JP2002124685A

JP2002124685A - 半導体装置及びその作製方法

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Publication number: JP2002124685A
Application number: JP2001235632A
Authority: JP
Inventors: Takeomi Asami; 勇臣浅見; Mitsuhiro Ichijo; 充弘一條; Satoshi Chokai; 聡志鳥海; Takashi Otsuki; 高志大槻; Toru Mitsuki; 亨三津木; Kenji Kasahara; 健司笠原; Yoshie Takano; 圭恵高野; Chiho Kokubo; 千穂小久保; Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Takeshi Shichi; 武司志知
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2000-08-02
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2002-04-26
Anticipated expiration: 2021-08-02
Also published as: JP4646460B2

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】シリコンとゲルマニウムを成分とし、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３０％以上である半導体膜を、シリコン原子の水素
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ＣＶＤ
法によりシリコンとゲルマニウムを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結晶化させ
て得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多結晶半導体膜に
代表されるようにいろいろな方位をもって集合した多結
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形成した多
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。ＴＦＴへの応用に関しては、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に形成した
非晶質半導体膜に対し、加熱処理やレーザー光の照射に
より結晶化した場合は多結晶構造が得られる。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、下地に酸化シリコンがある場合には、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。よって、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、結晶質シリコン膜を形成する他の手
法として、非晶質シリコン膜にシリコンの結晶化を助長
する元素を導入し、従来よりも低い温度の加熱処理で結
晶質シリコン膜を作製する技術が開示されている。例え
ば、特開平７−１３０６５２号公報、特開平８−７８３
２９号公報では、非晶質シリコン膜にニッケルなどの金
属元素を導入し５５０℃、４時間の熱処理により結晶質
シリコン膜を得ている。

【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、非晶質シリコン膜の厚さを１０〜１００
nm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と結晶シ
リコンの（１１１）面とが接する界面エネルギーが最も
小さいので、結晶質シリコン膜の表面と平行な面は（１
１０）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
保持することが不可能となり、不対結合手が多く形成さ
れることになる。結晶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る作用がある。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てしまい、
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得ることができない。

【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
つ結晶粒のみ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
を提供するものであり、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、シリコンとゲルマニウムを成分とし、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３０％以上である半導体膜を用いる。このような半
導体膜は、シリコン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ＣＶＤ法によりシリコンとゲルマ
ニウムを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シリコンとゲル
マニウムを含む結晶構造を有する半導体膜は、シリコン
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。非晶質シリコン膜に当該金属元素を添加して加熱
処理を施すことにより、シリコンと当該金属元素との化
合物（シリサイド化物）を形成し、それが拡散すること
により結晶化が進行する。非晶質シリコン膜に添加した
ゲルマニウムはこの化合物と反応せず、その周囲に存在
することにより局所的な歪みを生じさせる。この歪みは
核生成の臨界半径を大きくする方向に作用して、核生成
密度を低減させると共に、結晶の配向を制限する効力を
持つ。

【００１４】このような作用を発現させるのに必要なゲ
ルマニウムの濃度は、実験の結果シリコンに対し、０．
１原子％以上１０原子％以下、好ましくは１原子％以上
５原子％以下とすれば良いことが分かっている。ゲルマ
ニウムの濃度がこの上限値以上の濃度になるとシリコン
とゲルマニウムの合金材料として発生する自然核（添加
する金属元素との化合物によらず発生する核）の発生が
顕著となり、得られる多結晶半導体膜の配向比率を高め
ることができない。また、下限値以下であると十分な歪
を発生させることができず、やはり配向比率を高めるこ
とができない。

【００１５】ゲルマニウムが添加された非晶質シリコン
膜は、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１３．５６〜６０M
Hzの高周波電力を、繰り返し周波数１００Hz〜１００kH
z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周期において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％とする。

【００１６】このような間欠放電またはパルス放電は、
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）を選択して、比較的長寿命のラジカル
種による膜の成長を行うことができる。例えば、ＳｉＨ
₄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。ラジカル種は生成と消滅反応を繰り
返すが、定常的に持続する放電は、ラジカル種の存在比
率が一定の割合に保たれている。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。

【００１７】長寿命ラジカルを選択する理由は、膜の成
長表面を不活性化するためであり、ゲルマニウムを非晶
質シリコン膜中に分散させて含ませるのに適している。
ゲルマニウムのソースであるＧｅＨ₄はＳｉＨ₄に比べ分
解エネルギーが小さいので、同じ供給電力で分解すると
原子状ゲルマニウムが生成され、気相反応又は表面反応
によりゲルマニウムクラスターが生成される。前述の結
晶成長モデルによればゲルマニウムは分散していた方が
良いので、スラスターの発生しない間欠放電が良いとい
うことを見いだすことができる。

【００１８】非晶質半導体膜を結晶化すると原子の再配
列により、膜の体積は収縮する。その結果、基板上の多
結晶半導体膜は引っ張り応力が内在することになる。し
かし、シリコンに原子半径の大きいゲルマニウムを０．
１原子％以上１０原子％以下、好ましくは１原子％以上
５原子％以下の範囲で含有させることにより、結晶化に
伴う体積収縮は抑制され、発生する内部応力を小さくす
ることができる。このとき、被膜全体に渡って均質な効
果を得るためには、ゲルマニウムが分散した状態で存在
するのが好ましい。

【００１９】

【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
向率が高いシリコンとゲルマニウムを成分とする結晶質
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、シリコン原
子及びゲルマニウム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法によりシリコンとゲルマニウ
ムを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。

【００２０】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、シリコン、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。

【００２１】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シリコン、酸化シリコ
ン、または酸化窒化シリコン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、Ｎ
₂を反応ガスとして用い、窒化シリコン膜を形成する。
または、ＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏ、ＮＨ₃を反応ガスとして用
い、酸化窒化シリコン膜を形成する。ブロッキング層の
厚さは２０〜２００nmで形成する。

【００２２】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１３．５６〜６０MHz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周期において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。

【００２３】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。

【００２４】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に変化している。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
と母体ガス分子の解離が無くなり、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。

【００２５】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→ＳｉＨ₃＋Ｓｉ
Ｈ₄の反応が繰り返され長寿命であること考えられてい
る。良質な非晶質シリコン膜を形成するにはＳｉＨ₃を
用いれば良いと言われている。また、ＧｅＨ₄はＳｉＨ₄
に対して分解エネルギーが小さいので、同じ高周波電力
で分解するとＧｅラジカル（または原子状Ｇｅ）が多数
生成される。このラジカルは活性であり寿命が短いもの
と推測される。

【００２６】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、被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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】本発明に用いる非晶質半導体膜はシリコン
とゲルマニウムを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とＧｅＨ₄または、ＳｉＨ₄とＨ₂で希釈した
ＧｅＨ₄を用いて作製する。その他に、ＳｉＨ₄の代わり
にＳｉ₂Ｈ₆またはＳｉＦ₄を、ＧｅＨ₄の代わりにＧｅＦ
₄を採用しても良い。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。

【００３０】尚、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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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半導体膜を得るこ
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。

【００３６】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。

【００３７】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２６
６nm）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。

【００３８】以上のような工程により、本発明における
｛１０１｝面の配向率が高い結晶質半導体膜が得られる
モデルは、概略以下のように推測することができる。そ
れについて図１９を参照しながら説明する。

【００３９】基板２４０１上に形成された非晶質半導体
膜２４０２に導入されたシリコンの結晶化を助長する元
素は、脱水素処理中に速やかに非晶質半導体２４０２中
に拡散する。そして、当該元素とシリコンが反応してシ
リサイド２４０３が形成され、これが結晶核となりその
後の結晶成長に寄与する。例えば、代表的な元素として
ニッケルを用いた場合、ＮｉＳｉ_xが形成される。しか
し、ＮｉＳｉ_x中にはゲルマニウムが殆ど固溶しないた
め、非晶質半導体２４０２中のＮｉＳｉ_xは、ゲルマニ
ウムを周囲に排除しつつ移動する。

【００４０】ＮｉＳｉ_xは特定の配向性を持たないが、
非晶質半導体膜の厚さを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と結晶シリコンの（１１
１）面とが接する界面エネルギーが最も小さいので、結
晶質シリコン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。結晶成長方向が基
板表面に対し平行な方向に、しかも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することになる。

【００４１】ＮｉＳｉ_xから見ると、周囲の非晶質半導
体のみに原子半径の大きいゲルマニウムが存在している
ため、大きな歪み（引っ張り応力）が発生していること
が予想される。この歪みエネルギーにより、核生成の臨
界半径を大きくする方向に働く。さらに、この歪み（引
っ張り応力）は、ＮｉＳｉ_xによる核の結晶方位に制限
を与え、特定の結晶面（具体的には、｛１０１｝面）の
配向率を高める作用があると推測される。

【００４２】ＮｉＳｉ_xの構造はホタル石型構造であ
り、ダイアモンド型構造のシリコン格子間にニッケル原
子を配置した構造となっている。ＮｉＳｉ_xからニッケ
ル原子が無くなるとシリコンの結晶構造が残ることにな
る。数々の実験の結果から、ニッケル原子は非晶質シリ
コン側に移動していくことが判明しており、この理由は
非晶質シリコン中の固溶度の方が結晶シリコン中のそれ
よりも高いためであると考えられる。従って、恰もニッ
ケルが非晶質シリコン中を移動しながら結晶シリコン膜
２４０４を形成するというモデルを立案することができ
る。

【００４３】本発明は、結晶質半導体膜の｛１０１｝面
の配向を高めるために、シリコンとゲルマニウムから成
る非晶質半導体膜にシリコンの結晶化を助長する元素を
添加して、加熱処理とレーザー処理を行って結晶化させ
る。

【００４４】ところで、非晶質半導体膜、具体的には非
晶質シリコン膜に０．１〜１０原子％のゲルマニウムを
含有させると結晶核の発生密度が低下することが、本発
明者により見いだされている。図２０は結晶核の隣接間
距離について、ＧｅＨ₄の添加量依存性について調べた
結果であり、縦軸はその累積度数を示している。成膜条
件として、ＳｉＨ₄と水素で１０％に希釈したＧｅＨ₄の
合計流量は１００SCCM一定としたものである。

【００４５】図２０（Ａ）はシリコンの結晶化を助長す
る元素として、酢酸ニッケル塩が３ppmの水溶液を用い
た結果であり、図２０（Ｂ）は１ppmの結果を示してい
る。ＧｅＨ₄の添加量の増加は、非晶質シリコン中に含
まれるゲルマニウム濃度がそれに伴って増えることを意
味する。図２０（Ａ）、（Ｂ）の結果は、いずれもＧｅ
Ｈ₄の添加量が多い方が結晶核の隣接間距離が長くなる
ことを示している。図２１はこの結果を基に、ＧｅＨ₄
の添加量に対する結晶核の密度を示している。ＧｅＨ₄
の量が増加するに従い、結晶核密度が低下している傾向
が示されている。

【００４６】核生成理論の立場からは、体積Ｖの核が母
相中に現れる際のエネルギー変化ΔＧは次式で与えられ
る。

【００４７】

【数１】

【００４８】ここで、ΔＧｖは単位体積当たりの自由エ
ネルギー変化（負）であり、右辺第１項は核生成の駆動
力となる。一方、Ｅは単位体積当たりの歪みエネルギー
であり、γｓは単位体積当たりの界面エネルギー（Ｓは
析出した核の表面積）であり、第２項、第３項は核の析
出を妨害する方向に働く。これら二つの項があるため、
ある臨界半径ｒ₀以下の核はエネルギー的に不安定（Δ
Ｇがｒと共に増加する）であり、一時的に現れたとして
も消滅してしまう。即ち、ｒ₀を超えた核のみが安定化
することを示している。このことは上記考察において、
非晶質シリコン膜中にゲルマニウムが存在することによ
り核生成の臨界半径を大きくする方向に働くことを裏付
けている。

【００４９】上述の本発明に基づいて得られる結晶質半
導体膜の代表的な作製方法は、反応ガスはＳｉＨ₄と水
素で１０％に希釈されたＧｅＨ₄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、ＳｉＨ₄
の純度は９９．９９９９％以上のものを、またＧｅＨ₄
は窒素、炭化水素化合物が１ppm以下、ＣＯ₂が２ppm以
下の高純度品を用いている。高周波電力はピーク値とし
て０．３５W/cm²（２７MHz）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２
００〜４００℃、電極間隔３５mmとしている。

【００５０】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１
７（Ｂ）は繰り返し周波数１ｋＨｚ、デューティー比５
０％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、本明細書では便宜上間欠放電またはパルス放電
と呼ぶ。

【００５１】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
１１〜１１１３、予備室１１１４とゲート弁１１２２〜
１１２７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
１１２８、１１２９に装填され、共通室１１２０の搬送
手段１１２１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）では窒化シリコン膜や酸化シリコン膜など
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）ではシリコンの結晶化を
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。

【００５２】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省略するが、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５１１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
１１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
リットル/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。

【００５３】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。

【００５４】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、１０〜２０nm
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（１
μm間隔）〜４００００点（０．５μm間隔）の程度の測
定を行っている。

【００５５】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６（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。

【００５６】図６（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。

【００５７】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。これは方位分布関数
の値であり、ランダム配向を仮定した場合に対する集中
度（図６（Ａ）の点の密度）を等高線で表したものであ
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。

【００５８】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。

【００５９】

【数２】

【００６０】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。

【００６１】図６（Ａ）で例示した逆極点図では、各頂
点が｛１０１｝、｛１１１｝、｛００１｝であり、｛１
０１｝に対してずれ角の値が大きくなると他の面方位が
発現することを意味する。｛１０１｝からのずれ角が３
０度となると｛１１２｝が発現することになる。従っ
て、ＥＢＳＰで結晶方位の存在比率を確定する場合、揺
らぎを持って分布している結晶粒に対し、他の指数が含
まれないように許容ずれ角を規定する必要がある。本発
明者によれば、許容ずれ角を１０度以下、或いは５度以
下と規定してデータを収集することにより、特定方位に
配向する結晶粒の存在比率を定量化できることが判明し
ている。

【００６２】図１は上記作製条件に基づいて石英基板上
に作製した５４nmの非晶質半導体膜を、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
処理を行い、得られた結晶質半導体膜の｛１０１｝面の
配向率を、間欠放電における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１０kHzを用いてい
る。図１から明らかなことは、デューティー比が６０％
以下となると、｛１０１｝面の配向率が増加する傾向が
明らかに示されている。図１の結果では、デューティー
比３０％において５８％の配向率が得られている。

【００６３】図２は、間欠放電の繰り返し周波数を横軸
にとり｛１０１｝の配向率をプロットしたデータであ
る。繰り返し周波数は５〜３０kHzの間で変化させてい
るが、その周波数が小さくなるに従って｛１０１｝の配
向率が増大している。

【００６４】図３は非晶質半導体膜の形成時の反応圧力
依存性を示し、圧力が低くなるに従い｛１０１｝の配向
率が高くなっている。

【００６５】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、デューティー比、反応圧力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/cm³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。

【００６６】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。

【００６７】

【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、ゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜の全
面にシリコンの結晶化を助長する金属元素を添加して結
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#１７７３ガラス基板に代表
されるガラス基板を用いる。基板１０１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を用い酸化窒化シリコン膜を１００nm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。

【００６８】シリコンとゲルマニウムから成る非晶質半
導体膜１０３はプラズマＣＶＤ法により作製し、ＳｉＨ
₄とＨ₂で１０％に希釈されたＧｅＨ₄ガスを反応室に導
入し、グロー放電分解して基板１０１上に堆積させる。
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５k
Hz、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。ＳｉＨ₄とＧｅＨ₄の混合比は、作製され
る非晶質半導体膜においてゲルマニウム濃度が１〜１０
原子％、好ましくは２〜３原子％となるように調節す
る。シリコンとゲルマニウムから成る非晶質半導体膜１
０３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、
ＧｅＨ₄は純度９９．９９％以上のガスを用いる。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３００リットル/
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。

【００６９】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、シリコンと
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。シリコンの表面
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。

【００７０】次に、５００℃にて１時間の加熱処理を行
い、シリコン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１０５が形成される。

【００７１】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１０５に対してレーザー光１
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１００〜３００mJ/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）に示すシリコンとゲルマニウムを成分と
する結晶質半導体膜１０７を得ることができる。

【００７２】[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。

【００７３】シリコン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。

【００７４】そして、シリコンとゲルマニウムから成る
非晶質半導体１２１上に１５０nmの厚さの酸化シリコン
膜１２２を形成する。酸化シリコン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（Tetr
aethyl Ortho Silicate：ＴＥＯＳ）とＯ₂とを混合し、
反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周
波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cm²で放
電させ形成する。

【００７５】次に、酸化シリコン膜１２２に開孔部１２
３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１
２３の底部のみで非晶質半導体膜１２１と接触する。

【００７６】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
ルが接した非晶質シリコン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シリコン膜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、酸化シリコン膜１２２を除去すれば、図８（Ｃ）で
示すシリコンとゲルマニウムから成る結晶質半導体膜１
２５を得ることができる。

【００７７】[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半導体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。

【００７８】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、マスク用の酸化シリコン膜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）で示す酸化シリコン膜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、１×１０¹⁹〜１×１０
²²/cm³の濃度のリン添加領域１３５を形成する。

【００７９】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、結晶質半導体膜１
３１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。

【００８０】その後、図９（Ｃ）で示すようにマスク用
の酸化シリコン膜１３２と、リン添加領域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。

【００８１】[実施例４]次に、このようなシリコンとゲ
ルマニウムから成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。

【００８２】図１１（Ａ）において、基板２１０上にシ
リコンとゲルマニウムから成る結晶質半導体膜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２１１を設ける。

【００８３】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シリコン膜、
或いはＴＥＯＳとＮ₂Ｏとから作製される酸化窒化シリ
コン膜などで形成する。本実施例では前者を選択し、７
０nmの厚さに形成する。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】その後、プラズマＣＶＤ法により作製され
る窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜により第１の層
間絶縁膜２１７を形成する。第１の層間絶縁膜２１７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。

【００８７】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。

【００８８】本発明で得られるシリコンとゲルマニウム
から成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、電界効果移動度を高めることができる。
ここでは、ＴＦＴ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。

【００８９】[実施例５]図１０は本発明のシリコンとゲ
ルマニウムから成る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、シリコンゲルマニウ
ムを成分とする結晶質半導体膜２６３、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２
６３、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。

【００９０】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。

【００９１】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を窒化シリコン膜
または酸化窒化シリコン膜で形成し、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
を行うことができる。

【００９２】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。

【００９３】[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上にシリ
コンとゲルマニウムから成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。

【００９４】ブロッキング層３０２としてプラズマＣＶ
Ｄ法でＳｉＨ₄とＮ₂Ｏを用い酸化窒化シリコン膜を５０
〜２００nm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
る酸化窒化シリコン膜を５０nm、ＳｉＨ₄とＮ₂Ｏから作
製される酸化窒化シリコン膜を１００nm積層させた２層
構造や、或いは、窒化シリコン膜とＴＥＯＳを用いて作
製される酸化シリコン膜を積層させた２層構造としても
良い。

【００９５】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、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これらの層を連続して、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。

【００９６】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の厚さで酸化窒化シリコン膜を用いて形成
する。特に、ＳｉＨ₄とＮ₂ＯにＯ₂を添加させて作製す
る酸化窒化シリコン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シリ
コン膜に限定されるものでなく、酸化シリコン膜や酸化
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。

【００９７】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。

【００９８】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５００Ｗ
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Ｒ
Ｆ（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。

【００９９】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シリコン膜の選択
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、酸化窒化シリコン膜が露出した面は
２０〜５０nm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３３８
ａ〜３４０ａ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。

【０１００】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（１３．５６MHz）
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〜３４４
ｂ）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。

【０１０１】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/cm³の
範囲の濃度で形成する。

【０１０２】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
処理を行う。第２のドーピング処理は、ｎチャネル型Ｔ
ＦＴ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/cm²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３５２〜３５４を形
成する。第２の不純物領域３５２〜３５４おけるリン
（Ｐ）濃度は１×１０²⁰〜１×１０ ²¹/cm³の範囲となる
ようにする。

【０１０３】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。

【０１０４】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、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜か
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１
ppm以下、好ましくは０．１ppm以下の窒素雰囲気中で４
００〜７００℃、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。

【０１０５】さらに、窒化シリコン膜３５９を形成し、
３５０〜４５０℃、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。

【０１０６】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を用いて形成される酸
化シリコン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。

【０１０７】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。

【０１０８】ｐチャネル型ＴＦＴ３７０にはチャネル形
成領域３６７、ソース領域またはドレイン領域として機
能する第２の不純物領域３５６、と第１の不純物領域３
５７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３４７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２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３不純物領域３５４
を有している。第１不純物領域３４７、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２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。

【０１０９】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。

【０１１０】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。

【０１１１】[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、いずれも本発明のシリ
コンとゲルマニウムから成る結晶質半導体膜を用いて活
性領域を形成している。シリコンとゲルマニウムから成
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。

【０１１２】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。

【０１１３】画素部４４５におけるｎチャネル型ＴＦＴ
４４２と駆動回路４４４のｎチャネル型ＴＦＴ４４１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。

【０１１４】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。

【０１１５】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ることが
できる。

【０１１６】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。本発明で得られるシリコン
とゲルマニウムから成る結晶質半導体膜は｛１０１｝の
配向比率が高く結晶粒界における欠陥密度の割合が低
く、電界効果移動度を高めることができる。このような
ＴＦＴで駆動回路を形成することにより、より高い周波
数で回路を動作させることができる。

【０１１７】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。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。

【０１１８】画素部４４５においては、接続電極４２２
によりソース配線４０９は、ｎチャネル型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、画素のｎチャネル
型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。

【０１１９】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。

【０１２０】[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。

【０１２１】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１５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５〜２０mP
a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６１１
〜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。

【０１２２】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１５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。

【０１２３】[実施例９]本実施例は、上記実施例４〜６
で得られるＴＦＴを用いて蛍光又は燐光を含むエレクト
ロルミネセンス（Electro luminescence:ＥＬ）を利用
した表示装置を作製する一例を図１６を用いて説明す
る。

【０１２４】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１６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、画素部は一画素に必要なＴＦＴの構成
を例示している。このＣＭＯＳ回路は実施例６に従えば
得ることができる。

【０１２５】図１６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。電流制御ＴＦＴは高い電流駆動
能力が要求されるが、本発明で得られる多結晶半導体膜
を用いることにより、電界効果移動度を高めることが可
能となり、高い電流駆動能力を持たせることができる。

【０１２６】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。

【０１２７】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。

【０１２８】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はシリコン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。

【０１２９】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。

【０１３０】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、窒化シリコン膜もしくは窒
化酸化シリコン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。

【０１３１】[実施例１０]実施例１又は２で説明する方
法に従い作製される結晶質シリコン膜には結晶化におい
て利用した金属元素が残存している。本実施例は実施例
４と異なる方法で当該金属元素を除去する方法について
説明する。その方法は、希ガス元素を含む半導体膜、或
いは希ガス元素を添加した半導体膜をゲッタリングサイ
トとして、金属元素を添加して作製された結晶質シリコ
ン膜から当該金属元素を加熱処理により除去するもので
ある。以下、図２５を用いて説明する。

【０１３２】まず、実施例１又は２に従って、[１０１]
面の配向率の高い結晶質シリコン膜を形成する。絶縁表
面を有する基板２５００上に下地絶縁膜２５０１として
ＳｉＨ₄、ＮＨ₃、及びＮ₂Ｏを反応ガスとして成膜され
る５０nmの第１酸化窒化シリコン膜と、ＳｉＨ₄、及び
Ｎ₂Ｏを反応ガスとして成膜される１００nmの第２酸化
窒化シリコン膜を積層形成する。

【０１３３】次いで、下地絶縁膜２５０１上に、実施例
１又は２に従って非晶質半導体膜を形成し、結晶化の処
理を行ってゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜２５０
２を形成する。結晶化の際に添加したニッケルをゲッタ
リングにより除去する場合、ニッケルは酸素濃度の高い
領域に移動しやすい傾向があるため、ゲルマニウムを含
む結晶質シリコン膜２５０２中の酸素濃度は、５×１０
¹⁸/cm³以下となるように形成することが望ましい。（図
２５（Ａ））

【０１３４】また、上記結晶化の後、フッ酸を含むエッ
チャント、例えば希フッ酸やＦＰＭ（フッ酸、過酸化水
素水、純水との混合液）で偏析した金属元素を除去また
は低減してもよい。また、フッ酸を含むエッチャントで
表面をエッチング処理した場合には、上記ランプ光源か
らの強光を照射して表面を平坦化する処理を加えても良
い。

【０１３５】ゲッタリング処理を行うに当たっては、ゲ
ルマニウムを含む結晶質シリコン膜上にバリア層２５０
３を形成する。バリア層２５０３としては、金属元素
（ここでは主にニッケル）をゲッタリングサイトに貫通
させることができ、さらにゲッタリングサイトの除去工
程において用いるエッチング液がしみこまない程度の多
孔質膜を形成する。そのようなバリア層として、オゾン
水で処理することにより形成されるケミカルオキサイド
膜、酸素を含む雰囲気下において紫外線の照射によりオ
ゾンを発生させて酸化させる酸化膜、スパッタリングや
真空蒸着法で形成される酸化シリコン膜（ＳｉＯx）な
どの１〜５nm程度の絶縁膜が適用できる。その他に、こ
のバリア層２５０３は薄いものでよいことから、自然酸
化膜であっても代替可能である。

【０１３６】次いで、後のゲッタリング処理の際にゲッ
タリングサイトとして機能する半導体膜２５０４をバリ
ア層２５０３上に形成する（図２５（Ｂ））。この半導
体膜２５０４はプラズマＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法、好
ましくはスパッタ法を用いて形成される非晶質構造を有
する半導体膜を用いる。この半導体膜２５０４の膜厚は
５０〜２００nm、好ましくは１５０nmとする。後のゲッ
タリング処理の際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移
動しやすい傾向があるため、半導体膜２５０４には、酸
素（ＳＩＭＳ分析での濃度が５×１０¹⁸/cm³以上、好ま
しくは１×１０ ¹⁹/cm³以上）を含有させてゲッタリング
効率を向上させることが望ましい。また、希ガス元素を
１×１０²⁰/cm³の濃度で含む半導体膜を適用する。

【０１３７】最も好適な半導体膜の形成方法は、スパッ
タ法によりシリコンをターゲットとして、希ガスをスパ
ッタガスとして用いる。スパッタ法では成膜時の圧力を
低下させることにより半導体膜中に希ガスを取り込ませ
ることが容易であり、１×１０²⁰〜２×１０²¹/cm³、好
ましくは１×１０²⁰〜１×１０²¹/cm³の濃度で希ガス元
素を含む半導体膜を形成することが可能である。希ガス
元素はＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅから選ばれた一種
または複数種であり、これらのイオンを電界で加速して
半導体膜に注入することにより、ダングリングボンドや
格子歪みを形成してゲッタリングサイトを形成すること
ができる。中でも安価なガスであるＡｒを用いることが
望ましい。

【０１３８】また、希ガス元素に加え水素、酸素、ボロ
ン、リンから選ばれた一種または複数種を添加してもよ
く、複数の元素を添加することにより相乗的にゲッタリ
ング効果が得られる。

【０１３９】次いで、加熱処理またはランプ光源からの
強光の照射を行ってゲッタリングを行う。加熱処理によ
りゲッタリングを行う場合は、窒素雰囲気中で４５０〜
８００℃、１〜２４時間、例えば５００℃にて４時間の
熱処理を行えばよい。また、ランプ光源からの強光の照
射によりゲッタリングを行う場合には、加熱用のランプ
光源を１２０〜３００秒、好ましくは１８０秒間点灯さ
せ、６５０〜７５０℃に加熱する処理を行う。

【０１４０】このゲッタリングにより、図２５（Ｃ）中
の矢印の方向（縦方向）にニッケルが移動し、バリア層
２５０３で覆われたゲルマニウムを含む結晶質シリコン
膜２５０２に含まれる金属元素の除去、または金属元素
の濃度の低減が行われる。リンを用いたゲッタリングと
比較して、希ガス元素の添加によるゲッタリングは非常
に効果的であり、さらに高濃度、例えば１×１０²⁰〜５
×１０²¹/cm³で添加できるため、結晶化に用いる金属元
素の添加量を多くすることができる。即ち、結晶化に用
いる金属元素の添加量を多くすることによって結晶化の
処理時間をさらに短時間で行うことが可能となる。ま
た、結晶化の処理時間を変えない場合には、結晶化に用
いる金属元素の添加量を多くすることによって、さらな
る低温で結晶化することができる。また、結晶化に用い
る金属元素の添加量を多くすることによって、自然核の
発生を低減することができ、良好な結晶質半導体膜を形
成することができる。

【０１４１】上記ゲッタリング処理後、半導体膜からな
るゲッタリングサイト２５０４を選択的にエッチングし
て除去する。エッチングの方法としては、ＣｌＦ₃によ
るプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラ
ジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド
（化学式（ＣＨ₃）₄ＮＯＨ）を含む水溶液などアルカ
リ溶液によるウエットエッチングで行うことができる。
この時、バリア層２５０３はエッチングストッパーとし
て機能する。また、バリア層２５０３はその後フッ酸に
より除去すれば良い。

【０１４２】その後、図２５（Ｄ）に示すように、得ら
れたゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜を所望の形状
にエッチング処理して島状に分離された半導体層２５０
５を形成する。この半導体層２５０５を用いて実施例４
〜６に示すＴＦＴを形成することができる。

【０１４３】図２６はゲッタリング処理前後における金
属元素（ここではニッケル）の濃度を全反射蛍光Ｘ線分
光(Total Reflection X-ray Fluorescence Spectroscop
y:ＴＸＲＦ)で測定した結果を示している。ＴＸＲＦで
はＸ線ビームを膜表面に対し非常に浅い角度で入射さ
せ、金属元素など不純物が発生する蛍光Ｘ線を検出する
測定方法である。ＴＸＲＦは主に表面から３〜５nmの深
さの情報が与えられるが、結晶質シリコン膜に残留する
ニッケル濃度を見積もることが可能である。検出感度は
およそ１０¹⁰/cm²である。

【０１４４】図２６において、縦軸はニッケル濃度を示
している。ゲッタリング処理無しとした試料のデータで
は５×１０¹²（任意量）の値が得られているが、ゲッタ
リング処理有りとした試料ではそれよりも小さい値を示
しており、ゲッタリング処理により結晶質半導体膜中の
ニッケル濃度はその１００分の１程度にまで減少してい
ることが示されている。ゲッタリング処理の熱処理温度
が４５０℃と５００℃の場合を比較すると、５００℃の
方がより低減されていることが解る。

【０１４５】本実施例で得られたゲルマニウムを含む結
晶質シリコン膜は、[１０１]面の配向率が高く、且つ、
膜中の金属元素の濃度が十分低減されているため、ＴＦ
Ｔの特性においてオフ電流を低減することができる。

【０１４６】[実施例１１]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２２
〜図２４に示す。

【０１４７】図２２（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２７０７、音声入力部２７０５８などが設けられ
ている。本発明は表示装置２７０４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。

【０１４８】図２２（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。

【０１４９】図２２（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。本発明の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。

【０１５０】図２２（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。

【０１５１】図２２（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。

【０１５２】図２３（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
６０３や、内蔵する各種集積回路に適用することができ
る。

【０１５３】図２３（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（Digital Vers
atile 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。

【０１５４】図２３（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。

【０１５５】図２４（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。

【０１５６】図２４（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。

【０１５７】尚、図２４（Ｃ）は、図２４（Ａ）及び図
２４（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２４（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。

【０１５８】また、図２４（Ｄ）は、図２４（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２４（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。

【０１５９】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。

【０１６０】

【発明の効果】間欠放電またはパルス放電を用いたプラ
ズマＣＶＤ法によりゲルマニウムが添加された非晶質半
導体膜を形成し、当該半導体膜の結晶化を助長する元素
を添加して加熱処理により結晶化することにより、｛１
０１｝の配向比率が５０％以上の多結晶半導体膜を得る
ことができる。

【０１６１】そのような多結晶半導体膜を用い、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ＴＦ
Ｔ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】ＮｉＳｉ_xを核とした結晶化のモデルを説
明する図。

【図２０】結晶核の隣接間距離を示す累積度数グラ
フ。

【図２１】ＧｅＨ₄の流量と結晶核発生密度との関係
を示すグラフ。

【図２２】半導体装置の一例を示す図。

【図２３】半導体装置の一例を示す図。

【図２４】プロジェクターの一例を示す図。

【図２５】結晶質半導体膜の作製方法を説明する図。

【図２６】ゲッタリング処理前後におけるＴＸＲＦで
測定される金属元素の濃度を示すグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/322 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１８Ｂ 21/336 ６２７Ｇ６２０ (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 (72)発明者志知武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Ｆターム(参考） 2H092 JA24 JA28 JB57 KA04 KA05 KB24 KB25 MA08 MA19 MA29 MA30 NA27 NA29 PA06 RA05 RA10 4M104 AA01 AA02 AA09 BB02 BB14 BB16 BB17 BB18 BB32 BB36 CC01 CC05 DD02 DD20 DD26 DD78 DD91 EE03 EE05 EE09 EE14 EE17 EE18 FF08 FF13 GG09 GG10 5C094 AA21 BA03 BA29 BA43 CA19 DA14 DA15 DB04 EB05 FB12 FB14 FB15 5F052 AA01 AA02 AA06 AA11 AA24 BA01 BA02 BB02 BB07 CA04 DA02 DA03 DB03 EA15 EA16 FA19 JA01 JA04 5F110 AA08 AA09 AA30 BB02 BB04 BB05 CC02 CC07 CC08 DD01 DD02 DD03 DD04 DD05 DD13 DD14 DD15 EE01 EE03 EE04 EE14 EE23 EE28 EE29 FF01 FF02 FF04 FF30 GG01 GG13 GG17 GG25 GG33 GG34 GG45 GG46 HJ01 HJ04 HJ12 HJ13 HJ23 HL03 HL04 HM15 NN02 NN04 NN14 NN22 NN24 NN27 NN35 PP01 PP02 PP03 PP04 PP06 PP10 PP23 PP29 PP34 PP35 QQ04 QQ11 QQ19 QQ23 QQ24 QQ28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコンに対するゲルマニウムの組成比が
０．１原子％以上１０原子％以下であり、多結晶構造を
有する半導体膜であって、反射電子回折パターン法で検
出される格子面の中で｛１０１｝面が占める割合が３０
％以上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。
【請求項２】シリコンに対するゲルマニウムの組成比が
０．１原子％以上１０原子％以下であり、多結晶構造を
有する半導体膜であって、反射電子回折パターン法で検
出される格子面の中で｛１０１｝面が占める割合が３０
％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/c
m³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。
【請求項３】シリコンに対するゲルマニウムの組成比が
０．１原子％以上１０原子％以下であり、多結晶構造を
有する半導体膜であって、反射電子回折パターン法で検
出される格子面の中で｛１０１｝面が占める割合が３０
％以上であり、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
ネル形成領域が形成されていることを特徴とする半導体
装置。
【請求項４】シリコンに対するゲルマニウムの組成比が
０．１原子％以上１０原子％以下であり、多結晶構造を
有する半導体膜であって、反射電子回折パターン法で検
出される格子面の中で｛１０１｝面が占める割合が３０
％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/c
m³未満であり、前記半導体膜は、繰り返し周波数１０ｋ
Ｈｚ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。
【請求項５】請求項１乃至請求項４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装置。
【請求項６】シリコンに対するゲルマニウムの組成比が
０．１原子％以上１０原子％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多結晶構造
を有する半導体膜を形成する第２の工程とを有し、前記
多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中で｛１０１｝面が占める割合
が３０％以上であり、前記多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。
【請求項７】シリコンに対するゲルマニウムの組成比が
０．１原子％以上１０原子％以下であり、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×
１０¹⁹/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多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、前記多結晶構造を有す
る半導体膜は、反射電子回折パターン法で検出される格
子面の中で｛１０１｝面が占める割合が３０％以上であ
り、前記多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。
【請求項８】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、シリコンに対するゲ
ルマニウムの組成比が０．１原子％以上１０原子％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多結
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、前記多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中で｛１０１｝面が占
める割合が３０％以上であって、前記多結晶構造を有す
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。
【請求項９】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、シリコンに対するゲ
ルマニウムの組成比が０．１原子％以上１０原子％以下
であり、窒素及び炭素の濃度が５×１０¹⁸/cm³未満であ
り、酸素の濃度が１×１０¹⁹/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多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、前記多結晶構造
を有する半導体膜は、反射電子回折パターン法で検出さ
れる格子面の中で｛１０１｝面が占める割合が３０％以
上であって、前記多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。
【請求項１０】請求項６乃至請求項９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１００
nmで形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。