(57)【要約】【課題】製造工程・製造時間を大幅に増加させることなく、結晶性に優れ、残留触媒物質濃度が低い結晶性珪素膜を作製する。【解決手段】絶縁性表面を有する基板１上に非晶質珪素膜２を形成し、珪素の結晶化を助長する触媒物質を添加する。また、レジストマスク３によってトランジスタのチャンネル領域、ソース領域およびドレイン領域を覆い、トランジスタ作製領域以外の領域に、触媒物質をゲッタリングするゲッタリング物質を添加する。トランジスタ作製領域の端と、ゲッタリング物質添加領域の端との間の最短距離は、１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内に設定する。１回目の加熱工程では、非晶質珪素膜の結晶化に適した温度条件によって、少なくともトランジスタのチャンネル領域が作製される領域を完全に結晶化させる。また、２回目以降の加熱工程では、結晶化処理温度よりも高い、ゲッタリングに適した温度条件によって、触媒物質をゲッタリングする。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性表面を有する基板上に設けられた非晶質珪素膜に、珪素の結晶化を助長する触媒物質を添加した後、エネルギーを加えることによって結晶化された結晶性珪素膜であって、
触媒物質濃度が１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲内である領域を有する結晶性珪素膜。
【請求項２】
絶縁性表面を有する基板上に設けられた非晶質珪素膜に、珪素の結晶化を助長する触媒物質を添加した後、エネルギーを加えて結晶化させた結晶性珪素膜を用いてチャンネル領域、ソース領域およびドレイン領域が作製された半導体トランジスタであって、
チャンネル領域内の触媒物質濃度が、１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲内である半導体トランジスタ。
【請求項３】
絶縁性表面を有する基板上に非晶質珪素膜を形成する工程と、
該非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する触媒物質を添加し、トランジスタのチャンネル領域、ソース領域およびドレイン領域が作製される領域以外の非晶質珪素膜領域に、該触媒物質をゲッタリングするゲッタリング物質を添加する工程と、
該非晶質珪素膜を少なくとも２つ以上の温度条件で加熱し、１回目の加熱工程で、非晶質珪素膜の結晶化に適した温度条件で、少なくともトランジスタのチャンネル領域が作製される領域を完全に結晶化させ、２回目以降の加熱工程で、ゲッタリングに適した温度条件で、ゲッタリング物質によって触媒物質をゲッタリングさせる工程とを含む結晶性珪素膜の製造方法。
【請求項４】
前記触媒物質として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、ＡｕおよびＧｅのうちの少なくとも１種類の元素を用いる請求項３に記載の結晶性珪素膜の製造方法。
【請求項５】
前記非晶質珪素膜の表面に、該非晶質珪素膜表面の触媒物質濃度が１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の範囲内となるように、触媒物質を添加する請求項３または請求項４に記載の結晶性珪素膜の製造方法。
【請求項６】
前記非晶質珪素膜中に、該非晶質珪素膜中の触媒物質濃度が２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲内となるように、触媒物質を添加する請求項３または請求項４に記載の結晶性珪素膜の製造方法。
【請求項７】
前記ゲッタリング物質として、Ｐ、Ｂ、ＣｌおよびＡｓのうちの少なくとも１種類の元素を用いる請求項３〜請求項６のいずれかに記載の結晶性珪素膜の製造方法。
【請求項８】
トランジスタのチャンネル領域、ソース領域およびドレイン領域が作製される領域以外の非晶質珪素膜領域に、該非晶質珪素膜中のゲッタリング物質濃度が１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲内となるように、ゲッタリング物質を添加する請求項３〜請求項７のいずれかに記載の結晶性珪素膜の製造方法。
【請求項９】
トランジスタ作製領域の端と、前記ゲッタリング物質を添加する領域の端との間の最短距離が、１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内で離れている請求項３〜請求項８のいずれかに記載の結晶性珪素膜の製造方法。
【請求項１０】
前記加熱工程において電気炉を用いる場合に、１回目の加熱工程の加熱処理温度よりも、ゲッタリング物質によって触媒物質をゲッタリングする２回目以降の加熱工程の加熱処理温度を高く設定する請求項３〜請求項９のいずれかに記載の結晶性珪素膜の製造方法。
【請求項１１】
前記加熱工程において電気炉を用いる場合に、１回目の加熱工程の加熱処理温度を４００℃以上８００℃以下の範囲内に設定する請求項３〜請求項１０のいずれかに記載の結晶性珪素膜の製造方法。
【請求項１２】
前記加熱工程において電気炉を用いる場合に、２回目以降の加熱工程の加熱処理温度を５００℃以上９００℃以下の範囲内に設定する請求項３〜請求項１１のいずれかに記載の結晶性珪素膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶性珪素膜、半導体トランジスタおよび結晶性珪素膜の製造方法に関し、さらに詳細には、絶縁性表面を有する基板上に非晶質珪素膜を形成し、この非晶質珪素膜に熱、光、荷電粒子等のエネルギーを加えて結晶化させた結晶性珪素膜とその製造方法、およびその結晶性珪素膜を用いた半導体トランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に代表される薄膜半導体素子が注目されている。この薄膜半導体素子は、絶縁性表面を有する基板上に、膜厚数１０ｎｍ〜数１００ｎｍの半導体薄膜をＣＶＤ法等によって形成し、この半導体薄膜を活性層として、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ、ダイオード等を構成するものである。
【０００３】
このような薄膜半導体素子の応用分野としては、例えば、アクティブマトリクス型の液晶電気光学装置が知られている。この液晶電気光学装置は、マトリクス状に配置された数十万以上の画素電極のそれぞれに１つ以上のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を配置して、画素電極に供給される電荷をＴＦＴによって制御するように構成されている。
【０００４】
ＴＦＴに利用される薄膜半導体としては、非晶質珪素膜を用いることが容易であるが、非晶質珪素膜は、移動度が小さいなど、電気的特性が低いという問題がある。従って、ＴＦＴの特性向上を図るためには、結晶性を有する珪素薄膜を用いることが好ましい。結晶性を有する珪素膜（結晶性珪素膜）には、多結晶珪素、微結晶珪素等と称されているものがある。この結晶性珪素膜を得るためには、非晶質珪素膜を形成した後、加熱することによって結晶化する方法が用いられる。
【０００５】
例えば、特開平６−２４４１０３号公報には、非晶質珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する触媒物質を添加し、その後、アニールによって非晶質珪素膜を結晶化させて結晶性珪素膜を得る方法が提案されている。しかしながら、特開平６−２４４１０３号公報で提案されている方法では、結晶化された珪素膜中に多量の触媒物質が残留し、この残留触媒物質によりトランジスタのＯＦＦ電流が増加するなど、電気特性に問題がある。従って、特開平６−２４４１０３号公報で提案されている方法によって作製された結晶性珪素膜は、トランジスタを作製するために適しているものではない。
【０００６】
そこで、特開平８−３４０１２７号公報には、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する触媒物質を添加して結晶成長させた後、得られた結晶性珪素膜中にリン珪酸ガラスからＰ（リン）を導入し、Ｐによって触媒物質をゲッタリングすることが提案されている。しかしながら、特開平８−３４０１２７号公報に提案された方法では、結晶珪素膜中の残留触媒物質濃度を低下させることは可能であるが、トランジスタの電気特性を良好にするためには、ゲッタリングアニール工程が長時間必要となり、製造工程が長くなるため、好ましくない。
【０００７】
そこで、特開２０００−２１６０８９号公報には、珪素の結晶化を助長する触媒物質と、触媒物質をゲッタリングするゲッタリング元素とを非晶質珪素膜の所定の領域に添加した後、単一の加熱工程によって非晶質珪素膜結晶化すると共にゲッタリング元素により残留触媒物質をゲッタリングする方法が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
半導体素子の電気特性を向上するためには、結晶珪素膜中の残留触媒物質濃度を低下させることが不可欠である。さらに、長時間の炉アニールなどは、製造工程が長くなるため、避けることが好ましい。
【０００９】
本願発明者が検討を行った結果、非晶質珪素膜の結晶化工程は、珪素の結晶化を助長する触媒物質による結晶化が起こる温度範囲内で、工程処理時間が許す限り低温で行う方が、得られる結晶性珪素膜の結晶性が良好であることが分かった。従って、トランジスタのチャンネル領域は、この結晶性珪素膜の結晶性が良好となる条件によって完全に結晶化した方が、トランジスタの電気特性を良好にすることができる。一方、ゲッタリング工程は、処理温度が高い方がゲッタリング効率が高く、処理時間を短縮できるということが分かった。また、結晶化工程によって一旦結晶化された珪素の結晶性に対しては、ゲッタリング工程の処理温度は影響を与えないということも分かった。
【００１０】
また、特開２０００−２１６０８９号公報に提案されている方法では、単一の加熱工程によって結晶化とゲッタリングとを行っているが、本願発明者が検討を行った結果、結晶化工程およびゲッタリング工程の両方に適した温度ではないことが分かった。非晶質珪素の膜質・膜厚などによって結晶化に適した温度帯とゲッタリングに適した温度帯とはそれぞれ異なるが、どのような膜質・膜厚の非晶質珪素であっても、ゲッタリングに適した温度帯の方が結晶化に適した温度帯よりも高い。従って、単一の加熱工程によって結晶化とゲッタリングとを行った場合、結晶化およびゲッタリングの両方で良好な結果を得ることはできない。
【００１１】
また、特開２０００−２１６０８９号公報の実施形態には、５８０℃で１時間の加熱処理と６００℃で５時間の加熱処理とを行うことが記載されているが、本願発明者が検討を行った結果、５８０℃で１時間の加熱処理では、珪素の結晶化を助長する触媒物質によって結晶核が形成されるのみであり、チャンネル領域内を完全に結晶化することはできないことが分かった。従って、特開２０００−２１６０８９号公報の実施形態では、６００℃で５時間の単一の加熱処理によって、結晶化とゲッタリングとが行われていることになる。
【００１２】
従って、特開２０００−２１６０８９号公報に提案されている方法は、最良の結晶化条件および最良のゲッタリング条件での加熱処理について考慮されたものではなく、単に工程時間を短縮するために、単一の加熱工程で非晶質珪素膜の結晶化とゲッタリングとが行われているに過ぎず、結晶性珪素膜の結晶性またはゲッタリング効率の何れかが犠牲になっている。
【００１３】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、残留触媒物質濃度が低く、結晶性に優れた結晶性珪素膜と電気的特性に優れた半導体トランジスタ、および製造工程・製造時間を大幅に増加させることなく、結晶性に優れ、残留触媒物質濃度が低い結晶性珪素膜を作製することができる結晶性珪素膜の製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の結晶性珪素膜は、絶縁性表面を有する基板上に設けられた非晶質珪素膜に、珪素の結晶化を助長する触媒物質を添加した後、エネルギーを加えることによって結晶化された結晶性珪素膜であって、触媒物質濃度が１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲内である領域を有し、そのことにより上記目的が達成される。
【００１５】
本発明の半導体トランジスタは、絶縁性表面を有する基板上に設けられた非晶質珪素膜に、珪素の結晶化を助長する触媒物質を添加した後、エネルギーを加えて結晶化させた結晶性珪素膜を用いてチャンネル領域、ソース領域およびドレイン領域が作製された半導体トランジスタであって、チャンネル領域内の触媒物質濃度が、１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲内であり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１６】
本発明の結晶性珪素膜の製造方法は、絶縁性表面を有する基板上に非晶質珪素膜を形成する工程と、該非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する触媒物質を添加し、トランジスタのチャンネル領域、ソース領域およびドレイン領域が作製される領域以外の非晶質珪素膜領域に、該触媒物質をゲッタリングするゲッタリング物質を添加する工程と、該非晶質珪素膜を少なくとも２つ以上の温度条件で加熱し、１回目の加熱工程で、非晶質珪素膜の結晶化に適した温度条件で、少なくともトランジスタのチャンネル領域が作製される領域を完全に結晶化させ、２回目以降の加熱工程で、ゲッタリングに適した温度条件で、ゲッタリング物質によって触媒物質をゲッタリングさせる工程とを含み、そのことにより上記目的が達成される。
【００１７】
前記触媒物質として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、ＡｕおよびＧｅのうちの少なくとも１種類の元素を用いることができる。
【００１８】
前記非晶質珪素膜の表面に、該非晶質珪素膜表面の触媒物質濃度が１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の範囲内となるように、触媒物質を添加することが好ましい。
【００１９】
前記非晶質珪素膜中に、該非晶質珪素膜中の触媒物質濃度が２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲内となるように、触媒物質を添加することが好ましい。
【００２０】
前記ゲッタリング物質として、Ｐ、Ｂ、ＣｌおよびＡｓのうちの少なくとも１種類の元素を用いることができる。
【００２１】
トランジスタのチャンネル領域、ソース領域およびドレイン領域が作製される領域以外の非晶質珪素膜領域に、該非晶質珪素膜中のゲッタリング物質濃度が１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲内となるように、ゲッタリング物質を添加することが好ましい。
【００２２】
トランジスタ作製領域の端と、前記ゲッタリング物質を添加する領域の端との間の最短距離が、１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内で離れていることが好ましい。
【００２３】
前記加熱工程において電気炉を用いる場合に、１回目の加熱工程の加熱処理温度よりも、ゲッタリング物質によって触媒物質をゲッタリングする２回目以降の加熱工程の加熱処理温度を高く設定することが好ましい。
【００２４】
前記加熱工程において電気炉を用いる場合に、１回目の加熱工程の加熱処理温度を４００℃以上８００℃以下の範囲内に設定することが好ましい。
【００２５】
前記加熱工程において電気炉を用いる場合に、２回目以降の加熱工程の加熱処理温度を５００℃以上９００℃以下の範囲内に設定することが好ましい。
【００２６】
以下に、本発明の作用について説明する。
【００２７】
本発明にあっては、珪素の結晶化を助長する触媒物質を利用した結晶化工程よりも前に、触媒物質をゲッタリングして、珪素の結晶化を助長する触媒物質の効果を減じるゲッタリング物質を、トランジスタ作製領域以外の非晶質珪素膜領域に添加する。そして、珪素膜の結晶化に適した温度条件で第１加熱工程を必要な時間だけ行ってトランジスタのチャンネル領域を作製する領域を完全に結晶化した後、引き続いて、結晶化工程とは異なる、ゲッタリングに適した温度条件で第２加熱工程を行う。このことにより、非結晶化珪素膜の結晶化と、触媒物質のゲッタリングとを、それぞれ、効率よく行うことが可能である。
【００２８】
具体的には、絶縁性表面を有する基板上に非晶質珪素膜を形成し、珪素の結晶化を助長する触媒物質をゲッタリングして触媒物質の効果を減じるゲッタリング物質を、トランジスタのソース領域、チャンネル領域およびドレイン領域が作製される領域以外の非晶質珪素膜領域に添加する。
【００２９】
このときのゲッタリング物質としては、Ｐ、Ｂ、ＣｌおよびＡｓのうちの少なくとも１種類の元素を用いることが好ましい。これらのゲッタリング物質を、トランジスタ作製領域以外の非晶質珪素膜中に添加する場合には、その濃度を１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とすることが好ましい。ゲッタリング物質の添加量がこの範囲よりも少ないと、ゲッタリング効果を十分に得ることができないことがある。また、ゲッタリング物質の添加量がこの範囲よりも多いと、ゲッタリング物質がトランジスタ作製領域内に拡散し、トランジスタの電気特性が悪化することがある。
【００３０】
また、トランジスタ作製領域の端と、ゲッタリング物質が添加される領域の端との間の最短距離が、１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内で離れていることが好ましい。トランジスタ作製領域の端と、ゲッタリング物質が添加される領域の端との間が１μｍよりも近い場合、結晶化させたい領域全てを完全に結晶化させることができない。また、ゲッタリング物質が、トランジスタ作製領域内に拡散し、トランジスタの電気特性が悪化することがある。また、トランジスタ作製領域の端と、ゲッタリング物質が添加される領域の端との間が５０μｍよりも離れた場合、トランジスタ作製領域内のゲッタリング効果が小さくなり、トランジスタ領域内に残留ずる触媒物質をゲッタリングして、触媒物質の残留濃度を低減させることができない。
【００３１】
次に、非晶質珪素膜に、珪素の結晶化を助長する触媒物質を添加する。
このとき、珪素の結晶化を助長する触媒物質として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、ＡｕおよびＧｅのうちの少なくとも１種類の元素を用いることが好ましい。これらの触媒物質を、スパッタ蒸着法、薬液塗布等によって非晶質珪素膜の表面に添加する場合、非晶質珪素膜表面の触媒物質濃度が１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の範囲となるように制御することが好ましい。または、触媒物質をイオン注入法などによって非晶質珪素膜中に添加する場合、非晶質珪素膜中の触媒物質濃度が２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲になるように制御することが好ましい。触媒物質の添加量がこの範囲よりも少ないと、結晶成長が非常に起こり難いか、または、全く起こらないことがある。また、触媒物質の添加量がこの範囲よりも多いと、結晶化された珪素膜中に触媒物質が残留する場合がある。このことによるＴＦＴの電気特性悪化を完全に防止するためには、ゲッタリングを兼ねた結晶化アニール時間が長くなるため、製造工程として好ましくない。
【００３２】
次に、非晶質珪素膜を結晶化するための加熱処理工程を行う。
【００３３】
このときの加熱処理は、非晶質珪素膜を結晶化するために適した温度条件で行われる。例えば、電気炉を用いて非晶質珪素膜にエネルギーを加える場合、４００℃以上８００℃以下の温度範囲に設定することが好ましい。この範囲よりも低い温度では、結晶化速度が非常に遅くなり、製造工程として好ましくない。また、この範囲よりも高い温度では、結晶化された珪素膜の結晶性が悪く、ＴＦＴの電気特性が悪化する。さらに、非晶質珪素膜に触媒物質が添加された領域以外の任意の場所で、触媒物質によらない多数の結晶粒が発生するため、多数の微結晶を含む珪素膜となる。このような微結晶珪素膜を用いて作製されたＴＦＴは、移動度が小さいなど、電気特性が悪くなる。
【００３４】
この結晶化加熱処理工程によって、少なくともトランジスタのチャンネル領域が作製される非晶質珪素膜領域を完全に結晶化する。この結晶化加熱処理中にも、触媒物質のゲッタリングが行われ、ゲッタリング物質が添加された領域内では、結晶化は起こらない。さらに、ゲッタリング物質が添加された領域周辺の触媒物質濃度は低下し、結晶成長中の結晶粒内の触媒物質濃度も、ゲッタリング物質を添加していない場合に比べて低下する。この効果によって、触媒物質により非晶質珪素膜を結晶化させた後、ゲッタリング物質を添加してゲッタリング加熱処理を行う従来の方法よりも、結晶化工程からゲッタリング工程に至る工程時間を著しく短縮することができる。
【００３５】
次に、ゲッタリング物質によって触媒物質をゲッタリングするための加熱処理工程を行う。
【００３６】
このときの加熱処理は、ゲッタリング物質によって触媒物質をゲッタリングするために適した温度条件で行われる。ゲッタリング工程を効率よく行い、ゲッタリング工程時間を短縮化するためには、処理温度は、結晶化加熱処理温度よりも高くすることが好ましい。例えば、電気炉を用いて加熱処理を行う場合には、結晶化加熱処理の後、電気炉の温度を高く設定する。例えば、加熱処理温度を５００℃以上９００℃以下の範囲内に設定することが好ましい。この範囲よりも低い温度では、ゲッタリング効率が悪くなり、製造工程として好ましくない。また、この範囲よりも高い温度では、結晶化珪素中の触媒物質固溶限が高くなり、加熱処理後の炉内冷却速度が遅い場合、冷却過程で珪素膜中に凝集し、局所的に濃度の高い領域ができる。冷却速度が速い場合、珪素膜は過飽和固溶体となり、膜全体の触媒元素濃度が高くなる。いずれにしても、効率よくゲッタリングすることはできない。
【００３７】
このようにして、トランジスタ作製領域、特に、チャンネル領域内に残留する触媒物質濃度を１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下に低減することができ、良好な結晶性珪素膜を作製することができる。残留触媒物質濃度がこの濃度範囲よりも高いと、トランジスタの電気特性が悪化する。また、現在の分析技術では、残留触媒物質濃度がこの濃度範囲未満の場合には、測定することができない。
【００３８】
なお、特開２０００−２１６０８９号公報に提案されている方法は、最良の結晶化条件および最良のゲッタリング条件での加熱処理について考慮されたものではなく、単に工程時間を短縮するために、単一の加熱工程で非晶質珪素膜の結晶化とゲッタリングとが行われているに過ぎないため、第１加熱工程で少なくともトランジスタのチャンネル領域を完全に結晶化した後、結晶化工程とは異なる最良のゲッタリング温度条件でゲッタリングを行う本発明とは、この点において明らかに異なるものである。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００４０】
図１は、本発明の一実施形態である結晶性珪素膜の製造方法を説明するための断面図であり、図２は、その上面図である。
【００４１】
まず、図１に示すように、石英基板１上に減圧ＣＶＤ法によりＳｉ２Ｈ６ガスを用いて膜厚５０ｎｍの非晶質珪素膜２を形成する。
【００４２】
次に、通常のフォト工程によりレジスト塗布、露光、現像を行って、図２に示すように、トランジスタ作製領域４以外の非晶質珪素膜２領域を開口させたレジストマスク３を形成する。この図２において、斜線部はレジストマスク３で覆われている部分であり、それ以外の非晶質珪素膜２部分が開口されている。
【００４３】
このレジストマスク３は、ゲッタリング物質を添加する際にマスクとして用いられるものであり、トランジスタ作製領域４の端と、ゲッタリング物質が添加される領域の端との間の最短距離が、１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内で離れていることが好ましい。本実施形態では、トランジスタのソース領域、チャンネル領域およびドレイン領域の大きさを、それぞれ、１０μｍ×３０μｍ、３０μｍ×１０μｍ、１０μｍ×３０μｍの長方形とし、レジストマスク３の開口部は、２０μｍ×４０μｍ、２０μｍ×２０μｍ、２０μｍ×４０μｍの長方形および正方形を組み合わせた形状とした。この場合、トランジスタ作製領域の端と、ゲッタリング物質が添加される領域の端との間の最短距離ａは５μｍである。
【００４４】
このレジストマスク３を用いて、図２に示すように、トランジスタ作製領域以外の非晶質珪素膜２中に、ゲッタリング物質を添加する。
【００４５】
このとき、ゲッタリング物質としては、Ｐ、Ｂ、ＣｌおよびＡｓのうちの少なくとも１種類の元素を用いることが好ましく、非晶質珪素膜中のゲッタリング物質の濃度を１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とすることが好ましい。本実施形態では、Ｐをイオン注入法によって非晶質珪素膜２に注入した。Ｐイオン注入時の加速電圧は５０ｋｅＶ、注入量は１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２とした。これによって、トランジスタ作製領域４以外の非晶質珪素膜２中のＰ濃度は、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲内となった。
【００４６】
次に、通常のレジスト剥離工程により、非晶質珪素膜２表面のレジストマスク３を除去した後、非晶質珪素膜２に、珪素の結晶化を助長する触媒物質を添加する。
【００４７】
このとき、触媒物質としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、ＡｕおよびＧｅのうちの少なくとも１種類の元素を用いることが好ましく、これらの触媒物質を、スパッタ蒸着法、薬液塗布等によって非晶質珪素膜２の表面に添加する場合には、非晶質珪素膜２表面の触媒物質濃度を１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の範囲とすることが好ましい。また、触媒物質をイオン注入法などによって非晶質珪素膜２中に添加する場合には、非晶質珪素膜２中の触媒物質濃度を２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることが好ましい。本実施形態では、Ｎｉをイオン注入法によって非晶質珪素膜２に注入した。Ｎｉイオン注入時の加速電圧は５０ｋｅＶ、注入量は１×１０１５　ｉｏｎｓ／ｃｍ２とした。これによって、非晶質珪素膜２中のＮｉ濃度は、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲となった。
【００４８】
次に、電気炉を用いて非晶質珪素膜２の加熱処理を行う。このときの温度条件は、４００℃以上８００℃以下の範囲とすることが好ましい。本実施形態では、電気炉により窒素雰囲気中で５８０℃で６時間加熱した。この加熱処理によって、トランジスタのチャンネル領域内では、Ｎｉを触媒として結晶化が行われ、完全に結晶化された結晶性珪素膜となる。また、トランジスタ作製領域以外のＰが添加された領域は、結晶化していない状態である。
【００４９】
結晶性珪素膜と非晶質珪素膜とでは色が異なっており、結晶性珪素膜はやや黄色、非晶質珪素膜は赤紫色であるため、光学顕微鏡を用いてモニターすることによって、チャンネル領域が完全に結晶化されているか否かを確認することができる。また、予め予備実験を行って結晶化時間を求めておくこともできる。その場合には、ラマン分光分析、電子線回折等によって結晶化状態を判断することができる。
【００５０】
続いて、電気炉を用いて、上記温度条件とは異なる温度条件によって、珪素膜の加熱処理を行う。このときの温度条件は、ゲッタリングを効率よく行い、ゲッタリング工程時間を短縮化するためには、上記結晶化のための加熱処理温度よりも高くすることが好ましい。本実施形態では、電気炉により窒素雰囲気中で６００℃で３時間加熱した。この加熱処理により、トランジスタのチャンネル領域内に残留するＮｉがゲッタリングされる。
【００５１】
このようにして作製された結晶性珪素膜において、チャンネル領域内のＮｉ濃度は、２×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。また、この結晶性珪素膜を用いてトランジスタを作製したところ、良好な電気特性が得られた。
【００５２】
上記実施形態において、触媒物質Ｎｉの代わりに、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、ＡｕおよびＧｅを単体で、またはそれらを組み合せて用い、非晶質珪素膜２表面の触媒物質濃度を１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の範囲とし、または、非晶質珪素膜２中の触媒物質濃度を２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とした場合でも、同様に、良好な結果が得られた。また、ゲッタリング物質Ｐの代わりに、Ｂ、ＣｌおよびＡｓを単体で、またはそれらを組み合せて用い、非晶質珪素膜２中のゲッタリング物質の濃度を１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲とした場合でも、同様に、良好な結果が得られた。
【００５３】
なお、石英基板１を用いる場合には、２回の加熱で結晶化とゲッタリングとを十分に行うことができ、３回以上の加熱を行う必要はないが、ガラス基板を用いる場合には、高速熱処理（ＲＴＡ）によって２回以上、高温で短時間、ゲッタリングのための加熱を行うことにより、基板に悪影響を与えることなく、より確実にゲッタリングを行うことができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、絶縁性表面を有する基板上に形成した非晶質珪素膜に触媒物質を添加して、熱、光、荷電粒子等のエネルギーを加えることにより非晶質珪素膜を結晶化させる結晶性珪素膜の製造方法において、珪素の結晶化を助長する触媒物質を利用した結晶化工程よりも前に、触媒物質をゲッタリングして、珪素の結晶化を助長する触媒物質の効果を減じるゲッタリング物質を、トランジスタ作製領域以外の非晶質珪素膜領域に添加する。そして、珪素膜の結晶化に適した温度条件で第１加熱工程を必要な時間だけ行ってトランジスタのチャンネル領域を作製する領域を完全に結晶化した後、引き続いて、ゲッタリングに適した温度条件で第２加熱工程を行う。このことにより、非結晶化珪素膜の結晶化と、触媒物質のゲッタリングとを、それぞれ、効率よく行うことが可能であり、結晶化後に、トランジスタのチャンネル領域内に残留する触媒物質濃度を、製造工程・製造時間を大幅に増加させることなく低減して、良好な特性を有する薄膜トランジスタを容易に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である結晶性珪素膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明の一実施形態である結晶性珪素膜の製造方法を説明するための上面図である。
【符号の説明】
１　　石英基板
２　　非晶質珪素膜
３　　レジストマスク
４　　トランジスタ領域
【図１】
2004063967.tif 000003
【図２】
2004063967.tif 000004