【手続補正書】
【提出日】平成15年10月15日(2003.10.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】薄膜トランジスタの作製方法及び薄膜トランジスタ
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面を有する基体上に非晶質珪素膜を成膜し、
前記非晶質珪素膜に対して結晶化を助長する金属元素を保持させ、
第１の加熱処理により前記非晶質珪素膜を複数の針状または柱状結晶でなる結晶性珪素膜に変成させ、
前記結晶性珪素膜をパターニングして活性層となる島状半導体膜を形成し、
ハロゲン元素及び酸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、前記島状半導体膜中の前記金属元素をゲッタリング除去すると共に、ゲイト絶縁膜に用いる熱酸化膜を前記島状半導体膜の表面に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２】
絶縁表面を有する基体上に非晶質珪素膜を成膜し、
前記非晶質珪素膜に対して結晶化を助長する金属元素を保持させ、
第１の加熱処理により前記非晶質珪素膜を複数の針状または柱状結晶でなる結晶性珪素膜に変成させ、
ハロゲン元素及び酸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、前記結晶性珪素膜中の前記金属元素をゲッタリング除去すると共に、ゲイト絶縁膜に用いる熱酸化膜を前記結晶性珪素膜の表面に形成し、
前記結晶性珪素膜をパターニングして活性層となる島状半導体膜を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３】
請求項１または請求項２において、前記非晶質珪素膜の成膜方法は減圧熱ＣＶＤ法によ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１乃至請求項３のいずれか一において、前記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またはＡｕが用いられ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５】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、前記ハロゲン元素及び酸素を含む雰囲気は、酸素中にＨＣｌ、ＨＦ、ＨＢｒ、Ｃｌ2、ＣｌＦ3、ＢＣｌ3、ＮＦ3、Ｆ2またはＢｒ2が添加されたものであ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６】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、前記第１の加熱処理は４５０〜７００℃の温度範囲で行われ、前記第２の加熱処理は７００℃を超える温度範囲で行われ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７】
絶縁表面を有する基体上に形成された結晶性珪素膜でなる活性層と、
前記活性層表面に形成された熱酸化膜を含むゲイト絶縁膜と、
前記ゲイト絶縁膜上のゲイト電極とを有し、
前記結晶性珪素膜は複数の針状または柱状結晶で構成され、
前記活性層中には、非晶質珪素膜の結晶化を助長する金属元素が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下の平均濃度で存在すると共に、Ｃｌ、ＦまたはＢｒが１×１０15〜１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度で存在することを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項８】
請求項７において、前記結晶化を助長する金属元素とはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＣｕまたはＡｕであることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項９】
請求項７または請求項８において、前記基体は石英基板であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項１０】
請求項７乃至請求項９のいずれか一に記載の薄膜トランジスタを用いて形成されたＤＲＡＭ。
【請求項１１】
請求項７乃至請求項９のいずれか一に記載の薄膜トランジスタを用いて形成されたＳＲＡＭ。
【請求項１２】
請求項７乃至請求項９のいずれか一に記載の薄膜トランジスタを用いて形成された画素マトリクス回路とロジック回路とを前記基体上に集積化したアクティブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項１３】
請求項７乃至請求項９のいずれか一に記載の薄膜トランジスタを用いて形成された画素マトリクス回路とロジック回路とを前記基体上に集積化したアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
さらに、図１３に示す個々の結晶粒の内部に着目して、結晶粒内部を１２万倍にまで拡大したＴＥＭ写真が図１４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】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
即ち、本発明の結晶性珪素膜は巨視的には図１３の様に大きなグレインの集合体に見えるが、実はその内部は図１４に示す様に針状または柱状結晶１４０１が複数集合して構成される様な結晶構造体となっている。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
また、図１４において１４０２で示されるのが針状または柱状結晶同士の境界を示す結晶粒界であり、結晶粒界１４０２の延びる方向から、針状または柱状結晶１４０１が互いに概略平行な方向に結晶成長したことが確認できる。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
即ち、図１４において１４０２で示される結晶粒界は、キャリアを捕獲する様な欠陥が殆どなく、針状または柱状結晶内部を移動するキャリアにとって、単にエネルギー的な障壁としてのみ機能する「良性の結晶粒界」として振る舞うと考えられる。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
従って本発明者らは、以上の様にして得られる図１４に示す状態において、複数の針状または柱状結晶の内部の領域を「キャリアにとって実質的に単結晶と見なせる領域」として定義している。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
また、横軸のＶＧはゲイト電圧値、縦軸のＩＤはソース／ドレイン間を流れる電流値である。また、６０１、６０３で示されるＩｄ−Ｖｇ曲線はドレイン電圧ＶＤ＝１Ｖの時の特性を示し、６０２、６０４で示されるＩｄ−Ｖｇ曲線はドレイン電圧ＶＤ＝５Ｖの時の特性を示している。また、６０５、６０６はドレイン電圧ＶＤ＝１Ｖの時のリーク電流を示している。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９８】
なお、オフ領域（図６（Ａ）では−１Ｖ以下、図６（Ｂ）では−１Ｖ以上）のドレイン電流（Ｉｏｆｆ）と、オンおよび／オフ領域のリーク電流は、殆どが１×１０-13Ａ（測定下限界）以下であるので、図６（Ａ）、（Ｂ）ではノイズと混同されてしまっている。


【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１５】
以上の様にして形成した結晶性珪素膜は、図１５に示す様に個々の結晶粒が大きく、不規則に分布する粒界によって分割された状態となっている。


【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１６】
図１５において、結晶粒１５０１は不規則な粒界１５０２によって囲まれた状態となっている。従って、実際に図１５に示す結晶構造体をＴＦＴの活性層として利用すると、不規則な粒界１５０２によって生ずるエネルギー障壁がキャリアの移動を阻害してしまう。


【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１７】
一方、図１４に示す様な結晶構造体は、結晶粒界１４０２がある程度の規則性をもって配列した状態となっている。従って、針状または柱状結晶の内部において、キャリアの移動を阻害するエネルギー障壁はないと考えられる。


【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２０】
以上の様に、通常のプロセスで結晶化した多結晶シリコン（ポリシリコン）膜は、図１５に示す様な結晶構造を有し、キャリアの移動を遮る様に不規則な粒界が分布するため、高い移動度を達成することが困難である。


【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２１】
しかしながら、本発明による結晶性シリコン膜は図１４に示す様な結晶構造を有し、結晶粒界が概略一方向に揃っている上、針状または柱状結晶の内部は実質的にエネルギー障壁となる粒界が存在しないと考えられる。即ち、キャリアは何ら阻害されることなく結晶内部を移動することが可能となるので、極めて高い移動度を達成することができる。


【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７３】
ここで図１２（Ａ）に示す構造は、図１４に示す本発明の結晶構造体を模した構造である点が重要である。即ち、図１４の１４０２で示される結晶粒界は図１２（Ａ）の不純物領域１２０４に相当し、図１４の針状または柱状結晶１４０１は図１２（Ａ）のキャリアが移動する領域１２０５に相当するのである。


【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１０】
この式は図６に示すグラフにおいて、Ｉｄ−Ｖｇ特性の立ち上がり部分（ゲイト電圧０Ｖ付近）の傾きの逆数を表している。また、数３で表される式は近似的に次式の様に表すことができる。