【手続補正書】
【提出日】平成17年6月1日(2005.6.1)
【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】
成膜室に希ガスを成膜圧力０．１Ｐａ〜５Ｐａで導入し、交流電界を印加することによりグロー放電を発生させるスパッタ法により、希ガス元素を１×１０19／ｃｍ3〜１×１０22／ｃｍ3の濃度で含み、且つ非晶質構造を有する半導体膜を被表面上に成膜することを特徴とする非晶質構造を有する半導体膜の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、前記グロー放電を発生させるＲＦ電力密度は、０．１３７Ｗ／ｃｍ2〜６．８４７Ｗ／ｃｍ2であることを特徴とする非晶質構造を有する半導体膜の作製方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記被表面の温度を室温または３００℃以下にして、前記半導体膜を成膜することを特徴とする非晶質構造を有する半導体膜の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、前記希ガスは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅから選ばれた一種または複数種であることを特徴とする非晶質構造を有する半導体膜の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、前記半導体膜の圧縮応力は、−１０．０×１０10ｄｙｎｅｓ／ｃｍ2〜−５．０×１０9ｄｙｎｅｓ／ｃｍ2であることを特徴とする半導体膜の作製方法。
【請求項６】
絶縁表面上に非晶質構造を有する第１の半導体膜を形成し、
前記非晶質構造を有する第１の半導体膜に金属元素を添加し、
前記第１の半導体膜を結晶化させて結晶構造を有する第１の半導体膜を形成し、
前記結晶構造を有する第１の半導体膜の表面にバリア層を形成し、
前記バリア層上にスパッタ法で希ガス元素を含む第２の半導体膜を形成し、
加熱処理を行うことにより、前記第２の半導体膜に前記金属元素を移動して、結晶構造を有する前記第１の半導体膜中の前記金属元素を除去または低減し、
前記第２の半導体膜を除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
請求項６において、前記第２の半導体膜は、成膜室に希ガスを成膜圧力０．１Ｐａ〜５Ｐａで導入し、０．１３７Ｗ／ｃｍ2〜６．８４７Ｗ／ｃｍ2のＲＦ電力密度でグロー放電を発生させるスパッタ法により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８】
請求項７において、前記希ガスは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅから選ばれた一種または複数種であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８のいずれか一において、前記第２の半導体膜は１×１０19／ｃｍ3〜１×１０22／ｃｍ3の濃度で前記希ガス元素を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
請求項６乃至請求項９のいずれか一において、前記絶縁表面の温度を室温または３００℃以下にして前記第２の半導体膜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１１】
請求項６乃至請求項１０のいずれか一において、前記金属元素はＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
請求項６乃至請求項１１のいずれか一において、前記第２の半導体膜の圧縮応力は、−１０．０×１０10ｄｙｎｅｓ／ｃｍ2〜−５．０×１０9ｄｙｎｅｓ／ｃｍ2であ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】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
本発明の半導体装置は、非晶質シリコン膜を有する半導体装置において、前記非晶質シリコン膜中のＡｒの濃度は、１×１０20／ｃｍ3以上、好ましくは、１×１０20／ｃｍ3〜６×１０20／ｃｍ3の範囲であることを特徴とする半導体装置である。なお、酸素、炭素、窒素の不純物濃度は５×１０15／ｃｍ3以下である。本発明の半導体装置は、非晶質構造を有する半導体膜中にＡｒの濃度が１×１０20／ｃｍ3以上含まれているので、歪のある非晶質シリコン（アモルファスシリコン）膜を有する半導体装置を製造することができる。また、非晶質シリコン膜中にＡｒの濃度が１×１０20／ｃｍ3〜６×１０20／ｃｍ3の範囲にあるので、膜剥がれが生じにくい半導体装置を製造することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
図６に示されているように、ＤＣ方式のスパッタ装置では１０×１０20／ｃｍ3以上のＡｒを非晶質シリコン膜に含ませることができなかった。これについて、本発明者らは、その一因として成膜速度に関連があると推測している。なお、図６中、１．０６ＰａにおけるＡｒ濃度は何らかの原因による異常であり、信頼できるデータではない。
【手続補正４】
【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】
まず、図１（Ａ）に示すように基板１００上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜（ＳｉＯｘＮｙ）等の絶縁膜から成る下地絶縁膜１０１を形成する。代表的な一例は下地絶縁膜１０１として２層構造から成り、ＳｉＨ4、ＮＨ3、及びＮ2Ｏを反応ガスとして成膜される第１酸化窒化シリコン膜を５０〜１００ｎｍ、ＳｉＨ4、及びＮ2Ｏを反応ガスとして成膜される第２酸化窒化シリコン膜を１００〜１５０ｎｍの厚さに積層形成する構造が採用される。また、下地絶縁膜１０１の一層として膜厚１０ｎｍ以下の窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）、或いは第２酸化窒化シリコン膜（ＳｉＮｘＯｙ膜（Ｘ≫Ｙ））を用いることが好ましい。ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、半導体膜と接する下地絶縁膜を窒化シリコン膜とすることは極めて有効である。また、第１酸化窒化シリコン膜、第２酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜とを順次積層した３層構造を用いてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
次いで、下地絶縁膜上に非晶質構造を有する第１の半導体膜１０２を形成する。第１の半導体膜１０２は、シリコンを主成分とする半導体材料を用いる。代表的には、非晶質シリコン膜又は非晶質シリコンゲルマニウム膜などが適用され、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、或いはスパッタ法で１０〜１００ｎｍの厚さに形成する。後の結晶化で良質な結晶構造を有する半導体膜を得るためには、非晶質構造を有する第１の半導体膜１０２の膜中に含まれる酸素、窒素などの不純物濃度を５×１０18／ｃｍ3（二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）にて測定した原子濃度）以下に低減させておくと良い。これらの不純物は後の結晶化を妨害する要因となり、また、結晶化後においても捕獲中心や再結合中心の密度を増加させる要因となる。そのために、高純度の材料ガスを用いることはもとより、反応室内の鏡面処理（電界研磨処理）やオイルフリーの真空排気系を備えた超高真空対応のＣＶＤ装置を用いることが望ましい。
【手続補正６】
【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】
次いで、加熱処理を行い、結晶化を行う。この場合、結晶化は半導体の結晶化を助長する金属元素が接した半導体膜の部分でシリサイドが形成され、それを核として結晶化が進行する。こうして、図１（Ｃ）に示す結晶構造を有する第１の半導体膜１０４が形成される。なお、結晶化後での第１の半導体膜１０４に含まれる酸素濃度は、１×１０20／ｃｍ3以下とすることが望ましい。ここでは、脱水素化のための熱処理（４５０℃、１時間）の後、結晶化のための熱処理（５５０℃〜６５０℃で４〜２４時間）を行う。また、強光の照射により結晶化を行う場合は、赤外光、可視光、または紫外光のいずれか一またはそれらの組み合わせを用いることが可能であるが、代表的には、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された光を用いる。ランプ光源は、１〜６０秒、好ましくは３０〜６０秒点灯させ、それを１回〜１０回繰り返し、半導体膜が瞬間的に６００〜１０００℃程度にまで加熱すればよい。なお、必要であれば、強光を照射する前に非晶質構造を有する第１の半導体膜１０４に含有する水素を放出させる熱処理を行ってもよい。また、熱処理と強光の照射とを同時に行って結晶化を行ってもよい。生産性を考慮すると、結晶化は強光の照射により結晶化を行うことが望ましい。
【手続補正７】
【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】
このようにして得られる第１の半導体膜１０４には、金属元素（ここではニッケル）が残存している。それは膜中において一様に分布していないにしろ、平均的な濃度とすれば、１×１０19／ｃｍ3を越える濃度で残存している。勿論、このような状態でもＴＦＴをはじめ各種半導体素子を形成することが可能であるが、以降に示す方法で当該元素を除去する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
次いで、加熱処理を行い、第１の半導体膜中における金属元素（ニッケル）の濃度を低減、あるいは除去するゲッタリングを行う。（図１（Ｅ））ゲッタリングを行う加熱処理としては、強光を照射する処理または熱処理を行えばよい。このゲッタリングにより、図１（Ｅ）中の矢印の方向（即ち、基板側から第２の半導体膜表面に向かう方向）に金属元素が移動し、バリア層１０５で覆われた第１の半導体膜１０４に含まれる金属元素の除去、または金属元素の濃度の低減が行われる。金属元素がゲッタリングの際に移動する距離は、少なくとも第１の半導体膜の厚さ程度の距離であればよく、比較的短時間でゲッタリングを完遂することができる。ここでは、ニッケルが第１の半導体膜１０４に偏析しないよう全て第２の半導体膜１０６に移動させ、第１の半導体膜１０４に含まれるニッケルがほとんど存在しない、即ち膜中のニッケル濃度が１×１０18／ｃｍ3以下、望ましくは１×１０17／ｃｍ3以下になるように十分ゲッタリングする。
【手続補正９】
【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】
次いで、バリア層１０５をエッチングストッパーとして、１０６で示した第２の半導体膜のみを選択的に除去した後、バリア層１０５を除去し、第１の半導体膜１０４を公知のパターニング技術を用いて所望の形状の半導体層１０７を形成する。（図１（Ｆ））第２の半導体膜のみを選択的にエッチングする方法としては、ＣｌＦ3によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド（化学式  （ＣＨ3）4ＮＯＨ）を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチングで行うことができる。また、第２の半導体膜を除去した後、バリア層の表面をＴＸＲＦでニッケル濃度を測定したところ、ニッケルが高濃度で検出されるため、バリア層は除去することが望ましく、フッ酸を含むエッチャントにより除去すれば良い。また、バリア層を除去した後、レジストからなるマスクを形成する前に、オゾン水で表面に薄い酸化膜を形成することが望ましい。