JP2002100568A - 薄膜半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
薄膜半導体素子及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】基板上に設けた非晶質シリコン膜にレーザ光を
照射して結晶化を行い、基板面に平行な方向に（１１
１）優先配向した結晶粒子の集合体であって、結晶粒子
の平均結晶粒径が３００ｎｍ以下、その粒径の標準偏差
が平均粒径の３０％以下、結晶表面の凹凸における標準
偏差が平均粒径の１０％以下である多結晶シリコン膜を
形成する。 【解決手段】結晶化処理に先立ち、非晶質シリコン膜の
表面に形成された自然酸化膜をフッ酸溶液を用いて完全
に除去し、しかる後にＨ2Ｏ2溶液中に短時間浸漬させ
て、非晶質シリコン膜の表面に改めて極薄膜の酸化膜を
形成させる。その後、この酸化膜を介してレーザアニー
ル処理を施すことにより、結晶配向性が高く、かつ結晶
粒径のばらつきが少なくて、しかも表面突起の抑制され
た多結晶シリコン膜が実現する。
照射して結晶化を行い、基板面に平行な方向に（１１
１）優先配向した結晶粒子の集合体であって、結晶粒子
の平均結晶粒径が３００ｎｍ以下、その粒径の標準偏差
が平均粒径の３０％以下、結晶表面の凹凸における標準
偏差が平均粒径の１０％以下である多結晶シリコン膜を
形成する。 【解決手段】結晶化処理に先立ち、非晶質シリコン膜の
表面に形成された自然酸化膜をフッ酸溶液を用いて完全
に除去し、しかる後にＨ2Ｏ2溶液中に短時間浸漬させ
て、非晶質シリコン膜の表面に改めて極薄膜の酸化膜を
形成させる。その後、この酸化膜を介してレーザアニー
ル処理を施すことにより、結晶配向性が高く、かつ結晶
粒径のばらつきが少なくて、しかも表面突起の抑制され
た多結晶シリコン膜が実現する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜半導体素子、特
に低温処理による結晶性シリコンを用いた薄膜トランジ
スタ素子及びその製造方法に関する。
に低温処理による結晶性シリコンを用いた薄膜トランジ
スタ素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、非晶質シリコンの薄膜トランジス
タ素子を用いた液晶ディスプレイパネルがパーソナルコ
ンピュータや情報端末機器等の表示装置として広く活用
されている。
タ素子を用いた液晶ディスプレイパネルがパーソナルコ
ンピュータや情報端末機器等の表示装置として広く活用
されている。
【０００３】しかしながら、表示装置の高精細化や増大
する情報量の迅速な処理に伴って、より高速で駆動可能
な薄膜トランジスタ素子の開発が望まれていた。
する情報量の迅速な処理に伴って、より高速で駆動可能
な薄膜トランジスタ素子の開発が望まれていた。
【０００４】上記した薄膜トランジスタ素子として、例
えば、（１）‘９９最新液晶プロセス技術（日経ＢＰ社
刊，１９９９年）の５４頁に記載されているように、ガ
ラス基板上にＰＥ−ＣＶＤ法（Plasma Enhancement-Che
mical Vapor Deposition Method）を用いて非晶質シリ
コン膜を形成した後、脱水素アニールの処理を行ない、
その後、チャンネル領域に対してボロン原子を添加して
からエキシマレーザアニール処理を施すことによって非
晶質シリコン膜の多結晶化を行い、結晶性シリコンの薄
膜トランジスタ素子を形成していた。
えば、（１）‘９９最新液晶プロセス技術（日経ＢＰ社
刊，１９９９年）の５４頁に記載されているように、ガ
ラス基板上にＰＥ−ＣＶＤ法（Plasma Enhancement-Che
mical Vapor Deposition Method）を用いて非晶質シリ
コン膜を形成した後、脱水素アニールの処理を行ない、
その後、チャンネル領域に対してボロン原子を添加して
からエキシマレーザアニール処理を施すことによって非
晶質シリコン膜の多結晶化を行い、結晶性シリコンの薄
膜トランジスタ素子を形成していた。
【０００５】また、例えば（２）特開平１１−３５４８
０１号公報によれば、オゾン含有の溶液を用いて非晶質
シリコン膜を洗浄することによってその表面に酸化膜を
形成した後、改めてフッ酸水を用いてその酸化膜を除去
してから、レーザアニールを施すことによって非晶質シ
リコン膜の結晶化を行なうことが報告されている。
０１号公報によれば、オゾン含有の溶液を用いて非晶質
シリコン膜を洗浄することによってその表面に酸化膜を
形成した後、改めてフッ酸水を用いてその酸化膜を除去
してから、レーザアニールを施すことによって非晶質シ
リコン膜の結晶化を行なうことが報告されている。
【０００６】そして、例えば（３）特開平１１−１６８
６６号公報によれば、非晶質シリコン膜を湿式のエッチ
ングで自然酸化膜を除去した後、オゾン水あるいは過酸
化水素水で洗浄することによってその表面に酸化膜を形
成した後、レーザアニールを施すことによって非晶質シ
リコン膜の結晶化を行なうことが報告されている。
６６号公報によれば、非晶質シリコン膜を湿式のエッチ
ングで自然酸化膜を除去した後、オゾン水あるいは過酸
化水素水で洗浄することによってその表面に酸化膜を形
成した後、レーザアニールを施すことによって非晶質シ
リコン膜の結晶化を行なうことが報告されている。
【０００７】更にまた、例えば（４）特開平１０−６４
８１９号公報に記載された半導体装置及びその作製方法
では、基板上に非晶質シリコン膜を形成する際に、選択
的に結晶化を助長させる金属を添加することによって、
特定の結晶成長方向における成長を促し、その結果とし
て結晶性シリコン膜を形成していた。
８１９号公報に記載された半導体装置及びその作製方法
では、基板上に非晶質シリコン膜を形成する際に、選択
的に結晶化を助長させる金属を添加することによって、
特定の結晶成長方向における成長を促し、その結果とし
て結晶性シリコン膜を形成していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記した結晶性シリコ
ン膜を用いた薄膜トランジスタ素子において、一般にシ
リコン膜は多結晶シリコン膜であって、その結晶粒径と
電子移動度との間には密接な関係があり、結晶粒径が小
さくなるに従って、電子移動度も減少する。この原因の
一つは、多結晶シリコン膜中を移動するキャリア、即ち
電子が多結晶シリコン膜中に存在する粒界において散乱
されるためと考えられている。
ン膜を用いた薄膜トランジスタ素子において、一般にシ
リコン膜は多結晶シリコン膜であって、その結晶粒径と
電子移動度との間には密接な関係があり、結晶粒径が小
さくなるに従って、電子移動度も減少する。この原因の
一つは、多結晶シリコン膜中を移動するキャリア、即ち
電子が多結晶シリコン膜中に存在する粒界において散乱
されるためと考えられている。
【０００９】従って、非晶質シリコン膜にレーザアニー
ル処理を施すことによって多結晶シリコン膜を形成する
場合、レーザの照射エネルギー密度が小さい場合には十
分な結晶の成長が行なわれず、形成された多結晶シリコ
ンの粒径が１００ｎｍ以下である場合が多いとされてい
る。
ル処理を施すことによって多結晶シリコン膜を形成する
場合、レーザの照射エネルギー密度が小さい場合には十
分な結晶の成長が行なわれず、形成された多結晶シリコ
ンの粒径が１００ｎｍ以下である場合が多いとされてい
る。
【００１０】そこで、上記した従来技術（１）を用いれ
ば、非晶質シリコン膜へ照射するレーザのエネルギー密
度を大きくすることによって、１００ｎｍ以上の結晶粒
を形成させることは可能であるが、結晶粒径の増大とと
もに結晶粒径のばらつきが大きくなり、その結果として
作製した多結晶シリコン膜の電気特性にばらつきが生じ
てしまうという問題があった。
ば、非晶質シリコン膜へ照射するレーザのエネルギー密
度を大きくすることによって、１００ｎｍ以上の結晶粒
を形成させることは可能であるが、結晶粒径の増大とと
もに結晶粒径のばらつきが大きくなり、その結果として
作製した多結晶シリコン膜の電気特性にばらつきが生じ
てしまうという問題があった。
【００１１】また、レーザアニール法を用いて多結晶シ
リコン膜を成長させる場合、結晶粒界から５０ｎｍ以上
の異常な突起が発生するという、プロセス上の大きな問
題があった。
リコン膜を成長させる場合、結晶粒界から５０ｎｍ以上
の異常な突起が発生するという、プロセス上の大きな問
題があった。
【００１２】また、上記従来技術（２）においては、フ
ッ酸水を用いてその酸化膜を除去してからレーザアニー
ルを施すことによって、このレーザアニール処理に起因
した結晶粒界に関連した結晶の突起を防ぐことは可能で
ある。通常の場合においては、フッ酸水処理を行った後
に引き続き純水等を用いた洗浄処理を行なうことが必要
である。
ッ酸水を用いてその酸化膜を除去してからレーザアニー
ルを施すことによって、このレーザアニール処理に起因
した結晶粒界に関連した結晶の突起を防ぐことは可能で
ある。通常の場合においては、フッ酸水処理を行った後
に引き続き純水等を用いた洗浄処理を行なうことが必要
である。
【００１３】しかしながら、表面酸化膜を除去した後の
非晶質シリコン表面は撥水性であるため、上記した洗浄
処理後の表面には数μｍ以下の細かい水滴が残留する。
そして、この水滴によって表面からシリコン原子が溶出
して、少なくとも５０ｎｍ以上の突起を形成する。
非晶質シリコン表面は撥水性であるため、上記した洗浄
処理後の表面には数μｍ以下の細かい水滴が残留する。
そして、この水滴によって表面からシリコン原子が溶出
して、少なくとも５０ｎｍ以上の突起を形成する。
【００１４】この突起はレーザアニールを行なって多結
晶シリコンを形成した後にもそのまま残留するため、次
工程であるフォトリソグラフィー工程において、この突
起が原因となってフォーカスずれを引き起こしたり、多
結晶シリコン膜上に積層させた絶縁膜の絶縁不良等の信
頼性を損ねる結果をもたらす。
晶シリコンを形成した後にもそのまま残留するため、次
工程であるフォトリソグラフィー工程において、この突
起が原因となってフォーカスずれを引き起こしたり、多
結晶シリコン膜上に積層させた絶縁膜の絶縁不良等の信
頼性を損ねる結果をもたらす。
【００１５】また、上記従来技術（３）においては、オ
ゾン水あるいは過酸化水素水を用いて非晶質シリコン膜
上に１〜３ｎｍなる膜厚の酸化膜を施し、乾燥させた後
にレーザアニールを施すことが示されている。しかしな
がら、表面に形成された酸化膜の膜厚が大きいため、そ
のままレーザアニールを行なって多結晶シリコンを形成
しても、結晶粒界から５０ｎｍ以上の異常な突起が発生
するという大きな問題があった。
ゾン水あるいは過酸化水素水を用いて非晶質シリコン膜
上に１〜３ｎｍなる膜厚の酸化膜を施し、乾燥させた後
にレーザアニールを施すことが示されている。しかしな
がら、表面に形成された酸化膜の膜厚が大きいため、そ
のままレーザアニールを行なって多結晶シリコンを形成
しても、結晶粒界から５０ｎｍ以上の異常な突起が発生
するという大きな問題があった。
【００１６】更にまた、上記従来技術（４）において
は、結晶化を助長させる金属の添加よって、高い移動度
特性を示す（１１１）面配向の多結晶シリコン膜の形成
が可能である。しかしながら、上記した方法においては
新たに金属を添加するためのプロセスが必要であって、
製造工程がより複雑にならざるを得ないばかりでなく、
一般的には４５０℃以下という低温における結晶成長プ
ロセスでは、結晶の成長速度が極端に遅くなって、多結
晶シリコン薄膜トランジスタを用いた液晶ディスプレイ
の実現という社会の要望にもかかわらず、その生産性の
低下が大きな問題であった。
は、結晶化を助長させる金属の添加よって、高い移動度
特性を示す（１１１）面配向の多結晶シリコン膜の形成
が可能である。しかしながら、上記した方法においては
新たに金属を添加するためのプロセスが必要であって、
製造工程がより複雑にならざるを得ないばかりでなく、
一般的には４５０℃以下という低温における結晶成長プ
ロセスでは、結晶の成長速度が極端に遅くなって、多結
晶シリコン薄膜トランジスタを用いた液晶ディスプレイ
の実現という社会の要望にもかかわらず、その生産性の
低下が大きな問題であった。
【００１７】本発明の目的は、結晶粒径のばらつきが少
なく、かつ表面に突起の発生が抑制され、更に（１１
１）結晶配向性に優れた高電子移動度を有する多結晶ポ
リシリコン膜を提供することにある。
なく、かつ表面に突起の発生が抑制され、更に（１１
１）結晶配向性に優れた高電子移動度を有する多結晶ポ
リシリコン膜を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、基板面
に平行な方向である（１１１）面に優先配向させた結晶
粒子の集合体よりなる薄膜を作成し、また、この結晶粒
子の薄膜表面における平均結晶粒径が３００ｎｍ以下で
ある薄膜Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ半導体素子を形成するこ
とにより達成される。
に平行な方向である（１１１）面に優先配向させた結晶
粒子の集合体よりなる薄膜を作成し、また、この結晶粒
子の薄膜表面における平均結晶粒径が３００ｎｍ以下で
ある薄膜Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ半導体素子を形成するこ
とにより達成される。
【００１９】優先配向性の指標として、例えば結晶面の
Ｘ線回折強度比を利用することが可能であり、基板面に
平行な面のＸ線回折測定を行った際の（１１１）面及び
（２２０）面におけるＸ線回折強度比Ｉ（１１１）／Ｉ
（２２０）が３０以上とすることにより達成される。
Ｘ線回折強度比を利用することが可能であり、基板面に
平行な面のＸ線回折測定を行った際の（１１１）面及び
（２２０）面におけるＸ線回折強度比Ｉ（１１１）／Ｉ
（２２０）が３０以上とすることにより達成される。
【００２０】また、結晶粒子の粒径の標準偏差を平均粒
径の３０％以下とすることにより、結晶粒子の特性ばら
つきが小さく、安定な粒界を得ることが出来る。
径の３０％以下とすることにより、結晶粒子の特性ばら
つきが小さく、安定な粒界を得ることが出来る。
【００２１】そして、表面凹凸の標準偏差を平均粒径の
１０％以下に制御することによって、結晶粒界における
突起の形成を抑制した多結晶薄膜を形成することが出来
る。
１０％以下に制御することによって、結晶粒界における
突起の形成を抑制した多結晶薄膜を形成することが出来
る。
【００２２】更にまた、基板面に平行な方向に略（１１
１）面に配向させた柱状結晶の集合体を形成することに
より、結晶粒界における突起の小さいは多結晶薄膜を得
ることが可能である 本発明における上記した多結晶シリコン薄膜の平均電子
移動度を２００ｃｍ2／ｖ・ｓ以上とし、上記した薄膜
を基板面に平行な方向に（１１１）面に優先配向させた
結晶粒子の集合体で構成し、この結晶粒子の薄膜表面に
おける平均結晶粒径がトランジスタのチャネル長の２％
以上とすることによって、高移動度を有する多結晶シリ
コン薄膜トランジスタが実現する。
１）面に配向させた柱状結晶の集合体を形成することに
より、結晶粒界における突起の小さいは多結晶薄膜を得
ることが可能である 本発明における上記した多結晶シリコン薄膜の平均電子
移動度を２００ｃｍ2／ｖ・ｓ以上とし、上記した薄膜
を基板面に平行な方向に（１１１）面に優先配向させた
結晶粒子の集合体で構成し、この結晶粒子の薄膜表面に
おける平均結晶粒径がトランジスタのチャネル長の２％
以上とすることによって、高移動度を有する多結晶シリ
コン薄膜トランジスタが実現する。
【００２３】上記した結晶性半導体薄膜は、基板上に非
晶質半導体薄膜を成膜し、薄膜表面の酸化膜厚を０．１
ｎｍ以上０．４ｎｍ以下に制御し、更に上記非晶質薄膜
をレーザ光により加熱して一部分乃至全部を結晶化する
ことによって、結晶性が高いにも係らず表面突起が抑制
された結晶性半導体薄膜を形成することが可能である。
晶質半導体薄膜を成膜し、薄膜表面の酸化膜厚を０．１
ｎｍ以上０．４ｎｍ以下に制御し、更に上記非晶質薄膜
をレーザ光により加熱して一部分乃至全部を結晶化する
ことによって、結晶性が高いにも係らず表面突起が抑制
された結晶性半導体薄膜を形成することが可能である。
【００２４】そして、上記した酸化膜厚を０．１ｎｍ以
上０．４ｎｍ以下に制御するためには、非晶質半導体薄
膜をＨＦを含む溶液に浸漬し、更に、Ｈ2Ｏ2を含む水溶
液に浸漬することによって達成される。
上０．４ｎｍ以下に制御するためには、非晶質半導体薄
膜をＨＦを含む溶液に浸漬し、更に、Ｈ2Ｏ2を含む水溶
液に浸漬することによって達成される。
【００２５】更にまた、非晶質半導体薄膜を少なくとも
ＨＦを含む水溶液に浸漬させて非晶質半導体薄膜の表面
に形成された酸化膜を除去し、更に酸素を含む雰囲気中
においてにＵＶ光を照射する、または、オゾン水に浸漬
させることによって達成される。
ＨＦを含む水溶液に浸漬させて非晶質半導体薄膜の表面
に形成された酸化膜を除去し、更に酸素を含む雰囲気中
においてにＵＶ光を照射する、または、オゾン水に浸漬
させることによって達成される。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、シ
リコンの場合を例にとって図面を用いて具体的に説明す
る。
リコンの場合を例にとって図面を用いて具体的に説明す
る。
【００２７】図１Ａは、実施例１を説明するための多結
晶シリコン薄膜の平面図であり、また図１Ｂは、その断
面図である。図１Ａにおいて、多角形状のアイランド領
域は基板面に対して（１１１）面に優先配向させた多結
晶シリコン粒子１であって、その平均粒径が３００ｎｍ
以下であり、かつその平均粒径の標準偏差が平均粒径の
３０％以下になるように、後述の成長条件を制御して形
成されている。
晶シリコン薄膜の平面図であり、また図１Ｂは、その断
面図である。図１Ａにおいて、多角形状のアイランド領
域は基板面に対して（１１１）面に優先配向させた多結
晶シリコン粒子１であって、その平均粒径が３００ｎｍ
以下であり、かつその平均粒径の標準偏差が平均粒径の
３０％以下になるように、後述の成長条件を制御して形
成されている。
【００２８】また、図１Ｂから明らかのように、多結晶
シリコン薄膜４は柱状の多結晶シリコン粒子１からなる
集合体であって、各多結晶シリコン粒子１とが重なり合
う領域、即ち結晶粒界２において突起３が形成される。
そして、この突起３を含めて多結晶シリコン薄膜４の表
面における凹凸の標準偏差が、多結晶シリコン粒子１の
平均粒径の１０％以下であるように制御されている。
シリコン薄膜４は柱状の多結晶シリコン粒子１からなる
集合体であって、各多結晶シリコン粒子１とが重なり合
う領域、即ち結晶粒界２において突起３が形成される。
そして、この突起３を含めて多結晶シリコン薄膜４の表
面における凹凸の標準偏差が、多結晶シリコン粒子１の
平均粒径の１０％以下であるように制御されている。
【００２９】図２に、上記した実施例１の多結晶シリコ
ン薄膜４を形成するための概略工程を示す。
ン薄膜４を形成するための概略工程を示す。
【００３０】先ず、実施例１では、一例として基板にコ
ーニング７０５９ガラスを用いた。このガラス基板上
に、良く知られた方法であるプラズマＣＶＤ法を用い
て、非晶質シリコン膜（膜厚５０ｎｍ）を成膜する。
ーニング７０５９ガラスを用いた。このガラス基板上
に、良く知られた方法であるプラズマＣＶＤ法を用い
て、非晶質シリコン膜（膜厚５０ｎｍ）を成膜する。
【００３１】次に、例えば４５０℃に雰囲気が制御され
た炉体中に上記した基板を設置し、例えば約３０分間の
アニール処理を施すことによって、非晶質シリコン膜の
脱水素処理を行う。
た炉体中に上記した基板を設置し、例えば約３０分間の
アニール処理を施すことによって、非晶質シリコン膜の
脱水素処理を行う。
【００３２】その後、非晶質シリコン膜の表面に形成さ
れている自然酸化膜を完全に除去するために、例えば良
く知られた濃度約１％のフッ酸水溶液中に基板を約１分
間浸す。
れている自然酸化膜を完全に除去するために、例えば良
く知られた濃度約１％のフッ酸水溶液中に基板を約１分
間浸す。
【００３３】通常のシリコン関連プロセスにおいては、
ここで純水による洗浄処理を施すことが多い。しかしな
がら、非結晶質シリコン表面は撥水性であるため、純水
による洗浄を行うことによってその表面に数ミクロン以
下の水滴が発生する。そして、従来技術（２）で問題が
発生したように、多結晶シリコン薄膜の形成プロセスに
おいては、この水滴に起因した突起が発生することがあ
る。
ここで純水による洗浄処理を施すことが多い。しかしな
がら、非結晶質シリコン表面は撥水性であるため、純水
による洗浄を行うことによってその表面に数ミクロン以
下の水滴が発生する。そして、従来技術（２）で問題が
発生したように、多結晶シリコン薄膜の形成プロセスに
おいては、この水滴に起因した突起が発生することがあ
る。
【００３４】そこで実施例１においては、上記したフッ
酸水溶液での処理後、引続き、例えば約２％Ｈ2Ｏ2溶液
中に約１分間浸漬させて、非晶質シリコン膜の表面に改
めて極薄酸化膜を生成させ、表面を撥水性から親水性に
変化させてから通常の純水による洗浄処理を行った。
酸水溶液での処理後、引続き、例えば約２％Ｈ2Ｏ2溶液
中に約１分間浸漬させて、非晶質シリコン膜の表面に改
めて極薄酸化膜を生成させ、表面を撥水性から親水性に
変化させてから通常の純水による洗浄処理を行った。
【００３５】ここで、約２％Ｈ2Ｏ2溶液中への浸漬時間
と非晶質シリコン膜の表面に形成される酸化膜の膜厚の
関係を、図３に示す。尚、形成した酸化膜の膜厚を良く
知られた分光エリプソメトリを用いて測定した。
と非晶質シリコン膜の表面に形成される酸化膜の膜厚の
関係を、図３に示す。尚、形成した酸化膜の膜厚を良く
知られた分光エリプソメトリを用いて測定した。
【００３６】この結果、通常のプラズマＣＶＤ法を用い
て非晶質シリコン膜を成膜し、大気中に晒された直後で
は、その表面に約１〜２ｎｍ程度の自然酸化膜が形成さ
れている。そして、この自然酸化膜を約１％のフッ酸水
溶液中に約１分間浸すことによって完全に除去すること
が出来るので、非晶質シリコン膜上には酸化膜は存在し
ないことになる。
て非晶質シリコン膜を成膜し、大気中に晒された直後で
は、その表面に約１〜２ｎｍ程度の自然酸化膜が形成さ
れている。そして、この自然酸化膜を約１％のフッ酸水
溶液中に約１分間浸すことによって完全に除去すること
が出来るので、非晶質シリコン膜上には酸化膜は存在し
ないことになる。
【００３７】そして、図３から明らかのように、Ｈ2Ｏ2
溶液中へ浸漬させた時間の経過の伴って非晶質シリコン
膜上には新たな酸化膜が徐々に形成され、室温中にて約
０．１〜３０分間の浸漬によって、表面酸化膜の膜厚は
約０．１〜０．４ｎｍとなる。
溶液中へ浸漬させた時間の経過の伴って非晶質シリコン
膜上には新たな酸化膜が徐々に形成され、室温中にて約
０．１〜３０分間の浸漬によって、表面酸化膜の膜厚は
約０．１〜０．４ｎｍとなる。
【００３８】表面酸化膜の膜厚が上記した数値範囲であ
ってもその表面は十分な親水性を保ち、その後の純水洗
浄を施しても表面に水滴が残らないことを、良く知られ
た顕微鏡観察によって確認した。
ってもその表面は十分な親水性を保ち、その後の純水洗
浄を施しても表面に水滴が残らないことを、良く知られ
た顕微鏡観察によって確認した。
【００３９】次に、上記の極薄表面酸化処理を行った非
晶質シリコン膜に対してＸｅＣｌレーザ（波長３０８ｎ
ｍ）を照射して、非晶質シリコン膜のレーザ結晶化を行
い、多結晶シリコン薄膜を形成した（図２参照）。尚、
実施例１において、レーザのエネルギー密度は３００〜
５００ｍＪ／ｃｍ2とした。
晶質シリコン膜に対してＸｅＣｌレーザ（波長３０８ｎ
ｍ）を照射して、非晶質シリコン膜のレーザ結晶化を行
い、多結晶シリコン薄膜を形成した（図２参照）。尚、
実施例１において、レーザのエネルギー密度は３００〜
５００ｍＪ／ｃｍ2とした。
【００４０】図２に示した工程に従って作製された多結
晶シリコン薄膜について、ＳＥＭ（Scanning Electron
Microscopy）観察法を用いて測定した結晶粒径と照射し
たレーザのエネルギー密度との関係を図４に示す。
晶シリコン薄膜について、ＳＥＭ（Scanning Electron
Microscopy）観察法を用いて測定した結晶粒径と照射し
たレーザのエネルギー密度との関係を図４に示す。
【００４１】ここで、結晶粒径は、ＳＥＭ観察法によっ
て明らかになった結晶粒子の長軸と短軸を測長し、その
平均値をその結晶粒子における結晶粒径と定義した。ま
た、平均結晶粒径は、１０μｍ×１０μｍの範囲内に観
察された全ての結晶粒子の粒径を測定して、その平均値
として定義した。
て明らかになった結晶粒子の長軸と短軸を測長し、その
平均値をその結晶粒子における結晶粒径と定義した。ま
た、平均結晶粒径は、１０μｍ×１０μｍの範囲内に観
察された全ての結晶粒子の粒径を測定して、その平均値
として定義した。
【００４２】図４から明らかのように、非晶質シリコン
膜に照射したレーザのエネルギー密度を増加させるに従
って、平均結晶粒径が増加する傾向を示している。詳細
に調べた結果、レーザエネルギー密度が４００ｍＪ／ｃ
ｍ2以下の場合、平均結晶粒径が高々１００ｎｍに満た
ないが、４００ｍＪ／ｃｍ2を超えたところからレーザ
エネルギー密度の増加に伴って結晶粒径が著しく増大し
始める。
膜に照射したレーザのエネルギー密度を増加させるに従
って、平均結晶粒径が増加する傾向を示している。詳細
に調べた結果、レーザエネルギー密度が４００ｍＪ／ｃ
ｍ2以下の場合、平均結晶粒径が高々１００ｎｍに満た
ないが、４００ｍＪ／ｃｍ2を超えたところからレーザ
エネルギー密度の増加に伴って結晶粒径が著しく増大し
始める。
【００４３】そして、照射したレーザのエネルギー密度
が同一であれば、レーザ照射前に行う表面処理の有無に
よって、形成される結晶粒径の大きさが著しく変化す
る。即ち、上記した実施例１におけるレーザアニールを
行なう前に、非晶質シリコン膜の表面を１％のフッ酸溶
液への１分間の浸漬、及び２％のＨ2Ｏ2溶液へ１分間浸
漬した後に純水洗浄を行うことによって、形成された多
結晶シリコン薄膜の結晶粒径が著しく増大する。この場
合、５００ｍＪ／ｃｍ2のエネルギー密度に対して、平
均結晶粒径は約２７８ｎｍであった。
が同一であれば、レーザ照射前に行う表面処理の有無に
よって、形成される結晶粒径の大きさが著しく変化す
る。即ち、上記した実施例１におけるレーザアニールを
行なう前に、非晶質シリコン膜の表面を１％のフッ酸溶
液への１分間の浸漬、及び２％のＨ2Ｏ2溶液へ１分間浸
漬した後に純水洗浄を行うことによって、形成された多
結晶シリコン薄膜の結晶粒径が著しく増大する。この場
合、５００ｍＪ／ｃｍ2のエネルギー密度に対して、平
均結晶粒径は約２７８ｎｍであった。
【００４４】尚、比較例としてＨ2Ｏ2溶液へ１００分間
浸漬した後に純水洗浄を行った場合の平均結晶粒径は２
２０ｎｍであり（図示せず）、またフッ酸溶液への浸漬
を行なった後、純水洗浄を行なった場合の平均結晶粒径
は約２３９ｎｍであり（図示せず）、また、レーザアニ
ール前にフッ酸溶液への浸漬を行なわなかった場合で
は、平均結晶粒径は約２０４ｎｍであった。
浸漬した後に純水洗浄を行った場合の平均結晶粒径は２
２０ｎｍであり（図示せず）、またフッ酸溶液への浸漬
を行なった後、純水洗浄を行なった場合の平均結晶粒径
は約２３９ｎｍであり（図示せず）、また、レーザアニ
ール前にフッ酸溶液への浸漬を行なわなかった場合で
は、平均結晶粒径は約２０４ｎｍであった。
【００４５】上記した結果は、非晶質シリコン膜の表面
に形成された自然酸化膜を一旦完全に除去した後、改め
て極薄膜の酸化膜を用いて非晶質シリコン膜の表面を覆
うことによってその表面を極めて清浄な状態にすること
が可能となり、このことが後のレーザアニール処理の際
に発生する異常結晶成長を抑制すると推察される。
に形成された自然酸化膜を一旦完全に除去した後、改め
て極薄膜の酸化膜を用いて非晶質シリコン膜の表面を覆
うことによってその表面を極めて清浄な状態にすること
が可能となり、このことが後のレーザアニール処理の際
に発生する異常結晶成長を抑制すると推察される。
【００４６】照射したレーザのエネルギー密度が５００
ｍＪ／ｃｍ2である場合の、結晶粒径ばらつきを図５、
図６、図７、図８に示した。ここで、図５はレーザアニ
ール前に１％のフッ酸溶液に１分間の浸漬及び２％のＨ
2Ｏ2溶液に１分間の浸漬なる処理を行った場合であり、
また図６は１％のフッ酸溶液に１分間の浸漬という処理
のみを行った場合であり、また図７は、フッ酸溶液への
浸漬という処理も行わなかった場合であり、更に図８は
１％フッ酸溶液に１分間の浸漬及び２％のＨ2Ｏ2溶液に
１００分間の浸漬なる処理を行った場合、即ち非晶質シ
リコン膜の表面に意図的に極めて厚い酸化膜（約２〜３
ｎｍ）を形成した場合をそれぞれ表わしている。
ｍＪ／ｃｍ2である場合の、結晶粒径ばらつきを図５、
図６、図７、図８に示した。ここで、図５はレーザアニ
ール前に１％のフッ酸溶液に１分間の浸漬及び２％のＨ
2Ｏ2溶液に１分間の浸漬なる処理を行った場合であり、
また図６は１％のフッ酸溶液に１分間の浸漬という処理
のみを行った場合であり、また図７は、フッ酸溶液への
浸漬という処理も行わなかった場合であり、更に図８は
１％フッ酸溶液に１分間の浸漬及び２％のＨ2Ｏ2溶液に
１００分間の浸漬なる処理を行った場合、即ち非晶質シ
リコン膜の表面に意図的に極めて厚い酸化膜（約２〜３
ｎｍ）を形成した場合をそれぞれ表わしている。
【００４７】この結果、レーザアニール前にフッ酸溶液
への浸漬及び２％のＨ2Ｏ2溶液への１分間浸漬なる処理
を施した場合、結晶粒径のばらつきが最も小さく、その
結晶粒径の標準偏差は約５５ｎｍであって、フッ酸溶液
への浸漬のみの場合（標準偏差：約６３ｎｍ）、あるい
は全く処理を行なわなかった場合（標準偏差：約８８ｎ
ｍ）、更にはフッ酸溶液への浸漬及び２％のＨ2Ｏ2溶液
への１００分間浸漬なる処理を施して、極めて厚い酸化
膜を形成した場合（標準偏差：約６８ｎｍ）に比較し
て、遥かに均一な結晶粒子の形成が可能であることが明
白である。尚、ここで用いた標準偏差は正規分布による
統計解析で用いられるσを表わしている。
への浸漬及び２％のＨ2Ｏ2溶液への１分間浸漬なる処理
を施した場合、結晶粒径のばらつきが最も小さく、その
結晶粒径の標準偏差は約５５ｎｍであって、フッ酸溶液
への浸漬のみの場合（標準偏差：約６３ｎｍ）、あるい
は全く処理を行なわなかった場合（標準偏差：約８８ｎ
ｍ）、更にはフッ酸溶液への浸漬及び２％のＨ2Ｏ2溶液
への１００分間浸漬なる処理を施して、極めて厚い酸化
膜を形成した場合（標準偏差：約６８ｎｍ）に比較し
て、遥かに均一な結晶粒子の形成が可能であることが明
白である。尚、ここで用いた標準偏差は正規分布による
統計解析で用いられるσを表わしている。
【００４８】更に、形成した多結晶薄膜の善し悪しを判
断する指針として、平均結晶粒径に対する粒径ばらつき
を示す指数を用いた。
断する指針として、平均結晶粒径に対する粒径ばらつき
を示す指数を用いた。
【００４９】ここで、結晶粒径ばらつきの指数（％）＝
結晶粒径の標準偏差／平均結晶粒径で定義した。
結晶粒径の標準偏差／平均結晶粒径で定義した。
【００５０】この結果、上記した結晶粒径の標準偏差の
場合と同様に、実施例１におけるフッ酸溶液への浸漬及
びＨ2Ｏ2溶液への１分間浸漬なる処理を施した場合の指
数が２０％であって、フッ酸溶液への浸漬のみの場合
（指数：約２６％）、あるいは全く処理を行なわなかっ
た場合（指数：約４３％）、更にはフッ酸溶液への浸漬
及びＨ２Ｏ２溶液への１００分間浸漬なる処理を施した
場合（指数：約３１％）に比較して遥かに小さく、実施
例１における結晶化方法が粒径の揃った結晶粒子の集合
体を形成する場合に極めて有効であると言うことが出来
る。
場合と同様に、実施例１におけるフッ酸溶液への浸漬及
びＨ2Ｏ2溶液への１分間浸漬なる処理を施した場合の指
数が２０％であって、フッ酸溶液への浸漬のみの場合
（指数：約２６％）、あるいは全く処理を行なわなかっ
た場合（指数：約４３％）、更にはフッ酸溶液への浸漬
及びＨ２Ｏ２溶液への１００分間浸漬なる処理を施した
場合（指数：約３１％）に比較して遥かに小さく、実施
例１における結晶化方法が粒径の揃った結晶粒子の集合
体を形成する場合に極めて有効であると言うことが出来
る。
【００５１】図５から図８に示した一連の実験結果にお
いて、最も大きな効果を示していることは、非晶質シリ
コン膜の表面に形成されている自然酸化膜を完全に除去
し、かつ新たに形成した酸化膜の膜厚である。
いて、最も大きな効果を示していることは、非晶質シリ
コン膜の表面に形成されている自然酸化膜を完全に除去
し、かつ新たに形成した酸化膜の膜厚である。
【００５２】通常、レーザアニールによって結晶成長を
行なう場合、先ず非晶質シリコン膜が部分的に溶融し、
その固相−液相の界面において結晶成長核が発生し、そ
の結晶核を中心として結晶成長が促進される。しかしな
がら、この時に非晶質シリコン膜の表面に存在した酸化
膜が厚い場合には、表面酸化膜自身が結晶成長核の一部
となって、これが寧ろ結晶成長を妨げる要因になり易
い。
行なう場合、先ず非晶質シリコン膜が部分的に溶融し、
その固相−液相の界面において結晶成長核が発生し、そ
の結晶核を中心として結晶成長が促進される。しかしな
がら、この時に非晶質シリコン膜の表面に存在した酸化
膜が厚い場合には、表面酸化膜自身が結晶成長核の一部
となって、これが寧ろ結晶成長を妨げる要因になり易
い。
【００５３】実施例１に示したように、非晶質シリコン
膜の表面を覆う酸化膜の膜厚を１〜２原子層レベルに制
御することによって、非晶質シリコン膜及びその表面酸
化膜の界面における結晶核の発生確率を少なくすること
が可能である。
膜の表面を覆う酸化膜の膜厚を１〜２原子層レベルに制
御することによって、非晶質シリコン膜及びその表面酸
化膜の界面における結晶核の発生確率を少なくすること
が可能である。
【００５４】これによって、結晶成長がより促進され、
その結果として平均結晶粒径が大きく、かつ結晶粒径の
標準偏差も、またその指数も小さい結晶粒子の形成が可
能になると推察される。
その結果として平均結晶粒径が大きく、かつ結晶粒径の
標準偏差も、またその指数も小さい結晶粒子の形成が可
能になると推察される。
【００５５】図９に、図３の工程に従って形成された多
結晶シリコン膜のＸ線回折測定結果を示す。図９の回折
パターンは、３００ｍＪ／ｃｍ2なるエネルギー密度を
照射して結晶化を行った場合を表わしている。この照射
エネルギー密度の条件では、十分な結晶粒径に成長して
いないが（図４参照）、結晶化によって（１１１）面及
び（２２０）面に配向を示す明瞭なピークが観察され
た。
結晶シリコン膜のＸ線回折測定結果を示す。図９の回折
パターンは、３００ｍＪ／ｃｍ2なるエネルギー密度を
照射して結晶化を行った場合を表わしている。この照射
エネルギー密度の条件では、十分な結晶粒径に成長して
いないが（図４参照）、結晶化によって（１１１）面及
び（２２０）面に配向を示す明瞭なピークが観察され
た。
【００５６】そこで、結晶成長の程度を表す指数とし
て、結晶配向率を（１１１）回折強度／（２２０）回折
強度の比と定義し、この結晶配向率と照射したエネルギ
ー密度との関係を、図１０に例示した。
て、結晶配向率を（１１１）回折強度／（２２０）回折
強度の比と定義し、この結晶配向率と照射したエネルギ
ー密度との関係を、図１０に例示した。
【００５７】一般に、多結晶シリコン膜が完全にランダ
ムに配向している場合、結晶配向率は約１．８である。
ムに配向している場合、結晶配向率は約１．８である。
【００５８】図１０の結果から、レーザアニール前に非
晶質シリコン膜の表面処理を実施しなかった場合には、
レーザのエネルギー密度を増大させても、（１１１）配
向率に殆ど変化が見られず、その値はランダム配向に近
い値を示している。
晶質シリコン膜の表面処理を実施しなかった場合には、
レーザのエネルギー密度を増大させても、（１１１）配
向率に殆ど変化が見られず、その値はランダム配向に近
い値を示している。
【００５９】しかしながら、レーザアニール前に非晶質
シリコン膜の表面を処理することによって、特にレーザ
アニール前に非晶質シリコン膜の表面に対してフッ酸溶
液への浸漬及び短時間のＨ2Ｏ2溶液への浸漬なる処理を
施すことによって、例えば、約４００ｍＪ／ｃｍ2以上
のエネルギー密度を照射領域において、著しい（１１
１）結晶配向率を示すようになる。
シリコン膜の表面を処理することによって、特にレーザ
アニール前に非晶質シリコン膜の表面に対してフッ酸溶
液への浸漬及び短時間のＨ2Ｏ2溶液への浸漬なる処理を
施すことによって、例えば、約４００ｍＪ／ｃｍ2以上
のエネルギー密度を照射領域において、著しい（１１
１）結晶配向率を示すようになる。
【００６０】一例として、レーザアニール前にフッ酸溶
液への浸漬及び２％のＨ2Ｏ2溶液への１分間浸漬なる処
理を行った場合、４３０ｍＪ／ｃｍ2以上のレーザエネ
ルギー密度に対して多結晶シリコン膜の配向率が３０以
上を示し、さらに、５００ｍＪ／ｃｍ2の場合には、そ
の配向率が６０を示した。
液への浸漬及び２％のＨ2Ｏ2溶液への１分間浸漬なる処
理を行った場合、４３０ｍＪ／ｃｍ2以上のレーザエネ
ルギー密度に対して多結晶シリコン膜の配向率が３０以
上を示し、さらに、５００ｍＪ／ｃｍ2の場合には、そ
の配向率が６０を示した。
【００６１】上記したように、非晶質シリコン膜表面に
形成されていた自然酸化膜を完全に除去した後、改めて
その表面に１〜２原子層レベルに制御された酸化膜を形
成し、その酸化膜を介してレーザアニールによる結晶化
を行なうことによって、（１１１）配向率の高い多結晶
シリコン膜を得ることが出来る。この理由は、先の結晶
粒径あるいはその標準偏差のところで説明した場合と同
一である。
形成されていた自然酸化膜を完全に除去した後、改めて
その表面に１〜２原子層レベルに制御された酸化膜を形
成し、その酸化膜を介してレーザアニールによる結晶化
を行なうことによって、（１１１）配向率の高い多結晶
シリコン膜を得ることが出来る。この理由は、先の結晶
粒径あるいはその標準偏差のところで説明した場合と同
一である。
【００６２】更に、上記で形成された多結晶シリコン膜
について、その表面における凹凸の度合いを調べるため
に、ＡＦＭ（Atomic Force Microscopy）を用いて評価
を行った。ＡＦＭによる測定は、試料である多結晶シリ
コン膜表面における任意の領域（約２０μｍ×２０μｍ
の領域）を走査して行なわれ、その測定領域における凹
凸の標準偏差を表面粗さの指標として用いた。また、こ
の時の標準偏差は測定値が正規分布に従うとして統計解
析で用いられるσを表わしている。
について、その表面における凹凸の度合いを調べるため
に、ＡＦＭ（Atomic Force Microscopy）を用いて評価
を行った。ＡＦＭによる測定は、試料である多結晶シリ
コン膜表面における任意の領域（約２０μｍ×２０μｍ
の領域）を走査して行なわれ、その測定領域における凹
凸の標準偏差を表面粗さの指標として用いた。また、こ
の時の標準偏差は測定値が正規分布に従うとして統計解
析で用いられるσを表わしている。
【００６３】５００ｍＪ／ｃｍ2のレーザエネルギー密
度を用いてレーザアニール処理を施した時の結晶表面形
状について、ＡＦＭ測定を行った結果を、図１１、図１
２、図１３及び図１４に示した。
度を用いてレーザアニール処理を施した時の結晶表面形
状について、ＡＦＭ測定を行った結果を、図１１、図１
２、図１３及び図１４に示した。
【００６４】ここで、図１１はレーザアニール処理を施
す前に非晶質シリコン膜に対してフッ酸溶液への浸漬及
び１％のＨ2Ｏ2溶液への１分間浸漬からなる処理を行っ
た場合（酸化膜の膜厚：約０．１〜０．４ｎｍ）であ
り、図１２はフッ酸溶液への浸漬なる処理のみを行った
場合であり、図１３は洗浄処理を行わなかった場合であ
り、また図１４はフッ酸溶液への浸漬及び１％のＨ2Ｏ2
溶液への１００分間浸漬からなる処理を行った場合（酸
化膜の膜厚：約２〜３ｎｍ）である。
す前に非晶質シリコン膜に対してフッ酸溶液への浸漬及
び１％のＨ2Ｏ2溶液への１分間浸漬からなる処理を行っ
た場合（酸化膜の膜厚：約０．１〜０．４ｎｍ）であ
り、図１２はフッ酸溶液への浸漬なる処理のみを行った
場合であり、図１３は洗浄処理を行わなかった場合であ
り、また図１４はフッ酸溶液への浸漬及び１％のＨ2Ｏ2
溶液への１００分間浸漬からなる処理を行った場合（酸
化膜の膜厚：約２〜３ｎｍ）である。
【００６５】また、各図において、横軸はＡＦＭ測定で
の原子プローブの走査幅を表わし、縦軸は結晶表面にお
ける凹凸の大きさを表わしている。
の原子プローブの走査幅を表わし、縦軸は結晶表面にお
ける凹凸の大きさを表わしている。
【００６６】その結果、レーザアニール処理後の多結晶
シリコン膜に対して、その表面における凹凸の標準偏差
が最も小さい処理方法は、図１１に示したフッ酸溶液へ
の浸漬及び１％のＨ2Ｏ2溶液への１分間浸漬からなる処
理を行った場合であり、その値は６．７ｎｍであった。
シリコン膜に対して、その表面における凹凸の標準偏差
が最も小さい処理方法は、図１１に示したフッ酸溶液へ
の浸漬及び１％のＨ2Ｏ2溶液への１分間浸漬からなる処
理を行った場合であり、その値は６．７ｎｍであった。
【００６７】そして、この値はフッ酸溶液への浸漬なる
処理のみを行った場合（凹凸の標準偏差は２４．０ｎ
ｍ、図１２参照）、全く洗浄処理を施さなかった場合
（凹凸の標準偏差は２４．３ｎｍ、図１３参照）及びフ
ッ酸溶液への浸漬及び１％のＨ2Ｏ2溶液への１００分間
浸漬からなる処理を行った場合（凹凸の標準偏差は２
３．５ｎｍ、図１４参照）に比較して際立って小さい値
であり、前述の平均結晶粒径やその標準偏差の場合と同
様の傾向を示した。また、平均結晶粒径に対する表面粗
さのばらつきを示す指数として、表面における凹凸の標
準偏差／平均結晶粒径の比率を用いた評価を試みた。そ
の結果、上記した表面粗さを表わす指数は、図１１に示
した場合で約２％、図１２、図１３及び図１４に示した
場合で、各々１１％、１２％及び１１％であった。
処理のみを行った場合（凹凸の標準偏差は２４．０ｎ
ｍ、図１２参照）、全く洗浄処理を施さなかった場合
（凹凸の標準偏差は２４．３ｎｍ、図１３参照）及びフ
ッ酸溶液への浸漬及び１％のＨ2Ｏ2溶液への１００分間
浸漬からなる処理を行った場合（凹凸の標準偏差は２
３．５ｎｍ、図１４参照）に比較して際立って小さい値
であり、前述の平均結晶粒径やその標準偏差の場合と同
様の傾向を示した。また、平均結晶粒径に対する表面粗
さのばらつきを示す指数として、表面における凹凸の標
準偏差／平均結晶粒径の比率を用いた評価を試みた。そ
の結果、上記した表面粗さを表わす指数は、図１１に示
した場合で約２％、図１２、図１３及び図１４に示した
場合で、各々１１％、１２％及び１１％であった。
【００６８】ところで、図１２に例示したように、非晶
質シリコン膜に対してフッ酸溶液への浸漬なる処理のみ
を行った場合、結晶粒界に起因した凹凸は比較的小さい
が、その後の純水洗浄において残留した水滴に起因した
と考えられる１００ｎｍ以上の異常な突起が出現し、そ
の結果、表面における凹凸の標準偏差は２４．０ｎｍと
なって、極めて大きな値を示す。
質シリコン膜に対してフッ酸溶液への浸漬なる処理のみ
を行った場合、結晶粒界に起因した凹凸は比較的小さい
が、その後の純水洗浄において残留した水滴に起因した
と考えられる１００ｎｍ以上の異常な突起が出現し、そ
の結果、表面における凹凸の標準偏差は２４．０ｎｍと
なって、極めて大きな値を示す。
【００６９】また、図１３及び図１４に例示したよう
に、非晶質シリコン膜上に１ｎｍ以上の酸化膜が施され
た状態でレーザアニールを行うと、結晶粒界に起因した
凹凸が大きく、その結果、表面における凹凸の標準偏差
は極めて大きな値を示すことが明らかである。
に、非晶質シリコン膜上に１ｎｍ以上の酸化膜が施され
た状態でレーザアニールを行うと、結晶粒界に起因した
凹凸が大きく、その結果、表面における凹凸の標準偏差
は極めて大きな値を示すことが明らかである。
【００７０】以上で説明したように、非晶質シリコン膜
の表面をフッ酸溶液への浸漬処理によって自然酸化膜を
完全に除去し、引続き短時間のＨ2Ｏ2溶液処理を施すこ
とによって、表面に０．１〜０．４ｎｍの酸化膜を形成
した後、レーザアニール処理による結晶化を行うことに
よって、結晶粒界に起因した表面の凹凸形成を抑制する
ことが出来る。
の表面をフッ酸溶液への浸漬処理によって自然酸化膜を
完全に除去し、引続き短時間のＨ2Ｏ2溶液処理を施すこ
とによって、表面に０．１〜０．４ｎｍの酸化膜を形成
した後、レーザアニール処理による結晶化を行うことに
よって、結晶粒界に起因した表面の凹凸形成を抑制する
ことが出来る。
【００７１】しかも、純水洗浄処理時に結晶表面に残留
する水滴に起因した突起の発生をも低減することが出来
るため、表面に形成される凹凸の標準偏差は１０ｎｍ以
下に押さえることが可能である。また、結晶粒径に対す
る表面に形成された凹凸の標準偏差は約２％程度であっ
て、極めて平坦で良好な表面モフォロジーを実現させる
ことが出来る。
する水滴に起因した突起の発生をも低減することが出来
るため、表面に形成される凹凸の標準偏差は１０ｎｍ以
下に押さえることが可能である。また、結晶粒径に対す
る表面に形成された凹凸の標準偏差は約２％程度であっ
て、極めて平坦で良好な表面モフォロジーを実現させる
ことが出来る。
【００７２】尚、上記した実施例１において、非晶質シ
リコン表面に極薄の酸化膜形成をＨ2Ｏ2溶液に短時間浸
漬させることによって行ったが、例えばフッ酸溶液に浸
漬させて非晶質シリコン膜の表面に存在する自然酸化膜
を除去した後に、酸素雰囲気中でＵＶ光を照射する方法
やオゾン水に浸漬させる方法等を用いることによって、
或いは１％フッ酸溶液の替わりに２／１０００以下に希
釈したフッ酸水溶液を用いることによって、非晶質シリ
コン膜上の極薄の酸化膜（膜厚：０．１ｎｍ〜０．４ｎ
ｍ）を形成しても、上記した場合と同様な結果を得るこ
とが可能である。
リコン表面に極薄の酸化膜形成をＨ2Ｏ2溶液に短時間浸
漬させることによって行ったが、例えばフッ酸溶液に浸
漬させて非晶質シリコン膜の表面に存在する自然酸化膜
を除去した後に、酸素雰囲気中でＵＶ光を照射する方法
やオゾン水に浸漬させる方法等を用いることによって、
或いは１％フッ酸溶液の替わりに２／１０００以下に希
釈したフッ酸水溶液を用いることによって、非晶質シリ
コン膜上の極薄の酸化膜（膜厚：０．１ｎｍ〜０．４ｎ
ｍ）を形成しても、上記した場合と同様な結果を得るこ
とが可能である。
【００７３】上記した結晶化プロセスにおいて最も重要
なことは、レーザアニール処理を施す前の非晶質シリコ
ン膜の表面に形成した酸化膜の膜厚を０．１ｎｍ〜０．
４ｎｍに制御することである。そして、例えば、この膜
厚が０．１ｎｍ未満であるような場合、純水による洗浄
処理の際に表面に残留した水滴が原因となって異常な突
起が発生したり、また、膜厚が０．４ｎｍより厚い場合
には、この酸化膜がレーザアニール時の結晶核の発生を
妨げて、結果的には表面に大きな凹凸を形成することに
なる。
なことは、レーザアニール処理を施す前の非晶質シリコ
ン膜の表面に形成した酸化膜の膜厚を０．１ｎｍ〜０．
４ｎｍに制御することである。そして、例えば、この膜
厚が０．１ｎｍ未満であるような場合、純水による洗浄
処理の際に表面に残留した水滴が原因となって異常な突
起が発生したり、また、膜厚が０．４ｎｍより厚い場合
には、この酸化膜がレーザアニール時の結晶核の発生を
妨げて、結果的には表面に大きな凹凸を形成することに
なる。
【００７４】尚、実施例１では基板としてコーニング７
０５９ガラスを用いたが、石英やＰＥＴ（ポリエチレン
テレフタレート）等の透明基板を用いても良い。
０５９ガラスを用いたが、石英やＰＥＴ（ポリエチレン
テレフタレート）等の透明基板を用いても良い。
【００７５】更に、非晶質シリコン膜を通常のプラズマ
ＣＶＤ法を用いて成膜した後、温度を４５０℃に制御し
た炉体中で非晶質シリコン膜をアニールすることによっ
て、非晶質シリコン膜中に含まれる水素の除去を行って
いるが、この非晶質シリコン膜はＬＰＣＶＤ（Low Pres
sure Chemical Vapor Deposition）法やスパッタリング
法、あるいは蒸着法等を用いて作製することも可能であ
る。
ＣＶＤ法を用いて成膜した後、温度を４５０℃に制御し
た炉体中で非晶質シリコン膜をアニールすることによっ
て、非晶質シリコン膜中に含まれる水素の除去を行って
いるが、この非晶質シリコン膜はＬＰＣＶＤ（Low Pres
sure Chemical Vapor Deposition）法やスパッタリング
法、あるいは蒸着法等を用いて作製することも可能であ
る。
【００７６】また、上記した実施例１では、シリコン薄
膜の例を示したが、これに限らず、例えばゲルマニウム
薄膜あるいはシリコンとゲルマニウムからなる混合物の
薄膜であっても、何ら差し支えることはない。
膜の例を示したが、これに限らず、例えばゲルマニウム
薄膜あるいはシリコンとゲルマニウムからなる混合物の
薄膜であっても、何ら差し支えることはない。
【００７７】更にまた、実施例１におけるレーザアニー
ル処理の方法として、ＸｅＣｌレーザ（波長３０８ｎ
ｍ）を用いたが、これに限定されることがなく、例えば
ＫｒＦを用いたエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）やＹ
ＡＧレーザ、Ａｒレーザ等を用いても良い。
ル処理の方法として、ＸｅＣｌレーザ（波長３０８ｎ
ｍ）を用いたが、これに限定されることがなく、例えば
ＫｒＦを用いたエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）やＹ
ＡＧレーザ、Ａｒレーザ等を用いても良い。
【００７８】次に、上記した多結晶シリコン膜を用いた
薄膜トランジスタの一例について説明する。
薄膜トランジスタの一例について説明する。
【００７９】図１５は、実施例２である多結晶シリコン
薄膜トランジスタを説明するための断面図である。
薄膜トランジスタを説明するための断面図である。
【００８０】先ず、例えばガラス基板１１上に、良く知
られたプラズマＣＶＤ法を用いて非晶質シリコン膜１２
を約５０ｎｍの厚さに成膜する。
られたプラズマＣＶＤ法を用いて非晶質シリコン膜１２
を約５０ｎｍの厚さに成膜する。
【００８１】次に、温度が約４５０℃で、窒素雰囲気に
制御された炉体中に上記の基板１１挿入し、約３０分間
のアニール処理を施すことによって、非晶質シリコン膜
１２中に含まれる水素の脱離処理を行う。
制御された炉体中に上記の基板１１挿入し、約３０分間
のアニール処理を施すことによって、非晶質シリコン膜
１２中に含まれる水素の脱離処理を行う。
【００８２】このとき、非晶質シリコン膜１２の表面に
は少なからず自然酸化膜が形成されているので、この自
然酸化膜を完全に除去するために、例えば約１％のフッ
酸溶液中に約１分間浸漬させる。そして引続き、約２％
のＨ2Ｏ2溶液中に約１分間浸漬させて、非晶質シリコン
膜１２の表面に改めて極薄膜の酸化膜（膜厚約０．１５
ｎｍ、図示せず）を形成する。その後、ガラス基板１１
を純水を用いた水洗を行う。
は少なからず自然酸化膜が形成されているので、この自
然酸化膜を完全に除去するために、例えば約１％のフッ
酸溶液中に約１分間浸漬させる。そして引続き、約２％
のＨ2Ｏ2溶液中に約１分間浸漬させて、非晶質シリコン
膜１２の表面に改めて極薄膜の酸化膜（膜厚約０．１５
ｎｍ、図示せず）を形成する。その後、ガラス基板１１
を純水を用いた水洗を行う。
【００８３】次に、上記した酸化膜を介して非晶質シリ
コン膜１２上に例えばＸｅＣｌレーザ（波長３０８ｎ
ｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、非晶質シリコ
ン膜１２の結晶化を行い、多結晶シリコン膜２２を形成
した。使用したレーザのエネルギー密度は４６０ｍＪ／
ｃｍ2である。
コン膜１２上に例えばＸｅＣｌレーザ（波長３０８ｎ
ｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、非晶質シリコ
ン膜１２の結晶化を行い、多結晶シリコン膜２２を形成
した。使用したレーザのエネルギー密度は４６０ｍＪ／
ｃｍ2である。
【００８４】そして、良く知られたフォトリソグラフィ
ー法を用いて、多結晶シリコン膜２２上にフォトレジス
ト膜を形成した後、続いて露光及び現像を行い、多結晶
シリコン膜２２上に所定の寸法なるパターンを形成す
る。その後、このレジストパターンをマスクとして、例
えば良く知られたプラズマエッチング法を用いて島状の
多結晶シリコン膜２２を形成する。
ー法を用いて、多結晶シリコン膜２２上にフォトレジス
ト膜を形成した後、続いて露光及び現像を行い、多結晶
シリコン膜２２上に所定の寸法なるパターンを形成す
る。その後、このレジストパターンをマスクとして、例
えば良く知られたプラズマエッチング法を用いて島状の
多結晶シリコン膜２２を形成する。
【００８５】次に、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、
この島状の多結晶シリコン膜２２上に絶縁膜として酸化
シリコン膜１３（膜厚１００ｎｍ）を成膜する。
この島状の多結晶シリコン膜２２上に絶縁膜として酸化
シリコン膜１３（膜厚１００ｎｍ）を成膜する。
【００８６】そして、ゲート電極となるＴｉＷ電極層１
４（膜厚２００ｎｍ）を、例えばスパッタリング法を用
いて形成した。
４（膜厚２００ｎｍ）を、例えばスパッタリング法を用
いて形成した。
【００８７】更に、パターニングされたＴｉＷ電極層１
４をマスクとして、良く知られたイオン注入法を用いて
上記した島状の多結晶シリコン膜２２にチャネル領域２
２ａ、ソース領域２２ｂ、ドレイン領域２２ｂを形成し
た。
４をマスクとして、良く知られたイオン注入法を用いて
上記した島状の多結晶シリコン膜２２にチャネル領域２
２ａ、ソース領域２２ｂ、ドレイン領域２２ｂを形成し
た。
【００８８】ここで、Ｎ型トランジスタを形成する場合
には、ソース領域２２ｂ及びドレイン領域２２ｂにＮ型
の不純物であるリンを注入し、またＰ型トランジスタを
形成する場合には、Ｐ型の不純物であるボロンを注入す
る。
には、ソース領域２２ｂ及びドレイン領域２２ｂにＮ型
の不純物であるリンを注入し、またＰ型トランジスタを
形成する場合には、Ｐ型の不純物であるボロンを注入す
る。
【００８９】そして、上記した不純物原子のイオン注入
によってダメージを受けた多結晶シリコン膜２２の結晶
性を回復させるため、所謂活性化アニールを行った。こ
こでは、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）法を用い
たが、一般的な炉体アニール法によっても活性化は可能
である。
によってダメージを受けた多結晶シリコン膜２２の結晶
性を回復させるため、所謂活性化アニールを行った。こ
こでは、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）法を用い
たが、一般的な炉体アニール法によっても活性化は可能
である。
【００９０】次に、再びプラズマＣＶＤ法によりＴｉＷ
電極層１４を含む酸化シリコン膜１３上に、膜厚５００
ｎｍの酸化シリコン絶縁層１５を形成した。そして、酸
化シリコン膜１３及び酸化シリコン絶縁膜１５を貫き、
ソース領域２２ｂ及びドレイン領域２２ｂに到達するコ
ンタクトホール１６を形成し、ソース領域２２ｂ及びド
レイン領域２２ｂにＴｉＷ／Ａｌからなる多層膜を形成
した。
電極層１４を含む酸化シリコン膜１３上に、膜厚５００
ｎｍの酸化シリコン絶縁層１５を形成した。そして、酸
化シリコン膜１３及び酸化シリコン絶縁膜１５を貫き、
ソース領域２２ｂ及びドレイン領域２２ｂに到達するコ
ンタクトホール１６を形成し、ソース領域２２ｂ及びド
レイン領域２２ｂにＴｉＷ／Ａｌからなる多層膜を形成
した。
【００９１】その後、フォトリソグラフィー法を用いて
上記の多層膜にパターニング処理を行い、電極層１７を
形成した。
上記の多層膜にパターニング処理を行い、電極層１７を
形成した。
【００９２】そして最後に、水素雰囲気中で、約４００
℃、６０分のアニール処理を施して図１５に例示したＮ
型の多結晶シリコン薄膜トランジスタが完成する。
℃、６０分のアニール処理を施して図１５に例示したＮ
型の多結晶シリコン薄膜トランジスタが完成する。
【００９３】図１６は、上記した薄膜トランジスタの電
子移動度特性を示したものである。縦軸は電子移動度を
表わし、横軸は非晶質シリコン膜の結晶化に用いたレー
ザエネルギー密度を表わす。図中のエラーバーは実際に
測定した電子移動度（１条件、約５０点を測定した）の
最大値及び最小値であり、また折線グラフはその平均値
を結線したものである。また、グラフ（Ａ）は、非晶質
シリコン膜の結晶化アニール処理に先立って１％のフッ
酸溶液への１分間の浸漬及び２％のＨ2Ｏ2溶液への１分
間の浸漬なる処理を行った場合であり、グラフ（Ｂ）
は、その処理を実施しなかった場合を表わしている。
子移動度特性を示したものである。縦軸は電子移動度を
表わし、横軸は非晶質シリコン膜の結晶化に用いたレー
ザエネルギー密度を表わす。図中のエラーバーは実際に
測定した電子移動度（１条件、約５０点を測定した）の
最大値及び最小値であり、また折線グラフはその平均値
を結線したものである。また、グラフ（Ａ）は、非晶質
シリコン膜の結晶化アニール処理に先立って１％のフッ
酸溶液への１分間の浸漬及び２％のＨ2Ｏ2溶液への１分
間の浸漬なる処理を行った場合であり、グラフ（Ｂ）
は、その処理を実施しなかった場合を表わしている。
【００９４】その結果、結晶化エネルギー密度に対する
薄膜トランジスタの電子移動度の変化は、前述の図４に
示した平均結晶粒径及び図１０に示した（１１１）結晶
配向率の場合と非常に良く一致している。また、ポイン
トデータでの比較ではあるが、結晶化アニール処理に対
する電子移動度の変化する傾向は、図５〜図８に示した
結晶粒径のばらつきとも良い一致を示している。
薄膜トランジスタの電子移動度の変化は、前述の図４に
示した平均結晶粒径及び図１０に示した（１１１）結晶
配向率の場合と非常に良く一致している。また、ポイン
トデータでの比較ではあるが、結晶化アニール処理に対
する電子移動度の変化する傾向は、図５〜図８に示した
結晶粒径のばらつきとも良い一致を示している。
【００９５】このことは、多結晶シリコン薄膜トランジ
スタの電子移動度を増加させるには、結晶化アニール処
理によって形成した多結晶シリコン膜の結晶配向を（１
１１）面に優先配向させ、かつ形成した結晶の粒径を大
きくすることが重要であり、また電子移動度のばらつき
を押さえるには、結晶粒径のばらつきを低減させること
が必要であることを示している。
スタの電子移動度を増加させるには、結晶化アニール処
理によって形成した多結晶シリコン膜の結晶配向を（１
１１）面に優先配向させ、かつ形成した結晶の粒径を大
きくすることが重要であり、また電子移動度のばらつき
を押さえるには、結晶粒径のばらつきを低減させること
が必要であることを示している。
【００９６】そして、上記した電子移動度の向上に対し
て、結晶化アニール処理の前に、フッ酸溶液への浸漬及
びＨ2Ｏ2溶液への浸漬という非晶質シリコン膜表面の清
浄化処理が不可欠であることを意味している。
て、結晶化アニール処理の前に、フッ酸溶液への浸漬及
びＨ2Ｏ2溶液への浸漬という非晶質シリコン膜表面の清
浄化処理が不可欠であることを意味している。
【００９７】従って、図１６に例示したように、結晶化
アニール処理時のレーザエネルギー密度が４００ｍＪ／
ｃｍ2以下の場合には、電子移動度が高々５０ｃｍ2／ｖ
・ｓ以下であるが、４００ｍＪ／ｃｍ2以上の条件で電
子移動度が急激に増加する。特に、４４０ｍＪ／ｃｍ2
以上の条件では、電子移動度が２００ｃｍ2／ｖ・ｓ以
上に達している。更にまた、上記の清浄化処理を行わな
かった場合に比較して、電子移動度のばらつきも著しく
低減していることが明白である。
アニール処理時のレーザエネルギー密度が４００ｍＪ／
ｃｍ2以下の場合には、電子移動度が高々５０ｃｍ2／ｖ
・ｓ以下であるが、４００ｍＪ／ｃｍ2以上の条件で電
子移動度が急激に増加する。特に、４４０ｍＪ／ｃｍ2
以上の条件では、電子移動度が２００ｃｍ2／ｖ・ｓ以
上に達している。更にまた、上記の清浄化処理を行わな
かった場合に比較して、電子移動度のばらつきも著しく
低減していることが明白である。
【００９８】実施例２において、非晶質シリコン膜形成
用の基板としてコーニング７０５９ガラスを用いたが、
石英やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の透明
基板であっても良い。また、非晶質シリコン膜の形成方
法として、プラズマＣＶＤ法以外にＬＰＣＶＤ法やスパ
ッタリング法、あるいは蒸着法等の成膜方法を用いても
差し支えない。更にまた、上記した実施例ではひとつの
例としてシリコン薄膜の場合について説明したが、シリ
コン薄膜に限定されることなく、例えば、ゲルマニウム
薄膜あるいはシリコン及びゲルマニウムの混合物からな
る薄膜の場合でも、上記で述べた実施例の場合と同様の
効果を奏することは言うまでもない。
用の基板としてコーニング７０５９ガラスを用いたが、
石英やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の透明
基板であっても良い。また、非晶質シリコン膜の形成方
法として、プラズマＣＶＤ法以外にＬＰＣＶＤ法やスパ
ッタリング法、あるいは蒸着法等の成膜方法を用いても
差し支えない。更にまた、上記した実施例ではひとつの
例としてシリコン薄膜の場合について説明したが、シリ
コン薄膜に限定されることなく、例えば、ゲルマニウム
薄膜あるいはシリコン及びゲルマニウムの混合物からな
る薄膜の場合でも、上記で述べた実施例の場合と同様の
効果を奏することは言うまでもない。
【００９９】更に、非晶質シリコン膜上への極めて薄い
酸化膜の形成方法は、Ｈ2Ｏ2溶液への浸漬という処理方
法以外の方法として、例えば、フッ酸洗浄処理直後に酸
素雰囲気中でＵＶ光を照射させる方法、オゾン水に所定
時間浸漬させる方法、あるいは非晶質シリコン膜をフッ
酸溶液へ浸漬させる際、２／１０００以下に希釈したフ
ッ酸水溶液を用いる方法等が挙げられ、これらの方法で
も実施例と同様の効果を示す。
酸化膜の形成方法は、Ｈ2Ｏ2溶液への浸漬という処理方
法以外の方法として、例えば、フッ酸洗浄処理直後に酸
素雰囲気中でＵＶ光を照射させる方法、オゾン水に所定
時間浸漬させる方法、あるいは非晶質シリコン膜をフッ
酸溶液へ浸漬させる際、２／１０００以下に希釈したフ
ッ酸水溶液を用いる方法等が挙げられ、これらの方法で
も実施例と同様の効果を示す。
【０１００】また、非晶質シリコン膜の結晶化方法とし
て、上記の実施例で用いたＸｅＣｌレーザ（波長３０８
ｎｍ）以外に、ＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＹＡ
ＧレーザあるいはＡｒレーザ等を用いても良く、また結
晶化の雰囲気は真空中で行っても、窒素雰囲気下で行な
っても良い。
て、上記の実施例で用いたＸｅＣｌレーザ（波長３０８
ｎｍ）以外に、ＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＹＡ
ＧレーザあるいはＡｒレーザ等を用いても良く、また結
晶化の雰囲気は真空中で行っても、窒素雰囲気下で行な
っても良い。
【０１０１】実施例２で説明した多結晶シリコン薄膜ト
ランジスタは２００ｃｍ2／ｖ・ｓ以上の高移動度を示
す。従って、通常の非晶質シリコン薄膜トランジスタを
画素領域に設けたアクティブマトリックス型の液晶表示
装置において、画素領域の周辺部を結晶化させて多結晶
シリコン薄膜トランジスタを形成することによって、従
来、別途設けられていたドライバー回路に代替させるこ
とも可能である。
ランジスタは２００ｃｍ2／ｖ・ｓ以上の高移動度を示
す。従って、通常の非晶質シリコン薄膜トランジスタを
画素領域に設けたアクティブマトリックス型の液晶表示
装置において、画素領域の周辺部を結晶化させて多結晶
シリコン薄膜トランジスタを形成することによって、従
来、別途設けられていたドライバー回路に代替させるこ
とも可能である。
【０１０２】特に、実施例で述べた多結晶シリコン薄膜
は、薄膜を構成する結晶粒径のばらつきが少なく、また
結晶化された薄膜表面の凹凸も抑制することが出来るの
で、ドライバー回路への適用に好適な、電気特性ばらつ
きの小さい薄膜トランジスタを提供することが出来る。
は、薄膜を構成する結晶粒径のばらつきが少なく、また
結晶化された薄膜表面の凹凸も抑制することが出来るの
で、ドライバー回路への適用に好適な、電気特性ばらつ
きの小さい薄膜トランジスタを提供することが出来る。
【０１０３】
【発明の効果】本発明により、非晶質シリコン膜を結晶
化させて作製した多結晶シリコン膜として、（１１１）
面の結晶配向性が高く、かつ結晶粒径のばらつき及びそ
の表面における突起の発生が少ない薄膜を形成すること
が出来る。そして、この薄膜を用いたトランジスタは、
２００ｃｍ2／ｖ・ｓ以上の大きな移動度特性を有す
る。
化させて作製した多結晶シリコン膜として、（１１１）
面の結晶配向性が高く、かつ結晶粒径のばらつき及びそ
の表面における突起の発生が少ない薄膜を形成すること
が出来る。そして、この薄膜を用いたトランジスタは、
２００ｃｍ2／ｖ・ｓ以上の大きな移動度特性を有す
る。
【図１】実施例１を説明するための多結晶シリコン薄膜
の平面図（Ａ）及び断面図（Ｂ）である。
の平面図（Ａ）及び断面図（Ｂ）である。
【図２】実施例１の多結晶シリコン薄膜を形成するため
のプロセスフローである。
のプロセスフローである。
【図３】Ｈ2Ｏ2溶液への浸漬時間と非晶質シリコン膜上
に形成される酸化膜との関係を示す説明図である。
に形成される酸化膜との関係を示す説明図である。
【図４】実施例１である多結晶シリコン薄膜の平均結晶
粒径と結晶化に用いたレーザのエネルギー密度との関係
を表わす説明図である。
粒径と結晶化に用いたレーザのエネルギー密度との関係
を表わす説明図である。
【図５】実施例１の多結晶シリコン膜であって、結晶化
処理前に非晶質シリコン膜の１％のフッ酸溶液への１分
間浸漬及び２％のＨ2Ｏ2溶液への１分間浸漬なる処理を
行なった場合の結晶粒径ばらつきを示す図である。
処理前に非晶質シリコン膜の１％のフッ酸溶液への１分
間浸漬及び２％のＨ2Ｏ2溶液への１分間浸漬なる処理を
行なった場合の結晶粒径ばらつきを示す図である。
【図６】実施例１の多結晶シリコン膜であって、結晶化
処理前に非晶質シリコン膜の１％のフッ酸溶液への１分
間浸漬処理を行なった場合の結晶粒径ばらつきを示す図
である。
処理前に非晶質シリコン膜の１％のフッ酸溶液への１分
間浸漬処理を行なった場合の結晶粒径ばらつきを示す図
である。
【図７】実施例１の多結晶シリコン膜であって、結晶化
処理前に非晶質シリコン膜の洗浄処理を行わなかった場
合の結晶粒径ばらつきを示す図である。
処理前に非晶質シリコン膜の洗浄処理を行わなかった場
合の結晶粒径ばらつきを示す図である。
【図８】実施例１の多結晶シリコン膜であって、結晶化
処理前に非晶質シリコン膜の１％のフッ酸溶液への１分
間浸漬及び２％Ｈ2Ｏ2溶液への１００分間浸漬なる処理
を行なった場合の結晶粒径ばらつきを示す図である。
処理前に非晶質シリコン膜の１％のフッ酸溶液への１分
間浸漬及び２％Ｈ2Ｏ2溶液への１００分間浸漬なる処理
を行なった場合の結晶粒径ばらつきを示す図である。
【図９】実施例１における多結晶シリコン薄膜のＸ線回
折測定結果を示す図である。
折測定結果を示す図である。
【図１０】実施例１である多結晶シリコン薄膜におい
て、（１１１）結晶配向率と結晶化に用いたレーザのエ
ネルギー密度との関係を表わす説明図である。
て、（１１１）結晶配向率と結晶化に用いたレーザのエ
ネルギー密度との関係を表わす説明図である。
【図１１】実施例１の多結晶シリコン膜であって、結晶
化処理前に非晶質シリコン膜の１％のフッ酸溶液への１
分間浸漬及び２％のＨ2Ｏ2溶液への１分間浸漬なる処理
を行なった場合の表面凹凸の状況を説明するためのＡＦ
Ｍ測定結果である。
化処理前に非晶質シリコン膜の１％のフッ酸溶液への１
分間浸漬及び２％のＨ2Ｏ2溶液への１分間浸漬なる処理
を行なった場合の表面凹凸の状況を説明するためのＡＦ
Ｍ測定結果である。
【図１２】実施例１の多結晶シリコン膜であって、結晶
化処理前に非晶質シリコン膜の１％のフッ酸溶液への１
分間浸漬なる処理を行なった場合の表面凹凸の状況を説
明するためのＡＦＭ測定結果である。
化処理前に非晶質シリコン膜の１％のフッ酸溶液への１
分間浸漬なる処理を行なった場合の表面凹凸の状況を説
明するためのＡＦＭ測定結果である。
【図１３】実施例１の多結晶シリコン膜であって、結晶
化処理前に非晶質シリコン膜の洗浄処理を行わなかった
場合の表面凹凸の状況を説明するためのＡＦＭ測定結果
である。
化処理前に非晶質シリコン膜の洗浄処理を行わなかった
場合の表面凹凸の状況を説明するためのＡＦＭ測定結果
である。
【図１４】実施例１の多結晶シリコン膜であって、結晶
化処理前に非晶質シリコン膜の１％のフッ酸溶液への１
分間浸漬及び２％のＨ2Ｏ2溶液への１００分間浸漬なる
処理を行なった場合の表面凹凸の状況を説明するための
ＡＦＭ測定結果である。
化処理前に非晶質シリコン膜の１％のフッ酸溶液への１
分間浸漬及び２％のＨ2Ｏ2溶液への１００分間浸漬なる
処理を行なった場合の表面凹凸の状況を説明するための
ＡＦＭ測定結果である。
【図１５】実施例２である多結晶シリコン薄膜を用いた
トランジスタの断面構造図である。
トランジスタの断面構造図である。
【図１６】実施例２である多結晶シリコン薄膜トランジ
スタの電子移動度と結晶化に用いたレーザのエネルギー
密度との関係を表わす説明図である。
スタの電子移動度と結晶化に用いたレーザのエネルギー
密度との関係を表わす説明図である。
１…結晶シリコン粒子、２…結晶粒界、３…突起、４…
多結晶シリコン薄膜、１１…基板、１２…非晶質シリコ
ン膜、１３…酸化シリコン膜、１４…ゲート電極、１５
…酸化シリコン絶縁膜、１６…コンタクトホール、１７
…電極層、２２…多結晶シリコン膜、２２ａ…チャンネ
ル領域、２２ｂ…ソースまたはドレイン領域
多結晶シリコン薄膜、１１…基板、１２…非晶質シリコ
ン膜、１３…酸化シリコン膜、１４…ゲート電極、１５
…酸化シリコン絶縁膜、１６…コンタクトホール、１７
…電極層、２２…多結晶シリコン膜、２２ａ…チャンネ
ル領域、２２ｂ…ソースまたはドレイン領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高原 洋一 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 山口 裕功 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 木村 嘉伸 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 大倉 理 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 (72)発明者 阿部 広伸 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 (72)発明者 下村 繁雄 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 (72)発明者 斉藤 雅和 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 (72)発明者 高橋 道子 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 Ｆターム(参考） 5F052 AA02 BB01 BB02 BB07 DA02 DB02 DB03 DB04 DB07 EA01 EA15 JA01 5F058 BB04 BC02 BF62 BF69 BF78 BH01 BJ04 5F110 AA07 AA16 CC02 DD01 DD02 DD03 EE06 EE44 FF02 GG01 GG02 GG03 GG06 GG13 GG16 GG17 GG25 GG42 GG43 GG45 GG47 HJ01 HJ13 HJ23 HL03 HL06 HL11 HL27 NN04 NN23 NN35 PP03 PP04 PP31 PP35 QQ11 QQ24
Claims (13)
- 【請求項１】基板の上方に設けられた半導体薄膜が、前
記基板の表面に対して略平行な方向に（１１１）優先配
向した結晶粒子の集合体からなり、前記半導体薄膜の表
面における前記結晶粒子の平均結晶粒径が３００ｎｍ以
下であることを特徴とする薄膜半導体素子。 - 【請求項２】前記半導体薄膜が、少なくともＳｉまたは
Ｇｅ若しくはＳｉとＧｅの混合物の何れかを含んでなる
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜半導体素子。 - 【請求項３】前記半導体薄膜の（２２０）結晶面に対す
る（１１１）結晶面のＸ線回折強度比、Ｉ（１１１）／
Ｉ（２２０）が３０以上であることを特徴とする請求項
１に記載の薄膜半導体素子。 - 【請求項４】前記結晶粒子の粒径の標準偏差が、前記平
均結晶粒径の３０％以下であることを特徴とする請求項
１に記載の薄膜半導体素子。 - 【請求項５】前記半導体薄膜の表面凹凸の標準偏差が、
前記平均結晶粒径の１０％以下であることを特徴とする
請求項１に記載の薄膜半導体素子。 - 【請求項６】前記半導体薄膜の平均電子移動度が、２０
０ｃｍ2／ｖ・ｓ以上であることを特徴とする請求項１
に記載の薄膜半導体素子。 - 【請求項７】基板の上方に設けられた半導体薄膜が、前
記基板の表面に対して略平行な方向に（１１１）優先配
向した柱状結晶の集合体からなることを特徴とする薄膜
半導体素子。 - 【請求項８】基板の上方に非晶質半導体薄膜を成膜する
工程と、該非晶質半導体薄膜の表面に設けた酸化膜の膜
厚を０．１ｎｍ以上０．４ｎｍ以下の範囲に制御する工
程と、レーザ光を前記酸化膜を介して前記非晶質半導体
薄膜に照射して加熱する工程を備え、前記レーザ光を用
いて前記非晶質半導体薄膜の少なくとも一部の領域を結
晶化することを特徴とする薄膜半導体素子の製造方法。 - 【請求項９】前記酸化膜の膜厚を制御する工程が、前記
非晶質半導体薄膜に少なくともＨＦを含む水溶液を供給
することにより、前記非晶質半導体薄膜の表面に形成さ
れた酸化膜を除去する工程と、かつ、前記非晶質半導体
薄膜に少なくとも酸素供与性原子を含む水溶液を供給す
ることにより、前記非晶質半導体薄膜の表面に酸化膜を
形成する工程とを備えてなることを特徴とする請求項８
に記載の薄膜半導体素子の製造方法。 - 【請求項１０】前記水溶液が、少なくともＨ2Ｏ2または
オゾンを含んでなることを特徴とする請求項９に記載の
薄膜半導体素子の製造方法。 - 【請求項１１】前記酸化膜の膜厚を制御する工程が、前
記非晶質半導体薄膜に少なくともＨＦを含む水溶液を供
給することにより、前記非晶質半導体薄膜の表面に形成
された酸化膜を除去する工程と、かつ、前記非晶質半導
体薄膜の表面に少なくとも酸素を含む雰囲気中でＵＶ光
を照射することにより、前記非晶質半導体薄膜の表面に
酸化膜を形成する工程とを備えてなることを特徴する請
求項８に記載の薄膜半導体素子の製造方法。 - 【請求項１２】基板の上方に積層して設けられた結晶性
半導体膜と、チャネル領域と、絶縁膜と、ゲート電極
と、ソース電極と、ドレイン電極とを備え、前記ソース
電極と前記ドレイン電極とが、前記結晶性半導体膜の少
なくとも一部の領域に前記チャネル領域を挟んで設けら
れたソース領域とドレイン領域とに各々接続されてな
り、かつ、前記結晶性半導体膜が前記基板の表面に対し
て略平行な方向に（１１１）優先配向した結晶粒子の集
合体であって、前記結晶性半導体膜の表面における前記
結晶粒子の平均結晶粒径が、前記チャネル領域の長さの
２％以上であることを特徴とする薄膜トランジスタ。 - 【請求項１３】基板の上方に非晶質半導体薄膜を成膜す
る工程と、該非晶質半導体薄膜の表面を処理するエッチ
ング工程と、前記非晶質半導体薄膜にレーザ光を照射し
て該非晶質半導体薄膜の少なくとも一部の領域を結晶化
する工程と、該結晶化された領域を含むように前記非晶
質半導体薄膜の上に絶縁膜を成膜する工程と、電極を形
成する工程とを備え、前記エッチング工程が、前記非晶
質半導体薄膜の表面に少なくともＨＦを含む水溶液を供
給して、該非晶質半導体薄膜の表面に形成された酸化膜
を除去した後、少なくともＨ2Ｏ2またはオゾンを含む水
溶液を供給して、前記非晶質半導体薄膜の表面に酸化膜
を形成する工程であることを特徴とする薄膜トランジス
タの製造方法。
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|---|---|---|---|
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| JP2000295425A JP4045731B2 (ja) | 2000-09-25 | 2000-09-25 | 薄膜半導体素子の製造方法 |
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| TW (1) | TW540099B (ja) |
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