(57)【要約】【課題】触媒金属元素を用いて作製した結晶質半導体膜において、結晶化後、不要になった触媒金属元素の膜中含有量を低減する必要がある。【解決手段】触媒金属元素を用いて熱処理により結晶化した結晶質半導体膜にレーザー光を照射することにより、結晶質半導体膜の表面に触媒金属元素が偏析する。触媒金属元素が偏析した結晶質半導体表面部をエッチングして除去することにより、膜中の触媒金属元素の総含有量が低減し、膜中触媒金属元素濃度が低減することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶化を助長する触媒金属元素を用いて非晶質半導体膜を結晶化し第１の結晶質半導体膜を形成する工程と、前記第１の結晶質半導体膜にパルスレーザー光を照射して再結晶化した第２の結晶質半導体膜を形成する工程と、前記第２の結晶質半導体膜の表面を酸化して酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を選択的に除去する工程とを有することを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法。
【請求項２】
結晶化を助長する触媒金属元素を用いて非晶質半導体膜を結晶化し第１の結晶質半導体膜を形成する工程と、前記第１の結晶質半導体膜を溶融した後、凝固させ第２の結晶質半導体膜を形成する工程と、前記第２の結晶質半導体膜の表面を酸化して酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を選択的に除去する工程とを有することを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法。
【請求項３】
結晶化を助長する触媒金属元素を用いて非晶質半導体膜を結晶化し第１の結晶質半導体膜を形成する工程と、前記第１の結晶質半導体膜の膜表面に触媒金属元素が偏析した第２の結晶質半導体膜を形成する工程と、前記第２の結晶質半導体膜の表面を酸化して酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を選択的に除去する工程とを有することを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３において、前記第２の結晶質半導体膜を形成する工程から前記酸化膜を除去する工程までを繰り返し行うことを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４において、前記酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を除去する工程とを繰り返し行うことを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法。
【請求項６】
請求項１又は請求項５において、前記酸化膜除去後に前記第２の結晶質半導体膜の膜厚測定を行い、前記第２の結晶質半導体膜の膜厚をモニターする工程を有することを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６における一連の処理後、前記酸化膜を除去した状態にある第２の結晶質半導体膜にパルスレーザー光を照射する工程を有することを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法。
【請求項８】
結晶化を助長する触媒金属元素を用いて非晶質半導体膜を結晶化し第１の結晶質半導体膜を形成する工程と、前記第１の結晶質半導体膜の膜表面に触媒金属元素が偏析した第２の結晶質半導体膜を形成する工程と、前記第２の結晶質半導体膜の触媒金属元素が偏析した領域をドライエッチングにより除去する工程とを有することを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法。
【請求項９】
請求項８において、前記第１の結晶質半導体膜の膜表面に触媒金属元素が偏析した第２の結晶質半導体膜を形成する工程と、前記第２の結晶質半導体膜の触媒金属元素が偏析した領域をドライエッチングにより除去する工程とを繰り返し行うことを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法。
【請求項１０】
結晶化を助長する触媒金属元素を用いて非晶質半導体膜を結晶化し第１の結晶質半導体膜を形成する工程と、前記第１の結晶質半導体膜の膜表面に触媒金属元素が偏析した再結晶化した第２の結晶質半導体膜を形成する工程と、前記第２の結晶質半導体膜の触媒金属元素が偏析した領域を化学機械的研磨により除去する工程とを有することを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法。
【請求項１１】
請求項１０において、前記第１の結晶質半導体膜の膜表面に触媒金属元素が偏析した第２の結晶質半導体膜を形成する工程と、前記第２の結晶質半導体膜の触媒金属元素が偏析した領域を化学機械的研磨により除去する工程とを繰り返し行うことを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法。
【請求項１２】
パルスレーザー光発振機と、前記パルスレーザー光を整形するための光学系と、パルスレーザー光照射と酸化膜形成と酸化膜除去とを施す為の処理基板用載置台を備えた処理室とを有する結晶質半導体膜の製造装置において、前記処理室には水平方向および垂直方向に移動可能であり且つ回転可能な処理基板用載置台と、開閉可能なパルスレーザー光の導入口と、酸化膜形成処理用溶液を添加するための第１のノズルと、酸化膜除去処理用溶液を添加するための第２のノズルとが具備されていることを特徴とする結晶質半導体膜の製造装置。
【請求項１３】
パルスレーザー光発振機と、前記パルスレーザー光を整形するための光学系と、パルスレーザー光照射するための第１の処理室と、酸化膜形成するための第２の処理室と、酸化膜除去するための第３の処理室とを有する結晶質半導体膜の製造装置において、各処理室は共通したひとつの搬送室と連結していることを特徴とする結晶質半導体膜の製造装置。
【請求項１４】
請求項１３において、前記第２の処理室と前記第３の処理室は共通したひとつの処理室となっていることを特徴とする結晶質半導体膜の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶質半導体膜の作製方法およびその製造装置に関し、特に結晶質半導体膜中に含有されている触媒金属元素濃度を低減する方法、および結晶質半導体膜中に含有されている触媒金属元素濃度を低減した結晶質半導体膜の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置の分野では、ガラス基板上に、画素や駆動回路の他、メモリ回路やクロック発生回路等のロジック回路を内蔵したシステムオンパネルの開発が注目されている。
【０００３】
駆動回路やロジック回路には高速動作が要求され、これを実現するためには高い電界効果移動度をもつ薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）が必要となる。一般的に、高い電界効果移動度をもつＴＦＴは、結晶欠陥が少なく、配向性が揃った良質な結晶性を有する結晶質半導体膜を活性層として用いることによって作製される。
【０００４】
良質な結晶質半導体膜を作製する技術として、非晶質半導体膜に結晶化を促進する作用を有する金属元素を添加し加熱処理を施すことによって、ガラス基板上に配向性が揃った良質な結晶質半導体膜を作製する技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１６１６３４号公報（第４−５頁、第１図）
【０００６】
金属元素を添加して作製した結晶質半導体膜では、結晶化を促進するための触媒として添加した金属元素（以下、触媒金属元素という）を、結晶化後の膜中に含有している。触媒金属元素を含有したままの結晶質半導体膜をＴＦＴの活性層として用いると、触媒金属元素が不純物として膜中に準位を形成し、オフリーク電流の増加などの不良を引き起こす。このため、結晶化後の結晶質半導体膜中に残留している、不要になった触媒金属元素の濃度を低減する必要がある。
【０００７】
特開平８−２１３３１７号公報に記載されているように、これまでに、結晶質半導体膜のうち、活性層の残留触媒金属元素を低減する方法として、ＴＦＴの半導体層のソース領域またはドレイン領域となる領域、あるいは触媒金属元素を移動させるための領域（以下、ゲッタリング領域という）に触媒金属元素を移動させる作用を有する元素周期表１５族に属する燐を高濃度に添加し、加熱処理を施すことによって触媒金属元素をこれらの領域に移動させ、活性層における触媒金属元素濃度を低減させる方法が用いられている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献２】
特開平８−２１３３１７号公報（第３−４頁、第２図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ソース領域またはドレイン領域となる領域に高濃度の燐を添加し、当該領域をゲッタリング領域とする方法においては、燐が半導体のｎ型不純物として作用するため、ｎチャネル型ＴＦＴを作製する際はゲッタリング領域をそのままソース領域またはドレイン領域として利用する。一方、ｐチャネル型ＴＦＴを作製する際は、ゲッタリング領域に添加した燐よりも、より高濃度のボロン等のｐ型不純物をソース領域またはドレイン領域に添加しｐ型に反転させる。
【００１０】
このような方法でも活性層に含有されている触媒金属元素濃度の低減は可能であり、オフリーク電流が低く良好な特性を示すＴＦＴの作製は可能である。しかしながら、高濃度の燐やボロン等の不純物を、イオンドーピング法など高加速されたイオンによる添加方法により添加した場合、ソース領域またはドレイン領域の結晶性破壊が非常に大きく、不純物添加後のアニールが不十分な場合に、結晶性の破壊されたソース領域またはドレイン領域の結晶性が十分に回復せず、抵抗値が上がり、ＴＦＴのオン電流が低くなってしまうことがあった。
【００１１】
本発明では、ソース領域あるいはドレイン領域をゲッタリング領域としては用いずに、上記とは異なる方法で活性層に含有されている触媒金属元素濃度を低減する方法（以下、ゲッタリング方法という）を用いた結晶質半導体膜の作製方法および製造装置を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の結晶質半導体膜の作製方法は、触媒金属元素を用いて固相成長法により非晶質半導体膜を結晶化し、第１の結晶質半導体膜を形成する第１の工程と、第１の結晶質半導体膜にパルスレーザー光を照射して再結晶化し、結晶質半導体膜表面に触媒金属元素が偏析した第２の結晶質半導体膜を形成する第２の工程と、第２の結晶質半導体膜中のＮｉが膜中に拡散しないよう常温下で第２の結晶質半導体膜表面を酸化して酸化膜を形成する第３の工程と、第３の工程によって形成された酸化膜を選択的に除去する第４の工程とを有することを特徴としている。
【００１３】
図１は、Ｎｉ（ニッケル）を触媒金属元素として用いて非晶質珪素膜を固相成長法により結晶質化した結晶質珪素膜１と、前記結晶質珪素膜に膜表面からのパルスレーザー光を照射し、溶融・凝固により再結晶化させた結晶質珪素膜２にそれぞれ含有されているＮｉ濃度の深さ方向ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）分析結果である。
【００１４】
図１より、結晶質珪素膜１中においては、Ｎｉ濃度は深さ方向に対して均一であるが、結晶質珪素膜２中においては、Ｎｉ濃度は膜表面程高くなっていることが分かる。つまり膜表面からのパルスレーザー光の照射による溶融・凝固によって、結晶質珪素膜中のＮｉは膜表面に偏析するという現象がある。
【００１５】
本発明は、この現象を利用して結晶化後不要になった触媒金属元素の膜中濃度を低減するものである。
【００１６】
固相成長法により作製した結晶質半導体膜にパルスレーザー光を照射して溶融・凝固により再結晶化させることで触媒金属元素を結晶質半導体膜表面に偏析させ、触媒金属元素が偏析している結晶質半導体膜表面を除去することで、触媒金属元素を除去する。結晶質半導体膜表面を除去には、結晶質半導体膜表面を酸化し、形成された酸化膜を除去する方法を用いる。まず結晶質半導体膜表面を酸化し、酸化膜を形成する。酸化膜の形成と同時に酸化膜中には触媒金属元素が取り込まれている。このとき酸化処理は結晶質半導体膜表面に偏析している触媒金属元素が結晶質半導体膜裏面側に拡散しないよう常温で行う。つぎに形成した酸化膜を選択的にエッチングする。このように触媒金属元素が含有された酸化膜を除去することで、結晶質半導体膜表面に偏析していた触媒金属元素を除去でき、結晶質半導体膜中の触媒金属元素の総含有量を低減できる。
【００１７】
本発明の結晶質半導体膜の作製方法は、触媒金属元素を用いて固相成長法により非晶質半導体膜を結晶化し、第１の結晶質半導体膜を形成する第１の工程と、第１の結晶質半導体膜を溶融させた後、凝固させ、結晶質半導体膜表面に触媒金属元素が偏析した第２の結晶質半導体膜を形成する第２の工程と、第２の結晶質半導体膜中のＮｉが膜中に拡散しないよう常温下で第２の結晶質半導体膜表面を酸化して酸化膜を形成する第３の工程と、第３の工程によって形成された酸化膜を選択的に除去する第４の工程とを有することを特徴としている。
【００１８】
結晶質半導体膜を溶融させた後、結晶質半導体膜表面から深さ方向に最も離れた領域にある溶融状態の結晶質半導体から先に冷却させ、凝固させることにより、触媒金属元素は結晶質半導体膜表面へ偏析する。これは結晶質半導体膜中に含有されている触媒金属元素の溶解度が固体中よりも液体中で溶解度が高く、凝固状態にある結晶質半導体と溶融状態にある結晶質半導体の接する面（固体＼液体界面）が、結晶質半導体膜の表面側に移動するのに伴い、より溶解度（或いは固溶度）の高い溶融状態の結晶質半導体側に触媒金属元素も移動する結果生じる現象だと考えられる。このような方法により、結晶質半導体膜表面に触媒金属元素を偏析させた後、前述のとおり、結晶質半導体膜表面の酸化および形成した酸化膜の除去を行い、結晶質半導体膜中の触媒金属元素濃度を低減することが出来る。
【００１９】
本発明の結晶質半導体膜の作製方法は、触媒金属元素を用いて固相成長法により非晶質半導体膜を結晶化し、第１の結晶質半導体膜を形成する第１の工程と、第１の結晶質半導体膜Ｎｉが偏析した第２の結晶質半導体膜を形成する第２の工程と、第２の結晶質半導体膜中の触媒金属元素が膜中に拡散しないよう常温下で第２の結晶質半導体膜表面を酸化して酸化膜を形成する第３の工程と、第３の工程によって形成された酸化膜を選択的に除去する第４の工程とを有することを特徴としている。
【００２０】
結晶質半導体膜を完全に溶融させなくとも、固体状態にある結晶質膜中において、触媒金属元素の固溶度が膜表面側程高くなるような状態を保持した後、結晶質半導体膜表面から深さ方向に最も離れた領域にある結晶質半導体から先に冷却させれば、触媒金属元素は膜表面に偏析した状態となる。結晶質半導体膜表面に触媒金属元素を偏析させた後は、前述のとおり、結晶質半導体膜表面の酸化および形成した酸化膜の除去を行い、結晶質半導体膜中の触媒金属元素濃度を低減することが出来る。
【００２１】
また他の発明は、パルスレーザー光を照射して溶融・凝固させることで触媒金属元素が膜表面に偏析した結晶質半導体膜を形成する工程と、結晶質半導体膜表面を酸化し酸化膜を形成する工程と、形成した酸化膜を除去する工程を繰り返し行うことを特徴としている。
【００２２】
上記に述べたように、触媒金属元素が膜表面に偏析した結晶質半導体膜を形成し、結晶質半導体膜表面を酸化し、形成された酸化膜を除去することで、触媒金属元素が低減された結晶質半導体膜に、パルスレーザー光を照射して溶融・凝固により再結晶化させることで、結晶質半導体膜中に残留していた触媒金属元素は、再び結晶質半導体膜表面に偏析する。従って、この触媒金属元素が膜表面に偏析した結晶質半導体膜表面を酸化し、形成された酸化膜を除去することで、結晶質半導体膜中の触媒金属元素濃度はさらに低減する。このように触媒金属元素が膜表面に偏析した結晶質半導体膜の形成と結晶質半導体膜表面の酸化、形成された酸化膜の除去を繰り返し行うことで、膜表面除去後に結晶質半導体膜中に含有されている触媒金属元素の総含有量が、より低減する。
【００２３】
また他の発明は、結晶質珪素膜表面の酸化と、形成した酸化膜の除去を繰り返し行うことで、触媒金属元素が偏析している結晶質半導体膜表面を除去することを特徴としている。
【００２４】
結晶質半導体膜表面の酸化を常温で行うため、経過時間に伴った酸化反応速度が短時間のうちに飽和してしまい、一度の酸化処理で、深さ方向に十数ｎｍ以上の結晶質半導体膜を酸化するのは困難である。このため、まず酸化膜の形成膜厚が飽和する程度の時間で結晶質半導体膜表面を酸化、つぎに形成された酸化膜を除去して、結晶質半導体膜表面の酸化反応が進行しやすい膜表面状態にする。このような結晶質半導体膜表面の酸化と、形成された酸化膜の除去を繰り返し行うことによって、触媒金属元素が偏析した結晶質半導体膜表面の除去が迅速にできる。
【００２５】
また他の発明は、酸化膜除去後に結晶質半導体膜の膜厚を測定する工程を有することを特徴とする。
【００２６】
触媒金属元素が偏析した結晶質半導体膜表面を除去することで、結晶質半導体膜の膜厚は減少する。特にパルスレーザー光を照射して溶融・凝固させることで触媒金属元素が膜表面に偏析した結晶質半導体膜を形成する工程から酸化膜を除去する工程までが繰り返し行われる場合や、結晶質珪素膜表面の酸化と、形成した酸化膜の除去が繰り返し行われる場合など、結晶質半導体膜の除去工程が複数回にわたって行われる場合、触媒金属元素が偏析している結晶質半導体膜表面を除去する膜中に含有されている触媒金属元素を低減した結晶質半導体膜の膜厚が、所望の膜厚になっているかモニターすることで、結晶質半導体膜の膜厚の制御ができる。
【００２７】
また他の発明は、膜中の触媒金属元素濃度を低減した結晶質半導体膜に、パルスレーザー光を照射して再結晶化する工程を有することを特徴とする。
【００２８】
触媒金属元素が膜表面に偏析するように処理された結晶質半導体膜中には、触媒金属元素と結晶質半導体膜の主成分である元素とが反応して形成された金属化合物も含有されている。例えば、触媒金属元素としてＮｉ、結晶質半導体膜として結晶質珪素膜を用いた場合、金属化合物としてニッケルシリサイドが結晶質珪素膜中に含有される。ニッケルシリサイドはフッ酸を含む溶液に溶解する性質を示すため、結晶質珪素膜を酸化して形成された酸化珪素膜の除去にフッ酸を含む溶液を用いた場合、膜中のニッケルシリサイドも同時に除去され、結晶質珪素膜中にはピンホールなどの欠陥生じる。このような欠陥を回復するため、膜中の触媒金属元素濃度を低減した結晶質珪素膜にパルスレーザー光を照射して再結晶化させることが好ましい。
【００２９】
本発明の結晶質半導体膜の作製方法は、結晶化を助長する触媒金属元素を用いて非晶質半導体膜を結晶化し第１の結晶質半導体膜を形成する工程と、前記第１の結晶質半導体膜の膜表面に触媒金属元素が偏析した第２の結晶質半導体膜を形成する工程と、前記第２の結晶質半導体膜の触媒金属元素が偏析した領域をドライエッチングにより除去する工程とを有することを特徴とする。
【００３０】
前述の方法により、結晶質半導体膜表面に触媒金属元素を偏析させた後、触媒金属元素が偏析している領域をドライエッチングにより除去することで、膜中に含有されている触媒金属元素の総濃度を低減できる。
【００３１】
また他の発明は、前記第１の結晶質半導体膜の膜表面に触媒金属元素が偏析した第２の結晶質半導体膜を形成する工程と、前記第２の結晶質半導体膜の触媒金属元素が偏析した領域をドライエッチングにより除去する工程とを繰り返し行うことを特徴とする。
【００３２】
触媒金属元素が偏析している結晶質半導体膜をドライエッチングにより除去した後、結晶質半導体膜中に残っている触媒金属元素を、再び結晶質半導体膜表面に偏析させ、触媒金属元素が偏析した結晶質半導体部を再びドライエッチングにより除去する。このように結晶質半導体膜の膜表面に触媒金属元素が偏析する工程と、触媒金属元素が偏析した領域をドライエッチングにより除去する工程とを繰り返し行う毎に、結晶質半導体膜中に含有されている触媒金属元素の総含有量は、より減少していく。
【００３３】
本発明の結晶質半導体膜の作製方法は、結晶化を助長する触媒金属元素を用いて非晶質半導体膜を結晶化し第１の結晶質半導体膜を形成する工程と、前記第１の結晶質半導体膜の膜表面に触媒金属元素が偏析した第２の結晶質半導体膜を形成する工程と、前記第２の結晶質半導体膜の触媒金属元素が偏析した領域を化学機械的研磨により除去する工程とを有することを特徴とする。
【００３４】
前述の方法により、結晶質半導体膜表面に触媒金属元素を偏析させた後、触媒金属元素が偏析している領域を化学機械的研磨により除去することで、膜中に含有されている触媒金属元素の総濃度を低減できる。
【００３５】また他の発明は、前記第１の結晶質半導体膜の膜表面に触媒金属元素が偏析した第２の結晶質半導体膜を形成する工程と、前記第２の結晶質半導体膜の触媒金属元素が偏析した領域を化学機械的研磨により除去する工程とを繰り返し行うことを特徴とする。
【００３６】
前述のように、結晶質半導体膜の膜表面に触媒金属元素が偏析する工程と、触媒金属元素が偏析した領域を除去する工程とを繰り返し行う毎に、結晶質半導体膜中に含有されている触媒金属元素の総含有量は、より減少していく。本発明では、ドライエッチングではなく、化学機械的研磨により除去工程を行うことで、レーザー光照射後に形成された結晶質半導体膜表面の凹凸を平坦する効果も得られる。
【００３７】
本発明の結晶質半導体膜の製造装置は、パルスレーザー光発振機と、前記パルスレーザー光を整形するための光学系と、パルスレーザー光照射と酸化膜形成と酸化膜除去とを施す為の処理基板用載置台を備えた処理室とを有する結晶質半導体膜の製造装置において、前記処理室には水平方向および垂直方向に移動可能であり且つ回転可能な処理基板用載置台と、開閉可能なパルスレーザー光の導入口と、酸化膜形成処理用溶液を添加するための第１のノズルと、酸化膜除去処理用溶液を添加するための第２のノズルとが具備されていることを特徴とする。
【００３８】
処理基板載置台が水平方向に移動することにより、処理基板全面に対して光路長や入射角度が同一条件となるようにパルスレーザー光照射することが可能になる。また処理基板載置台が回転することにより、酸化膜形成処理用溶液を添加するためのノズル、或いは酸化膜除去処理用溶液を添加するためのノズルと同時に使用して、スピン方式のウエットエッチングが可能となる。このときパルスレーザー光の光学系に溶液が飛散しないよう、パルスレーザー光の導入口は開閉可能なものとなっている。このように、ひとつの処理室内で、パルスレーザー光照射、酸化膜形成、酸化膜除去の全ての処理をすることで、各処理ごとの処理基板搬送の省略、また装置の小型化ができる。
【００３９】
本発明の結晶質半導体膜の製造装置は、パルスレーザー光発振機と、前記パルスレーザー光を整形するための光学系と、パルスレーザー光照射するための第１の処理室と、酸化膜形成するための第２の処理室と、酸化膜除去するための第３の処理室とを有する結晶質半導体膜の製造装置に置いて、各処理室は共通したひとつの搬送室と連結していることを特徴とする。
【００４０】
パルスレーザー光照射するための処理室と、酸化膜形成するための処理室および酸化膜除去するための処理室が、共通したひとつの搬送室と連結していることにより、各処理室間の処理基板搬送時間が短縮され、さらに、パルスレーザー光照射、酸化膜形成および酸化膜除去の各々の処理順序を任意に変更することが容易になる。また、各処理別に処理室を設けることで、各々の処理に対して最適な装置設計が可能となる。
【００４１】
他の発明は、酸化膜形成と酸化膜除去とを、共通したひとつの処理室で行うことを特徴としている。
【００４２】
スピン系装置で、酸化力の強いオゾン水を用いた酸化膜形成したり、フッ酸を含む溶液を用いて酸化膜除去する場合など、スピン系装置内に各々の溶液専用のノズルを設けることにより、酸化膜形成と酸化膜除去とをひとつの処理室で行うことが可能である。このような場合には各処理ごとに処理室を分けずに処理を行える。また、これにより搬送にかかる時間が短縮され、スループットが向上する。
【００４３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図２から図５を用いて説明する。ここでは、触媒金属元素としてＮｉを用いガラス基板上に結晶質珪素膜形成した結晶質珪素膜から、不要になった触媒金属元素の結晶質珪素膜中濃度を低減する方法を用いた結晶質半導体膜の作製方法および製造装置、ならびに作製した結晶質半導体膜を用いたＴＦＴの作製方法について説明する。
【００４４】
図２は、本発明における結晶質珪素膜の作製工程を断面図によって表したものである。
【００４５】
結晶化を促進する効果のある触媒金属元素としてＮｉを用いて、固相成長法により結晶質珪素膜２０２をガラス基板２０１上に形成する。結晶質珪素膜２０２に、照射強度が約３６０〜５５０ｍＪ／ｃｍ２のパルスレーザー光を照射して、溶融・凝固により再結晶化した結晶質珪素膜２０３ａを形成する。この処理により、図１に示すように、Ｎｉは結晶質珪素膜２０３ａの深さ方向に濃度勾配を持ち、結晶質珪素膜２０３ａの膜表面側に偏析する。パルスレーザー光としては、媒質にＸｅＣｌやＫｒＦ等を用いたエキシマレーザーを用いればよい。
【００４６】
図４はエキシマレーザー光の照射強度を変えたときの結晶質珪素膜表面のＮｉ濃度をＴＸＲＦ（全反射蛍光エックス線分析装置）により測定した結果である。図４より、膜表面へのＮｉの偏析状態は、エキシマレーザー光の照射強度条件や固相成長（ＳＰＣ）時間条件によって変わる。このため、結晶質珪素膜と２０３ａとガラスとの界面から深さ方向に約２０ｎｍ以内の領域にある結晶質珪素膜中のＮｉ濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であり、結晶質珪素膜表面から深さ方向に約２５ｎｍ以内の領域にある結晶質珪素膜中のＮｉ濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であるようにＮｉが偏析している状態を形成できるレーザー光照射条件を適宜選択する必要がある。
【００４７】
またパルスレーザー光を照射する際、酸素ガスなどを含んだ雰囲気中で行うと結晶質珪素膜表面に酸化珪素膜が形成されることがある。このような場合は、酸化珪素膜をフッ酸などを用いて除去してやればよい。或いは、窒素などの不活性ガスの雰囲気中でパルスレーザー光を照射すればよい。
【００４８】
つぎに強い酸化力を持つオゾン水（濃度１０ｍｇ／ｌ）で結晶質珪素膜２０３ａ表面を常温で処理し、厚さ１〜２ｎｍの酸化珪素膜２０４を形成する。酸化珪素膜２０４の形成方法は、結晶質珪素膜２０３ａのうち、Ｎｉが偏析している膜表面部の珪素と酸化反応して酸化珪素膜２０４を形成できる方法であれば、上記に示した方法以外でもよい。また形成する酸化珪素膜２０４の膜厚も上記の値に限定されない。これにより、結晶質珪素膜２０３ａの表面に偏析しているＮｉのうち酸化反応に使われた領域に含まれていたＮｉが酸化珪素膜２０４に含有された状態になる。
【００４９】
つぎに酸化珪素膜２０４を、フッ化水素を含む溶液を用いて除去する。酸化珪素膜２０４の除去は、酸化珪素膜２０４と結晶質珪素膜２０３ｂとに高選択比がある方法であれば他の方法を用いてもよい。
【００５０】
このように、Ｎｉが含有された酸化珪素膜２０４の形成およびその除去により、Ｎｉが多く含有されている結晶質珪素膜２０３ａの表面部を除去することで、結晶質珪素膜２０３ａに含有されているＮｉの総含有量を低減できる。
【００５１】
また上記に示した様に、濃度が約１０ｍｇ／ｌのオゾン水で結晶質珪素膜２０３ａを酸化した場合、酸化反応は約１０ｓｅｃで飽和し、形成される酸化珪素膜の膜厚は約１〜２ｎｍである。このため、図１に示すように、結晶質珪素膜中のＮｉ濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上になっている、膜表面から深さ方向に２５ｎｍの結晶質珪素膜を酸化膜形成と酸化膜除去を繰り返し行うことによって除去し、結晶質珪素膜中のＮｉ濃度がＮｉを添加していないＳＩＭＳ分析用ｃａｐ膜中の濃度と同程度の１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下になるようにする。また膜中のＮｉ濃度を１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下に低減した結晶質珪素膜２０３ｃの膜厚は約２０ｎｍ以上になるようにする。
【００５２】
結晶質珪素膜２０３ｃ中に含有されているＮｉ濃度が所望の値以下になれば、結晶質珪素膜２０３ｃを、ＴＦＴを作製する為の結晶質半導体膜として使用することは可能である。しかしながら、酸化珪素膜２０４の除去後の結晶質珪素膜２０５中には、酸化膜除去に用いたフッ化水素溶液が結晶質珪素膜２０３ｂに浸透し、膜中に残留しているニッケルシリサイドを溶解することでピンホールなどの欠陥ができている可能性がある。このようなニッケルシリサイドの溶解反応により、結晶質珪素膜２０３ｂのニッケルシリサイドが除去されるが、同時に膜中に欠陥も形成されるため、膜中Ｎｉ濃度低減後の結晶質珪素膜２０３ｃをパルスレーザー照射により再結晶化し欠陥を回復した結晶質珪素膜を結晶質半導体膜として用いる方が好ましい。
【００５３】
上記のような方法で、膜中に含有されているＮｉの含有量を低減した結晶質珪素膜からなる半導体層５０３をガラス基板５０１上に作製する。
【００５４】
半導体層５０１の上にゲート絶縁膜５０４となる酸化珪素膜を成膜し、さらにゲート電極５０５となる導電成膜を成膜する。ゲート絶縁膜としては、酸化珪素膜の他、窒化珪素膜など絶縁性を有する膜を用いてもよい。また導線性膜にはタングステンやモリブデンなどの金属材料、あるいは窒化タンタルなどの金属化合物、燐などの不純物を添加して比抵抗を下げた珪素膜などを用いても良い。またゲート電極５０５は必ずしも一層にする必要はなく、金属材料や金属化合物等を積層した多層構造としてもよい。
【００５５】
ゲート電極５０５を成膜した後、パターニング工程によりゲート絶縁膜５０４およびゲート電極５０５を所望の形状に加工する。
【００５６】
次にドーピングによりＬＤＤ領域５０６の形成に適した低不純物濃度の燐をドーピングする。さらにＬＤＤ領域が必要となるＴＦＴのＬＤＤ形成領域およびＰチャネル型ＴＦＴとなる領域をパターニング工程によりレジストで保護し、Ｎチャネル型ＴＦＴのソース領域（あるいはドレイン領域）５０７となる領域に高濃度の燐を添加してＮチャネル型ＴＦＴを形成する。さらに、パターニング工程によりＮチャネル型ＴＦＴをレジストで保護し、Ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域（あるいはドレイン領域）５０８となる領域に高濃度のボロンを添加し、Ｐチャネル型ＴＦＴを形成する。Ｎチャネル型ＴＦＴとＰチャネル型ＴＦＴの形成順は前後しても構わない。またホットキャリア劣化などに対する信頼性を確保するために、ゲート電極とＬＤＤ領域がオーバーラップする低濃度不純物領域を形成してもよい。
【００５７】
以上のようにして所望の形状をしたＮチャネル型ＴＦＴおよびＰチャネル型ＴＦＴを同一基板上に作製する。
【００５８】
次に層間絶縁膜５０９を成膜する。層間絶縁膜５０９には酸化珪素膜などの光透過性がよく絶縁性を有する無機材料や、光透過性がよく絶縁性を有するアクリルなどの有機材料を用いる。また層間絶縁膜５０９は必ずしも一層である必要はなく、複数の無機材料や有機材料を組み合わせた多層膜としてもよい。
【００５９】
層間絶縁膜５０９の成膜前あるいは成膜後、多層膜にする場合は積層途中に不純物の活性化および水素化を行う。
【００６０】
層間絶縁膜５０９の形成後、パターニングおよびエッチングによりコンタクトホールを形成する。さらに、層間絶縁膜５０９の上に配線５１０となる導電成膜を成膜して、パターニングおよびエッチングによりこれを所望の形状に加工する。
【００６１】
以上のように、本発明における結晶質半導体膜の作製方法を用いてＴＦＴを作製する。これにより、結晶化に用いた触媒金属元素起因のオフリーク電流の発生が抑制された良好なＴＦＴを作製できる。
【００６２】
図３（Ａ）は本発明における結晶質半導体膜の製造装置の構成図である。
【００６３】
図３（Ａ）に示すとおり、本発明の結晶質半導体膜の製造装置は、パルスレーザー光発振機３０１と、レンズ３０２とミラー３０３からなる光学系３０４と、処理室３０５からなり、水平方向および垂直方向に移動可能であり且つ回転可能な処理基板載置台３０６と、開閉可能なパルスレーザーの導入口３０７と、酸化膜形成用（或いは酸化膜除去用）溶液を添加するためのノズル３０８ａと、酸化膜除去用（或いは酸化膜形成用）溶液を添加するためのノズル３０８ｂを具備している。
【００６４】
この構成で、パルスレーザー光照射中は、パルスレーザー光の導入口３０７は開いている。また各溶液添加用のノズル３０８（３０８ａ、３０８ｂ）はノズルの付け根を中心として水平方向に１８０°円弧を描くように移動可能であり、パルスレーザー光照射中は、ノズルが基板上方に無いようにするため、処理室３０５の壁面に沿うように収納されている。パルスレーザー光照射中は、処理基板全面にパルスレーザー光照射が行われるように、処理基板載置台３０６は水平方向に縦横に移動する。
【００６５】
酸化膜形成用の溶液添加中は、飛散した溶液が光学系に付着しないように、パルスレーザー光の導入口３０７は閉じている。酸化膜形成用溶液を添加するためのノズル３０８ａの口は、処理基板３０９中心の上方あり、また処理基板載置台３０６は回転し、処理基板３０９全体に溶液が添加される。
【００６６】
酸化膜除去用の溶液添加の際も、ノズル３０８ａが酸化膜除去用溶液を添加するためのノズル３０８ｂに置き換わるのみで、その他は酸化膜形成用の溶液添加と同様である。
【００６７】
本発明における結晶質半導体膜の製造装置を用いることで、ひとつの処理室内で、パルスレーザー光照射、酸化膜形成、酸化膜除去の全ての処理が可能となり、各処理ごとの処理基板の搬送を省略、また装置の小型化ができる。
【００６８】
図３（Ｂ）は本発明における結晶質半導体膜の製造装置の構成図である。
【００６９】
図３（Ｂ）に示すとおり、製造装置には基板を装置内部に搬送するためのカセット３２１、パルスレーザー光の照射をおこなうための処理室３２２、酸化膜形成をおこなうための処理室３２３、酸化膜除去をおこなうための処理室３２４が備え付けられており、処理室３２２〜３２４は共通したひとつの搬送室３２６に連結している。また処理室３２２はパルスレーザーを発振するための発振機３２５と連結している。
【００７０】
パルスレーザー光照射する際は、処理基板はカセット３２１から搬送室３０６に搬送された後、パルスレーザー光照射を行うための処理室３２２に搬送される。つぎに、パルスレーザー光を照射後に酸化膜形成を行う場合、処理基板は、処理室３２２から搬送室３２６に搬送された後、酸化膜形成を行うための処理室３２３に搬送される。さらに酸化膜形成後、酸化膜除去する場合、処理基板は、処理室３２３から搬送室３２６に搬送された後、酸化膜除去するための処理室３２６に搬送される。このように処理基板をひとつの処理室から別の処理室に搬送する際は、搬送室３２６を経由する。
【００７１】
本発明の結晶質半導体膜の製造装置を用いることで、パルスレーザー光照射、酸化膜形成、酸化膜形成の各処理室間の処理基板搬送時間が短縮され、さらに、パルスレーザー光照射、酸化膜形成および酸化膜除去の各々の処理順序を任意に変更することが容易になる。また、各処理別に処理室を設けることで、各々の処理に対して最適な装置設計が可能となる。
【００７２】
【実施例】
［実施例１］
本発明の結晶質半導体膜の作製方法を用いて作製した半導体膜を用いることで、触媒金属元素起因のオフリーク電流が低減した、ＴＦＴを作製できる。本実施例では、本発明による結晶質半導体膜の作製方法を用いて作製した半導体膜を用いて、液晶表示装置を作成するのに必要な画素ＴＦＴと駆動回路用のＴＦＴを同一基板上に作製する方法について図６を用いて説明する。
【００７３】
ＴＦＴを作製するための基板６０１を用意する。基板６０１には、ガラス基板や石英基板など表面に絶縁性を有するものを用いる。
【００７４】
基板６０１の上に、基板から半導体層への不純物拡散を防止するための下地絶縁膜６０２（６０２ａ、６０２ｂ）を形成する。下地絶縁膜にはＮａ等の不純物拡散に対するブロック効果が高い窒化珪素膜や酸化珪素膜を用いる。ここでは下地絶縁膜６０２を二層構造（６０２ａ、６０２ｂ）にした例を示したが、前記絶縁膜を単層膜あるいは二層以上積層した膜を用いてもよい。あるいは基板６０１中に不純物が含有されていない等の場合、下地絶縁膜６０２は形成しなくてもよい。
【００７５】
下地絶縁膜６０２の上に半導体層６０３を形成する。下地絶縁膜６０２の上に結晶化工程を経た後、半導体層６０３となる膜厚５５ｎｍの非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法により成膜する。前記非晶質珪素膜に触媒金属元素となるＮｉを添加し、５５０℃、４時間の熱処理により非結晶質珪素膜を固相成長させ、第１の結晶質珪素膜を形成する。
【００７６】
このようにして形成した第１の結晶質珪素膜にＸｅＣｌエキシマレーザーを照射して、溶融・凝固により再結晶化した第２の結晶質珪素膜を作製する。第２の結晶質珪素膜中ではＮｉは膜表面に偏析している。再結晶化に伴い第２の結晶質珪素膜表面に形成された第１の酸化珪素膜を０．５％フッ化水素溶液を用いて除去する。さらに第２の結晶質珪素膜に酸化力の強いオゾン水を用いて第２の酸化珪素膜を形成する。続いて第２の酸化珪素膜を０．５％フッ化水素溶液を用いて除去する。このようにして第２の結晶質珪素膜のうちＮｉが偏析している膜表面を除去する。次に第２の結晶性珪素膜の表面から再びＸｅＣｌエキシマレーザーを照射して、溶融・凝固により再結晶化した第３の結晶質珪素膜を形成する。第３の結晶質珪素膜表面にもＮｉが偏析するが、高濃度のＮｉが含まれた膜表面を酸化・除去により取り除いているため、第２の結晶性珪素膜に含有されているＮｉの総含有量よりも少なくなっている。膜中に含有されているＮｉの濃度が所望の濃度になるまで第１の酸化珪素膜除去工程から第３の結晶質珪素膜形成までの一連の工程を繰り返し行い、触媒金属元素を除去した半導体層６０３を形成する。前記一連の工程の繰り返し回数は、所望のＮｉ濃度の半導体層６０３を得られるならば何回でもよいが、半導体層６０３が所望の膜厚以下になる回数よりも多くてはならない。
【００７７】
フォトリソグラフィおよびエッチングにより所望の形状の半導体層６０３を形成した後、半導体層６０３の上からＴＦＴの閾値電圧を制御するための不純物添加をする。前記不純物としては、リンあるいはボロンなどを用いる。前記不純物の添加は、前記非晶質珪素膜を成膜後、あるいは前記非晶質珪素膜を結晶化後や半導体層６０３を形成後にドーピングによって行う。また、成膜時に前記不純物を添加した非晶質珪素膜を用いてもよい。
【００７８】
半導体層６０３の上にプラズマＣＶＤ法を用いて膜厚１００ｎｍの酸化珪素膜を成膜し、ゲート絶縁膜６０４を形成する。ゲート絶縁膜６０４の厚さは必要に応じて１００ｎｍ以下でも、１２０ｎｍ以上でも構わない。前記珪素酸化物以外にも、窒化珪素膜などの絶縁膜を用いても構わない。
【００７９】
ゲート絶縁膜６０４上にゲート電極６０５（６０５ａ，  ６０５ｂ）を形成する。ゲート絶縁膜６０４の上に厚さ３０ｎｍの導電成膜６０５ａと厚さ４００ｎｍの導電成膜６０５ｂを積層成膜し、フォトリソグラフィおよびエッチングにより所望の形状のゲート電極６０５を形成する。本実施例では、導電性膜６０５ａにＴａＮ、導電性膜６０５ｂにＷを用いている。ゲート電極６０５を形成するのに用いる材料は前記窒化タンタルやタングステンに限定されず、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または前記元素を組み合わせた合金膜もしくは化合物材料、若しくは燐などの不純物元素を添加した多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。まずドライエッチングによりゲート電極６０５（６０５ａ、６０５ｂ）を側壁に傾斜（テーパー）のある形状に形成し、つぎにゲート電極６０５ａと６０５ｂに高選択比のある異方性ドライエッチングによりゲート電極６０５ｂを加工する。これにより、断面が帽子のような形状をもつハットシェイプ型のゲート電極６０５が形成される。ゲート電極６０５の形状は、ハットシェイプ型以外の形状のゲート電極を用いてもよい。また本実施例では、二層積層膜となっているが、単層膜や二層以上の積層構造としてもよい。
【００８０】
ゲート電極６０５を形成した後、ｎ型不純物領域であるｎ−−領域６０６を形成する。ゲート電極をマスクとして、半導体層全面にｎ型不純物である燐をドーピングにより添加し、半導体層中の燐濃度がおよそ５×１０１６／ｃｍ３であるｎ−−領域６０６を形成する。ｎ−−領域に必要な燐は、後工程で行うＰチャネル型ＴＦＴのソース領域（あるいはドレイン領域）に添加されるＰ型不純物濃度と比較して非常に濃度が低いため、Ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域（あるいはドレイン領域）を形成する際、容易に反転可能であるため、特にＰチャネル型ＴＦＴを保護する必要はない。本実施例では、ｎ−−領域のサイズがゲート幅μｍ×チャネル長を延長した方向と同方向に２μｍとなるように形成するため、上記のような燐濃度を用いているが、形成するｎ−−領域のサイズに応じて５×１０１６／ｃｍ３以下の濃度にしても５×１０１６／ｃｍ３以上の濃度にしてもよい。また本実施例では、燐を用いているが、ｎ型不純物元素であればＡｓ等を用いても構わない。
【００８１】
次にｎ型不純物領域であるｎ−領域６０７、ｎ＋領域６０８を形成する。ｎ−領域６０７およびｎ＋領域６０８以外の領域になる領域にｎ型不純物が添加されないようにレジストマスクした後、燐をドーピングして半導体層中の燐濃度が１×１０１８／ｃｍ３であるｎ−領域６０７、および半導体層中の燐濃度が１×１０２０／ｃｍ３であるｎ＋領域６０８を同時に形成する。ｎ−領域６０７にはゲート電極６０５ａおよびゲート絶縁膜６０４を突き抜けて燐がドープされている。またｎ＋領域６０８には半導体層６０３上に残っている絶縁膜を突き抜けてドープされている。本実施例では、ｎ−領域６０７を形成するためのドープとｎ＋領域６０８を形成するためのドーピングを同時に行っているが、ｎ−領域６０７形成用とｎ＋領域６０８形成用とにそれぞれ最適な条件となるようにドーピング条件を変えて別々に行ってもよい。本実施例では、ｎ−領域のうち、チャネル長を延長した方向と同方向の長さが１．５ｕｍの場合に、ホットキャリア劣化に対する信頼性を十分に確保できる濃度ととしてｎ−領域の半導体層中の燐濃度を１×１０１８／ｃｍ３としている。しかしながらｎ−領域のサイズ（特にチャネル長を延長した方向と同方向の長さ）が変われば、ホットキャリア劣化に対する耐性を得るために最適とされるｎ−領域の濃度も変わるため、ｎ−領域のサイズによって、ｎ−領域濃度は適宜変更する必要がある。また本実施例では、また燐以外にＡｓなどのｎ型不純物を用いてもよく、添加方法もドーピング以外にイオンインプランテーションなどの方法を用いても構わない。
【００８２】
さらにｐ型不純物領域であるｐ−領域６０９、ｐ＋領域６１０を形成する。ｐ−領域６０９およびｐ＋領域６１０以外の領域にｐ型不純物が添加されないようにレジストマスクした後、燐をドーピングして半導体層中のボロン濃度が１×１０１８／ｃｍ３であるｐ−領域６０９および半導体層中の燐濃度が１×１０２０／ｃｍ３であるｐ＋領域６１０を形成する。ｐ−領域６０９にはゲート電極６０５ａおよびゲート絶縁膜６０４を突き抜けてボロンがドープされる。またｐ−領域６０９には半導体層６０３上に残っている絶縁膜を突き抜けてボロンがドープされる。本実施例では、ｐ−領域６０９を形成するためのドープとｐ＋領域６１０を形成するためのドープを同時に行っているが、ｐ−領域６０９形成用とｐ＋領域６１０形成用とにドーピング条件を変えて行ってもよい。ｎチャネル型のＴＦＴとは異なりｐチャネル型のＴＦＴでホットキャリア劣化に対する耐性を必ずしも必要としないのであれば、ｐ−領域は特に形成する必要はない。またボロン以外の他のｐ型不純物を用いてもよく、添加方法もドーピング以外にイオンインプランテーションなどの方法を用いても構わない。
【００８３】
続いて層間絶縁膜６１１（６１１ａ、６１１ｂ、６１１ｃ）を形成する。層間絶縁膜６１１は無機膜である第一の層間絶縁膜６１１ａと第二の層間絶縁膜６１１ｂ、および有機膜である第三の層間絶縁膜６１１ｃから形成される。第一の層間絶縁膜６１１ａには厚さ５０〜１００ｎｍの酸化珪素膜を用いる。第一の層間絶縁膜６１１ａを形成した後、熱により半導体層に添加した不純物を活性化する。前記活性化はファーネスにより窒素ガス雰囲気中で５５０℃、１〜１２時間行う。本実施例では、前記活性化はファーネスを用いて行っているが、ＲＴＡやレーザーを用いて行っても構わない。前記活性化の雰囲気、温度、時間は上記に限定されない。低酸素雰囲気中でファーネスやＲＴＡによる活性化を行うなど、ゲート電極６０５が酸化されない雰囲気で活性化するのであれば、層間絶縁膜６１１ａは無くてもよい。さらにレーザー照射により活性化を行う場合も、層間絶縁膜６１１ａは無くてもよい。また酸化珪素膜以外に、活性化温度に耐性があり、活性化中のゲート電極６０５の酸化を防止でき、さらに光透過性のよいものであれば、前記酸化珪素膜以外の材料を用いてもよい。第二の層間絶縁膜６１１ｂには厚さ１００ｎｍの窒化珪素膜を用いる。第二の層間絶縁膜６１１ｂを形成した後、窒素雰囲気中で４１０℃の熱処理を１時間行う。本実例では、窒素雰囲気中で熱処理を行っているが、３〜１００％の水素雰囲気中で行ってもよい。また熱処理時間は１時間に限定されない。第一の層間絶縁膜６１１ａ形成後の活性化処理後に３〜１００％の水素雰囲気中で１時間の熱処理を行うのであれば、第二の層間絶縁膜６１１ｂを形成後の前記熱処理はなくてもよい。第三の層間絶縁膜６１１ｃには厚さ１．６μｍのアクリルを用いる。アクリル以外に絶縁性を有するポリイミドなどの材料を用いてもよい。また絶縁性を有する無機膜を用いてもよい。無機膜の厚さは前記無機膜の比誘電率によっても異なるが、通常１．３μｍである。
【００８４】
層間絶縁膜６１１を形成後、高不純物濃度領域（６０８，  ６１０）と配線６１２を接続するためのコンタクトホールをフォトリソおよびエッチングによって形成する。
【００８５】
コンタクトホール形成後、画素電極６１３を形成する。画素電極にはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電膜を用いる。フォトリソおよび塩化第二鉄などを用いたエッチングにより画素電極６１３を所望の形状に形成する。
【００８６】
画素電極６１３を形成後、配線６１２を形成する。配線６１２は厚さが約６０ｎｍの第一のＴｉ膜を成膜後、厚さが約４０ｎｍのＴｉＮ膜を積層成膜し、さらに厚さが３５０ｎｍのＡｌ−Ｓｉ（２ｗｔ％のＳｉを含有したＡｌ）膜を積層成膜して、最後に第二のＴｉ膜を成膜した積層膜を形成し、にフォトリソおよびエッチングにより所望の形状にする。第一のＴｉ膜によりＡｌ−Ｓｉ膜中のＡｌが半導体層に拡散するのを防ぎ、第二のＴｉ膜により、Ａｌ−Ｓｉ膜のヒロックを防止している。本実施例では窒化チタン（ＴｉＮ）膜を成膜しているが、前記Ａｌの拡散防止効果を高めるためであり、成膜しなくてもよい。またＡｌ−Ｓｉ以外にＡｌ−Ｔｉ（Ｔｉを含有したＡｌ）など、他の低抵抗性導電性膜を用いても構わない。
【００８７】
本実施例では、画素電極６１３を配線６１２を積層した領域を設け、コンタクトホール形成を行うことなく、画素電極６１３と配線６１２とが直接電気的な接続をしている。
【００８８】
以上のような工程を経て、画素ＴＦＴ、駆動回路用のＮチャネル型ＴＦＴおよびＰチャネル型ＴＦＴを同一基板上有するＴＦＴアレイ基板を作製する。本実施例では述べていないが必要に応じて洗浄及び熱処理の工程を加える。
【００８９】
［実施例２］
実施例１に記載した方法で作製したＴＦＴアレイ基板を用いることにより、触媒金属元素起因のオフリーク電流が原因となって発生する黒点等の表示不良の発生頻度が極力低減された液晶表示装置を作製できる。本実施例では、実施例１で作製したＴＦＴアレイ基板を用いて液晶表示装置を作製する方法について図７を用いて説明する。
【００９０】
実施例１に従い作製したＴＦＴアレイ基板７０９のＴＦＴを形成した側に配向膜７０８ａを形成する。配向膜７０８ａの形成はオフセット印刷法を用いる。配向膜７０８ａの材料にはポリイミド樹脂用いるが、この他、ポリアミック系樹脂などを用いてもよい。次に配向膜７０８ａにラビング処理を施し、液晶分子がある一定のプレチルト角をもって配向するようにする。
【００９１】
次に対向基板７１０を作製する。基板７１０上に遮光膜７０２を形成する。遮光膜７０２は、金属クロムを成膜し、フォトリソおよびエッチングにより形成する。遮光膜７０２の上に画素電極７０５を形成する。画素電極７０５は透明導電膜であるＩＴＯを成膜し、フォトリソおよびエッチングにより形成する。遮光膜７０４と画素電極７０５の間にカラーフィルター７０３を設ける場合は、遮光膜７０２の上に目的の色の着色樹脂をスピンコート法により塗布し、露光および現像して形成する。赤、青、緑の三色のカラーフィルター７０３ａ〜７０３ｃ（ここでは図示しない）、各々に対して前記カラーフィルター形成工程を繰り返す。カラーフィルター７０３と遮光膜７０２の段差を埋めて平坦化する目的の保護膜７０４を形成する。保護膜７０４はカラーフィルターの上からアクリルを塗布して形成する。アクリルの他に平坦化可能な材料を用いてもよい。カラーフィルターを設けない場合は保護膜７０４は無くてもよい。
【００９２】
このようにして作製した対向基板に配向膜７０８ｂを形成する。ＴＦＴアレイ基板上に形成したときと同様に、配向膜７０８ｂの形成はオフセット印刷法を用いる。配向膜７０８ｂの材料にはポリイミド樹脂用いるが、この他、ポリアミック系樹脂などを用いてもよい。次に配向膜７０８ｂにラビング処理を施し、液晶分子がある一定のプレチルト角をもって配向するようにする。さらに対向基板とＴＦＴアレイと接着するために、対向基板側にシール剤（図示しない）を塗布した後、対向基板７１０をオーブンで加熱し前記シール剤を仮硬化させる。仮硬化後、対向基板の画素電極を形成した側にプラスチック球のスペーサー７０７を散布する。
【００９３】
ＴＦＴアレイ基板７０９のＴＦＴを形成している側と対向基板７１０の画素電極を形成している側とが向き合うようにして、両基板を精度よく張り合わせ液晶パネル７１１を作製する。シール剤中にはフィラー（図示しない）が混入されており、フィラーとスペーサーにより両基板を均一な間隔をもって張り合わすことができる。
【００９４】
張り合わせた基板のうち不要な部分をせん断して、所望のサイズの液晶パネル７１１基板にする。液晶パネル７１１の内部に液晶材料７０６を注入する。パネル内部全体に液晶材料５５５を満たした後、封止剤（図示しない）によって完全に封止する。
【００９５】
図８は液晶パネル７１１の上面図である。画素部８０１の周辺に走査信号駆動回路８０２ａと画像信号駆動回路８０２ｂが設けられている。この他、ＣＰＵやメモリなどの信号処理回路８０２ｃを設けてもよい。駆動回路は接続配線群８０３によって外部入出力端子群８０４と接続されている。画素部８０１では走査信号駆動回路８０２ａから延在するゲート配線群と画像信号駆動回路８０２ｂから延在するデータ配線群がマトリクス状に交差して画素を形成し、各画素にはそれぞれ画素ＴＦＴと保持容量、画素電極が設けられている。シール剤８０５は、ＴＦＴアレイ基板８０８上の画素部８０１および走査信号駆動回路８０２ａ、画像信号駆動回路８０２ｂ、信号処理回路８０２ｃの外側であり、且つ外部入力端子８０４よりも内側の部分に形成する。液晶パネル７１１の外側では、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ：  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ    Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）８０６が外部入出力端子８０４に接続しており、接続配線群８０３によりそれぞれの駆動回路に接続している。外部入出力端子８０４はデータ配線群と同じ導電性膜から形成される。フレキシブルプリント配線板８０６はポリイミドなどの有機樹脂フィルムに銅配線が形成されており、異方性導電性接着剤で外部入出力端子８０４と接続する。
【００９６】
液晶パネル７１１の対向基板側に、対向基板に最も近い液晶層の液晶分子のディレクタ方向と同じ方向の直線偏光が入射するように偏光板と位相差板を取り付ける。またパネルのＴＦＴ基板側に、ＴＦＴ基板に最も近い液晶層の液晶分子のディレクタ方向と同じ方向の光が出射するように偏光板と位相差板を取り付ける。
【００９７】
以上のような方法で、本発明の液晶表示装置を作成する。本実施例では述べていないが必要に応じて洗浄及び熱処理の工程を加える。
【００９８】
【発明の効果】
本発明の結晶質半導体膜の作製方法および製造装置により、ドーピングによる高濃度の不純物添加をすることなく、結晶質半導体膜中の触媒金属元素濃度を低減した良好な結晶質半導体膜を作製出来る。さらに本発明の結晶質半導体膜の作製方法を用いて作製した結晶質半導体膜を用いることにより、高濃度の不純物添加後のアニール不足により発生するＴＦＴ特性不良がなく、また触媒金属元素起因のオフリーク電流を低減した良好なＴＦＴを作製できる。
【００９９】
【図面の簡単な説明】
【図１】結晶質珪素膜中に含有されているＮｉ濃度の深さ方向分析結果（ＳＩＭＳ）
【図２】本発明におけるゲッタリング工程の工程断面図
【図３】本発明におけるゲッタリング工程を行うための処理装置の概略平面図
【図４】結晶質珪素膜表面のＮｉ濃度とＬＣエネルギーおよびＳＰＣ処理時間の関係
【図５】ガラス基板上に形成されたＴＦＴの断面図
【図６】液晶表示装置におけるＴＦＴアレイ基板上に形成されたＴＦＴの断面図
【図７】液晶表示装置の一部分の断面図である。
【図８】液晶表示装置全体の上面図である。
【符号の説明】
【図１】
2004179322.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004179322.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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