JP2002050575A - 半導体膜及び半導体装置並びに半導体膜及び半導体装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非晶質半導体膜を加熱処理とレーザー光また
は紫外線、赤外線などの強光の照射により結晶化して得
られる結晶質半導体膜の配向率を高め、そのような結晶
質半導体膜で活性領域を形成した半導体装置及びその作
製方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 珪素を主成分とし結晶構造を有する半導
体膜であって、反射電子回折パターン法で検出される格
子面の内、｛１０１｝面が占める割合が１０％以上であ
り、｛１１１｝面が占める割合が１０％未満である半導
体膜を用いる。これは珪素原子の水素化物またはフッ化
物または塩化物によるガスを原料として、繰り返し周波
数１０ｋＨｚ以下、デューティー比５０％以下の間欠放
電を用いたプラズマＣＶＤ法により非晶質半導体膜を形
成し、その表面に該非晶質半導体膜の結晶化を助長する
元素を導入し、当該元素を利用して結晶構造を有する半
導体膜を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は結晶構造を有する半
導体膜、及び当該半導体膜で活性領域を形成した半導体
装置の作製方法に関する。特に、本発明は当該半導体膜
でチャネル形成領域を形成した薄膜トランジスタの作製
方法に好適に用いることができる。尚、本明細書におい
て半導体装置とは、半導体特性を利用して機能しうる装
置全般を指し、半導体集積回路、電気光学装置、及び半
導体集積回路や電気光学装置を搭載した電子機器を半導
体装置の範疇に含むものとしている。

【０００２】

【従来の技術】ガラスや石英などの基板上に結晶構造を
有する半導体膜（以下、結晶質半導体膜という）を用い
て薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）を作製する
技術が開発されている。結晶質半導体膜を用いたＴＦＴ
を形成する技術は、液晶表示装置に代表されるフラット
パネルディスプレイにおいて、高精細な画像表示を実現
する手段として、又は、画素部と当該画素部の駆動に必
要な集積回路を同一基板上に形成したモノシリック型デ
ィスプレイを実現する手段として応用されている。

【０００３】ＳＯＩ技術（Silicon on Insulator techn
ology）以外で結晶質半導体膜を形成するには、気相成
長法（ＣＶＤ法）により基板上に直接結晶質半導体膜を
形成する方法や、非晶質半導体膜を加熱処理、或いはレ
ーザー光の照射などにより結晶化させる方法が知られて
いる。しかし、ＴＦＴにおいては、良好な電気的特性が
得られることから後者の方法が積極的に採用されてい
る。

【０００４】ガラスまたは石英などの基板上の非晶質半
導体膜を加熱処理やレーザー光の照射により結晶化した
結晶質半導体膜は多結晶構造となる。通常の場合、結晶
化は非晶質半導体膜と基板との界面に自然に発生する結
晶核が基となり結晶化が進むことが判明している。多結
晶構造における個々の結晶粒は任意な結晶面が析出して
いるが、下地に酸化珪素がある場合には、その界面エネ
ルギーが最小となる（１１１）面の結晶が析出する確率
が高くなることが解っている。

【０００５】ところで、ＴＦＴに必要な半導体膜の厚さ
は１０〜１００ｎｍ程度である。この膜厚の範囲では、
異種材料で形成されている基板との界面において、格子
の不整合により、また、ランダムに発生する結晶核によ
り結晶方位を制御することが困難であった。また、結晶
粒が相互に干渉しあう為、個々の粒径の大型化を実現す
ることは不可能であった。

【０００６】一方、結晶質珪素膜を形成する他の手法と
して、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する元素を導
入し、従来よりも低い温度の加熱処理で結晶質珪素膜を
作製する技術が開示されている。例えば、特開平７−１
３０６５２号公報、特開平８−７８３２９号公報では、
非晶質珪素膜にニッケルなどの金属元素を導入し、５５
０℃、４時間の熱処理により結晶質珪素膜を得ることが
できる。

【０００７】この場合には、自然核が発生するより低い
温度で導入した元素のシリサイド化物が形成され、当該
シリサイドを基にした結晶成長が起こっている。例え
ば、ニッケルを用いて形成されるニッケルシリサイド
（ＮｉＳｉ_x（０．４≦ｘ≦２．５））は特定の配向性
を持たないが、非晶質珪素膜の厚さを１０〜１００ｎｍ
とすると基板表面に対し平行な方向しか殆ど成長するこ
とが許されなくなる。この場合、ＮｉＳｉ_xと結晶珪素
の（１１１）面とが接する界面エネルギーが最も小さい
ので、結晶質珪素膜の表面と平行な面は（１１０）面と
なり、この格子面が優先的に配向する。しかし、結晶成
長方向が基板表面に対し平行な方向に柱状に成長する場
合には、その柱状結晶を軸とした回転方向には自由度が
存在するため、必ずしも（１１０）面が配向するとは限
らないため、その他の格子面も析出していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】配向率が低い場合、異
なる方位の結晶がぶつかる結晶粒界で、格子の連続性を
保持することが殆ど不可能となり、不対結合手が多く形
成されることが容易に推定される。粒界にできる不対結
合手は再結合中心または捕獲中心となり、キャリア（電
子・ホール）の輸送特性を低下させている。その結果、
キャリアが再結合で消滅したり欠陥にトラップされたり
するため、このような結晶質半導体膜を用いてＴＦＴを
作製しても高い電界効果移動度を有するＴＦＴを期待す
ることができない。

【０００９】また、結晶粒の位置を意図的に制御するこ
とは殆ど不可能であり、結晶粒界はランダムに存在する
ため、ＴＦＴのチャネル形成領域を特定の結晶方位をも
つ結晶粒で形成することができない。そのために結晶格
子の連続性が低下して、結晶粒界では欠陥が形成され
る。結果として、ＴＦＴの特性をばらつかせる要因とな
り、様々な悪影響をもたらすことになる。例えば、電界
効果移動度が低下して、ＴＦＴを高速で動作させること
ができなくなる。また、しきい値電圧の変動は低電圧駆
動を不可能として、消費電力の増加をもたらすことにな
る。

【００１０】本発明はこのような問題点を解決する手段
を提供することを目的とし、非晶質半導体膜を加熱処理
とレーザー光または紫外線、赤外線などの強光の照射に
より結晶化して得られる結晶質半導体膜の配向率を高
め、そのような結晶質半導体膜で活性領域を形成した半
導体装置及びその作製方法を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明は、珪素を主成分とし、結晶構造を有する半
導体膜であって、反射電子回折パターン法で検出される
格子面の内、｛１０１｝面が占める割合が１０％以上で
あり、｛１１１｝面が占める割合が１０％未満である半
導体膜を用いる。このような半導体膜は、珪素原子の水
素化物またはフッ化物または塩化物によるガスを用い、
繰り返し周波数１０ｋＨｚ以下、デューティー比５０％
以下の間欠放電またはパルス放電を用いたプラズマＣＶ
Ｄ法により珪素を主成分とする非晶質半導体膜を形成
し、その表面に該非晶質半導体膜の結晶化を助長する元
素を導入し、当該元素を利用して加熱処理、または加熱
処理とレーザー光または紫外線、赤外線などの強光の照
射により結晶化させて得る。この結晶構造を有する半導
体膜は、チャネル形成領域などの活性層に用いることが
できる。

【００１２】このようにして作製される珪素を主成分と
する半導体膜は、珪素以外の周期律表第１４族元素の濃
度は１×１０¹⁸／ｃｍ³以下であり、前記半導体膜中の
窒素及び炭素の濃度が５×１０¹⁸／ｃｍ³未満であり、
酸素の濃度が１×１０¹⁹／ｃｍ³未満であるものとす
る。

【００１３】結晶化を助長する元素としては、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃ
ｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種を用いる。ま
た、非晶質半導体膜の厚さは１０ｎｍ乃至１００ｎｍで
形成する。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明において、ＴＦＴのチャネ
ル形成領域に用いる半導体膜は、｛１１０｝格子面の配
向率が高い珪素を主成分とする結晶質半導体膜であるこ
とに特徴を有している。このような結晶質半導体膜を得
る典型的な一実施形態は、珪素原子の水素化物またはフ
ッ化物または塩化物によるガスを用い、間欠放電または
パルス放電を用いたプラズマＣＶＤ法により珪素を主成
分とする非晶質半導体膜を形成し、その表面に該非晶質
半導体膜の結晶化を助長する元素を導入し、当該元素を
利用して加熱処理、または加熱処理とレーザー光または
紫外線、赤外線などの強光の照射により結晶化して結晶
質半導体膜を形成する。

【００１５】このような結晶質半導体膜を形成するため
の基板は、アルミナホウケイ酸ガラスやバリウムホウケ
イ酸ガラスなどの無アルカリガラス基板が適している。
代表的にはコーニング社の＃７０５９ガラス基板や＃１
７３７ガラス基板を用いる。その他に石英基板やサファ
イア基板を用いても良い。或いは、珪素、ゲルマニウ
ム、ガリウム・砒素などの半導体基板の表面に絶縁膜を
形成し、これを基板としても良い。

【００１６】ガラス基板を用いる場合には、非晶質半導
体膜とガラス基板との間に窒化珪素、酸化珪素、または
酸化窒化珪素などでブロッキング層を形成する。こうし
て、ガラス基板中に含まれるアルカリ金属元素などの不
純物元素が半導体膜中に拡散することを防ぐ。例えば、
プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ₄、ＮＨ₃、Ｎ₂を反応ガスと
して用い、窒化珪素膜を形成する。または、ＳｉＨ₄、
Ｎ₂Ｏ、ＮＨ₃を反応ガスとして用い、酸化窒化珪素膜を
形成する。ブロッキング層の厚さは２０〜２００ｎｍで
形成する。

【００１７】このような基板上に間欠放電またはパルス
放電を用いたプラズマＣＶＤ法により上記非晶質半導体
膜を形成する。間欠放電またはパルス放電は、発振周波
数１〜１２０ＭＨｚ、好ましくは１３．５６〜６０ＭＨ
ｚの高周波電力を、繰り返し周波数１０〜１０ｋＨｚに
変調してカソードに供給することにより形成する。繰り
返し周波数の１周期における高周波電力が印加される時
間の割合をデューティー比とすると、その値は１〜５０
％の範囲であることが望ましい。

【００１８】このような間欠放電またはパルス放電を用
いる意味の一つは、非晶質半導体膜の堆積過程における
ラジカル種（ここでは、電気的に中性であり、化学的に
活性な原子または分子を指していう）の選択である。例
えば、ＳｉＨ₄を放電空間中で分解するとき様々なラジ
カル種やイオン種が生成される。放電が定常的に持続す
る場合には、その存在比率は一定の割合を保っている。
しかし、間欠放電またはパルス放電のように放電がオフ
になる時間が存在する場合には、ラジカル種やイオン種
の寿命時間の違いにより、長寿命のラジカル種のみが被
膜の堆積表面に供給され成膜に寄与することになる。

【００１９】図１８は高周波電力の投入とラジカル濃度
の時間変化を模式的に説明する図である。本発明でいう
間欠放電またはパルス放電は、高周波電力がカソードに
印加されるオン時間と、高周波電力の供給が遮断される
オフ時間とが存在する。例えば、発振周波数２７ＭＨｚ
の高周波電力を繰り返し周波数１０ｋＨｚ、デューティ
ー比１０％で供給した場合には、オン時間１μｓｅｃ、
オフ時間９μｓｅｃとなる。放電により生成されるラジ
カル種やイオン種は、生成速度及び消滅速度（寿命）が
それぞれ異なるので、例えばあるラジカル種に着目する
と図１８に示すように過渡的な変化が観測されるものが
ある。即ち、高周波電力が供給されると共にラジカル種
の濃度が増加していき、ある飽和状態に達する。高周波
電力の供給が遮断されると当該ラジカル種は減少し、消
滅するがそれにはある一定の時間を要する。通常は１／
ｅに減少する時間をもって寿命時間と定義される。

【００２０】例えば、ＳｉＨ、ＳｉＨ₂ラジカルの寿命
はそれぞれ１．７２×１０^-4、２．４７×１０^-6秒であ
る（ＳｉＨ₄プラズマ中、５０ｍＴｏｒｒにおける
値）。それに対し、ＳｉＨ₃は、ＳｉＨ₃＋ＳｉＨ₄→Ｓ
ｉＨ₃＋ＳｉＨ₄の反応が繰り返され長寿命であること考
えられている。ここで、良質な非晶質珪素膜を形成する
にはＳｉＨ₃を用いれば良いと言われている。

【００２１】従って、繰り返し周波数とデューティー比
を最適なものとすると、所定のラジカル種を選択的に取
り出し、被膜形成に優先的に用いることができる。実際
には長寿命のラジカル種を取り出すことが可能となる。
長寿命のラジカル種は、相対的に見れば化学的な活性度
が低いので、皮膜の形成において表面反応を制御しやす
くなると言える。

【００２２】デューティー比に関して言えば、その値が
大きくなる程ラジカル種の選択性が悪くなり変調しない
連続放電と同じ成膜機構となる。本発明者の実験によれ
ば、デューティー比が５０％以上になると間欠放電によ
り得られる効果は低下してしまう。

【００２３】いずれにしても、本発明で用いる上記ガス
は、堆積される非晶質半導体膜に取り込まれる酸素、窒
素、炭素などの不純物元素の濃度を低減するために高純
度に精製されたものを用いる。堆積する非晶質半導体膜
の厚さは１０〜１００ｎｍの範囲とする。

【００２４】本発明に用いる非晶質半導体膜は珪素を主
成分とする材料で形成され、その他の１４族元素の濃度
は５×１０¹⁸／ｃｍ³以下とする。このような非晶質半
導体膜は、代表的な反応ガスとして用いられるＳｉＨ₄
または、ＳｉＨ₄とＨ2の混合ガスを用いて作製する。ま
た、非晶質半導体中に含まれる異種元素として、窒素及
び炭素の濃度は５×１０¹⁸／ｃｍ³未満、酸素の濃度は
１×１０¹⁹／ｃｍ³未満とする。結晶化の過程において
これらの不純物は、主に結晶粒の粒界に析出し、粒界の
ポテンシャル障壁が高くなりキャリアーの移動度が低下
する等の不具合が生じてしまう。

【００２５】ここで、本明細書ではこれらの異種元素の
濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により検出
される濃度を言うものであり、当該膜中における濃度の
最低値を指している。

【００２６】上記のように形成した非晶質半導体膜に、
該非晶質半導体膜の結晶化を助長する元素を導入する。
そのような元素としては、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎ
ｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウ
ム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスニウム（Ｏ
ｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃ
ｕ）、金（Ａｕ）から選ばれた一種または複数種の元素
を用いる。これらの元素は、本明細書に記載する何れの
発明においても非晶質半導体膜の結晶化を助長する元素
として使用することができる。上記いずれの元素を用い
ても同質、同様の効果を得ることができるが、代表的に
はニッケルを用いる。

【００２７】当該元素を導入する箇所は、非晶質半導体
膜の全面、或いは非晶質半導体膜の膜面における適宣箇
所のスリット状の面または点状の面などとする。前者の
場合には、当該非晶質半導体膜の基板側に位置する面ま
たは基板側とは反対の面のいずれであっても良い。後者
の場合には、好ましくは非晶質半導体膜上に絶縁膜が形
成され、その絶縁膜に設けられた開孔を利用して元素を
導入することができる。開孔の大きさに特に限定はない
が、その幅は１０〜４０μｍとすることができる。ま
た、その長手方向の長さは任意に決めれば良く、数十μ
ｍ〜数十ｃｍの範囲とすることができる。

【００２８】当該元素を導入する方法は、当該元素を非
晶質半導体膜の表面又は内部に存在させる手法であれば
特に限定はなく、例えば、スパッタ法、蒸着法、プラズ
マ処理法（含むプラズマＣＶＤ法）、吸着法、金属塩の
溶液を塗布する方法などを使用することができる。プラ
ズマ処理法は、不活性ガスによるグロー放電雰囲気にお
いて、陰極からスパッタされる当該元素を利用する。ま
た、金属塩の溶液を塗布する方法は簡易であり、当該元
素の濃度調整が容易である点で有用である。

【００２９】金属塩としては各種塩を用いることが可能
であり、溶媒としては水、アルコール類、アルヒデト
類、エーテル類その他の有機溶媒、または水とこれらの
有機溶媒の混合物を用いることができる。また、それら
の金属塩が完全に溶解した溶液とは限らず、金属塩の一
部または全部が懸濁状態で存在する溶液であっても良
い。いずれの方法を採用するにしても、当該元素は非晶
質半導体膜の表面又は内部に分散させて導入する。

【００３０】上記何れかの方法で当該元素を導入した
後、当該元素を利用して非晶質半導体膜の結晶化を行
う。結晶化は加熱処理、レーザー光または紫外線、赤外
線などの強光の照射によって行う（以下、本明細書では
一括してレーザー処理と標記する）。加熱処理のみでも
｛１０１｝に優先的に配向する結晶質珪素膜を得ること
ができるが、好ましくは、加熱処理を行いその後レーザ
ー光などの強光の照射を行う方法を適用する。加熱処理
後のレーザー処理は、結晶粒内に残される結晶欠陥を修
復することができ、作製される結晶の品質を向上させる
目的に対して有効な処置となる。

【００３１】加熱処理は４５０〜１０００℃の範囲で行
うことが可能であるが、温度の上限は使用する基板の耐
熱温度が一つの上限として考慮される。例えば、石英基
板を用いる場合には１０００℃の熱処理にも耐えるが、
ガラス基板の場合にはその歪み点以下が上限温度の一つ
の根拠となる。例えば、歪み点６６７℃のガラス基板に
対しては、６６０℃程度が上限となり、好ましくは６０
０℃以下とするのが良い。必要とされる時間は加熱温度
や、その後の処理条件（例えばレーザー光を照射する処
理の有無など）により若干異なるが、好適には５５０〜
６００℃にて４〜２４時間の加熱処理を行う。また、そ
の後レーザー処理を行う場合には、５００〜５５０℃に
て４〜８時間の熱処理を行う。以上の加熱処理は空気中
や水素雰囲気中でも良いが、好適には窒素或いは不活性
ガス雰囲気中にて行う。

【００３２】また、レーザー処理は、波長４００ｎｍ以
下のエキシマレーザーや、ＹＡＧまたはＹＶＯ₄レーザ
ーの第２高調波（波長５３２ｎｍ）〜第４高調波（波長
２６６ｎｍ）を光源として用いて行う。これらのレーザ
ー光は光学系にて線状またはスポッ状に集光し、そのエ
ネルギー密度を１００〜３００ｍＪ／ｃｍ²として照射
し、上記のように集光したレーザービームを基板の所定
の領域に渡って走査させ処理を行う。その他、レーザー
の代わりに、ハロゲンランプ、キセノンランプ、水銀ラ
ンプ、メタルハライドランプなどを光源としても良い。

【００３３】次に上述の本発明に基づいて作製される結
晶質半導体膜について、その作製条件の一例を示す。表
１はプラズマＣＶＤ法で作製する非晶質半導体膜の作製
条件である。反応ガスはＳｉＨ₄を用いる。これらの反
応ガスは、形成される非晶質半導体膜に含まれる酸素、
窒素、炭素の不純物濃度を低減させるために、ＳｉＨ ₄
の純度は９９．９９９９％以上のものを用いている。高
周波電力はピーク値として０．３５Ｗ／ｃｍ²（２７Ｍ
Ｈｚ）を供給し、繰り返し周波数１〜３０ｋＨｚ、デュ
ーティー比１０〜９０％のパルス放電に変調して平行平
板型のプラズマＣＶＤ装置の陰極に給電する。その他、
反応圧力３３．２５Ｐａ、基板温度２００〜４００℃、
電極間隔３５ｍｍとしている。

【００３４】図１７は、プラズマＣＶＤ装置のカソード
に印加される２７ＭＨｚの高周波電力の波形をオシロス
コープで観測した写真である。図１７（Ａ）は繰り返し
周波数１ｋＨｚ、デューティー比２０％の場合であり、
図１７（Ｂ）は繰り返し周波数１ｋＨｚ、デューティー
比５０％の場合の写真である。このように、本発明では
高周波電力が印加されるオン時間と、印加されないオフ
時間が交互に繰り返される状況の下に非晶質半導体膜の
形成を行っている。このような電力の供給により形成さ
れる放電を、便宜上間欠放電またはパルス放電と呼ぶ。

【００３５】図４はプラズマＣＶＤ装置の一例であり、
共通室１１２０は、ロード・アンロード（Ｌ／ＵＬ）室
１１１０、１１１５、反応室（１）〜反応室（３）１１
１〜１１３、予備室１１４とゲート弁１１２２〜１１２
７を介して連結されている。基板は、ロード・アンロー
ド（Ｌ／ＵＬ）室１１１０、１１１５のカセット１１２
８、１１２９に装填され、共通室１１２０の搬送手段１
１２１により各反応室または予備室に搬送される。予備
室１１４では主に基板の予備加熱のみを行い、反応室
（１）では窒化珪素膜や酸化珪素膜などの絶縁膜の形
成、反応室（２）では非晶質半導体膜の成膜の形成を行
い、反応室（３）では珪素の結晶化を助長する元素をプ
ラズマ処理により添加するように分離されている。この
プラズマ処理は、不活性ガスのグロー放電により、ニッ
ケルなどの上記結晶化を助長する元素で形成された陰極
からスパッタされる元素を非晶質半導体膜に付着させる
処理である。このような構成のプラズマＣＶＤ装置を用
いれば、基板に密接して形成するブロッキング層から非
晶質半導体膜、及び非晶質半導体膜の結晶化を助長する
元素の添加までを、大気に曝すことなく連続して形成す
ることができる。

【００３６】図５はこのようなプラズマＣＶＤ装置の一
つの反応室の構成を詳細に説明するものであり、非晶質
半導体膜を形成する反応室の一例を示している。反応室
５０１は、高周波電源５０５が接続する陰極（カソー
ド）５０２、陽極（アノード）５０３が設けられた平行
平板型である。陰極５０２はシャワー板となっていて、
ガス供給手段５０６からの反応ガスは、このシャワー板
を通して反応室中に供給される。陽極５０３にはシーズ
ヒーターなどによる加熱手段が設けられ、基板５１５が
設置されている。ガス供給系の詳細は割愛するが、Ｓｉ
Ｈ₄やＧｅＨ₄などが充填されたシリンダー５１４、ガス
の流量を制御するマスフローコントローラー５１２、ス
トップバルブ５１３などから構成されている。排気手段
５０７は、ゲートバルブ５０８、自動圧力制御弁５０
９、ターボ分子ポンプ（または複合分子ポンプ）５１
０、ドライポンプ５０７から成っている。ターボ分子ポ
ンプ（または複合分子ポンプ）５１０、ドライポンプ５
０７は潤滑油を使用しないもので、油の拡散による反応
室内の汚染を完全に無くしている。排気速度は、反応室
の容積１３Ｌの反応室に対し、一段目に排気速度３００
Ｌ／秒のターボ分子ポンプ、二段目に排気速度４０ｍ³
／ｈｒのドライポンプを設け、排気系側から有機物の蒸
気が逆拡散してくるのを防ぐと共に、反応室の到達真空
度を高め、非晶質半導体膜の形成時に不純物元素が膜中
に取り込まれることを極力防いでいる。

【００３７】このような条件の下に作製された非晶質半
導体を用い、前述の結晶化法を用い作製された結晶質半
導体膜の配向率は、反射電子線回折パターン（ＥＢＳ
Ｐ：Electron Backscatter diffraction Pattern）によ
り求められている。ＥＢＳＰは走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ：Scanning Electron Microscopy）に専用の検出器を
設け、一次電子の後方散乱から結晶方位を分析する手法
である（以下、この手法を便宜上ＥＢＳＰ法と呼ぶ）。
ＥＰＳＰを用いた結晶半導体膜の評価は、"Microtextur
e Analysis of Location Controlled Large Si Grain F
ormed by Exciter-Laser Crystallization Method: R.
Ishihara and P. F. A. Alkemade, AMLCD'99 Digest of
Technical Papers 1999 Tokyo Japan, pp99-102"に紹
介されている。

【００３８】この測定方法は、結晶構造を持った試料に
電子線が入射すると、後方にも非弾性散乱が起こり、そ
の中には試料中でブラッグ回折による結晶方位に特有の
線状パターン(一般に菊地像と呼ばれる)も合わせて観察
される。ＥＢＳＰ法は検出器スクリーンに映った菊地像
を解析することにより試料の結晶方位を求めている。試
料の電子線の当たる位置を移動させつつ方位解析を繰り
返す(マッピング測定)ことで、面状の試料について結晶
方位または配向の情報を得ることができる。入射電子線
の太さは、走査型電子顕微鏡の電子銃のタイプにより異
なるが、ショットキー電界放射型の場合、１０〜２０ｎ
ｍの非常に細い電子線が照射される。マッピング測定で
は、測定点数が多いほど、また測定領域が広いほど、結
晶配向のより平均化した情報を得ることができる。実際
には、１００×１００μｍ²の領域で、１００００点
（１μｍ間隔）〜４０００点（０．５μｍ間隔）の程度
の測定を行っている。

【００３９】マッピング測定により各結晶粒の結晶方位
がすべて求まると、膜に対する結晶配向の状態を統計的
に表示できる。図２３（Ａ）にＥＢＳＰ法により求めら
れる逆極点図の例を示す。逆極点図は多結晶体の優先配
向を表示する際によく用いられるもので、試料のある特
定の面(ここでは膜表面)が、どの格子面に一致している
かを集合的に表示したものである。

【００４０】図２３（Ａ）の扇形状の枠は一般に標準三
角形と呼ばれるもので、この中に立方晶系における全て
の指数が含まれている。またこの図中における長さは、
結晶方位における角度に対応している。たとえば｛００
１｝と｛１０１｝の間は４５度、｛１０１｝と｛１１
１｝の間は３５．２６度、｛１１１｝と｛００１｝の間
は５４．７４度である。また、白抜きの点線は｛１０
１｝からのずれ角５度及び１０度の範囲を示している。

【００４１】図６（Ａ）は、マッピングにおける全測定
点(この例では１１６５５点)を標準三角形内にプロット
したものである。｛１０１｝付近で点の密度が濃くなっ
ていることがわかる。図６（Ｂ）は、このような点の集
中度を等高線表示したものである。ここで数値は各結晶
粒が完全に無秩序な配向だと仮定した場合、すなわち標
準三角形内に点を偏りなく分布させた場合に対する倍率
を示しており無次元数である。

【００４２】このように特定の指数（ここでは｛１０
１｝）に優先配向している事がわかった場合、その指数
近傍にどの程度の結晶粒が集まっているか、その割合を
数値化することで、優先配向の度合いをよりイメージし
やすくなる。例えば図６（Ａ）に例示した逆極点図にお
いて｛１０１｝からのずれ角５度及び１０度の範囲（図
中に白点線で示す）に存在する点数の全体に対する割合
を配向率として次式により求めて示すことができる。

【００４３】

【数１】

【００４４】この割合は、次のように説明することもで
きる。図６（Ａ）のように｛１０１｝付近に分布が集中
している場合、実際の膜においては各結晶粒の＜１０１
＞方位は基板に概略垂直であるが、その周りにやや揺ら
ぎを持って並んでいることが予想される。この揺らぎの
角に許容値を５度、１０度と設け、それより小さいもの
の割合を数値で示してゆく。以上に説明したように許容
ずれ角を５度及び１０度と定め、それを満たす結晶粒の
割合を表示してゆくことにより配向率を求めることがで
きる。

【００４５】図１はガラス基板上に作製した５４ｎｍの
非晶質珪素膜を、５００℃にて１時間の脱水素処理をし
た後、５８０℃にて４時間の加熱処理により結晶化させ
た結晶質半導体膜の｛１０１｝面の配向率をデューティ
ー比依存性として示している。繰り返し周波数は１〜３
０ｋＨｚの間で変化させている。図１から明らかなこと
は、連続放電から作製された膜の特性と比較して、デュ
ーティー比が小さくなるに従って、｛１０１｝面の配向
率が増加する傾向が明らかに示されている。また、この
傾向は繰り返し周波数が１０ｋＨｚ以下の場合において
顕著に現れている。図１の結果では、連続放電から作製
された試料が９％の配向率であるのに対し、デューティ
ー比１０％において１４％、デューティー比２０％にお
いて１５％の配向率が得られている。

【００４６】図２は、同様の試料について横軸を放電持
続時間としてプロットした特性を示している。｛１０
１｝面の配向率は連続放電で作製した比較試料に対して
高い値を示しているが、放電持続時間が短い程配向率が
高くなる傾向を示している。

【００４７】図３は同様の試料についてパルス周波数に
対してプロットしたデータである。｛１０１｝面の配向
率はパル周波数が１０ｋＨｚ以下の場合に高くなること
が示されている。

【００４８】勿論、このような｛１０１｝格子面に対し
て高い配向性を示す結晶質半導体膜は、所定の繰り返し
周波数で非晶質半導体を堆積するだけでなく、膜中に含
まれる酸素、窒素、炭素の元素の濃度を１×１０¹⁹／ｃ
ｍ³未満にすること、及び膜厚を２０〜１００ｎｍの範
囲として、基板表面と平行な方向の成長が支配的となる
ようにすることの相乗効果により達成される。

【００４９】このような｛１１０｝格子面の配向率の高
い結晶質半導体膜はＴＦＴのチャネル形成領域、光起電
力素子の光電変換層など素子の特性を決定付けるチャネ
ル形成領域に好適に用いることができる。

【００５０】

【実施例】[実施例１]図７で説明する結晶質半導体膜の
作製方法は、非晶珪素膜の全面に珪素の結晶化を助長す
る元素を添加して結晶化を行う方法である。まず、図７
（Ａ）において、基板１０１はコーニング社の#１７７
３ガラス基板に代表されるガラス基板を用いる。基板１
０１の表面には、ブロッキング層１０２としてプラズマ
ＣＶＤ法でＳｉＨ₄とＮ₂Ｏを用い酸化窒化珪素膜を１０
０ｎｍの厚さに形成する。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。

【００５１】珪素を主成分とする非晶質半導体膜１０３
はプラズマＣＶＤ法により作製し、ＳｉＨ₄を反応室に
導入し、間欠放電またはパルス放電により分解して基板
１０１に堆積させる。その詳細な条件は実施形態におい
て述べた通りであるが、２７ＭＨｚの高周波電力を変調
し、繰り返し周波数５ｋＨｚ、デューティー比２０％の
間欠放電により５４ｎｍの厚さに堆積する。珪素を主成
分とする非晶質半導体膜１０３の酸素、窒素、炭素など
の不純物を極力低減するために、ＳｉＨ₄は純度９９．
９９９９％以上のものを用いる。また、プラズマＣＶＤ
装置の仕様としては、反応室の容積１３Ｌの反応室に対
し、一段目に排気速度３００Ｌ／秒の複合分子ポンプ、
二段目に排気速度４０ｍ³／ｈｒのドライポンプを設
け、排気系側から有機物の蒸気が逆拡散してくるのを防
ぐと共に、反応室の到達真空度を高め、非晶質半導体膜
の形成時に不純物元素が膜中に取り込まれることを極力
防いでいる。

【００５２】そして図７（Ｂ）で示すように、重量換算
で１０ｐｐｍのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をス
ピナーで塗布してニッケル含有層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、珪素とゲ
ルマニウムから成る非晶質半導体膜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。珪素の表面は本来
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。

【００５３】次に、５００℃にて１時間の加熱処理を行
い、珪素とゲルマニウムから成る非晶質半導体膜中の水
素を放出させる。そして、５８０℃にて４時間に加熱処
理を行い結晶化を行う。こうして、図７（Ｃ）に示す結
晶質半導体膜２０５が形成される。

【００５４】さらに結晶化率（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、結晶質半導体膜２０５に対してレーザー光２
０６を照射するレーザー処理を行う。レーザーは波長３
０８ｎｍにて３０Ｈｚで発振するエキシマレーザー光を
用いる。当該レーザー光は光学系にて１００〜３００ｍ
Ｊ／ｃｍ²に集光し、９０〜９５％のオーバーラップ率
をもって半導体膜を溶融させることなくレーザー処理を
行う。こうして図７（Ｄ）に示す珪素を主成分とする結
晶質半導体膜１０７を得ることができる。

【００５５】[実施例２]非晶質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図８により説明す
る。図８（Ａ）において、基板１２０は前述のガラス基
板または石英基板を採用する。ガラス基板を用いる場合
には、実施例１と同様にブロッキング層を設ける。

【００５６】珪素とゲルマニウムから成る非晶質半導体
１２１は、は実施例１と同様に間欠放電またはパルス放
電を用いたプラズマＣＶＤ法で形成する。

【００５７】そして、珪素を主成分とする非晶質半導体
１２１上に１５０ｎｍの厚さの酸化珪素膜１２２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 Sil
icate：ＴＥＯＳ）とＯ₂とを混合し、反応圧力４０Ｐ
ａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５
６ＭＨｚ）電力密度０．５〜０．８Ｗ／ｃｍ²で放電さ
せ形成する。

【００５８】次に、酸化珪素膜１２２に開孔部１２３を
形成し、重量換算で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、ニッケル含有層
１２４が形成され、ニッケル含有層１２４は開孔部１２
３の底部のみでゲルマニウムを含む非晶質珪素膜１２１
と接触する。

【００５９】図８（Ｂ）で示す結晶化は、加熱処理の温
度５００〜６５０℃で４〜２４時間、例えば５７０℃に
て１４時間の熱処理を行う。この場合、結晶化はニッケ
ルが接した非晶質珪素膜の部分が最初に結晶化し、そこ
から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１２５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。その後、酸化
珪素膜２２２を除去すれば、図８（Ｄ）で示す珪素を主
成分とする結晶質半導体膜２２５を得ることができる。

【００６０】[実施例３]実施例１、２で説明する方法に
従い作製される結晶質珪素膜には結晶化において利用し
たニッケルに代表される元素が残存している。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
導体装置のチャネル形成領域に用い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。

【００６１】本実施例はゲッタリング方法の一例を図９
を用いて説明する。図９（Ａ）において、基板１３０は
実施例１のガラス基板、或いは石英基板が採用される。
ガラス基板を用いる場合には、実施例１と同様にブロッ
キング層を設ける。また、結晶質半導体膜１３１は実施
例１または２のいずれの方法で作製されたものであって
も同様に適用される。結晶質半導体膜１３１の表面に
は、マスク用の酸化珪素膜１３２が１５０ｎｍの厚さに
形成され、開孔部１３３が設けられ結晶質半導体膜が露
出した領域が設けられている。実施例２に従う場合に
は、図８（Ａ）で示す酸化珪素膜１２２をそのまま利用
可能であり、図８（Ｂ）の工程の後からそのまま本実施
例の工程に移行することもできる。そして、イオンドー
プ法によりリンを添加して、１×１０¹⁹〜１×１０²²／
ｃｍ³の濃度のリン添加領域１３５を形成する。

【００６２】そして、図９（Ｂ）に示すように、窒素雰
囲気中で５５０〜８００℃、５〜２４時間、例えば６０
０℃にて１２時間の熱処理を行うと、リン添加領域１３
５がゲッタリングサイトとして働き、結晶質珪素膜１３
１に残存していた触媒元素はリン添加領域１３５に偏析
させることができる。

【００６３】その後、図９（Ｃ）で示すようにマスク用
の酸化珪素膜１３２と、リンが添加領域１３５とをエッ
チングして除去することにより、結晶化の工程で使用し
た金属元素の濃度が１×１０¹⁷／ｃｍ³未満にまで低減
された結晶質半導体膜１３６を得ることができる。

【００６４】[実施例４]次に、このような珪素を主成分
とする結晶質半導体膜を用いて、ＴＦＴを作製する例を
示す。図１１は本実施例の作製工程を説明する図であ
る。

【００６５】図１１（Ａ）において、基板２１０上に珪
素を主成分とする結晶質半導体膜２１２を形成するが、
この結晶質半導体膜２１２は、以下に示す実施例１〜３
で示す工程により作製される何れかのものが採用され
る。ＴＦＴを作製するに当たっては、素子分離のため所
定の大きさにエッチングし、島状に分割しておく。基板
２１０がガラス基板である場合には、ブロッキング層２
１１を設ける。

【００６６】絶縁膜２１３はＴＦＴにおいてゲート絶縁
膜として利用されるものであり３０〜２００ｎｍの厚さ
で形成する。この絶縁膜２１３はプラズマＣＶＤ法によ
りＳｉＨ₄とＮ₂Ｏとから作製される酸化窒化珪素膜、或
いはＴＥＯＳとＮ₂Ｏとから作製される酸化窒化珪素膜
などで形成する。本実施例では前者を選択し、７０ｎｍ
の厚さに形成する。

【００６７】絶縁膜２１３上には、タンタル、タングス
テン、チタン、アルミニウム、モリブデンから選ばれた
一種または複数種の元素を成分とする導電性材料でゲー
ト電極２１４を形成する。

【００６８】次に、図１１（Ｂ）で示すように、ＴＦＴ
のソース及びドレイン領域を形成する一導電型の不純物
領域２１６を形成する。この不純物領域２１６はイオン
ドープ法により形成し、ｎチャネル型ＴＦＴであればリ
ン、砒素に代表される周期律表第１５族の元素、ｐチャ
ネル型ＴＦＴであればボロンに代表される周期律表第１
３族の元素を添加する。

【００６９】その後、プラズマＣＶＤ法により作製され
る窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜により第１の層間絶縁膜
８１７を形成する。第１の層間絶縁膜８１７はプラズマ
ＣＶＤ法で２００〜３００℃の基板温度で形成し、その
後、窒素雰囲気中３５０〜４５０℃、好ましくは４１０
℃の温度で加熱処理を行う。この温度で第１の層間絶縁
膜中の水素を放出させ、その後２５０〜３５０℃にて
０．１〜１時間程度保持する加熱処理を行い、結晶質半
導体膜の水素化を行う。このような二段階の加熱処理に
より結晶質半導体膜の水素化を行うことで、特に３５０
℃以上の温度では水素化しにくいゲルマニウムのダング
リングボンド（未結合種）を水素化し、補償することが
できる。さらに、ソース及びドレイン電極２１８を形成
しＴＦＴを得ることができる。

【００７０】尚、ここではＴＦＴをシングルゲートの構
造で示したが、勿論、複数のゲート電極を設けたマルチ
ゲート構造を採用することもできる。

【００７１】本発明で得られる珪素を主成分とする結晶
質半導体膜は、｛１０１｝の配向率が高く、形成される
チャネル形成領域はゲート絶縁膜との界面特性が良好で
ある。また、結晶粒界及び結晶粒内の欠陥密度が低く、
高い電界効果移動度を得ることができる。ここでは、Ｔ
ＦＴをシングルドレインの構造で説明したが、低濃度ド
レイン（ＬＤＤ）構造や、ＬＤＤがゲート電極とオーバ
ーラップした構造のＴＦＴを形成することもできる。本
発明で作製されるＴＦＴは、アクティブマトリクス型の
液晶表示装置やＥＬ表示装置を作製するためのＴＦＴと
て、また従来の半導体基板にて作製されるＬＳＩに代わ
る薄膜集積回路を実現するＴＦＴとして用いることがで
きる。

【００７２】[実施例５]図１０は本発明の結晶質半導体
膜を用いて作製される逆スタガ型のＴＦＴの断面図であ
る。逆スタガ型ＴＦＴは、ガラスまたは石英などの基板
２０１上にゲート電極２６０、２６１が形成されてお
り、珪素ゲルマニウムを成分とする結晶質半導体膜２６
３、２６４は、ゲート絶縁膜２６２上に形成されてい
る。結晶質半導体膜２６３、２６４は実施例１〜３の方
法により作製されるいずれの結晶質半導体膜であっても
適用可能である。

【００７３】ｎチャネル型ＴＦＴ２８０は結晶質半導体
膜２６３を用いて作製され、チャネル形成領域２７３と
ｎ型不純物（ドナー）をドーピングして作製されるＬＤ
Ｄ領域２７４及びソースまたはドレイン領域２７５が形
成されている。ｐチャネル型ＴＦＴ２８１は結晶質半導
体膜２６４を用いて作製され、チャネル形成領域２７６
とｐ型不純物（アクセプタ）をドーピングして作製され
るソースまたはドレイン領域２７７が形成されている。

【００７４】チャネル形成領域２７３、２７６上にはチ
ャネル保護膜２６５、２６６が形成され、第１の層間絶
縁膜２６７、第２の層間絶縁膜２６８を介してソースま
たはドレイン電極２６９〜２７２が形成されている。水
素化処理は、第１の層間絶縁膜２６７を窒化珪素膜また
は酸化窒化珪素膜で形成し、その後、窒素雰囲気中３５
０〜４５０℃、好ましくは４１０℃の温度で加熱処理を
行う。この温度で第１の層間絶縁膜中の水素を放出さ
せ、その後２５０〜３５０℃にて０．１〜１時間程度保
持する加熱処理を行い、結晶質半導体膜の水素化を行う
ことができる。

【００７５】このような逆スタガ型のＴＦＴを用いて
も、アクティブマトリクス型の液晶表示装置やＥＬ表示
装置の駆動回路を形成することができる。それ以外に
も、このようなｎチャネル型ＴＦＴまたはｐチャネル型
ＴＦＴは、画素部を形成するトランジスタに応用するこ
とができる。尚、ここではＴＦＴをシングルゲートの構
造で示したが、勿論、複数のゲート電極を設けたマルチ
ゲート構造を採用することもできる。このようなＴＦＴ
は、従来の半導体基板にて作製されるＬＳＩに代わる薄
膜集積回路を実現するＴＦＴとして用いることができ
る。

【００７６】[実施例６]本実施例は、ｎチャネル型ＴＦ
Ｔとｐチャネル型ＴＦＴとを相補的に組み合わせたＣＭ
ＯＳ型のＴＦＴを作製する一例について図１２を用いて
説明する。図１２（Ａ）において、基板３０１上に珪素
を主成分とする結晶質半導体膜を形成する。この結晶質
半導体膜は実施例１〜３で示す方法により作製されるい
ずれのものを適用しても良い。ＴＦＴを作製するに当た
っては、素子分離のため所定の大きさにエッチングし、
島状に分割して半導体層３３１〜３３３を形成する。基
板３０１がガラス基板である場合には、ブロッキング層
３０２を設ける。

【００７７】ブロッキング層３０２としてプラズマＣＶ
Ｄ法でＳｉＨ₄とＮ₂Ｏを用い酸化窒化珪素膜を５０〜２
００ｎｍの厚さに形成する。その他の形態として、プラ
ズマＣＶＤ法でＳｉＨ₄とＮＨ₃とＮ₂Ｏから作製される
酸化窒化珪素膜を５０ｎｍ、ＳｉＨ₄とＮ₂Ｏから作製さ
れる酸化窒化珪素膜を１００ｎｍ積層させた２層構造
や、或いは、窒化珪素膜とＴＥＯＳ（Tetraethyl Ortho
Silicate）を用いて作製される酸化珪素膜を積層させ
た２層構造としても良い。

【００７８】ブロッキング層３０２及びその上に形成す
る非晶質半導体膜はいずれもプラズマＣＶＤ法で形成す
ることが可能であり、これらの層を連続して、シングル
チャンバー方式のＣＶＤ装置において同一反応室中で、
或いは、マルチチャンバー方式のＣＶＤ装置において各
反応室間を移動させながら連続して形成することができ
る。いずれにしても、大気解放せずに成膜することでブ
ロッキング層と非晶質半導体膜の界面を清浄にしておく
ことができる。

【００７９】絶縁膜３３４はゲート絶縁膜として利用す
るものであり、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用
い、膜厚を４０〜１５０ｎｍの厚さで形成する。本実施
例では、７０ｎｍの厚さで酸化窒化珪素膜を用いて形成
する。特に、ＳｉＨ₄とＮ₂ＯにＯ₂を添加させて作製す
る酸化窒化珪素膜は膜中の固定電荷密度を低減させるこ
とが可能となり、ゲート絶縁膜として好ましい材料であ
る。勿論、ゲート絶縁膜はこのような酸化窒化珪素膜に
限定されるものでなく、酸化珪素膜や酸化タンタル膜な
どの絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。

【００８０】そして、絶縁膜３３４上にゲート電極を形
成するための第１導電膜３３５と第２導電膜３３６とを
形成する。本実施例では、第１導電膜３３５を窒化タン
タルまたはチタンで５０〜１００ｎｍの厚さに形成し、
第２導電膜３３６をタングステンで１００〜３００ｎｍ
の厚さに形成する。これらの材料は、窒素雰囲気中にお
ける４００〜６００℃の熱処理でも安定であり、抵抗率
が著しく増大することがない。

【００８１】次に図１２（Ｂ）に示すように、レジスト
によるマスク３３７を形成し、ゲート電極を形成するた
めの第１のエッチング処理を行う。エッチング方法に限
定はないが、好適にはＩＣＰ（Inductively Coupled Pl
asma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いる。エ
ッチング用ガスにＣＦ₄とＣｌ₂を混合し、０．５〜２Ｐ
ａ、好ましくは１Ｐａの圧力でコイル型の電極に５００
ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマ
を生成して行う。基板側（試料ステージ）にも１００Ｗ
のＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負
の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ₄とＣｌ₂を混合し
た場合にはタングステン膜、窒化タンタル膜及びチタン
膜の場合でも、それぞれ同程度の速度でエッチングする
ことができる。

【００８２】上記エッチング条件では、レジストによる
マスクの形状と、基板側に印加するバイアス電圧の効果
により端部をテーパー形状とすることができる。テーパ
ー部の角度は１５〜４５°となるようにする。また、ゲ
ート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするため
には、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加
させると良い。Ｗ膜に対する酸化窒化珪素膜の選択比は
２〜４（代表的には３）であるので、オーバーエッチン
グ処理により、酸化窒化珪素膜が露出した面は２０〜５
０ｎｍ程度エッチングされる。こうして、第１のエッチ
ング処理により第１導電膜と第２導電膜から成る第１形
状の導電層３３８〜３４０（第１の導電層３３８ａ〜３
４０ａと第２導電層３３８ｂ〜３４０ｂ）を形成する。
３４１はゲート絶縁膜であり、第１の形状の導電層で覆
われない領域は２０〜５０ｎｍ程度エッチングされ薄く
なる。

【００８３】さらに図１２（Ｃ）に示すように第２のエ
ッチング処理を行う。エッチングはＩＣＰエッチング法
を用い、エッチングガスにＣＦ₄とＣｌ₂とＯ₂を混合し
て、１Ｐａの圧力でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ電
力(１３．５６ＭＨｚ)を供給してプラズマを生成する。
基板側（試料ステージ）には５０ＷのＲＦ（１３．５６
ＭＨｚ）電力を投入し、第１のエッチング処理に比べ低
い自己バイアス電圧を印加する。このような条件により
タングステン膜を異方性エッチングし、第１の導電層で
ある窒化タンタル膜またはチタン膜を残存させるように
する。こうして、第２形状の導電層３４２〜３４４（第
１の導電膜３４２ａ〜３４４ａと第２の導電膜３４２ｂ
〜３４４ｂ）を形成する。３４５はゲート絶縁膜であ
り、第２の形状の導電層３４２〜３４４で覆われない領
域はさらに２０〜５０ｎｍ程度エッチングされて膜厚が
薄くなる。

【００８４】そして、第１のドーピング処理を行う。本
ドーピング処理では、ｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ領域
を形成するためにｎ型の不純物（ドナー）をドーピング
する。その方法はイオンドープ法若しくはイオン注入法
で行う。例えば、イオンドープ法を用い、加速電圧を７
０〜１２０ｋｅＶとし、１×１０¹³／ｃｍ²のドーズ量
で行い、第１の不純物領域を形成する。ドーピングは、
第２の導電膜３４２ｂ〜３４４ｂを不純物元素に対する
マスクとして用い、第１の導電膜３４２ａ〜３４４ａの
下側の領域に不純物元素が添加されるようにドーピング
する。こうして、第１の導電膜３４２ａ〜３４４ａと一
部が重なる第１の不純物領域３４６〜３４８が形成され
る。第１の不純物領域は１×１０¹⁷〜１×１０¹⁹／ｃｍ
³の範囲の濃度で形成する。

【００８５】次に、図１２（Ｄ）に示すように、レジス
トでマスク３４９〜３５１を形成し、第２のドーピング
処理を行いう。第２のドーピング処理は、ｎチャネル型
ＴＦＴのソースまたはドレイン領域を形成するためにｎ
型の不純物（ドナー）をドーピングする。イオンドープ
法の条件はドーズ量を１×１０¹³〜５×１０¹⁴／ｃｍ ²
として行う。ｎ型の不純物元素として１５族に属する元
素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用い
る。レジストでマスク３４９〜３５１は個々にその形状
を最適化することが可能であり、第２形状の導電層の外
側まで覆う形状のものとして、先に形成した第１の不純
物領域と重なるようにすることでＬＤＤ領域を形成する
ことができる。こうして、第２の不純物領域３５２〜３
５４を形成する。第２の不純物領域７２５〜７２９おけ
るリン（Ｐ）濃度は１×１０²⁰〜１×１０²¹／ｃｍ³の
範囲となるようにする。

【００８６】そして、図１２（Ｅ）に示すように、レジ
ストによるマスク３５５を形成し、ｐチャネル型ＴＦＴ
を形成する島状半導体層３３１にｐ型の不純物（アクセ
プタ）をドーピングする。典型的にはボロン（Ｂ）を用
いる。第３の不純物領域３５６、３５７の不純物濃度は
２×１０²⁰〜２×１０²¹／ｃｍ³となるようにし、含有
するリン濃度の１．５〜３倍のボロンを添加して導電型
を反転させる。

【００８７】以上までの工程でそれぞれの島状半導体層
に不純物領域が形成される。第２形状の導電層３４２〜
３４４はゲート電極となる。その後、図１２（Ｆ）に示
すように、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜から成る保
護絶縁膜３５８をプラズマＣＶＤ法で形成する。そして
導電型の制御を目的としてそれぞれの島状半導体層に添
加された不純物元素を活性化する工程を行う。活性化は
ファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行うこと
が好ましい。その他に、レーザーアニール法、またはラ
ピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用すること
もできる。熱アニール法では酸素濃度が１ｐｐｍ以下、
好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜
７００℃、代表的には4００〜６００℃で行うものであ
り、本実施例では５００℃で４時間の熱処理を行う。

【００８８】さらに、窒化珪素膜３５９を形成し、３５
０〜４５０℃、好ましくは４１０℃の加熱処理を行う。
この温度で第１の層間絶縁膜中の水素を放出させ、その
後２５０〜３５０℃にて０．１〜１時間程度保持する加
熱処理を行い、結晶質半導体膜の水素化を行う。このよ
うな二段階の加熱処理により結晶質半導体膜の水素化を
行うことで、特に３５０℃以上の温度では水素化しにく
いゲルマニウムのダングリングボンド（未結合種）を水
素化し、補償することができる。

【００８９】層間絶縁膜３６０は、ポリイミド、アクリ
ルなどの有機絶縁物材料で形成し表面を平坦化する。勿
論、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Tetraethyl Ortho S
ilicate）を用いて形成される酸化珪素膜を適用しても
良いが、平坦性を高める観点からは前記有機物材料を用
いることが望ましい。

【００９０】次いで、コンタクトホールを形成し、アル
ミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）
などを用いて、ソースまたはドレイン配線３６１〜３６
６を形成する。

【００９１】ｐチャネル型ＴＦＴ３７０にはチャネル形
成領域３６３、ソース領域またはドレイン領域として機
能する第３の不純物領域３５６、３５７を有している。
ｎチャネル型ＴＦＴ３７１はチャネル形成領域３６８、
第２形状の導電層３４３から成るゲート電極と重なる第
１不純物領域３６２とソース領域またはドレイン領域と
して機能する第１不純物領域３５３を有している。ｎチ
ャネル型ＴＦＴ３７２はチャネル形成領域３６９、第２
形状の導電層３４４から成るゲート電極と重なる第１不
純物領域３４８ａ、ゲート電極の外側に形成される第１
不純物領域３４８ｂ、ソース領域またはドレイン領域と
して機能する第１不純物領域３５３を有している。第１
不純物領域３６２、３４８ａはゲート電極とオーバーラ
ップするＬＤＤ領域であり、ドレイン端に形成される高
電界領域を緩和してホットキャリア効果によるＴＦＴに
劣化を防ぐ上で効果がある。第１不純物領域３４８ｂは
ＬＤＤ領域であり、本実施例で示す工程では、オフ電流
値を低減するために最適な寸法を設定することができ
る。

【００９２】以上の工程で、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチ
ャネル型ＴＦＴとを相補的に組み合わせたＣＭＯＳ型の
ＴＦＴを得ることができる。本実施例で示す工程は、各
ＴＦＴに要求される特性を考慮してＬＤＤを設計し、同
一基板内において作り分けることができる。このような
ＣＭＯＳ型のＴＦＴは、アクティブマトリクス型の液晶
表示装置やＥＬ表示装置の駆動回路を形成することを可
能とする。それ以外にも、このようなｎチャネル型ＴＦ
Ｔまたはｐチャネル型ＴＦＴは、画素部を形成するトラ
ンジスタに応用することができる。さらに、従来の半導
体基板にて作製されるＬＳＩに代わる薄膜集積回路を実
現するＴＦＴとして用いることができる。尚、ここでは
ＴＦＴをシングルゲートの構造で示したが、勿論、複数
のゲート電極を設けたマルチゲート構造を採用すること
もできる。

【００９３】また、ＣＭＯＳ回路を組み合わせることで
基本論理回路を構成した、さらに複雑なロジック回路
（信号分割回路、Ｄ／Ａコンバータ、オペアンプ、γ補
正回路など）をも構成することができ、さらにはメモリ
やマイクロプロセッサをも形成することが可能である。

【００９４】[実施例７]本実施例は、画素部と駆動回路
が同一基板上に形成されたモノシリック型の液晶表示装
置の構成例を図１３、１４を用いて説明する。画素部に
おけるスイッチング用のＴＦＴと駆動回路のｎチャネル
型及びｐチャネル型のＴＦＴは、いずれも本発明のゲル
マニウムを含む結晶質珪素膜を用いて活性領域を形成し
ている。珪素を主成分とする結晶質半導体膜は実施例１
〜３で示す方法により作製されるいずれのものを適用す
ることができる。

【００９５】図１３において、基板４０１は、好適には
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
などのガラス基板などを用いる。その他に石英基板を用
いても良い。ガラス基板を用いる場合にはブロッキング
層４０２が形成される。

【００９６】画素部４４５におけるスイッチング用の画
素ＴＦＴ４４２と駆動回路４４４のｎチャネル型ＴＦＴ
４４１及びｐチャネル型ＴＦＴ４４０の構造に限定はな
いが、本実施例では実施例６により作製されるＴＦＴを
基本的な構造として採用している。勿論、実施例４また
は実施例５のＴＦＴを採用することも可能である。

【００９７】駆動回路４４４には配線４０８、４１７及
びソースまたはドレイン配線４１８〜４２１が形成され
ている。また、画素部４４５においては、画素電極４２
４、ゲート配線４２３、接続電極４２２、ソース配線４
０９が形成されている。

【００９８】駆動回路４４４のｐチャネル型ＴＦＴ４４
０には、半導体層４０３にチャネル形成領域４２６、ソ
ース領域またはドレイン領域として機能する第３不純物
領域４２７を有している。第３の不純物領域はゲート電
極４１０の外側（重ならない位置）に形成される。この
ような構造のｐチャネル型ＴＦＴは、図１２（Ｄ）の工
程の後に、レジストによるマスクを除去し、第１の導電
膜を選択的にエッチングすることにより形成し、その後
ｐ型不純物をドーピングすることにより形成すえうこと
ができる。

【００９９】ｎチャネル型ＴＦＴ４４１には、半導体層
４０４にチャネル形成領域４２８、第２形状の導電層４
１１から成るゲート電極と重なる第１不純物領域４２９
とソース領域またはドレイン領域として機能する第２不
純物領域４３０を有している。このｎチャネル型ＴＦＴ
４４１は実施例６のｎチャネル型ＴＦＴ３７１と同様に
して作製することができる。

【０１００】画素部のｎチャネル型ＴＦＴ４４２には、
半導体層４０５にチャネル形成領域４３１、ゲート電極
の外側に形成される第１不純物領域４３２（ＬＤＤ領
域）とソース領域またはドレイン領域として機能する第
２不純物領域４３３、４３４、４３５を有している。こ
のような構造のｎチャネル型ＴＦＴは、図１２（Ｄ）の
工程の後に、レジストによるマスクを除去し、第１の導
電膜を選択的にエッチングすることにより形成すること
ができる。しかし、ｎチャネル型ＴＦＴ４４１の構造を
保存するためには、保護用のレジスト層を形成するフォ
トマスクが１枚追加となる。

【０１０１】また、保持容量４４３の一方の電極として
機能する半導体層４０６は第６不純物領域４３７、第５
不純物領域４３８と不純物が添加されない領域４３６が
形成されている。

【０１０２】画素部４４５においては、接続電極４２２
によりソース配線４０９は、画素ＴＦＴ４４２のソース
またはドレイン領域４３３と電気的な接続が形成され
る。また、ゲート配線４２３は、ゲート電極として機能
する第３形状の導電層４１２と電気的な接続が形成され
る。また、画素電極４２４は、画素ＴＦＴ４４２のソー
スまたはドレイン領域４３５及び保持容量４４３の一方
の電極である半導体層４０６の不純物領域４３８と接続
している。

【０１０３】図７における画素部４４５の断面図は、図
１４で示すＡ−Ａ'線に対応したものである。ゲート電
極として機能する第３形状の導電層４１２は隣接する画
素の保持容量の一方の電極を兼ね、画素電極４５２と接
続する半導体層４５３と重なる部分で容量を形成してい
る。また、ソース配線４０７と画素電極４２４及び隣接
する画素電極４５１との配置関係は、画素電極４２４、
４５１の端部をソース配線４０７上に設け、重なり部を
形成することにより、迷光を遮り遮光性を高めている。

【０１０４】[実施例８]本実施例では実施例７で作製し
た各ＴＦＴから、アクティブマトリクス型の液晶表示装
置を作製する一例を示す。図１５では透過型の液晶表示
装置を作製するために、画素部４４５の層間絶縁膜上に
透明導電膜で形成した画素電極６０１が形成されてい
る。画素電極は画素のｎチャネル型ＴＦＴ４４２に接続
する補助電極６０９、及び保持容量４４３の補助電極６
１０と接続されている。これらの補助電極とゲート線６
０８、接続電極６０７、駆動回路４４４の各ＴＦＴのソ
ースまたはドレイン配線６０３〜６０６、配線６０２
は、フォトレジストまたは感光性ポリイミドまたは感光
性アクリルなどからなる有機樹脂６１１〜６１９をマス
クとして、その下層に形成されている導電膜をエッチン
グして形成されている。

【０１０５】有機樹脂６１１〜６１９は、配線を形成す
るための導電膜上に当該有機樹脂材料を全面に塗布し、
光露光プロセスにより図２７に示すようにパターン形成
されている。その後、オフセット印刷により５〜２０ｍ
Ｐａ・の粘度のポリイミド樹脂層を形成し、２００℃に
て焼成して配向膜を形成している。オフセット印刷によ
り塗布したポリイミド樹脂は、焼成の段階で有機樹脂６
１１〜６１９とその下層の配線または電極の段差部にう
まく回り込み、その端部を覆うことができる。その後、
液晶を配向させるためラビングを行う。

【０１０６】対向側の基板６２１には透明導電膜で形成
する対向電極６２２と配向膜６２３を形成し、画素部４
４５及び駆動回路４４４が形成されている基板と対向基
板６２１とをシール材６２４で貼り合わせる。シール材
６２４にはフィラー（図示せず）が混入されていて、こ
のフィラーとスペーサ（図示せず）によって均一な間隔
を持って貼り合わされている。その後、両基板の間に液
晶６２５を注入する。液晶材料には公知の液晶材料を用
いれば良い。例えば、ＴＮ液晶の他に、電場に対して透
過率が連続的に変化する電気光学応答性を示す、無しき
い値反強誘電性混合液晶を用いることもできる。この無
しきい値反強誘電性混合液晶には、Ｖ字型の電気光学応
答特性を示すものもある。このようにして図２７に示す
アクティブマトリクス型の液晶表示装置が完成する。

【０１０７】[実施例９]本実施例は、上記実施例４〜６
で得られるＴＦＴを用いてＥＬ（エレクトロルミネセン
ス）表示装置を作製する一例を図１７を用いて説明す
る。

【０１０８】同一の絶縁体上に画素部とそれを駆動する
駆動回路を有した発光装置の例（但し封止前の状態）を
図２７に示す。なお、駆動回路には基本単位となるＣＭ
ＯＳ回路を示し、画素部には一つの画素を示す。このＣ
ＭＯＳ回路は実施例６に従えば得ることができる。

【０１０９】図１７において、基板７００は絶縁体であ
り、その上にはｎチャネル型ＴＦＴ７０１、ｐチャネル
型ＴＦＴ７０２、ｐチャネル型ＴＦＴからなるスイッチ
ングＴＦＴ７０３およびｎチャネル型ＴＦＴからなる電
流制御ＴＦＴ７０４が形成されている。これらのＴＦＴ
のチャネル形成領域は、本発明に基づき作製される結晶
質半導体膜で形成され、その具体的な作製方法は実施例
１〜３に示されている。

【０１１０】ｎチャネル型ＴＦＴ７０１およびｐチャネ
ル型ＴＦＴ７０２は実施例６を参照すれば良いので省略
する。また、スイッチングＴＦＴ７０３はソース領域お
よびドレイン領域の間に二つのチャネル形成領域を有し
た構造（ダブルゲート構造）となっている。なお、本実
施例はダブルゲート構造に限定されることなく、チャネ
ル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしく
は三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。

【０１１１】また、電流制御ＴＦＴ７０４のドレイン領
域７０５の上には第２層間絶縁膜７０７が設けられる前
に、第１層間絶縁膜７０６にコンタクトホールが設けら
れている。これは第２層間絶縁膜７０７にコンタクトホ
ールを形成する際に、エッチング工程を簡単にするため
である。第２層間絶縁膜７０７にはドレイン領域７０５
に到達するようにコンタクトホールが形成され、ドレイ
ン領域７０５に接続された画素電極７０８が設けられて
いる。画素電極７０８はＥＬ素子の陰極として機能する
電極であり、周期表の１族もしくは２族に属する元素を
含む導電膜を用いて形成されている。本実施例では、リ
チウムとアルミニウムとの化合物からなる導電膜を用い
る。

【０１１２】次に、７１３は画素電極７０８の端部を覆
うように設けられた絶縁膜であり、本明細書中ではバン
クと呼ぶ。バンク７１３は珪素を含む絶縁膜もしくは樹
脂膜で形成すれば良い。樹脂膜を用いる場合、樹脂膜の
比抵抗が１×１０⁶〜１×１０¹²Ωｍ（好ましくは１×
１０⁸〜１×１０¹⁰Ωｍ）となるようにカーボン粒子も
しくは金属粒子を添加すると、成膜時の絶縁破壊を抑え
ることができる。

【０１１３】また、ＥＬ素子７０９は画素電極（陰極）
７０８、ＥＬ層７１１および陽極７１２からなる。陽極
７１２は、仕事関数の大きい導電膜、代表的には酸化物
導電膜が用いられる。酸化物導電膜としては、酸化イン
ジウム、酸化スズ、酸化亜鉛もしくはそれらの化合物を
用いれば良い。なお、本明細書中では発光層に対して正
孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層、電子輸送層、電子
注入層もしくは電子阻止層を組み合わせた積層体をＥＬ
層と定義する。

【０１１４】尚、ここでは図示しないが陽極７１２を形
成した後、ＥＬ素子７０９を完全に覆うようにしてパッ
シベーション膜を設けることは有効である。パッシベー
ション膜としては、炭素膜、窒化珪素膜もしくは窒化酸
化珪素膜を含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしく
は組み合わせた積層で用いる。

【０１１５】[実施例１０]本発明の半導体装置は、各種
多様の電子機器の表示装置や各種集積回路、或いは、従
来の集積回路に代わる回路用途に応用することができ
る。このような半導体装置には、携帯情報端末（電子手
帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等）、ビデオカメ
ラ、スチルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ、
プロジェクター等が挙げられる。それらの一例を図１９
〜図２１に示す。

【０１１６】図１９（Ａ）は携帯電話であり、表示用パ
ネル２７０１、操作用パネル２７０２、接続部２７０３
から成り、表示用パネル２７０１には液晶表示装置また
はＥＬ表示装置に代表される表示装置２７０４、音声出
力部２７０５、アンテナ２７０９などが設けられてい
る。操作パネル２７０２には操作キー２７０６、電源ス
イッチ２７０２、音声入力部２７０５８などが設けられ
ている。本発明は表示装置２９０４及びそれに付随する
半導体集積回路を形成することができる。

【０１１７】図１９（Ｂ）はビデオカメラであり、本体
９１０１、液晶表示装置またはＥＬ表示装置に代表され
る表示装置９１０２、音声入力部９１０３、操作スイッ
チ９１０４、バッテリー９１０５、受像部９１０６から
成っている。本発明は表示装置９１０２及びそれに付随
する半導体集積回路に適用することができる。

【０１１８】図１９（Ｃ）はモバイルコンピュータ或い
は携帯型情報端末であり、本体９２０１、カメラ部９２
０２、受像部９２０３、操作スイッチ９２０４、液晶表
示装置またはＥＬ表示装置に代表される表示装置９２０
５で構成されている。本発明は半導体装置は表示装置９
２０５及びそれに付随する半導体集積回路に適用するこ
とができる。

【０１１９】図１９（Ｄ）はテレビ受像器であり、本体
９４０１、スピーカ９４０２、液晶表示装置またはＥＬ
表示装置に代表される表示装置９４０３、受信装置９４
０４、増幅装置９４０５等で構成される。本発明は表示
装置９４０３及びそれに付随する半導体集積回路に適用
することができる。

【０１２０】図１９（Ｅ）は携帯書籍であり、本体９５
０１、液晶表示装置またはＥＬ表示装置に代表される表
示装置９５０２、９５０３、記憶媒体９５０４、操作ス
イッチ９５０５、アンテナ９５０６から構成されてお
り、ミニディスク（ＭＤ）やＤＶＤに記憶されたデータ
や、アンテナで受信したデータを表示するものである。
本発明は表示装置９５０２、９５０３や、記憶媒体９５
０４及びそれに付随する半導体集積回路に適用すること
ができる。

【０１２１】図２０（Ａ）はパーソナルコンピュータで
あり、本体９６０１、画像入力部９６０２、液晶表示装
置またはＥＬ表示装置に代表される表示装置９６０３、
キーボード９６０４で構成される。本発明は表示装置９
６０１や、内蔵する各種集積回路に適用することができ
る。

【０１２２】図２０（Ｂ）はプログラムを記録した記録
媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであ
り、本体９７０１、液晶表示装置またはＥＬ表示装置に
代表される表示装置９７０２、スピーカ部９７０３、記
録媒体９７０４、操作スイッチ９７０５で構成される。
なお、この装置は記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉｇｔｉａ
ｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ等を用い、音
楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うこと
ができる。本発明は表示装置９７０２や、内蔵する各種
集積回路に適用することができる。

【０１２３】図２０（Ｃ）はデジタルカメラであり、本
体９８０１、液晶表示装置またはＥＬ表示装置に代表さ
れる表示装置９８０２、接眼部９８０３、操作スイッチ
９８０４、受像部（図示しない）で構成される。本発明
は表示装置９８０２や、内蔵する各種集積回路に適用す
ることができる。

【０１２４】図２１（Ａ）はフロント型プロジェクター
であり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２で構成
される。本発明は投射装置３６０１やその他の信号制御
回路に適用することができる。

【０１２５】図２１（Ｂ）はリア型プロジェクターであ
り、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０
３、スクリーン３７０４で構成される。本発明は投射装
置３７０２やその他の信号制御回路に適用することがで
きる。

【０１２６】尚、図２１（Ｃ）は、図２１（Ａ）及び図
２１（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の構
造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７０
２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０４
〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズム
３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０９、
投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８１０
は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は
三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式
であってもよい。また、図２１（Ｃ）中において矢印で
示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を
有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、
ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。

【０１２７】また、図２１（Ｄ）は、図２１（Ｃ）中に
おける光源光学系３８０１の構造の一例を示した図であ
る。本実施例では、光源光学系３８０１は、リフレクタ
ー３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３
８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で
構成される。なお、図２１（Ｄ）に示した光源光学系は
一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に
実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィル
ムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光
学系を設けてもよい。

【０１２８】ここでは図示しなかったが、本発明はその
他にもナビゲーションシステムをはじめ冷蔵庫、洗濯
機、電子レンジ、固定電話機、ファクシミリなどに組み
込む表示装置としても適用することも可能である。この
ように本発明の適用範囲はきわめて広く、さまざまな製
品に適用することができる。

【０１２９】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の結晶質半導体膜
を用いて半導体装置の活性領域を形成することができ
る。特に、薄膜トランジスタのチャネル形成領域を形成
するのに適している。このような結晶質半導体膜を用い
たＴＦＴは、アクティブマトリクス型の液晶表示装置や
ＥＬ表示装置を作製するためのＴＦＴとして、また従来
の半導体基板にて作製されるＬＳＩに代わる薄膜集積回
路を実現するＴＦＴとして用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 結晶質半導体膜の配向比率を表すデータであ
り、初期堆積膜の成膜条件として間欠放電におけるデュ
ーティー比依存性を示すグラフ。

【図２】 結晶質半導体膜の配向比率を表すデータであ
り、初期堆積膜の成膜条件として間欠放電における放電
持続時間依存性を示すグラフ。

【図３】 結晶質半導体膜の配向比率を表すデータであ
り、初期堆積膜の成膜条件として間欠放電における繰り
返し周波数依存性を示すグラフ。

【図４】 本発明に用いるプラズマＣＶＤ装置の構成を
示す図。

【図５】 本発明に用いるプラズマＣＶＤ装置の反応室
の構成を示す図。

【図６】 ＥＢＳＰ法で得られる逆極点図の一例（模式
図）。

【図７】 本発明の結晶質半導体膜の作製方法を説明す
る図。

【図８】 本発明の結晶質半導体膜の作製方法を説明す
る図。

【図９】 本発明の結晶質半導体膜の作製方法を説明す
る図。

【図１０】 本発明の結晶質半導体膜を用いた逆スタガ
型のＴＦＴの構造を説明する断面図。

【図１１】 本発明の結晶質半導体膜を用いてＴＦＴを
作製する工程を説明する図。

【図１２】 本発明の結晶質半導体膜を用いてＣＭＯＳ
構造のＴＦＴを作製する工程を説明する図。

【図１３】 本発明の結晶質半導体膜を用いた表示装置
の構造を説明する断面図。

【図１４】 画素部における画素構造の上面図。

【図１５】 本発明の結晶質半導体膜を用いた液晶表示
装置の構造を説明する断面図。

【図１６】 本発明の結晶質半導体膜を用いたＥＬ表示
装置の構造を説明する断面図。

【図１７】 間欠放電プラズマＣＶＤ法において、カソ
ードに印加される高周波電力の波形をオシロスコープで
観測したときの写真。

【図１８】 高周波電力の印加とラジカルの生成過程を
説明するモデルを説明する図。

【図１９】 半導体装置の一例を示す図。

【図２０】 半導体装置の一例を示す図。

【図２１】 プロジェクターの一例を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１８Ａ ６２７Ｇ (72)発明者 大槻 高志 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 三津木 亨 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 笠原 健司 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 高野 圭恵 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 小久保 千穂 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 山崎 舜平 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 Ｆターム(参考） 4K030 AA09 BA30 BA38 BA42 BB13 CA06 DA08 DA09 FA03 HA03 JA01 JA06 JA20 LA15 5F045 AB04 AB05 AC01 AE01 AF07 HA16 5F052 AA02 AA17 AA24 BA02 BB02 BB07 CA07 DA02 DA10 DB03 EA11 EA16 FA06 FA19 FA24 JA01 5F110 AA01 BB01 BB02 BB04 CC02 CC08 DD02 DD03 DD04 DD05 DD07 DD13 DD14 DD15 DD17 EE01 EE04 EE06 EE14 EE23 EE28 FF01 FF02 FF04 FF09 FF28 FF30 GG01 GG02 GG06 GG13 GG17 GG25 GG33 GG45 HJ01 HJ04 HJ12 HJ13 HJ23 HL03 HL04 HM15 NN03 NN12 NN22 NN23 NN24 NN27 NN35 NN73 PP01 PP02 PP03 PP04 PP10 PP13 PP34 PP35 QQ09 QQ19 QQ23 QQ28

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】珪素を主成分とし、結晶構造を有する半導
   体膜であって、反射電子回折パターン法で検出される格
   子面の内、｛１０１｝面が占める割合が１０％以上であ
   り、｛１１１｝面が占める割合が１０％未満であること
   を特徴とする半導体膜。
2. 【請求項２】珪素を主成分とし、結晶構造を有する半導
   体膜であって、反射電子回折パターン法で検出される格
   子面の内、｛１０１｝面が占める割合が１０％以上であ
   り、｛１１１｝面が占める割合が１０％未満であり、前
   記半導体膜における珪素以外の周期律表第１４族元素の
   濃度は１×１０¹⁸／ｃｍ³以下であることを特徴とする
   半導体膜。
3. 【請求項３】珪素を主成分とし、結晶構造を有する半導
   体膜であって、反射電子回折パターン法で検出される格
   子面の内、｛１０１｝面が占める割合が１０％以上であ
   り、｛１１１｝面が占める割合が１０％未満であり、前
   記半導体膜中の窒素及び炭素の濃度が５×１０¹⁸／ｃｍ
   ³未満であり、酸素の濃度が１×１０¹⁹／ｃｍ³未満であ
   ることを特徴とする半導体膜。
4. 【請求項４】珪素を主成分とし、結晶構造を有する半導
   体膜であって、反射電子回折パターン法で検出される格
   子面の内、｛１０１｝面が占める割合が１０％以上であ
   り、前記半導体膜は、繰り返し周波数１０ｋＨｚ以下、
   デューティー比５０％以下の間欠放電により形成された
   非晶質半導体膜を結晶化したものであることを特徴とす
   る半導体膜。
5. 【請求項５】珪素を主成分とし、結晶構造を有する半導
   体膜であって、反射電子回折パターン法で検出される格
   子面の内、｛１０１｝面が占める割合が１０％以上であ
   り、前記半導体膜における珪素以外の周期律表第１４族
   元素の濃度は１×１０¹⁸／ｃｍ³以下であり、前記半導
   体膜は、繰り返し周波数１０ｋＨｚ以下、デューティー
   比５０％以下の間欠放電により形成された非晶質半導体
   膜を結晶化したものであることを特徴とする半導体膜。
6. 【請求項６】珪素を主成分とし、結晶構造を有する半導
   体膜であって、反射電子回折パターン法で検出される格
   子面の内、｛１０１｝面が占める割合が１０％以上であ
   り、前記半導体膜中の窒素及び炭素の濃度が５×１０¹⁸
   ／ｃｍ³未満であり、酸素の濃度が１×１０¹⁹／ｃｍ³未
   満であり、前記半導体膜は、繰り返し周波数１０ｋＨｚ
   以下、デューティー比５０％以下の間欠放電により形成
   された非晶質半導体膜を結晶化したものであることを特
   徴とする半導体膜。
7. 【請求項７】請求項１乃至請求項６のいずれか一項にお
   いて、前記半導体膜の厚さは１０ｎｍ乃至１００ｎｍで
   あることを特徴とする半導体膜。
8. 【請求項８】珪素を主成分とし、結晶構造を有する半導
   体膜であって、反射電子回折パターン法で検出される格
   子面の内、｛１０１｝面が占める割合が１０％以上であ
   り、｛１１１｝面が占める割合が１０％未満である半導
   体膜でチャネル形成領域が形成されている半導体装置。
9. 【請求項９】珪素を主成分とし、結晶構造を有する半導
   体膜であって、反射電子回折パターン法で検出される格
   子面の内、｛１０１｝面が占める割合が１０％以上であ
   り、｛１１１｝面が占める割合が１０％未満であり、前
   記半導体膜における珪素以外の周期律表第１４族元素の
   濃度は１×１０¹⁸／ｃｍ³以下である半導体膜でチャネ
   ル形成領域が形成されていることを特徴とする半導体装
   置。
10. 【請求項１０】珪素を主成分とし、結晶構造を有する半
    導体膜であって、反射電子回折パターン法で検出される
    格子面の内、｛１０１｝面が占める割合が１０％以上で
    あり、｛１１１｝面が占める割合が１０％未満であり、
    前記半導体膜中の窒素及び炭素の濃度が５×１０¹⁸／ｃ
    ｍ³未満であり、酸素の濃度が１×１０¹⁹／ｃｍ³未満で
    ある半導体膜でチャネル形成領域が形成されていること
    を特徴とする半導体装置。
11. 【請求項１１】珪素を主成分とし、結晶構造を有する半
    導体膜であって、反射電子回折パターン法で検出される
    格子面の内、｛１０１｝面が占める割合が１０％以上で
    あり、前記半導体膜は、繰り返し周波数１０ｋＨｚ以
    下、デューティー比５０％以下の間欠放電により形成さ
    れた非晶質半導体膜を結晶化させた半導体膜でチャネル
    形成領域が形成されていることを特徴とする半導体装
    置。
12. 【請求項１２】珪素を主成分とし、結晶構造を有する半
    導体膜であって、反射電子回折パターン法で検出される
    格子面の内、｛１０１｝面が占める割合が１０％以上で
    あり、前記半導体膜における珪素以外の周期律表第１４
    族元素の濃度は１×１０¹⁸／ｃｍ³以下であり、前記半
    導体膜は、繰り返し周波数１０ｋＨｚ以下、デューティ
    ー比５０％以下の間欠放電により形成された非晶質半導
    体膜を結晶化させた半導体膜でチャネル形成領域を形成
    したことを特徴とする半導体装置。
13. 【請求項１３】珪素を主成分とし、結晶構造を有する半
    導体膜であって、反射電子回折パターン法で検出される
    格子面の内、｛１０１｝面が占める割合が１０％以上で
    あり、前記半導体膜中の窒素及び炭素の濃度が５×１０
    ¹⁸／ｃｍ³未満であり、酸素の濃度が１×１０¹⁹／ｃｍ³
    未満であり、前記半導体膜は、繰り返し周波数１０ｋＨ
    ｚ以下、デューティー比５０％以下の間欠放電により形
    成された非晶質半導体膜を結晶化させた半導体膜でチャ
    ネル形成領域を形成したことを特徴とする半導体装置。
14. 【請求項１４】請求項８乃至請求項１３のいずれか一項
    において、前記半導体膜の厚さは１０ｎｍ乃至１００ｎ
    ｍであることを特徴とする半導体装置。
15. 【請求項１５】珪素を主成分とする非晶質半導体膜を間
    欠放電によるプラズマＣＶＤ法で形成する第１の工程
    と、前記非晶質半導体膜に当該非晶質半導体膜の結晶化
    を助長する元素を添加して加熱処理を行い結晶構造を有
    する半導体膜を形成する第２の工程とを有し、前記結晶
    構造を有する半導体膜は、反射電子回折パターン法で検
    出される格子面の内、｛１０１｝面が占める割合が１０
    ％以上であり、｛１１１｝面が占める割合が１０％未満
    であることを特徴とする半導体膜の作製方法。
16. 【請求項１６】珪素を主成分とし、珪素以外の周期律表
    第１４族元素の濃度は１×１０¹⁸／ｃｍ³以下である非
    晶質半導体膜を間欠放電によるプラズマＣＶＤ法で形成
    する第１の工程と、前記非晶質半導体膜に当該非晶質半
    導体膜の結晶化を助長する元素を添加して加熱処理を行
    い結晶構造を有する半導体膜を形成する第２の工程とを
    有し、前記結晶構造を有する半導体膜は、反射電子回折
    パターン法で検出される格子面の内、｛１０１｝面が占
    める割合が１０％以上であり、｛１１１｝面が占める割
    合が１０％未満であることを特徴とする半導体膜の作製
    方法。
17. 【請求項１７】珪素を主成分とし、窒素及び炭素の濃度
    が５×１０¹⁸／ｃｍ³未満であり、酸素の濃度が１×１
    ０¹⁹／ｃｍ³未満である非晶質半導体膜を間欠放電によ
    るプラズマＣＶＤ法で形成する第１の工程と、前記非晶
    質半導体膜に当該非晶質半導体膜の結晶化を助長する元
    素を添加して加熱処理を行い結晶構造を有する半導体膜
    を形成する第２の工程とを有し、前記結晶構造を有する
    半導体膜は、反射電子回折パターン法で検出される格子
    面の内、｛１０１｝面が占める割合が１０％以上であ
    り、｛１１１｝面が占める割合が１０％未満であること
    を特徴とする半導体膜の作製方法。
18. 【請求項１８】繰り返し周波数１０ｋＨｚ以下でデュー
    ティー比５０％以下の間欠放電により、珪素を主成分と
    する非晶質半導体膜をプラズマＣＶＤ法で形成する第１
    の工程と、前記非晶質半導体膜に当該非晶質半導体膜の
    結晶化を助長する元素を添加して加熱処理を行い結晶構
    造を有する半導体膜を形成する第２の工程とを有し、前
    記結晶構造を有する半導体膜は、反射電子回折パターン
    法で検出される格子面の内、｛１０１｝面が占める割合
    が１０％以上であることを特徴とする半導体膜の作製方
    法。
19. 【請求項１９】繰り返し周波数１０ｋＨｚ以下でデュー
    ティー比５０％以下の間欠放電により、珪素を主成分と
    し、珪素以外の周期律表第１４族元素の濃度は１×１０
    ¹⁸／ｃｍ³以下である非晶質半導体膜をプラズマＣＶＤ
    法で形成する第１の工程と、前記非晶質半導体膜に当該
    非晶質半導体膜の結晶化を助長する元素を添加して加熱
    処理を行い結晶構造を有する半導体膜を形成する第２の
    工程とを有し、前記結晶構造を有する半導体膜は、反射
    電子回折パターン法で検出される格子面の内、｛１０
    １｝面が占める割合が１０％以上であることを特徴とす
    る半導体膜の作製方法。
20. 【請求項２０】繰り返し周波数１０ｋＨｚ以下でデュー
    ティー比５０％以下の間欠放電により、窒素及び炭素の
    濃度が５×１０¹⁸／ｃｍ³未満であり、酸素の濃度が１
    ×１０^{1 9}／ｃｍ³未満である非晶質半導体膜をプラズマ
    ＣＶＤ法で形成する第１の工程と、前記非晶質半導体膜
    に当該非晶質半導体膜の結晶化を助長する元素を添加し
    て加熱処理を行い結晶構造を有する半導体膜を形成する
    第２の工程とを有し、前記結晶構造を有する半導体膜
    は、反射電子回折パターン法で検出される格子面の内、
    ｛１０１｝面が占める割合が１０％以上であることを特
    徴とする半導体膜の作製方法。
21. 【請求項２１】請求項１５乃至請求項２０のいずれか一
    項において、前記非晶質半導体膜の厚さは１０ｎｍ乃至
    １００ｎｍで形成することを特徴とする半導体膜の作製
    方法。
22. 【請求項２２】珪素を主成分とする非晶質半導体膜を間
    欠放電によるプラズマＣＶＤ法で形成する第１の工程
    と、前記非晶質半導体膜に当該非晶質半導体膜の結晶化
    を助長する元素を添加して加熱処理を行い結晶構造を有
    する半導体膜を形成する第２の工程とを有し、前記結晶
    構造を有する半導体膜は、反射電子回折パターン法で検
    出される格子面の内、｛１０１｝面が占める割合が１０
    ％以上であり、｛１１１｝面が占める割合が１０％未満
    であって、前記結晶構造を有する半導体膜でチャネル形
    成領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方
    法。
23. 【請求項２３】珪素を主成分とし、珪素以外の周期律表
    第１４族元素の濃度は１×１０¹⁸／ｃｍ³以下である非
    晶質半導体膜を間欠放電によるプラズマＣＶＤ法で形成
    する第１の工程と、前記非晶質半導体膜に当該非晶質半
    導体膜の結晶化を助長する元素を添加して加熱処理を行
    い結晶構造を有する半導体膜を形成する第２の工程とを
    有し、前記結晶構造を有する半導体膜は、反射電子回折
    パターン法で検出される格子面の内、｛１０１｝面が占
    める割合が１０％以上であり、｛１１１｝面が占める割
    合が１０％未満であって、前記結晶構造を有する半導体
    膜でチャネル形成領域を形成することを特徴とする半導
    体装置の作製方法。
24. 【請求項２４】珪素を主成分とし、窒素及び炭素の濃度
    が５×１０¹⁸／ｃｍ³未満であり、酸素の濃度が１×１
    ０¹⁹／ｃｍ³未満である非晶質半導体膜を間欠放電によ
    るプラズマＣＶＤ法で形成する第１の工程と、前記非晶
    質半導体膜に当該非晶質半導体膜の結晶化を助長する元
    素を添加して加熱処理を行い結晶構造を有する半導体膜
    を形成する第２の工程とを有し、前記結晶構造を有する
    半導体膜は、反射電子回折パターン法で検出される格子
    面の内、｛１０１｝面が占める割合が１０％以上であ
    り、｛１１１｝面が占める割合が１０％未満であって、
    前記結晶構造を有する半導体膜でチャネル形成領域を形
    成することを特徴とする半導装置の作製方法。
25. 【請求項２５】繰り返し周波数１０ｋＨｚ以下でデュー
    ティー比５０％以下の間欠放電により、珪素を主成分と
    する非晶質半導体膜をプラズマＣＶＤ法で形成する第１
    の工程と、前記非晶質半導体膜に当該非晶質半導体膜の
    結晶化を助長する元素を添加して加熱処理を行い結晶構
    造を有する半導体膜を形成する第２の工程とを有し、前
    記結晶構造を有する半導体膜は、反射電子回折パターン
    法で検出される格子面の内、｛１０１｝面が占める割合
    が１０％以上であって、前記結晶構造を有する半導体膜
    でチャネル形成領域を形成することを特徴とする半導装
    置の作製方法。
26. 【請求項２６】繰り返し周波数１０ｋＨｚ以下でデュー
    ティー比５０％以下の間欠放電により、珪素を主成分と
    し、珪素以外の周期律表第１４族元素の濃度は１×１０
    ¹⁸／ｃｍ³以下である非晶質半導体膜をプラズマＣＶＤ
    法で形成する第１の工程と、前記非晶質半導体膜に当該
    非晶質半導体膜の結晶化を助長する元素を添加して加熱
    処理を行い結晶構造を有する半導体膜を形成する第２の
    工程とを有し、前記結晶構造を有する半導体膜は、反射
    電子回折パターン法で検出される格子面の内、｛１０
    １｝面が占める割合が１０％以上であって、前記結晶構
    造を有する半導体膜でチャネル形成領域を形成すること
    を特徴とする半導装置の作製方法。
27. 【請求項２７】繰り返し周波数１０ｋＨｚ以下でデュー
    ティー比５０％以下の間欠放電により、窒素及び炭素の
    濃度が５×１０¹⁸／ｃｍ³未満であり、酸素の濃度が１
    ×１０^{1 9}／ｃｍ³未満である非晶質半導体膜をプラズマ
    ＣＶＤ法で形成する第１の工程と、前記非晶質半導体膜
    に当該非晶質半導体膜の結晶化を助長する元素を添加し
    て加熱処理を行い結晶構造を有する半導体膜を形成する
    第２の工程とを有し、前記結晶構造を有する半導体膜
    は、反射電子回折パターン法で検出される格子面の内、
    ｛１０１｝面が占める割合が１０％以上であって、前記
    結晶構造を有する半導体膜でチャネル形成領域を形成す
    ることを特徴とする半導装置の作製方法。
28. 【請求項２８】請求項２１乃至請求項２７のいずれか一
    項において、前記非晶質半導体膜の厚さは１０ｎｍ乃至
    １００ｎｍで形成することを特徴とする半導体膜の作製
    方法。