(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板を用いた半導体装置の作製方法であって、
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、
前記ガラス基板上に、酸素、炭素および窒素の濃度がそれぞれ２×１０19ｃｍ-3以下である非晶質珪素膜を減圧ＣＶＤ法により形成し、
結晶化を助長する金属元素を用いて前記非晶質珪素膜に第１の加熱処理を行って結晶性珪素膜を形成し、
酸化性雰囲気中で第２の加熱処理を行うことにより前記結晶性珪素膜の表面を酸化し、
前記第１の加熱処理および第２の加熱処理の最高プロセス温度が６５０℃を超えて１０００℃未満であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、前記ガラス基板上に形成された前記非晶質珪素膜の膜厚は、１５００Å〜３０００Åであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
ガラス基板を用いた半導体装置の作製方法であって、
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、
前記ガラス基板上に、酸素、炭素および窒素の濃度がそれぞれ２×１０19ｃｍ-3以下である非晶質珪素膜を減圧ＣＶＤ法により形成し、
結晶化を助長する金属元素を用いて前記非晶質珪素膜に第１の加熱処理を行った後、レーザー光を照射して結晶性珪素膜を形成し、
酸化性雰囲気中で第２の加熱処理を行うことにより前記結晶性珪素膜の表面を酸化し、
前記第１の加熱処理および第２の加熱処理の最高プロセス温度が６５０℃を超えて１０００℃未満であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１または請求項３において、前記第２の加熱処理は、前記第１の加熱処理よりも高い温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５】
ガラス基板を用いた半導体装置の作製方法であって、
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、
前記ガラス基板上に、酸素、炭素および窒素の濃度がそれぞれ２×１０19ｃｍ-3以下である非晶質珪素膜を減圧ＣＶＤ法により形成し、
結晶化を助長する金属元素を用いて前記非晶質珪素膜に第１の加熱処理を行った後、レーザー光を照射して結晶性珪素膜を形成し、
酸化性雰囲気中で前記第１の加熱処理よりも高い温度で第２の加熱処理を行うことにより前記結晶性珪素膜の表面を酸化し、
前記第１の加熱処理および第２の加熱処理の最高プロセス温度が６５０℃を超えて１０００℃未満であ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３または請求項５において、前記ガラス基板上に形成された前記非晶質珪素膜の膜厚は、２００Å〜２０００Åであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
ガラス基板を用いた半導体装置の作製方法であって、
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、
前記ガラス基板上に、酸素、炭素および窒素の濃度がそれぞれ２×１０19ｃｍ-3以下である非晶質珪素膜を減圧ＣＶＤ法により形成し、
結晶化を助長する金属元素を用いて前記非晶質珪素膜に第１の加熱処理を行った後、レーザー光を照射し、電子スピン密度が３×１０17ｃｍ-3以下となるような結晶性珪素膜を形成し、
酸化性雰囲気中で第２の加熱処理を行うことにより前記結晶性珪素膜の表面を酸化し、
前記第１の加熱処理および第２の加熱処理の最高プロセス温度が６５０℃を超えて１０００℃未満であ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３、請求項５、または請求項７において、前記レーザー光としてエキシマレーザーを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【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〜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。
【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６５０℃〜１０００℃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。
【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−３〜５×１０１９ｃｍ−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−３〜５×１０１９ｃｍ−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。
【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１×１０１６ｃｍ−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、Ｎｉ、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５０ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍでかつ塩素濃度が１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ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３００ｐｐｍ〜７００ｐｐｍ、塩素濃度が５０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍ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ＳｉＣｌ４  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３０００Å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ＣＶＤ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、２×１０１９ｃｍ−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）１０３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１０４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１０３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、ＮｉＯＸ  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１ｐｐｍ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ＨＣｌ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、Ｃｌ２  、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１０３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ＸｅＣｌ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  ＣＯＯ）２  ）や塩化第２銅（ＣｕＣｌ２  ２Ｈ２  Ｏ）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、２０４で示されるマスクを形成する。このマスクには２０５で示される領域で開口が形成されている。この開口２０５が形成されている領域においては、非晶質珪素膜２０３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１０ｐｐｍ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２００Å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、８００℃の酸素雰囲気中において２００Å厚の熱酸化膜２１１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３０３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３００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３０４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μｍ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１０００Å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２０００Å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４０４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。
【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４１０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４１２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５０１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〜７００ｐｐｍ、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７５０℃、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５００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５０９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５１０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５２５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５２６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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003581576.tif 000008
【図８】
0003581576.tif 000009
【図９】
0003581576.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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