１１３、
１１４の領域をＰ型に反転させる工程を行ってもよい。

【００７７】本発明者らの基礎実験によれば、一旦燐が
ドーピングされた領域にさらに高ドーズ両でもってボロ
ンをドーピングしてもゲッタリングの効果が減ずること
なく、むしろより高い効果を得られることが判明してい
る。

【００７８】〔実施例２〕実施例１においては、図３
（Ａ）に示す工程において、加熱処理を加熱炉を用いて
行う例を示した。本実施例では、この加熱処理をＲＴＡ
と呼ばれる強光の照射による加熱手段を用いて行う。

【００７９】ＲＴＡは、ランプから照射される赤外光を
ミラーで集光させて照射することにより、被照射領域を
６００℃〜８００℃という温度に短時間で昇温させ、被
照射領域に加熱処理を施す手段である。

【００８０】この加熱処理は、光が被照射領域に吸収さ
れる現象を利用しているので、昇温を短時間で行うこと
ができ、被照射領域の加熱処理を短時間で完了させるこ
とができる。具体的には、１分〜１０分程度の加熱処理
で図３（Ａ）に示す結晶化を行うことができる。

【００８１】なお、実施例１に示すような加熱処理と本
実施例に示すようなランプ照射によるＲＴＡとを組み合
わせてもよい。

【００８２】〔実施例３〕本実施例は、実施例１の作製
工程を改良したものである。本実施例では、図２（Ａ）
に示す作製工程におけるレジストマスク１０９の形成方
法として、フォトマスクを用いた場合の例である。

【００８３】本実施例の場合、マスク数が増えるという
作製工程上のデメリットがあるが、従来から多用されて
いるフォトマスクを用いたフォトリソグラフィー工程を
利用するので、工程の安定性という点では有利である。

【００８４】〔実施例４〕本実施例は、実施例１に示す
作製工程において、結晶化の方法を異ならせた場合の例
である。

【００８５】実施例１では、図２（Ｂ）に示すマスク１
１０を配置しない状態で、非晶質硅素膜１０７の表面の
全体にニッケル元素を導入する。

【００８６】こうした場合、図３（Ａ）におけるような
特異な結晶成長（横成長）は発生しない。即ち、特定の
領域から横成長が進行するようなことはない。

【００８７】この場合、膜全体において、局所局所から
結晶成長が進行するような状態が得られる。

【００８８】〔実施例５〕本実施例は、実施例１に示す
構成において、ＴＦＴのしきい値を制御するために図１
（Ｄ）に示す非晶質珪素膜１０７の成膜時に膜中にＢ
（ボロン）添加する場合の例である。

【００８９】この場合、非晶質珪素膜１０７の成膜を行
う際の原料ガス中にジボラン（Ｂ₂Ｈ₆ ）を微量に添加
すればよい。

【００９０】またドーピングの方法として、プラズマド
ーピング法やイオン注入法を利用してもよい。

【００９１】〔実施例６〕本実施例は、実施例１に示す
作製工程において、非晶質珪素膜１０７の代わりにゲル
マニウムを含有した非晶質珪素膜（珪素を主成分とした
非晶質珪素膜）を用いる場合の例である。

【００９２】珪素を主成分とする非晶質珪素膜は、Ｓｉ
_XＧｅ_1-X（0.5 ＜Ｘ＜１）で示される。

【００９３】本実施例では、ゲルマニウムを５原子％含
有させる。非晶質珪素膜中にゲルマニウムを含有させる
と、その含有量により、得られるＴＦＴのしきい値を制
御することができる。

【００９４】ゲルマニウムを含有した非晶質珪素膜を成
膜する方法としては、原料ガスとして、シランとゲルマ
ンとを用いたプラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法、さら
にはスパッタ法を用いればよい。

【００９５】〔実施例７〕本実施例は、Ｐチャネル型の
ＴＦＴとＮチャネル型のＴＦＴとを同時に作製する場合
の例である。本実施例に示す作製工程は、例えばＣＭＯ
Ｓ回路の作製工程に応用することができる。

【００９６】図４〜図９に本実施例の作製工程を示す。
まず図４（Ａ）に示すようにガラス基板４０１上にチタ
ン膜パターン４０２とアルミニウム膜パターン４０４で
なるゲイト電極を形成する。また同時にチタン膜パター
ン４０３とアルミニウム膜パターン４０５でなるゲイト
電極を形成する。

【００９７】ここで左側のゲイト電極がＰチャネル型の
ＴＦＴのゲイト電極となる。また、右側のゲイト電極が
Ｎチャネル型のＴＦＴとなる。即ち、左側にＰチャネル
型ＴＦＴ、右側にＮチャネル型のＴＦＴを作製すること
になる。

【００９８】こうして図４（Ａ）に示す状態を得る。次
にチタン膜のパターン４０２と４０３をアルミニウム膜
パターン４０４と４０５をマスクとしてサイドイッチン
グする。

【００９９】こうして図４（Ｂ）の４０６で例示される
ようにアルミニウム膜パターンの周辺部の下部におい
て、チタン膜パターンがエッチングされた状態が得られ
る。

【０１００】次にアルミニウム膜パターン４０４と４０
５とを陽極とした陽極酸化を行うことにより、図４
（Ｃ）に示す状態を得る。ここで、４０７及び４０８が
陽極酸化膜でなる。

【０１０１】図４（Ｃ）に示されるように陽極酸化膜
は、アルミニウム膜パターンの下部においても進行す
る。図では、チタン膜が除去された部分におけるアルミ
ニウム膜下部からの陽極酸化をやや強調して記載してあ
る。

【０１０２】次に図５（Ａ）に示すように酸化珪素膜４
０９をプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。さらに非晶
質珪素膜４１０を減圧熱ＣＶＤ法で成膜する。

【０１０３】次にガラス基板の裏面側からの露光技術を
利用し、酸化珪素膜パターン４１１と４１２を形成す
る。さらにニッケル酢酸塩溶液を塗布し、４１３で示さ
れるようにニッケル元素が表面に接して保持された状態
を得る。（図５（Ｂ））

【０１０４】次に５５０℃、４時間の加熱処理を窒素雰
囲気中において行うことにより、非晶質珪素膜を結晶化
させる。

【０１０５】この結晶化は、図５（Ｃ）の矢印で示され
るように結晶成長が進行したものとなる。この加熱処理
は、５００℃〜６００℃の温度で行うことが好ましい。
これは、この温度以上ではアルミニウムが耐えられず、
またこの温度以下では、結晶化の作用が得られないから
である。

【０１０６】次に燐のドーピングを行う。この工程は、
Ｎチャネル型ＴＦＴのソース及びドレイン領域を形成す
るための条件でもって行えばよい。

【０１０７】この工程においては、図６（Ａ）に示すよ
うに６０１、６０２、６０３の領域に燐のドーピングが
行われる。

【０１０８】次に６００℃、１時間の加熱処理を窒素雰
囲気中において行う。この工程において、６０４及び６
０６の領域から燐がドーピングされた６０１、６０２、
６０３の領域へとニッケル元素の移動が行われる。（図
６（Ｂ））

【０１０９】即ち、６０４及び６０５の領域に存在する
ニッケル元素が６０１、６０２、６０３の領域にゲッタ
リングされる。

【０１１０】なお、６０４、６０５の領域が後にＴＦＴ
のチャネル形成領域となる。

【０１１１】次に図７に示すようにレジストマスク７０
１を配置する。そして今度は、ボロンのドーピングを行
う。この際、左側のＴＦＴ部分には、先に燐がドーピン
グされた領域に重ねてボロンがドーピングされる。即
ち、７０２及び７０３の領域に燐に重ねてボロンがドー
ピングされる。

【０１１２】このボロンのドーピングは、先にドーピン
グされた燐の影響を打ち消し、Ｐ型に導電型が反転する
ような条件でもって行う。即ち、先の燐のドーピング
（図６（Ａ）の工程）時にＮ型となった領域をＰ型に反
転させる条件でもって行う。

【０１１３】ドーピングの終了後、レジストマスク７０
１を除去する。そして、レーザー光の照射を行うことに
より、ドーピングが行われた領域のドーピング時におけ
る損傷のアニールとドーパントの活性化とを行う。この
工程は強光の照射によって行ってもよい。

【０１１４】こうして、Ｐ型の領域７０２、７０３、Ｎ
型の領域７０４、７０５が形成される。

【０１１５】ここで、Ｐ型の領域７０２、７０３は、ボ
ロンと燐とが重ねてドーピングされたものとなってい
る。この領域においては、ボロンは導電型を決定する役
割を有し、燐がニッケルをゲッタリングする機能を担っ
ている。

【０１１６】他方、７０４、７０５のＮ型の領域では、
燐が導電型を決定する役割と、ニッケルをゲッタリング
する役割との両方を担っている。

【０１１７】図７において、Ｐ型の領域７０２がＰチャ
ネル型ＴＦＴのソース領域となる。また７０３がＰチャ
ネル型ＴＦＴのドレイン領域となる。

【０１１８】そして、Ｎ型の領域７０４がＮチャネル型
ＴＦＴのドレイン領域となる。また、Ｎ型の領域７０５
がＮチャネル型ＴＦＴのソース領域となる。

【０１１９】次に図８に示すように金属膜８０１をスパ
ッタ法でもって成膜する。この金属膜８０１は、チタン
膜とアルミニウム膜とチタン膜との積層膜でもって構成
される。

【０１２０】次に図９に示すように金属膜８０１をパタ
ーニングし、９０１、９０２、９０３、９０４で示され
るパターンを得る。

【０１２１】ここで、９０１がＰチャネル型ＴＦＴのソ
ース電極、９０２がＰチャネル型ＴＦＴのドレイン電極
となる。

【０１２２】また、９０３がＮチャネル型ＴＦＴのドレ
イン電極、９０４がＮチャネル型ＴＦＴのソース電極と
なる。

【０１２３】金属膜８０１を利用して各電極９０１〜９
０４を形成したら、それらの電極をマスクとして、露呈
した珪素膜（各ＴＦＴのソース及びドレイン領域）をエ
ッチングする。こうして、図９に示すようにＰチャネル
型ＴＦＴ（ＰchＴＦＴと記載）とＮチャネル型ＴＦＴ
（ＮchＴＦＴと記載）とを同一基板上に同時に形成する
ことができる。

【０１２４】〔実施例８〕本実施例は、実施例７の作製
工程を改良した場合の例である。本実施例は、Ｐチャル
型ＴＦＴとなる領域には、ゲンタリング用の燐のドーピ
ングと導電型決定用（チャネル型決定用）のボロンのド
ーピングが行われ状態であって、かつＮチャル型ＴＦＴ
となる領域には、ゲンタリング用でありかつ導電型決定
用の燐のドーピングが行われ状態でゲッタリング用の加
熱処理を行うことを特徴とする。

【０１２５】まず実施例７に示す作製工程に従って図６
（Ａ）に示す状態を得る。この状態を図１０（Ａ）に示
す。この段階では、後にチャネル領域となる領域以外の
領域６０１、６０２、６０３に燐がドーピングされたも
のとなる。

【０１２６】次にレジストマスク７０１を配置し、Ｎチ
ャネル型ＴＦＴとなるべき領域をマスクする。（図１０
（Ｂ））

【０１２７】そしてボロンのドーピングを行う。このド
ーピングは、７０２、７０３の領域の導電型をＮ型から
Ｐ型へと反転させる条件でもって行う。換言すれば、７
０２、７０３の領域に先にドーピングされた燐のドーパ
ントとしての影響力を打ち消し、ボロンの影響力を発揮
させる条件でもって行う。

【０１２８】こうして、Ｐ型の領域７０２、７０３を得
る。またＮ型の領域７０４、７０５を得る。

【０１２９】ドーピングの終了後、レジストマスク７０
１を除去する。そして、レーザー光の照射を行うことに
より、ドーピングがなされた領域の損傷の回復とドーパ
ントの活性化とを行う。

【０１３０】この工程は、赤外線ランプの照射による方
法（ＲＴＡ法）によって行ってもよい。

【０１３１】本実施例においては、Ｐ及びＮチャネル型
ＴＦＴのソース及びドレイン領域の導電型を決定するド
ーパントのドーピングが終了した時点において、結晶化
に利用したニッケルのゲッタリングは行わなず、Ｎチャ
ネル型ＴＦＴのソース及びドレイン領域の導電型を決定
するドーパント（ボロン）をドーピングした後にニッケ
ルのゲッタリングを行う。

【０１３２】図１０に示す状態を得たら、さらにレジス
トマスク７０１を除去し、さらに被ドーピング領域への
アニールが終了したら、次に５５０℃、１時間の加熱処
理を行い、ニッケル元素のゲッタリングを行う。

【０１３３】即ち、図１１に示すように後にチャネル領
域となる６０４の領域から７０２及び７０３の領域へと
ニッケル元素のゲッリングを行う。また同時に後にチャ
ネル領域となる６０５の領域から７０４及び７０５の領
域へとニッケル元素のゲッリングを行う。

【０１３４】ここで、７０２及び７０３の領域には、燐
がまずドーピングされ、さらに重ねてボロンがドーピン
グされているが、この状態の領域では、燐のみがドーピ
ングされた７０４や７０５の領域に比較してさらに高い
効率でもってゲッタリングが進行する。

【０１３５】基礎的な実験によれば、ボロンのみのドー
ピングを行った領域では、ゲッタンリングは全く進行し
ない。しかし、燐とボロンを重ねてドーピングした領域
では、燐のみをドーピングした領域に比較して高い効率
でもってもってゲッタリングが進行する。（この要因は
明らかではない）

【０１３６】こうして、Ｐチャネル型ＴＦＴ（ＰＴＦ
Ｔ）のソース領域７０２、チャネル形成領域６０４、ド
レイン領域７０３を得る。ここで、チャネル領域６０４
は、ソース領域７０２とドレイン領域７０３にニッケル
がゲッタリングされ、ニッケル濃度が低下したものとな
っている。

【０１３７】また、Ｎチャネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴ）の
ソース領域７０５、チャネル形成領域６０５、ドレイン
領域７０４を得る。ここで、チャネル領域６０５は、ソ
ース領域７０５とドレイン領域７０４にニッケルがゲッ
タリングされ、ニッケル濃度が低下したものとなってい
る。

【０１３８】図１１に示す状態を得たら、図８及び図９
に示す作製工程を経て、１枚のガラス基板上にＰチャネ
ル型ＴＦＴとＮチャネル型ＴＦＴとを形成した構成を得
る。

【０１３９】本実施例に示す構成を採用した場合、動作
に敏感なチャネル領域中におけるニッケル元素濃度を低
くすることができるので、ニッケルがＴＦＴの動作に悪
影響を与えることを抑制することができる。

【０１４０】〔実施例９〕本実施例は、実施例１に示す
作製工程を改良した場合の例である。ここでは、ニッケ
ルのゲッタリングを２段階に渡り行うことを特徴とす
る。

【０１４１】まず図１に示す作製工程に従って、図１
（Ｄ）に示す状態を得る。即ち、非晶質珪素膜１０７を
成膜する段階までを得る。

【０１４２】次に図１２（Ａ）に示すように酸化珪素膜
でなるマスク１２０１を配置する。そして燐のドーピン
グを行い、図１２（Ｂ）の１２０２、１２０３の領域に
燐のドーピングを行う。

【０１４３】この燐のドーピングは、ソース／ドレイン
の形成には寄与せず、ニッケルのゲッタリングのために
のみ行われる。

【０１４４】次に６００℃、１時間の加熱処理を窒素雰
囲気中において行う。この工程においては、図１２
（Ｃ）に示すように１２０４の領域に存在するニッケル
元素が１２０２、１２０３の領域にゲッタリングされ
る。この工程は、酸化珪素膜でなるマスク１２０１を配
置した状態で行う。

【０１４５】次に酸化珪素膜でなるマスク１２０１をマ
スクとして露呈した珪素膜をエッチングする。即ち、ゲ
ッタリングサイトなった１２０２、１２０３の領域をエ
ッチングする。

【０１４６】こうすることにより、１２０４の領域（こ
の領域が後にＴＦＴの活性層となる）のニッケル元素濃
度を低減することができる。

【０１４７】後は、１２０４の領域を利用して、図２
（Ａ）以下の作製工程に従ってＴＦＴを作製する。

【０１４８】本実施例で示す作製工程を採用した場合、
図１２（Ｃ）に示す工程での活性層となるべき領域から
のニッケル元素のゲッタリングと、図３（Ｃ）に示す工
程でのソース／ドレイン領域へのチャネル形成領域から
のニッケル元素のゲッタリングとが行われる。

【０１４９】このような工程を採用することにより、ニ
ッケル元素の影響をより徹底的に排除することができ
る。

【０１５０】〔実施例１０〕本実施例は、実施例１（ま
たは実施例１０）に示す構成において、ゲイト電極の構
造を改良した場合の例である。

【０１５１】ここでは、Ｎチャネル型のＴＦＴのゲイト
電極として珪素を用いた場合の例を示す。

【０１５２】まず、図１４（Ａ）に示すようにガラス基
板１０１上にＮ型を有する珪素膜を減圧熱ＣＶＤ法で成
膜し、それをパターニングすることにより、１４０１で
示されるパターンを形成する。このパターン１４０１が
ゲイト電極となる。

【０１５３】そしてゲイト電極１４０１上にゲイト絶縁
膜として酸化珪素膜１０６を、プラズマＣＶＤ法でもっ
て成膜する。さらに非晶質珪素膜１０７を減圧熱ＣＶＤ
法でもって成膜する。

【０１５４】さらに酸化珪素膜１０８を成膜し、基板の
裏面側からの露光によりレジストマスク１０９を形成す
る。（図１４（Ａ））

【０１５５】次にレジストマスク１０９を用いて酸化珪
素膜でなるマスク１１０を形成し、図１４（Ｂ）に示す
状態を得る。

【０１５６】次にレジストマスク１０９を除去し、ニッ
ケル酢酸溶液を塗布することにより、１１１で示される
ようにニッケル元素が表面に接して保持された状態を得
る。こうして図１４（Ｃ）に示す状態を得る。

【０１５７】次に加熱処理を行うことにより、非晶質珪
素膜１０７を図１５（Ａ）に示すように結晶化させる。
ここでは、６３０℃、４時間の加熱を窒素雰囲気中にお
いて行うことより上記結晶化を行う。

【０１５８】この工程での加熱処理は、ゲイト電極に耐
熱性の高い珪素材料を用いることから、ガラス基板の耐
熱温度によってその上限が制限される。

【０１５９】例えば、基板として石英基板を用いた場合
には、さらに加熱温度を高くすることができる。

【０１６０】結晶化が終了したら、図１５（Ｂ）に示す
ように燐のドーピングをプラズマドーピング法を用いて
行う。この工程では、１１３、１１４の領域に燐のドー
ピングが行われる。

【０１６１】次に６００℃、２時間の加熱処理を窒素雰
囲気中において行う。この加熱処理工程では、１１５の
領域に存在するニッケル元素が１１３、１１４の領域に
ゲッタリングされる。（図１５（Ｃ））

【０１６２】次にソース電極１１５、ドレイン電極１１
６を形成する。そしてこの電極を利用して、露呈した半
導体領域をエッチングし、図１５（Ｄ）に示す状態を得
る。

【０１６３】ゲイト電極の材料としては、タンタルやタ
ンタルとタンタルナイトライドの積層体、さらには各種
シリサイド材料や金属材料を利用することができる。

【０１６４】〔実施例１１〕本実施例では、他の実施例
で開示したようなＴＦＴを利用した半導体装置の例を示
す。

【０１６５】図１３（Ａ）に示すのは、携帯型の情報処
理端末である。この情報処理端末は、本体２００１にア
クティブマトリクス型の液晶ディスプレイまたはアクテ
ィブマトリクス型のＥＬディスプレイを備え、さらに外
部から情報を取り込むためのカメラ部２００２を備えて
いる。

【０１６６】カメラ部２００２には、受像部２００３と
操作スイッチ２００４が配置されている。

【０１６７】情報処理端末は、今後益々その携帯性を向
上させるために薄く、また軽くなるもと考えられてい
る。

【０１６８】このような構成においては、アクティブマ
トリクス型のディスプレイ２００５が形成された基板上
周辺駆動回路や演算回路や記憶回路がＴＦＴでもって集
積化されることが好ましい。

【０１６９】図１３（Ｂ）に示すのは、ヘッドマウント
ディスプレイである。この装置は、アクティブマトリク
ス型の液晶ディスプレイやＥＬディスプレイ２１０２を
本体２１０１に備えている。また、本体２１０１は、バ
ンド２１０３で頭に装着できるようになっている。

【０１７０】図１３（Ｃ）に示すのは、カーナビゲーシ
ョン装置である。この装置は、本体２２０１に液晶表示
装置２２０２と操作スイッチ２２０３を備え、アンテナ
２２０４で受診した信号によって、地理情報等を表示す
る機能を有している。

【０１７１】図１３（Ｄ）に示すのは、携帯電話であ
る。この装置は、本体２３０１にアクティブマトリクス
型の液晶表示装置２３０４、操作スイッチ２３０５、音
声入力部２３０３、音声出力部２３０２、アンテナ２３
０６を備えている。

【０１７２】また、最近は、（Ａ）に示す携帯型情報処
理端末と（Ｄ）に示す携帯電話とを組み合わせたような
構成も商品化されている。

【０１７３】図１３（Ｅ）に示すのは、携帯型のビデオ
カメラである。これは、本体２４０１に受像部２４０
６、音声入力部２４０３、操作スイッチ２４０４、アク
ティブマトリクス型の液晶ディスプレイ２４０２、バッ
テリー２４０５を備えている。

【０１７４】図１３（Ｆ）に示すのは、プロジェクシン
型の液晶表示装置である。この構成は、本体２５０１に
光源２５０２、アクティブマトリクス型の液晶表示装置
２５０３、光学系２５０４を備え、装置の外部に配置さ
れたスクリーン２５０５に画像を表示する機能を有して
いる。

【０１７５】ここでは、液晶表示装置としては、透過型
ものもでも反射型のものでも利用することができる。

【０１７６】また、（Ａ）〜（Ｅ）に示す装置では、液
晶表示装置の代わりにＥＬ素子を利用したアクティブマ
トリクス型のディスプレイを用いることもできる。

【０１７７】

【発明の効果】本明細書に開示する発明を採用すること
で、ボトムゲイト型のＴＦＴのゲイト電極としてアルミ
ニウムを利用した場合における問題を解決することがで
きる。具体的には、加熱処理による結晶化を採用するこ
とができ、また作製プロセス中に加熱が行われてしまう
ような場合にも対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｎチャネル型のＴＦＴを作製する工程を示す
図。

【図２】Ｎチャネル型のＴＦＴを作製する工程を示す
図。

【図３】Ｎチャネル型のＴＦＴを作製する工程を示す
図。

【図４】Ｐチャネル型のＴＦＴとＮチャネル型のＴＦ
Ｔとを同時に作製する工程を示す図。

【図５】Ｐチャネル型のＴＦＴとＮチャネル型のＴＦ
Ｔとを同時に作製する工程を示す図。

【図６】Ｐチャネル型のＴＦＴとＮチャネル型のＴＦ
Ｔとを同時に作製する工程を示す図。

【図７】Ｐチャネル型のＴＦＴとＮチャネル型のＴＦ
Ｔとを同時に作製する工程を示す図。

【図８】Ｐチャネル型のＴＦＴとＮチャネル型のＴＦ
Ｔとを同時に作製する工程を示す図。

【図９】Ｐチャネル型のＴＦＴとＮチャネル型のＴＦ
Ｔとを同時に作製する工程を示す図。

【図１０】Ｐチャネル型のＴＦＴとＮチャネル型のＴＦ
Ｔとを同時に作製する工程を示す図。

【図１１】Ｐチャネル型のＴＦＴとＮチャネル型のＴＦ
Ｔとを同時に作製する工程を示す図。

【図１２】Ｎチャネル型のＴＦＴの作製工程を示す図。

【図１３】ＴＦＴを利用した装置の構成を示す図。

【図１４】ＴＦＴの作製工程を示す図。

【図１５】ＴＦＴの作製工程を示す図。

【符号の説明】

１０１ガラス基板１０２チタン膜パターン１０３アルミニウム膜パターン１０４サイドエッチングされたチタン膜パ
ターン１０５陽極酸化膜１００ゲイト電極１０６酸化珪素膜１０７非晶質珪素膜１０８酸化珪素膜１０９レジストマスク１１０酸化珪素膜でなるマスク１１１表面に接して保持されたニッケル元
素１１２結晶成長の先端部が衝突する部分１１３燐がドーピングされる領域１１４燐がドーピングされる領域１１５燐のゲッタリングが行われる領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 29/78 ６１８Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ゲイト電極と、前記ゲイト電極上を覆って形成されたゲイト絶縁膜と、前記ゲイト絶縁膜上に形成された結晶性珪素膜でなる活
性層と、を有し、前記活性層はソース及びドレイン領域からチャネル形成
領域へと結晶成長した構造を有し、前記ソース及びドレイン領域には、前記チャネル形成領
域よりも珪素の結晶化を助長する金属元素が高濃度に含
まれていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】請求項１において、珪素の結晶化を助長す
る金属元素としてニッケルが利用されていることを特徴
とする半導体装置。
【請求項３】請求項１において、珪素の結晶化を助長す
る金属元素としてＦｅ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏ
ｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた元素が利用さ
れていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】請求項１において、結晶性珪素膜の代わり
に珪素とゲルマニウムとの化合物膜が利用されているこ
とを特徴とする半導体装置。
【請求項５】基板上にゲイト電極を形成する工程と、前記ゲイト電極上にゲイト絶縁膜を形成する工程と、前記ゲイト絶縁膜上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、前記ゲイト電極上方の前記非晶質珪素膜上にマスクを形
成する工程と、前記マクスを利用し前記非晶質珪素膜に珪素の結晶化を
助長する金属元素を導入する工程と、加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜において、前記金属
元素が導入された領域から前記マスク下部の領域への結
晶成長を行わす工程と、前記マスクを利用して前記金属元素が導入された領域に
燐のドーピングを行う工程と、加熱処理を施し、前記燐のドーピングが行われた領域に
当該金属元素を集中させる工程と、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６】請求項５において、珪素の結晶化を助長す
る金属元素としてニッケルが利用されることを特徴とす
る半導体装置。
【請求項７】請求項５において、珪素の結晶化を助長す
る金属元素としてＦｅ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏ
ｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた元素が利用さ
れることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】請求項５において、結晶性珪素膜の代わり
に珪素とゲルマニウムとの化合物膜が利用されることを
特徴とする半導体装置。