【手続補正書】
【提出日】平成15年11月18日(2003.11.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】半導体装置の作製方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】絶縁表面上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜に第一の加熱処理を行うことによって結晶性珪素膜を形成し、
不活性ガスを有する雰囲気中で前記結晶性珪素膜に第二の加熱処理を行う半導体装置の作製方法であって、
前記第二の加熱処理は前記第一の加熱処理より高い温度で行う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、前記不活性ガスはＡｒ、Ｎ2、ＨｅまたはＮｅ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】請求項１または２において、前記雰囲気はＨＣｌ、ＨＦ、ＨＢｒ、Ｃｌ2、Ｆ2またはＢｒ2からなるハロゲン単体またはハロゲン化合物を有す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乃至３のいずれか一において、前記雰囲気は酸素を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。  
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか一において、前記非晶質珪素膜は結晶化を促進する金属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６】請求項１乃至５のいずれか一において、前記第一の加熱処理及び前記第二の加熱処理は同じ手法で行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】絶縁表面上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜を加熱結晶化することによって結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜を不活性ガスを有する雰囲気中で加熱処理し、
前記結晶性珪素膜にエキシマレーザー光を照射する半導体装置の作製方法であって、
前記エキシマレーザー光の照射後、前記結晶性珪素膜は３×１０17ｃｍ-3以下の電子スピン密度を有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、前記不活性ガスはＡｒ、Ｎ2、ＨｅまたはＮｅ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７または８において、前記雰囲気はＨＣｌ、ＨＦ、ＨＢｒ、Ｃｌ2、Ｆ2またはＢｒ2からなるハロゲン単体またはハロゲン化合物を有する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７乃至９のいずれか一において、前記雰囲気は酸素を有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７乃至１０のいずれか一において、前記非晶質珪素膜は結晶化を促進する金属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１２】請求項１１において、前記エキシマレーザー光の照射後、前記結晶性珪素膜は３×１０17ｃｍ-3以下の濃度の金属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１３】請求項７乃至１２のいずれか一において、前記加熱結晶化と前記加熱処理は同じ手法で行う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】
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、薄膜トランジスタに代表される半導体装置の作製方法に関する。特に、ガラス基板や石英基板上に形成された結晶性を有する珪素薄膜を用いた半導体装置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（厚さ数百Å〜数千Å）を用いて、薄膜トランジスタを構成するものである。
【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。
【０００４】
現状において、ガラス基板を用いる場合には、非晶質珪素膜を用いて薄膜トランジスタを構成する技術が一般的である。また、石英基板を用いた場合には、非晶質珪素膜を加熱処理して結晶性珪素膜を得る技術が実用化されている。
【０００５】
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薄膜トランジスタでもって作り込むことができる。
【０００６】
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。
【０００７】
加熱処理により結晶性珪素膜を得る技術として、特開平６−２３２０５９号公報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。
【０００８】
この技術を利用すると、基板として安価なガラス基板を利用することができ、また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たものとすることができる。
【０００９】
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り、再現性や安定性（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。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本明細書で開示する発明の目的は、上述した問題点を解消して、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中における金属元素の濃度を減少させる技術を提供することにある。
【００１１】
【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、
非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入し第１の加熱処理により前記非晶質珪素膜を結晶化させる工程と、
ハロゲン元素を含んだ雰囲気中で第２の加熱処理を行い前記金属元素を意図的に除去する工程と、
を有し、
第１の加熱処理と第２の加熱処理とを同じ加熱手段でもって行なうことを特徴とする。
【００１２】
上記構成において、第１の加熱手段と第２の加熱手段とは、同じ加熱手段によるものであることが重要となる。これは、珪素膜中に金属元素を拡散させ、結晶化を行うための第１の加熱処理と、珪素膜中に拡散した金属元素を除去するための第２の加熱処理とが同じ方法である方が金属元素の除去がうまくゆくからである。
【００１３】
例えば、金属元素としてニッケルを利用し、第１の加熱処理をヒータによる加熱で行い、第２の加熱処理を赤外光ランプによる加熱（ＲＴＡ：ラピット・サーマル・アニールと称される）によって行った場合、両方の加熱方法をヒータによるものとした場合に比較して、珪素膜中からのニッケルの除去効果が低いことが判明している。
【００１４】
他の発明の構成は、
非晶質珪素膜の表面または裏面に接して珪素の結晶化を助長する金属元素を接して保持させる工程と、
第１の加熱処理を施し前記非晶質珪素膜の少なくとも一部を結晶化させる工程と、
ハロゲン元素を含んだ雰囲気中で第２の加熱処理を行い前記金属元素を意図的に除去する工程と、
を有し、
第１の加熱処理と第２の加熱処理とを同じ加熱手段でもって行なうことを特徴とする。
【００１５】
珪素の結晶化を助長する金属元素としては、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を用いることができる。
【００１６】
特にＮｉ（ニッケル）元素を利用することが、その効果や再現性の点から最も好ましい。
【００１７】
ハロゲン元素を含んだ雰囲気としては、Ａｒ、Ｎ2 、Ｈｅ、Ｎｅから選ばれた一種または複数種類のガスの雰囲気中にＨＣｌ、ＨＦ、ＨＢｒ、Ｃｌ2 、Ｆ2 、Ｂｒ2 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用いることができる。ここで、ハロゲン元素は、当該金属元素を除去するために機能する。
【００１８】
また、ハロゲン元素を含んだ雰囲気としては、Ａｒ、Ｎ2 、Ｈｅ、Ｎｅから選ばれた一種または複数種類のガスの雰囲気中にＨＣｌ、ＨＦ、ＨＢｒ、Ｃｌ2、Ｆ2 、Ｂｒ2 から選ばれた一種または複数種類のガスと酸素とが添加されたものを用いることができる。
【００１９】
酸素は、当該金属元素の除去工程において、珪素膜表面に酸化膜を同時に形成することにより、ハロゲン元素の作用によって珪素膜の表面が荒れてしまうことを抑制する機能を有する。
【００２０】
当該金属元素の除去のための加熱処理は、４５０℃〜１０５０℃の温度で行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
ニッケルに代表される金属元素を意図的に導入することにより、第１の加熱処理により非晶質珪素膜を結晶化させる。そして、ハロゲン元素を含む雰囲気中において第２の加熱処理を行うことにより、先に意図的に導入した当該金属元素を膜中より除去する。この際、第１の加熱処理と第２の加熱処理とを同じ手段でもって行う。
【００２２】
【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技術を示す。
【００２３】
図１に本実施例の作製工程を示す。まず、コーニング１７３７ガラス基板（歪点６６７℃）１０１上に下地膜として酸化窒化珪素膜１０２を３０００Åの厚さに成膜する。
【００２４】
酸化窒化珪素膜１０２の成膜は、原料ガスとしてシランとＮ2Ｏガスと酸素とを用いたプラズマＣＶＤ法を用いる。または、ＴＥＯＳガスとＮ2Ｏガスとを用いたプラズマＣＶＤ法を用いて成膜する。
【００２５】
酸化窒化珪素膜１０２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）の拡散を防止する機能を有する。
【００２６】
なお、この機能を最大限に得るためには、窒化珪素膜が最適であるが、窒化珪素膜が応力の関係でガラス基板からはがれてしまうので実用的ではない。また、下地膜として酸化珪素膜を用いることもできる。しかし、酸化珪素膜は、不純物に対するバリア効果が酸化窒化珪素膜に比較して不十分である。
【００２７】
この下地膜は、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。このことは、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、下地膜の硬度が硬いほうが（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。またこのことから、下地膜の硬さがガラス基板からの不純物の進入の防止に関係していることが推察される。
【００２８】
次に後に結晶性珪素膜となる非晶質珪素膜１０３を５００Å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。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。
【００２９】
この非晶質珪素膜１０３の膜厚は２０００Å以下とすることが好ましい。これは、後に珪素の結晶化を助長する金属元素を除去する段階において、その膜厚が２０００Å以上であると、その除去が困難になるからである。
【００３０】
また、非晶質珪素膜１０３の膜厚の下限は、その成膜において、どれだけ薄い膜が成膜できるかによって決まる。一般には、１００Å〜２００Å程度がその下限となる。
【００３１】
また、この段階においては、膜中に不純物が混入しないように細心の注意を払うことが重要となる。具体的には、成膜に利用するガスの純度や装置の洗浄に注意を払うことが重要となる。こうして図１（Ａ）に示す状態を得る。
【００３２】
次に１０ｐｐｍ（重量換算）のニッケル元素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。
【００３３】
具体的には、図１（Ｂ）に示すようにまず非晶質珪素膜１０３の表面にニッケル酢酸塩溶液の水膜１０４を形成する。それからスピンコーターを利用して余分な溶液を吹き飛ばす。即ち、スピンドライを行う。
【００３４】
このようにすることにより、水膜１０４中の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を得る。
【００３５】
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が好ましい。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。
【００３６】
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。またスピンドライを行なう条件や、非晶質珪素膜１０３上における溶液の保持時間によって制御することもできる。
【００３７】
そして、図１（Ｃ）に示す状態において、４５０℃〜６５０℃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。
【００３８】
ここでは、窒素雰囲気中において、６００℃の加熱処理を４時間行なう。この工程の結果、結晶性珪素膜１０５を得る。
【００３９】
この加熱処理は、利用する基板の耐熱性を考慮してその上限を決めることが重要である。本実施例では、歪点が６６７℃であるコーニング１７３７ガラス基板を使用しているので、加熱温度の上限は６５０℃程度となる。また、結晶化を行なわせるには、４５０℃以上の温度温度が必要であることが実験により判明している。
【００４０】
また、基板として石英基板やその他耐熱性の高い材料を利用した場合には、上記結晶化のための加熱温度をさらに高くすることができる。例えば石英基板を利用した場合には、１０００℃程度までその加熱温度を高くすることができる。
【００４１】
温度を高くすると、加熱処理の時間を短くすることができ、またより高い結晶性を得ることができるという利点がある。
【００４２】
上記の結晶化工程において、非晶質珪素膜１０３の表面に接して保持されていたニッケル元素が膜中に拡散していく。そして、非晶質珪素膜１０３の結晶化に大きな寄与をする。
【００４３】
次に図１（Ｄ）に示すように、結晶化に利用した結晶性珪素膜１０５中に残留したニッケル元素を除去するための加熱処理を行なう。この加熱処理は、ハロゲン元素を含んだ窒素雰囲気中で６００℃の温度でもって行う。
【００４４】
ここでは、窒素雰囲気中にＨＣｌを３％添加した雰囲気中において、６００℃、１０分の加熱処理を行う。
【００４５】
雰囲気中におけるＨＣｌの濃度は、１〜１０％とすることが好ましい。この濃度以上とすると、珪素膜の表面が荒れてしまうので注意が必要である。またこの濃度以下であるとゲッタリング効果が薄れてしまう。
【００４６】
また、上記加熱処理の雰囲気中に酸素を添加することも有用である。この場合、ハロゲン元素による珪素膜表面の荒れを酸化膜の形成により平坦化する作用が得られる。酸素の添加量は、雰囲気中における酸素の濃度が２０〜５０％となるように調整すればよい。
【００４７】
また上記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１０１の歪点以下とすることが重要である。
【００４８】
従って、石英基板を用いれば、さらに１０００℃程度までさらに加熱温度を高くすることが可能である。この場合、ニッケル元素の除去効果をさらに高めることができる。また、処理時間を短くすることができる。
【００４９】
しかし、珪素膜に対するエッチング効果も顕著になるので、ハロゲン元素の濃度を下げ、また酸素を添加する工夫が必要となる。
【００５０】
窒素雰囲気以外には、一般に不活性気体と呼ばれているガスを利用することができる。具体的には、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅから選ばれた一種または複数種類のガスを利用することができる。
【００５１】
ハロゲン元素を導入するためのガスとしては、ＨＣｌ以外にＨＦ、ＨＢｒ、Ｃｌ2 、Ｆ2 、Ｂｒ2 、ＮＦ3 、ＣｌＦ3 から選ばれた一種または複数種類のものを用いることができる。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０．３〜１０％、ＨＢｒであれば１〜２０％、Ｃｌ2であれば０．３〜５％、Ｆ2であれば０．１ 〜３％、Ｂｒ2であれば０．３〜１０％とすることが好ましい。
【００５２】
上記のハロゲン元素含んだ雰囲気中での再度の加熱処理を行なうことにより、ニッケル元素の濃度を初期の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、他の珪素の結晶化を助長する金属元素を用いた場合でも同様に得られる。
【００５３】
例えば、ニッケル元素を利用し窒素雰囲気中における加熱処理によって結晶化させた結晶性珪素膜中には、ＳＩＭＳ（２次イオン分析方法）による計測で、１×１０19ｃｍ-3〜５×１０19ｃｍ-3程度の濃度でニッケル元素が観察される。
【００５４】
それに対して、本実施例に示した方法を採用すると、検出されるニッケル濃度は１×１０18ｃｍ-3〜５×１０18ｃｍ-3程度となる。勿論ニッケルの導入条件は同じとしてである。
【００５５】
なお、本実施例においては、その制御性の良さ、さらに簡便性からニッケル元素の導入を溶液を用いる例を示した。しかし、ＣＶＤ法またはスパッタ法によって、ニッケルまたはニッケルを含む膜を成膜する方法を利用してもよい。また、吸着法を用いて、ニッケル元素が非晶質珪素膜の表面に接して保持される方法を用いてもよい。
【００５６】
このことは、他の珪素の結晶化を助長する金属元素を利用する場合でも同様である。
【００５７】
〔実施例２〕
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に結晶成長を行わせる方法に関する。
【００５８】
図２に本実施例の作製工程を示す。まず、コーニング１７３７ガラス基板（石英基板でもよい）上に下地膜として酸化窒化珪素膜２０２を３０００Åの厚さに成膜する。
【００５９】
次に非晶質珪素膜２０３を減圧熱ＣＶＤ法でもって、５００Åの厚さに成膜する。
【００６０】
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２０４は２０５で示される領域で開口が形成されており、その開口２０５で下層の非晶質珪素膜２０３が露呈している。
【００６１】
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２０５の幅は２０μｍ以上とすればよい。またその長手方向の長さは任意に決めればよい。
【００６２】
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。そしてスピンコータを用いて余分な溶液を吹き飛ばす。
【００６３】
こうして、点線２０６で示されるようにニッケル元素が露呈した非晶質珪素膜２０３の表面と酸化珪素膜でなるマスク２０４の表面に接して保持された状態を得る。（図２（Ａ））
【００６４】
次に極力酸素を含まない窒素雰囲気中において、６００℃、４時間の加熱処理を行う。すると、図２（Ｂ）の矢印２０７で示されるような基板に平行な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。
【００６５】
この横成長は、１００μｍ以上にわたって行わせることができる。こうして横成長した領域を有する珪素膜２０８を得る。この状態では、横成長領域、結晶成長が及ばなかった領域（非晶質状態を有している）が珪素膜２０８中に存在している。（図２（Ｂ））
【００６６】
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を除去し、図２（Ｃ）に示す状態を得る。
【００６７】
そしてこの状態で、ＨＣｌを５％、酸素を５％、窒素を９０％でなる雰囲気中において、６００℃、１０分の加熱処理を行う。
【００６８】
このようにすることで、実施例１においても述べたように珪素膜２０８中におけるニッケル元素の濃度を減少させることができる。
【００６９】
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２０９を形成する。ここで、パターン２０９には、結晶成長の始点と終点とが存在しないようにすることが重要である。
【００７０】
これは、結晶成長の始点と終点とには、ニッケル元素が比較的高濃度に含まれているからである。
【００７１】
このようにして得られた横成長領域でなるパターン２０９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。
【００７２】
これは、横成長領域中に含まれる金属元素の濃度が実施例１に示したような結晶成長方法で得られた結晶性珪素膜と比較して、そもそも低いことにも起因する。そして、ハロゲン元素を含んだ雰囲気中で加熱処理することで、その濃度を更に低くすることができる。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のオーダーにすることが可能となる。
【００７３】
また、この横成長方向とキャリアの移動方向とが概略一致するようにデバイスを設計することで、実施例１に示したような結晶成長方法を利用した場合に比較して、より高移動度を有するデバイスを得ることができる。
【００７４】
〔実施例３〕
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。
【００７５】
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３（Ａ）に示す状態を得る。
【００７６】
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半導体層である。ここで下地膜３０２は酸化窒化珪素膜を用いることが好ましい。また酸化窒化珪素膜中には、ハロゲン元素を含有させておくことが望ましい。これは、ハロゲン元素による金属イオンや可動イオンのゲッタリング作用が利用するためである。
【００７７】
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窒化珪素膜３０４を１０００Åの厚さに成膜する。成膜方法は、酸素とシランとＮ2Ｏとの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法、またはＴＥＯＳとＮ2Ｏとの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法を用いる。
【００７８】
また酸化窒化珪素膜中にハロゲン元素を含有させることは、半導体層３０３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意味で有用となる。
【００７９】
酸化窒化珪素膜とすることは、その緻密な膜質から、ゲイト絶縁膜中に金属元素が進入しにくくなるという有意性がある。ゲイト絶縁膜中に金属元素が進入すると、絶縁膜として機能が低下し、薄膜トランシスタの特性の不安定性やバラツキの原因となる。
【００８０】
なおゲイト絶縁膜としては、通常利用されている酸化珪素膜を用いることもできる。
【００８１】
ゲイト絶縁膜として機能する酸化窒化珪素膜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。
【００８２】
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、発生する針状あるいは刺状の突起物のことをいう。ヒロックやウィスカーは、アルミニウムの異常成長によるものと考えられている。
【００８３】
アルミニウム膜を成膜したら、図示しない緻密な膜質を有する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用いて行う。
【００８４】
この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。
【００８５】
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。この陽極酸化膜が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。
【００８６】
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。
【００８７】
次にレジストマスク３０６を形成する。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。
【００８８】
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。
【００８９】
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３０５の側面のみに選択的に陽極酸化膜３０８が形成される。
【００９０】
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。
【００９１】
そして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。この緻密な陽極酸化膜３０９の膜厚は１０００Åとする。（図３（Ｃ））
【００９２】
ここで、露呈した部分の酸化窒化珪素膜３０４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のが有用である。さら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３０８を除去する。こうして図３（Ｄ）に示す状態を得る。
【００９３】
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。
【００９４】
この工程においては、ヘビードープされる３１１と３１５の領域とライトドープされる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。
【００９５】
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。
【００９６】
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である。（図３（Ｄ））
【００９７】
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。
【００９８】
本実施例においてもオフットゲイト領域は形成されているが、その寸法が小さいのでその存在による寄与が小さく、また図面が煩雑になるので図中には記載していない。
【００９９】
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。或いは層間絶縁膜３１６として、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。
【０１００】
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。
【０１０１】
〔実施例４〕
本実施例は、実際例３に示す構成において、ゲイト絶縁膜３０４の形成方法に関する。基板として石英基板や耐熱性の高いガラス基板を用いた場合、ゲイト絶縁膜の形成方法として、熱酸化法を用いることが好ましい。
【０１０２】
熱酸化法で成膜された酸化膜は、絶縁膜として緻密で内部に可動するような電荷が存在することがないので、ゲイト絶縁膜として最適なものの一つとなる。
【０１０３】
熱酸化膜の形成方法としては、９５０℃の温度の酸化性雰囲気中において、処理を行う例を挙げることができる。
【０１０４】
この際、酸化性雰囲気中にＨＣｌ等を混合させることは有効となる。このようにすることで、熱酸化膜の形成と同時に半導体層３０３中に存在する金属元素を除去することができる。
【０１０５】
また、酸化性雰囲気中にＮ2Ｏガスを混合し、窒素成分を含有した熱酸化膜を形成することも有効である。ここでＮ2Ｏガスの混合比を最適化すれば、熱酸化法による酸化窒化珪素膜を得ることも可能である。
【０１０６】
ここでは熱酸化法によって、ゲイト絶縁膜を形成する例を示した。しかし、他の方法として、熱ＣＶＤ法により、ゲイト絶縁膜を形成することもできる。この場合もＮ2Ｏまたはアンモニアを用いて、窒素成分を含有させることが有効となる。
【０１０７】
〔実施例５〕
本実施例は、図３に示す実施例３の工程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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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半導体層である。ここで下地膜４０２は酸化窒化珪素膜を用いることが好ましい。
【０１１０】
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窒化珪素膜４０４を１０００Åの厚さに成膜する。成膜方法は、酸素とシランとＮ2Ｏとの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法、またはＴＥＯＳとＮ2Ｏとの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法を用いる。
【０１１１】
なおゲイト絶縁膜としては、通常利用されている酸化珪素膜を用いることもできる。
【０１１２】
ゲイト絶縁膜として機能する酸化窒化珪素膜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。
【０１１３】
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。即ち、この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。
【０１１４】
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。この陽極酸化膜が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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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４０６の側面に選択的に陽極酸化膜４０７が形成される。
【０１１９】
この陽極酸化膜４０７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。
【０１２０】
こうして図４（Ｂ）に示す状態を得る。そして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ために、アルミニウムでなるパターン４０６の表面が酸化され、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））
【０１２１】
図４（Ｃ）に示す状態において、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。
【０１２２】
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。また領域４１０には不純物イオンが注入されない。
【０１２３】
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４０７を除去する。こうして図４（Ｄ）に示す状態を得る。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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で示されるチャネル形成領域が形成される。（図４（Ｄ））
【０１２６】
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。
【０１２７】
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））
【０１２８】
次に層間絶縁膜４１５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４１５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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
〔実施例６〕
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
まず図５（Ａ）に示すようにガラス基板５０１上に下地膜５０２として酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜を成膜する。好ましくは酸化窒化珪素膜を用いることがよい。
【０１３３】
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または実施例２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。
【０１３４】
そして得られた結晶性珪素膜をパターニングして、半導体層５０３と５０４を得る。こうして図５（Ａ）に示す状態を得る。
【０１３５】
さらにゲイト絶縁膜を構成する酸化窒化珪素膜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ることが好ましい。（図５（Ａ））
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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して、パターン５０６、５０７を形成する。そして、得られたアルミニウムパターン５０６、５０７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５０８、５０９の膜厚は５０００Åとする。
【０１３９】
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。
【０１４０】
さらに露呈した部分の酸化珪素膜５０５をドライエッチングによって除去し、図５（Ｃ）に示すようなゲイト絶縁膜５１２、５１３を得る。
【０１４１】
次に、酢酸と硝酸とリン酸を混合した混酸を用いて、図５（Ｄ）に示すように多孔質状の陽極酸化膜５０８と５０９を除去する。
【０１４２】
ここで、交互にレジストマスクを配置して、左側の半導体層５０３にＰイオンが、右側の半導体層５０４にＢイオンが注入されるようにする。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
５１５で示される弱いＮ型を有する領域が形成されるのは、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を通過するＰイオンのうち、その一部はゲイト絶縁膜５１２によって遮蔽されるからである。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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５１６、５１９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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
ここで、窒化珪素膜５２２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。
【０１５２】
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の厚さは最小の部分で１μｍとする。（図５（Ｅ））
【０１５３】
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ドレイン電極５２６とソース電極５２７を形成する。ここで、電極５２６は２つの薄膜トランジスタ共通に配置されたものとなる。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
〔実施例７〕
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
〔実施例８〕
本実施例は、図３〜５で示したような薄膜トランジスタの作製工程において、ゲイト絶縁膜の作製を熱ＣＶＤ法で成膜した場合の例を示す。熱ＣＶＤ法でゲイト絶縁膜を形成する場合は、高温で加熱することが必要とされるので、基板として石英を用いることが望ましい。
【０１６３】
ここでは、ＨＣｌを体積比率で３％含んだ酸素ガスを利用して、８５０℃の減圧熱ＣＶＤ法により、ゲイト絶縁膜を形成する例を示す。このような方法で得られたゲイト絶縁膜は、活性層中に存在する金属元素の進入によって、その電気的な特性が変化しにくいものとすることができる。
【０１６４】
〔実施例９〕
本実施例は、実施例１に示す工程において、図１（Ａ）に示す下地膜１０２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１０３の下面に接して保持されることになる。
【０１６５】
【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、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ができる。
【０１６６】
またこの技術を利用し、より信頼性が高く、性能の優れた薄膜半導体装置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。
【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
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        パターニングされた珪素膜