JP2003100632A - 半導体装置の製造方法および製造装置、並びに、半導体装置 - Google Patents
半導体装置の製造方法および製造装置、並びに、半導体装置Info
- Publication number
- JP2003100632A JP2003100632A JP2001291404A JP2001291404A JP2003100632A JP 2003100632 A JP2003100632 A JP 2003100632A JP 2001291404 A JP2001291404 A JP 2001291404A JP 2001291404 A JP2001291404 A JP 2001291404A JP 2003100632 A JP2003100632 A JP 2003100632A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- manufacturing
- semiconductor device
- heat treatment
- film
- cgs
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ドメイン境界の無いＣＧＳ膜を形成する。
【解決手段】 α‐Ｓi膜１２上に触媒金属元素として
のＮi元素１３を添加した後、窒素雰囲気中で熱処理を
行って固相結晶化を行う際に、基板の中心部から外側に
向かって５５０℃〜６００℃の温度領域を順次拡大して
行く。こうすることによって、基板全体を一つのＣＧＳ
ドメインに成長させてドメイン境界が存在しないＣＧＳ
膜１４を形成できる。こうして形成されたＣＧＳ膜１４
をチャネル領域として用いることによって、チャネル領
域にＣＧＳドメイン境界を含まなく電気特性のばらつき
が小さい薄膜トランジスタあるいはＣＭＯＳトランジス
タを形成できる。
のＮi元素１３を添加した後、窒素雰囲気中で熱処理を
行って固相結晶化を行う際に、基板の中心部から外側に
向かって５５０℃〜６００℃の温度領域を順次拡大して
行く。こうすることによって、基板全体を一つのＣＧＳ
ドメインに成長させてドメイン境界が存在しないＣＧＳ
膜１４を形成できる。こうして形成されたＣＧＳ膜１４
をチャネル領域として用いることによって、チャネル領
域にＣＧＳドメイン境界を含まなく電気特性のばらつき
が小さい薄膜トランジスタあるいはＣＭＯＳトランジス
タを形成できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、多結晶シリコン
膜や単結晶シリコン膜等の結晶性を有するシリコン薄膜
を用いた半導体装置の製造方法およびその製造装置、並
びに、その製造方法で形成された半導体装置に関する。
膜や単結晶シリコン膜等の結晶性を有するシリコン薄膜
を用いた半導体装置の製造方法およびその製造装置、並
びに、その製造方法で形成された半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】薄膜トランジスタの特性を向上させるた
めに、従来より多結晶シリコン膜を用いた薄膜トランジ
スタの研究が続けられてきているが、近年、Continuous
GrainSilicon膜(以下ＣＧＳ膜と省略する)を利用し
て、従来の多結晶シリコンよりも特性の優れた薄膜トラ
ンジスタを形成できることが報告されている。このＣＧ
Ｓ膜の製造方法は、特開平６‐２４４１０３号公報に記
載されているように、非晶質シリコン膜上にＮi等の触
媒金属を導入した後、熱処理することによって非常に結
晶性の優れたシリコン薄膜を形成するものである。
めに、従来より多結晶シリコン膜を用いた薄膜トランジ
スタの研究が続けられてきているが、近年、Continuous
GrainSilicon膜(以下ＣＧＳ膜と省略する)を利用し
て、従来の多結晶シリコンよりも特性の優れた薄膜トラ
ンジスタを形成できることが報告されている。このＣＧ
Ｓ膜の製造方法は、特開平６‐２４４１０３号公報に記
載されているように、非晶質シリコン膜上にＮi等の触
媒金属を導入した後、熱処理することによって非常に結
晶性の優れたシリコン薄膜を形成するものである。
【０００３】さらに、結晶成長後にＣＧＳ膜中に残った
触媒金属は、特開平１０‐２２３５３３号公報に記載さ
れているように、ＣＧＳ膜の一部に五族元素(例えばリ
ン元素(Ｐ))をドーピングした後に熱処理を行うことに
よって、ＣＧＳ膜中の触媒金属が五族元素をドーピング
した領域へ吸い寄せられる。即ち、ゲッタリングされ
る。その後、上記五族元素が注入された領域のＣＧＳ膜
をエッチング等によって除去するのである。こうするこ
とによって、ＣＧＳ膜中の触媒金属を取り除くことがで
きるのである。
触媒金属は、特開平１０‐２２３５３３号公報に記載さ
れているように、ＣＧＳ膜の一部に五族元素(例えばリ
ン元素(Ｐ))をドーピングした後に熱処理を行うことに
よって、ＣＧＳ膜中の触媒金属が五族元素をドーピング
した領域へ吸い寄せられる。即ち、ゲッタリングされ
る。その後、上記五族元素が注入された領域のＣＧＳ膜
をエッチング等によって除去するのである。こうするこ
とによって、ＣＧＳ膜中の触媒金属を取り除くことがで
きるのである。
【０００４】以上の方法によって形成されたＣＧＳ膜を
用いることによって、従来の多結晶シリコン膜を用いた
場合に比べて、移動度やサブスレッシュホールド等の特
性が優れた薄膜トランジスタを形成することができるの
である。
用いることによって、従来の多結晶シリコン膜を用いた
場合に比べて、移動度やサブスレッシュホールド等の特
性が優れた薄膜トランジスタを形成することができるの
である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、上記
ＣＧＳ膜は優れたトランジスタ特性を実現できるシリコ
ン薄膜である。しかしながら、従来ＣＧＳ膜の形成方法
には以下に示すような問題がある。
ＣＧＳ膜は優れたトランジスタ特性を実現できるシリコ
ン薄膜である。しかしながら、従来ＣＧＳ膜の形成方法
には以下に示すような問題がある。
【０００６】すなわち、従来のＣＧＳ膜の形成方法にお
いては、非晶質シリコン膜上にＮi等の触媒金属を導入
した後、熱処理することによって非常に結晶性の優れた
シリコン薄膜を形成するようにしている。図１０は、そ
の場合における成長の様子を模式的に示す平面図(基板
の表面側から見た図)である。以下、図１０に従って、
ＣＧＳ膜の成長の過程について説明する。
いては、非晶質シリコン膜上にＮi等の触媒金属を導入
した後、熱処理することによって非常に結晶性の優れた
シリコン薄膜を形成するようにしている。図１０は、そ
の場合における成長の様子を模式的に示す平面図(基板
の表面側から見た図)である。以下、図１０に従って、
ＣＧＳ膜の成長の過程について説明する。
【０００７】始めに、図１０(a)に示すように、石英基
板上にＣＶＤ(化学気相成長法)等によって堆積された非
晶質シリコン膜１の表面にＮi(図示せず)等の触媒金属
を添加する。次に、５５０℃〜６００℃の温度で１時間
程度の熱処理を行う。そうすると、図１０(b)に示すよ
うに、結晶成長の核２が基板上にランダムに形成され
る。尚、形成される核２の発生密度は、触媒金属の濃度
や熱処理温度,非晶質シリコン膜１の膜質等に依存する
と考えられる。
板上にＣＶＤ(化学気相成長法)等によって堆積された非
晶質シリコン膜１の表面にＮi(図示せず)等の触媒金属
を添加する。次に、５５０℃〜６００℃の温度で１時間
程度の熱処理を行う。そうすると、図１０(b)に示すよ
うに、結晶成長の核２が基板上にランダムに形成され
る。尚、形成される核２の発生密度は、触媒金属の濃度
や熱処理温度,非晶質シリコン膜１の膜質等に依存する
と考えられる。
【０００８】その後、熱処理を続けることによって、結
晶成長の核２を起点として結晶成長が進み、図１０(c)
に示すようにＣＧＳ膜３が形成される。このように一つ
の核２を起点として成長したＣＧＳ膜３の領域をドメイ
ンと言う。ドメイン３内は多結晶状態であるが、ドメイ
ン３内において隣接する結晶同士の結晶方位は連続して
いる(Continuous Grain)状態である。
晶成長の核２を起点として結晶成長が進み、図１０(c)
に示すようにＣＧＳ膜３が形成される。このように一つ
の核２を起点として成長したＣＧＳ膜３の領域をドメイ
ンと言う。ドメイン３内は多結晶状態であるが、ドメイ
ン３内において隣接する結晶同士の結晶方位は連続して
いる(Continuous Grain)状態である。
【０００９】さらに熱処理を続けると、図１０(d)に示
すように、成長したドメイン３同士が互いにぶつかり合
い、基板全面がＣＧＳ膜３となって成長が終了する。ド
メイン３同士がぶつかった場所はドメイン境界４と呼ば
れる。その場合におけるドメインサイズは、作成条件に
よっても異なるが、大きいもので直径２００ミクロンを
超すドメイン３が形成される場合もある。
すように、成長したドメイン３同士が互いにぶつかり合
い、基板全面がＣＧＳ膜３となって成長が終了する。ド
メイン３同士がぶつかった場所はドメイン境界４と呼ば
れる。その場合におけるドメインサイズは、作成条件に
よっても異なるが、大きいもので直径２００ミクロンを
超すドメイン３が形成される場合もある。
【００１０】以上のようにして形成されたＣＧＳ膜３を
用いて薄膜トランジスタを形成した場合、ドメイン境界
４が存在するために、チャネル領域にドメイン境界４を
含む薄膜トランジスタがある確率で形成されると予想さ
れる。これを、アクティブマトリク表示装置内の薄膜ト
ランジスタに当て嵌めてみると、例えば、図１０(e)に
示すように、破線５のように各画素が区切られて薄膜ト
ランジスタ６が配置されている場合には、中央およびそ
の下の画素７,８の薄膜トランジスタ６内にドメイン境
界４が含まれることになる。
用いて薄膜トランジスタを形成した場合、ドメイン境界
４が存在するために、チャネル領域にドメイン境界４を
含む薄膜トランジスタがある確率で形成されると予想さ
れる。これを、アクティブマトリク表示装置内の薄膜ト
ランジスタに当て嵌めてみると、例えば、図１０(e)に
示すように、破線５のように各画素が区切られて薄膜ト
ランジスタ６が配置されている場合には、中央およびそ
の下の画素７,８の薄膜トランジスタ６内にドメイン境
界４が含まれることになる。
【００１１】上記ドメイン境界４においては結晶方位が
不連続なため、チャネル領域にドメイン境界４を含まな
い薄膜トランジスタ６に比べて、チャネル領域にドメイ
ン境界４を含む薄膜トランジスタ６はその電気特性が劣
り、その結果、特性ばらつきを引き起こす。特に、アク
ティブマトリクス液晶表示装置に使用されるスイッチン
グトランジスタの場合には、トランジスタ特性のばらつ
きが直接液晶表示品位に影響を及ぼすという問題があ
る。
不連続なため、チャネル領域にドメイン境界４を含まな
い薄膜トランジスタ６に比べて、チャネル領域にドメイ
ン境界４を含む薄膜トランジスタ６はその電気特性が劣
り、その結果、特性ばらつきを引き起こす。特に、アク
ティブマトリクス液晶表示装置に使用されるスイッチン
グトランジスタの場合には、トランジスタ特性のばらつ
きが直接液晶表示品位に影響を及ぼすという問題があ
る。
【００１２】そこで、この発明の目的は、ドメイン境界
の無いＣＧＳ膜を形成することができる半導体装置の製
造方法およびその製造装置、並びに、その製造方法で形
成された半導体裝置を提供することにある。
の無いＣＧＳ膜を形成することができる半導体装置の製
造方法およびその製造装置、並びに、その製造方法で形
成された半導体裝置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明の半導体装置の製造方法は、基板表面に
非晶質シリコン膜を形成する工程と、上記非晶質シリコ
ン膜上に結晶化を促進させる触媒金属を導入する工程
と、上記基板の一部分のみを加熱して上記非晶質シリコ
ン膜の結晶化を行って,加熱部分のみに結晶領域を形成
する第１熱処理工程と、引き続いて,上記加熱部分を徐
々に周囲に広げて上記結晶化を行い,上記結晶領域を周
囲に拡大する第２熱処理工程と、形成された結晶性シリ
コン膜を活性領域として用いて半導体装置を形成する工
程を備えたことを特徴とする。
め、第１の発明の半導体装置の製造方法は、基板表面に
非晶質シリコン膜を形成する工程と、上記非晶質シリコ
ン膜上に結晶化を促進させる触媒金属を導入する工程
と、上記基板の一部分のみを加熱して上記非晶質シリコ
ン膜の結晶化を行って,加熱部分のみに結晶領域を形成
する第１熱処理工程と、引き続いて,上記加熱部分を徐
々に周囲に広げて上記結晶化を行い,上記結晶領域を周
囲に拡大する第２熱処理工程と、形成された結晶性シリ
コン膜を活性領域として用いて半導体装置を形成する工
程を備えたことを特徴とする。
【００１４】上記構成によれば、基板の表面に形成され
た非晶質シリコン膜上に結晶化を促進させる触媒金属を
導入した後、上記基板の一部分のみが加熱されて上記非
晶質シリコン膜における加熱部分のみに結晶領域(ＣＧ
Ｓドメイン)が形成される。そうした後、上記加熱部分
が徐々に周囲に広げられて上記結晶化が行われる。そう
すると、最初に形成された上記ＣＧＳドメインが周囲に
拡大成長されて、上記基板全体に一つのＣＧＳドメイン
が成長される。その結果、形成される結晶性シリコン膜
内にはＣＧＳドメインのドメイン境界は存在しない。
た非晶質シリコン膜上に結晶化を促進させる触媒金属を
導入した後、上記基板の一部分のみが加熱されて上記非
晶質シリコン膜における加熱部分のみに結晶領域(ＣＧ
Ｓドメイン)が形成される。そうした後、上記加熱部分
が徐々に周囲に広げられて上記結晶化が行われる。そう
すると、最初に形成された上記ＣＧＳドメインが周囲に
拡大成長されて、上記基板全体に一つのＣＧＳドメイン
が成長される。その結果、形成される結晶性シリコン膜
内にはＣＧＳドメインのドメイン境界は存在しない。
【００１５】したがって、上記形成された結晶性シリコ
ン膜が活性領域として用いられて半導体装置が形成され
た場合には、チャネル領域にＣＧＳドメイン境界を含ま
ない半導体装置が形成される。すなわち、電気特性のば
らつきが小さい半導体装置が形成されるのである。
ン膜が活性領域として用いられて半導体装置が形成され
た場合には、チャネル領域にＣＧＳドメイン境界を含ま
ない半導体装置が形成される。すなわち、電気特性のば
らつきが小さい半導体装置が形成されるのである。
【００１６】また、１実施例では、上記第１の発明半導
体装置の製造方法において、上記非晶質シリコン膜を形
成する工程の後であって、上記触媒金属を導入する工程
の前に、上記非晶質シリコン膜上にレジスト膜を形成し
て,上記第１熱処理工程において加熱される部分のみを
開口するように上記レジスト膜をパターニングする工程
と、全面にプラズマ処理を行う工程を備えている。
体装置の製造方法において、上記非晶質シリコン膜を形
成する工程の後であって、上記触媒金属を導入する工程
の前に、上記非晶質シリコン膜上にレジスト膜を形成し
て,上記第１熱処理工程において加熱される部分のみを
開口するように上記レジスト膜をパターニングする工程
と、全面にプラズマ処理を行う工程を備えている。
【００１７】この実施例によれば、基板の表面に形成さ
れた非晶質シリコン膜上に結晶化を促進させる触媒金属
が導入されるに先立って、上記基板上に形成されたレジ
スト膜の一部分が開口するようにパターニングされて、
全面にプラズマ処理が行われる。したがって、上記非晶
質シリコン膜の上記一部分におけるＣＧＳ核成長確率が
高められ、後の第１熱処理工程によって、上記非晶質シ
リコン膜の一部分により確実に且つ短時間にＣＧＳドメ
インが形成される。
れた非晶質シリコン膜上に結晶化を促進させる触媒金属
が導入されるに先立って、上記基板上に形成されたレジ
スト膜の一部分が開口するようにパターニングされて、
全面にプラズマ処理が行われる。したがって、上記非晶
質シリコン膜の上記一部分におけるＣＧＳ核成長確率が
高められ、後の第１熱処理工程によって、上記非晶質シ
リコン膜の一部分により確実に且つ短時間にＣＧＳドメ
インが形成される。
【００１８】また、１実施例では、上記第１の発明の半
導体装置の製造方法において、上記第２熱処理工程にお
ける第２熱処理温度は、上記第１熱処理工程における第
１熱処理温度よりも高くなっている。
導体装置の製造方法において、上記第２熱処理工程にお
ける第２熱処理温度は、上記第１熱処理工程における第
１熱処理温度よりも高くなっている。
【００１９】この実施例によれば、上記第２熱処理工程
における第２熱処理温度が上記第１熱処理工程における
第１熱処理温度よりも高められるので、最初に形成され
た上記ＣＧＳドメインを周囲に拡大成長させる速度を早
めることが可能になる。したがって、上記ＣＧＳドメイ
ン成長に掛る時間を短縮することが可能になる。
における第２熱処理温度が上記第１熱処理工程における
第１熱処理温度よりも高められるので、最初に形成され
た上記ＣＧＳドメインを周囲に拡大成長させる速度を早
めることが可能になる。したがって、上記ＣＧＳドメイ
ン成長に掛る時間を短縮することが可能になる。
【００２０】また、１実施例では、上記第１の発明の半
導体装置の製造方法おいて、上記第１熱処理工程時に上
記非晶シリコン膜が加熱される領域の外径は２０ミクロ
ン以上且つ２００ミクロン以下である。
導体装置の製造方法おいて、上記第１熱処理工程時に上
記非晶シリコン膜が加熱される領域の外径は２０ミクロ
ン以上且つ２００ミクロン以下である。
【００２１】この実施例によれば、上記第１熱処理工程
では、上記非晶シリコン膜における外径が２０ミクロン
以上且つ２００ミクロン以下の領域のみが加熱されて、
上記領域に略１つのＣＧＳドメインが形成される。
では、上記非晶シリコン膜における外径が２０ミクロン
以上且つ２００ミクロン以下の領域のみが加熱されて、
上記領域に略１つのＣＧＳドメインが形成される。
【００２２】また、１実施例では、上記第１の発明の半
導体装置の製造方法おいて、上記結晶化を促進させる触
媒金属として、鉄,コバルト,ニッケル,銅,ルテニウム,
ロジウム,パラジウム,オスミウム,イリジウム,白金,金
のうちの１種類あるいは複数種類の元素を導入する。
導体装置の製造方法おいて、上記結晶化を促進させる触
媒金属として、鉄,コバルト,ニッケル,銅,ルテニウム,
ロジウム,パラジウム,オスミウム,イリジウム,白金,金
のうちの１種類あるいは複数種類の元素を導入する。
【００２３】この実施例によれば、上記触媒金属とし
て、鉄,コバルト,ニッケル,銅,ルテニウム,ロジウム,パ
ラジウム,オスミウム,イリジウム,白金,金のうちの１種
類あるいは複数種類の元素が導入される。したがって、
上記非晶質シリコン膜の結晶化が効果的に促進される。
て、鉄,コバルト,ニッケル,銅,ルテニウム,ロジウム,パ
ラジウム,オスミウム,イリジウム,白金,金のうちの１種
類あるいは複数種類の元素が導入される。したがって、
上記非晶質シリコン膜の結晶化が効果的に促進される。
【００２４】また、１実施例では、上記第１の発明の半
導体装置の製造方法おいて、上記第２熱処理工程によっ
て形成された結晶性シリコン膜上にシリコンとは異なる
材質のゲッタリングマスクを形成する工程と、上記ゲッ
タリングマスクの開口部から上記結晶性シリコン膜中に
ゲッタリングのための元素を添加する工程と、熱処理に
よって,上記ゲッタリングマスクの開口部に位置する上
記結晶性シリコン膜に上記触媒金属をゲッタリングする
工程を備えて、上記ゲッタリング後の結晶性シリコン膜
を上記活性領域として用いる。
導体装置の製造方法おいて、上記第２熱処理工程によっ
て形成された結晶性シリコン膜上にシリコンとは異なる
材質のゲッタリングマスクを形成する工程と、上記ゲッ
タリングマスクの開口部から上記結晶性シリコン膜中に
ゲッタリングのための元素を添加する工程と、熱処理に
よって,上記ゲッタリングマスクの開口部に位置する上
記結晶性シリコン膜に上記触媒金属をゲッタリングする
工程を備えて、上記ゲッタリング後の結晶性シリコン膜
を上記活性領域として用いる。
【００２５】この実施例によれば、上記第２熱処理工程
によって形成された結晶性シリコン膜中に残留する上記
触媒金属が、熱処理によって、ゲッタリングのための元
素が添加された領域にゲッタリングされる。したがっ
て、上記ＣＧＳドメイン中の触媒金属が取り除かれて、
形成される半導体装置におけるオフ動作時のリーク電流
の異常が無くなり、高い信頼性が得られるのである。
によって形成された結晶性シリコン膜中に残留する上記
触媒金属が、熱処理によって、ゲッタリングのための元
素が添加された領域にゲッタリングされる。したがっ
て、上記ＣＧＳドメイン中の触媒金属が取り除かれて、
形成される半導体装置におけるオフ動作時のリーク電流
の異常が無くなり、高い信頼性が得られるのである。
【００２６】また、１実施例では、上記第１の発明の半
導体装置の製造方法おいて、上記ゲッタリング時におけ
る熱処理の温度は６００℃以上且つ７００℃以下であ
る。
導体装置の製造方法おいて、上記ゲッタリング時におけ
る熱処理の温度は６００℃以上且つ７００℃以下であ
る。
【００２７】この実施例によれば、６００℃以上且つ７
００℃以下の熱処理温度で、上記ゲッタリングが効果的
に行われる。
００℃以下の熱処理温度で、上記ゲッタリングが効果的
に行われる。
【００２８】また、１実施例では、上記第１の発明の半
導体装置の製造方法おいて、上記ゲッタリングのための
元素として、窒素,リン,砒素,ボロン,アンチモン,ビス
マスのうちの１種類あるいは複数種類の元素を添加す
る。
導体装置の製造方法おいて、上記ゲッタリングのための
元素として、窒素,リン,砒素,ボロン,アンチモン,ビス
マスのうちの１種類あるいは複数種類の元素を添加す
る。
【００２９】この実施例によれば、窒素,リン,砒素,ボ
ロン,アンチモン,ビスマスのうちの１種類あるいは複数
種類の元素が上記結晶性シリコン膜中に添加されて、上
記ゲッタリングが効果的に行われる。
ロン,アンチモン,ビスマスのうちの１種類あるいは複数
種類の元素が上記結晶性シリコン膜中に添加されて、上
記ゲッタリングが効果的に行われる。
【００３０】また、１実施例では、上記第１の半導体装
置の製造方法おいて、上記非晶質シリコン膜の結晶化時
における上記基板の加熱温度は５５０℃以上且つ６００
℃下である。
置の製造方法おいて、上記非晶質シリコン膜の結晶化時
における上記基板の加熱温度は５５０℃以上且つ６００
℃下である。
【００３１】この実施例によれば、上記非晶質シリコン
膜がＣＧＳの結晶化が起る５５０℃以上且つ６００℃以
下の加熱温度で加熱されて、加熱された部分にＣＧＳド
メインが効果的に形成される。
膜がＣＧＳの結晶化が起る５５０℃以上且つ６００℃以
下の加熱温度で加熱されて、加熱された部分にＣＧＳド
メインが効果的に形成される。
【００３２】また、１実施例では、上記第１の発明の半
導体装置の製造方法おいて、上記第１熱処理工程におけ
る加熱時間は０.５時間以上且つ５時間以下であり、上
記第２熱処理工程において,上記加熱部分を周囲に広げ
る速度は１μm/時間以上且つ２０μm/時間以下である。
導体装置の製造方法おいて、上記第１熱処理工程におけ
る加熱時間は０.５時間以上且つ５時間以下であり、上
記第２熱処理工程において,上記加熱部分を周囲に広げ
る速度は１μm/時間以上且つ２０μm/時間以下である。
【００３３】この実施例によれば、上記基板の一部分の
みが０.５時間以上且つ５時間以下だけ加熱されて、上
記非晶質シリコン膜の一部分に一つのＣＧＳドメインが
形成される。そうした後、１μm/時間以上且つ２０μm/
時間以下の速度で上記加熱部分が周囲に広げられて、一
つのＣＧＳドメインが周囲に徐々に成長される。
みが０.５時間以上且つ５時間以下だけ加熱されて、上
記非晶質シリコン膜の一部分に一つのＣＧＳドメインが
形成される。そうした後、１μm/時間以上且つ２０μm/
時間以下の速度で上記加熱部分が周囲に広げられて、一
つのＣＧＳドメインが周囲に徐々に成長される。
【００３４】また、１実施例では、上記第１の発明の半
導体装置の製造方法おいて、上記触媒金属を導入する前
に行うプラズマ処理には、アルゴンあるいはクリプトン
等の希ガス,酸素および窒素のうちの少なくとも一つを
含むガスをプラズマ化させたものを用いる。
導体装置の製造方法おいて、上記触媒金属を導入する前
に行うプラズマ処理には、アルゴンあるいはクリプトン
等の希ガス,酸素および窒素のうちの少なくとも一つを
含むガスをプラズマ化させたものを用いる。
【００３５】この実施例によれば、上記非晶質シリコン
膜の一部分におけるＣＧＳ核成長確率が、より効果的に
高められる。
膜の一部分におけるＣＧＳ核成長確率が、より効果的に
高められる。
【００３６】また、１実施例では、上記第１の発明の半
導体装置の製造方法おいて、上記プラズマ処理用の上記
レジスト膜をパターニングする際における上記開口部の
大きさは、１ミクロン以上且つ１００ミクロン以下であ
る。
導体装置の製造方法おいて、上記プラズマ処理用の上記
レジスト膜をパターニングする際における上記開口部の
大きさは、１ミクロン以上且つ１００ミクロン以下であ
る。
【００３７】また、１実施例では、上記第１の発明の半
導体装置の製造方法おいて、上記第２熱処理温度を上記
第１熱処理温度よりも高める場合に、上記第１熱処理温
度を５５０℃以上且つ６００℃以下とし、上記第２熱処
理温度を６５０℃以上且つ１０５０℃以下とする。
導体装置の製造方法おいて、上記第２熱処理温度を上記
第１熱処理温度よりも高める場合に、上記第１熱処理温
度を５５０℃以上且つ６００℃以下とし、上記第２熱処
理温度を６５０℃以上且つ１０５０℃以下とする。
【００３８】この実施例によれば、６５０℃以上且つ１
０５０℃以下である上記第２熱処理温度は、５５０℃以
上且つ６００℃以下である上記第１熱処理温度よりも高
められている。したがって、最初にＣＧＳの結晶化が起
る５５０℃以上且つ６００℃以下の上記第１熱処理温度
で効果的に形成された上記ＣＧＳドメインを周囲に拡大
成長させる際の速度を、早めることが可能になる。
０５０℃以下である上記第２熱処理温度は、５５０℃以
上且つ６００℃以下である上記第１熱処理温度よりも高
められている。したがって、最初にＣＧＳの結晶化が起
る５５０℃以上且つ６００℃以下の上記第１熱処理温度
で効果的に形成された上記ＣＧＳドメインを周囲に拡大
成長させる際の速度を、早めることが可能になる。
【００３９】また、１実施例では、上記第１の発明の半
導体装置の製造方法おいて、上記第２熱処理温度を上記
第１熱処理温度よりも高める場合に、上記第１熱処理工
程における加熱時間を０.５時間以上且つ５時間以下と
し、上記第２熱処理工程において,上記加熱部分を周囲
に広げる速度を２０μm/時間以上且つ６００μm/時間以
下とする。
導体装置の製造方法おいて、上記第２熱処理温度を上記
第１熱処理温度よりも高める場合に、上記第１熱処理工
程における加熱時間を０.５時間以上且つ５時間以下と
し、上記第２熱処理工程において,上記加熱部分を周囲
に広げる速度を２０μm/時間以上且つ６００μm/時間以
下とする。
【００４０】この実施例によれば、上記基板の一部分の
みが０.５時間以上且つ５時間以下だけ加熱されて、上
記非晶質シリコン膜の一部分に一つのＣＧＳドメインが
形成される。そうした後、２０μm/時間以上且つ６００
μm/時間以下の速度で上記加熱部分が周囲に広げられ
て、一つのＣＧＳドメインが周囲に成長される。こうし
て、上記ＣＧＳドメインの周囲への成長が早められ、上
記ＣＧＳドメイン成長に掛る時間が短縮される。
みが０.５時間以上且つ５時間以下だけ加熱されて、上
記非晶質シリコン膜の一部分に一つのＣＧＳドメインが
形成される。そうした後、２０μm/時間以上且つ６００
μm/時間以下の速度で上記加熱部分が周囲に広げられ
て、一つのＣＧＳドメインが周囲に成長される。こうし
て、上記ＣＧＳドメインの周囲への成長が早められ、上
記ＣＧＳドメイン成長に掛る時間が短縮される。
【００４１】また、第２の発明は、上記第１の発明の半
導体装置の製造方法に用いられる半導体装置の製造装置
であって、上記触媒金属が表面に導入された非晶質シリ
コン膜が形成されている上記基板を表面側あるいは裏面
側から加熱する熱源と、上記基板と熱源との間に配置さ
れて上記熱源から上記基板への熱を遮蔽すると共に,上
記基板の中心に対応する位置を中心とする円形の開口部
を同心円状に開閉する開閉手段を有するシャッタを備え
たことを特徴としている。
導体装置の製造方法に用いられる半導体装置の製造装置
であって、上記触媒金属が表面に導入された非晶質シリ
コン膜が形成されている上記基板を表面側あるいは裏面
側から加熱する熱源と、上記基板と熱源との間に配置さ
れて上記熱源から上記基板への熱を遮蔽すると共に,上
記基板の中心に対応する位置を中心とする円形の開口部
を同心円状に開閉する開閉手段を有するシャッタを備え
たことを特徴としている。
【００４２】上記構成によれば、熱源によって、上記触
媒金属が表面に導入された非晶質シリコン膜が形成され
ている上記基板が加熱される際に、上記基板と熱源との
間に配置されたシャッタの開閉手段が操作されて、先
ず、上記シャッタの中心部が所定の大きさの円形に開放
される。こうして、上記基板の中心部分のみが加熱され
てＣＧＳドメインが形成される。そうした後に、上記シ
ャッタの開閉手段によって、上記円形の開口部が同心円
状に徐々に開放される。こうして、最初に形成された上
記ＣＧＳドメインが周囲に拡大成長されて、上記基板全
体に一つのＣＧＳドメインが成長される。その結果、Ｃ
ＧＳドメイン境界が存在しない結晶性シリコン膜が形成
される。
媒金属が表面に導入された非晶質シリコン膜が形成され
ている上記基板が加熱される際に、上記基板と熱源との
間に配置されたシャッタの開閉手段が操作されて、先
ず、上記シャッタの中心部が所定の大きさの円形に開放
される。こうして、上記基板の中心部分のみが加熱され
てＣＧＳドメインが形成される。そうした後に、上記シ
ャッタの開閉手段によって、上記円形の開口部が同心円
状に徐々に開放される。こうして、最初に形成された上
記ＣＧＳドメインが周囲に拡大成長されて、上記基板全
体に一つのＣＧＳドメインが成長される。その結果、Ｃ
ＧＳドメイン境界が存在しない結晶性シリコン膜が形成
される。
【００４３】また、１実施例では、上記第２の発明の半
導体装置の製造装置において、上記シャッタにおける開
閉手段が上記開口部を同心円状に開放する速度は、１μ
m/ｈ以上且つ６００μm/ｈ以下である。
導体装置の製造装置において、上記シャッタにおける開
閉手段が上記開口部を同心円状に開放する速度は、１μ
m/ｈ以上且つ６００μm/ｈ以下である。
【００４４】この実施例によれば、上記基板の中心部分
のみにＣＧＳドメインが形成された後に、上記シャッタ
の開閉手段によって上記円形の開口部が同心円状に開放
される。その際に、上記開口部の開閉速度が上記第２熱
処理温度等に応じて１μm/ｈ以上且つ６００μm/ｈ以下
の最適速度で制御される。
のみにＣＧＳドメインが形成された後に、上記シャッタ
の開閉手段によって上記円形の開口部が同心円状に開放
される。その際に、上記開口部の開閉速度が上記第２熱
処理温度等に応じて１μm/ｈ以上且つ６００μm/ｈ以下
の最適速度で制御される。
【００４５】また、第３の発明の半導体装置は、上記第
１の発明の半導体装置の製造方法によって形成されたこ
とを特徴としている。
１の発明の半導体装置の製造方法によって形成されたこ
とを特徴としている。
【００４６】上記構成によれば、上記ＣＧＳドメイン境
界が存在しない結晶性シリコン膜を用いて形成されるた
め、半導体装置のチャネル領域にＣＧＳドメイン境界は
含まれていない。したがって、電気特性のばらつきが低
減される。
界が存在しない結晶性シリコン膜を用いて形成されるた
め、半導体装置のチャネル領域にＣＧＳドメイン境界は
含まれていない。したがって、電気特性のばらつきが低
減される。
【００４７】
【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。 ＜第１実施の形態＞図１および図２は、本実施の形態の
半導体装置としての薄膜トランジスタの製造方法におけ
る製造工程を示す断面図である。以下、図１および図２
に従って薄膜トランジスタの製造方法について順次説明
する。
態により詳細に説明する。 ＜第１実施の形態＞図１および図２は、本実施の形態の
半導体装置としての薄膜トランジスタの製造方法におけ
る製造工程を示す断面図である。以下、図１および図２
に従って薄膜トランジスタの製造方法について順次説明
する。
【００４８】１．先ず、図１(a)に示すように、石英基
板１１上にＬＰＣＶＤ(Low PressureChemical Vapor De
position)法によって、アモルファスシリコン(α‐Ｓi)
膜１２を５０nm〜２００nm程度の厚みで堆積させる。そ
の場合の条件は、原料ガスとしてジシランガス(Ｓi
2Ｈ6)を用い、温度は４５０℃、圧力は５０paである。
板１１上にＬＰＣＶＤ(Low PressureChemical Vapor De
position)法によって、アモルファスシリコン(α‐Ｓi)
膜１２を５０nm〜２００nm程度の厚みで堆積させる。そ
の場合の条件は、原料ガスとしてジシランガス(Ｓi
2Ｈ6)を用い、温度は４５０℃、圧力は５０paである。
【００４９】２．次に、図１(b)に示すように、α‐Ｓi
膜１２上全面にＮiを１０ppm溶かした水溶液をスピン塗
布して、シリコンの結晶化を促進させる触媒金属元素と
してのＮi元素１３をα‐Ｓi膜１２の表面に添加する。
その場合、α‐Ｓi膜１２の表面におけるＮi元素１３の
濃度は１Ｅ１２cm-2〜１Ｅ１３cm-2となるように設定す
る。尚、Ｎi元素１３をα‐Ｓi膜１２上に添加する方法
として、スパッタ法,ＣＶＤ法,プラズマ処理法および蒸
着法等を用いても差し支えない。
膜１２上全面にＮiを１０ppm溶かした水溶液をスピン塗
布して、シリコンの結晶化を促進させる触媒金属元素と
してのＮi元素１３をα‐Ｓi膜１２の表面に添加する。
その場合、α‐Ｓi膜１２の表面におけるＮi元素１３の
濃度は１Ｅ１２cm-2〜１Ｅ１３cm-2となるように設定す
る。尚、Ｎi元素１３をα‐Ｓi膜１２上に添加する方法
として、スパッタ法,ＣＶＤ法,プラズマ処理法および蒸
着法等を用いても差し支えない。
【００５０】３．次に、窒素雰囲気中において、６００
℃で１２時間の熱処理を行ってα‐Ｓi膜１２の固相結
晶化を行い、図１(c)に示すようにＣＧＳ膜１４を形成
する。その際に、後に説明するようにして、先に石英基
板１１の一部分(例えば中心部分)のみを５５０℃〜６０
０℃にすることによって上記一部分にＣＧＳドメインを
形成する。そして、その後に５５０℃〜６００℃の温度
領域を上記一部分の周囲に向かって拡大することによっ
て、石英基板１１全体を一つのＣＧＳドメインに成長さ
せるのである。こうしてＣＧＳ膜１４を成長させること
によって、ＣＧＳ膜１４内にドメイン境界は存在しない
のである。
℃で１２時間の熱処理を行ってα‐Ｓi膜１２の固相結
晶化を行い、図１(c)に示すようにＣＧＳ膜１４を形成
する。その際に、後に説明するようにして、先に石英基
板１１の一部分(例えば中心部分)のみを５５０℃〜６０
０℃にすることによって上記一部分にＣＧＳドメインを
形成する。そして、その後に５５０℃〜６００℃の温度
領域を上記一部分の周囲に向かって拡大することによっ
て、石英基板１１全体を一つのＣＧＳドメインに成長さ
せるのである。こうしてＣＧＳ膜１４を成長させること
によって、ＣＧＳ膜１４内にドメイン境界は存在しない
のである。
【００５１】上述のような成長を実現する方法の一つと
して、図３に示すような加熱装置を用いる。この加熱装
置においては、石英基板１１と熱源３５との間に熱を遮
るシャッタ３６を配置している。このシャッタ３６は基
板中心部分に開口部３７を有すると共に、この開口部３
７を同心円状に広げていくことによって、５５０℃〜６
００℃の温度領域を基板中心部分から外側に向かって拡
大してドメイン境界が存在しないＣＧＳ成長を行うので
ある。その場合、始めは、シャッタ３６の開口部３７を
α‐Ｓi膜１２における加熱領域の外径が２０ミクロン
〜２００ミクロンになるような開度で開口した状態で
０.５時間〜５時間程度放置することによって、α‐Ｓi
膜１２を加熱して、最初の一つのＣＧＳドメインを２０
０ミクロン程度に成長させる。続いて、形成されたＣＧ
Ｓドメインを成長させるために、開口部３７を同心円状
に１μm/ｈ〜２０μm/ｈの速度で広げていくのである。
して、図３に示すような加熱装置を用いる。この加熱装
置においては、石英基板１１と熱源３５との間に熱を遮
るシャッタ３６を配置している。このシャッタ３６は基
板中心部分に開口部３７を有すると共に、この開口部３
７を同心円状に広げていくことによって、５５０℃〜６
００℃の温度領域を基板中心部分から外側に向かって拡
大してドメイン境界が存在しないＣＧＳ成長を行うので
ある。その場合、始めは、シャッタ３６の開口部３７を
α‐Ｓi膜１２における加熱領域の外径が２０ミクロン
〜２００ミクロンになるような開度で開口した状態で
０.５時間〜５時間程度放置することによって、α‐Ｓi
膜１２を加熱して、最初の一つのＣＧＳドメインを２０
０ミクロン程度に成長させる。続いて、形成されたＣＧ
Ｓドメインを成長させるために、開口部３７を同心円状
に１μm/ｈ〜２０μm/ｈの速度で広げていくのである。
【００５２】４．次に、図１(d)に示すように、上記Ｃ
ＧＳ膜１４上にゲッタリングマスク１５を形成する。こ
のゲッタリングマスク１５は、ＣＶＤ法等によって酸化
膜,窒化膜あるいはＳiＯＮ膜等を形成したものを用い
る。その際の膜厚は、後工程のイオン注入で下部のＣＧ
Ｓ膜１４にイオン注入されないような膜厚(例えば２０
０nm程度)を確保できるようにする。尚、ゲッタリング
マスク１５としてフォトレジストを使用しても差し支え
ない。
ＧＳ膜１４上にゲッタリングマスク１５を形成する。こ
のゲッタリングマスク１５は、ＣＶＤ法等によって酸化
膜,窒化膜あるいはＳiＯＮ膜等を形成したものを用い
る。その際の膜厚は、後工程のイオン注入で下部のＣＧ
Ｓ膜１４にイオン注入されないような膜厚(例えば２０
０nm程度)を確保できるようにする。尚、ゲッタリング
マスク１５としてフォトレジストを使用しても差し支え
ない。
【００５３】本実施の形態においては、図４に示すよう
に、触媒金属Ｘ(Ｎi)はＣＧＳ成長端３２に存在し、Ｃ
ＧＳ成長と共に基板最外周へと押しやられる。そのた
め、最終的に最外周に存在する触媒金属Ｘを含んだＣＧ
Ｓ膜を取り除くことによって、ＣＧＳ膜中の触媒金属Ｘ
を取り除くことが可能になる。但し、実際には、図４に
示すような成長中に、一部触媒金属Ｘが結晶化したシリ
コン３１中に残留する可能性もあるため、出来る限り、
ＣＧＳ膜１４の内部においてもゲッタリングを行うのが
望ましい。
に、触媒金属Ｘ(Ｎi)はＣＧＳ成長端３２に存在し、Ｃ
ＧＳ成長と共に基板最外周へと押しやられる。そのた
め、最終的に最外周に存在する触媒金属Ｘを含んだＣＧ
Ｓ膜を取り除くことによって、ＣＧＳ膜中の触媒金属Ｘ
を取り除くことが可能になる。但し、実際には、図４に
示すような成長中に、一部触媒金属Ｘが結晶化したシリ
コン３１中に残留する可能性もあるため、出来る限り、
ＣＧＳ膜１４の内部においてもゲッタリングを行うのが
望ましい。
【００５４】５．次に、図１(e)に示すように、上記ゲ
ッタリングマスク１５の開口部１６に１Ｅ１５cm-2〜８
Ｅ１５cm-2のリンイオン１７を注入する。その際に、ゲ
ッタリングマスク１５は注入マスクとして機能するた
め、リンイオン１７はゲッタリングパターンの開口部１
６に位置するＣＧＳ膜１８に注入される。尚、ゲッタリ
ングマスク１５にフォトレジストを使用した場合は、リ
ンイオン１７を注入した後にフォトレジストを除去する
必要がある。
ッタリングマスク１５の開口部１６に１Ｅ１５cm-2〜８
Ｅ１５cm-2のリンイオン１７を注入する。その際に、ゲ
ッタリングマスク１５は注入マスクとして機能するた
め、リンイオン１７はゲッタリングパターンの開口部１
６に位置するＣＧＳ膜１８に注入される。尚、ゲッタリ
ングマスク１５にフォトレジストを使用した場合は、リ
ンイオン１７を注入した後にフォトレジストを除去する
必要がある。
【００５５】６．次に、６００℃〜７００℃の温度で２
４時間の熱処理を行い、図１(f)に矢印(Ａ)で示すよう
に、ＣＧＳ膜１４中に残留している触媒金属であるＮi
を、リンイオン１７が注入されたＣＧＳ膜１８中にゲッ
タリングする。こうすることによって、ＣＧＳ膜１４中
の触媒金属Ｎiを取り除くことができるのである。
４時間の熱処理を行い、図１(f)に矢印(Ａ)で示すよう
に、ＣＧＳ膜１４中に残留している触媒金属であるＮi
を、リンイオン１７が注入されたＣＧＳ膜１８中にゲッ
タリングする。こうすることによって、ＣＧＳ膜１４中
の触媒金属Ｎiを取り除くことができるのである。
【００５６】７．次に、図２(g)に示すように、上記リ
ンイオン１７が注入されたＣＧＳ膜１８の部分をエッチ
ングによって除去する。尚、先にゲッタリングマスク１
５を除去した後に、改めてＣＧＳ膜１８をエッチングす
るためのフォトレジストパターンを形成して、ＣＧＳ膜
１８の部分をエッチング除去しても良い。その場合に
は、フォトレジストパターンの開口部をゲッタリングウ
マスク１５の開口部１６より大きめにすることで、リン
イオン１７が注入されたＣＧＳ膜１８に隣接するＣＧＳ
膜１４も同時に除去することができ、より確実に触媒金
属Ｎiを除去することができるのである。また、ゲッタ
リングマスク１５をフォトレジストで形成した場合に
は、ゲッタリングマスク１５が除去されるために、リン
イオン１７が注入されたＣＧＳ膜１８をエッチングする
ためのフォトレジストパターンを必ず形成する必要があ
る。
ンイオン１７が注入されたＣＧＳ膜１８の部分をエッチ
ングによって除去する。尚、先にゲッタリングマスク１
５を除去した後に、改めてＣＧＳ膜１８をエッチングす
るためのフォトレジストパターンを形成して、ＣＧＳ膜
１８の部分をエッチング除去しても良い。その場合に
は、フォトレジストパターンの開口部をゲッタリングウ
マスク１５の開口部１６より大きめにすることで、リン
イオン１７が注入されたＣＧＳ膜１８に隣接するＣＧＳ
膜１４も同時に除去することができ、より確実に触媒金
属Ｎiを除去することができるのである。また、ゲッタ
リングマスク１５をフォトレジストで形成した場合に
は、ゲッタリングマスク１５が除去されるために、リン
イオン１７が注入されたＣＧＳ膜１８をエッチングする
ためのフォトレジストパターンを必ず形成する必要があ
る。
【００５７】８．次に、図２(h)に示すように、上記ゲ
ッタリングマスク１５を除去した後に、酸化雰囲気中に
おいて、９００℃〜１０５０℃の温度でＣＧＳ膜１４の
表面を酸化し、３０nm程度の膜厚で酸化膜１９を形成す
る。この工程によって、ＣＧＳ膜１４の結晶性がさらに
向上する。また、ＣＧＳ膜１４の表面の局所的な酸化を
避けるため、上記酸化の前に予めＣＶＤ等によってＨＴ
Ｏ(high temperatureoxidation)膜を１０nm〜５０nm程
度形成しておいても良い。
ッタリングマスク１５を除去した後に、酸化雰囲気中に
おいて、９００℃〜１０５０℃の温度でＣＧＳ膜１４の
表面を酸化し、３０nm程度の膜厚で酸化膜１９を形成す
る。この工程によって、ＣＧＳ膜１４の結晶性がさらに
向上する。また、ＣＧＳ膜１４の表面の局所的な酸化を
避けるため、上記酸化の前に予めＣＶＤ等によってＨＴ
Ｏ(high temperatureoxidation)膜を１０nm〜５０nm程
度形成しておいても良い。
【００５８】９．次に、上記酸化膜１９を除去した後
に、図２(i)に示すように、ＣＧＳ膜１４にパターニン
グを行って薄膜トランジスタの活性領域２０a,２０bを
形成する。そして、図２(j)に示すように、基板全面
に、ＣＶＤ法等によって酸化膜２１を８０nmの膜厚で形
成してゲート酸化膜とする。続いて、各活性領域２０a,
２０bの中央部におけるゲート酸化膜２１上にゲート電極
２２a,２２bを形成する。ゲート酸化膜２１は、酸化に
よって形成してもよいし、ＣＶＤによる酸化膜形成とそ
の後の酸化とを組み合わせて形成してもよい。ゲート電
極２２a,２２b形成後に、更にゲート電極２２a,２２bを
マスクにしてリンイオンを３Ｅ１５cm-2程度注入し、ソ
ース領域２３a,２３bおよびドレイン領域２４a,２４bを
形成する。ここで、ゲート電極２２a,２２b下の領域は
チヤネル領域２５a,２５bとなる。尚、薄膜トランジス
タの閾値電圧制御のために、チャネル領域２５a,２５b
にチャネル注入を行ってもよい。
に、図２(i)に示すように、ＣＧＳ膜１４にパターニン
グを行って薄膜トランジスタの活性領域２０a,２０bを
形成する。そして、図２(j)に示すように、基板全面
に、ＣＶＤ法等によって酸化膜２１を８０nmの膜厚で形
成してゲート酸化膜とする。続いて、各活性領域２０a,
２０bの中央部におけるゲート酸化膜２１上にゲート電極
２２a,２２bを形成する。ゲート酸化膜２１は、酸化に
よって形成してもよいし、ＣＶＤによる酸化膜形成とそ
の後の酸化とを組み合わせて形成してもよい。ゲート電
極２２a,２２b形成後に、更にゲート電極２２a,２２bを
マスクにしてリンイオンを３Ｅ１５cm-2程度注入し、ソ
ース領域２３a,２３bおよびドレイン領域２４a,２４bを
形成する。ここで、ゲート電極２２a,２２b下の領域は
チヤネル領域２５a,２５bとなる。尚、薄膜トランジス
タの閾値電圧制御のために、チャネル領域２５a,２５b
にチャネル注入を行ってもよい。
【００５９】１１．次に、図２(k)に示すように、全体
に層間絶縁膜２６を形成した後、ソース領域２３a,２３
bおよびドレイン領域２４a,２４bに注入された上記リン
イオンを活性化させるために、９００℃の温度で３０分
間の熱処理を行った後、ソース領域２３a,２３bに達す
るソースコンタクトホールおよびドレイン領域２４a,２
４bに達するドレインコンタクトホールを形成した後、
ソース電極２７a,２７bおよびドレイン電極２８a,２８b
を形成する。
に層間絶縁膜２６を形成した後、ソース領域２３a,２３
bおよびドレイン領域２４a,２４bに注入された上記リン
イオンを活性化させるために、９００℃の温度で３０分
間の熱処理を行った後、ソース領域２３a,２３bに達す
るソースコンタクトホールおよびドレイン領域２４a,２
４bに達するドレインコンタクトホールを形成した後、
ソース電極２７a,２７bおよびドレイン電極２８a,２８b
を形成する。
【００６０】１２．最後に、図２(l)に示すように、全
体に窒化膜２９を形成した後に水素化処理を行う。この
水素化処理においては、チャネル領域２２a〜２５a,２
２b〜２５bであるＣＧＳ膜中におけるシリコン未結合手
を終端する働きがあるので、さらに薄膜トランジスタの
特性を向上できる。尚、上記両薄膜トランジスタはＮチ
ャネルである場合として説明しているが、Ｐチャネルと
する場合にはチャネル注入およびソース,ドレイン注入
のイオン種を代えることによって同様に形成することが
できる。従って、Ｎチャネル薄膜トランジスタとＰチャ
ネル薄膜トランジスタとでなるＣＭＯＳ(相補型金属酸
化膜半導体)トランジスタの形成も可能である。
体に窒化膜２９を形成した後に水素化処理を行う。この
水素化処理においては、チャネル領域２２a〜２５a,２
２b〜２５bであるＣＧＳ膜中におけるシリコン未結合手
を終端する働きがあるので、さらに薄膜トランジスタの
特性を向上できる。尚、上記両薄膜トランジスタはＮチ
ャネルである場合として説明しているが、Ｐチャネルと
する場合にはチャネル注入およびソース,ドレイン注入
のイオン種を代えることによって同様に形成することが
できる。従って、Ｎチャネル薄膜トランジスタとＰチャ
ネル薄膜トランジスタとでなるＣＭＯＳ(相補型金属酸
化膜半導体)トランジスタの形成も可能である。
【００６１】ところで、図５は、基板上ＣＧＳドメイン
被服率の成長時間依存性を示す。図５によれば、成長温
度が６００℃の場合には約８時間で、成長温度が５７０
℃の場合には約１５時間で、ウエハ全面がＣＧＳドメイ
ンで埋め尽くされることが分る。また、図６は、ＣＧＳ
ドメイン成長速度の成長温度依存性を示す。図６によれ
ば、ＣＧＳドメイン成長速度が成長温度に対して依存し
ていることが分る。本実施の形態においては、この現象
を利用して、始めに基板の一部分(中央部)のみの温度を
ＣＧＳ膜１４が成長する温度にすることによって、その
部分にのみＣＧＳドメインを形成するのである。そし
て、その後、上記ＣＧＳ膜１４が成長する温度の領域を
徐々に広げて行くことによって、最初に形成されたＣＧ
Ｓドメインから連続して成長を行い、最終的には基板全
面が一つのＣＧＳドメインで構成されるようにＣＧＳ成
長を行うのである。
被服率の成長時間依存性を示す。図５によれば、成長温
度が６００℃の場合には約８時間で、成長温度が５７０
℃の場合には約１５時間で、ウエハ全面がＣＧＳドメイ
ンで埋め尽くされることが分る。また、図６は、ＣＧＳ
ドメイン成長速度の成長温度依存性を示す。図６によれ
ば、ＣＧＳドメイン成長速度が成長温度に対して依存し
ていることが分る。本実施の形態においては、この現象
を利用して、始めに基板の一部分(中央部)のみの温度を
ＣＧＳ膜１４が成長する温度にすることによって、その
部分にのみＣＧＳドメインを形成するのである。そし
て、その後、上記ＣＧＳ膜１４が成長する温度の領域を
徐々に広げて行くことによって、最初に形成されたＣＧ
Ｓドメインから連続して成長を行い、最終的には基板全
面が一つのＣＧＳドメインで構成されるようにＣＧＳ成
長を行うのである。
【００６２】図７は、上記ＣＧＳ結晶成長時における基
板の温度分布およびＣＧＳドメイン成長の時間経過を示
す。図７(a)は丸い基板の平面図を示している。図７(b)
は、図７(a)のＡ‐Ａ'矢視断面図であり、石英基板１１
上にａ‐Ｓi膜１２が形成された後に、表面に触媒金属
Ｎi１３が添加された状態を示している。この状態か
ら、図７(c)に示すように、始めに基板中央部分のみを
加熱してＣＧＳドメインを形成するのである。この場合
における基板中央部分の温度は、ＣＧＳの結晶化が起こ
る５５０(Ｔmin)℃〜６００(Ｔmax)℃の温度範囲に設定
される。
板の温度分布およびＣＧＳドメイン成長の時間経過を示
す。図７(a)は丸い基板の平面図を示している。図７(b)
は、図７(a)のＡ‐Ａ'矢視断面図であり、石英基板１１
上にａ‐Ｓi膜１２が形成された後に、表面に触媒金属
Ｎi１３が添加された状態を示している。この状態か
ら、図７(c)に示すように、始めに基板中央部分のみを
加熱してＣＧＳドメインを形成するのである。この場合
における基板中央部分の温度は、ＣＧＳの結晶化が起こ
る５５０(Ｔmin)℃〜６００(Ｔmax)℃の温度範囲に設定
される。
【００６３】その後、時間がt1＜t2＜t3＜t4と経過する
に従って、ＣＧＳ結晶化が起こる温度領域を徐々に広げ
て行く。図７(d)は、基板中央部分から徐々に形成され
て行くＣＧＳドメインの領域を示す。上述のような加熱
によって、図７(d)に示すように、最初に基板中央部分
に形成されたＣＧＳドメインが徐々に基板外側へ成長し
て行く。そして、最終的には、石英基板１１の全面にＣ
ＧＳドメインの成長が行われる。
に従って、ＣＧＳ結晶化が起こる温度領域を徐々に広げ
て行く。図７(d)は、基板中央部分から徐々に形成され
て行くＣＧＳドメインの領域を示す。上述のような加熱
によって、図７(d)に示すように、最初に基板中央部分
に形成されたＣＧＳドメインが徐々に基板外側へ成長し
て行く。そして、最終的には、石英基板１１の全面にＣ
ＧＳドメインの成長が行われる。
【００６４】上述のようなＣＧＳ成長によれば、図４に
示すように、結晶化したシリコンであるＣＧＳ結晶成長
の先端部分３２に触媒金属ＸとＳiによる結晶が形成さ
れ、その後ろにＣＧＳ結晶３１が形成されて行く。従っ
て、全面がＣＧＳ結晶化した後には触媒金属Ｘ(Ｎi)を
含んだシリコンは基板外周部分に集まることになり、石
英基板１１の内側には殆ど触媒金属Ｘ(Ｎi)が残らない
状態となる。従来におけるＣＧＳ膜形成の場合には、図
１０(d)に示すように、基板全面にＣＧＳドメイン境界
が存在することになり、そのＣＧＳドメイン境界部分に
は多量の触媒金属が含まれている。それに対して、本実
施の形態においては、石英基板１１の外周部のみにＣＧ
Ｓドメイン境界が押しやられるので、その部分の触媒金
属Ｎiを取り除くことによって、ウエハ内に残留する触
媒金属量Ｎiを極めて少なくすることができるのであ
る。勿論、その後ゲッタリング工程を行った後において
も、従来よりもさらに触媒金属Ｎiの残留量は低く抑え
られるのである。
示すように、結晶化したシリコンであるＣＧＳ結晶成長
の先端部分３２に触媒金属ＸとＳiによる結晶が形成さ
れ、その後ろにＣＧＳ結晶３１が形成されて行く。従っ
て、全面がＣＧＳ結晶化した後には触媒金属Ｘ(Ｎi)を
含んだシリコンは基板外周部分に集まることになり、石
英基板１１の内側には殆ど触媒金属Ｘ(Ｎi)が残らない
状態となる。従来におけるＣＧＳ膜形成の場合には、図
１０(d)に示すように、基板全面にＣＧＳドメイン境界
が存在することになり、そのＣＧＳドメイン境界部分に
は多量の触媒金属が含まれている。それに対して、本実
施の形態においては、石英基板１１の外周部のみにＣＧ
Ｓドメイン境界が押しやられるので、その部分の触媒金
属Ｎiを取り除くことによって、ウエハ内に残留する触
媒金属量Ｎiを極めて少なくすることができるのであ
る。勿論、その後ゲッタリング工程を行った後において
も、従来よりもさらに触媒金属Ｎiの残留量は低く抑え
られるのである。
【００６５】上述のようなＣＧＳ成長を行う具体的な方
法としては、例えば図３に示すような加熱装置を用いれ
ばよい。石英基板１１上にａ‐Ｓi膜１２が形成され、
表面に触媒金属Ｎi１３が添加された状態で、石英基板
１１を加熱するための熱源３５と石英基板１１の間に熱
を遮るためのシャッタ３６を配置しておく。熱源３５と
しては抵抗加熱,ランプ加熱,アーク加熱およびレーザー
加熱等の方法が考えられる。シャッタ３６には、例えば
カメラの絞りのような機構の開閉手段を設けることによ
って、開口部３７の大きさを同心円状に始めは小さくそ
の後は徐々に大きくすることができ、図７に示すような
ＣＧＳドメイン成長が可能になるのである。
法としては、例えば図３に示すような加熱装置を用いれ
ばよい。石英基板１１上にａ‐Ｓi膜１２が形成され、
表面に触媒金属Ｎi１３が添加された状態で、石英基板
１１を加熱するための熱源３５と石英基板１１の間に熱
を遮るためのシャッタ３６を配置しておく。熱源３５と
しては抵抗加熱,ランプ加熱,アーク加熱およびレーザー
加熱等の方法が考えられる。シャッタ３６には、例えば
カメラの絞りのような機構の開閉手段を設けることによ
って、開口部３７の大きさを同心円状に始めは小さくそ
の後は徐々に大きくすることができ、図７に示すような
ＣＧＳドメイン成長が可能になるのである。
【００６６】以上のように、本実施の形態においては、
α‐Ｓi膜１２上に触媒金属Ｎi１３を添加した後、窒素
雰囲気中で熱処理を行って固相結晶化を行う際に、上述
したような加熱装置を用いた加熱方法によって、基板の
中心部から周囲に向かって５５０℃〜６００℃の温度領
域を順次拡大して行くことによって、基板全体を一つの
ＣＧＳドメインに成長させることができ、ＣＧＳ膜１４
内にドメイン境界が存在しないようにできる。
α‐Ｓi膜１２上に触媒金属Ｎi１３を添加した後、窒素
雰囲気中で熱処理を行って固相結晶化を行う際に、上述
したような加熱装置を用いた加熱方法によって、基板の
中心部から周囲に向かって５５０℃〜６００℃の温度領
域を順次拡大して行くことによって、基板全体を一つの
ＣＧＳドメインに成長させることができ、ＣＧＳ膜１４
内にドメイン境界が存在しないようにできる。
【００６７】したがって、こうして形成されたＣＧＳ膜
１４をチャネル領域として用いることによって、チャネ
ル領域にＣＧＳドメイン境界を含まない薄膜トランジス
タあるいはＣＭＯＳトランジスタを形成することができ
る。すなわち、本実施の形態によれば、電気特性のばら
つきが小さい薄膜トランジスタあるいはＣＭＯＳトラン
ジスタを形成できるのである。
１４をチャネル領域として用いることによって、チャネ
ル領域にＣＧＳドメイン境界を含まない薄膜トランジス
タあるいはＣＭＯＳトランジスタを形成することができ
る。すなわち、本実施の形態によれば、電気特性のばら
つきが小さい薄膜トランジスタあるいはＣＭＯＳトラン
ジスタを形成できるのである。
【００６８】＜第２実施の形態＞図８は、基板上にａ‐
Ｓi膜を形成した後にプラズマ処理を行った場合におけ
るドメインサイズの処理時間依存性を示す。図８より、
プラズマ処理を７０分以上行うことによって、ＣＧＳ膜
のドメインサイズは２００ミクロン以上から５０ミクロ
ン以下へと変化することがわかる。これは、言い換える
と、プラズマ処理によってＣＧＳ核発生確率が大きくな
ったことを意味する。そこで、この現象を利用して、Ｃ
ＧＳ膜の成長前に基板の中心の例えば２０ミクロン以上
の領域のみに７０分以上のプラズマ処理を行うのであ
る。こうすることによって、確実に、石英基板１１の中
心部分に、最初のＣＧＳドメインを成長させることがで
きるのである。本実施の形態は、このことを利用するも
のである。
Ｓi膜を形成した後にプラズマ処理を行った場合におけ
るドメインサイズの処理時間依存性を示す。図８より、
プラズマ処理を７０分以上行うことによって、ＣＧＳ膜
のドメインサイズは２００ミクロン以上から５０ミクロ
ン以下へと変化することがわかる。これは、言い換える
と、プラズマ処理によってＣＧＳ核発生確率が大きくな
ったことを意味する。そこで、この現象を利用して、Ｃ
ＧＳ膜の成長前に基板の中心の例えば２０ミクロン以上
の領域のみに７０分以上のプラズマ処理を行うのであ
る。こうすることによって、確実に、石英基板１１の中
心部分に、最初のＣＧＳドメインを成長させることがで
きるのである。本実施の形態は、このことを利用するも
のである。
【００６９】図９は、本実施の形態の半導体装置として
の薄膜トランジスタの製造方法における製造工程を示す
断面図である。以下、図９に従って薄膜トランジスタの
製造方法について順次説明する。
の薄膜トランジスタの製造方法における製造工程を示す
断面図である。以下、図９に従って薄膜トランジスタの
製造方法について順次説明する。
【００７０】１．先ず、図９(a)に示すように、石英基
板４１上に上記ＬＰＣＶＤ法によってα‐Ｓi膜４２を
５０nm〜２００nm程度の厚みで堆積させる。堆積条件
は、原料ガスとしてジシランガス(Ｓi2Ｈ6)を用い、温
度は４５０℃で圧力は５０paである。
板４１上に上記ＬＰＣＶＤ法によってα‐Ｓi膜４２を
５０nm〜２００nm程度の厚みで堆積させる。堆積条件
は、原料ガスとしてジシランガス(Ｓi2Ｈ6)を用い、温
度は４５０℃で圧力は５０paである。
【００７１】２．次に、図９(b)に示すように、フォト
リソグラフィによってパターニングしたレジスト４３を
形成する。その際に、レジスト４３には、ウエハ中心部
のみに開口部４４が形成されている。開口部４４の大き
さは例えば１ミクロン〜１００ミクロン程度である。続
いて、Ｏ2プラズマ処理を、例えば１０００ワットで５
０分〜１５０分程度行う。これによって、レジスト４３
の開口部４４のみがプラズマ処理に晒されることにな
り、開口部４４におけるα‐Ｓi膜４２でのＣＧＳ核成
長確率が高くなる。したがって、上記第１実施の形態に
比べて、より確実に石英基板４１の中央部に短時間でＣ
ＧＳドメインを形成することができるのである。
リソグラフィによってパターニングしたレジスト４３を
形成する。その際に、レジスト４３には、ウエハ中心部
のみに開口部４４が形成されている。開口部４４の大き
さは例えば１ミクロン〜１００ミクロン程度である。続
いて、Ｏ2プラズマ処理を、例えば１０００ワットで５
０分〜１５０分程度行う。これによって、レジスト４３
の開口部４４のみがプラズマ処理に晒されることにな
り、開口部４４におけるα‐Ｓi膜４２でのＣＧＳ核成
長確率が高くなる。したがって、上記第１実施の形態に
比べて、より確実に石英基板４１の中央部に短時間でＣ
ＧＳドメインを形成することができるのである。
【００７２】３．次に、図９(c)に示すように、上記レ
ジスト４３を除去した後、α‐Ｓi膜４２上全面にＮiを
１０ppm溶かした水溶液をスピン塗布して、シリコンの
結晶化を促進させる触媒金属元素としてのＮi元素４５
をα‐Ｓi膜４２の表面に添加する。その場合、α‐Ｓi
膜４２の表面におけるＮi元素４５の濃度は１Ｅ１２cm
-2〜１Ｅ１３cm-2となるように設定する。また、Ｎi元
素４５をα‐Ｓi膜４２に添加する方法として、スパッ
タ法,ＣＶＤ法,プラズマ処理法および蒸着法等を用いて
も差し支えない。
ジスト４３を除去した後、α‐Ｓi膜４２上全面にＮiを
１０ppm溶かした水溶液をスピン塗布して、シリコンの
結晶化を促進させる触媒金属元素としてのＮi元素４５
をα‐Ｓi膜４２の表面に添加する。その場合、α‐Ｓi
膜４２の表面におけるＮi元素４５の濃度は１Ｅ１２cm
-2〜１Ｅ１３cm-2となるように設定する。また、Ｎi元
素４５をα‐Ｓi膜４２に添加する方法として、スパッ
タ法,ＣＶＤ法,プラズマ処理法および蒸着法等を用いて
も差し支えない。
【００７３】これ以降の工程は、上記第１実施の形態に
おける工程３以降と同じである。
おける工程３以降と同じである。
【００７４】以上のごとく、本実施の形態においては、
上記石英基板４１上のα‐Ｓi膜４２の表面に、中心部
のみに開口部４４が形成されたレジスト４３を形成し、
Ｏ2プラズマ処理を行うようにしている。したがって、
α‐Ｓi膜４２中心部でのＣＧＳ核成長確率が高くな
る。その結果、上記第１実施の形態に比べて、より確実
に石英基板１１の中央部に短時間でＣＧＳドメインを形
成することができるのである。
上記石英基板４１上のα‐Ｓi膜４２の表面に、中心部
のみに開口部４４が形成されたレジスト４３を形成し、
Ｏ2プラズマ処理を行うようにしている。したがって、
α‐Ｓi膜４２中心部でのＣＧＳ核成長確率が高くな
る。その結果、上記第１実施の形態に比べて、より確実
に石英基板１１の中央部に短時間でＣＧＳドメインを形
成することができるのである。
【００７５】＜第３実施の形態＞上記第１,第２実施の
形態においては、熱処理を行ってα‐Ｓi膜１２,４２の
固相結晶化を行う際に、５５０℃〜６００℃の温度領域
を基板中心部分から外側に向かって１μm/ｈ〜２０μm/
ｈの速度で拡大していくことによって、ドメイン境界が
存在しないＣＧＳ成長を行うようにしている。本実施の
形態は、基板中央部にＣＧＳドメインを形成した後に、
基板温度を上げると共に、温度領域を基板中心部分から
外側に向かって拡大していく速度を上記第１,第２実施
の形態よりも上げることによって、ＣＧＳドメイン成長
に掛る時間を短縮するものである。
形態においては、熱処理を行ってα‐Ｓi膜１２,４２の
固相結晶化を行う際に、５５０℃〜６００℃の温度領域
を基板中心部分から外側に向かって１μm/ｈ〜２０μm/
ｈの速度で拡大していくことによって、ドメイン境界が
存在しないＣＧＳ成長を行うようにしている。本実施の
形態は、基板中央部にＣＧＳドメインを形成した後に、
基板温度を上げると共に、温度領域を基板中心部分から
外側に向かって拡大していく速度を上記第１,第２実施
の形態よりも上げることによって、ＣＧＳドメイン成長
に掛る時間を短縮するものである。
【００７６】上記第１,第２実施の形態の場合と同様に
して、最初に石英基板の一部分(例えば中央部)にＣＧＳ
ドメインを形成した後に、基板温度を上記第１,第２実
施の形態における５５０℃〜６００℃よりも高い６５０
℃〜１０５０℃の範囲まで上昇させる。その後、形成さ
れたＣＧＳドメインを周囲に成長させるために、シャッ
タ３６の開口部３７を、上記第１,第２実施の形態にお
ける１μm/ｈ〜２０μm/ｈよりも速い２０μm/h〜６０
０μm/hの速度で同心円状に広げていくことによって、
基板全面にＣＧＳドメインを成長させるのである。こう
することによって、ＣＧＳドメイン成長に掛る時間を短
縮することが可能となる。
して、最初に石英基板の一部分(例えば中央部)にＣＧＳ
ドメインを形成した後に、基板温度を上記第１,第２実
施の形態における５５０℃〜６００℃よりも高い６５０
℃〜１０５０℃の範囲まで上昇させる。その後、形成さ
れたＣＧＳドメインを周囲に成長させるために、シャッ
タ３６の開口部３７を、上記第１,第２実施の形態にお
ける１μm/ｈ〜２０μm/ｈよりも速い２０μm/h〜６０
０μm/hの速度で同心円状に広げていくことによって、
基板全面にＣＧＳドメインを成長させるのである。こう
することによって、ＣＧＳドメイン成長に掛る時間を短
縮することが可能となる。
【００７７】これ以降の工程は、上記第１実施の形態に
おける工程４以降と同じである。
おける工程４以降と同じである。
【００７８】以上のごとく、本実施の形態においては、
基板中央部にＣＧＳドメインを形成した後に、基板温度
を上記第１,第２実施の形態よりも高い６５０℃〜１０
５０℃上げると共に、温度領域を基板中心部分から外側
に向かって拡大していく速度を上記第１,第２実施の形
態よりも速い２０μm/h〜６００μm/hに上げるようにし
ている。したがって、上記第１,第２実施の形態よりも
ＣＧＳドメイン成長に掛る時間を短縮することができる
のである。また、石英基板の中央部におけるＣＧＳ膜の
最初のドメイン形成をＣＧＳの結晶化が起る５５０℃〜
６００℃で行うことによって、より確実にＣＧＳドメイ
ンを形成することができるのである。
基板中央部にＣＧＳドメインを形成した後に、基板温度
を上記第１,第２実施の形態よりも高い６５０℃〜１０
５０℃上げると共に、温度領域を基板中心部分から外側
に向かって拡大していく速度を上記第１,第２実施の形
態よりも速い２０μm/h〜６００μm/hに上げるようにし
ている。したがって、上記第１,第２実施の形態よりも
ＣＧＳドメイン成長に掛る時間を短縮することができる
のである。また、石英基板の中央部におけるＣＧＳ膜の
最初のドメイン形成をＣＧＳの結晶化が起る５５０℃〜
６００℃で行うことによって、より確実にＣＧＳドメイ
ンを形成することができるのである。
【００７９】尚、上記各実施の形態においては、上記ａ
‐Ｓi膜１２,４２の結晶化を促進させる触媒金属元素と
してＮi元素を用いているが、それに限定されるもので
はない。Ｆe,Ｃo,Ｎi,Ｃu,Ｒu,Ｒh,Ｐd,Ｏs,Ｉr,Ｐt,Ａ
uのうちの１種類もしくは複数種類の元素を用いても同
様の効果を得ることができる。
‐Ｓi膜１２,４２の結晶化を促進させる触媒金属元素と
してＮi元素を用いているが、それに限定されるもので
はない。Ｆe,Ｃo,Ｎi,Ｃu,Ｒu,Ｒh,Ｐd,Ｏs,Ｉr,Ｐt,Ａ
uのうちの１種類もしくは複数種類の元素を用いても同
様の効果を得ることができる。
【００８０】また、上記各実施の形態においては、上記
ゲッタリングのための元素としてリン元素を用いている
が、それに限定されるものではない。窒素,リン,砒素,
ボロン,アンチモン,ビスマスのうちの１種類あるいは複
数種類の元素を用いても同様の効果を得ることができ
る。
ゲッタリングのための元素としてリン元素を用いている
が、それに限定されるものではない。窒素,リン,砒素,
ボロン,アンチモン,ビスマスのうちの１種類あるいは複
数種類の元素を用いても同様の効果を得ることができ
る。
【００８１】
【発明の効果】以上より明らかなように、第１の発明の
半導体装置の製造方法は、基板表面に形成されたａ‐Ｓ
i膜上に触媒金属を導入し、第１熱処理工程によって上
記基板の一部分のみを加熱して加熱部分のみに結晶領域
を形成し、第２熱処理工程によって上記加熱部分を徐々
に周囲に広げて上記結晶領域を拡大するので、上記ａ‐
Ｓi膜の一部分に最初に形成されたＣＧＳドメインを周
囲に拡大成長させて、上記ａ‐Ｓi膜全体に一つのＣＧ
Ｓドメインを成長できる。したがって、ＣＧＳドメイン
境界が存在しない結晶性シリコン膜を形成することがで
きるのである。
半導体装置の製造方法は、基板表面に形成されたａ‐Ｓ
i膜上に触媒金属を導入し、第１熱処理工程によって上
記基板の一部分のみを加熱して加熱部分のみに結晶領域
を形成し、第２熱処理工程によって上記加熱部分を徐々
に周囲に広げて上記結晶領域を拡大するので、上記ａ‐
Ｓi膜の一部分に最初に形成されたＣＧＳドメインを周
囲に拡大成長させて、上記ａ‐Ｓi膜全体に一つのＣＧ
Ｓドメインを成長できる。したがって、ＣＧＳドメイン
境界が存在しない結晶性シリコン膜を形成することがで
きるのである。
【００８２】さらに、上記形成された結晶性シリコン膜
を活性領域として半導体装置を形成するので、チャネル
領域にＣＧＳドメイン境界を含まない半導体装置を形成
できる。すなわち、この発明によれば、電気特性のばら
つきが小さい半導体装置を形成することができるのであ
る。さらに、上記結晶性シリコン膜内にＣＧＳドメイン
境界が存在しないため、従来のＣＧＳ成長方法に比べ
て、より自由度の高い回路レイアウトが可能となる。
を活性領域として半導体装置を形成するので、チャネル
領域にＣＧＳドメイン境界を含まない半導体装置を形成
できる。すなわち、この発明によれば、電気特性のばら
つきが小さい半導体装置を形成することができるのであ
る。さらに、上記結晶性シリコン膜内にＣＧＳドメイン
境界が存在しないため、従来のＣＧＳ成長方法に比べ
て、より自由度の高い回路レイアウトが可能となる。
【００８３】そのために、上記半導体装置をアクティブ
マトリクス液晶表示装置におけるスイッチング用の薄膜
トランジスタとすることによって、各画素の液晶表示品
位のばらつきを向上させることができるのである。
マトリクス液晶表示装置におけるスイッチング用の薄膜
トランジスタとすることによって、各画素の液晶表示品
位のばらつきを向上させることができるのである。
【００８４】また、１実施例の半導体装置の製造方法
は、基板表面にａ‐Ｓi膜を形成した後に、上記ａ‐Ｓi
膜の一部分を露出させるレジストパターンを形成してプ
ラズマ処理を行うので、上記ａ‐Ｓi膜の一部分におけ
るＣＧＳ核成長確率を高くして、上記ａ‐Ｓi膜の一部
分に、より確実に且つ短時間にＣＧＳドメインを形成す
ることができる。
は、基板表面にａ‐Ｓi膜を形成した後に、上記ａ‐Ｓi
膜の一部分を露出させるレジストパターンを形成してプ
ラズマ処理を行うので、上記ａ‐Ｓi膜の一部分におけ
るＣＧＳ核成長確率を高くして、上記ａ‐Ｓi膜の一部
分に、より確実に且つ短時間にＣＧＳドメインを形成す
ることができる。
【００８５】また、１実施例の半導体装置の製造方法
は、上記第２熱処理工程における第２熱処理温度を上記
第１熱処理工程における第１熱処理温度よりも高くした
ので、最初に形成された上記ＣＧＳドメインを周囲に拡
大成長させる速度を早めることが可能になる。したがっ
て、上記ＣＧＳドメイン成長に掛る時間を短縮すること
が可能になる。
は、上記第２熱処理工程における第２熱処理温度を上記
第１熱処理工程における第１熱処理温度よりも高くした
ので、最初に形成された上記ＣＧＳドメインを周囲に拡
大成長させる速度を早めることが可能になる。したがっ
て、上記ＣＧＳドメイン成長に掛る時間を短縮すること
が可能になる。
【００８６】また、１実施例の半導体装置の製造方法
は、結晶化を促進させる触媒金属として、鉄,コバルト,
ニッケル,銅,ルテニウム,ロジウム,パラジウム,オスミ
ウム,イリジウム,白金,金のうちの１種類あるいは複数
種類の元素を導入するので、上記ａ‐Ｓi膜の結晶化を
効果的に促進することができる。
は、結晶化を促進させる触媒金属として、鉄,コバルト,
ニッケル,銅,ルテニウム,ロジウム,パラジウム,オスミ
ウム,イリジウム,白金,金のうちの１種類あるいは複数
種類の元素を導入するので、上記ａ‐Ｓi膜の結晶化を
効果的に促進することができる。
【００８７】また、１実施例の半導体装置の製造方法
は、上記形成された結晶性シリコン膜上にゲッタリング
マスクを形成し、上記結晶性シリコン膜中にゲッタリン
グのための元素を添加し、熱処理によって上記触媒金属
をゲッタリングし、上記ゲッタリング後の結晶性シリコ
ン膜を上記活性領域として用いるので、上記ＣＧＳドメ
イン中の触媒金属を取り除くことができる。したがっ
て、作成される半導体装置におけるオフ動作時のリーク
電流の異常を無くして、高い信頼性を得ることができ
る。
は、上記形成された結晶性シリコン膜上にゲッタリング
マスクを形成し、上記結晶性シリコン膜中にゲッタリン
グのための元素を添加し、熱処理によって上記触媒金属
をゲッタリングし、上記ゲッタリング後の結晶性シリコ
ン膜を上記活性領域として用いるので、上記ＣＧＳドメ
イン中の触媒金属を取り除くことができる。したがっ
て、作成される半導体装置におけるオフ動作時のリーク
電流の異常を無くして、高い信頼性を得ることができ
る。
【００８８】また、１実施例の半導体装置の製造方法
は、上記ａ‐Ｓi膜の結晶化の際における上記基板の加
熱温度を５５０℃以上且つ６００℃以下にしたので、上
記ａ‐Ｓi膜をＣＧＳの結晶化が起る加熱温度で加熱す
ることができる。したがって、加熱部分にＣＧＳドメイ
ンを効果的に形成することができる。
は、上記ａ‐Ｓi膜の結晶化の際における上記基板の加
熱温度を５５０℃以上且つ６００℃以下にしたので、上
記ａ‐Ｓi膜をＣＧＳの結晶化が起る加熱温度で加熱す
ることができる。したがって、加熱部分にＣＧＳドメイ
ンを効果的に形成することができる。
【００８９】また、１実施例の半導体装置の製造方法
は、上記第１熱処理工程における加熱時間を０.５時間
以上且つ５時間以下とし、上記第２熱処理工程において
上記加熱部分を周囲に広げる速度を１μm/時間以上且つ
２０μm/時間以下としたので、上記ａ‐Ｓi膜の加熱部
分に一つのＣＧＳドメインを安定して形成でき、その後
上記形成されたＣＧＳドメインを安定して周囲に成長さ
せることができる。
は、上記第１熱処理工程における加熱時間を０.５時間
以上且つ５時間以下とし、上記第２熱処理工程において
上記加熱部分を周囲に広げる速度を１μm/時間以上且つ
２０μm/時間以下としたので、上記ａ‐Ｓi膜の加熱部
分に一つのＣＧＳドメインを安定して形成でき、その後
上記形成されたＣＧＳドメインを安定して周囲に成長さ
せることができる。
【００９０】また、１実施例の半導体装置の製造方法
は、上記第２熱処理温度を上記第１熱処理温度よりも高
める場合に、上記第１熱処理温度を５５０℃以上且つ６
００℃以下とし、上記第２熱処理温度を６５０℃以上且
つ１０５０℃以下とするので、ＣＧＳの結晶化が起る加
熱温度で効果的に形成されたＣＧＳドメインを、速い速
度で周囲に拡大成長させることが可能になる。
は、上記第２熱処理温度を上記第１熱処理温度よりも高
める場合に、上記第１熱処理温度を５５０℃以上且つ６
００℃以下とし、上記第２熱処理温度を６５０℃以上且
つ１０５０℃以下とするので、ＣＧＳの結晶化が起る加
熱温度で効果的に形成されたＣＧＳドメインを、速い速
度で周囲に拡大成長させることが可能になる。
【００９１】また、１実施例の半導体装置の製造方法
は、上記第２熱処理温度を第１熱処理温度よりも高める
場合に、上記第１熱処理工程における加熱時間を０.５
時間以上且つ５時間以下とし、上記第２熱処理工程にお
いて上記加熱部分を周囲に広げる速度を２０μm/時間以
上且つ６００μm/時間以下とするので、上記ａ‐Ｓi膜
の加熱部分に安定して形成された一つのＣＧＳドメイン
を、速い速度で周囲に拡大成長させることができる。し
たがって、上記ＣＧＳドメイン成長に掛る時間を短縮す
ることができるのである。
は、上記第２熱処理温度を第１熱処理温度よりも高める
場合に、上記第１熱処理工程における加熱時間を０.５
時間以上且つ５時間以下とし、上記第２熱処理工程にお
いて上記加熱部分を周囲に広げる速度を２０μm/時間以
上且つ６００μm/時間以下とするので、上記ａ‐Ｓi膜
の加熱部分に安定して形成された一つのＣＧＳドメイン
を、速い速度で周囲に拡大成長させることができる。し
たがって、上記ＣＧＳドメイン成長に掛る時間を短縮す
ることができるのである。
【００９２】また、第２の発明の半導体装置の製造装置
は、触媒金属が表面に導入されたａ‐Ｓi膜が形成され
ている基板を加熱する熱源と上記基板との間にシャッタ
を配置し、このシャッタに、上記基板の中心に対応する
位置の開口部を同心円状に開閉する開閉手段を設けたの
で、上記熱源によって上記基板を加熱する際に、上記開
閉手段によって、先ず、上記基板の中心部を所定の大き
さに開放することによって、上記非晶性シリコン膜の中
心部分のみを加熱してＣＧＳドメインを形成できる。次
に、開口部を徐々に開放することによって、最初に形成
された上記ＣＧＳドメインを拡大成長できる。したがっ
て、上記基板全体に一つのＣＧＳドメインを成長でき、
ＣＧＳドメイン境界が存在しない結晶性シリコン膜を形
成することができる。
は、触媒金属が表面に導入されたａ‐Ｓi膜が形成され
ている基板を加熱する熱源と上記基板との間にシャッタ
を配置し、このシャッタに、上記基板の中心に対応する
位置の開口部を同心円状に開閉する開閉手段を設けたの
で、上記熱源によって上記基板を加熱する際に、上記開
閉手段によって、先ず、上記基板の中心部を所定の大き
さに開放することによって、上記非晶性シリコン膜の中
心部分のみを加熱してＣＧＳドメインを形成できる。次
に、開口部を徐々に開放することによって、最初に形成
された上記ＣＧＳドメインを拡大成長できる。したがっ
て、上記基板全体に一つのＣＧＳドメインを成長でき、
ＣＧＳドメイン境界が存在しない結晶性シリコン膜を形
成することができる。
【００９３】また、第３の発明の半導体装置は、上記第
１の発明の半導体装置の製造方法によって形成されてい
るので、チャネル領域にはＣＧＳドメイン境界は含まれ
ず、電気特性のばらつきが少ない。したがって、上記半
導体装置をアクティブマトリクス液晶表示装置の薄膜ト
ランジスタとすれば、各画素の液晶表示品位のばらつき
を向上させることができる。
１の発明の半導体装置の製造方法によって形成されてい
るので、チャネル領域にはＣＧＳドメイン境界は含まれ
ず、電気特性のばらつきが少ない。したがって、上記半
導体装置をアクティブマトリクス液晶表示装置の薄膜ト
ランジスタとすれば、各画素の液晶表示品位のばらつき
を向上させることができる。
【図１】 この発明の半導体装置としての薄膜トランジ
スタの製造方法における製造工程を示す断面図である。
スタの製造方法における製造工程を示す断面図である。
【図２】 図１に続く製造工程を示す断面図である。
【図３】 図１の製造工程に用いる加熱装置の機能説明
図である。
図である。
【図４】 ＣＧＳ成長時における触媒金属の存在位置の
説明図である。
説明図である。
【図５】 基板上ＣＧＳドメイン被服率の成長時間依存
性を示す図である。
性を示す図である。
【図６】 ＣＧＳドメイン成長速度の成長温度依存性を
示す図である。
示す図である。
【図７】 ＣＧＳドメイン成長時における基板の温度分
布およびＣＧＳドメイン成長の時間経過を示す図であ
る。
布およびＣＧＳドメイン成長の時間経過を示す図であ
る。
【図８】 ドメインサイズのプラズマ処理時間依存性を
示す図である。
示す図である。
【図９】 図１と一部が異なる薄膜トランジスタの製造
方法における製造工程を示す断面図である。
方法における製造工程を示す断面図である。
【図１０】 従来のＣＧＳ膜成長方法によるＣＧＳ膜成
長の様子を示す平面図図である。
長の様子を示す平面図図である。
１１,４１…石英基板、
１２,４２…α‐Ｓi膜、
１３,４５…触媒金属元素(Ｎi元素)、
１４…ＣＧＳ膜、
１５…ゲッタリングマスク、
１６,４４…開口部、
１７…リンイオン、
１８…リンイオン注入ＣＧＳ膜、
１９…酸化膜、
２０a,２０b…活性領域、
２１…ゲート酸化膜、
２２a,２２b…ゲート電極、
２３a,２３b…ソース領域、
２４a,２４b…ドレイン領域、
２５a,２５b…チヤネル領域、
２６…層間絶縁膜、
２７a,２７b…ソース電極、
２８a,２８b…ドレイン電極、
２９…窒化膜、
３１…結晶化したシリコン、
３２…ＣＧＳ成長端、
３５…熱源、
３６…シャッタ、
３７…開口部、
４３…レジスト。
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5F048 AC04 BA10 BA16 BE08 BG07
5F052 AA11 AA13 AA15 CA04 DA02
DB02 EA16 FA06 HA06 JA01
5F110 AA30 CC02 DD03 FF02 FF09
FF22 FF29 GG13 GG16 GG25
GG47 HJ01 PP01 PP13 PP23
PP29 PP34 QQ28
Claims (17)
- 【請求項１】 基板表面に非晶質シリコン膜を形成する
工程と、 上記非晶質シリコン膜上に、結晶化を促進させる触媒金
属を導入する工程と、 上記基板の一部分のみを加熱して上記非晶質シリコン膜
の結晶化を行い、加熱部分のみに結晶領域を形成する第
１熱処理工程と、 引き続いて、上記加熱部分を徐々に周囲に広げて上記結
晶化を行い、上記結晶領域を周囲に拡大する第２熱処理
工程と、 形成された結晶性シリコン膜を活性領域として用いて半
導体装置を形成する工程を備えたことを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の半導体装置の製造方法
において、 上記非晶質シリコン膜を形成する工程の後であって、上
記触媒金属を導入する工程の前に、 上記非晶質シリコン膜上にレジスト膜を形成して、上記
第１熱処理工程において加熱される部分のみを開口する
ように上記レジスト膜をパターニングする工程と、 全面にプラズマ処理を行う工程を備えたことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１あるいは請求項２に記載の半導
体装置の製造方法において、 上記第２熱処理工程における第２熱処理温度は、上記第
１熱処理工程における第１熱処理温度よりも高いことを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 請求項１に記載の半導体装置の製造方法
おいて、 上記第１熱処理工程時に上記非晶シリコン膜が加熱され
る領域の外径は２０ミクロン以上且つ２００ミクロン以
下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 請求項１に記載の半導体装置の製造方法
おいて、 上記結晶化を促進させる触媒金属として、鉄,コバルト,
ニッケル,銅,ルテニウム,ロジウム,パラジウム,オスミ
ウム,イリジウム,白金,金のうちの１種類あるいは複数
種類の元素を導入することを特徴とする半導体装置の製
造方法。 - 【請求項６】 請求項１に記載の半導体装置の製造方法
おいて、 上記第２熱処理工程によって形成された結晶性シリコン
膜上に、シリコンとは異なる材質のゲッタリングマスク
を形成する工程と、 上記ゲッタリングマスクの開口部から上記結晶性シリコ
ン膜中にゲッタリングのための元素を添加する工程と、 熱処理によって、上記ゲッタリングマスクの開口部に位
置する上記結晶性シリコン膜に上記触媒金属をゲッタリ
ングする工程を備えて、上記ゲッタリング後の結晶性シ
リコン膜を上記活性領域として用いることを特徴とする
半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】 請求項６に記載の半導体装置の製造方法
おいて、 上記ゲッタリング時における熱処理の温度は６００℃以
上且つ７００℃以下であることを特徴とする半導体装置
の製造方法。 - 【請求項８】 請求項６に記載の半導体装置の製造方法
おいて、 上記ゲッタリングのための元素として、窒素,リン,砒
素,ボロン,アンチモン,ビスマスのうちの１種類あるい
は複数種類の元素を添加することを特徴とする半導体装
置の製造方法。 - 【請求項９】 請求項１に記載の半導体装置の製造方法
おいて、 上記非晶質シリコン膜の結晶化時における上記基板の加
熱温度は５５０℃以上且つ６００℃以下であることを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１０】 請求項１に記載の半導体装置の製造方
法おいて、 上記第１熱処理工程における加熱時間は、０.５時間以
上且つ５時間以下であり、 上記第２熱処理工程において、上記加熱部分を周囲に広
げる速度は、１μm/時間以上且つ２０μm/時間以下であ
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１１】 請求項２に記載の半導体装置の製造方
法おいて、 上記プラズマ処理には、アルゴンあるいはクリプトン等
の希ガス,酸素および窒素のうちの少なくとも一つを含
むガスをプラズマ化させたものを用いることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項１２】 請求項２に記載の半導体装置の製造方
法おいて、 上記レジスト膜をパターニングする際における上記開口
部の大きさは１ミクロン以上且つ１００ミクロン以下で
あることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１３】 請求項３に記載の半導体装置の製造方
法おいて、 上記第１熱処理温度は５５０℃以上且つ６００℃以下で
あり、 上記第２熱処理温度は６５０℃以上且つ１０５０℃以下
であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１４】 請求項３に記載の半導体装置の製造方
法おいて、 上記第１熱処理工程における加熱時間は、０.５時間以
上且つ５時間以下であり、 上記第２熱処理工程において、上記加熱部分を周囲に広
げる際の速度は、２０μm/時間以上且つ６００μm/時間
以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１５】 請求項１乃至請求項３の何れか一つに
記載の半導体装置の製造方法に用いられる半導体装置の
製造装置であって、 上記触媒金属が表面に導入された非晶質シリコン膜が形
成されている上記基板を、表面側あるいは裏面側から加
熱する熱源と、 上記基板と熱源との間に配置されて上記熱源から上記基
板への熱を遮蔽すると共に、上記基板の中心に対応する
位置を中心とする円形の開口部を同心円状に開閉する開
閉手段を有するシャッタを備えたことを特徴とする半導
体装置の製造装置。 - 【請求項１６】 請求項１５に記載の半導体装置の製造
装置において、 上記シャッタにおける開閉手段が上記開口部を開放する
速度は、１μm/ｈ以上且つ６００μm/ｈ以下であること
を特徴とする半導体装置の製造装置。 - 【請求項１７】 請求項１乃至請求項３および請求項６
の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法によって形
成されたことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001291404A JP2003100632A (ja) | 2001-09-25 | 2001-09-25 | 半導体装置の製造方法および製造装置、並びに、半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001291404A JP2003100632A (ja) | 2001-09-25 | 2001-09-25 | 半導体装置の製造方法および製造装置、並びに、半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003100632A true JP2003100632A (ja) | 2003-04-04 |
Family
ID=19113550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001291404A Pending JP2003100632A (ja) | 2001-09-25 | 2001-09-25 | 半導体装置の製造方法および製造装置、並びに、半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003100632A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009135488A (ja) * | 2007-11-30 | 2009-06-18 | Tera Semicon Corp | シリコンの結晶化方法 |
| CN101894867A (zh) * | 2009-05-21 | 2010-11-24 | 索尼公司 | 薄膜晶体管、显示器和电子装置 |
-
2001
- 2001-09-25 JP JP2001291404A patent/JP2003100632A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009135488A (ja) * | 2007-11-30 | 2009-06-18 | Tera Semicon Corp | シリコンの結晶化方法 |
| CN101894867A (zh) * | 2009-05-21 | 2010-11-24 | 索尼公司 | 薄膜晶体管、显示器和电子装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3713232B2 (ja) | 結晶質シリコン活性層を含む薄膜トランジスタの製造方法 | |
| KR100721555B1 (ko) | 박막트랜지스터 및 그 제조 방법 | |
| US7452762B2 (en) | Thin film transistor and method of fabricating the same | |
| JP2002329667A (ja) | シリコン薄膜結晶化方法および薄膜トランジスタの製造方法 | |
| JPH07245277A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2000036465A (ja) | 遷移金属連続送達法から製造される単結晶薄膜トランジスタ | |
| JPH10135137A (ja) | 結晶性半導体作製方法 | |
| JPH10229048A (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP3432187B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| TWI230407B (en) | Semiconductor film, method for manufacturing semiconductor film, semiconductor device, and method for manufacturing semiconductor device | |
| JP2002334838A (ja) | シリコン薄膜結晶化方法および薄膜トランジスタの製造方法 | |
| JP2001319878A (ja) | 半導体製造方法 | |
| JPH0567635A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2003100632A (ja) | 半導体装置の製造方法および製造装置、並びに、半導体装置 | |
| JP2005532685A (ja) | Ｔｆｔ電子装置とその製造 | |
| JP2008198643A (ja) | 結晶質半導体膜の製造方法およびアクティブマトリクス基板の製造方法 | |
| JP2001057339A (ja) | 半導体装置およびその作製方法 | |
| KR100699991B1 (ko) | 박막트랜지스터 제조 방법 | |
| JP2002280560A (ja) | 半導体素子の製造方法、その製造方法によって製造される半導体素子及び半導体装置 | |
| JP3585534B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP3124445B2 (ja) | 半導体装置およびその作製方法 | |
| JPH11289096A (ja) | 薄膜トランジスタ | |
| JP3190518B2 (ja) | 半導体装置作製方法 | |
| JP2003249447A (ja) | 半導体の製造方法および半導体装置 | |
| JP2002124468A (ja) | 半導体装置の製造方法および半導体装置 |