JP2000114172A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気特性の優れたＴＦＴを作製し、そのＴＦ
Ｔで回路を組むことによって高性能な半導体装置を実現
する。 【解決手段】 ゲルマニウムを含む半導体膜に対して熱
アニールを行い結晶を含む半導体膜を形成する工程と、
結晶を含む半導体膜に対して酸化処理を行う工程と、酸
化処理を行った半導体膜に対してレーザーアニール処理
を行う工程と、レーザーアニール後の半導体膜に対して
ファーネスアニール処理を行う工程とを有する。レーザ
ーアニール処理は２５０〜５０００mJ/cm²のエネルギー
密度で行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は半導体薄膜を利用し
た薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと呼ぶ）を回路とし
て含む半導体装置及びその作製方法に関する技術であ
る。なお、本明細書において、半導体装置とは半導体を
用いて機能させる装置全般を指すものである。

【０００２】従って、請求項に用いた半導体装置という
文言には、ＴＦＴの如き単体の半導体素子のみならず、
ＴＦＴを有する電気光学装置、半導体回路及びそれらを
搭載した電子機器をも含むものとする。

【０００３】

【従来の技術】近年、アクティブマトリクス型液晶表示
装置の様な電気光学装置に用いられるＴＦＴの開発が活
発に進められている。アクティブマトリクス型液晶表示
装置は、同一基板上に画素マトリクス回路とドライバー
回路とを設けたモノリシック型表示装置である。

【０００４】また、最近では基板上に設けたＴＦＴで従
来のＩＣと同等の機能を持つ半導体回路を形成する試み
もなされている。例えばγ補正回路、メモリ回路、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
パネルの開発が検討されている。

【０００５】この様なドライバー回路やロジック回路は
高速動作を行う必要があるので、活性層として非晶質半
導体膜（代表的にはアモルファスシリコン膜）を用いる
ことは不適当である。そのため、現状では結晶質半導体
膜（代表的にはポリシリコン膜）が検討されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＴＦＴ
で組む回路に対して従来のＩＣに匹敵する回路性能を要
求される様になってくると、これまでの技術で形成され
た結晶質半導体膜では、回路の仕様を満たすに十分な性
能を有するＴＦＴを作製することが困難な状況になって
きた。

【０００７】そこで本願発明では、従来のポリシリコン
膜を用いたＴＦＴよりも電気特性の優れたＴＦＴを作製
し、そのＴＦＴで回路を組むことによって高性能な半導
体装置を実現することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の要旨は、非晶質を含む半導体膜に対してゲルマニウム
を添加する第１工程と、前記第１工程の後、前記非晶質
を含む半導体膜を、結晶を含む半導体膜に変化させる第
２工程と、前記結晶を含む半導体膜に対して２５０〜５
０００mJ/cm²のエネルギー密度のレーザーアニール処理
を行う第３工程と、前記第３工程後の結晶を含む半導体
膜に対してファーネスアニール処理を行う第４工程と、
前記第４工程後の結晶を含む半導体膜を酸化して膜厚を
減じる第５工程と、を含むことを特徴とする。

【０００９】第４工程においてファーネスアニール処理
は処理雰囲気に特に限定はないが、還元雰囲気とするの
が好ましい。還元雰囲気とは水素雰囲気、アンモニア雰
囲気、水素又はアンモニアを含む不活性雰囲気（水素と
窒素の混合雰囲気や水素とアルゴンの混合雰囲気など）
を指している。また、処理温度は９００〜１２００℃
（好ましくは１０００〜１１００℃）とすることが好ま
しい。

【００１０】この第４工程により結晶を含む半導体膜の
表面をさらに平坦化する効果がある。これは表面エネル
ギーを最小化しようとする半導体原子の増速表面拡散の
結果である。また、同時にこの工程は結晶粒界や結晶粒
内に存在する欠陥を著しく低減するといった効果をも有
する。これは水素による未結合手の終端効果と、水素に
よる不純物の除去効果及びそれに伴う半導体原子同士の
再結合とによる。これらの効果を得るには還元雰囲気中
で９００〜１２００℃の熱処理が必要である。

【００１１】また、第５工程において酸化して膜厚を減
ずる工程は複数回の熱酸化工程により行ってもよい。酸
化して膜厚を減ずる手段としては、熱酸化、プラズマ酸
化等を用いることができる。特に、本発明においては、
熱酸化による酸化が好ましい。なお、プラズマ酸化させ
る場合には、酸素雰囲気にＨｅを添加すると酸素ラジカ
ルを発生しやすいため好ましい。また、第５工程は半導
体膜の表面の凸凹を平坦化する効果を得ることができ
る。

【００１２】また、他の発明の要旨は、非晶質を含む半
導体膜に対してゲルマニウムを添加する第１工程と、前
記第１工程の後、前記非晶質を含む半導体膜を、結晶を
含む半導体膜に変化させる第２工程と、前記結晶を含む
半導体膜に対して２５０〜５０００mJ/cm²のエネルギー
密度のレーザーアニール処理を行う第３工程と、前記第
３工程後の結晶を含む半導体膜に対して還元雰囲気中に
おいて９００〜１２００℃のファーネスアニール処理を
行う第４工程と、前記第４工程後の結晶を含む半導体膜
を酸化して膜厚を減じる第５工程と、を含むことを特徴
とする。

【００１３】また、他の発明の要旨は、非晶質を含む半
導体膜に対してゲルマニウムを添加する第１工程と、前
記第１工程の後、前記非晶質を含む半導体膜を、結晶を
含む半導体膜に変化させる第２工程と、前記結晶を含む
半導体膜に対して２５０〜５０００mJ/cm²のエネルギー
密度のレーザーアニール処理を行う第３工程と、前記第
３工程後の結晶を含む半導体膜を酸化して膜厚を減じる
第４工程と、前記第４工程後の結晶を含む半導体膜に対
してファーネスアニール処理を行う第５工程と、を含む
ことを特徴とする。

【００１４】また、他の発明の要旨は、非晶質を含む半
導体膜に対してゲルマニウムを添加する第１工程と、前
記第１工程の後、前記非晶質を含む半導体膜を、結晶を
含む半導体膜に変化させる第２工程と、前記結晶を含む
半導体膜に対して２５０〜５０００mJ/cm²のエネルギー
密度のレーザーアニール処理を行う第３工程と、前記第
３工程後の結晶を含む半導体膜を酸化して膜厚を減じる
第４工程と、前記第４工程後の結晶を含む半導体膜に対
して還元雰囲気中において９００〜１２００℃のファー
ネスアニール処理を行う第５工程と、を含むことを特徴
とする。

【００１５】また、第４工程において酸化して膜厚を減
ずる工程は複数回の熱酸化工程により行ってもよい。酸
化して膜厚を減ずる手段としては、熱酸化、プラズマ酸
化等を用いることができる。特に、本発明においては、
熱酸化による酸化が好ましい。プラズマ酸化させる場合
には、酸素雰囲気にＨｅを添加すると酸素ラジカルを発
生しやすいため好ましい。また、第４工程は半導体膜の
表面の凸凹を平坦化する効果を得ることができる。

【００１６】また、第５工程においてファーネスアニー
ル処理は処理雰囲気に特に限定はないが、還元雰囲気と
するのが好ましい。還元雰囲気とは水素雰囲気、アンモ
ニア雰囲気、水素又はアンモニアを含む不活性雰囲気
（水素と窒素の混合雰囲気や水素とアルゴンの混合雰囲
気など）を指している。また、処理温度は９００〜１２
００℃（好ましくは１０００〜１１００℃）とすること
が好ましい。

【００１７】この第５工程により結晶を含む半導体膜の
表面をさらに平坦化する効果がある。これは表面エネル
ギーを最小化しようとする半導体原子の増速表面拡散の
結果である。また、同時にこの工程は結晶粒界や結晶粒
内に存在する欠陥を著しく低減するといった効果をも有
する。これは水素による未結合手の終端効果と、水素に
よる不純物の除去効果及びそれに伴う半導体原子同士の
再結合とによる。これらの効果を得るには還元雰囲気中
で９００〜１２００℃の熱処理が必要である。

【００１８】なお、不活性雰囲気（窒素雰囲気、ヘリウ
ム雰囲気又はアルゴン雰囲気）でも結晶を含む半導体膜
の表面の平坦化は可能である。しかし還元作用を利用し
て自然酸化膜の還元を行うとエネルギーの高いシリコン
原子が多く発生し、結果的に平坦化効果が高まるので好
ましい。

【００１９】また、上記各要旨における第１工程におい
て、結晶を含む半導体膜とは結晶成分を含む半導体膜全
てを含み、具体的には単結晶半導体膜、多結晶半導体
膜、微結晶半導体膜、非晶質半導体膜の一部のみが結晶
化している半導体膜、実質的に単結晶と見なせる半導体
膜を指す。

【００２０】なお、実質的に単結晶と見なせる半導体膜
とは、複数の結晶粒が集合して形成された半導体膜であ
りながら、個々の結晶粒の面方位が揃っている様な結晶
性を有する、即ち膜面全体において特定の配向性を示す
様な半導体膜を指す。

【００２１】また、非晶質を含む半導体膜とは非晶質成
分を含む半導体膜全てを含み、微結晶半導体膜、非晶質
半導体膜、非晶質半導体膜の一部のみが結晶化している
半導体膜を指す。

【００２２】また、本明細書では半導体膜としてシリコ
ン膜を代表的な例として挙げているが、ゲルマニウム膜
やシリコンゲルマニウム膜（Ｓｉ１−ｘＧｅｘ (0<X<1)
で表される）などの半導体膜も本願発明に用いること
ができることは言うまでもない。

【００２３】また、上記各要旨における第２工程におい
てレーザーアニール処理を行う工程ではＫｒＦ（波長２
４８nm）、ＸｅＣｌ（波長３０８nm）、ＡｒＦ（波長１
９３nm）などを励起ガスとしたエキシマレーザー光を用
いると良い。レーザー光のビーム形状は線状であっても
面状であっても良い。

【００２４】また、本願発明に用いることのできる光エ
ネルギーはエキシマレーザー光に限ったものではなく、
紫外光又は赤外光を用いても構わない。その場合、レー
ザー光と同等の光強度を持つ強光を紫外光ランプや赤外
光ランプから照射すれば良い。

【００２５】

【発明の実施の形態】以上の構成からなる本願発明の実
施形態について、以下に記載する実施例でもって詳細な
説明を行うこととする。

【００２６】

【実施例】〔実施例１〕本実施例では、本願発明を実施
して基板上にＴＦＴを作製する工程について説明する。
説明には図１を用いる。

【００２７】まず、石英基板１０１を用意した。基板と
しては耐熱性の高い材料を選択しなければならない。石
英基板の代わりにシリコン基板、セラミックス基板、結
晶化ガラス基板、金属基板等の耐熱性の高い材料を用い
ることもできる。

【００２８】ただし、石英基板を用いる場合は下地膜を
設けても設けなくても良いが、他の材料を用いる時は下
地膜として絶縁膜を設けることが好ましい。絶縁膜とし
ては、酸化珪素膜（ＳｉＯx ）、窒化珪素膜（Ｓｉx Ｎ
y ）、酸化窒化珪素膜（ＳｉＯx Ｎy ）、窒化アルミニ
ウム膜（ＡｌxＮy ）のいずれか若しくはそれらの積層
膜を用いると良い。

【００２９】また、耐熱性金属層と酸化珪素膜とを積層
した下地膜を用いると放熱効果が大幅に高まるので有効
である。放熱効果は上述の窒化アルミニウム膜と酸化珪
素膜との積層構造でも十分な効果を示す。

【００３０】こうして石英基板１０１が準備できたら、
９０nm厚の半導体膜（本実施例ではアモルファスシリコ
ン膜）１０２を形成した。本実施例ではアモルファスシ
リコン膜１０２の成膜ガスとしてジシラン（Ｓｉ２Ｈ
６）を用い、４５０℃の減圧熱ＣＶＤ法により成膜し
た。この時、膜中に混入するＣ（炭素）、Ｎ（窒素）及
びＯ（酸素）といった不純物の濃度を徹底的に管理する
ことが重要である。これらの不純物が多く存在すると結
晶化の進行が妨げられるからである。

【００３１】本出願人は炭素及び窒素の濃度が５×１０
¹⁸atoms/cm³以下（好ましくは５×１０¹⁷atoms/cm³以
下）、酸素の濃度が１×１０¹⁹atoms/cm³以下（好まし
くは５×１０¹⁸atoms/cm³以下）となる様に不純物濃度
を管理した。また、金属元素は１×１０¹⁷atoms/cm³以
下となる様に管理した。成膜段階でこの様な濃度管理を
しておけば、外部汚染さえ防げばＴＦＴ作製工程中に不
純物濃度が増加する様なことはない。

【００３２】また、減圧熱ＣＶＤ法で形成したアモルフ
ァスシリコン膜と同等の膜質が得られるのであればプラ
ズマＣＶＤ法を用いても良い。また、完全にアモルファ
ス状態の半導体である必要はなく、微結晶シリコン膜等
を形成しても良い。

【００３３】また、シリコン膜の代わりにシリコン膜中
にゲルマニウムを含有させたシリコンゲルマニウム（Si
ｘ Ge １−ｘ (0<X<1)で表される）等の半導体膜を用い
ても良い。その場合、シリコンゲルマニウム中に含まれ
るゲルマニウムは５atomic％以下にしておくことが望ま
しい。

【００３４】次に、アモルファスシリコン膜１０２中に
対してゲルマニウム（Ge）を添加した。本実施例ではゲ
ルマニウムの添加方法としてイオンインプランテーショ
ン法（質量分離あり）を用いたが、プラズマドーピング
法（質量分離なし）又はレーザードーピング法を用いる
こともできる。（図１（Ａ））

【００３５】本実施例では励起ガスとしてゲルマン（Ge
H₄）を用い、加速電圧30keV、ＲＦ電力５Ｗ、ドーズ量
１×１０¹⁴atoms/cm²でイオンインプランテーション法
を用いてゲルマニウムを添加する。勿論、この条件に限
定する必要はなく、アモルファスシリコン膜８０２中へ
は１×１０¹⁴〜５×１０¹⁹atoms/cm³（代表的には１×
１０¹⁶〜５×１０¹⁸atoms/cm³）の濃度でゲルマニウム
が添加される様に調節すれば良い。

【００３６】なお、アモルファスシリコン膜中に添加す
るゲルマニウムは１×１０¹⁴atoms/cm³以上（代表的に
は１×１０¹⁶atoms/cm³以上）でないと触媒として結晶
化の助長効果を活用することができない。また、添加が
５×１０¹⁹atoms/cm³を超えるとアモルファスシリコン
膜の融点が下がりすぎ、９００℃程度の温度でも溶融し
てしまう恐れがあり好ましくない。従って、添加量の上
限は安全を見て１×１０ ¹⁸atoms/cm³程度としておくこ
とが望ましい。

【００３７】また、モルファスシリコン膜の成膜時に予
め添加してしまう方法でも良い。その場合、成膜ガスと
してゲルマン（GeH₄）を使えば良い。

【００３８】こうしてゲルマニウムの添加工程が終了し
たら、４５０℃１時間程度の熱処理を行い、アモルファ
スシリコン膜１０２中の水素出しを行った。そしてその
後、不活性雰囲気、還元雰囲気又は酸化性雰囲気におい
て５００〜７００℃（代表的には５５０〜６５０℃）の
温度で４〜２４時間の加熱処理を加えてポリシリコン膜
１０３を得た。このポリシリコン膜１０３にはゲルマニ
ウムが１×１０¹⁸〜１×１０¹⁹atoms/cm³

【００３９】こうして図１（Ｂ）の状態が得られたら、
次にエキシマレーザー光をポリシリコン膜１０３に対し
て照射し、結晶性の改善されたポリシリコン膜１０４を
得た。本実施例ではＸｅＣｌ（波長３０８nm）を励起ガ
スとしたパルス発振型のエキシマレーザー光によってレ
ーザーアニール処理を行った。エキシマレーザーのビー
ム形状は線状ビームであっても良いが、処理の均一性を
高めるに面状ビームを用いても良い。（図１（Ｃ））

【００４０】なお、ＫｒＦ、ＫｒＣｌ、ＡｒＦ等を励起
ガスとしたエキシマレーザー光やその他の紫外光レーザ
ーを用いても構わない。また、赤外光を用いる場合には
赤外線ランプから発する強光をポリシリコン膜１０３に
対して照射すれば良い。

【００４１】本実施例では発振周波数３０Ｈｚ、ビーム
形状が145 ×0.41mmの線状レーザー光を用いた。また、
レーザー光は基板の一端から他端までを1.2mm/sec で走
査し、隣接する線状レーザー光のオーバーラップを９２
％とした。

【００４２】また、本実施例の場合、レーザーエネルギ
ー密度は２５０〜５０００mJ/cm²（好ましくは４５０〜
１０００mJ/cm²）の条件で行うことが好ましい。本実施
例ではレーザーエネルギー密度を５５０mJ/cm²とした。
ここで本明細書中におけるレーザーエネルギー密度の測
定方法について説明する。

【００４３】まず、レーザー発振器から発振されたレー
ザー光の光強度（Ｅ₀）をパワーメーターによって実測
する。しかし、パワーメーターを通過した後のレーザー
光はアッテネーターの透過率（ａ）に応じて減光し、さ
らに光学系の透過率（ｂ）に応じて減光する。この様に
して減光されたレーザー光の光強度をレーザー照射面積
（Ａ）で割ったものがレーザーエネルギー密度（Ｅ）で
ある。これを式で表すと、Ｅ＝（Ｅ₀×ａ×ｂ）／Ａで
表される。

【００４４】こうして図１（Ｃ）の状態が得られたら、
酸化性雰囲気中で１０００℃３０分のファーネスアニー
ル処理（電熱炉を用いた熱処理）を行った。この時、熱
酸化処理によってポリシリコン膜１０４の膜厚を減じ
（thinning処理）、ポリシリコン膜１０４よりも膜厚の
薄いポリシリコン膜１０５を形成した。（図１（Ｄ））

【００４５】なお、図１（Ｄ）には図示していないが、
ポリシリコン膜１０５上には熱酸化膜が形成される。こ
の熱酸化膜は除去してしまっても良いし、次のレーザー
アニール工程で保護膜として活用しても良い。

【００４６】この熱酸化工程では酸化反応が進行する際
に生じる余剰シリコン原子によってポリシリコン膜中の
欠陥等が修復され、非常に欠陥の少ないポリシリコン膜
を得ることができた。また、ポリシリコン膜の膜厚を薄
くすることで、当初９０nm厚であった膜厚が６０nm厚と
なった。

【００４７】さらに、ポリシリコン膜の表面層を削りな
がら酸化反応が進行するので、形成されたポリシリコン
膜１０５は非常に平坦な表面を有する半導体膜となっ
た。この事は、今後、ＴＦＴの活性層／ゲート絶縁膜界
面の準位を低減する上で有効に働く。

【００４８】なお、このthinning工程は複数回行うとポ
リシリコン膜の平坦性がさらに向上する。その場合、熱
酸化工程と熱酸化膜の除去工程とを交互に繰り返す。

【００４９】なお、本実施例は初期膜として９０nm厚の
アモルファスシリコン膜を用いているため、thinning工
程を採用しているが、初期膜から５０nm厚程度とそれ以
上薄くする必要がなければ、thinning工程を省略するこ
とも可能である。

【００５０】次に、このthinning工程を行って得たポリ
シリコン膜１０５に対して、１０００℃２時間のファー
ネスアニール処理を行った。本実施例では処理雰囲気を
水素雰囲気としたが、還元雰囲気であれば問題はない。
また、窒素雰囲気の様な不活性雰囲気であっても結晶性
を改善するという目的は果たされる。（図１（Ｅ））

【００５１】なお、このファーネスアニール工程を行う
前に、ポリシリコン膜１０５の表面をフッ酸系エッチャ
ントによって洗浄しておくことが望ましい。即ち、自然
酸化膜を除去すると共に表面のシリコン原子を水素終端
しておき、実際の処理の前に自然酸化膜が形成されるの
を防ぐといった工夫が効果的である。

【００５２】ただし、特に注意が必要なのは雰囲気中に
含まれる酸素又は酸素化合物（例えばＯＨ基）の濃度を
１０ppm 以下（好ましくは１ppm 以下）にしておくこと
である。さもないと還元雰囲気で熱処理することによる
平坦化効果が弱まってしまう。

【００５３】こうしてポリシリコン膜１０６を得た。さ
らにポリシリコン膜１０６は１０００℃という高い温度
における水素アニールによって非常に平坦な表面を有し
ていた。また、高い温度でアニールされるので、結晶粒
内には殆ど積層欠陥等が存在しなかった。

【００５４】また、本出願人が本実施例の工程で得たポ
リシリコン膜をラマン測定法で観察した結果、ラマンピ
ーク値は５１７〜５２０cm^-1（代表的には５１８〜５１
９cm^-1）であった。また、半値半幅は２．２〜３．０cm
^-1（代表的には２．４〜２．６cm^-1）であった。

【００５５】５１８〜５１９cm^-1というラマンピーク値
は非常に高波数側にあり、本実施例で得られたポリシリ
コン膜が非常に単結晶に近い結晶を有していることが判
る。また、２．４〜２．６cm^-1という値も非常に小さく
（リファレンスとして測定した単結晶シリコン膜は２．
１cm^-1であった。）、即ち結晶性が高いことを示してい
る。

【００５６】なお、本明細書中においてラマンピーク値
とは、波長５１４．５cm^-1のＡｒレーザーを１．０×１
０⁵〜１．３×１０⁵Ｗ／cm²の光強度で結晶を含む半導
体膜（本実施例ではポリシリコン膜）に照射した際に得
られるラマンスペクトルに対して、ローレンツ分布によ
るフィッティングを行った際に得られるピーク値であ
る。なお、実際の測定にはレニショー社の「ラマスコー
プ顕微ラマン装置システム２０００」というラマン測定
装置を使用した。

【００５７】また半値半幅とは、波長５１４．５cm^-1の
Ａｒレーザーを１．０×１０⁵〜１．３×１０⁵Ｗ／cm²
の光強度で結晶を含む半導体膜に照射した際に得られる
ラマンスペクトルに対して、ローレンツ分布によるフィ
ッティングを行った際に得られる半値幅の半分の値であ
る。こちらも前述のラマン測定装置で測定を行った。

【００５８】以上の定義でなるラマンピーク値と半値半
幅であるが、本実施例のポリシリコン膜１０７はラマン
ピーク値と半値半幅との比（ラマンピーク値／半値半
幅）が１７０〜２４０（代表的には１９０〜２２０）で
あることが判明した。

【００５９】こうして著しく結晶性の高いポリシリコン
膜１０６が得られたら、このポリシリコン膜１０６をパ
ターニングして活性層１０７を形成した。なお、本実施
例では活性層を形成する前に水素雰囲気中での熱処理を
行っているが、活性層を形成した後に行うこともでき
る。その場合、パターン化されていることによってポリ
シリコン膜に発生する応力が緩和されるため好ましい。

【００６０】そして熱酸化工程を行って活性層１０７の
表面に１０nm厚の酸化シリコン膜１０８を形成した。こ
の酸化シリコン膜１０８はゲート絶縁膜として機能す
る。また、活性層１０７はこの酸化により５nmの厚さだ
け膜減りするため膜厚は４５nmとなった。最終的に１０
〜５０nm厚の活性層（特にチャネル形成領域）が残る様
に、熱酸化による膜減りを考慮して初期半導体膜（最も
初めに成膜された半導体膜）の膜厚を決定しておくこと
が必要である。

【００６１】ゲート絶縁膜１０８を形成したら、その上
に導電性を有するポリシリコン膜を形成し、パターニン
グによりゲート配線１０９を形成した。（図２（Ａ））

【００６２】なお、本実施例ではゲート配線としてＮ型
導電性を持たせたポリシリコンを利用するが、材料はこ
れに限定されるものではない。特に、ゲート配線の抵抗
を下げるにはタンタル、タンタル合金又はタンタルと窒
化タンタルとの積層膜を用いることも有効である。さら
に低抵抗なゲート配線を狙うならば銅や銅合金を用いて
も有効である。

【００６３】図２（Ａ）の状態が得られたら、Ｎ型導電
性又はＰ型導電性を付与する不純物を添加して不純物領
域１１０を形成した。この時の不純物濃度は後のＬＤＤ
領域の不純物濃度を鑑みて決定した。本実施例では１×
１０¹⁸atoms/cm³の濃度で砒素を添加したが、不純物も
濃度も本実施例に限定される必要はない。

【００６４】次に、ゲート配線１０９の表面に５〜１０
nm程度の薄い酸化シリコン膜１１１を形成した。これは
熱酸化法やプラズマ酸化法を用いて形成すれば良い。こ
の酸化シリコン膜１１１は、次のサイドウォール形成工
程でエッチングストッパーとして機能する。

【００６５】エッチングストッパーとなる酸化シリコン
膜１１１を形成したら、窒化シリコン膜を形成してエッ
チバックを行い、サイドウォール１１２を形成した。こ
うして図２（Ｂ）の状態を得た。

【００６６】なお、本実施例ではサイドウォールとして
窒化シリコン膜を用いたが、ポリシリコン膜やアモルフ
ァスシリコン膜を用いることもできる。勿論、ゲート配
線の材料が変われば、それに応じてサイドウォールとし
て用いることのできる材料も変わることは言うまでもな
い。

【００６７】次に、再び先程と同一導電型の不純物を添
加した。この時に添加する不純物濃度は先程の工程より
も高い濃度とした。本実施例では不純物として砒素を用
い、濃度は１×１０²¹atoms/cm³とするがこれに限定す
る必要はない。この不純物の添加工程によりソース領域
１１３、ドレイン領域１１４、ＬＤＤ領域１１５及びチ
ャネル形成領域１１６が画定した。（図２（Ｃ））

【００６８】こうして各不純物領域が形成されたらファ
ーネスアニール、レーザーアニール又はランプアニール
等の熱処理により不純物の活性化を行った。

【００６９】次に、ゲート配線１０９、ソース領域１１
３及びドレイン領域１１４の表面に形成された酸化シリ
コン膜を除去し、それらの表面を露呈させた。そして、
５nm程度のコバルト膜（図示せず）を形成して熱処理工
程を行った。この熱処理によりコバルトとシリコンとの
反応が起こり、シリサイド層（コバルトシリサイド層）
１１７が形成された。（図２（Ｄ））

【００７０】この技術は公知のサリサイド技術である。
従って、コバルトの代わりにチタンやタングステンを用
いても構わないし、アニール条件等は公知技術を参考に
すれば良い。本実施例では赤外光を照射してランプアニ
ール処理工程を行った。

【００７１】こうしてシリサイド層１１７を形成した
ら、コバルト膜を除去した。その後、１μm 厚の層間絶
縁膜１１８を形成した。層間絶縁膜１１８としては、酸
化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜又
は樹脂膜（ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイ
ミドアミド、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）等）を用い
れば良い。また、これらの絶縁膜を自由な組み合わせで
積層しても良い。

【００７２】次に、層間絶縁膜１１８にコンタクトホー
ルを形成してアルミニウムを主成分とする材料でなるソ
ース配線１１９及びドレイン配線１２０を形成した。最
後に素子全体に対して水素雰囲気中で３００℃２時間の
ファーネスアニールを行い、水素化を完了した。

【００７３】こうして、図２（Ｄ）に示す様なＴＦＴが
得られた。なお、本実施例で説明した構造は一例であっ
て本願発明を適用しうるＴＦＴ構造はこれに限定されな
い。従って、公知のあらゆる構造のＴＦＴに対して適用
可能である。また、ポリシリコン膜１０６を形成した以
降の工程における数値条件も本実施例に限定される必要
はない。さらには、公知のチャネルドープ工程（しきい
値電圧を制御するための不純物添加工程）を本実施例の
どこかに導入してもなんら問題はない。

【００７４】また、本実施例では初期膜であるアモルフ
ァスシリコン膜を成膜する段階で徹底的にＣ、Ｎ、Ｏと
いった不純物の濃度を管理しているため、完成したＴＦ
Ｔの活性層中に含まれる各不純物濃度は、炭素及び窒素
の濃度が５×１０¹⁸atoms/cm³以下（好ましくは５×１
０¹⁸atoms/cm³以下）、酸素の濃度が５×１０¹⁸atoms/c
m³以下（好ましくは５×１０¹⁸atoms/cm³以下）のまま
であった。また、ニッケルを除く金属元素は１×１０¹⁷
atoms/cm³以下であった。

【００７５】また、本願発明はトップゲート構造に限ら
ず、逆スタガ型ＴＦＴに代表されるボトムゲート構造に
対しても容易に適用することが可能であることは言うま
でもない。

【００７６】また、本実施例ではＮチャネル型ＴＦＴを
例にとって説明したが、公知技術と組み合わせればＰチ
ャネル型ＴＦＴを作製することも容易である。さらに公
知技術を組み合わせれば同一基板上にＮチャネル型ＴＦ
ＴとＰチャネル型ＴＦＴとを形成して相補的に組み合わ
せ、ＣＭＯＳ回路を形成することも可能である。

【００７７】さらに、図２（Ｄ）の構造においてドレイ
ン配線１２０と電気的に接続する画素電極（図示せず）
を公知の手段で形成すればアクティブマトリクス型表示
装置の画素スイッチング素子を形成することも容易であ
る。即ち、本願発明は液晶表示装置やＥＬ（エレクトロ
ルミネッセンス）表示装置などのアクティブマトリクス
型の電気光学装置を作製する際にも実施することが可能
である。

【００７８】（実施例２）本実施例では、実施例１とは
異なる方法によりポリシリコン膜を得る例について図３
を用いて説明する。基本的な構成は実施例１とほぼ同様
であるので、相違点のみに着目して説明する。

【００７９】本実施例は、図１（Ｃ）の状態を得る工程
までは、実施例１と同一である。まず、石英基板２０１
上に９０nm厚の半導体膜（本実施例ではアモルファスシ
リコン膜）２０２を形成し、半導体膜２０２中にゲルマ
ニウムを添加した。（図３（Ａ））そして、不活性雰囲
気、水素雰囲気または酸素雰囲気において５００〜７０
０℃（代表的には５５０〜６５０℃）の温度で４〜２４
時間の加熱処理を加えてポリシリコン膜２０３を得た。
（図３（Ｂ））その後、エキシマレーザー光をポリシリ
コン膜２０３に対して照射し、ポリシリコン膜２０４を
得た。（図３（Ｃ））

【００８０】次いで、このレーザーアニール工程を行っ
て得たポリシリコン膜２０４に対して、１０００℃２時
間のファーネスアニール処理を行った。本実施例では処
理雰囲気を水素雰囲気としたが、還元雰囲気であれば問
題はない。また、窒素雰囲気の様な不活性雰囲気であっ
ても結晶性を改善するという目的は果たされる。また、
この工程により、平坦な表面を有するポリシリコン膜２
０５を得た。（図３（Ｄ））

【００８１】こうして図３（Ｄ）の状態が得られたら、
酸化性雰囲気中で１０００℃３０分のファーネスアニー
ル処理（電熱炉を用いた熱処理）を行った。この処理に
よってポリシリコン膜２０５の膜厚を減じ（thinning処
理）、ポリシリコン膜２０５よりも膜厚の薄いポリシリ
コン膜２０６を形成した。（図３（Ｅ））

【００８２】この熱酸化工程では酸化反応が進行する際
に生じる余剰シリコン原子によってポリシリコン膜中の
欠陥等が修復され、非常に欠陥の少ないポリシリコン膜
を得ることができた。また、ポリシリコン膜の膜厚を薄
くすることで、当初９０nm厚であった膜厚が６０nm厚と
なった。

【００８３】還元雰囲気でのファーネスアニール処理で
平坦化されたポリシリコン膜の表面層を削りながら酸化
反応が進行するので、形成されたポリシリコン膜２０６
はさらに平坦な表面を有する半導体膜となった。この事
は、今後、ＴＦＴの活性層／ゲート絶縁膜界面の準位を
低減する上で有効に働く。加えて、得られる酸化膜は、
非常に平坦な表面を有するため、ゲート絶縁膜またはそ
の一部として用いることができる。

【００８４】なお、このthinning工程は複数回行うとポ
リシリコン膜の平坦性がさらに向上する。なお、その場
合、熱酸化工程と熱酸化膜の除去工程とを交互に繰り返
す。

【００８５】以降の工程は、実施例１と同一であるため
省略する。即ち、実施例１との組み合わせが可能であ
る。

【００８６】（実施例３）本実施例では、実施例１とは
異なる方法によりポリシリコン膜を得る例について図４
を用いて説明する。基本的な構成は実施例１とほぼ同様
であるのでであるので、相違点のみに着目して説明す
る。

【００８７】本実施例は、図１（Ｃ）の状態を得る工程
までは、実施例１と同一である。まず、石英基板２１１
上に９０nm厚の半導体膜（本実施例ではアモルファスシ
リコン膜）２１２を形成し、半導体膜２１２中にゲルマ
ニウムを添加した。（図４（Ａ））そして、不活性雰囲
気、水素雰囲気または酸素雰囲気において５００〜７０
０℃（代表的には５５０〜６５０℃）の温度で４〜２４
時間の加熱処理を加えてポリシリコン膜２１３を得た。
（図４（Ｂ））その後、エキシマレーザー光をポリシリ
コン膜２１３に対して照射し、ポリシリコン膜２１４を
得た。（図４（Ｃ））

【００８８】次いで、このレーザーアニール工程を行っ
て得たポリシリコン膜２１４に対して、酸化性雰囲気中
でファーネスアニール処理（電熱炉を用いた熱処理）を
行った。この処理によってポリシリコン膜２１４の膜厚
を減じ（thinning処理）、ポリシリコン膜２１４よりも
膜厚の薄いポリシリコン膜２１５を形成した。（図４
（Ｄ））

【００８９】なお、このthinning工程は複数回行うとポ
リシリコン膜の平坦性がさらに向上する。その場合、熱
酸化工程と熱酸化膜の除去工程とを交互に繰り返す。

【００９０】以降の工程は、実施例１と同一であるため
省略する。即ち、本実施例は実施例１との組み合わせが
可能である。なお、本実施例の特徴は実施例２で説明し
たファーネスアニール工程を熱酸化工程で兼ねる点にあ
る。

【００９１】（実施例４）本実施例では、初期膜である
アモルファスシリコン膜の結晶化を特開平８−７８３２
９号公報に記載された技術で行った場合の例について図
５を用いて説明する。

【００９２】まず、表面に絶縁膜を設けた石英基板４０
１を用意し、その上にアモルファスシリコン膜（図示せ
ず）及び酸化シリコン膜（図示せず）を大気開放しない
で連続的に積層形成する。次に、酸化シリコン膜をパタ
ーニングして開口部を有するマスク４０２を形成する。

【００９３】次に、実施例１に示した条件でイオンイン
プランテーション法を用いてゲルマニウムの添加工程を
行う。勿論、プラズマドーピング法やレーザードーピン
グ法を用いても良い。この工程によりゲルマニウム添加
領域３０３が形成される。（図５（Ａ））

【００９４】次に、５７０℃１４時間のファーネスアニ
ール工程を行い、ポリシリコンでなる横成長領域４０４
を得る。なお、横成長領域４０４は棒状結晶が基板とほ
ぼ平行な方向に結晶成長しているため、ランダムに核発
生したポリシリコン膜に較べて欠陥やトラップ準位の少
ない半導体膜となる。（図５（Ｂ））

【００９５】また、図５（Ｂ）の状態ではアモルファス
成分のまま残る領域と、横成長領域（結晶成分を有する
領域）とが混在した半導体膜が得られる。本明細書中で
はこの様な膜も半導体膜（又は結晶を含む半導体膜）と
呼ぶ。

【００９６】こうして図５（Ｂ）の状態が得られたら、
マスク４０２をフッ酸系エッチャントで除去する。次
に、ＸｅＣｌエキシマレーザー光を用いてレーザーアニ
ール処理を行い、ポリシリコン膜４０５を得る。本実施
例のレーザー照射条件は実施例

【００９７】次に、酸素雰囲気中で１０００℃３０分の
ファーネスアニール処理を行い、熱酸化工程（thinning
工程）を行う。この時形成される熱酸化膜（図示せず）
はここで除去しても良いし、次のファーネスアニール処
理を行う時まで残しておいても良い。（図５（Ｄ））

【００９８】こうしてthinning工程によって膜厚を減ら
された島状半導体膜４０６を得たら、さらに、水素と窒
素を混合した雰囲気中で１１００℃２時間のファーネス
アニール処理を行う。こうして島状半導体膜４０７を得
る。（図５（Ｅ））

【００９９】以上の様にして形成された島状半導体膜４
０７は実施例１及び実施例２で説明したポリシリコン膜
と同等の結晶性を有している。即ち、膜面全体が特定の
配向性を示し、実質的に単結晶と見なせる半導体膜とな
っている。

【０１００】また、ラマン測定によって得られるラマン
ピーク値や半値半幅も実施例１で説明したものと同様の
ものとなる。

【０１０１】なお、本実施例の構成は実施例１乃至３の
いずれの構成とも組み合わせることができる。

【０１０２】（実施例５）本実施例では、本願発明によ
って作製された反射型液晶表示装置の例を図６に示す。
画素ＴＦＴ（画素スイッチング素子）の作製方法やセル
組工程は公知の手段を用いれば良いので詳細な説明は省
略する。

【０１０３】図６（Ａ）において１１は絶縁表面を有す
る基板（酸化珪素膜を設けたセラミックス基板）、１２
は画素マトリクス回路、１３はソースドライバー回路、
１４はゲイトドライバー回路、１５は対向基板、１６は
ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）、１７は信
号処理回路である。信号処理回路１７としては、Ｄ／Ａ
コンバータ、γ補正回路、信号分割回路などの従来ＩＣ
で代用していた様な処理を行う回路を形成することがで
きる。勿論、基板上にＩＣチップを設けて、ＩＣチップ
上で信号処理を行うことも可能である。

【０１０４】さらに、本実施例では液晶表示装置を例に
挙げて説明しているが、アクティブマトリクス型の表示
装置であればＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装
置やＥＣ（エレクトロクロミックス）表示装置に本願発
明を適用することも可能であることは言うまでもない。

【０１０５】ここで図６（Ａ）のドライバー回路１３、
１４を構成する回路の一例を図６（Ｂ）に示す。なお、
ＴＦＴ部分については既に実施例１で説明しているの
で、ここでは必要箇所のみの説明を行う。

【０１０６】図６（Ｂ）において、５０１、５０２はＮ
チャネル型ＴＦＴ、５０３はＰチャネル型ＴＦＴであ
り、５０１と５０３のＴＦＴでＣＭＯＳ回路を構成して
いる。５０４は窒化珪素膜／酸化珪素膜／樹脂膜の積層
膜でなる絶縁層、その上にはチタン配線５０５が設けら
れ、前述のＣＭＯＳ回路とＴＦＴ５０２とが電気的に接
続されている。チタン配線はさらに樹脂膜でなる絶縁層
５０６で覆われている。二つの絶縁層５０４、５０６は
平坦化膜としての機能も有している。

【０１０７】また、図６（Ａ）の画素マトリクス回路１
２を構成する回路の一部を図６（Ｃ）に示す。図６
（Ｃ）において、５０７はダブルゲート構造のＮチャネ
ル型ＴＦＴでなる画素ＴＦＴであり、画素領域内に大き
く広がる様にしてドレイン配線５０８が形成されてい
る。なお、ダブルゲート構造以外にシングルゲート構造
やトリプルゲート構造などを採用しても構わない。

【０１０８】その上には絶縁層５０４が設けられ、その
上にチタン配線４０５が設けられている。この時、絶縁
層５０４の一部には凹部が落とし込み部が形成され、最
下層の窒化シリコン及び酸化シリコンのみが残される。
これによりドレイン配線５０８とチタン配線５０５との
間で補助容量が形成される。

【０１０９】また、画素マトリクス回路内に設けられた
チタン配線５０５はソース・ドレイン配線と後の画素電
極との間において電界遮蔽効果をもたらす。さらに、複
数設けられた画素電極間の隙間ではブラックマスクとし
ても機能する。

【０１１０】そして、チタン配線５０５を覆って絶縁層
５０６が設けられ、その上に反射性導電膜でなる画素電
極５０９が形成される。勿論、画素電極５０９の表面に
反射率を上げるための工夫をなしても構わない。

【０１１１】また、実際には画素電極５０９の上に配向
膜や液晶層が設けられるが、ここでの説明は省略する。

【０１１２】本願発明を用いて以上の様な構成でなる反
射型液晶表示装置を作製することができる。勿論、公知
の技術と組み合わせれば容易に透過型液晶表示装置を作
製することもできる。

【０１１３】また、図面では区別していないが画素マト
リクス回路を構成する画素ＴＦＴと、ドライバー回路や
信号処理回路を構成するＣＭＯＳ回路とでゲート絶縁膜
の膜厚を異ならせることも可能である。

【０１１４】画素マトリクス回路ではＴＦＴに印加され
る駆動電圧が高いので５０〜２００nm程度の膜厚のゲー
ト絶縁膜が必要である。一方、ドライバー回路や信号処
理回路ではＴＦＴに印加される駆動電圧は低く、逆に高
速動作が求められるのでゲート絶縁膜の膜厚を３〜３０
nm程度と画素ＴＦＴよりも薄くすることが有効である。

【０１１５】（実施例６）本願発明は従来のＩＣ技術全
般に適用することが可能である。即ち、現在市場に流通
している全ての半導体回路に適用できる。例えば、ワン
チップ上に集積化されたＲＩＳＣプロセッサ、ＡＳＩＣ
プロセッサ等のマイクロプロセッサに適用しても良い
し、液晶用ドライバー回路（Ｄ／Ａコンバータ、γ補正
回路、信号分割回路等）に代表される信号処理回路や携
帯機器（携帯電話、ＰＨＳ、モバイルコンピュータ）用
の高周波回路に適用しても良い。

【０１１６】図７に示すのは、マイクロプロセッサの一
例である。マイクロプロセッサは典型的にはＣＰＵコア
２１、ＲＡＭ２２、クロックコントローラ２３、キャッ
シュメモリ２４、キャッシュコントローラ２５、シリア
ルインターフェース２６、Ｉ／Ｏポート２７等から構成
される。

【０１１７】勿論、図７に示すマイクロプロセッサは簡
略化した一例であり、実際のマイクロプロセッサはその
用途によって多種多様な回路設計が行われる。

【０１１８】しかし、どの様な機能を有するマイクロプ
ロセッサであっても中枢として機能するのはＩＣ（Inte
grated Circuit）２８である。ＩＣ２８は半導体チップ
２９上に形成された集積化回路をセラミック等で保護し
た機能回路である。

【０１１９】そして、その半導体チップ２９上に形成さ
れた集積化回路を構成するのが本願発明の構造を有する
Ｎチャネル型ＴＦＴ３０、Ｐチャネル型ＴＦＴ３１であ
る。なお、基本的な回路はＣＭＯＳ回路を最小単位とし
て構成することで消費電力を抑えることができる。

【０１２０】また、本実施例に示したマイクロプロセッ
サは様々な電子機器に搭載されて中枢回路として機能す
る。代表的な電子機器としてはパーソナルコンピュー
タ、携帯型情報端末機器、その他あらゆる家電製品が挙
げられる。また、車両（自動車や電車等）の制御用コン
ピュータなども挙げられる。

【０１２１】言うまでもなく、本実施例の構成は実施例
１乃至７のいずれの構成とも組み合わせることができ
る。

【０１２２】（実施例７）本願発明の電気光学装置は、
様々な電子機器のディスプレイとして利用される。その
様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメ
ラ、フロント型プロジェクター、リア型プロジェクター
（プロジェクションＴＶ）、ゴーグルディスプレイ、カ
ーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、携帯情報
端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、電子書籍等）
などが挙げられる。それらの一例を図８に示す。

【０１２３】図８（Ａ）は携帯電話であり、本体２００
１、音声出力部２００２、音声入力部２００３、表示装
置２００４、操作スイッチ２００５、アンテナ２００６
で構成される。本願発明を音声出力部２００２、音声入
力部２００３、表示装置２００４やその他の信号制御回
路に適用することができる。

【０１２４】図８（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２
１０１、表示装置２１０２、音声入力部２１０３、操作
スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０
６で構成される。本願発明を表示装置２１０２、音声入
力部２１０３やその他の信号制御回路に適用することが
できる。

【０１２５】図８（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モー
ビルコンピュータ）であり、本体２２０１、カメラ部２
２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表示
装置２２０５で構成される。本願発明は表示装置２２０
５やその他の信号制御回路に適用できる。

【０１２６】図８（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであ
り、本体２３０１、表示装置２３０２、アーム部２３０
３で構成される。本発明は表示装置２３０２やその他の
信号制御回路に適用することができる。

【０１２７】図８（Ｅ）はリア型プロジェクターであ
り、本体２４０１、光源２４０２、表示装置２４０３、
偏光ビームスプリッタ２４０４、リフレクター２４０
５、２４０６、スクリーン２４０７で構成される。本発
明は表示装置２４０３やその他の信号制御回路に適用す
ることができる。

【０１２８】図８（Ｆ）は電子書籍であり、本体２５０
１、表示装置２５０２、２５０３、記憶媒体２５０４、
操作スイッチ２５０５、アンテナ２５０６で構成され
る。本発明は表示装置２５０２、２５０３やその他の信
号制御回路に適用することができる。

【０１２９】以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて
広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能で
ある。

【０１３０】（実施例８）実施例１乃至実施例４に示し
た工程で得られる結晶を含む半導体膜は膜面全体におい
て特定の配向性を示す。即ち、個々の結晶粒が集合して
形成された多結晶半導体膜の如き形態であったとして
も、全体の８０％以上（典型的には９０％以上）の結晶
粒が同一の結晶面（配向面）を示すという特徴を有す
る。このように全体の８０％以上を占める結晶面を主た
る配向面と呼ぶ。

【０１３１】本願発明のプロセスで形成される半導体膜
（結晶を含む半導体膜）のとりうる主たる結晶面は、
｛１１０｝面、｛１００｝面、｛１１１｝面、｛３１
１｝面、｛５１１｝面、又は｛１１０｝面と｛１００｝
面とが混在した結晶面のいずれかである。実際にいずれ
の結晶面が主たる配向面であるかは、現在のところ判明
していない。

【０１３２】即ち、本願発明のプロセスで形成される半
導体膜（結晶を含む半導体膜）は、上記６種類のいずれ
かの結晶面が、膜面に存在しうる結晶面全体の８０％以
上（典型的には９０％以上）を占める。

【０１３３】単結晶シリコンを例として良く知られてい
る様に、結晶面によって界面物性は異なる。界面準位密
度（Ｑｓｓ）が最も小さくなる面方位は｛１００｝面で
あり、次いで｛５１１｝面、｛３１１｝面、｛１１１｝
面、｛１１０｝面と｛１００｝面との混在した結晶面、
｛１１０｝面の順に大きくなる。なお、｛５１１｝面は
｛１００｝面に匹敵する界面準位密度を持つことが知ら
れている。

【０１３４】従って、本願発明のプロセスで形成される
半導体膜の主たる配向面が｛１００｝面であれば、活性
層とゲート絶縁膜との界面は非常に界面準位密度が小さ
くなる。その場合、従来のＩＣに匹敵する性能を有する
半導体装置が実現しうる。後述するが、実際に本願発明
を用いて試作したＴＦＴは従来のＩＣに匹敵する電気特
性を示す回路を形成可能としている。

【０１３５】また、本願発明のプロセスにおいてレーザ
ーアニール処理の後に行う還元雰囲気又は不活性雰囲気
でのファーネスアニール処理は、活性層とゲート絶縁膜
との界面を平坦なものとするに非常に有効である。特
に、還元雰囲気で行う場合には半導体膜表面における半
導体原子の増速表面拡散によって極めて平坦な面が得ら
れる。

【０１３６】本出願人がＡＦＭ（分子間力顕微鏡）を用
いて表面凹凸を測定した結果、１μm²の範囲内で凹凸の
Ｐ−Ｖ値（凸部の頂上部と凹部の底部との高さの差）が
１０nm以下（典型的には５nm以下）であり、１０μm²の
範囲内で凹凸のＰ−Ｖ値が２０nm以下（典型的には１０
nm以下）であった。

【０１３７】（実施例９）本願発明を実施して作製され
たＴＦＴの代表的な電気特性は以下の様なものであっ
た。 （１）スイッチング性能（オン／オフ動作切り換えの俊
敏性）の指標となるサブスレッショルド係数が、ドレイ
ン電圧が１Ｖの時にＮチャネル型ＴＦＴおよびＰチャネ
ル型ＴＦＴともに60〜150mV/decade（代表的には80〜10
0mV/decade）と小さい。 （２）ＴＦＴの動作速度の指標となる電界効果移動度
（μ_FE）が、ドレイン電圧が１Ｖの時にＮチャネル型Ｔ
ＦＴで 200〜500cm²/Vs （代表的には 300〜400cm²/Vs
）、Ｐチャネル型ＴＦＴで100 〜300cm²/Vs （代表的
には 150〜200cm²/Vs ）と大きい。 （３）ＴＦＴの駆動電圧の指標となるしきい値電圧（Ｖ
ｔｈ）が、ドレイン電圧が１４Ｖの時にＮチャネル型Ｔ
ＦＴで-1.0〜2.5 Ｖ（代表的には-0.5〜1.5 Ｖ）、Ｐチ
ャネル型ＴＦＴで-2.5〜1.0Ｖ（代表的には-1.5〜0.5
Ｖ）と小さい。

【０１３８】また、本願発明のＴＦＴを５００個測定し
たデータを元に正規確率グラフを作成し、そのグラフを
使って特性ばらつきを推定した。その結果、１００個中
の９０個（典型的には９５個）が上記電気特性の範囲内
に収まることが判った。

【０１３９】以上の様に、極めて優れたスイッチング特
性および高速動作特性が実現可能であることが確認され
ている。

【０１４０】（実施例１０）本実施例では液晶ドライバ
ー回路であるシフトレジスタを作製して動作周波数を確
認した。その結果、電源電圧５Ｖ、段数５０段のシフト
レジスタ回路において動作周波数８０〜２００ＭＨｚ
（典型的には１００〜１５０ＭＨｚ）の出力パルスが得
られた。

【０１４１】（実施例１１）実施例１乃至実施例４では
アモルファスシリコン膜中へゲルマニウムを添加する手
段としてイオンインプランテーション法等を用いる場合
について説明したが、本実施例ではゲルマニウム膜を成
膜した後に熱拡散によって添加する例を示す。

【０１４２】本実施例の場合、アモルファスシリコン膜
を成膜したら、その上に１〜５０nm（代表的には１０〜
２０nm）のゲルマニウム膜を形成する。成膜方法はプラ
ズマＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法、スパッタ法などの気相
法を用いることができる。

【０１４３】なお、ゲルマニウム膜は直接アモルファス
シリコン膜に触れる様に形成しても良いし、絶縁膜を介
して設けられていても良い。絶縁膜を形成する場合、絶
縁膜が厚すぎるとゲルマニウムのシリコン膜中への熱拡
散を阻害することになるので、１０〜３０nmとしておく
ことが好ましい。

【０１４４】ゲルマニウム膜を設けた状態で結晶化工程
を行うと、加熱されることによってゲルマニウムがアモ
ルファスシリコン膜中へ熱拡散し、結晶化を助長する触
媒元素として働く。

【０１４５】結晶化工程後のゲルマニウム膜は酸化させ
て除去しても良いし、硫酸過水溶液（H₂SO₄：H₂O₂＝
１：１）で除去しても良い。その後で、７００℃以上の
熱処理を行えば、形成されたポリシリコン膜中のゲルマ
ニウムを除去又は低減される。

【０１４６】本実施例の構成は、実施例１〜１０までの
どの実施例との組み合わせも可能であり、どの実施例に
も適用できる。

【０１４７】（実施例１２）本実施例ではアモルファス
シリコン膜中へゲルマニウムを添加する手段として溶液
塗布によるスピンコート法と熱拡散法を用いる場合につ
いて説明する。

【０１４８】本実施例の場合、アモルファスシリコン膜
を成膜したら、その上にゲルマニウムを含む溶液を塗布
する。その様な溶液としては酸化ゲルマニウム（GeOx、
代表的にはGeO₂）、塩化ゲルマニウム（GeCl₄）、臭化
ゲルマニウム（GeBr₄）、硫化ゲルマニウム（GeS₂）、
酢酸ゲルマニウム（Ge(CH₃CO₂)）などのゲルマニウム塩
水溶液がある。

【０１４９】また、溶媒としてエタノール、イソプロピ
ルアルコール等のアルコール系溶媒を用いても良い。

【０１５０】本実施例では１０〜１００ppmの酸化ゲル
マニウム水溶液を作製してアモルファスシリコン膜上
（絶縁膜を介しても良い）に塗布し、スピンコートする
ことでゲルマニウム含有層を形成する。

【０１５１】なお、アモルファスシリコン膜は疎水性を
示すため、スピンコートの前にシリコン膜表面に絶縁膜
を形成しておいて、濡れ性を高めておくことは有効であ
る。この場合、絶縁膜が厚すぎるとゲルマニウムのシリ
コン膜中への熱拡散を阻害することになるので、１０〜
３０nmとしておくことが好ましい。

【０１５２】こうしてゲルマニウム含有層を設けた状態
で結晶化工程を行うと、加熱されることによってゲルマ
ニウムがアモルファスシリコン膜中へ熱拡散し、結晶化
を助長する触媒元素として働く。

【０１５３】本実施例の構成は、実施例１〜１０までの
どの実施例との組み合わせも可能であり、どの実施例に
も適用できる。

【０１５４】

【発明の効果】本願発明を実施することで、実施的に単
結晶と見なせる結晶性を有する半導体膜を得ることがで
きる。そして、その様な半導体膜を活性層とするＴＦＴ
で回路を組み、高性能な半導体装置を実現することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
（実施例１）

【図２】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
（実施例１）

【図３】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
（実施例２）

【図４】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
（実施例３）

【図５】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
（実施例４）

【図６】 電気光学装置の構成を示す図。（実施例
５）

【図７】 半導体回路の構成を示す図。（実施例６）

【図８】 電子機器の構成を示す図。（実施例７）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F052 AA02 AA17 BA07 BB07 CA02 CA08 DA02 DB02 DB03 EA15 EA16 FA24 HA01 HA06 JA01

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非晶質を含む半導体膜に対してゲルマニウ
   ムを添加する第１工程と、 前記第１工程の後、前記非晶質を含む半導体膜を、結晶
   を含む半導体膜に変化させる第２工程と、 前記結晶を含む半導体膜に対して２５０〜５０００mJ/c
   m²のエネルギー密度のレーザーアニール処理を行う第３
   工程と、 前記第３工程後の結晶を含む半導体膜に対してファーネ
   スアニール処理を行う第４工程と、 前記第４工程後の結晶を含む半導体膜を酸化して膜厚を
   減じる第５工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. 【請求項２】非晶質を含む半導体膜に対してゲルマニウ
   ムを添加する第１工程と、 前記第１工程の後、前記非晶質を含む半導体膜を、結晶
   を含む半導体膜に変化させる第２工程と、 前記結晶を含む半導体膜に対して２５０〜５０００mJ/c
   m²のエネルギー密度のレーザーアニール処理を行う第３
   工程と、 前記第３工程後の結晶を含む半導体膜に対して還元雰囲
   気中において９００〜１２００℃のファーネスアニール
   処理を行う第４工程と、 前記第４工程後の結晶を含む半導体膜を酸化して膜厚を
   減じる第５工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. 【請求項３】請求項１又は請求項２において、前記第５
   工程は複数回の熱酸化工程によって行われることを特徴
   とする半導体装置の作製方法。
4. 【請求項４】非晶質を含む半導体膜に対してゲルマニウ
   ムを添加する第１工程と、 前記第１工程の後、前記非晶質を含む半導体膜を、結晶
   を含む半導体膜に変化させる第２工程と、 前記結晶を含む半導体膜に対して２５０〜５０００mJ/c
   m²のエネルギー密度のレーザーアニール処理を行う第３
   工程と、 前記第３工程後の結晶を含む半導体膜を酸化して膜厚を
   減じる第４工程と、 前記第４工程後の結晶を含む半導体膜に対してファーネ
   スアニール処理を行う第５工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 【請求項５】非晶質を含む半導体膜に対してゲルマニウ
   ムを添加する第１工程と、 前記第１工程の後、前記非晶質を含む半導体膜を、結晶
   を含む半導体膜に変化させる第２工程と、 前記結晶を含む半導体膜に対して２５０〜５０００mJ/c
   m²のエネルギー密度のレーザーアニール処理を行う第３
   工程と、 前記第３工程後の結晶を含む半導体膜を酸化して膜厚を
   減じる第４工程と、 前記第４工程後の結晶を含む半導体膜に対して還元雰囲
   気中において９００〜１２００℃のファーネスアニール
   処理を行う第５工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. 【請求項６】請求項４又は請求項５において、前記第４
   工程は複数回の熱酸化工程によって行われることを特徴
   とする半導体装置の作製方法。
7. 【請求項７】請求項１乃至６のいずれか一において、前
   記第２工程は前記非晶質を含む半導体膜を熱アニール処
   理によって結晶化させる工程であることを特徴とする半
   導体装置の作製方法。
8. 【請求項８】請求項１乃至６のいずれか一において、前
   記ゲルマニウムは前記非晶質を含む半導体膜中にイオン
   インプランテーション法、プラズマドーピング法又はレ
   ーザードーピング法によって添加されることを特徴とす
   る半導体装置の作製方法。
9. 【請求項９】請求項１乃至６のいずれか一において、前
   記エネルギー密度（Ｅ）はレーザー発振器から発振され
   たレーザー光の光強度（Ｅ₀）、アッテネーターの透過
   率（ａ）、光学系の透過率（ｂ）、レーザー照射面積
   （Ａ）を用いてＥ＝（Ｅ₀×ａ×ｂ）／Ａで表されるこ
   とを特徴とする半導体装置の作製方法。
10. 【請求項１０】請求項２又は請求項５において、前記還
    元雰囲気とは水素雰囲気、アンモニア雰囲気、水素と窒
    素の混合雰囲気又は水素とアルゴンの混合雰囲気である
    ことを特徴とする半導体装置の作製方法。