(57)【要約】【目的】高品質な多結晶珪素膜を得る方法を提供する。【構成】基板を予備室１０１、１０２から搬入する。そして、ロボットアーム１０９によって前記基板が処理室１０３〜１０７を移動する。この各処理室において、非晶質珪素膜の成膜や該非晶質珪素膜の結晶化が順次行われ、最終的には表面に多結晶珪素膜を有した基板が、一度も外気に暴露することなく得られる。そして、各工程間の処理温度の差を小さくするように温度調節することによって、成膜から結晶化までの工程を高スループットで行うことができるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質珪素膜の成膜から前記非晶質珪素膜の結晶化までの工程を連続して一つの装置内で行う機能を有することを特徴とする多結晶珪素作製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板上あるいは基板表面に多結晶珪素からなる半導体装置を形成する装置に関する。特に外気に曝することなく連続して行なわれる必要のあるプロセスを行なうことのできる装置に関する。また薄膜集積回路の作製に利用することのできる多結晶珪素作製装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板やガラス基板を用いた集積回路が知られている。前者としてはＩＣやＬＳＩが知られており、後者としてはアクティブマトリックス型の液晶表示装置が知られている。このような集積回路を形成するにあたり、現在の主流であるのは枚葉式の連続プロセスである。例えば絶縁ゲイト型電界効果半導体装置を形成する場合であれば、チャネルが形成される半導体領域とそれに接して設けられるゲイト絶縁膜とを外部に取り出すことなく連続して形成することが望まれる。また各種プロセスを効率良く連続して行なうことが工業上必要である。
【０００３】
これらの製造には、一つの装置内で成膜工程等を連続して行なうことが望ましいが、従来の製造装置は非晶質珪素を用いた半導体装置を目的とした製造装置、あるいは単結晶珪素を用いた半導体装置を目的とした製造装置しか存在せず、多結晶珪素を用いた半導体装置に適した装置及びそれを用いた製造方法は確立されていなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、多結晶珪素を用いた半導体装置の作製に必要とされる各種プロセスを一つの装置で連続して処理することのできる多目的に利用できる基板処理装置を提供することを目的とする。多結晶珪素を用いた半導体装置の作製プロセスと、単結晶珪素あるいは非晶質珪素を用いた半導体装置の作製プロセスを比較した場合に、大きく異なるのは「多結晶珪素」をガラス等の絶縁表面を有する基板上に形成するプロセスにあることは言うまでもない。それ以外のプロセスは、従来研究及び開発が先行している前記単結晶珪素あるいは非晶質珪素を用いた半導体装置の作製プロセス及び作製装置を流用することが可能であるが、多結晶珪素形成工程のみは該当するプロセスの確立及び装置の開発は行われていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、これらの事情を鑑みた上で、特に多結晶珪素を用いた半導体を特性良く作製するために、ガラス基板上に酸化珪素及び非晶質珪素膜を形成する工程から、これらを結晶化せしめて多結晶珪素膜を形成するまでを一度も大気に暴露することなく連続的に行うことを可能とせしめたことを特徴とする。
【０００６】
なお、本明細書においては、多結晶珪素膜を形成するための出発珪素膜として非晶質珪素膜を用いる場合の例を主に示す。しかし、微結晶珪素膜の結晶性を有する珪素膜を出発膜とする場合も含む。
【０００７】
本発明の多結晶珪素作製装置は、ガラス等の絶縁表面を有する基板上に薄膜を形成する手段、特にポリシランを用いた減圧熱ＣＶＤによる非晶質珪素膜の形成手段、及びこれらを多結晶珪素膜へと結晶化せしめる手段を有することが特徴である。そして、より具体的には
複数の減圧可能な処理室を有し、
前記複数の処理室は減圧可能な共通室を介して連結されており、
前記共通室には各処理室間において基板を搬送するための手段を有し、
前期複数の処理室の内の少なくとも一つは減圧熱ＣＶＤによる珪素膜の成膜が可能であり、
前記複数の処理室の内の少なくとも一つは非晶質珪素の結晶化を助長する金属元素の添加が可能であり、
前記複数の処理室の内の少なくとも一つはエキシマレ─ザによる非晶質珪素膜の結晶化が可能である、
ことを特徴とする。
【０００８】
また本発明の多結晶珪素作製装置は、
複数の減圧可能な処理室を有し、
複数の処理室の少なくとも一つは気相反応による成膜機能を有し、
複数の処理室の少なくとも一つは光照射によるアニール機能を有し、
前記複数の処理室は減圧可能な共通室を介して連結されており、
前記共通室には各処理室間において基板を搬送するための手段を有し、
前期複数の処理室の内の少なくとも一つは減圧熱ＣＶＤによる珪素膜の成膜が可能であり、
前記複数の処理室の内の少なくとも一つは非晶質珪素の結晶化を助長する金属元素の添加が可能であり、
前記複数の処理室の内の少なくとも一つはエキシマレ─ザによる非晶質珪素膜の結晶化が可能であることを特徴とする。
【０００９】
また本発明の多結晶珪素作製装置は、
複数の減圧可能な処理室を有し、
複数の処理室の少なくとも一つは気相反応による成膜機能を有し、
複数の処理室の少なくとも一つは光照射によるアニール機能を有し、
複数の処理室の少なくとも一つはプラズマによる基板表面の清浄化手段を有し、
前記複数の処理室は減圧可能な共通室を介して連結されており、
前記共通室には各処理室間において基板を搬送するための手段を有し、
前期複数の処理室の内の少なくとも一つは減圧熱ＣＶＤによる珪素膜の成膜が可能であり、
前記複数の処理室の内の少なくとも一つは非晶質珪素の結晶化を助長する金属元素の添加が可能であり、
前記複数の処理室の内の少なくとも一つはエキシマレ─ザによる非晶質珪素膜の結晶化が可能であることを特徴とする。
【００１０】
尚、上記構成は本発明を具現化するための一例であり、この構成に完全に固定されたものではない。特に搬送手段については、上記例は共通室（搬送室と呼んでも良い）中に基板搬送手段が設置されたことを想定している。しかしながら、各処理室にそれぞれ基板搬送手段が設置されており、前記共通室はただ基板の通り道となる構成でも問題がないことは自明である。
【００１１】
上述の様な構成をとる必要性について簡単に述べる。今回開示する多結晶珪素膜作成装置は、その主要な要素として上述の通り、
・非晶質珪素膜を多結晶珪素膜へと結晶化せしめる手段
・ポリシランを用いた減圧熱ＣＶＤによる非晶質珪素膜の形成手段
を有しており、これらをマルチタスクに処理が可能で、装置構成がクラスターツール方式のマルチチャンバーとなっていることが特徴である。そこで、まず「非晶質珪素膜を多結晶珪素膜へと結晶化せしめる手段」について説明し、次いで何故「ポリシランを用いた減圧熱ＣＶＤによる非晶質珪素膜の形成手段」が望ましいのかについて言及し、最後にこれらをクラスターツールのマルチチャンバーとする必要性について説明する。
【００１２】
まず「非晶質珪素膜を多結晶珪素膜へと結晶化せしめる手段」について説明する。
【００１３】
従来知られている多結晶珪素膜の作成方法、特に直接多結晶珪素膜を成膜するのではなく非晶質珪素膜を多結晶珪素膜へと変成せしめる工程としては、
・加熱によって結晶化せしめる。
・エキシマレーザーにより結晶化せしめる。
の２つが一般的に行われている。
【００１４】
しかしながら、加熱による結晶化は、加熱温度が６００℃以上の温度で１０時間以上の時間を掛けることが必要であり、基板としてガラス基板を用いることが困難であり、且つ今回の様なマルチタスクの装置においては全体のスループットを著しく阻害するという問題がある。例えばアクティブ型の液晶表示装置に用いられるコーニング７０５９ガラスはガラス歪点が５９３℃であり、基板の大面積化を考慮した場合、６００℃以上の加熱には問題があり、必然的に枚葉プロセスには適合しない。
【００１５】
それに対し、本発明者らの研究によれば、非晶質珪素膜の表面にニッケルやパラジウム、さらには鉛等の金属元素を微量に堆積あるいは添加を行い、しかる後に加熱することで、５５０℃、４時間程度の処理時間で結晶化を行なえることが判明している。そして、前述の金属元素の添加方法として、プラズマ処理あるいは液相法による添加方法が有効であることを従来開示してきた。
【００１６】
従来開示してきた金属元素の添加方法について以下に簡単に説明を加える。
【００１７】
上述のプラズマ処理とは、平行平板型のプラズマＣＶＤ装置において、電極として金属元素を含んだ材料を用い、水素等の雰囲気でプラズマを生じさせることによって非晶質珪素膜に金属元素の添加を行なう方法である。また液相法とは、金属元素を含有する溶液を非晶質珪素膜上あるいは下に塗布することにより金属元素の添加を行う方法である。
【００１８】
勿論本発明の多結晶珪素作成装置に適合性の高いのは真空中のドライプロセスであるプラズマ処理、あるいはスパッタ法や蒸着法あるいはＣＶＤ法等であり、これらを用いて、上記金属元素の層または上記金属元素を含む層を形成すればよい。ＣＶＤ法としては、ＭＯＣＶＤ法あるいは光ＣＶＤ法等が適している。
【００１９】
このような金属元素としては、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元素を挙げることができる。特にＮｉ（ニッケル）を用いた場合には、５５０℃±３０℃の温度で４時間程度の加熱処理を行うことで結晶性珪素膜を得ることができる。
【００２０】
前述のＣＶＤ法を用いて金属元素添加を行う場合、有機金属の蒸気もしくはガスを熱分解することによって、非晶質珪素膜表面に金属元素もしくはその化合物の被膜を堆積する、即ちＭＯＣＶＤ法が制御性等の観点から優れていた。
【００２１】
上記ＭＯＣＶＤ法は以下の基本的な有意性を有する。
（ａ）雰囲気中の金属元素の濃度は、蒸気圧等によって厳密に制御することが可能であり、さらに、雰囲気への導入をやめれば、それ以上、非晶質珪素膜上には堆積されない。
（ｂ）熱分解による堆積の過程では、表面に極めて均一な被膜が形成され、何らのダメージも非晶質珪素膜に与えられない。
（ｃ）熱分解による金属元素もしくはその化合物の被膜の堆積の工程の後、引き続き加熱処理をおこなえば、連続的に固相成長がおこなわれる。したがって、生産性の向上に寄与できる。
【００２２】
そして、ＭＯＣＶＤ法において、金属元素としてニッケルを用いる場合には、ビスシクロペンタジエニルニッケル（Ｂｉｓ（ｃｙｃｌｏｐｅｍｔａｄｉｅｎｙｌ）ｎｉｃｋｅｌ、Ｎｉ（Ｃ5 Ｈ5 ）2 、以下、ＢＣＰニッケル、もしくはＢＣＰ塩という）やビスメチルシクロペンタジエニルニッケル（Ｂｉｓ（ｍｅｔｈｙｌｃｙｃｌｏｐｅｎｔａｄｉｅｎｙｌ）ｎｉｃｋｅｌ、Ｎｉ（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 、以下、ＢＭＣＰニッケル、もしくはＢＭＣＰ塩という）、ビス−２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオノニッケル（Ｂｉｓ−（２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−３，５−ｈｐｔａｎｅｄｉｏｎｏ）ｎｉｃｋｅｌ、Ｎｉ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）2 ）を用いればよい。
【００２３】
ＢＣＰニッケルの場合には融点は１７３〜１７４℃であり、９０℃、１３０℃における蒸気圧はそれぞれ、０．０４ｔｏｒｒ、０．６ｔｏｒｒである。ＢＭＣＰニッケルの場合には融点は３４℃であり、９０℃、１３０℃における蒸気圧はそれぞれ、１．６ｔｏｒｒ、１５ｔｏｒｒである。
【００２４】
また、上記金属元素の導入量は、珪素膜中における金属元素の濃度が１×１０16ｃｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3となるように導入することが必要である。これは、金属元素の濃度が１×１０16ｃｍ-3以下であると、その効果が得られず、また金属元素の濃度が１×１０20ｃｍ-3以上であると、得られる結晶性珪素膜の半導体としての電気的な特性が阻害されてしまう（金属としての電気特性が表れてしまう）からである。
【００２５】
この様な金属元素の微量添加により、非晶質珪素膜の結晶化は著しく促進される。しかし、この方法だけでは結晶化に必要な時間は未だ数時間であり、マルチタスクの装置に必ずしも適合したものとは言えない。そこで発明者等は、これら金属元素の微量添加を行った非晶質珪素膜に対し、短時間の高温処理により、ガラス基板にダメージを与えることなく非晶質珪素膜を結晶化せしめることが可能であることを発見するにいたった。
【００２６】
ただし、この短時間の高温処理（一般的にはＲａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ  通称ＲＴＡ、あるいはＲａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  通称ＲＴＰと呼ばれている）自体は、それほど新規なプロセスではない。単結晶におけるシャロウな接合を形成する技術として一般的な技術であり、これを用いて非晶質珪素の結晶化を行う例もアメリカを中心として研究が進められている。発明者が注目したのは、これら短時間の高温処理においても金属元素の微量添加は非常に有効であり、具体的にはこれら金属元素を添加していない非晶質珪素膜の結晶化には短時間の高温処理として８００℃以上で数分間が必要であったのに対し、それよりも１００℃以上低温化し、かつ短時間で結晶化が可能であったことである。このことはマルチタスク構成を取る上で非常に好都合である。尚、このような短時間の高温処理の方法としては、光照射、ストリップヒーター、ガスバーナー等を用いることが可能であり、これらはＳＯＩで研究された方法を用いることが可能である。特にキセノンアークランプを集光して照射する方法が、制御性が高く優れていた。
【００２７】
この様にして得られた多結晶珪素膜を用いることにより、電界効果移動度として８０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ（ｎチャネルＴＦＴ）程度を再現性良く得ることが可能となった。これらの数値は、アクティブマトリクス型のＬＣＤを作製するにあたり、画素ＴＦＴに用いる場合には十分な数値である。しかしながら、多結晶珪素を用いた場合にはモノリシックとしてドライバーＴＦＴを一体型で形成できることが大きな特徴の一つであり、その場合には十分な駆動力を有するとは言えない数値である。
【００２８】
そこで、これら固相成長による多結晶珪素形成後に、エキシマレーザーを照射し、結晶性を向上させることにより、電界効果移動度として２００ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ（ｎチャネルＴＦＴ）程度を再現性良く得ることが可能であることが判明した。この数値は、エキシマレーザーのみを用いても得られているが、今回の様な２段階の結晶化プロセスとしたほうが安定性、プロセスマージンの両面から望ましかった。特に触媒となる金属元素が添加されていることにより、レーザー結晶化に対するエネルギーのマージンが稼げ、比較的低いエネルギー密度で高い電界効果移動度が得られるという特徴があった。これらを比較すると、下表の様になる尚、表１においては４段階評定として良い方から◎、○、△、×とした。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
また、レーザー光を照射し、結晶化を助長せしめる際に基板を加熱した状態で、かつガラス基板の歪点以下の温度で加熱を行うことは有効であった。
【００３１】
レーザー光を照射する際に基板を加熱した状態で行うのは、一つにはレーザー光の照射によるアニール効果を高めるためである。またもう一つの理由として、成膜から結晶化までを一貫したマルチタスクで行う本装置構成においては、各処理室における処理温度に差が少ない方がガラスに対しサーマルショックを与えずに済み、またスループットも向上させやすい。サーマルショックはガラスの破損のみならず、その上に形成された多結晶珪素に局所的な応力を与え、場合によってはピーリングをまねく場合があるので注意が必要である。具体的な数値としては、１．１ｍｍあるいは０．７ｍｍのガラス基板使用を前提とした場合（ガラスの種類により若干異なるが）、各処理温度の差が１００℃以上あると経験的に問題が生じる。この問題とは、一つには前述の様なサーマルショックの問題であり、他には熱容量の問題から次の処理温度に落ちつくまでに時間がかかりすぎ、スループットが低下することも含む。一つの装置としてマルチタスクで各処理を行い、冷却及び加熱による時間のロスを最低限とするためには、各処理温度差が５０℃以内であることが望ましい。
【００３２】
また、上記構成のアプリケーションとして、非晶質珪素膜を金属元素の微量添加及び加熱処理によりまず結晶化させ、しかる後にレーザー光の照射によってさらにその結晶性を向上させ、さらに加熱処理を加えることにより、得られた珪素膜中の欠陥密度を減少させるといった構成、あるいはレーザー光の照射によって直接結晶化し、さらに加熱処理を加えることにより、得られた珪素膜中の欠陥密度を減少させる（この場合には金属元素の微量添加は行っても、行わなくても良い）といった構成をとることができる。
【００３３】
表２に示すのは、非晶質珪素膜に対してニッケル元素を導入し、さらに加熱処理を加えることによって結晶化させ、結晶性珪素膜を得た場合の膜中におけるスピン密度を調べた結果である。スピン密度は、膜中の欠陥密度を示す指標として理解することができる。
【表２】
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図８において、Ｎｏ１、２、５は、ニッケル元素の導入後に加熱処理を行っただけの試料である。Ｎｏ３は、加熱処理の後にＬＣ（レーザー光の照射）を行った試料である。Ｎｏ４は、加熱処理の後にＬＣ（レーザー光の照射）を行い、さらに加熱処理を行った試料である。図８を見れば明らかなように、レーザー光の照射後にさらに加熱処理を加えた試料（Ｎｏ４）のスピン密度が一番小さいことが分かる。
【００３４】
このように、レーザー光の照射の後に加熱処理を加えることは、膜中の欠陥密度を減少させるために極めて有効である。なおこのレーザー光の照射後に行われる加熱処理の温度は、５００℃以上とすることが有効である。またその温度の上限はガラス基板の歪点によって制限され、本発明の装置構成においては、加熱結晶化用処理室と兼用することが合理的であると考えられ、温度もそれと同様であることが望ましい。
【００３５】
次に何故「ポリシランを用いた減圧熱ＣＶＤによる非晶質珪素膜の形成手段」が望ましいのかについて説明を加える。
【００３６】
一般的に、固相結晶化（金属添加なし）の場合には、核発生密度が低くなるように非晶質珪素膜を作製することにより、結晶粒径を大きくすることが可能であることが良く知られている。また、エキシマレーザーを用いたレーザー結晶化には、水素の噴水現象を防ぐべく、水素量の少ないＬＰ膜が耐レーザー性の面から有効であることも良く知られている。しかしながら、金属元素を添加した場合にどのような非晶質珪素膜が有効であるかは、従来明らかではなかった。
【００３７】
まず一般的な固相結晶化と比較した場合、金属を添加することにより核発生密度が制御可能であるため、自発的な核発生密度はそれほど重要ではない。また水素量もそれほど重要ではない。今回最も重要であるのは結晶成長に伴う応力の発生である。
【００３８】
発明者等の研究によると、これら金属添加を行うと、まずこれらの珪化物が形成され、これらを核としてヘテロエピタキシャル成長の如く柱状結晶が成長することが判明している。特にニッケルを金属として選択した場合、ニッケルダイシリサイドがシリコンの格子定数と非常に近いため、ほぼ完全なエピタキシャル成長を行わせることができる。
【００３９】
そしてこれら柱状結晶の長さをできるだけ長くすることが、得られる多結晶珪素結晶の結晶性を高めることとほぼ等価である。そこで、出発の非晶質珪素膜として種々のものを使い、これらを詳細に評価したところ、出発膜の密度が低い場合には、柱状結晶が伸びる際に体積変化が大きく、周囲との間に発生する応力で途中で結晶成長が止まる、あるいは間に積層欠陥が発生して応力緩和を行う、の何れかが発生し、十分な結晶性を有せしめることができないことが判明した。即ち、重要なのは水素量でも作製方法でもなく、元々の非晶質珪素膜が結晶成長時に発生する応力である。
【００４０】
発明者等は、これらを応力の値として規定すべく、シリコンウエハー上に成膜、及び加熱結晶化を施して、この際に発生する応力値をウエハーの反り量から調査した。しかしながら残念なことに、このようにして得られた応力はマクロな応力であって、柱状結晶に周囲が及ぼすミクロな応力とは必ずしも一致せず、相関はきれいには取れなかった。そこで発明者は、次に非晶質珪素膜の密度を測定することとした。そして種々の方法（プラズマＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、蒸着、スパッタ）を用い、これらの密度を測定して、それらとの相関について調べた。
【００４１】
ここで蒸着法及びスパッタ法は完全に水素フリ─な膜をえることが可能であり、その密度も条件によっては単結晶珪素の０．９８倍程度まで高密度なものが得られた。ＬＰＣＶＤはプラズマＣＶＤと比較すると水素量は低めではあるが、成膜時の温度を高くすることによって水素量の低下以上に密度を大幅に高密度化することが可能であった。このことはテトラヘドラル系である非晶質珪素においては、水素量と密度は相関はあるものの完全には一致せず、それ以外のネットワークの繋がり方も影響を与えることを示唆する。
【００４２】
最後に一般的には多結晶珪素形成には向いていないと言われるプラズマＣＶＤであっても、基板温度を３００℃程度以上に高めることにより、十分実用に耐える高密度な非晶質珪素膜を得ることが出来た。
【００４３】
密度の測定方法としては、共鳴核反応法、フロ─テ─ション法、α線弾性散乱法等が上げられるが、そのどれを用いても十分注意深く実験すれば、有効数字２桁以上の測定値が得られ、今回の評価にはそれで十分であった。
【００４４】
重要なのは、具体的にどの程度の密度において良好な多結晶珪素を得られるかであるが、まず単結晶の０．９倍程度以上は最低限必要であった。即ち、単結晶の０．８倍程度のプラズマＣＶＤ膜ではスカスカで結晶化率が低い（ラマン分光による結晶性ピークと非晶質ピークの相対強度より算出）のに対し、若干水素出しを行ってから金属添加、結晶化を行ったものでは急激に結晶化率が高まったからである。そして水素出し後の非晶質珪素膜の密度は単結晶の０．９２倍であった。
【００４５】
そして密度が単結晶に近づいていけば行くほど、応力が緩和され、良好な結晶性を有する多結晶珪素が得られる様になる。ただ例外としてスパッタ膜では、高密度ではあるがアルゴンを膜中にかなり含んでおりそのためか結晶性は他の同密度の膜程は高くならなかった。
【００４６】
これら密度と結晶性の間に相関があることは判ったが、では具体的にはどの様な非晶質珪素膜の成膜方法が望ましいのであろうか。上述の密度以外の、不純物濃度、プロセスの安定性、再現性について考慮した結果、金属元素添加を行うことを前提とした場合の非晶質珪素膜としては、現状ではＬＰＣＶＤが最良であるという結論に達した。勿論、前述の密度の条件をクリアするためにはある程度以上の基板温度が必要であることは言うまでもない。そしてこの成膜時の温度が、基本的に各処理室における温度の標準となる。尚、プラズマＣＶＤにおいても、基板温度が高く、且つ装置構成が高真空対応で不純物レベルを非常に下げられる場合にはＬＰＣＶＤと同程度の半導体装置を形成することが可能である。
【００４７】
しかしながら、既存の製造装置及び製造プロセスにおいては、ＬＰＣＶＤを用いた場合であっても、大気中に一度暴露してしまうため、特性の良い界面を形成できず、やはり十分な特性を有する多結晶珪素からなる半導体装置を得ることは困難であった。そこで、最も重要なきれいな界面の接合を実現するためには、ＬＰＣＶＤによる珪素膜の成膜と、その上下の両方あるいはその一方に接して設ける必要がある絶縁膜を、連続的に大気に開放することなく成膜することで、特性の飛躍的な向上が可能であることが発明者らの実験により判明した。これは主として炭素汚染に起因すると考えられ、局所的な炭化物の形成が、結晶性の向上を阻害し、界面準位を増加させる原因となる。ここで、大気に暴露する工程があると半導体基板表面はその度に炭素により汚染されるが、本発明による装置構成を取ることにより、炭素による汚染を最小限に抑えることができる。そしてこれこそが本発明において、マルチタスクのクラスターツール構成で、結晶化により多結晶珪素膜を得るまでを一つの装置内で終了させる理由なのである。
【００４８】
本発明の具体的な例の一つを図１に示す。図１に示す装置は基本的には多目的に利用できるものであって、必要とする成膜やアニール処理を施す処理室を必要とする数で組み合わせることができる。図１に示す装置で処理される基板としては、ガラス基板、シリコン基板、その他絶縁基板や半導体基板を用いることができる。即ち、絶縁表面を有する基板であれば用いることができる。例えば、アクティブマトリクス型の液晶表示装置やイメージセンサー等の電気光学装置であれば安価なガラス基板を用いるのが一般的である。
【００４９】
例えば１０８を共通室である基板の搬送室とし、基板の各種処理を行なう処理室の内、１０１と１０２とを予備室とし、一方を基板の搬入用に用い、他の一方を基板の搬出用に用いる。図１においては、便宜上手前の２室を搬入用及び、搬出用としたが、これは装置のレイアウト及び装置構成等で自由に変更可能である。また、１０３は絶縁膜を形成するための減圧熱ＣＶＤ装置とし、１０４を非晶質珪素を成膜するための減圧熱ＣＶＤ装置とし、１０５をプラズマ処理によりニッケルを添加する添加室とする。また、１０６をキセノンアークランプ光照射によるアニールを行なうためのアニール室とし、１０７をレーザー照射により結晶性を高めるためのレーザー室とする、といった構成を採ることができる。なお、予備室も基板の搬入や搬出を行なう機能を有するという意味で処理室ということができる。  
【００５０】
このような組み合わせは任意に行なえるものである。これら組み合わせのできる要素としては、プラズマＣＶＤ、減圧熱ＣＶＤ（以下本明細書においてはＬＰＣＶＤと省略する）、光ＣＶＤ、マイクロ波ＣＶＤ、加熱炉、光照射によるアニール炉、を挙げることができる。より具体的には、絶縁膜の成膜工程をプラズマＣＶＤとする、あるいはニッケルの添加工程を有機ニッケル化合物を用いた光ＣＶＤによる、といった具合である。
【００５１】
また、これら各要素を連続して高いスループットで行うことは重要である。それは生産性だけの問題ではなく、汚染の防除のためにも重要である。その場合に最も問題となるのは基板温度を調節することであって、その手段として、
・各処理室の温度を揃える（±１００℃以内）
・温度調節プロセスの際に、比熱の小さなガス（例えばＨｅ）を導入して、温度平衡に達する時間を速くする
の２つの併用が現実的である。
【発明の効果】
【００５２】
本発明の構成を用いることで、非晶質珪素膜の成膜から前記非晶質珪素膜の結晶化までの工程を連続して一つの装置内で行うことが可能となった。また、更には基板上に非晶質珪素膜を形成する工程から、前記珪素膜を結晶化せしめて多結晶珪素膜を形成するまでを一度も大気に暴露することなく連続的に行うことが可能となった。
その結果、汚染、その中でも結晶化の代表的な阻害要因である炭素による汚染のレベルを従来よりも著しく低減することが可能となった。また、従来の方法においては、大気中に暴露する工程において自然酸化膜形成されてしまい、この酸化膜が特性の不安定化の一つの原因であったが、これを実質的に無視できるレベルで処理可能であり、その結果、半導体装置を作製する際の基板間バラツキを小さくすることが可能となった。
また、スループットにおいても、基板温度がほぼ同程度の処理をマルチタスクで行うという構成であるため非常に高く、従来法の１０倍以上のスループットが可能となった。
【００５３】
以下に実施例を加えて本発明を詳細に説明することとする。
【実施例１】
【００５４】
本実施例においては、本発明による多結晶珪素作製装置の基本的な動作方法について説明する。本実施例の構成を図１に示す。本実施例においては、１０１と１０２が予備室であり、基板の出し入れを行なう機能を有する。これらのチャンバーは、複数の基板が収められたカセットを保持する機能を有する。また当然不活性ガスの導入手段やクリーニングガスの導入手段、さらにはガス排気手段を有している。
【００５５】
１０３〜１０７は処理室であり、１０３と１０４とがＬＰＣＶＤ装置である。図示はしていないが、必要に応じて基板加熱のみを専用に行う温度調節チャンバーを独立に設けても良い。温度調節チャンバーとは、基板を所定の温度に加熱する機能を有するものであり、他のチャンバーでの成膜に先立ち、予め基板を加熱しておくために使用されるものである。
【００５６】
尚、これらの各処理室は、内部にヒーターを有していて（図１において処理室内に示してある丸い枠がそれに該当する）、基板を所定の温度に加熱する機構を有している。そして前記ヒーターの上に基板が設置され加熱されるのであるが、この際に基板をヒーターの上面に直接は置かず、ギャップを少し開けて設置する構成とすることが望ましい。具体的には、ヒーターと基板の間の距離が、０．１〜５ｍｍ、代表的には１ｍｍ、望ましくは０．５〜２ｍｍ程度が良い。この様な構成とすることにより、基板内の温度分布のバラツキを±３％以内に納めることが可能であった。また、レーザー結晶化に際しては、基板温度は得られる多結晶珪素の膜質に決定的な影響を与え、かつ非常に敏感である。その場合にもこの様に若干ギャップを開けて設置することにより、結晶の均一性を大幅に向上させることが可能となった。
【００５７】
１０８は基板の搬送室であり、ロボットアーム１０９によって基板が各チャンバー間を搬送される。ロボットアーム１０９は基板（１１０で示される）を１枚づつ予備室１０１あるいは１０２から取り出し、必要とする反応室に移動させる機能を有する。当然各処理室間においても基板を移動させることができる。また、この搬送室にも排気手段が設けられており、必要とする真空度にすることができる。
【００５８】
各チャンバー間の基板の移動は以下のようにして行なわれる。例えば、予備室１０１に保持される基板を処理室１０３と１０４とで処理し、予備室１０２に搬入する場合を考える。この場合まず、
（１）予備室１０１と搬送室１０８とを同一減圧状態（高真空状態が望ましい）とし、その状態においてゲイトバルブ１１１を開け、ロボットアーム１０９によって基板１１０を搬送室に取り出す。その後ゲイトバルブ１１１は閉める。
（２）搬送室１０８と処理室１０３とを同一減圧状態とし、その状態においてゲイトバルブ１１３を開け、ロボットアーム１０９に保持された基板１１０をプロセス室に搬入する。その後ゲイトバルブ１１３は閉める。
（３）処理室１０３において所定のプロセスが行なわれる。
（４）処理室１０３でのプロセス終了後、処理室１０３の真空度を搬送室１０８と同一減圧状態とし、その後ゲイトバルブ１１３を開け、ロボットアーム１０９によって基板を搬送室１０８に搬出する。そしてゲイトバルブ１１３は閉める。（５）搬送室１０８と処理室１０４とを同一減圧状態とし、その状態においてゲイトバルブ１１４を開け、ロボットアーム１０９に保持された基板を処理室１０４に搬入する。その後ゲイトバルブは閉める。
（６）処理室１０４において所定のプロセスが行なわれる。
（７）処理室１０４でのプロセス終了後、処理室１０４の真空度を搬送室１０８と同一減圧状態とし、その後ゲイトバルブ１１４を開け、ロボットアーム１０９によって基板を搬送室１０８に搬出する。そしてゲイトバルブ１１４は閉める。（８）搬送室１０８と予備室１０２とを同一減圧状態とし、その状態においてゲイトバルブ１１２を開け、ロボットアーム１０９によって基板を予備室１０２に搬入し、その後ゲイトバルブ１１２を閉める。
【００５９】
以上のようにして、一枚の基板を外気に曝すことなく、２回またはそれ以上の処理を連続的に行なうことができる。これらの処理としては成膜だけでなく、アニール等も行なえることは有用である。
【００６０】
上記（１）〜（８）の工程を繰り返すことにより、予備室１０１に搬入されているカートリッジに保持された複数の基板を次から次へと連続的に処理することができる。そして、処理の終了した基板は、予備室１０２のカートリッジに自動的に保持されることになる。また上記の成膜工程において、処理室１０３が稼働中において処理室１０４をクリーニングし、逆に処理室１０４が稼働中に処理室１０３をクリーニングすることによって、全体の動作を止めることなく、クリーニングを行いながら連続した処理工程を行うことができる。このようなクリーニングとしては、NF3 によるチャンバー内のプラズマクリーニングを挙げることができる。
【実施例２】
【００６１】
図１に示す多目的成膜装置を用いてＴＦＴの活性層形成を目的とした多結晶珪素を作製する例を示す。まず、本実施例において用いる多目的成膜装置について説明する。本実施例においては、１０１、１０２を基板の搬入搬出を行なうために予備室とした。特にここでは１０１を基板搬入用に、１０２を基板搬出用とした。また１０６をキセノンアークランプの短時間照射によるラピットサーマルアニールプロセス（ＲＴＡまたはＲＴＰという）、または予備加熱を行なう処理室とし、１０３をＬＰＣＶＤ法によって下地膜として使用する酸化珪素膜（あるいは酸化窒化珪素）を成膜する処理室とし、１０４をジシランを原料としてＬＰＣＶＤ法により非晶質珪素膜を成膜する処理室とし、１０５を窒素プラズマ処理により、電極材料のニッケルを気相中から、前記非晶質珪素の上または下に微量に添加する処理室とする。また各処理室には、各処理室を減圧状態にするための排気手段、さらには必要とされるガスを導入するためのガス導入手段が設けられている。
【００６２】
以下に作製工程を示す。まず、基板としてコーニング１７３７ガラス基板（５インチ角）２０１を予備室１０１に搬入し、十分真空引きをする。この真空引きは、十分真空引きをされた搬送室１０８とほぼ同一の圧力になるまで行なうのが好ましい。そしてゲイトバルブ１１１を開け、ロボットアーム１０９によって、予備室１０１内の基板を搬送室１０８に移送する。図１においては、図２における基板２０１は１１０として示されている。なお、以下においてはその上に成膜されている膜も含めて基板という。そして、同じくほぼ同一圧力に真空引きがされた反応室１０３との間のゲイトバルブ１１３を開け、基板を搬入する。基板搬入後にゲイトバルブ１１３を閉め、この反応室１０３内において、厚さ２０００Åの酸化窒化珪素膜２０２を、シラン（ＳｉＨ4 ）−亜酸化窒素（Ｎ2 Ｏ）を原料ガスとして、基板温度３５０℃で成膜する。
【００６３】
酸化窒化珪素膜２０２の成膜後は、反応室１０３を搬送室１０８と同じ真空度まで真空引きする。そして、ゲイトバルブ１１３を開き、ロボットアーム１０９によって基板を搬送室に基板を移送する。次に同じく真空引きのされたニッケル添加室１０５に基板を搬入する。このニッケル添加室１０５は、平行平板型のプラズマＣＶＤとほぼ同様の構成を持っており、上部の電極がニッケル板で、この内部にプラズマを立てることにより電極材質のニッケルを下地酸化窒化珪素膜２０２上に微量形成することができる。今回は窒素プラズマを形成し、基板温度を３５０℃で１分間処理を行った。
【００６４】
次に、非晶質珪素膜２０３を形成すべく、非晶質珪素成膜室１０４に基板を搬送する。尚、今後本明細書において、詳細な搬送の順序等に関しては実施例１と同様であるため省略する。非晶質珪素成膜室１０４では、ジシランを原料としてＬＰＣＶＤ法によって非晶質珪素膜を形成する。特に今回の様に下地上に金属元素の微量添加を行った場合には、プラズマを形成するとチャンバー内の汚染（金属元素での）に繋がる可能性があるが、ＬＰＣＶＤの場合にはその恐れが低く好適であった。代表的な非晶質珪素膜の成膜条件を示す。
Ｓｉ2 Ｈ6     １００〜５００ｓｃｃｍ
Ｈｅ          ５００ｓｃｃｍ
成膜温度      ４００℃〜５００℃  
成膜圧力      ０．１〜１Ｔｏｒｒ
【００６５】
尚、今回は下地酸化窒化珪素膜の成膜温度との差を小さくするために、成膜温度として４００℃を選択した。また、非晶質珪素膜２０３の厚みは５００Åとした。
【００６６】
次に、基板をキセノンアークランプによるアニール室１０６に搬送する。ここで７００℃５分間の加熱により、前記非晶質珪素膜２０３を多結晶珪素２０４へと結晶化せしめた。この際に、１７３７ガラスの歪み点は６６９℃であり、その温度を超えているためガラスへのダメージが懸念されるが、５分程度の加熱においては全く変化が観測されなかった。また、ランプ照度の分布を調節して、必要な部分のみを７００℃以上に加熱を施し、結晶化が必要でない領域の温度を歪み点以下に抑えることは有効で、これらの方法により更に耐熱性の低いガラスにおいても本プロセスを適用することが可能となる。勿論、基板内の温度差があまりに大きすぎると熱歪みによる基板破壊等の問題が生じるため注意が必要である。尚、このアニールは、水素、窒素ベースの水素（フォーミングガス）等の還元雰囲気で行うことが望ましかった。
【００６７】
最後に、基板を取り出し用の予備室１０２に搬送し、基板温度が充分に低下してから大気中にカセットを取り出す。以上で、多結晶珪素を得る。
【００６８】
尚、各成膜工程、及び結晶化工程における基板搬入後の均熱化プロセスにおいて、比熱の小さな気体、特にＨｅを用いて均熱化に必要な時間の短縮を行うことは有効であった。具体的に成膜工程においては、基板搬入後ゲートバルブを閉じ、Ｈｅガスを導入して基板を均熱状態（平衡状態）にする。均熱状態に達した後Ｈｅガスの供給を中止し、プロセスガスを導入して成膜を行うと良い。同様にレーザー処理においても均熱に達するまではＨｅガスを導入し、レーザー処理の際にはプロセスに適した雰囲気（酸素中等）において処理を行うと良い。効果としては、真空中で伝熱により基板が平衡状態に達するのと比較し、１／６〜１／７の時間で平衡状態に達することが可能であった。勿論、ＲＴＡによる熱結晶化工程においても同様のプロセスが適用できる。
【００６９】
尚、本実施例において示している様に、基本的な構成としてはＣｔｏＣ（Ｃａｓｅｔ−ｔｏ−Ｃａｓｅｔ）を念頭においている。しかしながらカセットを用いない完全な枚葉プロセス（カセットレス）においても本発明が有効であることは言うまでもない。その場合には、予備室１０２の代わりに、ロードロック機構を有する容量の小さな外部への搬出用の処理室を用意し、そこから外部へと枚葉で取り出す構成とすれば良い。
【実施例３】
【００７０】
本実施例は、実施例２において下地酸化窒化珪素膜上に添加したニッケルを、非晶質珪素膜上に添加を行った例である。即ち、実施例２においては、下地酸化窒化珪素を処理室１０３において成膜後、ニッケル添加室１０５に搬送して、ニッケル添加、その後非晶質珪素成膜室１０４において成膜、という順番であったが、このニッケル添加室１０５と非晶質珪素成膜室１０４の順番を入替えることに相当する。他の結晶化工程等は実施例２と同様であるため割愛する。
【００７１】
得られた多結晶珪素について実施例２との差を示す。簡単に言ってしまうと、実施例２の方法で得られた多結晶珪素はプレーナー型で、ゲ─トが多結晶珪素上に（勿論ゲート絶縁膜を形成した後である）にあるＴＦＴに適しており、今回の実施例３の製法はスタガ型の様に、多結晶珪素の下にある場合に適している。即ち、ニッケルを添加した場所の裏側をチャネルに用いることが望ましいということになる。
【実施例４】
【００７２】
本実施例は、実施例３の構成において、ニッケル添加をプラズマ処理の代わりに、ニッケルを含有するベーパーからの添加を行った例に関する。
【００７３】
ニッケル添加方法は次の通りである。まずニッケル化合物を超純水、あるいはエタノール等の溶媒に溶解せしめて溶液とする。そしてこれにキャリアガスとして窒素、あるいはアルゴンを用いてこれら溶液をニッケル添加室に搬送して、基板上に堆積せしめる。溶液中でのニッケル濃度を制御することにより、前述の様な非常に低濃度のニッケル量の制御が可能となる。
【００７４】
実施例２及び３においては、ニッケル添加室１０５中にはニッケル板からなる電極と、電極間にＲＦを印加する電源（図示せず）と、基板加熱のためのヒーターとを有していた。それに対し本実施例の構成においては、ニッケル添加室１０５の中には、ベーパーを基板表面に供給するためのノズル、及びヒーターのみが存在すれば良いこととなり、装置の簡略化が可能である。ただし、本質的に液体を供給する構成であるため、排気系は特別に考慮する必要がある。
【００７５】
本実施例の構成とすることの利点としては、実施例２及び３のプラズマ処理が本質的に荷電粒子で非晶質珪素あるいは下地膜にダメージを与える工程であるのに対し、ダメージフリーであるという特徴が挙げられる。
【００７６】
尚、ニッケル添加以外の工程は実施例３と同様であるため省略する。
【実施例５】
【００７７】
本実施例は、実施例３のニッケル添加を、有機ニッケル化合物を用いたＭＯＣＶＤにより非晶質珪素膜上にニッケルを添加する構成に関する。
【００７８】
基板の処理方法について、図２を用いて説明する。
【００７９】
まず、基板１１上に酸化珪素膜１２を処理室１０３においてＬＰＣＶＤ（減圧熱ＣＶＤ）法によって形成した。酸化珪素膜１２の厚さは１０００〜５０００Å、例えば、２０００Åとした。（図２（Ａ））
【００８０】
次に、非晶質珪素膜１３をＬＰＣＶＤ法によって、処理室１０４で１００〜１５００Å形成する。ここでは、非晶質珪素膜１２を５００Åの厚さに成膜した。（図２（Ｂ））
【００８１】
ニッケル添加室１０５に基板を搬送した。ニッケル添加室の構成を図２（Ｅ）に示す。ここで、ニッケル添加室１０５について簡単に説明する。ニッケル添加室１０５には外部からガスを導入するチューブと排気するチューブが接続されており、前者は２系統ある。第１は有機ニッケルガス・蒸気を導入する系統であり、第２はそのキャリヤガスである。第１の系統では、ベーパライザーから発生した有機ニッケルガス・蒸気（例えば、ＢＭＣＰニッケル）を適当なガス（例えば、アルゴンや水素）によって搬送する。この際には有機ニッケルが配管内に凝結しないように、配管は適当な温度、好ましくはベーパライザーと同じ温度か、それよりも高い温度に保たれている必要がある。
【００８２】
第１のガス系統からは有機ニッケルガス・蒸気が得られるが、その濃度を必要とする量に制御することは難しい。すなわち、蒸気圧はベーパライザーの温度によって決定されるからであり、温度のわずかの違いによって濃度が著しく変動するからである。そこで、第２のガス系統からキャリヤガス（例えば、アルゴンや水素）を導入して、有機ニッケルガス・蒸気を希釈する。その濃度比はバルブＶ１とＶ２によって制御される。
【００８３】
このようにして有機ニッケルガスもしくは蒸気はニッケル添加室１０５に導入される。チャンバー内には平行平板型の電極２０６および２０７を設けてあり、さらに、チャンバーの外にＲＦ電源２０５を設けてある。これは、電極間にプラズマを発生させて、チャンバー内に残留するニッケルをクリーニングするためのものである。
【００８４】
チャンバー内にはヒーター２０４およびサセプター２０２を設け、その上に試料２０３を置く。もちろん、チャンバー全体も有機ニッケルが凝結しない程度の温度に保つことが望まれる。そして、基板は、その温度よりも高温に加熱され、有機ニッケルが熱分解する温度に保持されることが必要である。
【００８５】
本構成のチャンバーを用いたニッケル膜の堆積方法について述べる。まず、Ｖ１、Ｖ２を閉じたまま、Ｖ３を開き、チャンバー内を適当な圧力まで排気する。そして、基板を搬送、セットする。尚、ヒーター２０４によって、基板を４００〜５５０℃、今回は４５０℃に加熱する。
【００８６】
この状態でＶ３を閉じ、Ｖ１およびＶ２を開いて、有機ニッケルガスを導入する。そして、必要な量だけ有機ニッケルガスが導入されたら、Ｖ１とＶ２を閉じる。この結果、チャンバー内には有機ニッケルガスとキャリヤガスが閉じ込められ、有機ニッケルガスは基板上で熱分解して、基板表面にはニッケル化合物膜１４が形成される。（図２（Ｃ））
【００８７】
その後、まず、Ｖ２およびＶ３を開き、チャンバー内から有機ニッケルガスを完全に除去する。これはチャンバー内に有機ニッケルガスが残存していると、固相成長工程においても継続的にニッケルが導入されて、珪素膜中のニッケルの濃度が過剰になってしまうからである。そして処理室１０６に基板を搬送し、ＲＴＡにより結晶化を行うプロセス以降は実施例３と同様である。
【００８８】
本実施例の方法も、実施例４と同様にダメージフリーであるという特徴を有していた。尚、本実施例はＭＯＣＶＤ、特に熱ＣＶＤを用いたニッケル添加の例であった。これは、基板加熱が時間的なロスを伴わないという本発明の装置における特殊な事情とも関連している。仮に各処理室において処理温度が著しく低温化が可能となった場合、ＭＯＣＶＤでは対応が困難となる可能性がある。その場合には光ＣＶＤを用いた構成としても、ほぼ同様の処理が可能である。
【実施例６】
【００８９】
本実施例では、実施例２で示したニッケル添加及びＲＴＡによる結晶化の後、レーザーアニールを加えて更に結晶性の高い多結晶珪素を形成する工程に関する。図３に、図１で示した多結晶珪素作製装置の横断面図を示す。
【００９０】
まず、図３を用いて、基板をレーザー処理室に搬送するまでの手順を示す。処理室１０６においてＲＴＡにより加熱結晶化を施した基板１１０を、次いでレーザー処理室１０７に搬送する。レーザー処理室１０７中には、加熱した状態を保持しつつ可動することが可能なステージ１１８が設置されている。そして、前記ステージ１１８上に設置された基板１１０をレーザーで照射、結晶化向上をせしめる。また、レーザー照射時の雰囲気をコントロールするために、ゲート弁１１７及び、独立した真空系、排気系を備えている。
【００９１】
尚、レーザーを照射する際に、ビーム形状を線状としてスイープあるいはステップにより大面積基板全体への照射を行うが、ここでスキャンするのは、レーザーあるいはステージのどちらかとなる。当社の研究によれば、レーザー自体をスキャンすると微小な振動による光学系のブレが問題となり、ステージを可動式とする今回の方式の方が望ましいとの結論に達した。ただし、スペース効率を考えると、大型基板をスキャンするには大型チャンバーが必要であり、光学系のブレの問題が技術進歩によりクリアされれば、レーザービーム自身をスキャンする方が有効となる可能性がある。
【００９２】
次に、レーザー照射工程に関し、図３の横断面図を用いて更に説明を加える。              
【００９３】
１０７で示される室は、レーザー光を基板に対して照射するためのレーザー処理室である。この室では、レーザー照射装置１２２から照射されたレーザー光をミラー１２１で反射させて合成石英の窓１２０を介して、基板が置かれるステージ１１８上に配置された基板上に照射することができる。ステージ１１８は、基板を加熱する手段を備えており、また矢印１１９で示されるように１次元方向に移動する機能を有している。  
【００９４】
レーザー照射装置１２２は、例えばＫｒＦエキシマレーザーを発振する機能を有し、幅数ミリ〜数センチ、長さ数十センチの線状ビームに成形されたレーザー光を基板（試料）に向かって照射する。
【００９５】
この線状のレーザービームは、１１９で示される移動方向と直角な方向に長手方向を有する。即ち、図３における紙面手前方向から紙面向こう方向に向かって長手方向を有する。そして、この線状のレーザー光を照射しつつ基板をステージ１１８ごと矢印１１９で示される方向に移動させることによって、基板全体にレーザー光を走査しつつ照射することができる。
【００９６】
代表的な照射条件を示す。ＫｒＦエキシマーレーザー１２２（波長２４８ｎｍまたはＸｅＣｌエキシマレーザー  ３０８ｎｍ、共にパルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、多結晶珪素の結晶化を向上せしめる場合、レーザーのエネルギー密度は２００〜４００ｍＪ／ｃｍ2 、好ましくは２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ2 とし、また、レーザー照射の際には基板を３００〜５００℃に加熱、今回は４５０℃加熱とした条件で処理を行った。
【００９７】
尚、本実施例においては予めＲＴＡを用いて多結晶珪素を形成し、それを更に結晶性向上せしめるためにレーザー照射を行った。これがバラツキ低減も含めて発明者等が最適であると考えるプロセスだからである。しかしながら、単純に高電界効果移動度を求める場合、結晶化をレーザー結晶化のみとした方が有利な場合があることは事実である。これは、非晶質珪素膜の方が、多結晶珪素膜よりもレーザーに対して敏感であることに起因する。そこで、単純に高電界効果移動度を求める様な特殊な事情においては、ＲＴＡは必要に応じて水素を非晶質珪素膜から放出せしめる程度に留め、熱結晶化を行わずにレーザー結晶化のみを行う構成としてもよい。
【００９８】
結晶化後、基板を搬出する工程等は実施例２と同様であるため割愛する。
【００９９】
本実施例により得られた多結晶珪素を用いて、ゲート酸化珪素を１５００ÅとしたＡｌゲートＴＦＴを作製した。その結果、電界効果移動度として１９０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ（ｎチャネルＴＦＴ）程度を再現性良く得ることが可能であった。安定の尺度として変動係数に換算すると１０％以下であった。
【０１００】
尚、最後のレーザー結晶化を行わない場合には、同様の構成のＡｌゲートＴＦＴＮＩおいて電界効果移動度として８０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ（ｎチャネルＴＦＴ）、変動係数８％以下を得た。これらの数値は、モノリシックとしてドライバーＴＦＴ一体型の液晶表示装置への応用を考えた場合、十分な駆動力を有するとは言えない数値であり、変動係数が殆ど悪化せず電界効果移動度が２倍程度に高まるレーザー処理工程（熱結晶化工程の後に行う）の効果が確認できた。
【実施例７】
【０１０１】
本実施例は、本発明による方法及び装置を用いて多結晶珪素を形成し、該多結晶珪素を用いてガラス基板上にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）からなる回路を形成する実施例に関する。
【０１０２】
図４及び図５に本実施例に示す薄膜トランジスタ回路の作製工程を示す。本実施例に示す構成は、ガラス基板上にＮＴＦＴ（Ｎチャネル型薄膜トランジスタ）とＰＴＦＴ（Ｐチャネル型薄膜トランジスタ）とを形成する工程を示す。
【０１０３】
本実施例に示す構成は、ＮＴＦＴを低ＯＦＦ電流特性となるように工夫して設け、ＰＴＦＴを高移動度の特性を有するものとして設けてある。本実施例に示す工程は、例えばガラス基板上に集積化されるＣＭＯＳ構成を有する電子回路に利用することができる。
【０１０４】
まず図４（Ａ）に示すようにガラス基板（コーニング７０５９ガラス基板またはコーニング１７３７ガラス基板）５０１上に下地酸化膜として酸化珪素膜５０２を形成する。勿論この工程は図  における処理室１０３に基板を搬送し、減圧熱ＣＶＤ法により５００〜５０００Å、今回は２０００Å形成した。
【０１０５】
次に処理室１０４（非晶質珪素成膜室）に基板を搬送し、非晶質珪素膜をＬＰＣＶＤ法（減圧熱ＣＶＤ法）で５００Åの厚さに形成する。その後処理室１０５（ニッケル添加室）に基板を搬送し、非晶質珪素膜上にニッケルを添加する。ニッケル添加方法は、他の実施例に示した様に、プラズマ処理法、ＭＯＣＶＤ法等の中から選択されるが、今回はプラズマ処理法によりニッケルを添加した。
【０１０６】
次いで処理室１０６に基板を搬送し、ＲＴＡにより７００℃５分間の処理で、前記非晶質珪素膜を多結晶珪素膜に変成せしめる。その後レーザー処理室１０７においてエキシマレーザーにより、より結晶性を高める工程を加えた。また本実施例においては、前記レーザー照射の後に再び処理室１０６においてＲＴＡにより熱処理を加えた。これは発明の詳細な説明において示したとおり、多結晶珪素膜中に含まれる欠陥密度を低減するためである。雰囲気としてはフォーミングガス（水素３％窒素９７％）をフローした状態で行った。以上で本発明の装置及び方法による多結晶珪素膜形成工程を終える。
【０１０７】
次に前記多結晶珪素作製装置から基板をカセットごと搬出し、次の工程に移る。まずゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜５００をプラズマＣＶＤ法によって１０００Åの厚さに形成する。この酸化珪素膜５００は、後にＮＴＦＴの低濃度不純物領域を形成するための半透過マスクとしても機能する。  
【０１０８】
次にスカンジウムを0.1 ｗｔ％含むアルミニウム膜をスパッタ法で６０００Åの厚さに形成する。スカンジウムを含有させるのは、後の工程において、アルミニウムの異常成長を抑制するためである。
【０１０９】
次に３〜１０％の酒石液、硼酸、硝酸が含まれたＰＨ≒７のエチレングルコール溶液中において、先のアルミニウム膜を陽極とした陽極酸化を行い、その表面に緻密な陽極酸化膜（酸化アルミニウム膜）を２００Å程度の厚さに形成する。この陽極酸化膜は、後の工程においてアルミニウム膜上に形成されるレジストマスクの密着性を向上させるために設けられる。
【０１１０】
また、陽極酸化の代わりに酸化力の強い溶液（例えばオゾン水）を用いて洗浄を行い酸化膜を形成するのでもよい。ただしこの方法を用いた酸化膜の形成は、数１００Å以下程度の厚さでしか酸化膜を形成することができないという制限がある。
【０１１１】
そして図示しないレジストマスクを配置し、ゲイト電極５０５と５０６の形成を行う。次に電解溶液として３〜２０％のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性水溶液を用いて、ゲイト電極５０５と５０６を陽極とした陽極酸化を行う。
【０１１２】
この工程において、図４（Ａ）の５０７、１０８で示される多孔質状の陽極酸化膜が形成される。この陽極酸化膜の厚さ（成長距離）は、６０００Åとする。この陽極酸化はアルミニウムの表面から内部に進行する。
【０１１３】
この陽極酸化膜の厚さで後の工程で形成されるＮＴＦＴの低濃度不純物領域の幅を決めることができる。この陽極酸化膜の厚さ（成長距離）は、陽極酸化時間で制御することができる。
【０１１４】
次に図示しないマスクを除去し、再び電解溶液中において、ゲイト電極に電流を印加し、陽極酸化を行う。この陽極酸化は、電界溶液として３〜１０％の酒石液、硼酸、硝酸が含まれたＰＨ≒７のエチレングルコール溶液を用いる。ここで形成される陽極酸化膜は緻密なバリヤ型の陽極酸化膜（酸化アルミニウム膜）となる。この陽極酸化膜は、５０Å〜２５００Å程度の厚さに制御することができる。ここでは、２００Åの厚さに陽極酸化膜を形成する。こうして、緻密な陽極酸化膜５０９が形成される。
【０１１５】
この緻密な陽極酸化膜は、多孔質状の陽極酸化膜５０７や５０８中に電解溶液は浸透する（またはイオンが多孔質状の陽極酸化膜中に侵入する）ために、５０９で示される部分に形成される。この緻密な陽極酸化膜５０９は、後の工程においてアルミニウムの異常成長や溶解、さらには拡散を防止するためのバリア膜として機能する。
【０１１６】
また、緻密な陽極酸化膜の形成方法としては、陽極酸化の代わりに酸化力の強い溶液（例えばオゾン水）を用いて洗浄を行い酸化膜を形成するのでもよい。
【０１１７】
以上のような工程を経て、ゲイト電極５０５の周囲に緻密な陽極酸化膜５０９とその側面に多孔質状な陽極酸化膜５０７を形成した状態を得る。また、ゲイト電極５０６の周囲に緻密な陽極酸化膜５０９とその側面に多孔質状な陽極酸化膜５０８を形成した状態を得る。（図４（Ａ））
【０１１８】
次にＮＴＦＴとなる領域をレジストマスク５１０で覆う。そして、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜５０７を除去する。（図４（Ｂ））
【０１１９】
さらに露呈している酸化珪素膜１００１をプラズマエッチングによって除去する。こうして、ゲイト電極５０５の下に酸化珪素膜が残存した状態が得られる。（図４（Ｃ））
【０１２０】
図４（Ｃ）に示す状態においては、ゲイト電極５０５下に１００２で示されるように選択的に酸化珪素膜が残存している状態となっている。
【０１２１】
次に図４（Ｄ）に示すようにＢイオンの注入をイオンドーピング法またはプラズマドーピング法で行う。この結果、ソース領域５１１とドレイン領域５１３が自己整合的に形成される。また、５１２で示される領域がチャネル形成領域として画定される。（図４（Ｄ））
【０１２２】
なお、陽極酸化膜５０９の厚さの分でオフセットゲイト領域が、チャネル形成領域５１２とソース領域５１１との間、さらにチャネル形成領域５１２とドレイン領域５１３との間に形成される。
【０１２３】
しかし、本実施例の場合は陽極酸化膜５０９の厚さが２００Åと薄いので、オフセットゲイトの幅も２００Å程度と小さいものとなる。従って、本実施例に示す構成においては、オフセットゲイトの効果は小さいものとなる。このような場合は、オフセットゲイト領域の存在を無視することができる。即ち、チャネル形成領域５１２とドレイン領域５１３とは実質的に接した状態と見なすことができる。また同様にチャネル形成領域５１２とソース領域５１１とは実質的に接した状態と見なすことができる。
【０１２４】
次に図５（Ａ）に示すようにレジストマスク５１０を除去し、新たなレジストマスク５１４を配置する。このレジストマスクは、ＰＴＦＴを覆いＮＴＦＴを露呈させるマスクパターンを有している。
【０１２５】
そして、露呈している酸化珪素膜１００３をプラズマエッチングによって除去する。この状態では、多孔質状の陽極酸化膜５０８は残存しており、その下には酸化珪素膜１００４が残存している。
【０１２６】
そして、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜５０８を除去する。（図５（Ｂ））
【０１２７】
図５（Ｂ）に示す状態を得たら、図５（Ｃ）に示すようにＰイオンの注入をイオンドーピング法を用いて行う。この工程においては、ドーピング条件を適当に選択することにより、高濃度にＢ元素がドーピングされた領域（高濃度不純物領域）５１５と５１９を自己整合的に形成することができる。また同時に低濃度にＢ元素がドーピングされた領域（低濃度不純物領域）５１６と５１８を自己整合的に形成することができる。
【０１２８】
上述のように高濃度不純物領域と低濃度不純物領域とを自己整合的に作り分けることができるのは、図５（Ｂ）の工程において除去された陽極酸化膜５０８の下の部分に残存した酸化珪素膜１００４が存在するからである。即ち、酸化珪素膜１００４が存在する領域では、その下の活性層に注入されるイオンの数が減るので、低濃度不純物領域５１６と５１８とが形成されることになる。また、酸化珪素膜が存在せずに活性層（半導体層）が露呈している領域では、活性層に直接Ｐイオンが注入されるので、高濃度不純物領域５１５と５１９とが形成される。（図５（Ｃ））
【０１２９】
本実施例においては、５１５がドレイン領域になり、５１９がソース領域になる。また、５１６で示される低濃度不純物領域が一般的にいわれるＬＤＤ（ライトドープドレイン）領域となる。
【０１３０】
また上記のＰイオンの注入によって、ゲイト電極５０６下の活性層にはＰイオンが注入されないのでチャネル形成領域５１７が画定される。
【０１３１】
なお、緻密な陽極酸化膜の膜厚の分で形成されるオフセットゲイト領域の存在は無視できるので、チャネル形成領域５１７と低濃度不純物領域５１６とは実質的に接して存在していると見なすことができる。また同様にチャネル形成領域５１７と低濃度不純物領域５１８とは実質的に接して存在していると見なすことができる。
【０１３２】
次にレジストマスク５１４を除去し、全面にレーザー光の照射および／または加熱処理を行う。この工程において、先の工程で不純物イオンが注入された領域の活性化とイオンの衝撃で生じた損傷がアニールされる。
【０１３３】
次に層間絶縁膜５２０を形成する。ここでは、プラズマＣＶＤ法により、酸化珪素膜を６０００Åの厚さに形成する。さらにコンタクトホールの形成を行い、ＰＴＦＴのソース電極５２１とドレイン電極５２２の形成を行う。さらにＮＴＦＴのソース電極５２４とドレイン電極５２３の形成を行う。こうしてＰＴＦＴとＮＴＦＴとを同一ガラス基板上に形成する。図５（Ｅ）
【０１３４】
図５（Ｅ）に示す構成において、ドレイン電極５２２と５２３とを接続し、さらにゲイト電極同士を接続すれば、ＮＴＦＴとＰＴＦＴとを相補型に構成したＣＭＯＳ構成が得られる。
【０１３５】
本実施例で示す構成では、ＰＴＦＴには移動度の低下の原因となる低濃度不純物領域を形成していないので、ＰＴＦＴの移動度を最大限大きくすることができる。
【０１３６】
また、ＮＴＦＴにはＯＦＦ電流特性を改善するために効果のある低濃度不純物領域５１６と５１８を配置してあるので、ＯＦＦ電流特性の低いＮＴＦＴを得ることができる。また、低濃度不純物領域が存在するためにホットキャリアの影響による劣化の問題を抑制できるという利点も得ることができる。また、低濃度不純物領域が存在するために移動度を下げる効果を得ることができる。また、低濃度不純物領域が存在するためにソース／ドレイン間の抵抗を高くすることができＶthを高くすることができる。
【０１３７】
また、ＰＴＦＴにおいてはソース／ドレイン間の抵抗を低くすることができるので、Ｖthを小さくすることができる。また低濃度不純物領域が存在しないために高移動度の低下を抑制することができる。
【０１３８】
即ち、本実施例に示すような構成を採用することで、移動度が低めでＶthを少し高くしたＮＴＦＴを得ることができ、同時に移動度の低下を抑制でき、Ｖthを低くしたＮＴＦＴを得ることができる。従って、ＮＴＦＴとＰＴＦＴとのＶthの違いの格差と移動度の違いの格差とを是正することができる。また、ＮＴＦＴのホットキャリア効果による劣化を抑制することができるので、回路動作の安定性を高めることができる。
【０１３９】
このような構成は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の周辺回路を構成するＣＭＯＳ回路において非常に有用なものとなる。
【０１４０】
尚、本発明の装置及び方法を用いたことが上記ＣＭＯＳ回路形成に与えるメリットを示す。まず、従来のそれぞれを個別の装置により処理（成膜、加熱、レーザー照射）を行って形成した場合、大気に曝される過程が存在すること、及び各基板毎に滞留時間が異なる事などから、それぞれまちまちな汚染の影響を受けていた。それがＴＦＴ特性においてはＶthがばらつくという減少として表れていた。また、ＢＴストレスを与えた場合にも、従来法を用いた場合にはドリフトが大きく、汚染のレベルが高いことが判明していた。それに対し、本実施例を用いた場合には、Ｖthの基板間ばらつきも０．２Ｖ以下に抑えられ、ＢＴストレスに対しても高い耐性を有していた。
【実施例８】
【０１４１】
図６及び図７に本実施例の作製工程を示す。本実施例は、モノリシック型アクティブマトリクス液晶ディスプレーに関するものである。図において左側はドライバー回路の相補型ＴＦＴを示す。また、右側はアクティブマトリクス回路の画素制御用ＴＦＴ（ＮＴＦＴ）を示している。
【０１４２】
多結晶珪素形成工程に関しては、実施例３と全く同様であるため割愛する。
【０１４３】
そしてこの多結晶珪素膜をパターニングして島状の領域３０３、３０４を形成する。この島状の領域は、周辺ドライバー回路を構成するＴＦＴの活性層と画素に配置されるＴＦＴとの活性層とを構成する。（図６（Ａ））
【０１４４】
島状の領域３０３、３０４を形成したら、さらにこの上にスパッタ法によって厚さ７００〜１５００Åの酸化珪素膜３０５を形成する。この酸化珪素膜は、ＴＦＴのゲイト絶縁膜を構成する。
【０１４５】
その後、厚さ１０００Å〜３μｍ、例えば、６０００Åのアルミニウム（０．１〜０．３ｗｔ％のＳｃを含む）膜をスパッタ法や電子ビーム蒸着法によって形成する。このアルミニウム膜（またはアルミニウムを主成分とする膜）は、後にゲイト電極を構成する。  
【０１４６】
そして、陽極酸化法によって厚さ５０〜１０００Åの陽極酸化膜（図示せず）をアルミニウム表面に形成する。その後、フォトレジストでマスク（図示せず）を形成する。さらにこのレジストマスクを用いてパターニングを行い、アルミニウムでなるゲイト電極３０６、３０７、３０８を形成する。また同時に配線３０９を形成する。この配線３０９は後に画素部分における補助容量を形成するために利用される。（図６（Ｂ））
【０１４７】
さらにゲイト電極３０６、３０７、３０８と配線３０９を陽極として、電解液中で電流を通じて陽極酸化を行う。この陽極酸化では多孔質状の陽極酸化膜が形成される。
【０１４８】
この多孔質状の陽極酸化膜の形成は、電解溶液として、３〜２０％のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性水溶液を用いて行う。また電圧の印加は、５〜３０Ｖの一定電流とする。
【０１４９】
本実施例ではシュウ酸溶液（３０℃）中で電圧を８Ｖとし、２０〜１４０分、陽極酸化を行う。陽極酸化膜の厚さは陽極酸化時間によって制御する。この工程においては、ゲイト電極３０６、３０７、３０８および配線３０９上に図示しないレジストマスクが配置されているので、ゲイト電極３０６、３０７、３０８および配線３０９の側面に多孔質状の陽極酸化膜３１０、３１１、３１２、３１３が形成される。
【０１５０】
この多孔質状の陽極酸化膜の厚さは１０００Å〜２５μｍの範囲内において選択することができる。この多孔質状の陽極酸化膜は後の工程において、低濃度不純物領域の形成のために利用される。またこの多孔質状の陽極酸化膜の厚さで低濃度不純物領域の幅が決定される。ここではこの多孔質状の陽極酸化膜の厚さは６０００Åとする。
【０１５１】
次に、図示しないレジストマスクを除去し、再び電解溶液中において、ゲイト電極に電流を印加し、陽極酸化を行う。この陽極酸化は、電界溶液として３〜１０％の酒石液、硼酸、硝酸が含まれたＰＨ≒７のエチレングルコール溶液を用いて行う。ここで形成される陽極酸化膜は緻密なバリヤ型の陽極酸化膜（酸化アルミニウム膜）となる。この陽極酸化膜は、５０Å〜２５００Å程度の厚さに制御することができる。ここでは、２００Åの厚さの陽極酸化膜を形成する。こうして、緻密な陽極酸化膜３１４、３１５、３１６、３１７が形成される。またこの陽極酸化膜は、図６（Ｄ）に示すように多孔質状の陽極酸化膜３１０〜３１３の内側に形成される。（図６（Ｄ））
【０１５２】
この陽極酸化膜３１４〜３１７は、ゲイト電極や配線の表面を直接覆っており、後の加熱処理の工程やレーザー光の照射工程において、ゲイト電極や配線を構成するアルミニウムが異常成長したり、溶解したりすることを抑制する機能がある。
【０１５３】
次にレジストマスク３１８を形成する。このレジストマクスによって、周辺ドライバー回路を構成するＰチャネル型ＴＦＴ（ＰＴＦＴ）の部分のみが露呈する状態となる。（図６（Ｅ））
【０１５４】
そして燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜をエッチングする。この燐酸、酢酸、硝酸の混酸は、多孔質状の陽極酸化膜を選択的にエッチングすることができるエッチャントである。
【０１５５】
そしてドライエッチング法によって露呈した酸化珪素膜３０５をエッチングする。このエッチングは、等方性エッチングのプラズマモードでも、あるいは異方性エッチングの反応性イオンエッチングモードでもよい。ただし、珪素と酸化珪素の選択比を十分に大きくすることによって、活性層を深くエッチングしないようにすることが重要である。例えば、エッチングガスとしてＣＦ4 を使用すれば陽極酸化膜はエッチングせずに、酸化珪素膜を選択的にエッチングすることができる。こうして、ＰＴＦＴの露呈した酸化珪素膜が除去される。（図７（Ａ））
【０１５６】
そして、イオンドーピング法（またはプラズマドーピング法）によって、ＴＦＴの活性層３０３のＰＴＦＴに対応する部分にＢイオンを注入する。この工程においてはゲイト電極３０７がマスクとなり、自己整合的にソース領域３１９とドレイン領域３２１が形成される。またチャネル形成領域３２０が画定する。（図７（Ａ））
【０１５７】
なお、緻密な陽極酸化膜３１５が存在することによって、チャネル形成領域３２０とソース領域３１９の間、さらにチャネル形成領域３２０とドレイン領域３２１との間にオフセットゲイト領域が形成されることになるが、本実施例の場合、陽極酸化膜３１５の厚さが２００Åと薄いので、このオフセットゲイト領域の存在は図には記載していない。  
【０１５８】
即ち、オフセットゲイト領域の存在を無視することができるので、この場合、チャネル形成領域３２０とドレイン領域３１９とは実質的に接していると見なすことができる。また同様にチャネル形成領域３２０とソース領域３２１とが実質的に接していると見なすことができる。
【０１５９】
次にレジストマクス３１８を除去する。そして新たなレジストマスク３２２を設ける。このレジストマスク３２２は、先にＢイオンが注入されたＰＴＦＴの部分をマスクし、他の部分を露呈させるようなパターンを有している。（図７（Ｂ））
【０１６０】
次に露呈した酸化珪素膜３０５をプラズマエッチングによって選択的に除去する。そして燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜３１０、３１１、３１３を除去する。この結果、図７（Ｃ）に示すように多孔質状の陽極酸化膜３１０と３１１が存在した部分の下部に酸化珪素膜が残存することになる。
【０１６１】
さらにイオンドーピング法によって、Ｐイオンの注入を行う。この際、イオンの加速電圧とドーズ量を適当に選択することによって、活性層に対する注入量を選択的に制御することができる。
【０１６２】
例えば、領域３２３、３２７、３２８、３３２が露呈しているので、多量のＰイオンが注入されて、Ｐ元素を高濃度に含む領域として形成することができる。また、領域３２４、３２６、３２９、３３１は、その上に酸化珪素膜が存在しているので、注入されるイオンの多くが酸化珪素膜で遮られ、低濃度のＰイオンが注入されることになる。こうして、高濃度不純物領域３２３、３２７、３２８、３３２と低濃度不純物領域３２４、３２６、３２９、３３１を自己整合的に形成することができる。（図７（Ｃ））
【０１６３】
このような構成は、イオン注入の条件を例えば、加速電圧を５〜３０ｋＶと低めに設定し、ドーズ量を５×１０14〜５×１０15ｃｍ-2と多めに設定することによって得ることができる。
【０１６４】
本実施例においては、高濃度不純物領域３２３と３２８がソース領域となる。また高濃度不純物領域３２７と３３２がドレイン領域となる。また、低濃度不純物領域３２６と３３１が、一般的にＬＤＤ（ライトドープドレイン）領域と呼ばれる領域となる。
【０１６５】
次にレーザー光（または強光）の照射、または加熱、またはレーザー光の照射と加熱を併用した処理を行うことで、注入された不純物イオンの活性化と不純物イオンの注入に従う損傷のアニールを行う。（図７（Ｄ））
【０１６６】
本実施例に示す構成においては、図７（Ｄ）のＸで示される長さが低濃度不純物領域（高抵抗領域）の幅（長さ）となる。この値は、図６（Ｃ）の工程で形成される多孔質状の陽極酸化膜の成長距離でほぼ決定される。本実施例においては、この低濃度不純物領域の幅（長さ）は約６０００Åとなる。
【０１６７】
次に全面に層間絶縁物３３３を形成する。ここでは、ＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ２０００Å〜１μｍ、例えば５０００Åの厚さに形成する。さらに画素電極となるＩＴＯ電極３３４をスパッタ法で形成する。
【０１６８】
そして、コンタクトホールの形成を行い、ＮＴＦＴのソース電極３３５とドレイン電極３３６を形成する。またＰＴＦＴのソース電極３３７とドレイン電極３３６を形成する。ここでは、周辺ドライバー回路を構成するＮＴＦＴとＰＴＦＴのドレイン電極は共通なものとして設ける。
【０１６９】
また、画素電極３３４は、配線３０９上の緻密な陽極酸化膜３１７を介して配線３０９と補助容量を形成する。このようにして、周辺ドライバー回路を構成する相補型のＮＴＦＴとＰＴＦＴ、さらに画素に配置されるＮＴＦＴとを同一ガラス基板上に集積化して形成することができる。
【０１７０】
本実施例では、周辺回路として、ドライバー回路の一部分を示した。しかし、シフトレジスタ回路やデコーダー回路、さらにメモリー回路や演算回路、さらにその他電子集積回路をＴＦＴで構成する際に、本実施例に示したＮＴＦＴとＰＴＦＴとの組み合わせを利用することができる。そして本実施例に示したような構成を利用することで、絶縁表面を有する基板上に集積化される電子回路の特性や信頼性を向上させることができる。特に基板が大型化した場合には、熱容量が大きくなり、かつハンドリングが複雑となる。その場合には本発明の特徴である、マルチタスクで各処理室の温度を１００℃以内に抑えた構成は、非常に有利である。勿論特性的にも昇温降温のサイクルを何度も繰り返さずに済み、膜のピーリング、マイクロクラック等を防ぐことが可能で優れている。
【図面の簡単な説明】
【０１７１】
【図１】本実施例に使用した多結晶珪素作製装置の構成図。
【図２】本実施例の多結晶珪素形成工程の例及びそれに使用した装置の構成図。
【図３】本実施例に使用した多結晶珪素作製装置の構成図。
【図４】本実施例による半導体装置の作製工程図。
【図５】本実施例による半導体装置の作製工程図。
【図６】本実施例による半導体装置の作製工程図。
【図７】本実施例による半導体装置の作製工程図。
【符号の説明】
【０１７２】
１０１、１０２                        基板搬入／搬出室
１０３、１０４、１０５、１０６        処理室
１０７                                レーザー処理室
１０９                                基板搬送ロボット
１１０                                基板
１１９                                予備室
１２２                                エキシマレーザー
５０１、                              ガラス基板
５０２、                              下地膜（酸化珪素膜）
５０３、５０４                        活性層（島状半導体層）
５００、                              酸化珪素膜（ゲイト絶縁膜）
５０５、５０６                        ゲイト電極
５０７、５０８                        多孔質状の陽極酸化膜
５０９                                緻密な陽極酸化膜
５１０                                レジストマスク
１００１、１００３                    エッチングされる酸化珪素膜
１００２、１００４                    残存した酸化珪素膜
５１１                                ソース領域
５１２                                チャネル形成領域
５１３                                ドレイン領域
５１４                                レジストマスク
５１５、５１３                        ドレイン領域（高濃度不純物領域）  ５１６、                              低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）
５１７、５１２                        チャネル形成領域
５１８                                低濃度不純物領域
５１９、５１１                        ソース領域（高濃度不純物領域）
３０１                                ガラス基板
３０２                                下地膜（酸化珪素膜）
３０３、３０４                        活性層（島状の半導体層）
３０５                                酸化珪素膜（ゲイト絶縁膜）
３０６、３０７、３０８                ゲイト電極
３０８                                ゲイト配線
３１０、３１１、３１２、３１３        多孔質状の陽極酸化膜
３１４、３１５、３１６、３１７        緻密な陽極酸化物層
３１８                                レジストマスク
３１９                                ソース領域
３２０                                チャネル形成領域
３２１                                ドレイン領域
３２２                                レジストマスク
３２３、３２８                        ソース領域（高濃度不純物領域）
３２４、３２９                        低濃度不純物領域
３２５、３３０                        チャネル形成領域
３２６、３３１                        低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）
３２７、３３２                        ドレイン領域（高濃度不純物領域）  ３３３                                層間絶縁膜
３３４                                画素電極（ＩＴＯ電極）
３３５、３３７、３３８                ソース電極
３３６、３３９                        ドレイン電極
【図１】
2007173839.tif 000005
【図２】
2007173839.tif 000006
【図３】
2007173839.tif 000007
【図４】
2007173839.tif 000008
【図５】
2007173839.tif 000009
【図６】
2007173839.tif 000010
【図７】
2007173839.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月25日(2007.4.25)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のチャンバー内で基板上に絶縁膜を形成する第１の工程と、
前記第１の工程から気密性を有したまま、第２のチャンバー内に前記基板を移動し、前記絶縁膜上に非晶質珪素膜を形成する第２の工程と、
前記非晶質珪素膜を、第３のチャンバー内でレーザーにより結晶化して結晶性珪素膜を形成する第３の工程と、
を有し、
前記第１の工程と前記第２の工程とは、前記基板から０．１〜５ｍｍの距離を設けて設置された加熱手段によって前記基板を加熱することによって行い、
前記結晶化は、前記基板を移動させながら前記非晶質珪素膜に前記レーザーを照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
第１のチャンバー内で基板上に絶縁膜を形成する第１の工程と、
前記第１の工程から気密性を有したまま、第２のチャンバー内に前記基板を移動し、前記絶縁膜上に非晶質珪素膜を形成する第２の工程と、
前記非晶質珪素膜を、第３のチャンバー内でレーザーにより結晶化して結晶性珪素膜を形成する第３の工程と、
を有し、
前記第１の工程と前記第２の工程とは、前記基板から０．１〜５ｍｍの距離を設けて設置された第１の加熱手段によって前記基板を加熱することによって行い、
前記第３の工程は、前記基板から０．１〜５ｍｍの距離を設けて設置された第２の加熱手段によって前記基板を加熱しながら行い、
前記結晶化は、前記基板を移動させながら前記非晶質珪素膜に前記レーザーを照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
第１のチャンバー内で基板上に絶縁膜を形成する第１の工程と、
前記第１の工程から気密性を有したまま、第２のチャンバー内に前記基板を移動し、前記絶縁膜上に非晶質珪素膜を形成する第２の工程と、
プラズマ生成手段を有する第３のチャンバー内で、前記非晶質珪素膜上に金属元素を添加する第３の工程と、
前記非晶質珪素膜を結晶化する第４の工程と、
前記第１の工程と前記第２の工程とは、前記基板から０．１〜５ｍｍの距離を設けて設置された加熱手段によって前記基板を加熱することによって行い、
前記プラズマ発生手段は、前記金属元素で汚染された前記第３のチャンバー内をプラズマクリーング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３において、
前記第４の工程は、前記非晶質珪素膜を、ＲＴＡ法により処理し、レーザーを照射し、再度ＲＴＡ法により処理することで、前記非晶質珪素膜の結晶化を行う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又は請求項４において、
前記金属元素は、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１乃至請求項５のいずれか一において、
前記第１の工程を行っている際に、前記第２のチャンバー内をプラズマクリーニングし、
前記第２の工程を行っている際に、前記第１のチャンバー内をプラズマクリーニングすることを特徴とする半導体装置の作製方法。