(57)【要約】【課題】多結晶シリコン層の製造方法を提供する。【解決手段】基板上に、シリコン原子を含むガス及び水素ガスを用いて非晶質シリコン層を形成する工程と、前記非晶質シリコン層を、結晶化誘導金属を用いて多結晶シリコン層に結晶化させる工程とを含むことを特徴とする多結晶シリコン層の製造方法を提供する。【選択図】図１Ａ
2010206201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、シリコン原子を含むガス及び水素ガスを用いて化学気相蒸着法により非晶質シリコン層を形成する工程と、
前記非晶質シリコン層を、結晶化誘導金属を用いて多結晶シリコン層に結晶化させる工程と、
を含むことを特徴とする、多結晶シリコン層の製造方法。
【請求項２】
前記水素ガスの流量は、前記シリコン原子を含むガスの流量の３〜７倍である、請求項１に記載の多結晶シリコン層の製造方法。
【請求項３】
前記非晶質シリコン層を、結晶化誘導金属を用いて多結晶シリコン層に結晶化させる工程は、
前記非晶質シリコン層上にキャッピング層を形成する工程と、
前記キャッピング層上に結晶化誘導金属層を形成する工程と、
前記非晶質シリコン層、前記キャッピング層、および前記結晶化誘導金属層が形成された基板を熱処理する工程と、
を含む、請求項１または２に記載の多結晶シリコン層の製造方法。
【請求項４】
前記非晶質シリコン層を、結晶化誘導金属を用いて多結晶シリコン層に結晶化させる工程は、
基板上に結晶化誘導金属層を形成する工程と、
前記結晶化誘導金属層上にキャッピング層を形成する工程と、
前記キャッピング層上に前記非晶質シリコン層を形成する工程と、
前記非晶質シリコン層、前記キャッピング層、および前記結晶化誘導金属層が形成された基板を熱処理する工程と、
を含む、請求項１または２に記載の多結晶シリコン層の製造方法。
【請求項５】
前記結晶化誘導金属層は、１０１１〜１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の面密度に形成される、請求項３または４に記載の多結晶シリコン層の製造方法。
【請求項６】
前記結晶化誘導金属層は、原子層蒸着法により形成される、請求項３〜５のいずれか１項に記載の多結晶シリコン層の製造方法。
【請求項７】
前記非晶質シリコン層は、プラズマＣＶＤを用いて形成される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の多結晶シリコン層の製造方法。
【請求項８】
前記シリコン原子を含むガスは、モノシラン（ＳｉＨ４）ガス、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガス、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガス、テトラフルオロシラン（ＳｉＦ４）ガス、およびジフルオロシラン（ＳｉＨ２Ｆ２）ガスからなる群から選択される１以上である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の多結晶シリコン層の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶シリコン層の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、多結晶シリコン層は、高い電界効果移動度と高速作動回路に適用が可能であって、ＣＭＯＳ回路構成が可能である長所を有しており、薄膜トランジスタ用の半導体層の用途に用いられる。このような多結晶シリコン層を用いた薄膜トランジスタは、主にアクティブマトリクス液晶ディスプレイ装置（ＡＭＬＣＤ）の能動素子ならびにアクティブマトリクス有機電界発光素子（ＡＭＯＬＥＤ）のスイッチング素子及び駆動素子として用いられる。
【０００３】
前記非晶質シリコンを多結晶シリコンに結晶化させる方法としては、固相結晶化法（Ｓｏｌｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）、エキシマレーザ結晶化法（Ｅｘｃｉｍｅｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）、金属誘導結晶化法（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）及び金属誘導側面結晶化法（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）などがある。固相結晶化法は、非晶質シリコン層を、薄膜トランジスタが使用されるディスプレイ素子基板を形成する物質のガラス熱変形温度である約７００℃と同等またはそれ以下の温度で数時間ないし数十時間かけてアニール処理する方法である。エキシマレーザ結晶化法はエキシマレーザを非晶質シリコン層に走査して非常に短い時間で局所的に高い温度に加熱して結晶化させる方法である。金属誘導結晶化法はニッケル、パラジウム、金、アルミニウムなどの結晶化誘導金属を非晶質シリコン層に接触または注入して、前記結晶化誘導金属により非晶質シリコン層から多結晶シリコン層への相変化を誘導させる現象を用いる方法である。金属誘導側面結晶化法は結晶化誘導金属とシリコンとが反応して生成されるシリサイドが側面に継続的に伝播されながら順に非晶質シリコン層の結晶化を誘導させる方法を用いる結晶化法である。
【０００４】
しかし、固相結晶化法は、工程時間が長く、高温において長時間熱処理するので、基板が変形しやすくなるという短所がある。また、エキシマレーザ結晶化法は高価なレーザ装置が必要であり、多結晶化した表面に突起部（ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎ）が発生して、半導体層とゲート絶縁膜の界面特性が低下するという短所がある。
【０００５】
現在、結晶化誘導金属を用いて非晶質シリコン層を結晶化させる方法は、固相結晶化法よりも低い温度で短時間で結晶化される長所があるため、活発に研究されている（例えば、特許文献１）。結晶化誘導金属を用いた結晶化法としては、金属誘導結晶化法、金属誘導側面結晶化法、ＳＧＳ結晶化法（Ｓｕｐｅｒ  Ｇｒａｉｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）などが挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】大韓民国特許出願公開第１０−２００７−０１０７１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記結晶化誘導金属を用いる結晶化法においては、非晶質シリコン層の形成時に、シリコン原子を含む原料ガスに、キャリアガスとしてアルゴンガスをさらに供給して非晶質シリコン層を形成する。しかし、キャリアガスとしてアルゴンガスを用いると、多結晶シリコン層の電荷移動度の特性を大きく向上させることはできないという問題点がある。
【０００８】
本発明は、結晶化誘導金属を用いる結晶化法に利用される非晶質シリコン層の形成時に、結晶化された多結晶シリコン層の電荷移動度を改善することができる多結晶シリコン層の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の問題点を解決するために本発明は、基板上に、シリコン原子を含むガス及び水素ガスを用いて化学気相蒸着法（ＣＶＤ）により非晶質シリコン層を形成する工程と、前記非晶質シリコン層を、結晶化誘導金属を用いて多結晶シリコン層に結晶化させる工程と、を含むことを特徴とする、多結晶シリコン層の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、結晶化誘導金属を用いる結晶化法に利用される非晶質シリコン層の形成時に、キャリアガスとして水素ガスを用いることで、結晶化された多結晶シリコン層の電荷移動度を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係る多結晶シリコン層の製造方法を示す概略断面図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態に係る多結晶シリコン層の製造方法を示す概略断面図である。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態に係る多結晶シリコン層の製造方法を示す概略断面図である。
【図１Ｄ】本発明の一実施形態に係る多結晶シリコン層の製造方法を示す概略断面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係る多結晶シリコン層の製造方法を用いてトップゲート薄膜トランジスタを製造する工程の概略断面図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係る多結晶シリコン層の製造方法を用いてトップゲート薄膜トランジスタを製造する工程の概略断面図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態に係る多結晶シリコン層の製造方法を用いてトップゲート薄膜トランジスタを製造する工程の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。しかしながら、本発明は、ここで説明する実施形態に限定されるわけではなく、他の形態で具体化することができる。
【００１３】
図１Ａないし図１Ｄは、本発明の一実施形態に係る多結晶シリコン層の製造方法を示す概略断面図である。
【００１４】
図１Ａに示すように、はじめに、ガラスまたはプラスチックなどの基板１００を準備する。基板１００上にバッファ層１１０を形成することができる。バッファ層１１０は、化学気相蒸着法または物理気相蒸着法を用いてシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜のような絶縁膜を用いて単層またはこれらの複層で形成される。このとき、バッファ層１１０は基板１００から発生する水分または不純物の拡散を防止したり、結晶化時に熱の伝達速度を調節したりすることによって、非晶質シリコン層の結晶化が好ましく行われるようにする働きをする。
【００１５】
続いて、バッファ層１１０上に非晶質シリコン層１２０を形成する。前記非晶質シリコン層１２０は化学気相蒸着法（ＣＶＤ）により形成される。前記化学気相蒸着法としては、常圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）、低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）、低温ＣＶＤ（ＬＴＣＶＤ）、高温ＣＶＤ（ＨＴＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）などが挙げられる。好ましくは、プラズマＣＶＤが用いられる。
【００１６】
前記非晶質シリコン層１２０を化学気相蒸着法により形成する際に、原料ガスとしてシリコン原子を含むガス、キャリアガスとして水素ガスを用いて形成する。前記シリコン原子を含むガスとしては、例えば、モノシラン(ＳｉＨ４)ガス、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガス、テトラクロロシラン(ＳｉＣｌ４)ガス、ジクロロシラン(ＳｉＨ２Ｃｌ２)ガス、テトラフルオロシラン(ＳｉＦ４)ガス、ジフルオロシラン(ＳｉＨ２Ｆ２)ガスなどが挙げられる。２種類以上のシリコン原子を含むガスを組み合わせて用いてもよい。電界効果移動度は、Ｓｉ前駆体、チャンネル表面、ゲート絶縁膜の特性に影響を受ける。非晶質シリコン層を形成する際に、キャリアガスとしてアルゴンなどのガスの代わりに質量の小さい水素ガスを用いると、チャンネル表面のモルフォロジーの改善およびクリーニングの効果によって、電荷移動度（ｍｏｂｉｌｉｔｙ）が改善されるものと考えられる。
【００１７】
前記水素ガスの流量は、前記シリコン原子を含むガス流量の３〜７倍であることが好ましい。前記水素ガスの流量が前記シリコン原子を含むガス流量の３倍未満、または７倍を超える場合は、結晶化が効果的に進行しない場合がある。
【００１８】
すなわち、前記水素ガスの流量が前記シリコン原子を含むガス流量の３倍未満である場合には、非晶質シリコン層の蒸着時、蒸着速度が速いため十分に緻密な非晶質シリコン層が形成されないおそれがあり、また、ナノメートルサイズの微結晶シリコンが非晶質シリコンに混入する場合がある。また、前記水素ガスの流量が前記シリコン原子を含むガス流量の７倍を超える場合には、非晶質シリコン層が形成されず、主にマイクロメートルサイズの微結晶シリコンが形成される場合がある。
【００１９】
前記ナノメートルサイズの微結晶シリコン及び前記マイクロメートルサイズの微結晶シリコンは、非晶質シリコンに比べて非晶質度が低い準安定状態の結晶であって、それを後述するＳＧＳ結晶化法によって結晶化させる場合、固相シリコンの再結晶化のために非晶質シリコンよりも高いエネルギーを必要とするので、むしろ不利な要素として作用しうる。
【００２０】
前記非晶質シリコン層１２０は、好ましくは、３００〜１０００Åの厚さで形成される。
【００２１】
次に、前記非晶質シリコン層１２０を、結晶化誘導金属を用いて多結晶シリコン層に結晶化させる。結晶化誘導金属を用いる結晶化法としては、金属誘導結晶化（ＭＩＣ）法、金属誘導側面結晶化（ＭＩＬＣ）法、またはＳＧＳ結晶化法などが好ましく用いられうる。
【００２２】
前記ＭＩＣ法は、ニッケル(Ｎｉ)、パラジウム(Ｐｄ)、アルミニウム(Ａｌ)などの結晶化誘導金属を非晶質シリコン層と接触させたり注入したりして、前記結晶化誘導金属により非晶質シリコン層が多結晶シリコン層に相変化することを誘導させる現象を用いる方法であり、前記ＭＩＬＣ法は、結晶化誘導金属とシリコンとが反応して生成したシリサイドが側面に継続的に伝播されながら順にシリコンの結晶化を誘導する方法を用いて非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に結晶化させる方法である。
【００２３】
前記ＳＧＳ結晶化法は、非晶質シリコン層に拡散される結晶化誘導金属の濃度を低濃度に調節して結晶粒の大きさを数μｍないし数百μｍに調節することができる結晶化法である。前記非晶質シリコン層に拡散される結晶化誘導金属の濃度を低濃度に調節する方法として、例えば、前記非晶質シリコン層上にキャッピング層を形成し、前記キャッピング層上に結晶化誘導金属層を形成した後に熱処理して結晶化誘導金属を拡散させる方法がある。または、キャッピング層を形成せず、結晶化誘導金属層を低濃度に形成することによって、拡散する結晶化誘導金属の濃度を低濃度に調節してもよい。
【００２４】
本実施形態においては、ＭＩＣ法やＭＩＬＣ法に比べて、キャッピング層を形成することによって非晶質シリコン層に拡散する結晶化誘導金属の濃度を低濃度に制御するＳＧＳ結晶化法により結晶化させることがより好ましく、以下では、その方法について説明する。
【００２５】
図１Ｂに示すように、非晶質シリコン層１２０上にキャッピング層１３０を形成する。キャッピング層１３０は、好ましくは、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、またはこれらの組み合わせから形成することができる。キャッピング層１３０は、化学気相蒸着法または物理気相蒸着法などのような方法で形成してもよく、前記非晶質シリコン層１２０を熱酸化させて形成してもよい。キャッピング層１３０の厚さは、好ましくは１〜２０００Åである。キャッピング層１３０の厚さが１Å未満である場合にはキャッピング層１３０から拡散する結晶化誘導金属の量を制御することが難しく、２０００Åを超える場合には前記非晶質シリコン層１２０に拡散する結晶化誘導金属の量が少なくなり多結晶シリコン層に結晶化させることが困難である。
【００２６】
続いて、前記キャッピング層１３０上に結晶化誘導金属を蒸着して結晶化誘導金属層１４０を形成する。このとき、結晶化誘導金属は、例えば、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｄ及びＰｔからなる群から選択される１以上を用いることができ、好ましくは、Ｎｉが用いられる。前記結晶化誘導金属層１４０は、前記キャッピング層１３０上に１０１１〜１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の面密度に形成することが好ましい。前記結晶化誘導金属層が１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２よりも小さい面密度で形成された場合には、結晶化の核であるシードの量が少なく、前記非晶質シリコン層がＳＧＳ結晶化法によって多結晶シリコン層に結晶化しにくい場合がある。一方、前記結晶化誘導金属層が１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２よりも大きい面密度で形成された場合には非晶質シリコン層に拡散する結晶化誘導金属の量が過度に多く、多結晶シリコン層の結晶粒が小さくなる場合があり、また、半導体層内に残留する結晶化誘導金属の量が多くなり、前記多結晶シリコン層をパターニングして形成された半導体層の特性が低下する場合がある。
【００２７】
前記結晶化誘導金属層１４０は、例えば、スパッタ法、気相蒸着法、イオンビーム蒸着法、電子ビーム蒸着法またはレーザアブレーション法を用いて形成することができる。均一厚さ及び低濃度に形成するためには、原子層蒸着法を用いることが好ましい。
【００２８】
続いて、図１Ｃに示すように、バッファ層１１０、非晶質シリコン層１２０、キャッピング層１３０及び結晶化誘導金属層１４０が形成された基板１００を熱処理して、結晶化誘導金属層１４０中の結晶化誘導金属の一部を非晶質シリコン層１２０の表面に移動させる。すなわち、前記熱処理によってキャッピング層１３０を通過して拡散する結晶化誘導金属１４０ａ、１４０ｂのうちの微量の結晶化誘導金属１４０ｂだけが前記非晶質シリコン層１２０の表面に拡散することができ、大部分の結晶化誘導金属１４０ａは前記非晶質シリコン層１２０に到達することができず、また前記キャッピング層１３０を通過することもできない。
【００２９】
したがって、前記キャッピング層１３０の拡散阻止能力によって前記非晶質シリコン層１２０の表面に到達する結晶化誘導金属１４０ｂの量が決定されることになるが、前記キャッピング層１３０の拡散阻止能力は前記キャッピング層１３０の厚さまたはその密度と密接な関係にある。すなわち、キャッピング層１３０の厚さまたは密度が大きいほど拡散する結晶化誘導金属の量は少なくなるため結晶粒の大きさは大きくなり、一方、キャッピング層１３０の厚さまたは密度が小さいほど拡散する結晶化誘導金属の量は多くなるため結晶粒の大きさは小さくなる。
【００３０】
前記熱処理工程は、好ましくは、２００〜９００℃の温度の範囲で、数秒ないし数時間行って、前記結晶化誘導金属を拡散させる。上記温度および時間の範囲内であれば、過度の熱処理による基板の変形などを防止することができ、製造コスト及び収率の面から好ましい。前記熱処理工程は、好ましくは、炉（ｆｕｒｎａｃｅ）工程、高速熱アニーリング（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ、ＲＴＡ）工程、ＵＶ工程、またはレーザ工程などの工程を用いることができる。
【００３１】
図１Ｄに示すように、前記キャッピング層１３０を通過して前記非晶質シリコン層１２０の表面に拡散された結晶化誘導金属１４０ｂによって、前記非晶質シリコン層１２０が多結晶シリコン層１５０に結晶化される。すなわち、非晶質シリコン層１２０の表面に拡散された結晶化誘導金属１４０ｂが非晶質シリコン層１２０のシリコンと結合して金属シリサイドを形成し、前記金属シリサイドが結晶化の核であるシードを形成することで、非晶質シリコン層が多結晶シリコン層に結晶化される。
【００３２】
図１Ｄにおいては、前記キャッピング層１３０と結晶化誘導金属層１４０を除去せず、前記熱処理工程を行っているが、結晶化誘導金属を前記非晶質シリコン層１２０上に拡散させて結晶化の核である金属シリサイドを形成した後、前記キャッピング層１３０と結晶化誘導金属層１４０とを除去して熱処理することによって、多結晶シリコン層１５０を形成してもよい。
【００３３】
一方、本実施形態においては、前記非晶質シリコン層上に結晶化誘導金属層を形成したが、前記基板上に結晶化誘導金属層／キャッピング層／非晶質シリコン層を順に形成して下部から拡散した結晶化誘導金属を用いて前記非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に形成することもできる。
【００３４】
図２Ａ〜Ｃは、本発明の一実施形態に係る多結晶シリコン層の製造方法を用いてトップゲート薄膜トランジスタを製造する工程を示す概略断面図である。以下、特に言及しない部分については、図１Ａ〜Ｄの実施形態を参照するものとする。
【００３５】
はじめに、図１Ａ〜Ｄの工程に従って基板上に多結晶シリコン層１５０を形成し、結晶化誘導金属層１４０及びキャッピング層１３０を除去する。続いて、得られた多結晶シリコン層１５０をパターニングする。図２Ａのように、パターニングされた多結晶シリコン層は薄膜トランジスタの半導体層２００となる。
【００３６】
続いて、図２Ｂに示すように、半導体層２００が形成された基板の上面の全面にゲート絶縁膜２１０を形成する。ゲート絶縁膜２１０は、好ましくは、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはこれらの組み合わせから形成される。続いて、前記ゲート絶縁膜２１０上に、例えば、アルミニウム(Ａｌ)もしくはアルミニウム−ネオジウム(Ａｌ−Ｎｄ)のようなアルミニウム合金の単一層またはクロム(Ｃｒ)もしくはモリブデン(Ｍｏ)合金の上にアルミニウム合金が積層された多重層のゲート電極用金属層（図示せず）を形成し、フォトエッチング工程により前記ゲート電極用金属層をエッチングして前記半導体層２００のチャンネル領域と対応する部分にゲート電極２２０を形成する。
【００３７】
続いて、前記ゲート電極２２０をマスクとして用いて導電性の不純物イオンをドーピングしてソース領域２０１とドレイン領域２０２とを形成する。前記不純物イオンはｐ型不純物またはｎ型不純物でありうるが、前記ｐ型不純物は、好ましくは、ホウ素(Ｂ)、アルミニウム(Ａｌ)、カリウム(Ｇａ)及びインジウム(Ｉｎ)からなる群から選択される１以上であり、前記ｎ型不純物は、好ましくは、リン(Ｐ)、アンチモン(Ｓｂ)及びヒ素(Ａｓ)からなる群から選択される１以上を用いることができる。ソース領域２０１とドレイン領域２０２との間に位置する不純物がドーピングされていない領域はチャンネル領域２０３として作用する。ドーピング工程は、ゲート電極２２０を形成する前にフォトレジストを形成して行うこともできる。
【００３８】
続いて、図２Ｃに示すように、前記ゲート電極２２０が形成された基板の上面の全面にわたって層間絶縁膜２３０を形成する。前記層間絶縁膜２３０は、好ましくは、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜またはこれらの組み合わせから形成される。
【００３９】
続いて、前記層間絶縁膜２３０及び前記ゲート絶縁膜２１０をエッチングして前記半導体層２００のソース領域２０１及びドレイン領域２０２をそれぞれ露出させるコンタクトホール２４０を形成する。続いて、前記コンタクトホール２４０を介してソース領域２０１およびドレイン領域２０２と接続するソース電極２５１およびドレイン電極２５２をそれぞれ形成する。前記ソース電極２５１およびドレイン電極２５２は、例えば、モリブデン(Ｍｏ)、クロム(Ｃｒ)、タングステン(Ｗ)、アルミニウム−ネオジウム(Ａｌ−Ｎｄ)、チタン(Ｔｉ)、モリブデンタングステン(ＭｏＷ)及びアルミニウム(Ａｌ)のからなる群から選択される１以上を用いて形成することができる。これによって、半導体層２００、ゲート電極２２０、ソース電極２５１およびドレイン電極２５２を含むトップゲート薄膜トランジスタが完成される。
【００４０】
上記実施形態では、トップゲート薄膜トランジスタに対して説明を行っているが、本発明はボトムゲート薄膜トランジスタにも適用することができる。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明における好適な実施例を提示する。なお、この実施例は本発明の理解を助けるためのものであって、本発明が下記の実施例によって限定されるものではない。
【００４２】
＜実施例＞
バッファ層が形成された基板をプラズマＣＶＤ装置内に配置した。前記プラズマＣＶＤ装置に１００Ｗの電力を印加し、前記プラズマＣＶＤ装置内に原料ガスとしてＳｉＨ４ガスを４００ｓｃｃｍの流量で、キャリアガスとして水素ガスを２０００ｓｃｃｍの流量で供給して、プラズマＣＶＤ法によって基板上に５００Å厚さの非晶質シリコン層を形成した。前記非晶質シリコン層上にキャッピング層としてプラズマＣＶＤ法によってシリコン窒化膜を１００Å厚さに形成した。前記キャッピング層上に結晶化誘導金属層としてニッケルを１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の面密度でＡＬＤ蒸着法によって形成した。続いて、前記基板を熱処理して前記非晶質シリコン層を結晶化し、多結晶シリコン層に形成した。ここで、熱処理における加熱温度は、５００〜７５０℃であり、加熱時間は、１０分〜５時間であった。
【００４３】
＜比較例＞
前記実施例から、キャリアガスとしての水素ガスの代わりにアルゴンガスを用いた以外は、前記実施例と同様に行った。
【００４４】
実施例及び比較例で形成された非晶質シリコン層の表面粗さ、及び結晶化された多結晶シリコン層の電荷移動度を下記表１に示す。表面粗さは、ＡＦＭによって測定した。電荷移動度は、ＴＦＴ移動曲線の−|Ｖｄ|＝０．１Ｖで測定したｄ（Ｉｄ）／ｄ（Ｖｇ）曲線の最大値として計算した。
【００４５】
【表１】
2010206201.tif 000003
【００４６】
表１に示すように、非晶質シリコン層形成時にキャリアガスとして水素ガスを用いた実施例１では、アルゴンガスを用いた比較例１に比べて形成される非晶質シリコン層の表面粗さが５３％ほど減少していることを確認することができた。また、前記非晶質シリコン層を、結晶化誘導金属を用いて結晶化して多結晶シリコン層を形成したところ、実施例１で得られた多結晶シリコン層の電荷移動度は、比較例１の多結晶シリコン層の電荷移動度に比べて２８．２ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ程度向上することを確認することができた。
【００４７】
したがって、結晶化誘導金属を用いる多結晶シリコン層の製造方法において、非晶質シリコン層を形成する際に、キャリアガスとして水素ガスを用いることによって、結晶化した多結晶シリコン層の電荷移動度を著しく向上させることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１００    基板、
１１０    バッファ層、
１２０    非晶質シリコン層、
１３０    キャッピング層、
１４０    結晶化誘導金属層、
１４０ａ、１４０ｂ    結晶化誘導金属、
１５０    多結晶シリコン層、
２００    半導体層、
２０１    ソース領域、
２０２    ドレイン領域、
２０３    チャンネル領域、
２１０    ゲート絶縁膜、
２２０    ゲート電極、
２３０    層間絶縁膜、
２４０    コンタクトホール、
２５１    ソース電極、
２５２    ドレイン電極。
【図１Ａ】
2010206201.tif 000004
【図１Ｂ】
2010206201.tif 000005
【図１Ｃ】
2010206201.tif 000006
【図１Ｄ】
2010206201.tif 000007
【図２Ａ】
2010206201.tif 000008
【図２Ｂ】
2010206201.tif 000009
【図２Ｃ】
2010206201.tif 000010