【手続補正書】
【提出日】平成24年4月9日(2012.4.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極と、
前記ゲート電極上のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層に接し、非晶質構造の中に複数の結晶領域を含みチャネル形成領域を構成する第１の半導体層と、
一導電型を付与する不純物元素を含み、ソース領域及びドレイン領域を有する第２の半導体層と、を有し、
前記結晶領域は、前記ゲート絶縁層と前記半導体層との界面から離れた位置から、前記半導体層が堆積される方向に向かって略放射状に成長した逆錐形状の構造を有することを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の半導体層は、二次イオン質量分析法によって計測される酸素濃度が、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、窒素濃度が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、
前記窒素濃度は、前記ゲート絶縁層と前記第１の半導体層との界面近傍において、二次イオン質量分析法によって計測されるピーク濃度が３×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、該界面近傍から前記第１の半導体層が堆積される方向に向けて窒素濃度が減少しており、
前記結晶領域は単結晶を含み、
前記単結晶は双晶を含むことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項３】
ゲート電極を形成し、
前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上に、非晶質構造の中に複数の結晶領域を含む第１の半導体層を形成し、
前記第１の半導体層上にソース領域及びドレイン領域を形成する、一導電型を付与する不純物元素を含む第２の半導体層を形成し、
前記第２の半導体層上に、ソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記第１の半導体層は、半導体材料ガスと希釈ガスとを微結晶半導体の生成が可能な混合比で反応室内に導入し、
前記反応室においてグロー放電プラズマを生成し、堆積初期段階において結晶核の生成を妨害する不純物元素を含ませて被膜の堆積を開始し、該被膜が５ｎｍ以上２０ｎｍ以下まで堆積された後に結晶核を生成させて形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記半導体材料ガスと前記希釈ガスとを前記反応室に導入する前に、前記結晶核の生成を妨害する不純物元素を含むガスを一時的に前記反応室内に導入し、その後排気する処理を行い、
前記ソース電極及びドレイン電極の形成に際して、前記ソース電極及びドレイン電極から露出する前記第２の半導体層をドライエッチングにより除去し、
前記ドライエッチングにより露出させた前記第１の半導体層の表面をプラズマ処理することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
結晶粒１２１の形状は、逆錐形である。ここで、逆錐形とは、（ｉ）多数の平面から構成される面と、（ｉｉ）前記面の外周と前記面の外に存在する頂点とを結ぶ線の集合によって作られる立体的形状であって、該頂点が基板側に存在するものをいう。換言すると、後の実施例において説明するように、ゲート絶縁層１０４と半導体層１０６との界面から離れた位置から、半導体層１０６が堆積される方向に向けて、略放射状に成長した形状である。離散的に形成された結晶核のそれぞれが、半導体層の形成と共に結晶の方位に沿って成長することで、結晶粒は、結晶核を起点として結晶の成長方向と垂直な面の面内方向に拡がるように成長する。このように結晶粒を有することで、非晶質半導体よりもオン電流を高くすることができる。また、結晶粒１２１内には単結晶または双晶を含む。ここで、逆錐形の結晶粒１２１では、側面は面方位が揃っており、側面の断面形状は一直線である（図２を参照）。そのため、結晶粒１２１は複数の結晶を含んでいる形態よりも単結晶または双晶を含む形態に近いと考えられる。双晶を含む場合には、複数の結晶を含む場合と比較して、ダングリングボンドが少ないため欠陥数が少なく、オフ電流が小さい。また、複数の結晶を含む場合と比較して、粒界が少なく、オン電流が大きい。なお、結晶粒１２１には、複数の結晶を含んでいてもよい。
【手続補正３】
【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】
また、半導体層１０６の形成は、ゲート絶縁層１０４の表面に窒素を存在させて行う。ここで、窒素濃度は核生成位置を決定するため重要である。窒素が存在するゲート絶縁層１０４上に半導体層１０６を形成すると、まず、第１の領域１２０が形成され、その後、第２の領域１２２が形成される。ここで、第１の領域１２０と第２の領域１２２との界面の位置は窒素濃度により決定される。ＳＩＭＳによって計測される窒素の濃度が１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下、好ましくは２×１０２０ｃｍ−３以上７×１０２０ｃｍ−３以下のときに結晶核を生成し、第２の領域１２２が形成されることとなる。すなわち、結晶粒１２１の成長の起点となる結晶核の生成位置において、ＳＩＭＳによって計測される窒素の濃度は１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下、好ましくは２×１０２０ｃｍ−３以上７×１０２０ｃｍ−３以下となる。換言すると、逆錐形を有する結晶粒１２１の頂点における、ＳＩＭＳによって計測される窒素の濃度は１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下、好ましくは２×１０２０ｃｍ−３以上７×１０２０ｃｍ−３以下である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
また、上記したように、半導体層１０６は、逆錐形の結晶粒を有する。逆錐形の結晶粒は、例えば、半導体層１０６の酸素濃度を低くし、窒素濃度を酸素濃度よりも高くし、窒素濃度が結晶粒の成長方向に従って低下していくことで、結晶粒の核生成を制御しつつ形成することができる。ここで、窒素濃度は酸素濃度よりも一桁以上高いことが好ましい。より具体的には、ゲート絶縁層１０４と半導体層１０６の界面における、ＳＩＭＳによって計測される酸素の濃度を５×１０１８ｃｍ−３以下とし、窒素の濃度を１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下とする。また、酸素濃度を低く抑えて、窒素濃度を酸素濃度よりも高くして形成する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０９】
（実施の形態２）
本実施の形態では、図１に示す薄膜トランジスタの作製方法であって、実施の形態１とは異なるものについて説明する。本実施の形態では、実施の形態１と同様に、逆錐形の形状を有する結晶粒を含む半導体層を形成する。ただし、半導体層に窒素を含ませる手段が異なる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１０】
本実施の形態では、半導体層に接するゲート絶縁層を窒化シリコンにより形成することで、半導体層の窒素濃度を制御し、逆錐形の形状を有する結晶粒を含む半導体層を形成する。ゲート絶縁層１０４からドナーとなる不純物元素を含む半導体層１０９の形成までについて、図９を参照して以下に説明する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１８】
上記説明したように、少なくとも半導体層に接するゲート絶縁層の最上層を窒化シリコンにより形成することで、酸素濃度を低く抑え、窒素濃度を酸素濃度よりも高くすることができ、逆錐形の形状を有する結晶粒を含む半導体層を形成することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１９】
（実施の形態３）
本実施の形態では、図１に示す薄膜トランジスタの作製方法であって、実施の形態１及び実施の形態２とは異なるものについて説明する。本実施の形態では、実施の形態１及び実施の形態２と同様に、逆錐形の形状を有する結晶粒を含む半導体層を形成する。ただし、半導体層に窒素を含ませる手段が異なる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２９】
上記説明したように、少なくとも半導体層１０５を形成する直前に処理室１４１の内壁を窒化シリコン層により覆うことで、ゲート絶縁層１０４中の酸素濃度を低く抑え、ゲート絶縁層１０４中の窒素濃度を酸素濃度よりも高くすることが可能であり、逆錐形の形状を有する結晶粒を含む半導体層を形成することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３２】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１乃至実施の形態３とは異なる半導体装置の作製方法について説明する。本実施の形態では、実施の形態１と同様に、逆錐形の形状を有する結晶粒を含む半導体層を形成する。ただし、半導体層に窒素を含ませる手段が異なる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４０】
上記説明したように、半導体層の形成初期のガスに窒素を含ませることで、酸素濃度を低く抑え、窒素濃度を酸素濃度よりも高くすることが可能であり、逆錐形の形状を有する結晶粒を含む半導体層を形成することができる。