(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉからなる非晶質半導体膜に結晶化を促進する金属元素を添加し、
前記非晶質半導体膜にハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された第１の強光を照射して結晶質半導体膜を形成し、
前記結晶質半導体膜にレーザー光を照射し、
前記結晶質半導体膜にハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された第２の強光を照射し、
前記結晶質半導体膜に、Ａｒを添加した不純物領域を形成し、
加熱処理により、前記Ａｒを添加した不純物領域に前記半導体膜に含まれる結晶化を促進する金属元素を偏析させる半導体装置の作製方法であって、
前記Ａｒの濃度は前記結晶質半導体膜の表面に向かうほど濃度が高くなるように添加することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
Ｓｉからなる非晶質半導体膜に結晶化を促進する金属元素を添加し、
前記非晶質半導体膜にハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された第１の強光を照射して結晶質半導体膜を形成し、
前記結晶質半導体膜にレーザー光を照射し、
前記結晶質半導体膜にハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された第２の強光を照射し、
前記結晶質半導体膜に、Ａｒを添加した不純物領域を形成し、
第３の強光を照射することにより、前記Ａｒを添加した不純物領域に前記半導体膜に含まれる結晶化を促進する金属元素を偏析させる半導体装置の作製方法であって、
前記Ａｒの濃度は前記結晶質半導体膜の表面に向かうほど濃度が高くなるように添加することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
Ｓｉからなる非晶質半導体膜に結晶化を促進する金属元素を添加し、
前記非晶質半導体膜にハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された第１の強光を照射して結晶質半導体膜を形成し、
前記結晶質半導体膜にレーザー光を照射し、
前記結晶質半導体膜にハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された第２の強光を照射し、
前記結晶質半導体膜に、一導電型の不純物とＡｒとを添加した不純物領域を形成し、
加熱処理により、前記一導電型の不純物とＡｒとを添加した不純物領域に前記半導体膜に含まれる結晶化を促進する金属元素を偏析させる半導体装置の作製方法であって、
前記Ａｒの濃度は前記結晶質半導体膜の表面に向かうほど濃度が高くなるように添加することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
Ｓｉからなる非晶質半導体膜に結晶化を促進する金属元素を添加し、
前記非晶質半導体膜にハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された第１の強光を照射して結晶質半導体膜を形成し、
前記結晶質半導体膜にレーザー光を照射し、
前記結晶質半導体膜にハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された第２の強光を照射し、
前記結晶質半導体膜に、一導電型の不純物とＡｒとを添加した不純物領域を形成し、
第３の強光を照射することにより、前記一導電型不純物とＡｒとを添加した不純物領域に前記半導体膜に含まれる結晶化を促進する金属元素を偏析させる半導体装置の作製方法であって、
前記Ａｒの濃度は前記結晶質半導体膜の表面に向かうほど濃度が高くなるように添加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３または請求項４において、前記一導電型の不純物は周期表１５族元素である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３または請求項４において、前記一導電型の不純物は周期表１３族元素であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
Ｓｉからなる非晶質半導体膜に結晶化を促進する金属元素を添加し、
前記非晶質半導体膜にハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された第１の強光を照射して結晶質半導体膜を形成し、
前記結晶質半導体膜にレーザー光を照射し、
前記結晶質半導体膜にハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された第２の強光を照射し、
前記結晶質半導体膜に、周期表１５族元素と周期表１３族元素とＡｒとを添加した不純物領域を形成し、
加熱処理により、前記周期表１５族元素と周期表１３族元素とＡｒとを添加した不純物領域に前記半導体膜に含まれる結晶化を促進する金属元素を偏析させる半導体装置の作製方法であって、
前記Ａｒの濃度は前記結晶質半導体膜の表面に向かうほど濃度が高くなるように添加することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
Ｓｉからなる非晶質半導体膜に結晶化を促進する金属元素を添加し、
前記非晶質半導体膜にハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された第１の強光を照射して結晶質半導体膜を形成し、
前記結晶質半導体膜にレーザー光を照射し、
前記結晶質半導体膜にハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された第２の強光を照射し、
前記結晶質半導体膜に、周期表１５族元素と周期表１３族元素とＡｒとを添加した不純物領域を形成し、
第３の強光を照射することにより、前記周期表１５族元素と周期表１３族元素とＡｒとを添加した不純物領域に前記半導体膜に含まれる結晶化を促進する金属元素を偏析させる半導体装置の作製方法であって、
前記Ａｒの濃度は前記結晶質半導体膜の表面に向かうほど濃度が高くなるように添加することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】
Ｓｉからなる非晶質半導体膜に結晶化を促進する金属元素を添加し、
前記非晶質半導体膜を第１の加熱処理により結晶化して、結晶質半導体膜を形成し、
前記結晶質半導体膜に、一導電型の不純物とＡｒとを添加した不純物領域を形成し、
第２の加熱処理により、前記一導電型の不純物とＡｒとを添加した不純物領域に、前記半導体膜に含まれる結晶化を促進する金属元素を偏析させ、
前記結晶質半導体膜に強光を照射し前記一導電型の不純物を活性化する半導体装置の作製方法であって、
前記Ａｒの濃度は前記結晶質半導体膜の表面に向かうほど濃度が高くなるように添加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９において、前記一導電型の不純物は周期表１５族元素であ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９において、前記一導電型の不純物は、周期表１３族元素である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１乃至請求項１１のいずれか一において、前記結晶化を促進する金属元素はＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種である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９乃至請求項１２のいずれか一において、前記強光は、赤外光、可視光、または紫外光であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】
請求項９乃至請求項１３のいずれか一において、前記強光は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された光である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】
本発明はゲッタリング技術を用いた半導体装置の作製方法及び、当該作製方法により得られる半導体装置に関する。特に本発明は、半導体膜の結晶化において触媒作用のある金属元素を添加して作製される結晶質半導体膜を用いた半導体装置の作製方法並びに半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
結晶構造を有する半導体膜（以下、結晶質半導体膜という）を用いた代表的な半導体素子として薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）が知られている。ＴＦＴはガラスなどの絶縁基板上に集積回路を形成する技術として注目され、駆動回路一体型液晶表示装置などが実用化されつつある。従来からの技術において、結晶質半導体膜は、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法で堆積した非晶質半導体膜を、加熱処理やレーザーアニール法（レーザー光の照射により半導体膜を結晶化させる技術）により作製されている。
【０００３】
こうして作製される結晶質半導体膜は多数の結晶粒の集合体であり、その結晶方位は任意な方向に配向して制御不能であるため、ＴＦＴの特性を制限する要因となっている。このような問題点に対し、特開平７−１８３５４０号公報で開示される技術は、ニッケルなど半導体膜の結晶化に対し触媒作用のある金属元素を添加して結晶質半導体膜を作製するものであり、結晶化に必要とする加熱温度を低下させる効果ばかりでなく、結晶方位の配向性を単一方向に高めることが可能である。このような結晶質半導体膜でＴＦＴを形成すると、電界効果移動度の向上のみでなく、サブスレッショルド係数（Ｓ値）が小さくなり、飛躍的に電気的特性を向上させることが可能となっている。
【０００４】
しかし、触媒作用のある金属元素を添加する故に、結晶質半導体膜の膜中或いは膜表面には、当該金属元素が残存し、得られる素子の特性をばらつかせるなどの問題がある。その一例は、ＴＦＴにおいてオフ電流が増加し、個々の素子間でばらつくなどの問題がある。即ち、結晶化に対し触媒作用のある金属元素は、一旦、結晶質半導体膜が形成されてしまえば、かえって不要な存在となってしまう。
【０００５】
リンを用いたゲッタリングは、このような金属元素を結晶質半導体膜の特定の領域から除去するための手法として有効に活用されている。例えば、ＴＦＴのソース・ドレイン領域にリンを添加して４５０〜７００℃の熱処理を行うことで、チャネル形成領域から当該金属元素を容易に除去することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
リンはイオンドープ法（ＰＨ3などをプラズマで解離して、イオンを電界で加速して半導体中に注入する方法であり、基本的にイオンの質量分離を行わない方法を指す）で結晶質半導体膜に注入するが、ゲッタリングのために必要なリン濃度は１×１０20/cm3以上である。イオンドープ法によるリンの添加は、結晶質半導体膜の非晶質化をもたらすが、リン濃度の増加はその後のアニールによる再結晶化の妨げとなり問題となっている。また、高濃度のリンの添加は、ドーピングに必要な処理時間の増大をもたらし、ドーピング工程におけるスループットを低下させるので問題となっている。
【０００７】
さらに、ｐチャネル型ＴＦＴのソース・ドレイン領域に添加したリンに対し、その導電型を反転させるために必要な硼素の濃度は１．５〜３倍が必要であり、再結晶化の困難さに伴って、ソース・ドレイン領域の高抵抗化をもたらし問題となっている。
【０００８】
本発明はこのような問題を解決するための手段であり、半導体膜の結晶化に対して触媒作用のある金属元素を用いて得られる結晶質半導体膜に残存する当該金属元素を効果的に除去する技術を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
ゲッタリング技術は単結晶シリコンウエハーを用いる集積回路の製造技術において主要な技術として位置付けられている。ゲッタリングは半導体中に取り込まれた金属不純物が、何らかのエネルギーでゲッタリングサイトに偏析して、素子の能動領域の不純物濃度を低減させる技術として知られている。それは、エクストリンシックゲッタリング(Extrinsic Gettering)とイントリンシックゲッタリング(Intrinsic Gettering)の二つに大別されている。エクストリンシックゲッタリングは外部から歪場や化学作用を与えてゲッタリング効果をもたらすものである。高濃度のリンを単結晶シリコンウエハーの裏面から拡散させるリンゲッタはこれに当たり、前述の結晶質半導体膜に対するリンを用いたゲッタリングもエクストリンシックゲッタリングの一種と見なすことができる。
【００１０】
一方、イントリンシックゲッタリングは単結晶シリコンウエハーの内部に生成された酸素が関与する格子欠陥の歪場を利用したものとして知られている。本発明は、このような格子欠陥、或いは格子歪みを利用したイントリンシックゲッタリングに着目したものであり、厚さ１０〜１００nm程度の結晶質半導体膜に適用するために以下の手段を採用するものである。
【００１１】
本発明は結晶構造を有する半導体膜に、希ガス元素（希ガスとも呼ばれる）を添加した不純物領域を形成し、加熱処理により前記不純物領域に半導体膜に含まれる金属元素を偏析させるゲッタリングを行った後、前記結晶構造を有する半導体膜に強光を照射することを特徴としている。
【００１２】
希ガス元素はＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅから選ばれた一種または複数種であり、これらのイオンを電界で加速して半導体膜に注入することにより、ダングリングボンドや格子歪みを形成してゲッタリングサイトを形成することができる。
【００１３】
また、希ガス元素を添加した不純物領域に一導電型の不純物を添加してもよく、当該不純物領域には、希ガス元素及び一導電型の不純物が共に含まれる。一導電型不純物は周期表１５族元素或いは周期表１３族元素が適用される。加えて、当該不純物領域に水素を添加してもよく、当該不純物領域には、希ガス元素、一導電型の不純物、及び水素が共に含まれる。
【００１４】
また、希ガス元素を添加した不純物領域に周期表１５族元素及び周期表１３族元素を添加してもよく、当該不純物領域には、希ガス元素、周期表１５族元素、及び周期表１３族元素が共に含まれる。
【００１５】
また、希ガス元素を添加した不純物領域に周期表１５族元素、周期表１３族元素、及び水素を添加してもよく、不純物領域には、希ガス元素、周期表１５族元素、周期表１３族元素、及び水素が共に含まれる。
【００１６】
このように希ガス元素を用いる結晶質半導体膜の作製方法は、非晶質構造を有する第１の半導体膜に、金属元素を添加する第１の工程と、第１の半導体膜を第１の加熱処理により結晶化させ、結晶構造を有する第２の半導体膜を形成する第２の工程と、第２の半導体膜に希ガス元素を添加した不純物領域を形成する第３の工程と、第３の工程の後に、第２の加熱処理により、不純物領域に、第２の半導体膜に含まれる金属元素を偏析させるゲッタリングを行う第４の工程と、前記結晶構造を有する半導体膜に強光を照射する第５の工程とを有している。
【００１７】
または、非晶質構造を有する第１の半導体膜に、金属元素を添加する第１の工程と、第１の半導体膜を第１の加熱処理により結晶化させ、結晶構造を有する第２の半導体膜を形成する第２の工程と、第２の半導体膜に、一導電型の不純物と希ガス元素とを添加した不純物領域を形成する第３の工程と、第３の工程の後に、第２の加熱処理により、不純物領域に、第２の半導体膜に含まれる金属元素を偏析させるゲッタリングを行う第４の工程と、前記結晶構造を有する半導体膜に強光を照射する第５の工程とを有している。
【００１８】
または、非晶質構造を有する第１の半導体膜に、金属元素を添加する第１の工程と、第１の半導体膜を第１の加熱処理により結晶化させ、結晶構造を有する第２の半導体膜を形成する第２の工程と、第２の半導体膜に、周期表１５族元素と周期表１３族元素と希ガス元素とを添加した不純物領域を形成する第３の工程と、第３の工程の後に、第２の加熱処理により、不純物領域に、第２の半導体膜に含まれる金属元素を偏析させるゲッタリングを行う第４の工程と、前記結晶構造を有する半導体膜に強光を照射する第５の工程とを有している。
【００１９】
また、本発明は、レジストや酸化珪素膜からなるマスクを用いて、選択的に金属元素を添加してもよい。
【００２０】
本発明は、非晶質構造を有する第１の半導体膜の第１の領域に、選択的に金属元素を添加する第１の工程と、第１の半導体膜を第１の加熱処理により結晶化させ、結晶構造を有する第２の半導体膜を形成する第２の工程と、第２の半導体膜における前記第１の領域に、希ガス元素を添加する第３の工程と、第３の工程の後に、第２の加熱処理により、第１の領域に、第２の半導体膜に含まれる金属元素を偏析させるゲッタリングを行う第４の工程と、前記結晶構造を有する半導体膜に強光を照射する第５の工程とを有している。
【００２１】
または、非晶質構造を有する第１の半導体膜の第１の領域に、選択的に金属元素を添加する第１の工程と、第１の半導体膜を第１の加熱処理により結晶化させ、結晶構造を有する第２の半導体膜を形成する第２の工程と、第２の半導体膜における前記第１の領域に、一導電型の不純物と希ガス元素とを添加する第３の工程と、第３の工程の後に、第２の加熱処理により、第１の領域に、第２の半導体膜に含まれる金属元素を偏析させるゲッタリングを行う第４の工程と、前記結晶構造を有する半導体膜に強光を照射する第５の工程とを有している。
【００２２】
または、非晶質構造を有する第１の半導体膜の第１の領域に、選択的に金属元素を添加する第１の工程と、第１の半導体膜を第１の加熱処理により結晶化させ、結晶構造を有する第２の半導体膜を形成する第２の工程と、第２の半導体膜における前記第１の領域に、周期表１５族元素と周期表１３族元素と希ガス元素とを添加する第３の工程と、第３の工程の後に、第２の加熱処理により、第１の領域に、第２の半導体膜に含まれる金属元素を偏析させるゲッタリングを行う第４の工程と、前記結晶構造を有する半導体膜に強光を照射する第５の工程とを有している。
【００２３】
このような工程を経て作製される半導体装置は、一導電型の不純物領域に、金属元素と、希ガス元素が共に含まれていることを特徴としている。加えて、前記一導電型の不純物領域に水素が含まれていてもよい。
【００２４】
または、結晶構造を有する半導体膜に、一導電型の不純物領域と、前記一導電型の不純物領域に接するチャネル形成領域が設けられ、前記一導電型の不純物領域に、金属元素と希ガス元素とが共に含まれていることを特徴としている。加えて、前記一導電型の不純物領域に水素が含まれていてもよい。
【００２５】
または、一導電型の第１の不純物領域に接して第２の不純物領域が設けられ、第２の不純物領域には金属元素と、希ガス元素が共に含まれていることを特徴としている。加えて、前記第２の不純物領域に水素が含まれていてもよい。
【００２６】
または、結晶構造を有する半導体膜に、一導電型の第１の不純物領域と、第１の不純物領域に接する第２の不純物領域と、第１の不純物領域に接するチャネル形成領域とが設けられ、第２の不純物領域に、金属元素と希ガス元素とが共に含まれていることを特徴としている。加えて、前記第２の不純物領域に水素が含まれていてもよい。
【００２７】
または、結晶構造を有する半導体膜に、一導電型の第１の不純物領域と、第１の不純物領域に接する第２の不純物領域と、第１の不純物領域に接するチャネル形成領域とが設けられ、第２の不純物領域に、金属元素と周期表１５族元素と周期表１３族元素と希ガス元素とが共に含まれていることを特徴としている。加えて、前記第２の不純物領域に水素が含まれていてもよい。
【００２８】
上記本発明の各構成において、当該金属元素はＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種である。
【００２９】
上記本発明の各構成において、強光とは、赤外光、可視光、または紫外光である。また、強光は、光の波長が、１０μｍ以下であり、且つ、主な波長領域が赤外光領域である光を指しており、例えば、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、または水銀ランプから射出された光であってもよい。これらを光源とする強光による加熱処理法は、瞬間熱アニール（Rapid Thermal Anneal:以下、ＲＴＡと記す）とよばれ数十秒から数マイクロ秒の間で瞬間的に熱を加えて行う熱処理技術として知られている。また、強光は、エキシマレーザ、YAGレーザ、YVO4 レーザ、またはYLFレーザから射出された光であってもよい。これらの強光を照射することによって結晶構造を有する半導体膜の抵抗値を下げることができる。
【００３０】
以上説明したように、本発明は希ガス元素を用いて半導体膜に含まれる金属元素をゲッタリングする技術を提供する。
【００３１】
また、本発明は、結晶構造を有する半導体膜を形成する技術も提供する。
【００３２】
また、本発明は、非晶質構造を有する半導体膜に金属元素を添加する工程と、
前記非晶質構造を有する半導体膜に第１の強光を照射して結晶構造を有する半導体膜を形成する工程と、
前記結晶構造を有する半導体膜にレーザー光を照射する工程と、
前記結晶構造を有する半導体膜に第２の強光を照射する工程と、
前記結晶構造を有する半導体膜に、希ガス元素を添加した不純物領域を形成する工程と、
前記不純物領域に、前記半導体膜に含まれる金属元素を偏析させるゲッタリングを行う工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。
【００３３】
上記構成において、前記ゲッタリングを行う工程は、加熱処理であることを特徴としている。
【００３４】
また、上記構成において、前記ゲッタリングを行う工程を、前記結晶構造を有する半導体膜に強光を照射する処理としてもよい。この場合、加熱炉を使用することなく結晶構造を有する半導体膜を得ることができる。
【００３５】
また、複数の加熱処理または複数の強光の照射を行うことで、半導体膜に形成されるリッジの平坦化を図ることができる。
【００３６】
また、上記構成において、希ガス元素に加え、さらに周期表１５族元素、周期表１３族元素、または水素のいずれか一種または複数種を添加してもよい。
【００３７】
以下、実施の形態により本発明をより詳細に説明する。
【００３８】
【発明の実施の形態】
[実施の形態１]
図１は本発明の一実施形態を説明する図であり、非晶質半導体膜の全面に触媒作用のある金属元素を全面に添加して結晶化した後、ゲッタリングを行う方法である。
【００３９】
図１（Ａ）において、基板１０１はバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラス、或いは石英などを用いることができる。基板１０１の表面には、ブロッキング層１０２として無機絶縁膜を１０〜２００nmの厚さで形成する。好適なブロッキング層の一例は、プラズマＣＶＤ法で作製される酸化窒化シリコン膜であり、ＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏから作製される第１酸化窒化シリコン膜を５０nmの厚さに形成し、ＳｉＨ4とＮ2Ｏから作製される第２酸化窒化珪素膜を１００nmの厚さに形成したものが適用される。ブロッキング層１０２はガラス基板に含まれるアルカリ金属がこの上層に形成する半導体膜中に拡散しないために設けるものであり、石英を基板とする場合には省略することも可能である。
【００４０】
ブロッキング層１０２の上に形成する非晶質構造を有する半導体膜１０３は、シリコンを主成分とする半導体材料を用いる。代表的には、非晶質シリコン膜又は非晶質シリコンゲルマニウム膜などが適用され、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、或いはスパッタ法で１０〜１００nmの厚さに形成する。良質な結晶を得るためには、非晶質構造を有する半導体膜１０３に含まれる酸素、窒素、炭素などの不純物濃度を極力低減する必要があり、高純度の材料ガスを用いることはもとより、超高真空対応のＣＶＤ装置を用いることが望ましい。
【００４１】
その後、非晶質構造を有する半導体膜１０３の表面に、結晶化を促進する触媒作用のある金属元素を添加する。半導体膜の結晶化を促進する触媒作用のある金属元素としては鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）などであり、これらから選ばれた一種または複数種を用いることができる。代表的にはニッケルを用い、重量換算で１〜１０ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布して触媒含有層１０４を形成する。この場合、当該溶液の馴染みをよくするために、非晶質構造を有する半導体膜１０３の表面処理として、オゾン含有水溶液で極薄い酸化膜を形成し、その酸化膜をフッ酸と過酸化水素水の混合液でエッチングして清浄な表面を形成した後、再度オゾン含有水溶液で処理して極薄い酸化膜を形成しておく。シリコンなど半導体膜の表面は本来疎水性なので、このように酸化膜を形成しておくことにより酢酸ニッケル塩溶液を均一に塗布することができる。
【００４２】
勿論、触媒含有層１０４はこのような方法に限定されず、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理などにより形成しても良い。
【００４３】
次に、第１の強光の照射を行い、結晶化を行う。こうして、図１（Ｂ）に示す結晶質半導体膜１０５が形成される。この第１の強光は、赤外光、可視光、または紫外光のいずれか一またはそれらの組み合わせを用いることが可能であるが、代表的には、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された光を用いる。（図１（Ｂ））なお、必要であれば、第１の強光を照射する前に非晶質構造を有する半導体膜１０３に含有する水素を放出させる熱処理を行ってもよい。
【００４４】
次いで、結晶化率（膜の全体積における結晶成分の割合）を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するためには、結晶質半導体膜１０５に対してレーザー光を照射することも有効である。レーザーには波長４００nm以下のエキシマレーザー光や、ＹＡＧレーザーの第２高調波、第３高調波を用いる。いずれにしても、繰り返し周波数１０〜１０００Hz程度のパルスレーザー光を用い、当該レーザー光を光学系にて１００〜４００mJ/cm2に集光し、９０〜９５％のオーバーラップ率をもって結晶質半導体膜１０５に対するレーザー処理を行っても良い。
【００４５】
このようにして得られる結晶質半導体膜１０５には、金属元素（ここではニッケル）が残存している。それは膜中において一様に分布していないにしろ、平均的な濃度とすれば、１×１０19/cm3を越える濃度で残存している。勿論、このような状態でもＴＦＴをはじめ各種半導体素子を形成することが可能であるが、より好ましくはゲッタリングにより当該元素を除去することが望ましい。
【００４６】
さらに、結晶質半導体膜１０５に第２の強光の照射を行い、金属元素（ここではニッケル）を膜中に分散させる。この第２の強光は、赤外光、可視光、または紫外光のいずれか一またはそれらの組み合わせを用いることが可能であるが、代表的には、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された光を用いる。
【００４７】
図２（Ａ）は不純物領域（以下、ゲッタリングサイトとも呼ぶ）１０８を形成するために、イオンドープ法で希ガス元素、或いは当該元素と一導電型の不純物元素を結晶質半導体膜１０５の一部に添加する工程を示している。イオンドープ法を用いた場合、原料ガスとしては、Ａｒガス、水素で希釈したフォスフィン（ＰＨ3）とＡｒガスとの混合ガス、水素で希釈したジボラン（Ｂ2Ｈ6）とＡｒガスとの混合ガス、アルゴンで希釈したフォスフィン（ＰＨ3）、またはアルゴンで希釈したジボラン（Ｂ2Ｈ6）などを用いることができる。
【００４８】
結晶質半導体膜１０５の表面には、レジストからなるマスク１０７で形成されたマスク用の酸化窒化シリコン膜１０６が１００〜２００nmの厚さに形成され、開孔部が設けられ結晶質半導体膜が露出した領域に希ガス元素、或いは当該元素と一導電型の不純物元素とを添加する。当該元素の結晶質半導体膜中における濃度は１×１０19〜１×１０21/cm3とする。
【００４９】
希ガス元素としてはヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）から選ばれた一種または複数種を用いる。本発明はゲッタリングサイトを形成するためにこれら不活性気体をイオンソースとして用い、イオンドープ法或いはイオン注入法で半導体膜に注入することに特徴を有している。これら不活性気体のイオンを注入する意味は二つある。一つは注入によりダングリングボンドを形成し半導体膜に歪みを与えることであり、他の一つは半導体膜の格子間に当該イオンを注入することで歪みを与えることである。不活性気体のイオンを注入はこの両者を同時に満たすことができるが、特に後者はアルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）などシリコンより原子半径の大きな元素を用いた時に顕著に得られる。また、希ガス元素を注入することにより、格子歪だけでなく、不対結合手も形成されゲッタリング作用に寄与する。また、希ガス元素に加えて、一導電型の不純物元素であるリンを半導体膜に注入した場合、リンのクーロン力を利用してゲッタリングを行うことができる。また、希ガス元素に加えて、水素を半導体膜に注入した場合、形成される不対結合手を利用してゲッタリングを行うことができる。
【００５０】
次いで、レジストからなるマスク１０７を除去した後、ゲッタリングサイトへ前記半導体膜に含まれる金属元素を偏析させるゲッタリングを行う工程を行う。（図２（Ｂ）
【００５１】
ゲッタリングを行う工程としては、窒素雰囲気中で４５０〜８００℃、１〜２４時間、例えば５５０℃にて１４時間の熱処理を行えばよい。また、熱処理に代えて強光を照射してもよい。また、熱処理に加えて強光を照射してもよい。ただし、ゲッタリングの加熱手段に、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された光を用いるＲＴＡ法を用いる場合、半導体膜の加熱温度が４００℃〜５５０℃となるように強光を照射することが望ましい。あまり高い加熱温度としてしまうと半導体膜中の歪みが無くなってしまい、ニッケルシリサイドからニッケルを飛び出させる作用やニッケルを捕獲する作用が消えてしまうため、ゲッタリング効率が低下してしまう。
【００５２】
ついで、マスク１０６をそのまま結晶質半導体膜のパターニングに用いる。パターニングを行って、ゲッタリングサイトを除去して結晶質半導体膜を所望の形状とした後、マスク１０６を除去する。
【００５３】
また、マスクを除去した後、さらに５５０℃〜６５０℃の熱処理または強光の照射を行うことによって主に半導体膜表面の平坦化を行ってもよい。
【００５４】
こうして、図２（Ｃ）に示すように金属元素の濃度が低減された結晶質半導体膜１０９が得られる。上記本発明により形成された結晶質珪素膜１０９は棒状または針状の結晶が集合して成り、その各々の結晶は巨視的に見ればある特定の方向性をもって成長している。
【００５５】
この結晶質珪素膜１０９をＴＦＴの活性層として用い、図２（Ｄ）に示すようなＴＦＴを完成させることができる。
【００５６】
また、微小な半導体層を形成する場合においては、本実施の形態において、希ガス元素のみを添加してゲッタリングを行うことが望ましい。希ガス元素のみを添加してゲッタリングを行う場合、リンを用いてゲッタリングを行った場合と比較して、微小な半導体層を形成しても、ＴＦＴ特性に影響を与えないため有効である。
【００５７】
[実施の形態２]
半導体膜の結晶化を助長する元素を選択的に形成する方法を説明する。基板としてガラス基板を用いる場合にはブロッキング層を設ける。また、非晶質構造を有する半導体膜も実施の形態１と同様に作製する。
【００５８】
そして、非晶質構造を有する半導体膜上に１００〜２００nmの厚さの酸化珪素膜を形成する。酸化珪素膜の作製方法は限定されないが、例えば、オルトケイ酸テトラエチル（Tetraethyl Ortho Silicate：ＴＥＯＳ）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cm2で放電させ形成する。
【００５９】
次に、酸化珪素膜に開口部を形成し、重量換算で１〜１０ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液を塗布する。これにより、触媒金属含有層が形成され、それは開口部の底部のみで半導体膜と接触する。
【００６０】
次いで、加熱処理の温度５００〜６５０℃で４〜２４時間、例えば５７０℃にて１４時間の熱処理を行い、結晶化を行う。この場合、結晶化は触媒となる金属元素が接した半導体膜の部分でシリサイドが形成され、それを核として基板の表面と平行な方向に結晶化が進行する。こうして形成された結晶質珪素膜は棒状または針状の結晶が集合して成り、その各々の結晶は巨視的に見ればある特定の方向性をもって成長している。
【００６１】
次いで、開口部を利用して、同様にイオンドープ法で希ガス元素、或いは当該元素と一導電型の不純物元素を添加してゲッタリングサイトを形成する。ゲッタリングは窒素雰囲気中で４５０〜８００℃、１〜２４時間、例えば５５０℃にて１４時間の熱処理を行うと、ゲッタリングサイト１１５に金属元素を偏析させることができる。また、熱処理に代えて強光を照射してもよい。また、熱処理に加えて強光を照射してもよい。ただし、ゲッタリングの加熱手段に、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された光を用いるＲＴＡ法を用いる場合、半導体膜の加熱温度が４００℃〜５５０℃となるように強光を照射することが望ましい。あまり高い加熱温度としてしまうと半導体膜中の歪みが無くなってしまい、ニッケルシリサイドからニッケルを飛び出させる作用やニッケルを捕獲する作用が消えてしまうため、ゲッタリング効率が低下してしまう。
【００６２】
その後、エッチングによりゲッタリングサイトを除去すると、金属元素の濃度が低減された結晶質半導体膜が得られる。
【００６３】
[実施の形態３]
触媒作用のある金属元素を用いて形成された半導体膜を用いてＴＦＴのチャネル形成領域やソース領域及びドレイン領域などの不純物領域を形成することができる。ここでは、ＴＦＴの作製工程において当該金属元素を該不純物領域をゲッタリングサイトとして、チャネル形成領域２０７から除去する方法について説明する。
【００６４】
図３（Ａ）において、基板２０１、ブロッキング層２０２、半導体膜２０３は実施の形態１または実施の形態２のいずれか一方を用いて同様にして作製されるものである。半導体膜２０３の上層に形成する絶縁膜はＴＦＴのゲート絶縁膜として用いるものであり、酸化シリコンや窒化酸化シリコン膜で３０〜１５０nm、代表的には８０nmの厚さに形成する。ゲート電極２０５はタングステン、タンタル、チタン、モリブデンなどの金属材料またはこれらの合金で形成するのが好ましい。
【００６５】
不純物領域２０６はｎチャネル型ＴＦＴであればドナーとして代表的にはリンが添加される。また、ｐチャネル型ＴＦＴであればアクセプタとして硼素が添加されて形成される。いずれにしても、不純物領域２０６はイオンドープ法により形成することが可能であり、リンを添加する場合にはＰＨ3を、また硼素を添加する場合にはＢ2Ｈ6を用いる。これらは通常水素で希釈されて供給される。この不純物領域を効果的なゲッタリングサイトとするためには、イオンドープ法にてドナーまたはアクセプタの添加と同時に、或いはその前か後に希ガス元素を注入する。この不純物領域２０６は、後にソース領域またはドレイン領域となる。
【００６６】
希ガス元素を添加した半導体膜の領域は結晶構造が破壊され非晶質化する。希ガス元素はシリコンと結合せずに、格子間に存在するが、当該元素の濃度が高い場合には格子が歪んだまま残り、その後の加熱処理によって再結晶化させることが困難になる。一方、ゲッタリングサイトを形成する目的からは、歪みを大きくした方が当該金属元素を偏析させる効果がより増大する。
【００６７】
その後、図３（Ｂ）に示すように、窒化シリコン膜又は酸化窒化シリコン膜でパッシベーション膜２０８を形成し、窒素雰囲気中で４５０〜８００℃、１〜２４時間、例えば５５０℃にて１４時間の熱処理を行うと、不純物領域２０６がゲッタリングサイトとなり、チャネル形成領域２０７からその領域に金属元素を偏析させることができる。従って、不純物領域にはドナーまたはアクセプタと金属元素が共に存在することになる。なお、ここでパッシベーション膜として酸化窒化シリコン膜を用いた場合、ゲッタリングと同時にパッシベーション膜中に含まれる水素が拡散して半導体膜の水素化を行うことができる。この工程はパッシベーション膜に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。
【００６８】
また、ここでは同時にゲッタリングと水素化とを行った例を示したが、ゲッタリングの加熱処理と、水素化の加熱処理（例えば４１０℃の熱処理）とを順次に行ってもよい。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）を行っても良い。
【００６９】
次いで、強光を照射して不純物領域に添加された一導電型を付与する不純物元素を活性化させて不純物領域の低抵抗化を行う。パッシベーション膜が窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜であるので、ＹＡＧレーザー（第２高調波、第３高調波）や強光（ランプ加熱手段からの光）のいずれか一またはそれらの組み合わせを用いることが望ましい。また、パッシベーション膜に酸化シリコンを用いた場合には波長４００nm以下のエキシマレーザーやＹＡＧレーザー（第２高調波、第３高調波）や強光（ランプ加熱手段からの光）のいずれか一またはそれらの組み合わせを用いることができる。なお、ここで熱処理により活性化を行ってもよいが、上述したように熱処理のみでは再結晶化が困難であるので、強光の照射または両方で行うことが望ましい。
【００７０】
次いで、層間絶縁膜を形成し、ソース領域またはドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、さらに導電膜を積層した後、パターニングを行ってソース電極及びドレイン電極を形成して、ｎチャネル型ＴＦＴまたはｐチャネル型ＴＦＴが完成する。また、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴとを組み合わせてＣＭＯＳ回路を形成することも可能である。
【００７１】
[実施の形態４]
ここでは、実施の形態３とは、パッシベーション膜の形成工程後の作製工程順序が異なる例を示す。
【００７２】
まず、実施の形態３に示した図３（Ｂ）と同じ状態を得る。パッシベーション膜の形成後、ゲッタリングを行う。窒素雰囲気中で４５０〜８００℃、１〜２４時間、例えば５５０℃にて１４時間の熱処理を行うと、不純物領域がゲッタリングサイトとなり、チャネル形成領域からその領域に金属元素を偏析させることができる。このゲッタリングを行う熱処理の際、活性化を行ってもよい。また、このゲッタリングを行う熱処理に代えて、強光を照射することによってゲッタリングと活性化とを同時に行ってもよい。ただし、ゲッタリングの加熱手段に、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された光を用いるＲＴＡ法を用いる場合、半導体膜の加熱温度が４００℃〜５５０℃となるように強光を照射することが望ましい。あまり高い加熱温度としてしまうと半導体膜中の歪みが無くなってしまい、ニッケルシリサイドからニッケルを飛び出させる作用やニッケルを捕獲する作用が消えてしまうため、ゲッタリング効率が低下してしまう。
【００７３】
次いで、窒素雰囲気中で３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理、例えば４１０℃、１時間の熱処理を行って水素化を行う。この工程はパッシベーション膜に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。
【００７４】
次いで、層間絶縁膜を形成し、ソース領域またはドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、さらに導電膜を積層した後、パターニングを行ってソース電極及びドレイン電極を形成して、ｎチャネル型ＴＦＴまたはｐチャネル型ＴＦＴが完成する。また、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴとを組み合わせてＣＭＯＳ回路を形成することも可能である。
【００７５】
[実施の形態５]
ここでは、実施の形態３とは希ガス元素及び一導電型を付与する不純物元素の添加後の工程順序が異なる例を図４に示す。
【００７６】
まず、実施の形態３に示した図３（Ａ）と同じ状態を得る。（図４（Ａ））図４に示すように、基板３０１上にブロッキング層３０２、半導体膜３０３、絶縁膜３０４、ゲート電極３０５を形成する。そして、ゲート電極３０５をマスクとして、半導体膜３０３の端部に希ガス元素のいずれか一種または複数種を添加してゲッタリングサイトを形成する。
【００７７】
その後、ゲッタリングサイトへドナー又はアクセプタを添加して不純物領域３０６を形成する。この不純物領域３０６は、後にソース領域またはドレイン領域となる。
【００７８】
次いで、図４（Ｂ）に示すように、窒素雰囲気中で４５０〜８００℃、１〜２４時間、例えば５５０℃にて１４時間の熱処理を行うと、不純物領域３０６がゲッタリングサイトとなり、チャネル形成領域３０７からその領域に金属元素を偏析させることができる。このゲッタリングを行う熱処理の際、活性化を行ってもよい。また、このゲッタリングを行う熱処理に代えて、強光を照射することによってゲッタリングと活性化とを同時に行ってもよい。ただし、ゲッタリングの加熱手段に、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された光を用いるＲＴＡ法を用いる場合、半導体膜の加熱温度が４００℃〜５５０℃となるように強光を照射することが望ましい。あまり高い加熱温度としてしまうと半導体膜中の歪みが無くなってしまい、ニッケルシリサイドからニッケルを飛び出させる作用やニッケルを捕獲する作用が消えてしまうため、ゲッタリング効率が低下してしまう。
【００７９】
次いで、図４（Ｃ）に示すように、窒化シリコン膜又は酸化窒化シリコン膜でパッシベーション膜３０８を形成し、窒素雰囲気中で３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理、例えば４１０℃、１時間の熱処理を行って水素化を行う。
【００８０】
次いで、層間絶縁膜を形成し、ソース領域またはドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、さらに導電膜を積層した後、パターニングを行ってソース電極及びドレイン電極を形成して、ｎチャネル型ＴＦＴまたはｐチャネル型ＴＦＴが完成する。また、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴとを組み合わせてＣＭＯＳ回路を形成することも可能である。
【００８１】
[実施の形態６]
図５は半導体膜に格子歪み、或いは欠陥を生成するために導入する希ガス元素の添加について説明する図である。実施の形態１〜５で説明したゲッタリングは半導体膜の素子形成領域の一部にゲッタリングサイトを形成する例を示している。その場合、ゲッタリングサイトは加熱処理により再結晶化できることが望ましいと考えられる。
【００８２】
シリコンを主成分とする半導体膜に対し、高濃度の希ガス元素はしばしば再結晶化を妨げる要因となる。再結晶化を確実なものとするためには、注入する希ガス元素の濃度分布に注意を要する。図５において、半導体膜５０１、絶縁膜５０４、ゲート電極５０５の構成は図３と同様である。希ガス元素は絶縁膜５０４を通して半導体膜５０１に注入される。注入される当該元素は、加速電圧に依存するが、絶縁膜５０４から半導体膜５０１の厚さ方向に渡って図５に挿入したグラフに示すように濃度分布を持つ。
【００８３】
半導体膜５０１において、希ガス元素は絶縁膜５０４側で高く、その反対側は低くなる。非晶質化は希ガス元素が注入される濃度に依存し、その濃度が低いと結晶成分を残存させることができる。その境界を明瞭に区別することはできないが、図５で示すように希ガス元素が添加され非晶質化した領域５０２と、希ガス元素が添加されているものの、結晶成分が残存している領域５０３とに分けて見ることができる。
【００８４】
結晶成分が残存している領域５０３があると、ゲッタリングを伴う加熱処理により再結晶化させることが容易となる。即ち、結晶成分が残存している領域５０３が結晶成長の核となり、非晶質化した領域５０２の結晶化を促進させることが可能になる。このようなゲッタリングサイトは、イオンドープ法における加速電圧の制御で容易に実現でき、これは、ドナー又はアクセプタのドーピングを伴っていても同様に実現することができる。
【００８５】
勿論、本実施形態で示す構成は、実施の形態１〜５におけるゲッタリングサイトの形成において適用することができる。
【００８６】
[実施の形態７]
ここでは、実施の形態１乃至５のいずれか一において、非晶質半導体膜を熱処理または強光の照射により結晶化させて得られた結晶構造を有する半導体膜表面にエッチングを行う例である。
【００８７】
例えば、フッ酸系のエッチャントを用いたウエットエッチングによりニッケルシリサイドを除去し、その後レーザー光を照射してアニールする。以降の工程は、実施の形態１乃至５に従って、結晶構造を有する半導体膜に希ガス元素を添加して、ゲッタリングを行えばよい。
【００８８】
上記フッ酸系のエッチャントとしては、フッ酸と過酸化水素水の混合液、ＦＰＭ（フッ酸、過酸化水素水、純水の混合液）等を用いる。
【００８９】
【実施例】
[実施例１]
本発明の有効性を確認するため、非金属元素（Ｂ、Ｓｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅから選ばれた１種または複数種）のうち、アルゴン（Ａｒ）を用い、以下の実験を行った。
【００９０】
半導体膜は５０nmの非晶質シリコン膜に１０ppmの酢酸ニッケル含有水溶液を塗布した後、５００℃にて１時間の脱水素処理と、５５０℃にて４時間の加熱処理により結晶化させた結晶質半導体膜を用いた。この結晶化半導体膜をパターニングした後、９０ｎｍの酸化珪素膜を形成した。そして、ゲッタリングサイトにリンをイオンドープ法で注入した試料、リンを注入した後にアルゴンを注入した試料、アルゴンのみを注入した試料をそれぞれ作製し、これらを比較評価した。この時、リンの注入条件は、水素で希釈された５％のＰＨ3を用い、加速電圧８０keV、ドーズ量１．５×１０15/cm2とした。注入に要する時間は約８分であり、結晶質半導体膜には平均濃度で２×１０20/cm3のリンを注入することができる。一方、アルゴンは９０keVの加速電圧で、２×１０15または４×１０15/cm2のドーズ量で注入した。アルゴンは９９．９９９９％以上のものを用い、注入に要する時間は１〜２分でよかった。
【００９１】
ゲッタリングは窒素雰囲気中、５５０℃にて４時間の加熱処理をもって行った。ゲッタリング後、酸化珪素膜を除去した後、ＦＰＭで処理した。ゲッタリングの効果は、結晶質半導体膜の被ゲッタリング領域におけるエッチピットの数により確認した。即ち、添加したニッケルの大部分はニッケルシリサイドとして結晶質半導体膜に残存するが、これはＦＰＭ（フッ酸、過酸化水素水、純水の混合液）によりエッチングされることが知られている。従って、被ゲッタリング領域をＦＰＭで処理してエッチピットの有無を確認することにより、ゲッタリングの効果を確認することができる。この場合、エッチピットの数が少ない程、ゲッタリングの効果が高いことを意味する。図７にエッチピットが形成された試料の簡略図を示す。なお、図７中、ドープ領域とはアルゴンまたはリンが添加された領域を示している。ゲッタリングされた領域（被ゲッタリング領域）に存在するエッチピットの数を光学顕微鏡で見ながらカウントしてエッチピット密度を得た。
【００９２】
図６にその結果を示す。図６において、Ｐと示した試料は、リンのみを添加した試料であり、この試料のリンの注入条件は、水素で希釈された５％のＰＨ3を用い、加速電圧８０keV、ドーズ量１．５×１０15/cm2とした。また、図６において、Ｐ＋Ａｒ（１ｍｉｎ）と示した試料は、リンとアルゴンとを添加した試料であり、この試料のリンの注入条件は、水素で希釈された５％のＰＨ3を用い、加速電圧８０keV、ドーズ量１．５×１０15/cm2とし、アルゴンの注入条件は、９０keVの加速電圧で、２×１０15/cm2のドーズ量とし、アルゴンの注入に要する時間を１分とした。また、図６において、Ｐ＋Ａｒ（２ｍｉｎ）と示した試料は、リンとアルゴンとを添加した試料であり、この試料のリンの注入条件は、水素で希釈された５％のＰＨ3を用い、加速電圧８０keV、ドーズ量１．５×１０15/cm2とし、アルゴンの注入条件は、９０keVの加速電圧で、４×１０15/cm2のドーズ量とし、アルゴンの注入に要する時間を２分としたものである。また、図６において、Ａｒと示した試料は、アルゴンのみを添加した試料であり、この試料のアルゴンの注入条件は、９０keVの加速電圧で、２×１０15/cm2のドーズ量とした。
【００９３】
図６の実験結果より、リンのみを添加した試料が３．５×１０-3個/μm2のエッチピット密度であるのに対し、アルゴンを添加してゲッタリングした試料はエッチピットの数は５×１０-4個/μm2以下であり、その数が極端に減少していることが解る。この結果は、アルゴンを注入することによりゲッタリングの効果が極端に高められることを意味し、本発明の非金属元素（Ｂ、Ｓｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅから選ばれた１種または複数種）を用いたゲッタリングが極めて有効であることを示している。
【００９４】
[実施例２]
本実施例では、アルゴンを添加してゲッタリングした後、レーザー照射を行った例を示す。
【００９５】
まず、実施例１と同様に試料を作製する。半導体膜は５０nmの非晶質シリコン膜に１０ppmの酢酸ニッケル含有水溶液を塗布した後、５００℃にて１時間の脱水素処理と、５５０℃にて４時間の加熱処理により結晶化させた結晶質半導体膜を用いた。この結晶化半導体膜をパターニングした後、９０ｎｍの酸化珪素膜を形成した。次いで、９０ｎｍの酸化珪素膜を通過させて、結晶質半導体膜にリンを注入した後にアルゴンを注入した。この時、リンの注入条件は、水素で希釈された５％のＰＨ3を用い、加速電圧８０keV、ドーズ量１．５×１０15/cm2とした。注入に要する時間は約８分であり、結晶質半導体膜には平均濃度で２×１０20/cm3のリンを注入することができる。一方、アルゴンは９０keVの加速電圧で、２×１０15または４×１０15/cm2のドーズ量で注入した。次いで、窒素雰囲気中、５５０℃にて４時間の加熱処理を行ってゲッタリングを行った。
【００９６】
次いで、レーザーエネルギーの条件をふり、エキシマレーザー光を照射した。その後、シート抵抗を測定した実験結果を図８に示す。
【００９７】
図８に示したようにレーザー光を照射することによって、シート抵抗値をデバイス特性上、問題ないレベルにまで低減することができた。
【００９８】
なお、本実施例ではレーザー光としてパルス発振型のエキシマレーザーを用いたが、特に限定されず、連続発光型のエキシマレーザーやＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザーを用いてもよい。また、レーザーアニール法に代えてラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用してもよい。
【００９９】
なお、本実施例は、実施の形態１乃至実施の形態７のいずれか一と組み合わせることが可能である。
【０１００】
[実施例３]
本実施例ではダブルゲートのＴＦＴに適用し、ダブルゲートのＴＦＴを画素部のＴＦＴに用いたアクティブマトリクス基板を作製する例を示す。
【０１０１】
まず、絶縁表面を有する基板４０１上に導電膜を形成し、パターニングを施すことにより走査線４０２を形成する。この走査線４０２は後に形成される活性層を光から保護する遮光層としても機能する。ここでは基板４０１として石英基板を用い、走査線４０２としてポリシリコン膜（膜厚５０ｎｍ）とタングステンシリサイド（Ｗ−Ｓｉ）膜（膜厚１００ｎｍ）の積層構造を用いた。また、ポリシリコン膜はタングステンシリサイドから基板への汚染を保護するものである。
【０１０２】
次いで、走査線４０２を覆う絶縁膜４０３ａ、４０３ｂを膜厚１００〜１０００ｎｍ（代表的には３００〜５００ｎｍ）で形成する。ここではＣＶＤ法を用いた膜厚１００ｎｍの酸化シリコン膜とＬＰＣＶＤ法を用いた膜厚２８０ｎｍの酸化シリコン膜を積層させた。
【０１０３】
次いで、非晶質半導体膜を膜厚１０〜１００ｎｍで形成する。ここでは膜厚６９ｎｍの非晶質シリコン膜（アモルファスシリコン膜）をＬＰＣＶＤ法を用いて形成した。次いで、この非晶質半導体膜を結晶化させる技術として特開平8-78329号公報記載の技術を用いて結晶化させた。同公報記載の技術は、非晶質シリコン膜に対して結晶化を助長する金属元素を選択的に添加し、加熱処理を行うことで添加領域を起点として広がる結晶質シリコン膜を形成するものである。ここでは結晶化を助長する金属元素としてニッケルを用い、脱水素化のための熱処理（４５０℃、１時間）の後、結晶化のための熱処理（６００℃、１２時間）を行った。
【０１０４】
次いで、ＴＦＴの活性層とする領域からＮｉをゲッタリングするためのゲッタリングサイト４０４ｂを形成する。ＴＦＴの活性層とする領域をマスク（酸化窒化シリコン膜）４００で覆い、結晶質シリコン膜の一部に希ガス元素、ここではアルゴン（Ａｒ）を添加する。（図９（Ａ））なお、このマスク４００は後の結晶質シリコン膜のパターニングにも使用する。また、本実施例のように希ガス元素のみを添加した場合、リンを添加した場合に比べてＴＦＴの電気特性等に与える影響が小さいため、ＴＦＴの活性層とする領域を微小なサイズとすることが可能となる。従って、さらなるＴＦＴの微細設計が可能となる。
【０１０５】
また、マスク４００を形成する際に使用したレジストマスクを残した状態で希ガス元素を添加してもよい。
【０１０６】
また、希ガス元素に加え、周期表１５族元素、周期表１３族元素、シリコン、水素から選ばれた一種または複数種を添加してもよい。
【０１０７】
次いで、ＴＦＴの活性層とする領域からＮｉをゲッタリングする熱処理（窒素雰囲気下で５５０℃、４時間）を行った。（図９（Ｂ））この熱処理により結晶質シリコン膜に含まれる金属（Ｎｉ）がＴＦＴの活性層とする領域から図９（Ｂ）中の矢印の方向に移動してゲッタリングサイト（希ガス元素が添加された領域）に捕獲され、ゲッタリングサイト以外の結晶質シリコン膜から金属（Ｎｉ）を除去または低減する。
【０１０８】
次いで、マスクを除去した後、パターニングを行い結晶質シリコン膜の不要な部分を除去して、半導体層４０４を形成する。（図９（Ｃ１））なお、半導体層４０４を形成した後の画素上面図を図９（Ｃ２）に示す。図９（Ｃ２）において、点線Ａ−Ａ’で切断した断面図が図９（Ｃ１）に相当する。
【０１０９】
次いで、保持容量を形成するため、マスク４０５を形成して半導体層の一部（保持容量とする領域）４０６にリンをドーピングする。（図１０（Ａ））
【０１１０】
次いで、マスク４０５を除去し、半導体層を覆う絶縁膜を形成した後、マスク４０７を形成して保持容量とする領域４０６上の絶縁膜を除去する。（図１０（Ｂ））
【０１１１】
次いで、マスク４０７を除去し、熱酸化を行って絶縁膜（ゲート絶縁膜）４０８ａを形成する。この熱酸化によって最終的なゲート絶縁膜の膜厚は８０ｎｍとなった。なお、保持容量とする領域上に他の領域より薄い絶縁膜４０８ｂを形成した。（図１０（Ｃ１））ここでの画素上面図を図１０（Ｃ２）に示す。図１０（Ｃ２）において、点線Ｂ−Ｂ’で切断した断面図が図１０（Ｃ１）に相当する。また、図１０中の鎖線内で示した領域は、薄い絶縁膜４０８ｂが形成されている部分である。
【０１１２】
次いで、ＴＦＴのチャネル領域となる領域にｐ型またはｎ型の不純物元素を低濃度に添加するチャネルドープ工程を全面または選択的に行った。このチャネルドープ工程は、ＴＦＴしきい値電圧を制御するための工程である。なお、ここではジボラン（Ｂ2Ｈ6）を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法でボロンを添加した。もちろん、質量分離を行うイオンインプランテーション法を用いてもよい。
【０１１３】
次いで、絶縁膜４０８ａ、及び絶縁膜４０３ａ、４０３ｂ上にマスク４０９を形成し、走査線４０２に達するコンタクトホールを形成する。（図１１（Ａ））そして、コンタクトホールの形成後、マスクを除去する。
【０１１４】
次いで、導電膜を形成し、パターニングを行ってゲート電極４１０および容量配線４１１を形成する。（図１１（Ｂ））ここでは、リンがドープされたシリコン膜（膜厚１５０ｎｍ）とタングステンシリサイド（膜厚１５０ｎｍ）との積層構造を用いた。なお、保持容量は、絶縁膜４０８ｂを誘電体とし、容量配線４１１と半導体層の一部４０６とで構成されている。
【０１１５】
次いで、ゲート電極４１０および容量配線４１１をマスクとして自己整合的にリンを低濃度に添加する。（図１１（Ｃ１））ここでの画素上面図を図１１（Ｃ２）に示す。図１１（Ｃ２）において、点線Ｃ−Ｃ’で切断した断面図が図１１（Ｃ１）に相当する。この低濃度に添加された領域のリンの濃度が、１×１０16〜５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3、代表的には３×１０17〜３×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3となるように調整する。
【０１１６】
次いで、マスク４１２を形成してリンを高濃度に添加し、ソース領域またはドレイン領域となる高濃度不純物領域４１３を形成する。（図１２（Ａ））この高濃度不純物領域のリンの濃度が１×１０20〜１×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（代表的には２×１０20〜５×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）となるように調整する。なお、半導体層４０４のうち、ゲート電極４１０と重なる領域はチャネル形成領域４１４となり、マスク４１２で覆われた領域は低濃度不純物領域４１５となりＬＤＤ領域として機能する。そして、不純物元素の添加後、マスク４１２を除去する。
【０１１７】
次いで、ここでは図示しないが、画素と同一基板上に形成される駆動回路に用いるｐチャネル型ＴＦＴを形成するために、マスクでｎチャネル型ＴＦＴとなる領域を覆い、ボロンを添加してソース領域またはドレイン領域を形成する。
【０１１８】
次いで、マスク４１２を除去した後、ゲート電極４１０および容量配線４１１を覆うパッシベーション膜４１６を形成する。ここでは、酸化シリコン膜を７０ｎｍの膜厚で形成した。次いで、半導体層にそれぞれの濃度で添加されたｎ型またはｐ型不純物元素を活性化するための熱処理工程を行う。ここでは８５０℃、３０分の加熱処理を行った。
【０１１９】
次いで、有機樹脂材料からなる層間絶縁膜４１７を形成する。ここでは膜厚４００ｎｍのアクリル樹脂膜を用いた。次いで、半導体層に達するコンタクトホールを形成した後、電極４１８及びソース配線４１９を形成する。本実施例では電極４１８及びソース配線４１９を、Ｔｉ膜を１００ｎｍ、Ｔｉを含むアルミニウム膜を３００ｎｍ、Ｔｉ膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続して形成した３層構造の積層膜とした。（図１２（Ｂ１））なお、図１２（Ｂ２）において点線Ｄ−Ｄ’で切断した断面図が図１２（Ｂ１）に相当する。
【０１２０】
次いで、水素化処理をおこなった後、アクリルからなる層間絶縁膜４２０を形成する。（図１３（Ａ１））次いで、層間絶縁膜４２０上に遮光性を有する導電膜１００ｎｍを成膜し、遮光層４２１を形成する。次いで、層間絶縁膜４２２を形成する。次いで、電極４１８に達するコンタクトホール形成する。次いで、１００ｎｍの透明導電膜（ここでは酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）膜）を形成した後、パターニングして画素電極４２３、４２４を形成する。図１３（Ａ２）において、点線Ｅ−Ｅ’で切断した断面図が図１３（Ａ１）に相当する。
【０１２１】
こうして画素部には、表示領域（画素サイズ２６μｍ×２６μｍ）の面積（開口率７６．５％）を確保しつつ、ｎチャネル型ＴＦＴでなる画素ＴＦＴが形成され、十分な保持容量（５１．５ｆＦ）を得ることができる。
【０１２２】
なお、本実施例は一例であって本実施例の工程に限定されないことはいうまでもない。例えば、各導電膜としては、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、シリコン（Ｓｉ）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（代表的には、Ｍｏ―Ｗ合金、Ｍｏ―Ｔａ合金）を用いることができる。また、各絶縁膜としては、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜や有機樹脂材料（ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等）膜を用いることができる。
【０１２３】
以上の様にして、ｎチャネルＴＦＴ及び保持容量とを有する画素部と、ｎチャネル型ＴＦＴ及びｐチャネル型ＴＦＴからなるＣＭＯＳ回路を有する駆動回路（図示しない）とを同一基板上に形成することができる。本明細書中ではこのような基板を便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０１２４】
次いで、得られたアクティブマトリクス基板から、液晶モジュールを作製する工程を以下に説明する。
【０１２５】
図１３のアクティブマトリクス基板上に配向膜を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサを所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【０１２６】
次いで、対向基板を用意する。この対向基板には、着色層、遮光層が各画素に対応して配置されたカラーフィルタが設けられている。また、駆動回路の部分にも遮光層を設けた。このカラーフィルタと遮光層とを覆う平坦化膜を設けた。次いで、平坦化膜上に透明導電膜からなる対向電極を画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜を形成し、ラビング処理を施した。
【０１２７】
そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材で貼り合わせる。シール材にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料を注入し、封止剤によって完全に封止する。液晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして液晶モジュールが完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、公知の技術を用いて偏光板等を適宜設けた。そして、公知の技術を用いてＦＰＣを貼りつけた。
【０１２８】
以上のようにして作製される液晶モジュールは各種電子機器の表示部として用いることができる。
【０１２９】
なお、本実施例は、実施の形態１乃至実施の形態７のいずれか一と組み合わせることが可能である。
【０１３０】
[実施例４]
本発明の有効性を確認するため、非金属元素（Ｂ、Ｓｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅから選ばれた１種または複数種）のうち、アルゴン（Ａｒ）を用い、以下の実験を行った。
【０１３１】
基板上に４００ｎｍの膜厚で非晶質シリコン膜を形成し、非晶質シリコン膜表面に、結晶化を促進する触媒作用のある金属元素（ニッケル）を添加した。重量換算で１００ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布して触媒含有層を形成した。次いで、５００℃、１時間の熱処理を行った後、さらに５５０℃、１２時間の熱処理を行って結晶構造を有するシリコン膜を形成した。
【０１３２】
こうして得られた結晶構造を有するシリコン膜にアルゴン元素を添加した。ここではイオンドーピング法を用い、原料ガスとしてアルゴンガスを用い、加速電圧１０ｋｅＶ、流量５０ｓｃｃｍ、電流密度１μＡ／ｃｍ2、ドーズ量２×１０15atoms/cm2とした。なお、このドーピング条件ではアルゴン元素は表面から約０．０５μｍ程度にまでしか添加されない。
【０１３３】
添加後のアルゴン元素の濃度分布（ＳＩＭＳ測定による）とニッケル元素の濃度分布（ＳＩＭＳ測定による）とをアニール前の実線として図１４、図１５にそれぞれ示した。なお、図１４、図１５において横軸は深さ、縦軸は濃度を示している。
【０１３４】
次いで、５５０℃、４時間の熱処理（アニール）を行い、ゲッタリングさせた。
【０１３５】
アニール後のアルゴン元素濃度の分布（ＳＩＭＳ測定による）とニッケル元素の濃度分布（ＳＩＭＳ測定による）とをアニール後の点線として図１４、図１５にそれぞれ示した。
【０１３６】
図１４、図１５の実験結果より、アニール前後でアルゴン元素の濃度分布に変化はみられないが、アニール前後でニッケル元素の濃度分布が変化していることが分かる。
【０１３７】
アルゴン元素が添加されている約０．０５μｍ程度までの領域では、アニール後でニッケル濃度が最大で６×１０19atoms/cm3となっている。また、アルゴン元素が添加されていない領域においては、アニール前で約５×１０18atoms/cm3であったのが、アニール後で約１×１０18atoms/cm3、最低で４×１０17atoms/cm3にまで低減されている。
【０１３８】
この結果は、アニール処理を行うことによって、アルゴンが添加された表面から約０．０５μｍ程度までの領域がゲッタリングサイトとしてはたらき、膜中のニッケル元素がゲッタリングサイトに移動し、アルゴンが添加されていない領域のニッケル元素を低減させたことを意味している。
【０１３９】
即ち、本実施例の実験結果は、アルゴンを注入した後アニールを行うゲッタリングの効果が極端に高いことを意味し、本発明の非金属元素（Ｂ、Ｓｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅから選ばれた１種または複数種）を用いたゲッタリングが極めて有効であることを示している。
【０１４０】
また、アルゴン元素の濃度が変化しないことから、アルゴン元素が添加されたゲッタリングサイトをそのまま半導体層の一部としてＴＦＴを作製する場合、ゲッタリング後のＴＦＴの作製工程における熱処理で引き続きゲッタリング効果を得ることができる。また、完成したＴＦＴを駆動した場合に発生する熱によってもゲッタリングサイトが加熱され引き続きゲッタリング効果を得ることもできる。
【０１４１】
[実施例５]
実施例３では透過型の例を示したが、本実施例では反射型の例を図１６に示す。本実施例では、画素部のＴＦＴのドレイン領域と接続する画素電極を反射電極とした。
【０１４２】
実施例３における電極４１８を画素電極とし、画素電極となる反射電極１００１を形成する。この反射電極は、ＡｌまたはＡｇを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いる。また、画素電極を形成した後、公知のサンドブラスト法やエッチング法等の工程を追加して表面を凹凸化させて、鏡面反射を防ぎ、反射光を散乱させることによって白色度を増加させることが好ましい。
【０１４３】
なお、本実施例は、実施の形態１乃至実施の形態７のいずれか一と組み合わせることが可能である。
【０１４４】
[実施例６]
本発明を実施して形成された結晶質半導体膜は、ＴＦＴの活性層に用いられ、そのＴＦＴは様々なモジュール（液晶表示装置、発光型表示装置、アクティブマトリクス型ＥＣディスプレイ、ＤＭＤ（digital micromirror device）等）に用いることができる。即ち、それらモジュールを表示部に組み込んだ電子機器全てに本発明を実施できる。
【０１４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明における希ガス元素を半導体膜に注入して行うイントリンシックゲッタリングは、結晶質半導体膜中に残存する金属元素をゲッタリングさせる効果が極めて高い。これは、触媒作用のある金属元素を用いて作製される結晶質半導体膜の高純度化に寄与するばかりでなく、結晶質半導体膜を用いる半導体装置の生産性の向上にも寄与することができる。即ち、希ガス元素は不活性気体であり、イオンドーピングにおいても取り扱いが容易である。また、ドーピングに要する時間も短時間で済むなどの特徴を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の結晶質半導体膜の作製方法を説明する図。
【図２】  本発明の結晶質半導体膜の作製方法を説明する図。
【図３】  希ガス元素を用いたゲッタリング方法を用いる半導体装置の作製方法を説明する図。
【図４】  希ガス元素を用いたゲッタリング方法を用いる半導体装置の作製方法を説明する図。
【図５】  イオンドープ法により注入される希ガス元素の適した濃度分布を説明する図。
【図６】  ゲッタリング後のＦＰＭ処理により観察されるエッチピット密度を示すグラフ。（実施例１）
【図７】  ゲッタリング後のＦＰＭ処理により観察されるエッチピットを示す簡略図。（実施例１）
【図８】  ゲッタリング後にレーザー処理を施した抵抗値を示すグラフ。
【図９】  画素部の作製工程断面図および上面図。
【図１０】  画素部の作製工程断面図および上面図。
【図１１】  画素部の作製工程断面図および上面図。
【図１２】  画素部の作製工程断面図および上面図。
【図１３】  画素部の作製工程断面図および上面図。
【図１４】  アニール前後での深さ方向におけるアルゴン濃度プロファイルを示す図。
【図１５】  アニール前後での深さ方向におけるニッケル濃度プロファイルを示す図。
【図１６】  画素部の断面図。
【図１】
0004421104.tif 000002
【図２】
0004421104.tif 000003
【図３】
0004421104.tif 000004
【図４】
0004421104.tif 000005
【図５】
0004421104.tif 000006
【図６】
0004421104.tif 000007
【図７】
0004421104.tif 000008
【図８】
0004421104.tif 000009
【図９】
0004421104.tif 000010
【図１０】
0004421104.tif 000011
【図１１】
0004421104.tif 000012
【図１２】
0004421104.tif 000013
【図１３】
0004421104.tif 000014
【図１４】
0004421104.tif 000015
【図１５】
0004421104.tif 000016
【図１６】
0004421104.tif 000017