JP3472024B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Description

【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、ガラ
ス基板上に形成される薄膜トランジスタに代表される半
導体装置に関する。またその作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、珪素膜を用いた薄膜トランジ
スタが知られている。これは、ガラス基板や石英基板上
に形成された珪素膜を用いて、薄膜トランジスタを構成
する技術である。

【０００３】ガラス基板や石英基板が利用されるのは、
アクティブマトリクス型の液晶表示に上記薄膜トランジ
スタを利用するためである。従来は、非晶質珪素膜を用
いて薄膜トランジスタが形成されてきたが、より高性能
を求めるために結晶性を有する珪素膜（結晶性珪素膜と
いう）を利用して薄膜トランジスタを作製することが試
みられている。

【０００４】結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタ
は、非晶質珪素膜を用いたものに比較して、２桁以上の
高速動作を行わすことができる。従って、これまで外付
けのＩＣ回路によって構成されていたアクティブマトリ
クス型の液晶表示装置の周辺駆動回路をガラス基板また
は石英基板上にアクティブマトリクス回路と同様に作り
込むことができる。

【０００５】このような構成は、装置全体の小型化や作
製工程の簡略化に非常に有利なものとなる。また作製コ
ストの低減にもつながる構成となる。

【０００６】結晶性珪素膜は、非晶質珪素膜をプラズマ
ＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法で成膜した後、加熱処理、ま
たはレーザー光の照射を行うことにより、結晶化させる
ことにより得ている。

【０００７】しかし、加熱処理の場合、結晶化にむらが
できたりし、なかなか必要とするような結晶性を広い面
積にわたって得ることが困難であるのが現状である。

【０００８】また、レーザー光の照射による方法も部分
的には高い結晶性を得ることができるが、広い面積にわ
たり、良好なアニール効果を得ることが困難である。特
に、良好な結晶性を得るような条件でのレーザー光の照
射は、不安定になりやすい。

【０００９】このような問題を解決する方法として特開
平６−２３２０５９号に記載された技術が公知である。
この技術は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金
属元素（例えばニッケル）を導入し、従来よりも低い温
度での加熱処理で結晶性珪素膜を得る技術である。

【００１０】本発明人らの研究によれば、この方法で得
られた結晶性珪素膜は、広い面積にわたって実用に耐え
る結晶性を有していることが判明している。

【００１１】しかし、膜中に金属元素を含有しているた
め、その導入量の制御が微妙であるという問題がある。
またこのことに関連して、再現席や安定性（得られたデ
バイスの電気的な安定性）に問題があることが明らかに
なっている。

【００１２】また、残留する金属元素の影響によって、
得られる半導体装置の特性の経時変化が大きいという問
題がある。また残留する金属元素の影響によって、得ら
れる薄膜トランジスタのＯＦＦ電流値が大きいといった
問題が存在する。

【００１３】即ち、珪素の結晶化を助長する金属元素
は、結晶性珪素膜を得るためには有用な役割を果たす
が、一方で一端結晶性珪素膜を得た後においては、その
存在が数々の問題を引き起こすマイナス要因となってし
まう。

【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、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して得ら
れた結晶性珪素膜における金属の濃度元素の濃度を減少
させる技術を提供することを課題とする。また高い電気
的な特性を得られる薄膜半導体装置の構成を提供するこ
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、ガラス基板上に珪素の結晶化を助長する金属
元素を用いて結晶性珪素膜を形成する工程を有し、該工
程は最高プロセス温度が６５０℃を越えて１０００℃未
満であり、かつそのプロセス温度が１時間以上であり、
前記ガラス基板はＯＨを５０ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍの
濃度で含み、前記ガラス基板は塩素を１０ｐｐｍ〜１０
００ｐｐｍの濃度で含み、前記ガラス基板は歪点が６５
０℃〜１０００℃の範囲にあることを特徴とする。

【００１６】また、上記構成における最高プロセス温度
は、７００℃を越えて９８０℃未満とすることがより好
ましい。この場合、そのプロセス時間は３０分以上とす
ることが好ましい。

【００１７】他の発明の構成は、ガラス基板上に珪素の
結晶化を助長する金属元素を用いて結晶性珪素膜を形成
する工程と、ハロゲン元素を含んだ熱酸化膜を形成し前
記結晶性珪素膜から前記金属元素を除去する工程と、を
有し、前記２つの工程において、最高プロセス温度は６
５０℃〜１０００℃であり、前記ガラス基板はＯＨを５
０ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍの濃度で含み、前記ガラス基
板は塩素を１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの濃度で含み、
前記ガラス基板は歪点が６５０℃〜１０００℃の範囲に
あることを特徴とする。

【００１８】他の発明の構成は、ガラス基板を用いた半
導体装置であって、前記ガラス基板はＯＨを５０ｐｐｍ
〜２０００ｐｐｍの濃度で含み、前記ガラス基板は塩素
を１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの濃度で含み、前記ガラ
ス基板は歪点が６５０℃〜１０００℃の範囲にあること
を特徴とする。

【００１９】他の発明の構成は、ガラス基板を用いた半
導体装置であって、前記ガラス基板はＯＨを５０ｐｐｍ
〜２０００ｐｐｍの濃度で含み、前記ガラス基板は塩素
を１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの濃度で含み、前記ガラ
ス基板は歪点が６５０℃〜１０００℃の範囲にあり、前
記半導体装置を構成する珪素薄膜中には、珪素の結晶化
を助長する金属元素が１×１０¹⁶ｃｍ^-3〜５×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3の濃度で含まれており、前記金属元素は前記珪素膜
の界面近傍において高い濃度分布を有していることを特
徴とする。

【００２０】珪素の結晶化を助長する金属元素を利用し
た場合、得られる結晶性珪素膜中に残留する当該金属元
素の濃度は上記範囲内のものとなる。なお、上記範囲以
上の濃度で当該金属元素を含んでいる場合、金属の影響
が出過ぎ、半導体としての特性が得られなくなる。ま
た、半導体装置としての信頼性が極度に低下する。

【００２１】他の発明の構成は、ガラス基板を用いた半
導体装置であって、前記ガラス基板はＯＨを５０ｐｐｍ
〜２０００ｐｐｍの濃度で含み、前記ガラス基板は塩素
を１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの濃度で含み、前記ガラ
ス基板は歪点が６５０℃〜１０００℃の範囲にあり、前
記半導体装置を構成する珪素薄膜中には、珪素の結晶化
を助長する金属元素が１×１０¹⁶ｃｍ^-3〜５×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3の濃度で含まれており、かつハロゲン元素が１×１
０¹⁶ｃｍ^-3以上の濃度で含まれていることを特徴とす
る。

【００２２】ハロゲン元素を含んだ雰囲気中での加熱処
理により熱酸化膜を形成した場合、熱酸化膜の形成と同
時に結晶性珪素膜中へのハロゲン元素を侵入する。そし
てその結果、結晶性珪素膜中にはハロゲン元素が１×１
０¹⁶ｃｍ^-3以上の濃度で含まれることになる。なお、結
晶性珪素膜中に含まれる結晶性珪素膜の濃度の上限は５
×１０²⁰ｃｍ^-3程度とすることが好ましい。

【００２３】他の発明の構成は、ガラス基板を用いた半
導体装置であって、前記ガラス基板は歪点が６５０℃〜
１０００℃の範囲にあり、前記半導体装置を構成する珪
素薄膜中には、珪素の結晶化を助長する金属元素が１×
１０¹⁶ｃｍ^-3〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3の濃度で含まれてお
り、かつハロゲン元素が１×１０¹⁶ｃｍ^-3以上の濃度で
含まれていることを特徴とする。

【００２４】本明細書で開示する発明においては、珪素
の結晶化を助長する金属元素として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ
から選ばれた一種または複数種類のものが用いることが
できる。

【００２５】また、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気
としては、Ｏ₂ 雰囲気、またはＯ₂を含んだ雰囲気中に
ＨＣｌ、ＨＦ、ＨＢｒ、Ｃｌ₂ 、Ｆ₂ 、Ｂｒ₂ 、ＮＦ₃
から選ばれた一種または複数種類のガスが添加されたも
のを選択することができる。

【００２６】本明細書における不純物濃度は、ＳＩＭＳ
（２次イオン分析法）で計測された計測値の最小値とし
て定義される。

【００２７】

【発明の実施例の形態】本明細書で開示する発明の好ま
し実施の形態としては、まず非晶質珪素膜を所定の物性
を有するガラス基板上に成膜する。

【００２８】次に上記ガラス基板上に成膜された非晶質
珪素膜をニッケルで代表される珪素の結晶化を助長する
金属元素の作用により結晶化させ、結晶性珪素膜を得
る。この結晶化は加熱処理によって行なう。またレーザ
ー光の照射を併用して行う。

【００２９】上記の結晶化のための加熱処理は、その温
度を６５０℃〜１０００℃として行うことが効果的であ
る。この温度以下であっても結晶化を進行させることが
できるが、より高い結晶性を得るためには、上記範囲内
の温度で行うことが好ましい。

【００３０】特に横成長を利用した結晶性性珪素膜を得
る場合には、上記の範囲内の温度で加熱処理を行うこと
により、非常に実用性の高い結晶性珪素膜（結晶化領
域）を得ることができる。

【００３１】なお、上記の範囲よりも高い温度で加熱処
理を行うことは、基板として高価で取り扱いの不便な石
英ガラス基板を利用する必要があること、また装置の治
具の耐熱性の問題から基板の大面積化に不利なこと、等
の観点から好ましいことではない。

【００３２】上記の加熱処理により形成された結晶性珪
素膜中には、当該金属元素が相当の濃度で含まれてい
る。

【００３３】ここでＨＣｌを添加した酸化性雰囲気中に
おいて加熱処理を行い、結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜
を形成する。

【００３４】この加熱処理において、熱酸化膜中にニッ
ケル元素が高濃度に取り込まれる。即ち、高濃度にニッ
ケル元素を含んだ熱酸化膜が形成される。そして結晶性
珪素膜中におけるニッケル元素の濃度が減少する。

【００３５】この時、加熱処理の温度を６５０℃以上、
１０００℃以下とする。この加熱処理の温度が上記の温
度範囲より低いと熱酸化膜の形成が進まず、結晶性珪素
膜中からのニッケル元素の除去が効果的に行われない。

【００３６】また、上記の加熱温度が上記野温度範囲よ
り高い場合は、熱酸化膜の膜質にバラツキが生じやす
く、また石英基板を利用する必要が生じる。さらに装置
に加わる負担が大きくなるので好ましくない。

【００３７】上記の加熱処理の後、形成された熱酸化膜
を除去することにより、高い結晶性を有し、かつニッケ
ル元素の濃度が低い結晶性珪素膜を得ることができる。

【００３８】またガラス基板として、ＯＨ濃度が５０ｐ
ｐｍ〜２０００ｐｐｍでかつ塩素濃度が１０ｐｐｍ〜１
０００ｐｐｍであり、歪点が６５０℃〜１０００℃の範
囲にあるものを用いる。

【００３９】さらに好ましくは、ＯＨ濃度が３００ｐｐ
ｍ〜７００ｐｐｍ、塩素濃度が５０ｐｐｍ〜１５０ｐｐ
ｍのガラス基板を用いる。

【００４０】ＯＨ濃度を上記範囲とすることで、基板に
ある程度の柔軟性を与えることができ、基板搬送時や取
り扱い時における破損を抑制することができる。

【００４１】また、塩素濃度を上記範囲とすることで、
基板側にニッケル元素をゲッタリングする作用を得るこ
とができる。

【００４２】また歪点が６５０℃〜９５０℃の範囲、こ
の好ましくは８００℃以上のものとすることで、加熱処
理時における基板の湾曲や変形を問題とならないレベル
にすることができる。

【００４３】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例では、ガラス基板上にニッケル元
素を利用して結晶性珪素膜を得る構成について示す。

【００４４】本実施例では、ガラス基板としてＳｉＣｌ
₄ を原料として作製されるガラス基板を利用する。この
ガラス基板は、ＯＨを３００ｐｐｍ〜７００ｐｐｍ、塩
素を５０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍ含むもので、ＳｉＣｌ₄
から合成される。このガラス基板は、６００℃〜８００
℃の温度範囲において利用することができる。以下に図
１を用いて本実施例の作製工程を示す。まず、上記ガラ
ス基板１０１上に下地膜として酸化珪素膜１０２を３０
００Åの厚さに成膜する。

【００４５】酸化窒化珪素膜の成膜は、スパッタ法を用
いて行う。この酸化珪素膜は、後の工程においてガラス
基板からの不純物（ガラス基板中には半導体の作製レベ
ルで見て多量の不純物が含まれている）の拡散を抑制す
る機能を有している。

【００４６】なお、この不純物の拡散を抑制する機能を
最大限に得るためには、スパッタリング法で形成された
酸化珪素膜が最適である。これは、その膜質が緻密で固
いからである。

【００４７】この下地膜１０２は、可能な限りなるべく
高い硬度とすることが重要なポイントとなる。これは、
最終的に得られた薄膜トランジスタの耐久試験におい
て、下地膜の硬さが硬い方が（即ち、そのエッチングレ
ートが小さい方が）信頼性が高いことから結論される。
なお、その理由は、薄膜トランジスタの作製工程中にお
けるガラス基板からの不純物の遮蔽効果に依るものと考
えられる。

【００４８】また、下地膜の膜質を固くすることは、下
地膜と珪素膜との間で形成される変成層の形成を抑制す
ることができる。

【００４９】変成層には非晶質成分または低級の結晶成
分が多く含まれており、後に薄膜トランジスタの動作を
不安定化させる大きな要因となる。従って下地膜の膜質
を改善することにより、形成される変成層の厚さを薄く
することが重要となる。

【００５０】具体的には、変成層の厚さが２〜５０Å程
度となるように下地膜の膜質を制御することが重要とな
る。

【００５１】また、この下地膜１０２中に塩素で代表さ
れるハロゲン元素を微量に含有させておくことは有効で
ある。このようにすると、後の工程において、半導体層
中に存在する珪素の結晶化を助長する金属元素をハロゲ
ン元素によってゲッタリングすることができる。

【００５２】また、下地膜の成膜後に水素プラズマ処理
を加えることは有効である。また、酸素と水素とを混合
した雰囲気でのプラズマ処理を行うことは有効である。
これは、下地膜の表面に吸着している炭素成分を除去
し、後に形成される半導体膜との界面特性を向上させる
ことに効果がある。

【００５３】また、炭素成分を除去することにより、前
述の変成層の形成を抑制することができる。

【００５４】なお、ガラス基板２０１の平坦性が優れ、
またその表面を洗浄にできるのであれば、下地膜は必ず
しも必要ない。ただしこの場合も変成層の形成を抑制す
るために上記のプラズマ処理を行うことが有用である。

【００５５】次に後に結晶性珪素膜となる非晶質珪素膜
１０３を１６００Åの厚さに減圧熱ＣＶＤ法で成膜す
る。減圧熱ＣＶＤ法を用いるのは、その方が後に得られ
る結晶性珪素膜の膜質が優れているからである。具体的
には、膜質が緻密であるからである。なお、減圧熱ＣＶ
Ｄ法以外の方法としては、プラズマＣＶＤ法を用いるこ
とができる。

【００５６】ここで作製する非晶質珪素膜は、膜中の酸
素濃度が５×１０¹⁷ｃｍ^-3〜２×１０¹⁹ｃｍ^-3 である
ことが望ましい。これは、後の金属元素（珪素の結晶化
を助長する金属元素）のゲッタリング工程において、酸
素が重要な役割を果たすからである。

【００５７】ただし、酸素濃度が上記濃度範囲より高い
場合は、非晶質珪素膜の結晶化が阻害されるので注意が
必要である。

【００５８】また他の不純物濃度、例えば、窒素や炭素
の不純物濃度は極力低い方がよい。具体的には、２×１
０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度とすることが必要である。

【００５９】この非晶質珪素膜１０３を加熱のみよって
結晶化させる場合は、この出発膜（非晶質珪素膜）１０
３の膜厚を８００Å〜５０００μｍ、好ましく１５００
〜３０００Åとする。

【００６０】この膜厚範囲より厚い場合は、成膜時間が
長くなるので生産コストの点から不経済となる。またこ
の膜厚範囲より薄い場合は、結晶化が不均一になった
り、工程の再現性が悪くなる。

【００６１】こうして図１（Ａ）に示す状態を得る。

【００６２】次に非晶質珪素膜１０３を結晶化させるた
めにニッケル元素を導入する。ここでは、１０ｐｐｍ
（重量換算）のニッケルを含んだニッケル酢酸塩溶液を
非晶質珪素膜１０３の表面に塗布することによってニッ
ケル元素を導入する。

【００６３】ニッケル元素の導入方法としては、上記の
溶液を用いる方法の他に、スパッタ法やＣＶＤ法、さら
にプラズマ処理や吸着法を用いることができる。

【００６４】上記の溶液を用いる方法は、簡便であり、
また金属元素の濃度調整が簡単であるという点で有用で
ある。

【００６５】ニッケル酢酸塩溶液を塗布することによ
り、図１（Ｂ）に示すようにニッケル酢酸塩の水膜１０
４が形成される。この状態において、図示しないスピン
コーターを用いて余分な溶液を吹き飛ばす。このように
して、ニッケル元素が非晶質珪素膜１０３の表面に接し
て保持された状態が得られる。

【００６６】なお、後の加熱工程における不純物の残留
を考慮すると、酢酸ニッケル塩溶液を用いる代わりに硫
酸ニッケルを用いることは有用である。これは、酢酸ニ
ッケル塩溶液は炭素を含んでおり、これが後の加熱工程
において炭化して膜中に残留することが懸念されるから
である。

【００６７】ニッケル元素の導入量の調整は、溶液中に
おけるニッケル元素の濃度を調整することにより行うこ
とができる。また、スピンコータによる塗布条件の設
定、さらに溶液の保持時間によって調整することができ
る。

【００６８】そして、図１（Ｃ）に示す状態において、
８００℃の温度での加熱処理を行い、非晶質珪素膜１０
３を結晶化させる。こうして、結晶性珪素膜１０５を得
る。この加熱処理は、還元雰囲気中で行う。

【００６９】ここでは、水素を３％含んだ窒素雰囲気中
で８００℃、４時間の加熱処理を行う。

【００７０】上記の加熱処理による結晶化の工程におい
て、雰囲気を還元雰囲気とするのは、加熱処理工程中に
おいて、酸化物が形成されてしまうことを防止するため
である。具体的には、ニッケルと酸素とが反応して、Ｎ
ｉＯ_X が膜の表面や膜中に形成されてしまうことを抑制
するためである。

【００７１】酸素は、後のゲッタリング工程において、
ニッケルと結合して、珪素膜中からのニッケルのゲッタ
リングに多大な貢献をすることとなる。しかしながら、
この結晶化の段階で酸素とニッケルとが結合すること
は、結晶化を阻害するものであることが判明している。
従って、この加熱による結晶化の工程においては、酸化
物の形成を極力抑制することが重要となる。

【００７２】上記の結晶化のための加熱処理を行う雰囲
気中の酸素濃度は、ｐｐｍオーダー、好ましくは１ｐｐ
ｍ以下とすることが必要である。

【００７３】また、上記の結晶化のための加熱処理を行
う雰囲気をほとんどを占める気体としては、窒素以外に
アルゴン等の不活性ガスを利用することができる。

【００７４】上記の結晶化のための加熱処理温度の下限
は、その効果および再現性から見て４５０℃以上とする
ことが好ましい。またその上限は、使用するガラス基板
の歪点以下とすることが好ましい。

【００７５】なお、基板として石英基板を用いれば、さ
らに１０５０℃程度まで加熱温度を高くすることが可能
である。この場合、より高い結晶性を有する結晶性珪素
膜を得ることができる。しかし、石英基板は欠けたり割
れたりすることが多く、また高価であるので、生産コス
トや歩留りの点で不利となる。

【００７６】上記の還元雰囲気中での加熱を行うことに
よって、図１（Ｃ）に示すように結晶性珪素膜１０５を
得る。

【００７７】結晶性結晶性珪素膜１０５を得たら、再度
の加熱処理を行う。この加熱処理は、ハロゲン元素を含
有した酸化性雰囲気中において行う。

【００７８】ここでは、５０％（体積％）の酸素を含ん
だ窒素雰囲気中において、８５０℃の温度での加熱処理
を行う。またこの雰囲気には、酸素に対して５％のＨＣ
ｌを含有させる。

【００７９】ＨＣｌは酸素に対して0.5 ％〜１０％（体
積％）の割合で混合することが好ましい。なお、この濃
度以上に混合すると、膜の表面が膜厚と同程度上の凹凸
に荒れてしまうので注意が必要である。また上記濃度以
下では、ニッケルを酸化膜中に取り込む効果が少なくな
るので好ましくない。

【００８０】この加熱処理工程においは、１０６で示さ
れる熱酸化膜を２００Åの厚さに成膜する。（図１
（Ｄ））

【００８１】上記加熱処理の工程は、結晶化のために初
期の段階で意図的に混入させたニッケル元素（またはそ
の他の珪素の結晶化を助長する金属元素）を結晶性珪素
膜１０５中から除去するための工程である。この加熱処
理は、前述の結晶化を行うために行った加熱処理よりも
高い温度で行うことが好ましい。これは、ニッケル元素
のゲッタリングをより効果的に行うためである。

【００８２】また、この加熱処理温度の上限は、使用す
るガラス基板の歪点によって制限される。使用するガラ
ス基板の歪点以上の温度で加熱処理を行うと、基板が変
形するので注意が必要である。

【００８３】ＨＣｌは酸素に対して0.5 ％〜１０％（体
積％）の割合で混合することが好ましい。なお、この濃
度以上に混合すると、膜の表面が膜厚と同程度上の凹凸
に荒れてしまうので注意が必要である。

【００８４】２００Å厚の熱酸化膜１０６が形成される
ことで、元々１６００Å厚であった結晶性珪素膜１０５
の膜厚は約１５００Å程度となる。

【００８５】なお加熱温度を高くした場合、所定の熱酸
化膜を形成する時間が短くなってしまう。この場合、処
理時間が短くなることにより、ニッケルを珪素膜中から
酸化膜中へとゲッタリングする効果が充分に発揮されな
い問題が生じる。

【００８６】そこでこのような場合には、雰囲気中の酸
素濃度を減らし、熱酸化膜の成膜レートを下げることが
有効になる。

【００８７】この工程においては、ハロゲン元素の作用
により、ニッケル元素が珪素膜外にゲッタリングされ
る。ここでは、塩素の作用により、形成される自然酸化
膜１０６中にニッケル元素がゲッタリングされる。

【００８８】このゲッタリングにおいては、結晶性珪素
膜中に存在する酸素が重要な役割を果たす。即ち、酸素
とニッケルが結合することによって形成される酸化ニッ
ケルに塩素によるゲッタリング効果が作用して、効果的
にニッケル元素のゲッタリングが進行する。

【００８９】前述したように、酸素は、その濃度が多過
ぎると、図１（Ｃ）に示す結晶化工程において、非晶質
珪素膜１０３の結晶化を阻害する要素となる。しかしな
がら、上述のようにその存在はニッケルのゲッタリング
過程においては重要な役割を果たす。従って、出発膜と
なる非晶質珪素膜中に存在する酸素濃度の制御は重要な
ものとなる。

【００９０】ここではハロゲン元素としてＣｌを選択
し、またその導入方法としてＨＣｌを用いる例を示し
た。しかしＨＣｌ以外のガスとして、ＨＦ、ＨＢｒ、Ｃ
ｌ₂ 、Ｆ₂ 、Ｂｒ₂ 、ＮＦ₃ から選ばれた一種または複
数種類のものを用いることもできる。また一般にハロゲ
ンの水素化物を用いることができる。

【００９１】これらのガスは、雰囲気中での含有量（体
積含有量）をＨＦであれば0.25〜５％、ＨＢｒであれば
１〜１５％、Ｃｌ₂ であれば0.25〜５％、Ｆ₂ であれば
0.125 〜2.5 ％、Ｂｒ₂ であれば0.5 〜１０％、ＮＦ₃
であれば0.1 〜５％とする。

【００９２】上記の範囲以下の濃度とすると、有意な効
果が得られるなくなる。また、上記の範囲以上の濃度と
すると、珪素膜の表面が荒れてしまう。

【００９３】この工程を経ることにより、ニッケル元素
の濃度を最大で初期の１／１０以下とすることができ
る。これは、何らハロゲン元素によるゲッタリングを行
わない場合に比較して、ニッケル元素を１／１０以下に
できることを意味する。この効果は、他の金属元素を用
いた場合でも同様に得られる。

【００９４】また上記の工程においては、形成される酸
化膜中にニッケル元素がゲッタリングされるので、酸化
膜中におけるニッケル濃度が他の領域に比較して当然高
くなる。

【００９５】特に、珪素膜１０５と酸化膜１０６との界
面近傍においてニッケル元素が高くなる傾向が観察され
る。これは、ゲッタリングが主に行われる領域が、珪素
膜と酸化膜との界面近傍の酸化膜側であることが要因で
あると考えられる。また、界面近傍においてゲッタリン
グが進行するのは、界面近傍の応力や欠陥の存在が要因
であると考えられる。

【００９６】また、下地膜１０５と珪素膜１０５との界
面及びその近傍においてニッケル元素が高くなる傾向が
観察される。また、ガラス基板１０１中へのニッケル元
素のゲッタリングが行われる。これは、ガラス基板中に
も塩素が含有されているからである。

【００９７】（Ｄ）に示す熱酸化膜１０６を形成した
ら、このニッケルを高濃度に含んだ熱酸化膜１０６を除
去する。この熱酸化膜１０６の除去はバッファーフッ酸
（その他フッ酸系のエッチャント）を用いたウェットエ
ッチングや、ドライエッチングを用いて行う。

【００９８】こうして、図１（Ｅ）に示すように、含有
ニッケル濃度を低減した結晶性珪素膜１０７を得ること
ができる。

【００９９】また得られた結晶性珪素膜１０７の表面近
傍には、比較的ニッケル元素が高濃度に含まれるので、
上記の酸化膜１０６のエッチングをさらに進めて、結晶
性珪素膜１０７の表面層を少しオーバーエッチングする
ことは有効である。

【０１００】〔実施例２〕本実施例は、実施例１に示す
構成において、図１（Ｂ）に示す加熱処理により結晶性
珪素膜を得た後、さらにレーザー光の照射を行い、その
結晶性を助長させる場合の例を示す。

【０１０１】図１（Ｂ）に示す加熱処理の温度が低かっ
たり、処理時間が短い場合、即ち、作製工程上の理由
で、加熱温度が制限されたり、加熱時間が制限されてし
まう場合、必要とする結晶性が得られないことがある。
このような場合は、レーザー光の照射によるアニールを
施すことにより、必要とする高い結晶性を得ることがで
きる。

【０１０２】この場合のレーザー光の照射は、非晶質珪
素膜を直接結晶化させる場合に比較して、許容されるレ
ーザー照射条件の幅は広い。また、その再現性も高いも
のとすることができる。

【０１０３】レーザー光の照射は、図１（Ｃ）に示す工
程の後に行えばよい。また、本実施例においては、図１
（Ａ）において成膜される出発膜となる非晶質珪素膜１
０３の膜厚を２００Å〜２０００Åとすることが重要で
ある。これは、非晶質珪素膜の膜厚が薄い方がレーザー
光の照射によるアニール効果が高いものとなるからであ
る。

【０１０４】使用するレーザー光としては、紫外領域の
エキシマレーザーを使用することが好ましい。具体的に
は、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）やＸｅ
Ｃｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）を用いること
が好ましい。

【０１０５】〔実施例３〕本実施例は、実施例２におけ
るレーザー光の代わりに赤外線ランプを利用した場合の
例である。赤外線を用いた場合、ガラス基板をあまり加
熱せずに珪素膜を選択的に加熱することができる。従っ
て、ガラス基板に対して熱ダメージを与えずに効果的な
加熱処理を行うことができる。

【０１０６】〔実施例４〕本実施例は、実施例１に示す
構成において、珪素の結晶化を助長する金属元素とし
て、Ｃｕを用いた場合の例である。この場合、Ｃｕを導
入するための溶液として、酢酸第２銅（Ｃｕ（ＣＨ₃ Ｃ
ＯＯ）₂ ）や塩化第２銅（ＣｕＣｌ₂ ２Ｈ₂Ｏ）を用い
ればよい。

【０１０７】〔実施例５〕本実施例では、実施例１とは
異なる形態の結晶成長を行わせる例に関する。本実施例
は、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して、横成
長と呼ばれる基板に平行な方向への結晶成長を行わす方
法に関する。

【０１０８】図２に本実施例の作製工程を示す。まず、
実施例１と同様なガラス基板２０１上に下地膜２０２と
して酸化窒化珪素膜を３０００Åの厚さに成膜する。な
お、ガラス基板２０１の平坦性が優れ、またその表面を
洗浄にできるのであれば、下地膜は必ずしも必要ない。

【０１０９】次に結晶性珪素膜の出発膜となる非晶質珪
素膜２０３を減圧熱ＣＶＤ法でもって、２０００Åの厚
さに成膜する。なお、減圧熱ＣＶＤ法の代わりにプラズ
マＣＶＤ法を用いてもよい。

【０１１０】次に図示しない酸化珪素膜を１５００Åの
厚さに成膜し、それをパターニングすることにより、２
０４で示されるマスクを形成する。このマスクには２０
５で示される領域で開口が形成されている。この開口２
０５が形成されている領域においては、非晶質珪素膜２
０３が露呈している。（図２（Ａ））

【０１１１】開口２０５は、図面の奥行及び手前方向に
長手方向を有する細長い長方形を有している。この開口
２０３の幅は２０μｍ以上とするのが適当である。また
その長手方向の長さは任意に決めればよい。

【０１１２】そして実施例１で示した重量換算で１０ｐ
ｐｍのニッケル元素を含んだ酢酸ニッケル溶液を塗布す
る。そして図示しないスピナーを用いてスピンドライを
行い余分な溶液を除去する。

【０１１３】こうして、ニッケル元素が図２（Ａ）の点
線２０６で示されるように、非晶質珪素膜２０３の露呈
した表面に接して保持された状態が実現される。

【０１１４】次に水素を３％含有した極力酸素を含まな
い窒素雰囲気中において、８００℃、４時間の加熱処理
を行う。すると、図２（Ｂ）の２０７で示されるような
基板に平行な方向への結晶成長が進行する。この結晶成
長は、ニッケル元素が導入された開口２０５の領域から
周囲に向かって進行する。この基板に平行な方向への結
晶成長を横成長またはラテラル成長と称する。

【０１１５】本実施例に示すような条件においては、こ
の横成長を１００μｍ以上にわたって行わすことができ
る。こうして横成長した領域を有する珪素膜２０８を得
る。（図２（Ｂ））

【０１１６】そしてニッケル元素を選択的に導入するた
めの酸化珪素膜でなるマスク２０４を除去する。

【０１１７】そしてこの状態で、酸素５０％、酸素に対
してＨＣｌを３％含んだ窒素雰囲気中において、８５０
℃の加熱処理を行う。この工程において、ニッケル元素
を膜中に高濃度に含んだ酸化膜２０９が形成される。そ
して同時に珪素膜２０８中のニッケル元素濃度を相対的
に減少させることができる。

【０１１８】ここでは、２０９で示される熱酸化膜が２
００Åの厚さに成膜される。この熱酸化膜中には、塩素
の作用によりゲッタリングされたニッケル元素が高濃度
に含まれることになる。また、熱酸化膜２０９が成膜さ
れることで、結晶性珪素膜２０８は１９００Å程度の膜
厚となる。（図２（Ｄ））

【０１１９】図２（Ｄ）に示す工程が終了したら、図示
はしないが、ニッケル元素を高い濃度で含んだ熱酸化膜
２０９を除去する。

【０１２０】この状態における結晶性珪素膜において
は、ニッケル元素が結晶性珪素膜の表面に向かって高濃
度に存在するような濃度分布を有している。

【０１２１】従って、この熱酸化膜２０９を除去した後
に、さらに結晶性珪素膜の表面をエッチングし、このニ
ッケル元素が高濃度に存在している領域を除去すること
は有用である。即ち、高濃度にニッケル元素が存在して
いる結晶性珪素膜の表面をエッチングすることで、より
ニッケル元素濃度を低減した結晶性珪素膜を得ることが
できる。

【０１２２】次にパターニングを行うことにより、横成
長領域でなるパターン２１０を形成する。（図２
（Ｅ））

【０１２３】ここで、パターン２１０には、縦成長領域
と非晶質領域、さらに横成長の先端領域が存在しないよ
うにすることが重要である。

【０１２４】これは、縦成長と横成長の先端領域におい
ては、ニッケル元素の濃度が相対的に高いからである。
また、非晶質領域はその電気的な特性が劣るからであ
る。

【０１２５】このようにして得られた横成長領域でなる
パターン２１０中に残留するニッケル元素の濃度は、実
施例１で示した場合に比較してさらに低いものとするこ
とができる。

【０１２６】これは、横成長領域中に含まれる金属元素
の濃度がそもそも低いことにも起因する。具体的には、
横成長領域でなるパターン２０９中のニッケル元素の濃
度を１０¹⁷ｃｍ^-3以下のオーダーにすることが容易に可
能となる。

【０１２７】また横成長領域を利用して薄膜トランジス
タを形成した場合、実施例１に示したような縦成長（実
施例１の場合は全面が縦成長する）領域を利用した場合
に比較して、より高移動度を有するものを得ることがで
きる。

【０１２８】なお、図２（Ｅ）に示すパターンを形成後
にさらにエッチング処理を行い、パターン表面に存在し
ているニッケル元素を除去することは有用である。

【０１２９】２１０でなるパターンを形成したら、８０
０℃の酸素雰囲気中において２００Å厚の熱酸化膜２１
１を形成する。この熱酸化膜２１１は、薄膜トランジス
タを構成するのであれば、後にゲイト絶縁膜の一部とな
る。

【０１３０】〔実施例６〕本実施例は、本明細書に開示
する発明を利用して、アクティブマトリクス型の液晶表
示装置やアクティブマトリクス型のＥＬ表示装置の画素
領域に配置される薄膜トランジスタを作製する例を示
す。

【０１３１】図３に本実施例の作製工程を示す。まず、
実施例１または実施例５に示した工程によりガラス基板
上に結晶性珪素膜を形成する。

【０１３２】実施例１に示した構成で結晶性珪素膜を得
る場合には、それをパターニングすることにより、図３
（Ａ）に示す状態を得る。

【０１３３】図３（Ａ）に示す状態において、３０１が
ガラス基板、３０２が下地膜、３０３が結晶性珪素膜で
構成された活性層である。

【０１３４】図３（Ａ）に示す状態を得たら、酸素と水
素を混合した減圧雰囲気でのプラズマ処理を施す。この
プラズマは、高周波放電によって生成する。

【０１３５】このプラズマ処理によって、活性層３０３
の露呈した表面に存在している有機物が除去される。正
確には、酸素プラズマによって活性層の表面に吸着して
いる有機物が酸化され、さらに水素プラズマによってこ
の酸化した有機物が還元気化される。こうして活性層３
０３の露呈した表面に存在する有機物が除去される。

【０１３６】この有機物の除去は、活性層３０３の表面
における固定電荷の存在を抑制する上で非常に効果があ
る。有機物の存在に起因する固定電荷は、デバイスの動
作を阻害したり、特性の不安定性の要因となるものであ
り、その存在を少なくすることは非常に有用である。

【０１３７】有機物の除去を行ったら、８５０℃の酸素
雰囲気中において熱酸化を行い、１００Åの熱酸化膜３
００を形成する。この熱酸化膜は、半導体層との界面特
性が高く、後にゲイト絶縁膜の一部を構成することとな
る。こうして図３（Ａ）に示す状態を得る。

【０１３８】図３（Ａ）に示す状態を得たら、ゲイト絶
縁膜を構成する酸化珪素膜３０４を１０００Åの厚さに
成膜する。成膜方法はプラズマＣＶＤ法を用いる。この
酸化珪素膜３０４は熱酸化膜３００と合わせてゲイト絶
縁膜として機能する。

【０１３９】また酸化珪素膜中にハロゲン元素を含有さ
せることは有効である。即ち、ハロゲン元素の作用によ
りニッケル元素を固定化することで、活性層中に存在す
るニッケル元素（その他珪素の結晶化を助長する金属元
素）の影響で、ゲイト絶縁膜の絶縁膜としての機能が低
下してしまうことを防ぐことができる。

【０１４０】ゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜３
０４を成膜したら、後にゲイト電極として機能する図示
しないアルミニウム膜をスパッタ法で成膜する。このア
ルミニウム膜中には、スカンジウムを0.2 重量％含有さ
せる。

【０１４１】アルミニウム膜中にスカンジウムを含有さ
せるのは、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である。ヒロックやウィス
カーは、加熱が行われることによって、アルミニウムの
異常成長が発生し、針状あるいは刺状の突起部が形成さ
れてしまうことをいう。

【０１４２】アルミニウム膜を成膜したら、図示しない
緻密な陽極酸化膜を形成する。この陽極酸化膜は、３％
の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液と
して行う。

【０１４３】この工程においては、上記電解溶液中にお
いて、アルミニウム膜を陽極、白金を陰極として陽極酸
化を行うことで、アルミニウム膜の表面に緻密な膜質を
有する陽極酸化膜が形成される。

【０１４４】この図示しない緻密な膜質を有する陽極酸
化膜の膜厚は１００Å程度とする。この陽極酸化膜は後
にアルミニウム膜上に形成されるレジストマスクとの密
着性を向上させる役割を有している。

【０１４５】なお、この陽極酸化膜の膜厚は、陽極酸化
時の印加電圧によって制御することができる。

【０１４６】次にレジストマスク３０６を配置する。そ
してアルミニウム膜を３０５で示されるパターンにパタ
ーニングする。こうして図３（Ｂ）に示す状態を得る。

【０１４７】ここで再度の陽極酸化を行う。ここでは、
３％のシュウ酸水溶液を電解溶液として用いる。この電
解溶液中において、アルミニウムのパターン３０５を陽
極とした陽極酸化を行うことにより、３０８で示される
多孔質状の陽極酸化膜が形成される。（図３（Ｃ））

【０１４８】この工程においては、上部に密着性の高い
レジストマスク３０６が存在する関係で、アルミニウム
パターンの側面に選択的に陽極酸化膜３０８が形成され
る。

【０１４９】この陽極酸化膜３０８は、その膜厚を数μ
ｍまで成長させることができる。ここでは、その膜厚を
６０００Åとする。なお、その成長距離は、陽極酸化時
間によって制御することができる。

【０１５０】そしてレジストマスク３０６を除去する。
さらに、再度の緻密な陽極酸化膜の形成を行う。即ち、
前述した３％の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液
を電解溶液として用いた陽極酸化を再び行う。すると、
多孔質状の陽極酸化膜３０８中に電解溶液が進入する関
係から、３０９で示されるように緻密な膜質を有する陽
極酸化膜が形成される。

【０１５１】この緻密な陽極酸化膜３０９の膜厚は１０
００Åとする。この膜厚の制御は印加電圧によって行う
ことができる。

【０１５２】ここで、露呈した酸化珪素膜３０４と熱酸
化膜３００をエッチングする。このエッチングはドライ
エッチングを利用する。そして酢酸と硝酸とリン酸とを
混合した混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜３０８を除
去する。こうして図３（Ｄ）に示す状態を得る。

【０１５３】図３（Ｄ）に示す状態を得たら、不純物イ
オンの注入を行う。ここでは、Ｎチャネル型の薄膜トラ
ンジスタを作製するためにＰ（リン）イオンの注入をプ
ラズマドーピング法でもって行う。

【０１５４】この工程においては、ヘビードープがされ
る３１１と３１５の領域とライトドープがされる３１２
と３１４の領域が形成される。これは、残存した酸化珪
素膜３１０の一部が半透過なマスクとして機能し、注入
されたイオンの一部がそこで遮蔽されるからである。

【０１５５】そしてレーザー光または強光の照射を行う
ことにより、不純物イオンが注入された領域の活性化を
行う。こうして、ソース領域３１１、チャネル形成領域
３１３、ドレイン領域３１５、低濃度不純物領域３１２
と３１４が自己整合的に形成される。

【０１５６】ここで、３１４で示されるのが、ＬＤＤ
（ライトドープドレイン）領域と称される領域となる。
（図３（Ｄ））

【０１５７】なお、緻密な陽極酸化膜３０９の膜厚を２
０００Å以上というように厚くした場合、その膜厚でも
ってチャネル形成領域３１３の外側にオフセットゲイト
領域を形成することができる。

【０１５８】本実施例においても図示はされていないが
オフットゲイト領域は形成されている。しかし本実施例
に示す構成の場合は、その寸法が小さく、その存在によ
る寄与は小さいものとなる。

【０１５９】次に層間絶縁膜３１６として酸化珪素膜、
または窒化珪素膜、またはその積層膜を形成する。層間
絶縁膜としては、酸化珪素膜または窒化珪素膜上に樹脂
材料でなる層を形成して構成してもよい。

【０１６０】そしてコンタクトホールの形成を行い、ソ
ース電極３１７とドレイン電極３１８の形成を行う。こ
うして図３（Ｅ）に示す薄膜トランジスタが完成する。

【０１６１】〔実施例７〕本実施例では、図３に示すの
とは異なる工程で薄膜トランジスタを作製する例を示
す。

【０１６２】図４に本実施例の作製工程を示す。まず、
実施例１または実施例２に示した工程によりガラス基板
上に結晶性珪素膜を形成する。そしてそれをパターニン
グすることにより、図４（Ａ）に示す状態を得る。

【０１６３】図４（Ａ）に示す状態を得たら、酸素と水
素の混合減圧雰囲気中においてプラズマ処理を行う。

【０１６４】図４（Ａ）に示す状態において、４０１が
ガラス基板、４０２が下地膜、４０３が結晶性珪素膜で
構成された活性層である。また４００はゲッタリングの
ための熱酸化膜の除去後に再度形成された熱酸化膜であ
る。

【０１６５】図４（Ａ）に示す状態を得たら、ゲイト絶
縁膜を構成する酸化珪素膜４０４を１０００Åの厚さに
成膜する。成膜方法は、プラズマＣＶＤ法を用いる。酸
化珪素膜４０４は熱酸化膜４００とともにゲイト絶縁膜
を構成する。

【０１６６】ゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜４
０４を成膜したら、後にゲイト電極として機能する図示
しないアルミニウム膜をスパッタ法で成膜する。このア
ルミニウム膜中には、スカンジウムを0.2 重量％含有さ
せる。

【０１６７】アルミニウム膜を成膜したら、図示しない
緻密な陽極酸化膜を形成する。この図示しない緻密な膜
質を有する陽極酸化膜の膜厚は１００Å程度とする。こ
の陽極酸化膜は後に形成されるレジストマスクとの密着
性を向上させる役割を有している。

【０１６８】次にレジストマスク４０５を形成する。そ
してアルミニウム膜を４０６で示されるパターンにパタ
ーニングする。

【０１６９】ここで再度の陽極酸化を行う。ここでは、
３％のシュウ酸水溶液を電解溶液として用いる。この電
解溶液中において、アルミニウムのパターン４０６を陽
極とした陽極酸化を行うことにより、４０７で示される
多孔質状の陽極酸化膜が形成される。

【０１７０】この工程においては、上部に密着性の高い
レジストマスク４０５が存在する関係で、アルミニウム
パターンの側面に選択的に陽極酸化膜４０７が形成され
る。（図４（Ｂ））

【０１７１】この陽極酸化膜は、その膜厚を数μｍまで
成長させることができる。ここでは、その膜厚を６００
０Åとする。なお、その成長距離は、陽極酸化時間によ
って制御することができる。

【０１７２】そしてレジストマスク４０５を除去する。
さらに、再度の緻密な陽極酸化膜の形成を行う。即ち、
前述した３％の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液
を電解溶液として用いた陽極酸化を再び行う。すると、
多孔質状の陽極酸化膜４０７中に電解溶液が進入する関
係から、４０８で示されるように緻密な膜質を有する陽
極酸化膜が形成される。（図４（Ｃ））

【０１７３】ここで、最初の不純物イオンの注入を行
う。この工程は、レジストマスク４０５を除去してから
行ってもよい。

【０１７４】この不純物イオンの注入によって、ソース
領域４０９とドレイン領域４１１が形成される。また４
１０の領域には不純物イオンが注入されない。（図４
（Ｃ））

【０１７５】次に酢酸と硝酸とリン酸とを混合した混酸
を用いて多孔質状の陽極酸化膜３０７を除去する。こう
して図４（Ｄ）に示す状態を得る。

【０１７６】図４（Ｄ）に示す状態を得たら、再度不純
物イオンの注入を行う。この不純物イオンは最初の不純
物イオンの注入条件よりライトドーピングの条件で行
う。

【０１７７】この工程において、ライトドープ領域４１
２と４１３が形成される。そして４１４で示される領域
がチャネル形成領域となる。（図４（Ｄ））

【０１７８】そしてレーザー光または強光の照射を行う
ことにより、不純物イオンが注入された領域の活性化を
行う。こうして、ソース領域４０９、チャネル形成領域
４１４、ドレイン領域４１１、低濃度不純物領域４１２
と４１３が自己整合的に形成される。

【０１７９】ここで、４１３で示されるのが、ＬＤＤ
（ライトドープドレイン）領域と称される領域である。
（図４（Ｄ））

【０１８０】次に層間絶縁膜４１４として酸化珪素膜、
または窒化珪素膜、またはその積層膜を形成する。層間
絶縁膜としては、酸化珪素膜または窒化珪素膜上に樹脂
材料でなる層を形成して構成してもよい。

【０１８１】そしてコンタクトホールの形成を行い、ソ
ース電極４１６とドレイン電極４１７の形成を行う。こ
うして図４（Ｅ）に示す薄膜トランジスタが完成する。

【０１８２】〔実施例８〕本実施例は、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
を相補型に構成した例に関する。

【０１８３】本実施例に示す構成は、例えば、絶縁表面
上に集積化された各種薄膜集積回路に利用することがで
きる。また、例えばアクティブマトリクス型の液晶表示
装置の周辺駆動回路に利用することができる。

【０１８４】まず図５（Ａ）に示すようにガラス基板５
０１上に下地膜５０２として酸化珪素膜を成膜する。こ
こでは、ガラス基板としてＯＨを３００ｐｐｍ〜７００
ｐｐｍ、塩素を５０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍ含むものを用
いる。以下に図１を用いて本実施例の作製工程を示す。
まず、上記ガラス基板１０１上に下地膜として酸化珪素
膜１０２を３０００Åの厚さに成膜する。

【０１８５】さらに図示しない非晶質珪素膜をプラズマ
ＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法でもって成膜する。さら
に実施例１に示した方法により、この非晶質珪素膜を結
晶性珪素膜に変成する。

【０１８６】そして酸素と水素の混合雰囲気中において
プラズマ処理を行う。さらに得られた結晶性珪素膜をパ
ターニングして、活性層５０３と５０４を得る。こうし
て図５（Ａ）に示す状態を得る。

【０１８７】なおここでは、活性層の側面を移動するキ
ャリアの影響を抑制するために、図５（Ａ）に示した状
態において、ＨＣｌを３％含んだ窒素雰囲気中にて７５
０℃、１０時間の加熱処理を行う。

【０１８８】活性層の側面に金属元素の存在によるトラ
ップ準位が存在すると、ＯＦＦ電流特性の悪化を招くの
で、ここで示すような処理を行い、活性層の側面におけ
る準位の密度を低下させておくことは有用である。

【０１８９】さらにゲイト絶縁膜を構成する熱酸化膜５
００と酸化窒化珪素膜５０５を成膜する。ここで、基板
として石英を用いるならば、前述の熱酸化法を用いて熱
酸化膜のみでもってゲイト絶縁膜を構成することが望ま
しい。

【０１９０】そして後にゲイト電極を構成するための図
示しないアルミニウム膜を４０００Åの厚さに成膜す
る。アルミニウム膜以外には、陽極酸化可能な金属（例
えばタンタル）を利用することができる。

【０１９１】アルミニウム膜を形成したら、前述した方
法により、その表面に極薄い緻密な陽極酸化膜を形成す
る。

【０１９２】次にアルミニウム膜上に図示しないレジス
トマスクを配置し、アルミニウム膜のパターニングを行
う。そして、得られたアルミニウムパターンを陽極とし
て陽極酸化を行い、多孔質状の陽極酸化膜５０８と５０
９を形成する。この多孔質状の陽極酸化膜の膜厚は例え
ば５０００Åとする。

【０１９３】さらに再度緻密な陽極酸化膜を形成する条
件で陽極酸化を行い、緻密な陽極酸化膜５１０と５１１
を形成する。ここで緻密な陽極酸化膜５１０と５１１の
膜厚は８００Åとする。こうして図５（Ｂ）に示す状態
を得る。

【０１９４】さらに露呈した酸化珪素膜５０５と熱酸化
膜５００をドライエッチングによって除去し、図５
（Ｃ）に示す状態を得る。

【０１９５】図５（Ｃ）に示す状態を得たら、酢酸と硝
酸とリン酸を混合した混酸を用いて、多孔質状の陽極酸
化膜５０８と５０９を除去する。こうして図５（Ｄ）に
示す状態を得る。

【０１９６】ここで、交互にレジストマスクを配置し
て、左側の薄膜トランジスタにＰイオンが、右側の薄膜
トランジスタにＢイオンが注入されるようにする。

【０１９７】この不純物イオンの注入によって、高濃度
のＮ型を有するソース領域５１４とドレイン領域５１７
が自己整合的に形成される。

【０１９８】また、低濃度にＰイオンがドープされた弱
いＮ型を有する領域５１５が同時に形成される。また、
チャネル形成領域５１６が同時に形成される。

【０１９９】５１５で示される弱いＮ型を有する領域が
形成されるのは、残存したゲイト絶縁膜５１２が存在す
るからである。即ち、ゲイト絶縁膜５１２を透過したＰ
イオンがゲイト絶縁膜５１２によって一部遮蔽されるか
らである。

【０２００】また同様な原理により、強いＰ型を有する
ソース領域５２１とドレイン領域５１８が自己整合的に
形成される。また、低濃度不純物領域５２０が同時に形
成される。また、チャネル形成領域５１９が同時に形成
される。

【０２０１】なお、緻密な陽極酸化膜５１０と５１１の
膜厚が２０００Åというように厚い場合には、その厚さ
でチャネル形成領域に接してオフセットゲイト領域を形
成することができる。

【０２０２】本実施例の場合は、緻密な陽極酸化膜５１
０と５１１の膜厚が１０００Å以下と薄いので、その存
在は無視することができる。

【０２０３】そして、レーザー光または強光の照射を行
い、不純物イオンが注入された領域のアニールを行う。

【０２０４】そして図５（Ｅ）に示すように層間絶縁膜
として窒化珪素膜５２２と酸化珪素膜５２３を成膜す
る。それぞれの膜厚は１０００Åとする。なお、酸化珪
素膜５２３は成膜しなくてもよい。

【０２０５】ここで、窒化珪素膜によって、薄膜トラン
ジスタが覆われることになる。窒化珪素膜は緻密であ
り、また界面特性がよいので、このような構成とするこ
とで、薄膜トランジスタの信頼性を高めることができ
る。

【０２０６】さらに樹脂材料でなる層間絶縁膜５２４を
スピンコート法を用いて形成する。ここでは、層間絶縁
膜５２４の厚さは１μｍとする。（図５（Ｅ））

【０２０７】そしてコンタクトホールの形成を行い、左
側のＮチャネル型の薄膜トランジスタのソース電極５２
５とドレイン電極５２６を形成する。また同時に右側の
薄膜トランジスタのソース電極５２７とドレイン電極５
２６を形成する。ここで、５２６は共通に配置されたも
のとなる。

【０２０８】こうして、相補型に構成されたＣＭＯＳ構
造を有する薄膜トランジスタ回路を構成することができ
る。

【０２０９】本実施例に示す構成においては、薄膜トラ
ンジスタを窒化膜で覆い、さらに樹脂材料によって覆っ
た構成が得られる。この構成は、可動イオンや水分の侵
入しにくい耐久性の高いものとすることができる。

【０２１０】また、さらに多層配線を形成したような場
合に、薄膜トランジスタと配線との間に容量が形成され
てしまうことを防ぐことができる。

【０２１１】〔実施例９〕本実施例は、実施例１または
実施例２で得た結晶性珪素膜に対して、さらにレーザー
光の照射を行うことにより、単結晶または実質的に単結
晶と見なせる領域を形成する構成に関する。

【０２１２】まず実施例１に示したようにニッケル元素
の作用を利用して結晶性珪素膜を得る。そして、その膜
に対してエキシマレーザー（例えばＫｒＦエキシマレー
ザー）を照射して、さらにその結晶性を助長させる。こ
の際、４５０℃以上の温度での加熱処理を併用し、さら
にレーザー光の照射条件を最適化することで単結晶また
は実質的に単結晶と見なせる領域を形成する。

【０２１３】このような方法で結晶化を大きく助長させ
た膜は、ＥＳＲで計測した電子スピン密度が３×１０¹⁷
個ｃｍ^-3以下であり、またＳＩＭＳで計測した最低値と
して当該ニッケル元素濃度を３×１０¹⁷ｃｍ^-3以下で有
し、さらに単結晶と見なすことができる領域を有するも
のとなる。

【０２１４】この領域には、実質的に結晶粒界が存在し
ておらず、単結晶珪素ウエハーに匹敵する高い電気的な
特性を得ることができる。

【０２１５】またこの単結晶と見なせる領域は、水素を
５原子％以下〜１×１０¹⁵ｃｍ^-3程度含んでいる。この
値は、ＳＩＭＳ（２次イオン分析方法）による計測より
明らかにされる。

【０２１６】このような単結晶または単結晶と見なせる
領域を利用して薄膜トランジスタを作製することで、単
結晶ウエハーを利用して作製したＭＯＳ型トランジスタ
に匹敵するものを得ることができる。

【０２１７】〔実施例１０〕本実施例は、実施例１に示
す工程において、下地膜の表面に直接ニッケル元素を導
入する例を示す。この場合、ニッケル元素は非晶質珪素
膜の下面に接して保持されることになる。

【０２１８】この場合は、下地膜の形成後にニッケル元
素の導入を行いまず下地膜の表面にニッケル元素（当該
金属元素）が接して保持された状態とする。このニッケ
ル元素の導入方法としては、溶液を用いる方法の他にス
パッタ法やＣＶＤ法、さらに吸着法を用いることができ
る。

【０２１９】〔実施例１１〕本実施例は、ニッケルの作
用によって結晶化された結晶性珪素膜の膜中から塩素の
作用によってニッケルをゲッタリングする効果について
実験データに基づいて説明する。

【０２２０】図６に示すのは、ニッケルを利用すること
によって得られた結晶性珪素膜の断面方向におけるニッ
ケル元素の濃度分布を計測した結果である。この計測値
は、ＳＩＭＳ（２次イオン分析方法）によって得られた
ものである。

【０２２１】なお、表面付近の測定データは、表面の凹
凸や吸着物の影響を受けるために有意なものではない。
また同様な理由で界面付近のデータについても多少の誤
差が含まれている。

【０２２２】この計測値が得られた試料の作製方法につ
いて簡単に説明する。まず、石英基板上に下地膜として
酸化珪素膜を４０００Åの厚さに成膜し、さらに減圧熱
ＣＶＤ法により非晶質珪素膜を５００Åの厚さに成膜す
る。

【０２２３】そして、この非晶質珪素膜に対して実施例
１に示すようなニッケル酢酸塩溶液を用いた方法により
ニッケル元素を導入する。さらにこれを６５０℃、４時
間の加熱処理により結晶化させ、結晶性珪素膜を得る。

【０２２４】さらに９５０℃の酸素雰囲気中において加
熱処理を行い５００Å厚の熱酸化膜を形成する。

【０２２５】図６を見れば明らかなように、ニッケル元
素は結晶性珪素膜（Poly-Si)中に高濃度（他の領域に比
較すれば）で存在している。なお、熱酸化膜の表面にお
いて、ニッケル元素の濃度が高くなっているのは、表面
状態の影響を受けた計測誤差であり、有意なものではな
い。

【０２２６】次に熱酸化膜の形成方法を３％のＨＣｌを
含んだ９５０℃の酸素雰囲気中におけるものとした場合
のサンプルの測定データを図７に示す。

【０２２７】図７から明らかなように、結晶性珪素膜
（Poly-Si)中におけるニッケル濃度は低下し、代わりに
酸化膜中におけるニッケル濃度が相対的に増加する。こ
れは、酸化膜中にニッケル元素が吸い出された（ゲッタ
リングされた）ことを意味している。

【０２２８】図６と図７の違いは、酸化膜の形成の際に
雰囲気中にＨＣｌを含有させた点のみである。従って、
上記のゲッタリングの効果は、ＨＣｌによるものである
と結論することができる。またＨによるゲッタリング効
果は確認されていないから、より正確にはＣｌ（塩素）
の作用によって、図６と図７の違いに示されるようなゲ
ッタリング効果が得られることが結論される。

【０２２９】また、このニッケル元素をゲッタリングし
た熱酸化膜を除去することにより、ニッケル濃度を低く
した結晶性珪素膜を得ることができも理解される。

【０２３０】図８に図７のデータが得られた試料と同じ
条件で作製された試料におけるＣｌ元素の濃度分布を示
す。図８から明らかなようにＣｌ元素は結晶性珪素膜と
熱酸化膜の界面近傍に集中している。

【０２３１】〔実施例１２〕本実施例は、実施例１１に
示すデータが得られた結晶性珪素膜の出発膜としてプラ
ズマＣＶＤ法で成膜された非晶質珪素膜を利用する場合
の例を示す。プラズマＣＶＤ法で成膜された非晶質珪素
膜は減圧熱ＣＶＤ法で成膜された非晶質珪素膜とは、そ
の膜質が異なるので、後述するようにゲッタリングの作
用も異なるものとなる。

【０２３２】まず比較のためのデータを図９に示す。図
９に示すのは、熱酸化膜を９５０℃の酸素雰囲気中で形
成した場合のサンプルの測定データである。図９から明
らかなように結晶性珪素膜（Poly-Si)中には高濃度にニ
ッケル元素が存在している。

【０２３３】なお、ニッケルの導入条件は同じであるの
に、図６に比較すると、結晶性珪素膜（Poly-Si)中にお
けるニッケル濃度は高い。これは、プラズマＣＶＤ法で
成膜された非晶質珪素膜の膜質が緻密でなく欠陥が多い
ために、ニッケル元素がより膜中に拡散し易いためであ
ると考えられる。

【０２３４】また別の観点からは次のような見方をする
ことができる。即ち、ニッケル酢酸溶液を塗布する前に
非晶質珪素膜の表面にＵＶ酸化法によって極薄い酸化膜
を形成するのであるが、この酸化膜の膜厚が下地の非晶
質珪素膜の膜質の違いの影響を受けて異なっている可能
性がある。この場合、その膜厚の違いによって、珪素膜
中に拡散するニッケル元素の量が異なるので、その影響
が図６と図９の違いに現れたと見ることもできる。

【０２３５】図１０に示すのは、熱酸化膜の形成に際し
て雰囲気を酸素に対してＨＣｌを１％含有させたものと
した場合のデータである。図１０を見れば明らかよう
に、結晶性珪素膜（Poly-Si)中におけるニッケル濃度は
図９に示すデータに比較して低下している。また、代わ
りに熱酸化膜中のニッケル濃度が高くなっている。

【０２３６】これは、熱酸化膜中に塩素の作用によって
ニッケル元素がゲッタリングされたことを意味してい
る。このように、塩素を含んだ酸化性雰囲気中における
熱酸化膜を形成することにより、その熱酸化膜中に珪素
膜中に存在するニッケル元素を効果的にゲッタリングさ
せることができる。

【０２３７】従って、このニッケル元素をゲッタリング
した熱酸化膜を除去することにより、ニッケル濃度を低
くした結晶性珪素膜を得ることができる。

【０２３８】図１１に示すのは、図１０に示すデータが
得られた試料と同じ作製条件によって得られた試料にお
ける塩素濃度を調べた結果である。図１１を見れば明ら
かなように、塩素は下地膜と結晶性珪素膜、さらに結晶
性珪素膜と熱酸化膜の界面近傍に高濃度に存在してい
る。

【０２３９】図１１は図８と対比されるものであるが、
図１１のような塩素濃度の分布が形成されてしまうの
は、出発膜である非晶質珪素膜がプラズマＣＶＤ法によ
るものであり、その膜質が緻密でないことによるものと
考えられる。

【０２４０】また図１０からその傾向が明らかである
が、この場合は下地膜と結晶性珪素膜との界面近傍にお
いてもニッケル濃度が高くなる。これは、下地膜との界
面近傍（または下地膜中）に存在する塩素の作用によっ
て、下地膜に向かってニッケルのゲッタリングが行われ
た結果であると理解される。

【０２４１】また、このような現象は、下地膜にハロゲ
ン元素を添加した場合にも得られるものと考えられる。

【０２４２】

【発明の効果】本明細書で開示する発明を利用すること
により、金属元素を利用して得られた結晶性珪素膜にお
ける金属の濃度元素の濃度を減少させることができる。
そして、高い電気的な特性を得られる薄膜半導体装置の
構成を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 結晶性珪素膜を得る工程を示す図。

【図２】 結晶性珪素膜を得る工程を示す図。

【図３】 薄膜トランジスタを作製する工程を示す
図。

【図４】 薄膜トランジスタを作製する工程を示す
図。

【図５】 薄膜トランジスタを作製する工程を示す
図。

【図６】 ニッケル元素の濃度分布を示す図。

【図７】 ニッケル元素の濃度分布を示す図。

【図８】 塩素元素の濃度分布を示す図。

【図９】 ニッケル元素の濃度分布を示す図。

【図１０】 ニッケル元素の濃度分布を示す図。

【図１１】 塩素元素の濃度分布を示す図。

【符号の説明】

１０１ ガラス基板または石英基板 １０２ 下地膜（酸化珪素膜または酸化窒化珪素
膜） １０３ 非晶質珪素膜 １０４ ニッケルを含んだ溶液の水膜 １０５ 結晶性珪素膜 １０６ 熱酸化膜 １０７ ニッケル元素の濃度が低減された結晶性
珪素膜 ２０１ ガラス基板または石英基板 ２０２ 下地膜（酸化珪素膜または酸化窒化珪素
膜） ２０３ 非晶質珪素膜 ２０４ 酸化珪素膜でなるマスク ２０５ 開口部 ２０６ 接して保持されたニッケル ２０７ 基板に平行な方向への結晶成長の方向 ２０８ 珪素膜 ２０９ 熱酸化膜 ２１０ パターニングされた珪素膜

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガラス基板上に珪素の結晶化を助長する金
   属元素を用いて結晶性珪素膜を形成する工程を有し、 該工程は最高プロセス温度が６５０℃を越えて１０００
   ℃未満であり、かつそのプロセス時間が１時間以上であ
   り、 前記ガラス基板はＯＨを５０ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍの
   濃度で含み、 前記ガラス基板は塩素を１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの
   濃度で含み、 前記ガラス基板は歪点が６５０℃〜１０００℃の範囲に
   あることを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. 【請求項２】請求項１において、 最高プロセス温度が７００℃を越えて９８０℃未満であ
   り、かつそのプロセス時間が３０分以上であることを特
   徴とする半導体装置の作製方法。
3. 【請求項３】ガラス基板上に珪素の結晶化を助長する金
   属元素を用いて結晶性珪素膜を形成する工程と、 ハロゲン元素を含んだ熱酸化膜を形成し、前記結晶性珪
   素膜から前記金属元素を除去する工程とを有し、 前記２つの工程において、最高プロセス温度は６５０℃
   を越えて１０００℃未満であり、 前記ガラス基板はＯＨを５０ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍの
   濃度で含み、 前記ガラス基板は塩素を１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの
   濃度で含み、 前記ガラス基板は歪点が６５０℃〜１０００℃の範囲に
   あることを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. 【請求項４】請求項１または請求項３において、 珪素の結晶化を助長する金属元素として、 Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐ
   ｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種類のもの
   が用いられることを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 【請求項５】請求項３において、 ハロゲン元素を含んだ熱酸化膜は、 Ｏ₂にＨＣｌ、ＨＦ、ＨＢｒ、Ｃｌ₂、Ｆ₂、Ｂｒ₂、ＮＦ
   ₃から選ばれた一種または複数種類のガスが添加された
   雰囲気中での加熱処理によって形成することを特徴とす
   る半導体装置の作製方法。
6. 【請求項６】請求項３において、 ハロゲン元素を含んだ熱酸化膜は、 ＨＣｌ、ＨＦ、ＨＢｒ、Ｃｌ₂、Ｆ₂、Ｂｒ₂、ＮＦ₃から
   選ばれた一種または複数種類のガスが添加されたＯ₂を
   含んだ雰囲気中において加熱処理を施すことによって形
   成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
7. 【請求項７】前記半導体装置は、アクティブマトリクス
   型の液晶表示装置の画素領域に配置される薄膜トランジ
   スタであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか
   一項に記載の半導体装置の作製方法。
8. 【請求項８】前記半導体装置は、アクティブマトリクス
   型のＥＬ表示装置の画素領域に配置される薄膜トランジ
   スタであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか
   一項に記載の半導体装置の作製方法。