【手続補正書】
【提出日】平成16年7月7日(2004.7.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面を有する基板上に配置された結晶性珪素膜からなる活性層と、
前記活性層の表面に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ゲイト電極とをそれぞれ有する、Nチャネル型ＴＦＴおよびPチャネル型ＴＦＴを有し、
前記Pチャネル型ＴＦＴの活性層のみにP型を付与する不純物元素が添加されており、
前記活性層と前記ゲイト絶縁膜との界面近傍における前記不純物元素の濃度は、前記活性層の濃度が前記ゲイト絶縁膜の濃度より少なく、
前記活性層中における前記不純物元素の濃度は、前記ゲイト絶縁膜との界面に近づくにつれて減少していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
絶縁表面を有する基板上に配置された結晶性珪素膜からなる活性層と、
前記活性層の表面に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ゲイト電極とをそれぞれ有する、Nチャネル型ＴＦＴおよびPチャネル型ＴＦＴを有し、
前記Ｎチャネル型ＴＦＴおよび前記Ｐチャネル型ＴＦＴの活性層にP型を付与する不純物元素が添加されており、
前記活性層と前記ゲイト絶縁膜との界面近傍における前記不純物元素の濃度は、前記活性層の濃度が前記ゲイト絶縁膜の濃度より少なく、
前記活性層中における前記不純物元素の濃度は、前記ゲイト絶縁膜との界面に近づくにつれて減少していることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記ゲイト絶縁膜中における前記不純物元素の濃度は１×１０17〜１×１０20／ｃｍ3であることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記ゲイト絶縁膜は熱酸化膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記半導体装置はＣＭＯＳ構造を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記Ｎチャネル型ＴＦＴおよび前記Ｐチャネル型ＴＦＴのサブスレッシュホールド値は８５ｍＶ／ｄｅｃ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
前記Ｎチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧は−０．２〜０．５Ｖであり、
前記Ｐチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧は−０．５〜０．２Ｖであり、
前記Ｎチャネル型ＴＦＴおよび前記Ｐチャネル型ＴＦＴのウインドウ幅は１Ｖ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
前記ゲイト絶縁膜には、１×１０17〜１×１０20／ｃｍ3の濃度でハロゲン元素が含まれていることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
活性層の厚さは１０〜３００ｎｍであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の半導体装置を用いた電気光学装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の半導体装置を用いた電気光学装置を有するカメラ。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の半導体装置を用いた電気光学装置を有するコンピュータ。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の半導体装置を用いた電気光学装置を有するナビゲーションシステム。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の半導体装置を用いた電気光学装置を有するテレビ。
【請求項１５】
絶縁表面を有する基板上に結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜をパターニングして第１の半導体層および第２の半導体層を形成し、
前記第１の半導体層のみにＰ型を付与する不純物元素を添加し、
前記第１の半導体層および前記第２の半導体層に酸化処理を行うことによって、前記第１の半導体層の表面および前記第２の半導体層の表面にそれぞれ第１のゲイト絶縁膜および第２のゲイト絶縁膜を形成し、且つ前記第１の半導体層から前記不純物元素を前記第１のゲイト絶縁膜に取り込ませ、
前記第１の半導体層を用いてＰチャネル型ＴＦＴを形成し、前記第２の半導体層を用いてＮチャネル型ＴＦＴ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１６】
絶縁表面を有する基板上に結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜をパターニングして第１の半導体層および第２の半導体層を形成し、
前記第１の半導体層および前記第２の半導体層にＰ型を付与する不純物元素を添加し、
前記第１の半導体層および前記第２の半導体層に酸化処理を行うことによって、前記第１の半導体層の表面および前記第２の半導体層の表面にそれぞれ第１のゲイト絶縁膜および第２のゲイト絶縁膜を形成し、且つ前記第１の半導体層および前記第２の半導体層から前記不純物元素を前記第１のゲイト絶縁膜および前記第２のゲイト絶縁膜に取り込ませ、
前記第１の半導体層を用いてＰチャネル型ＴＦＴを形成し、前記第２の半導体層を用いてＮチャネル型ＴＦＴ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１７】
絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜上に結晶化を助長する金属元素を添加した後に、加熱処理、レーザアニール処理、または加熱処理とレーザアニール処理を併用した処理のいずれかを行うことによって結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜をパターニングして第１の半導体層および第２の半導体層を形成し、
前記第１の半導体層のみにＰ型を付与する不純物元素を添加し、
前記第１の半導体層および前記第２の半導体層に酸化処理を行うことによって、前記第１の半導体層の表面および前記第２の半導体層の表面にそれぞれ第１のゲイト絶縁膜および第２のゲイト絶縁膜を形成し、且つ前記第１の半導体層から前記不純物元素を前記第１のゲイト絶縁膜に取り込ませ、
前記第１の半導体層を用いてＰチャネル型ＴＦＴを形成し、前記第２の半導体層を用いてＮチャネル型ＴＦＴ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１８】
絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜上に結晶化を助長する金属元素を添加した後に、加熱処理、レーザアニール処理、または加熱処理とレーザアニール処理を併用した処理のいずれかを行うことによって結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜をパターニングして第１の半導体層および第２の半導体層を形成し、
前記第１の半導体層および前記第２の半導体層にＰ型を付与する不純物元素を添加し、
前記第１の半導体層および前記第２の半導体層に酸化処理を行うことによって、前記第１の半導体層の表面および前記第２の半導体層の表面にそれぞれ第１のゲイト絶縁膜および第２のゲイト絶縁膜を形成し、且つ前記第１の半導体層および前記第２の半導体層から前記不純物元素を前記第１のゲイト絶縁膜および前記第２のゲイト絶縁膜に取り込ませ、
前記第１の半導体層を用いてＰチャネル型ＴＦＴを形成し、前記第２の半導体層を用いてＮチャネル型ＴＦＴ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１９】
請求項１７または請求項１８において、
前記金属元素とは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｆｅから選ばれた一種または複数種の元素であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２０】
請求項１５乃至請求項１９のいずれか一項において、
前記酸化処理は、ドライＯ2酸化、ウェットＯ2酸化、またはパイロジェニック酸化のいずれかを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２１】
請求項１５乃至請求項１９のいずれか一項において、
前記酸化処理は、ハロゲンガスを含む雰囲気において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２２】
請求項１５乃至請求項１９のいずれか一項において、
前記酸化処理は、ＨＣｌガス、ＮＦ3ガス、またはＣｌＦ3ガスを少なくとも含む雰囲気において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２３】
請求項１５乃至請求項１９のいずれか一項において、
前記酸化処理は、ＮＦ3を用いて５００〜７００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２４】
請求項１５乃至請求項２３のいずれか一項において、
前記ゲイト絶縁膜中には１×１０17〜１×１０20／ｃｍ3の濃度で前記不純物元素が含まれていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２５】
請求項１５乃至請求項２４のいずれか一項において、
前記ゲイト絶縁膜中には１×１０17〜１×１０20／ｃｍ3の濃度でハロゲン元素が含まれていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
Ｎチャネル型ＴＦＴのＩｄ−Ｖｇ特性１１３がデプレッション方向にシフトし、Ｐチャネル型ＴＦＴのＩｄ−Ｖｇ特性１１４がエンハンスメント方向にシフトするとは、どちらも図１（Ｂ）に示す様にゲイト電圧Ｖｇに対してマイナス側に偏っていることを意味している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
また、前記金属元素とはＮｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｐｔ（白金）、Ｃｕ（銅）、Ｆｅ（鉄）から選ばれた一種または複数種の元素であり、代表的にはＮｉが用いられる。また、前記熱酸化処理は７００〜１１００℃の比較的高い温度範囲で行われ、前記ハロゲン元素としてはＣｌ（塩素）またはＦ（フッ素）が一般的である。熱酸化処理の際、処理雰囲気にハロゲン元素を導入する場合には、ハロゲン元素をその組成に含む、ＨＣｌガス、ＮＦ3ガス、ＣｌＦ3ガスを用いれば良い。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
以上の様な構成でなる発明を実施することで、従来のチャネルドープ技術をより精密に行うことができる。これは、Ｐチャネル型半導体装置に対してＢイオンを添加する構成において達せられ、チャネル形成領域において、Ｓｉ／ＳｉＯ2界面近傍（活性層側）のＢイオン濃度が低減する物理現象を利用した技術である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
次に、後にＴＦＴの活性層となる結晶性珪素膜を形成する。結晶性珪素膜を得るための手段としては様々な方法があるが、本実施例では減圧熱ＣＶＤ法、若しくはプラズマＣＶＤ法により１０〜３００ｎｍ、好ましくは１０〜１００ｎｍ、代表的には２０〜５０ｎｍの厚さに成膜した非晶質珪素膜を、エキシマレーザーによるアニール処理により結晶化して結晶性珪素膜を得ることにする。エキシマレーザーとしてはＫｒＦ、ＸｅＣｌ等の励起ガスを利用した紫外光を用いれば良い。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
即ち、後に島状半導体層２０５がＴＦＴの活性層として機能する際に、チャネル形成領域の活性層主表面（実際に反転層が形成される領域側）近傍におけるＢイオン濃度を極めて少なくすることができるので、この濃度を調節することでしきい値電圧の微妙な制限を実現することができる。従って、活性層２０５の内部において、Ｂイオンの濃度はゲイト絶縁膜２０８との界面に近づくにつれて減少していく特徴がある。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
例えば、図８（Ａ）に示す様に、イオン注入法やプラズマドーピング法により添加されたＢイオンの濃度プロファイル８０１は、活性層中の深さ方向において不均一な分布状態となっている。特に、プラズマドーピング法は浅い添加領域を形成するには有効だが、その分布均一性を確保するのが困難である。なお、図８（Ａ）、（Ｂ）は任意の深さについて注目した面内方向の濃度分布を示している。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
従って、活性層の主表面に残存するＢイオンの濃度プロファイル８０２は、全体的にはほぼ均一な濃度分布状態となる。以上の様に、熱酸化によるＢイオンの吸い出し効果は濃度分布の均一性を向上させる上でも効果的であり、しきい値電圧の微妙な制御に大きく寄与する効果の一つと言える。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
また、本実施例では、この熱酸化工程で形成された５０ｎｍの熱酸化膜をゲイト絶縁膜として利用する。熱酸化膜をゲイト絶縁膜として用いた場合、Ｓｉ／ＳｉＯ2界面近傍における界面準位等を少なくすることができるので、極めて優れた電気特性を有するＴＦＴとすることができる。また、その膜厚は熱酸化工程の温度、時間、雰囲気を変えることで調節することが可能である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
さらに、レジストマスク２０９、２１０は除去した後、特開平７−１６９９７４号公報記載の条件に従って、緻密で強固な陽極酸化膜２１５、２１６の形成を行う。ただし、本実施例ではこの膜厚が７０ｎｍとなる様に到達電圧を調節する。また、この工程によりゲイト電極２１、２２が画定する。構造としては図３（Ａ）の様な状態となっている。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
この工程において、２２２の領域がＮチャネル型ＴＦＴのソース領域となる。そして２２３と２２５が低濃度不純物領域、２２６がドレイン領域となる。また、２２４で示される領域は実質的に真性なチャネル形成領域となる。なお、２２５で示される領域が一般にＬＤＤ（ライトドープドレイン）領域と称される領域である。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
オフセットゲイト領域はイオン注入されず実質的に真性であるが、ゲイト電圧が印加されないためチャネルを形成せず、電界強度を緩和し、劣化を抑制する抵抗成分として機能する。ただし、その距離（オフセット幅）が短い場合、実効的なオフセット領域として機能しない。本実施例ではその幅が７０ｎｍであるのでオフセット領域としては機能しない。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
エキシマレーザー光の照射が終了したら、図３（Ｄ）に示すように層間絶縁膜２３１を４００ｎｍの厚さに成膜する。層間絶縁膜２３１は酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜のいずれでも良く、多層構造としても良い。これら珪化膜の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法を用いればよい。また、透過性を有する有機性樹脂膜（例えばポリイミド）を用いることもできる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４１】
次に、後にＴＦＴの活性層となる結晶性珪素膜を形成する。本実施例では、非晶質珪素膜を結晶化して結晶性珪素膜を得る。まず、図示しない非晶質珪素膜を減圧熱ＣＶＤ法、若しくはプラズマＣＶＤ法により１００ｎｍの厚さに成膜する。後の熱酸化工程において膜減りが起こるので、その辺りを計算に入れて所望の膜厚よりも厚めに形成しておくと良い。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５４】
また、本実施例では、この熱酸化工程で形成された５０ｎｍの熱酸化膜をゲイト絶縁膜として利用する。熱酸化膜をゲイト絶縁膜として用いた場合、Ｓｉ／ＳｉＯ2界面近傍における界面準位等を少なくすることができるので、極めて優れた電気特性を有するＴＦＴとすることができる。また、その膜厚は熱酸化工程の温度、時間、雰囲気を変えることで調節することが可能である。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６８】
また、動作周波数ｆはチャネル長Ｌの２乗に反比例することが知られている。例えば、ＩＣにおいては２００ＭＨｚの高速動作を実現するために、チャネル長を０．３５μｍ以下とする必要があった。しかし、ＳＯＩ構造のＴＦＴではそれ以上のチャネル長であっても２００ＭＨｚを達成できる。況して、本実施例のＴＦＴは配線−基板間容量の分だけＳＯＩ構造のＴＦＴよりも優れているので、チャネル長Ｌによりマージンを持たせることができる上、場合によっては２００ＭＨｚ以上の高速動作を実現することも可能と予想される。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７２】
ここで、本実施例に示す結晶性珪素膜の光学吸収スペクトルを測定した際の実験データを図１９に示す。図１９において、横軸は通常の可視光領域の光波長であり、縦軸は膜内を透過する前後における光強度の比をとった実効透過率（膜面における反射光成分を排除して計算した透過率）である。なお、珪素膜の膜厚は４０ｎｍと６０ｎｍの２種類を測定した。