JP2003243303A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 多結晶珪素膜内の結晶欠陥を低減する。
【解決手段】 絶縁性表面を有する石英基板１上に厚さ
５００Åの非晶質珪素膜を成膜し、その非晶質珪素膜に
温度６００℃、１２時間の第１の加熱処理を行って、第
１の結晶性珪素膜である多結晶珪素膜２を形成し、さら
に多結晶珪素膜２に、水素およびシランを含む混合ガス
の雰囲気にて、温度９００℃、５分の第２の加熱処理を
行い第２の結晶性珪素膜である単結晶珪素膜の結晶状態
に近い多結晶珪素膜２ａを形成する。
５００Åの非晶質珪素膜を成膜し、その非晶質珪素膜に
温度６００℃、１２時間の第１の加熱処理を行って、第
１の結晶性珪素膜である多結晶珪素膜２を形成し、さら
に多結晶珪素膜２に、水素およびシランを含む混合ガス
の雰囲気にて、温度９００℃、５分の第２の加熱処理を
行い第２の結晶性珪素膜である単結晶珪素膜の結晶状態
に近い多結晶珪素膜２ａを形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に関し、特に、結晶性珪素膜を用いた薄膜
トランジスタ等の半導体装置およびその製造方法に関す
る。
その製造方法に関し、特に、結晶性珪素膜を用いた薄膜
トランジスタ等の半導体装置およびその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来技術】従来より、結晶性珪素膜を用いた薄膜トラ
ンジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：
以下、ＴＦＴと記す）等の半導体装置は、例えば、ドラ
イバー回路を内蔵したアクティブマトリクス型液晶表示
装置等に広く用いられている。最近では、さらに高機能
な回路を内蔵しシステム化された液晶表示装置が要望さ
れている。このような市場動向により、ＴＦＴには、高
速動作および低電圧動作の高性能な特性が必要となり、
このためＴＦＴに使用される結晶性珪素膜の結晶性の向
上が不可欠となる。
ンジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：
以下、ＴＦＴと記す）等の半導体装置は、例えば、ドラ
イバー回路を内蔵したアクティブマトリクス型液晶表示
装置等に広く用いられている。最近では、さらに高機能
な回路を内蔵しシステム化された液晶表示装置が要望さ
れている。このような市場動向により、ＴＦＴには、高
速動作および低電圧動作の高性能な特性が必要となり、
このためＴＦＴに使用される結晶性珪素膜の結晶性の向
上が不可欠となる。
【０００３】高品質な結晶性珪素膜の製造方法として
は、非晶質珪素膜に結晶化を助長する触媒金属、例えば
ニッケル（Ｎｉ）を添加し加熱処理によって、非晶質珪
素膜を結晶性珪素膜に結晶化させる方法がある。
は、非晶質珪素膜に結晶化を助長する触媒金属、例えば
ニッケル（Ｎｉ）を添加し加熱処理によって、非晶質珪
素膜を結晶性珪素膜に結晶化させる方法がある。
【０００４】このような結晶性珪素膜の製造方法が、特
開平１０−２２３５３３号公報に開示されている。図７
（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ特開平１０−２２３５３３
号公報に開示されている結晶性珪素膜の製造方法におけ
る各工程を示す断面図である。
開平１０−２２３５３３号公報に開示されている。図７
（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ特開平１０−２２３５３３
号公報に開示されている結晶性珪素膜の製造方法におけ
る各工程を示す断面図である。
【０００５】まず、図７（ａ）に示すように、ガラス基
板１００上に、プラズマＣＶＤ法によって厚さ５００Å
の非晶質珪素膜１２２を成膜する。そして、非晶質珪素
膜１２２の表面の汚れおよび自然酸化膜を除去するため
にフッ酸処理を行う。その後、酸素（Ｏ2）雰囲気に
て、非晶質珪素膜１２２に紫外光を５分間照射して非晶
質珪素膜１２２の表面に厚さ１０〜５０Åの酸化膜を形
成し、さらに、その酸化膜上に触媒金属であるニッケル
（Ｎｉ）の濃度が１００ｐｐｍの酢酸ニッケル溶液を滴
下し、スピナーを用いてスピンドライを行って、非晶質
珪素膜１２２の表面全体に酢酸ニッケルの薄膜１２３を
形成する。
板１００上に、プラズマＣＶＤ法によって厚さ５００Å
の非晶質珪素膜１２２を成膜する。そして、非晶質珪素
膜１２２の表面の汚れおよび自然酸化膜を除去するため
にフッ酸処理を行う。その後、酸素（Ｏ2）雰囲気に
て、非晶質珪素膜１２２に紫外光を５分間照射して非晶
質珪素膜１２２の表面に厚さ１０〜５０Åの酸化膜を形
成し、さらに、その酸化膜上に触媒金属であるニッケル
（Ｎｉ）の濃度が１００ｐｐｍの酢酸ニッケル溶液を滴
下し、スピナーを用いてスピンドライを行って、非晶質
珪素膜１２２の表面全体に酢酸ニッケルの薄膜１２３を
形成する。
【０００６】次に、図７（ｂ）に示すように、窒素（Ｎ
2）雰囲気において、温度６００℃、４時間の加熱処理
を行い酢酸ニッケルを熱分解してニッケル（Ｎｉ）元素
を非晶質珪素膜１２２内に導入し、非晶質珪素膜１２２
を結晶化させ結晶性珪素膜１２０を形成する。
2）雰囲気において、温度６００℃、４時間の加熱処理
を行い酢酸ニッケルを熱分解してニッケル（Ｎｉ）元素
を非晶質珪素膜１２２内に導入し、非晶質珪素膜１２２
を結晶化させ結晶性珪素膜１２０を形成する。
【０００７】次に、結晶性珪素膜１２０にパルス発振型
ＫｒＦレーザーを照射して、レーザーアニールを行い結
晶性珪素膜１２０内のＮｉ元素を分散した状態にする。
その後、図７（ｃ）に示すように、フッ酸（ＨＦ）処理
を行って結晶性珪素膜１２０の表面の酸化珪素膜を除去
し、結晶性珪素膜１２０上に、プラズマＣＶＤ法によっ
て厚さ１０００Åの窒化珪素膜１３０を成膜する。
ＫｒＦレーザーを照射して、レーザーアニールを行い結
晶性珪素膜１２０内のＮｉ元素を分散した状態にする。
その後、図７（ｃ）に示すように、フッ酸（ＨＦ）処理
を行って結晶性珪素膜１２０の表面の酸化珪素膜を除去
し、結晶性珪素膜１２０上に、プラズマＣＶＤ法によっ
て厚さ１０００Åの窒化珪素膜１３０を成膜する。
【０００８】次に、図７（ｄ）に示すように、窒化珪素
膜１３０をエッチングして、結晶性珪素膜１２０上に、
所定の形状の窒化珪素膜１３０ａを形成する。そして、
窒化珪素膜１３０ａをマスクとして用いて、窒化珪素膜
１３０ａにて被覆されていない結晶性珪素膜１２０の領
域に、プラズマドーピング法によって燐（Ｐ）イオンを
注入し、燐（Ｐ）注入領域１２４を形成する。ここで、
ドーピング条件は、加速電圧が５〜２５ｋＶ、ドーズ量
が５×１０14原子／ｃｍ2とする。
膜１３０をエッチングして、結晶性珪素膜１２０上に、
所定の形状の窒化珪素膜１３０ａを形成する。そして、
窒化珪素膜１３０ａをマスクとして用いて、窒化珪素膜
１３０ａにて被覆されていない結晶性珪素膜１２０の領
域に、プラズマドーピング法によって燐（Ｐ）イオンを
注入し、燐（Ｐ）注入領域１２４を形成する。ここで、
ドーピング条件は、加速電圧が５〜２５ｋＶ、ドーズ量
が５×１０14原子／ｃｍ2とする。
【０００９】その後、窒素（Ｎ2）雰囲気において、温
度６００℃、２時間の加熱処理を行い、窒化珪素膜１３
０ａの下層の結晶性珪素膜１２０内の触媒金属であるニ
ッケル（Ｎｉ）を燐（Ｐ）注入領域１２４に向かって移
動（ゲッタリング）させる（矢印の方向）。
度６００℃、２時間の加熱処理を行い、窒化珪素膜１３
０ａの下層の結晶性珪素膜１２０内の触媒金属であるニ
ッケル（Ｎｉ）を燐（Ｐ）注入領域１２４に向かって移
動（ゲッタリング）させる（矢印の方向）。
【００１０】次に、窒化珪素膜１３０ａをマスクとして
用いて、ニッケル（Ｎｉ）が移動（ゲッタリング）した
燐（Ｐ）注入領域１２４をエッチングすることによって
除去する。この場合、窒化珪素膜１３０ａの下層の結晶
性珪素膜１２０は、燐（Ｐ）注入領域１２４の近傍に
て、ニッケル（Ｎｉ）の残留濃度が高くなっている可能
性があるために、結晶性珪素膜１２０側の一部の領域も
除去される。その後、図７（ｅ）に示すように、窒化珪
素膜１３０ａも除去し、触媒金属であるニッケル（Ｎ
ｉ）の残留濃度が低減され、結晶状態が良好な結晶性珪
素膜１２０ａが得られる。そして、結晶性珪素膜１２０
ａは、ＴＦＴの活性領域に使用される。
用いて、ニッケル（Ｎｉ）が移動（ゲッタリング）した
燐（Ｐ）注入領域１２４をエッチングすることによって
除去する。この場合、窒化珪素膜１３０ａの下層の結晶
性珪素膜１２０は、燐（Ｐ）注入領域１２４の近傍に
て、ニッケル（Ｎｉ）の残留濃度が高くなっている可能
性があるために、結晶性珪素膜１２０側の一部の領域も
除去される。その後、図７（ｅ）に示すように、窒化珪
素膜１３０ａも除去し、触媒金属であるニッケル（Ｎ
ｉ）の残留濃度が低減され、結晶状態が良好な結晶性珪
素膜１２０ａが得られる。そして、結晶性珪素膜１２０
ａは、ＴＦＴの活性領域に使用される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７
（ａ）〜（ｅ）に示す結晶性珪素膜の製造方法にて作製
される結晶性珪素膜では、多結晶珪素膜としては優れた
結晶状態を有しているが、単結晶珪素膜に比べると、以
下の結晶欠陥が多く発生するという問題点がある。
（ａ）〜（ｅ）に示す結晶性珪素膜の製造方法にて作製
される結晶性珪素膜では、多結晶珪素膜としては優れた
結晶状態を有しているが、単結晶珪素膜に比べると、以
下の結晶欠陥が多く発生するという問題点がある。
【００１２】（１）結晶表面が平坦でなく、結晶表面の
凹凸（段差）が大きい。
凹凸（段差）が大きい。
【００１３】（２）結晶表面および結晶内部に多くの空
隙（原子の欠損部分）、マクロな孔等が存在する。
隙（原子の欠損部分）、マクロな孔等が存在する。
【００１４】（３）結晶内部に原子配列の不規則な領域
が存在する。
が存在する。
【００１５】本発明は、このような課題を解決するもの
であり、その目的は、多結晶珪素膜内の結晶欠陥を低減
し、単結晶珪素膜に近い結晶状態を有する多結晶珪素膜
を形成するとともに、信頼性が高く高性能な特性を有す
る半導体装置およびその製造方法を提供することにあ
る。
であり、その目的は、多結晶珪素膜内の結晶欠陥を低減
し、単結晶珪素膜に近い結晶状態を有する多結晶珪素膜
を形成するとともに、信頼性が高く高性能な特性を有す
る半導体装置およびその製造方法を提供することにあ
る。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、絶縁性表面を有する基板上に所定の膜厚の非
晶質珪素膜を形成し、第１の加熱処理を行い該非晶質珪
素膜を結晶成長させ、第１の結晶性珪素膜を形成する工
程と、該第１の結晶性珪素膜に、水素を含む混合ガスの
雰囲気にて、第２の加熱処理を施し、第２の結晶性珪素
膜を形成する工程と、を包含することを特徴とする。
造方法は、絶縁性表面を有する基板上に所定の膜厚の非
晶質珪素膜を形成し、第１の加熱処理を行い該非晶質珪
素膜を結晶成長させ、第１の結晶性珪素膜を形成する工
程と、該第１の結晶性珪素膜に、水素を含む混合ガスの
雰囲気にて、第２の加熱処理を施し、第２の結晶性珪素
膜を形成する工程と、を包含することを特徴とする。
【００１７】前記第１の結晶性珪素膜の形成は、前記非
晶質珪素膜上に結晶化を助長する第１の元素を導入し
て、前記第１の加熱処理を行った後に、該第１の元素を
選択的に引き寄せる効果を有する第２の元素を添加する
工程と、第３の加熱処理によって該第１の元素を、該第
２の元素が添加された領域に移動させ、該第２の元素が
添加された領域を除去する工程とを包含する。
晶質珪素膜上に結晶化を助長する第１の元素を導入し
て、前記第１の加熱処理を行った後に、該第１の元素を
選択的に引き寄せる効果を有する第２の元素を添加する
工程と、第３の加熱処理によって該第１の元素を、該第
２の元素が添加された領域に移動させ、該第２の元素が
添加された領域を除去する工程とを包含する。
【００１８】前記第２の加熱処理を施す前に、前記結晶
性珪素膜の表面に形成される酸化膜を除去する工程を有
する。
性珪素膜の表面に形成される酸化膜を除去する工程を有
する。
【００１９】前記第２の加熱処理を施す前に、前記結晶
性珪素膜上に酸化膜を、一旦成膜した後に除去する工程
を有する。
性珪素膜上に酸化膜を、一旦成膜した後に除去する工程
を有する。
【００２０】前記第２の加熱処理の温度が８００℃以上
である。
である。
【００２１】前記混合ガスは、シラン、ジクロルシラ
ン、トリクロルシラン、テトラクロルシラン、ジシラ
ン、トリシランの少なくとも１種類を含んでいる。
ン、トリクロルシラン、テトラクロルシラン、ジシラ
ン、トリシランの少なくとも１種類を含んでいる。
【００２２】前記第１の元素は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕから選
択された１種類または複数種類の元素である。
ｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕから選
択された１種類または複数種類の元素である。
【００２３】前記第２の元素は、Ｖ族Ｂの元素である。
【００２４】前記Ｖ族Ｂの元素が燐（Ｐ）である。
【００２５】本発明の半導体装置は、絶縁性表面を有す
る基板上に、第２の結晶性珪素膜を有する半導体装置で
あって、第２の結晶性珪素膜は、該基板上に形成された
非晶質珪素膜に第１の加熱処理を行うことにより結晶化
した第１の結晶性珪素膜に、水素を含む混合ガスの雰囲
気にて、第２の加熱処理を行うことによって形成されて
おり、該第２の結晶性珪素膜内のダングリングボンド
（不対電子）の密度が１×１０15〜１×１０17／ｃｍ3
の範囲内であることを特徴とする。
る基板上に、第２の結晶性珪素膜を有する半導体装置で
あって、第２の結晶性珪素膜は、該基板上に形成された
非晶質珪素膜に第１の加熱処理を行うことにより結晶化
した第１の結晶性珪素膜に、水素を含む混合ガスの雰囲
気にて、第２の加熱処理を行うことによって形成されて
おり、該第２の結晶性珪素膜内のダングリングボンド
（不対電子）の密度が１×１０15〜１×１０17／ｃｍ3
の範囲内であることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。
の実施の形態を説明する。
【００２７】図１（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発
明の第１の実施形態の半導体装置の製造方法における多
結晶珪素膜を成膜する主要工程を示す断面図である。
明の第１の実施形態の半導体装置の製造方法における多
結晶珪素膜を成膜する主要工程を示す断面図である。
【００２８】まず、図１（ａ）に示すように、石英基板
等の絶縁性基板１上に、減圧ＣＶＤ法によって、Ｓｉ2
Ｈ6（ジシラン）を原料ガスとして、温度４５０℃にて
厚さ２００Å〜１５００Å、例えば５００Åの非晶質珪
素膜を成膜する。その後、窒素（Ｎ2）雰囲気におい
て、温度６００℃、１２時間の第１の加熱処理を行い、
非晶質珪素膜を結晶化させ、多結晶珪素膜２を形成す
る。
等の絶縁性基板１上に、減圧ＣＶＤ法によって、Ｓｉ2
Ｈ6（ジシラン）を原料ガスとして、温度４５０℃にて
厚さ２００Å〜１５００Å、例えば５００Åの非晶質珪
素膜を成膜する。その後、窒素（Ｎ2）雰囲気におい
て、温度６００℃、１２時間の第１の加熱処理を行い、
非晶質珪素膜を結晶化させ、多結晶珪素膜２を形成す
る。
【００２９】次に、多結晶珪素膜２の表面の自然酸化膜
を希フッ酸を用いて除去し、水素に珪素を含んだガスを
添加した混合ガスの雰囲気において、多結晶珪素膜２に
第２の加熱処理を施し、図１（ｂ）に示すように、多結
晶珪素膜２ａを形成する。
を希フッ酸を用いて除去し、水素に珪素を含んだガスを
添加した混合ガスの雰囲気において、多結晶珪素膜２に
第２の加熱処理を施し、図１（ｂ）に示すように、多結
晶珪素膜２ａを形成する。
【００３０】第２の加熱処理の条件は、温度９００℃、
処理時間：５分、圧力：２０Ｔｏｒｒ、混合ガスの流
量：Ｈ2ガス＝２３０ｌ／ｍｉｎ、Ｓｉ2Ｈ4（シラン）
ガス＝０．００５ｌ／ｍｉｎであるか、または、温度１
０５０℃、処理時間５分、圧力：８０Ｔｏｒｒ、混合ガ
スの流量：Ｈ2ガス＝２３０ｌ／ｍｉｎ、Ｓｉ2Ｈ2Ｃｌ2
（ジクロルシラン）ガス＝０．００５ｌ／ｍｉｎであ
る。
処理時間：５分、圧力：２０Ｔｏｒｒ、混合ガスの流
量：Ｈ2ガス＝２３０ｌ／ｍｉｎ、Ｓｉ2Ｈ4（シラン）
ガス＝０．００５ｌ／ｍｉｎであるか、または、温度１
０５０℃、処理時間５分、圧力：８０Ｔｏｒｒ、混合ガ
スの流量：Ｈ2ガス＝２３０ｌ／ｍｉｎ、Ｓｉ2Ｈ2Ｃｌ2
（ジクロルシラン）ガス＝０．００５ｌ／ｍｉｎであ
る。
【００３１】多結晶珪素膜２ａは、水素に珪素を含んだ
ガスを添加した混合ガスの雰囲気における第２の加熱処
理によって、多結晶珪素膜２ａの表面粗さ（凹凸の程
度：Ｒｒｍｓ（２乗平均平方根粗さ））が２ｎｍとな
り、第２の加熱処理前の多結晶珪素膜２の表面粗さが１
０ｎｍであるのと比較して大幅に表面粗さが改善され
る。
ガスを添加した混合ガスの雰囲気における第２の加熱処
理によって、多結晶珪素膜２ａの表面粗さ（凹凸の程
度：Ｒｒｍｓ（２乗平均平方根粗さ））が２ｎｍとな
り、第２の加熱処理前の多結晶珪素膜２の表面粗さが１
０ｎｍであるのと比較して大幅に表面粗さが改善され
る。
【００３２】また、電子スピン共鳴法によって、多結晶
珪素膜２ａ内部の主な結晶欠陥であるダングリングボン
ド（不対電子）の密度を測定すると、５×１０16／ｃｍ
3であり、従来の多結晶珪素膜のダングリングボンドの
密度が１×１０17〜１×１０ 19／ｃｍ3であるのと比較
して著しく改善されている。
珪素膜２ａ内部の主な結晶欠陥であるダングリングボン
ド（不対電子）の密度を測定すると、５×１０16／ｃｍ
3であり、従来の多結晶珪素膜のダングリングボンドの
密度が１×１０17〜１×１０ 19／ｃｍ3であるのと比較
して著しく改善されている。
【００３３】このように、水素に珪素を含んだガスを添
加した混合ガスの雰囲気における第２の加熱処理によっ
て、多結晶珪素膜２ａの結晶欠陥が低減される理由を、
図２（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。
加した混合ガスの雰囲気における第２の加熱処理によっ
て、多結晶珪素膜２ａの結晶欠陥が低減される理由を、
図２（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。
【００３４】図２（ａ）〜（ｃ）は、多結晶珪素膜ａの
結晶欠陥が低減されるメカニズムを示す拡大断面図であ
る。
結晶欠陥が低減されるメカニズムを示す拡大断面図であ
る。
【００３５】図２（ａ）は、図１（ａ）に示す石英基板
等の絶縁性基板１上に成膜された非晶質珪素膜に、温度
６００℃、１２時間の第１の加熱処理を行い非晶質珪素
膜を結晶化させた多結晶珪素膜２の拡大断面図である。
図２（ａ）に示すように、多結晶珪素膜２の表面は、平
坦でなく、大きな結晶表面の凹凸（段差）３が存在す
る。また、多結晶珪素膜２の表面近傍および内部には、
微小な孔４、空隙５、原子配列の不規則な領域６等の結
晶欠陥が多数存在する。
等の絶縁性基板１上に成膜された非晶質珪素膜に、温度
６００℃、１２時間の第１の加熱処理を行い非晶質珪素
膜を結晶化させた多結晶珪素膜２の拡大断面図である。
図２（ａ）に示すように、多結晶珪素膜２の表面は、平
坦でなく、大きな結晶表面の凹凸（段差）３が存在す
る。また、多結晶珪素膜２の表面近傍および内部には、
微小な孔４、空隙５、原子配列の不規則な領域６等の結
晶欠陥が多数存在する。
【００３６】このような図２（ａ）に示す多結晶珪素膜
２に、水素に珪素を含んだガスを添加した混合ガスの雰
囲気における第２の加熱処理を施すと、図２（ｂ）に示
すように、多結晶珪素膜２の表面および内部では、Ｓｉ
原子の増速拡散が生じることにより、結晶表面の凹凸
（段差）３および結晶状態が乱れた原子配列の不規則な
領域６が、規則的な原子配列に再配列される。また、多
結晶珪素膜２の上方の気相より珪素が、多結晶珪素膜２
に供給され、その気相から供給された珪素によって、多
結晶珪素膜２の表面近傍の微小な孔４が封止される。さ
らに、多結晶珪素膜２の厚さが薄い、例えば厚さ０．２
μｍ以下の場合には、先の気相から供給された珪素によ
って、多結晶珪素膜２内部の空隙５も埋め込まれる。
２に、水素に珪素を含んだガスを添加した混合ガスの雰
囲気における第２の加熱処理を施すと、図２（ｂ）に示
すように、多結晶珪素膜２の表面および内部では、Ｓｉ
原子の増速拡散が生じることにより、結晶表面の凹凸
（段差）３および結晶状態が乱れた原子配列の不規則な
領域６が、規則的な原子配列に再配列される。また、多
結晶珪素膜２の上方の気相より珪素が、多結晶珪素膜２
に供給され、その気相から供給された珪素によって、多
結晶珪素膜２の表面近傍の微小な孔４が封止される。さ
らに、多結晶珪素膜２の厚さが薄い、例えば厚さ０．２
μｍ以下の場合には、先の気相から供給された珪素によ
って、多結晶珪素膜２内部の空隙５も埋め込まれる。
【００３７】この結果、図２（ｃ）に示すように多結晶
珪素膜２の結晶表面の凹凸（段差）３、微小な孔４、空
隙５、原子配列の不規則な領域６等の結晶欠陥が修正さ
れ、より単結晶珪素膜の結晶状態に近い多結晶珪素膜２
ａが得られる。
珪素膜２の結晶表面の凹凸（段差）３、微小な孔４、空
隙５、原子配列の不規則な領域６等の結晶欠陥が修正さ
れ、より単結晶珪素膜の結晶状態に近い多結晶珪素膜２
ａが得られる。
【００３８】図３（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実
施形態の半導体装置の製造方法における多結晶珪素膜を
成膜する主要工程を示す断面図である。
施形態の半導体装置の製造方法における多結晶珪素膜を
成膜する主要工程を示す断面図である。
【００３９】まず、図３（ａ）に示すように、石英基板
等の絶縁性基板１上に、減圧ＣＶＤ法によって、Ｓｉ2
Ｈ6（ジシラン）を原料ガスとして、温度４５０℃にて
厚さ２００Å〜１５００Å、例えば７００Åの非晶質珪
素膜を成膜する。その後、窒素（Ｎ2）雰囲気におい
て、温度６００℃、１２時間の第１の加熱処理を行い、
非晶質珪素膜を結晶化させ、多結晶珪素膜２を形成す
る。
等の絶縁性基板１上に、減圧ＣＶＤ法によって、Ｓｉ2
Ｈ6（ジシラン）を原料ガスとして、温度４５０℃にて
厚さ２００Å〜１５００Å、例えば７００Åの非晶質珪
素膜を成膜する。その後、窒素（Ｎ2）雰囲気におい
て、温度６００℃、１２時間の第１の加熱処理を行い、
非晶質珪素膜を結晶化させ、多結晶珪素膜２を形成す
る。
【００４０】次に、図３（ｂ）に示すように、多結晶珪
素膜２上に、酸素（Ｏ2）雰囲気にて温度９００℃の加
熱処理を行い厚み４００Åの酸化膜７を形成する。この
場合、酸化膜７の形成は、酸素および塩酸混の混合ガス
雰囲気、または、水蒸気雰囲気にて行っても良い。ま
た、酸化膜７を形成する前に、一度、ＣＶＤ法によって
酸化膜を形成し、その後、ＣＶＤ法によって形成された
酸化膜上に、先の手順にて酸化膜７を形成する方が、多
結晶珪素膜２の表面を緩やかに酸化するために、多結晶
珪素膜２内の結晶欠陥領域での増速酸化が抑制される。
素膜２上に、酸素（Ｏ2）雰囲気にて温度９００℃の加
熱処理を行い厚み４００Åの酸化膜７を形成する。この
場合、酸化膜７の形成は、酸素および塩酸混の混合ガス
雰囲気、または、水蒸気雰囲気にて行っても良い。ま
た、酸化膜７を形成する前に、一度、ＣＶＤ法によって
酸化膜を形成し、その後、ＣＶＤ法によって形成された
酸化膜上に、先の手順にて酸化膜７を形成する方が、多
結晶珪素膜２の表面を緩やかに酸化するために、多結晶
珪素膜２内の結晶欠陥領域での増速酸化が抑制される。
【００４１】次に、図３（ｃ）に示すように、多結晶珪
素膜２上の酸化膜７を希フッ酸を用いて除去する。
素膜２上の酸化膜７を希フッ酸を用いて除去する。
【００４２】次に、水素に珪素を含んだガスを添加した
混合ガスの雰囲気において、多結晶珪素膜２に第２の加
熱処理を施し、図３（ｄ）に示すように、多結晶珪素膜
２ａを形成する。
混合ガスの雰囲気において、多結晶珪素膜２に第２の加
熱処理を施し、図３（ｄ）に示すように、多結晶珪素膜
２ａを形成する。
【００４３】第２の加熱処理の条件は、温度９００℃、
処理時間：５分、圧力：２０Ｔｏｒｒ、混合ガスの流
量：Ｈ2ガス＝２３０ｌ／ｍｉｎ、Ｓｉ2Ｈ4（シラン）
ガス＝０．００５ｌ／ｍｉｎであるか、または、温度１
０５０℃、処理時間５分、圧力：８０Ｔｏｒｒ、混合ガ
スの流量：Ｈ2ガス＝２３０ｌ／ｍｉｎ、Ｓｉ2Ｈ2Ｃｌ2
（ジクロルシラン）ガス＝０．００５ｌ／ｍｉｎであ
る。
処理時間：５分、圧力：２０Ｔｏｒｒ、混合ガスの流
量：Ｈ2ガス＝２３０ｌ／ｍｉｎ、Ｓｉ2Ｈ4（シラン）
ガス＝０．００５ｌ／ｍｉｎであるか、または、温度１
０５０℃、処理時間５分、圧力：８０Ｔｏｒｒ、混合ガ
スの流量：Ｈ2ガス＝２３０ｌ／ｍｉｎ、Ｓｉ2Ｈ2Ｃｌ2
（ジクロルシラン）ガス＝０．００５ｌ／ｍｉｎであ
る。
【００４４】多結晶珪素膜２ａは、水素に珪素を含んだ
ガスを添加した混合ガスの雰囲気における第２の加熱処
理によって、多結晶珪素膜２ａの表面粗さ（凹凸の程
度：Ｒｒｍｓ（２乗平均平方根粗さ））が２ｎｍとな
り、第２の加熱処理前の多結晶珪素膜２の表面粗さが１
０ｎｍであるのと比較して大幅に表面粗さが改善され
る。
ガスを添加した混合ガスの雰囲気における第２の加熱処
理によって、多結晶珪素膜２ａの表面粗さ（凹凸の程
度：Ｒｒｍｓ（２乗平均平方根粗さ））が２ｎｍとな
り、第２の加熱処理前の多結晶珪素膜２の表面粗さが１
０ｎｍであるのと比較して大幅に表面粗さが改善され
る。
【００４５】また、電子スピン共鳴法によって、多結晶
珪素膜２ａ内部の主な結晶欠陥であるダングリングボン
ドの密度を測定すると、１×１０16／ｃｍ3であり、従
来の多結晶珪素膜のダングリングボンドの密度が１×１
０17〜１×１０19／ｃｍ3であるのと比較して著しく改
善されている。
珪素膜２ａ内部の主な結晶欠陥であるダングリングボン
ドの密度を測定すると、１×１０16／ｃｍ3であり、従
来の多結晶珪素膜のダングリングボンドの密度が１×１
０17〜１×１０19／ｃｍ3であるのと比較して著しく改
善されている。
【００４６】このように、本発明の第２の実施形態にお
いても、多結晶珪素膜２の結晶表面の凹凸（段差）３、
微小な孔４、空隙５、原子配列の不規則な領域６等の結
晶欠陥が修正され、より単結晶珪素膜の結晶状態に近い
多結晶珪素膜２ａが得られる。
いても、多結晶珪素膜２の結晶表面の凹凸（段差）３、
微小な孔４、空隙５、原子配列の不規則な領域６等の結
晶欠陥が修正され、より単結晶珪素膜の結晶状態に近い
多結晶珪素膜２ａが得られる。
【００４７】図４（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第３の実
施形態の半導体装置の製造方法における多結晶珪素膜を
成膜する主要工程を示す断面図である。
施形態の半導体装置の製造方法における多結晶珪素膜を
成膜する主要工程を示す断面図である。
【００４８】まず、図４（ａ）に示すように、石英基板
等の絶縁性基板１上に、減圧ＣＶＤ法によって、Ｓｉ2
Ｈ6（ジシラン）を原料ガスとして、温度４５０℃にて
厚さ２００Å〜１５００Å、例えば７００Åの非晶質珪
素膜２２を成膜する。そして、非晶質珪素膜２２の表面
の汚れおよび自然酸化膜を除去するためにフッ酸処理を
行う。その後、非晶質珪素膜２２をオゾン（Ｏ3）水に
て処理して、非晶質珪素膜２２の表面に厚さ約１０Åの
酸化膜を形成し、さらに、その酸化膜上に触媒金属であ
るニッケル（Ｎｉ）の濃度が５ｐｐｍの酢酸ニッケル溶
液を滴下し、スピナーを用いてスピンドライを行って、
非晶質珪素膜２２の表面全体に酢酸ニッケルの薄膜２３
を形成する。
等の絶縁性基板１上に、減圧ＣＶＤ法によって、Ｓｉ2
Ｈ6（ジシラン）を原料ガスとして、温度４５０℃にて
厚さ２００Å〜１５００Å、例えば７００Åの非晶質珪
素膜２２を成膜する。そして、非晶質珪素膜２２の表面
の汚れおよび自然酸化膜を除去するためにフッ酸処理を
行う。その後、非晶質珪素膜２２をオゾン（Ｏ3）水に
て処理して、非晶質珪素膜２２の表面に厚さ約１０Åの
酸化膜を形成し、さらに、その酸化膜上に触媒金属であ
るニッケル（Ｎｉ）の濃度が５ｐｐｍの酢酸ニッケル溶
液を滴下し、スピナーを用いてスピンドライを行って、
非晶質珪素膜２２の表面全体に酢酸ニッケルの薄膜２３
を形成する。
【００４９】次に、図４（ｂ）に示すように、窒素（Ｎ
2）雰囲気において、温度６００℃、１２時間の第１の
加熱処理を行い、非晶質珪素膜２２上の全面に形成され
た酢酸ニッケルの薄膜２３の酢酸ニッケルを熱分解して
ニッケル（Ｎｉ）元素を非晶質珪素膜２２内に導入し、
非晶質珪素膜２２を結晶化させ多結晶珪素膜２を形成す
る。
2）雰囲気において、温度６００℃、１２時間の第１の
加熱処理を行い、非晶質珪素膜２２上の全面に形成され
た酢酸ニッケルの薄膜２３の酢酸ニッケルを熱分解して
ニッケル（Ｎｉ）元素を非晶質珪素膜２２内に導入し、
非晶質珪素膜２２を結晶化させ多結晶珪素膜２を形成す
る。
【００５０】次に、図４（ｃ）に示すように、フッ酸
（ＨＦ）処理を行って多結晶珪素膜２の表面の酸化珪素
膜を除去し、多結晶珪素膜２上に、常圧ＣＶＤ法によっ
て厚さ２０００Åの酸化膜７を成膜する。尚、酸化膜７
の成膜前に、多結晶珪素膜２にパルス発振型ＫｒＦレー
ザーを照射して、レーザーアニールを行っても良い。
（ＨＦ）処理を行って多結晶珪素膜２の表面の酸化珪素
膜を除去し、多結晶珪素膜２上に、常圧ＣＶＤ法によっ
て厚さ２０００Åの酸化膜７を成膜する。尚、酸化膜７
の成膜前に、多結晶珪素膜２にパルス発振型ＫｒＦレー
ザーを照射して、レーザーアニールを行っても良い。
【００５１】次に、図４（ｄ）に示すように、酸化膜７
をエッチングして、多結晶珪素膜２上に、所定の形状の
酸化膜７ａを形成する。そして、酸化膜７ａをマスクと
して用いて、酸化膜７ａにて被覆されていない多結晶珪
素膜２の領域に、プラズマドーピング法等によって燐
（Ｐ）イオンを注入し、燐（Ｐ）注入領域２４を形成す
る。ここで、ドーズ量は、例えば５×１０15原子／ｃｍ
2とする。その後、窒素（Ｎ2）雰囲気において、温度７
００℃、２４時間の第３の加熱処理を行い、酸化膜３ａ
の下層の多結晶珪素膜２の内の触媒元素であるニッケル
（Ｎｉ）を燐（Ｐ）注入領域２４に向かって移動（ゲッ
タリング）させる（矢印の方向）。
をエッチングして、多結晶珪素膜２上に、所定の形状の
酸化膜７ａを形成する。そして、酸化膜７ａをマスクと
して用いて、酸化膜７ａにて被覆されていない多結晶珪
素膜２の領域に、プラズマドーピング法等によって燐
（Ｐ）イオンを注入し、燐（Ｐ）注入領域２４を形成す
る。ここで、ドーズ量は、例えば５×１０15原子／ｃｍ
2とする。その後、窒素（Ｎ2）雰囲気において、温度７
００℃、２４時間の第３の加熱処理を行い、酸化膜３ａ
の下層の多結晶珪素膜２の内の触媒元素であるニッケル
（Ｎｉ）を燐（Ｐ）注入領域２４に向かって移動（ゲッ
タリング）させる（矢印の方向）。
【００５２】次に、酸化膜７ａをマスクとして用いて、
ニッケル（Ｎｉ）が移動（ゲッタリング）した燐（Ｐ）
注入領域２４をエッチングすることによって除去する。
この場合、酸化膜７ａの下層の多結晶珪素膜２は、燐
（Ｐ）注入領域２４の近傍にて、ニッケル（Ｎｉ）の残
留濃度が高くなっている可能性があるために、多結晶珪
素膜２側の一部の領域も除去される。その後、図４
（ｅ）に示すように、酸化膜７ａも除去し、触媒金属で
あるニッケル（Ｎｉ）の残留濃度が低減され、結晶状態
が良好な多結晶珪素膜２ｂが得られる。
ニッケル（Ｎｉ）が移動（ゲッタリング）した燐（Ｐ）
注入領域２４をエッチングすることによって除去する。
この場合、酸化膜７ａの下層の多結晶珪素膜２は、燐
（Ｐ）注入領域２４の近傍にて、ニッケル（Ｎｉ）の残
留濃度が高くなっている可能性があるために、多結晶珪
素膜２側の一部の領域も除去される。その後、図４
（ｅ）に示すように、酸化膜７ａも除去し、触媒金属で
あるニッケル（Ｎｉ）の残留濃度が低減され、結晶状態
が良好な多結晶珪素膜２ｂが得られる。
【００５３】次に、絶縁性基板１上の多結晶珪素膜２ｂ
に、第１の実施形態の図１（ｂ）または第２の実施形態
の図３（ｂ）〜（ｄ）に示す工程仕様を適用して、図４
（ｆ）に示すように、単結晶珪素膜の結晶状態に近い多
結晶珪素膜２ａを形成する。
に、第１の実施形態の図１（ｂ）または第２の実施形態
の図３（ｂ）〜（ｄ）に示す工程仕様を適用して、図４
（ｆ）に示すように、単結晶珪素膜の結晶状態に近い多
結晶珪素膜２ａを形成する。
【００５４】このように形成された多結晶珪素膜２ａに
対して、電子スピン共鳴法によって、多結晶珪素膜２ａ
内部の主な結晶欠陥であるダングリングボンドの密度を
測定すると、図１（ｂ）の工程を用いて形成された多結
晶珪素膜２ａでは、５×１０ 15／ｃｍ3であり、図３
（ｂ）〜（ｄ）の工程を用いて形成された多結晶珪素膜
２ａでは、２×１０15／ｃｍ3であり、どちらも従来の
多結晶珪素膜のダングリングボンドの密度が１×１０17
〜１×１０19／ｃｍ3であるのと比較して著しく改善さ
れている。
対して、電子スピン共鳴法によって、多結晶珪素膜２ａ
内部の主な結晶欠陥であるダングリングボンドの密度を
測定すると、図１（ｂ）の工程を用いて形成された多結
晶珪素膜２ａでは、５×１０ 15／ｃｍ3であり、図３
（ｂ）〜（ｄ）の工程を用いて形成された多結晶珪素膜
２ａでは、２×１０15／ｃｍ3であり、どちらも従来の
多結晶珪素膜のダングリングボンドの密度が１×１０17
〜１×１０19／ｃｍ3であるのと比較して著しく改善さ
れている。
【００５５】図５（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第４の実
施形態の半導体装置の製造方法における多結晶珪素膜を
成膜する主要工程を示す断面図である。
施形態の半導体装置の製造方法における多結晶珪素膜を
成膜する主要工程を示す断面図である。
【００５６】まず、図５（ａ）に示すように、石英基板
等の絶縁性基板１上に、減圧ＣＶＤ法によって、Ｓｉ2
Ｈ6（ジシラン）を原料ガスとして、温度４５０℃にて
厚さ２００Å〜１５００Å、例えば７００Åの非晶質珪
素膜２２を成膜する。そして、非晶質珪素膜２２の表面
の酸化珪素膜を除去するためにフッ酸処理を行い、非晶
質珪素膜２２上に常圧ＣＶＤ法によって、厚さ２０００
Åの酸化膜を形成し、その酸化膜をエッチングして非晶
質珪素膜２２上の所定の領域に酸化膜７ａを形成する。
等の絶縁性基板１上に、減圧ＣＶＤ法によって、Ｓｉ2
Ｈ6（ジシラン）を原料ガスとして、温度４５０℃にて
厚さ２００Å〜１５００Å、例えば７００Åの非晶質珪
素膜２２を成膜する。そして、非晶質珪素膜２２の表面
の酸化珪素膜を除去するためにフッ酸処理を行い、非晶
質珪素膜２２上に常圧ＣＶＤ法によって、厚さ２０００
Åの酸化膜を形成し、その酸化膜をエッチングして非晶
質珪素膜２２上の所定の領域に酸化膜７ａを形成する。
【００５７】その後、酸化膜７ａに被覆されていない非
晶質珪素膜２２の表面の汚れおよび自然酸化膜を除去す
るためにフッ酸処理を行い、非晶質珪素膜２２をオゾン
（Ｏ 3）水にて処理して、非晶質珪素膜２２の表面に厚
さ約１０Åの酸化膜を形成し、さらに、その酸化膜およ
び酸化膜７ａ上に触媒金属であるニッケル（Ｎｉ）の濃
度が１００ｐｐｍの酢酸ニッケル溶液を滴下し、スピナ
ーを用いてスピンドライを行って、非晶質珪素膜２２お
よび酸化膜７ａの表面全体に酢酸ニッケルの薄膜２３を
形成する。
晶質珪素膜２２の表面の汚れおよび自然酸化膜を除去す
るためにフッ酸処理を行い、非晶質珪素膜２２をオゾン
（Ｏ 3）水にて処理して、非晶質珪素膜２２の表面に厚
さ約１０Åの酸化膜を形成し、さらに、その酸化膜およ
び酸化膜７ａ上に触媒金属であるニッケル（Ｎｉ）の濃
度が１００ｐｐｍの酢酸ニッケル溶液を滴下し、スピナ
ーを用いてスピンドライを行って、非晶質珪素膜２２お
よび酸化膜７ａの表面全体に酢酸ニッケルの薄膜２３を
形成する。
【００５８】次に、図５（ｂ）に示すように、窒素（Ｎ
2）雰囲気において、温度５７０℃、１２時間の第１の
加熱処理を行い、酢酸ニッケルの薄膜２３の酢酸ニッケ
ルを熱分解してニッケル（Ｎｉ）元素を、酸化膜７ａに
被覆されていない非晶質珪素膜２２内に導入し、非晶質
珪素膜２２を結晶化させ多結晶珪素膜２を形成する。こ
の場合、酸化膜３の下層の非晶質珪素膜２２では、酸化
膜３の両端部から中央部に向かうように、非晶質珪素膜
２２を結晶化させ多結晶珪素膜２が形成される。
2）雰囲気において、温度５７０℃、１２時間の第１の
加熱処理を行い、酢酸ニッケルの薄膜２３の酢酸ニッケ
ルを熱分解してニッケル（Ｎｉ）元素を、酸化膜７ａに
被覆されていない非晶質珪素膜２２内に導入し、非晶質
珪素膜２２を結晶化させ多結晶珪素膜２を形成する。こ
の場合、酸化膜３の下層の非晶質珪素膜２２では、酸化
膜３の両端部から中央部に向かうように、非晶質珪素膜
２２を結晶化させ多結晶珪素膜２が形成される。
【００５９】次に、図５（ｃ）に示すように、酸化膜７
ａをマスクとして用いて、酸化膜７ａにて被覆されてい
ない多結晶珪素膜２の領域に、プラズマドーピング法等
によって燐（Ｐ）イオンを注入し、燐（Ｐ）注入領域２
４を形成する。ここで、ドーズ量は、例えば５×１０15
原子／ｃｍ2とする。その後、窒素（Ｎ2）雰囲気におい
て、温度７００℃、２４時間の第３の加熱処理を行い、
酸化膜７ａの下層の多結晶珪素膜２の内の触媒元素であ
るニッケル（Ｎｉ）を燐（Ｐ）注入領域２４に向かって
移動（ゲッタリング）させる（矢印の方向）。
ａをマスクとして用いて、酸化膜７ａにて被覆されてい
ない多結晶珪素膜２の領域に、プラズマドーピング法等
によって燐（Ｐ）イオンを注入し、燐（Ｐ）注入領域２
４を形成する。ここで、ドーズ量は、例えば５×１０15
原子／ｃｍ2とする。その後、窒素（Ｎ2）雰囲気におい
て、温度７００℃、２４時間の第３の加熱処理を行い、
酸化膜７ａの下層の多結晶珪素膜２の内の触媒元素であ
るニッケル（Ｎｉ）を燐（Ｐ）注入領域２４に向かって
移動（ゲッタリング）させる（矢印の方向）。
【００６０】次に、酸化膜３をマスクとして用いて、ニ
ッケル（Ｎｉ）が移動（ゲッタリング）した燐（Ｐ）注
入領域２４をエッチングすることによって除去する。こ
の場合、酸化膜３の下層の多結晶珪素膜２は、燐（Ｐ）
注入領域２４の近傍にて、ニッケル（Ｎｉ）の残留濃度
が高くなっている可能性があるために、多結晶珪素膜２
側の一部の領域も除去される。その後、図５（ｄ）に示
すように、酸化膜３も除去し、触媒金属であるニッケル
（Ｎｉ）の残留濃度が低減され、結晶状態が良好な多結
晶珪素膜２ｂが得られる。
ッケル（Ｎｉ）が移動（ゲッタリング）した燐（Ｐ）注
入領域２４をエッチングすることによって除去する。こ
の場合、酸化膜３の下層の多結晶珪素膜２は、燐（Ｐ）
注入領域２４の近傍にて、ニッケル（Ｎｉ）の残留濃度
が高くなっている可能性があるために、多結晶珪素膜２
側の一部の領域も除去される。その後、図５（ｄ）に示
すように、酸化膜３も除去し、触媒金属であるニッケル
（Ｎｉ）の残留濃度が低減され、結晶状態が良好な多結
晶珪素膜２ｂが得られる。
【００６１】次に、絶縁性基板１上の多結晶珪素膜２ｂ
に、第１の実施形態の図１（ｂ）または第２の実施形態
の図３（ｂ）〜（ｄ）に示す工程仕様を適用して、図５
（ｅ）に示すように、単結晶珪素膜の結晶状態に近い多
結晶珪素膜２ａを形成する。
に、第１の実施形態の図１（ｂ）または第２の実施形態
の図３（ｂ）〜（ｄ）に示す工程仕様を適用して、図５
（ｅ）に示すように、単結晶珪素膜の結晶状態に近い多
結晶珪素膜２ａを形成する。
【００６２】このように形成された多結晶珪素膜２ａに
対して、電子スピン共鳴法によって、多結晶珪素膜２ａ
内部の主な結晶欠陥であるダングリングボンドの密度を
測定すると、図１（ｂ）の工程を用いて形成された多結
晶珪素膜２ａでは、６×１０ 15／ｃｍ3であり、図３
（ｂ）〜（ｄ）の工程を用いて形成された多結晶珪素膜
２ａでは、１×１０15／ｃｍ3であり、どちらも従来の
多結晶珪素膜のダングリングボンドの密度が１×１０17
〜１×１０19／ｃｍ3であるのと比較して著しく改善さ
れている。
対して、電子スピン共鳴法によって、多結晶珪素膜２ａ
内部の主な結晶欠陥であるダングリングボンドの密度を
測定すると、図１（ｂ）の工程を用いて形成された多結
晶珪素膜２ａでは、６×１０ 15／ｃｍ3であり、図３
（ｂ）〜（ｄ）の工程を用いて形成された多結晶珪素膜
２ａでは、１×１０15／ｃｍ3であり、どちらも従来の
多結晶珪素膜のダングリングボンドの密度が１×１０17
〜１×１０19／ｃｍ3であるのと比較して著しく改善さ
れている。
【００６３】以上より、本発明の第１〜第４の実施形態
の半導体装置の製造方法によって、形成された多結晶珪
素膜２ａは、多結晶珪素膜２ａ内の主な結晶欠陥である
ダングリングボンドの密度が、１×１０15〜１×１０17
／ｃｍ3となり、従来の多結晶珪素膜のダングリングボ
ンドの密度が１×１０17〜１×１０19／ｃｍ3であるの
と比較して著しく改善されている。
の半導体装置の製造方法によって、形成された多結晶珪
素膜２ａは、多結晶珪素膜２ａ内の主な結晶欠陥である
ダングリングボンドの密度が、１×１０15〜１×１０17
／ｃｍ3となり、従来の多結晶珪素膜のダングリングボ
ンドの密度が１×１０17〜１×１０19／ｃｍ3であるの
と比較して著しく改善されている。
【００６４】図６は、本発明の半導体装置の製造方法に
よって形成された半導体装置の一例である多結晶Ｓｉ−
ＴＦＴの要部の断面図である。ここで、多結晶Ｓｉ−Ｔ
ＦＴは、多結晶珪素膜を用いたＴＦＴである。
よって形成された半導体装置の一例である多結晶Ｓｉ−
ＴＦＴの要部の断面図である。ここで、多結晶Ｓｉ−Ｔ
ＦＴは、多結晶珪素膜を用いたＴＦＴである。
【００６５】図６に示す多結晶Ｓｉ−ＴＦＴは、石英基
板１上の所定の領域に、多結晶珪素膜２ａが形成されて
いる。多結晶珪素膜２ａの中央部は、チャンネル領域
（活性領域）となっており、チャンネル領域上には、ゲ
ート酸化膜８を介してゲート電極９が形成されている。
チャンネル領域の両側には、多結晶珪素膜２ａの端部内
側までそれぞれソース領域１０およびドレイン領域１１
が配置されている。多結晶珪素膜２ａの端部および石英
基板１上には、ゲート酸化膜８および層間絶縁膜１２が
順番に形成されており、チャンネル領域上のゲート酸化
膜８およびゲート電極９の周囲も層間絶縁膜１２によっ
て被覆されている。ソース領域１０およびドレイン領域
１１上には、ゲート酸化膜８および層間絶縁膜１２に設
けられたコンタクトホールが形成されており、それらの
コンタクトホール、および、チャンネル領域上の層間絶
縁膜８を除いた層間絶縁膜８上にＡｌ／Ｓｉ層の合金層
から成る金属配線１３が形成されている。金属配線１３
は、ソース領域１０およびドレイン領域１１に接続され
ている。金属配線１３およびチャンネル領域上の層間絶
縁膜１２を被覆するようにＳｉＯ2膜１４が形成され、
ＳｉＯ2膜１４の表面は平坦化されている。
板１上の所定の領域に、多結晶珪素膜２ａが形成されて
いる。多結晶珪素膜２ａの中央部は、チャンネル領域
（活性領域）となっており、チャンネル領域上には、ゲ
ート酸化膜８を介してゲート電極９が形成されている。
チャンネル領域の両側には、多結晶珪素膜２ａの端部内
側までそれぞれソース領域１０およびドレイン領域１１
が配置されている。多結晶珪素膜２ａの端部および石英
基板１上には、ゲート酸化膜８および層間絶縁膜１２が
順番に形成されており、チャンネル領域上のゲート酸化
膜８およびゲート電極９の周囲も層間絶縁膜１２によっ
て被覆されている。ソース領域１０およびドレイン領域
１１上には、ゲート酸化膜８および層間絶縁膜１２に設
けられたコンタクトホールが形成されており、それらの
コンタクトホール、および、チャンネル領域上の層間絶
縁膜８を除いた層間絶縁膜８上にＡｌ／Ｓｉ層の合金層
から成る金属配線１３が形成されている。金属配線１３
は、ソース領域１０およびドレイン領域１１に接続され
ている。金属配線１３およびチャンネル領域上の層間絶
縁膜１２を被覆するようにＳｉＯ2膜１４が形成され、
ＳｉＯ2膜１４の表面は平坦化されている。
【００６６】このような構成の本発明の半導体装置であ
る多結晶Ｓｉ−ＴＦＴは、チャンネル領域の多結晶珪素
膜２ａの結晶状態が、結晶欠陥を抑制し非常に改善され
ているために、信頼性が向上するとともに、閾値電圧の
バラツキが小さく、閾値電圧が均一化されているので低
電圧駆動および高速動作が可能となる。
る多結晶Ｓｉ−ＴＦＴは、チャンネル領域の多結晶珪素
膜２ａの結晶状態が、結晶欠陥を抑制し非常に改善され
ているために、信頼性が向上するとともに、閾値電圧の
バラツキが小さく、閾値電圧が均一化されているので低
電圧駆動および高速動作が可能となる。
【００６７】
【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁
性表面を有する基板上に成膜された非晶質珪素膜に第１
の加熱処理を行って、第１の結晶性珪素膜を形成し、さ
らに第１の結晶性珪素膜に、水素を含む混合ガスの雰囲
気にて、第２の加熱処理を行い第２の結晶性珪素膜を形
成することにより、結晶欠陥が低減し、単結晶珪素膜に
近い結晶状態を有する多結晶珪素膜が得られる。
性表面を有する基板上に成膜された非晶質珪素膜に第１
の加熱処理を行って、第１の結晶性珪素膜を形成し、さ
らに第１の結晶性珪素膜に、水素を含む混合ガスの雰囲
気にて、第２の加熱処理を行い第２の結晶性珪素膜を形
成することにより、結晶欠陥が低減し、単結晶珪素膜に
近い結晶状態を有する多結晶珪素膜が得られる。
【００６８】本発明の半導体装置は、第２の結晶性珪素
膜が基板上に形成された非晶質珪素膜に第１の加熱処理
を行うことにより結晶化した第１の結晶性珪素膜に、水
素を含む混合ガスの雰囲気にて、第２の加熱処理を行う
ことによって形成されており、その第２の結晶性珪素膜
内の不対電子密度が１×１０15〜１×１０17／ｃｍ3の
範囲内であることにより、信頼性が高く高性能な特性を
有する。
膜が基板上に形成された非晶質珪素膜に第１の加熱処理
を行うことにより結晶化した第１の結晶性珪素膜に、水
素を含む混合ガスの雰囲気にて、第２の加熱処理を行う
ことによって形成されており、その第２の結晶性珪素膜
内の不対電子密度が１×１０15〜１×１０17／ｃｍ3の
範囲内であることにより、信頼性が高く高性能な特性を
有する。
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施形
態の半導体装置の製造方法における多結晶珪素膜を成膜
する主要工程を示す断面図である。
態の半導体装置の製造方法における多結晶珪素膜を成膜
する主要工程を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、多結晶珪素膜ａの結晶欠陥
が低減されるメカニズムを示す拡大断面図である。
が低減されるメカニズムを示す拡大断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施形態の
半導体装置の製造方法における多結晶珪素膜を成膜する
主要工程を示す断面図である。
半導体装置の製造方法における多結晶珪素膜を成膜する
主要工程を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第３の実施形態の
半導体装置の製造方法における多結晶珪素膜を成膜する
主要工程を示す断面図である。
半導体装置の製造方法における多結晶珪素膜を成膜する
主要工程を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第４の実施形態の
半導体装置の製造方法における多結晶珪素膜を成膜する
主要工程を示す断面図である。
半導体装置の製造方法における多結晶珪素膜を成膜する
主要工程を示す断面図である。
【図６】本発明の半導体装置の製造方法によって形成さ
れた半導体装置の一例の断面図である。
れた半導体装置の一例の断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ従来の結晶性珪素
膜の製造方法における各工程を示す断面図である。
膜の製造方法における各工程を示す断面図である。
１ 石英基板
２ 多結晶珪素膜
２ａ 多結晶珪素膜
２ｂ 多結晶珪素膜
３ 結晶表面の凹凸（段差）
４ 微小な孔
５ 空隙
６ 原子配列の不規則な領域
７ 酸化膜
７ａ 酸化膜
８ ゲート酸化膜
９ ゲート電極
１０ ソース領域
１１ ドレイン領域
１２ 層関絶縁膜
１３ 金属配線
１４ ＳｉＯ2膜
２２ 非晶質珪素膜
２３ 酢酸ニッケルの薄膜
２４ 燐（Ｐ）注入領域
１００ ガラス基板
１２０ 結晶性珪素膜
１２０ａ結晶性珪素膜
１２２ 非晶質珪素膜
１２４ 燐（Ｐ）注入領域
１３０ 窒化珪素膜
１３０ａ窒化珪素膜
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｌ 29/786 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７Ｚ
６２７Ｅ
Ｆターム(参考） 5F052 AA17 CA08 DA02 DB02 EA16
FA06 FA19 JA01
5F110 AA01 AA08 AA14 BB01 CC02
DD03 FF02 GG02 GG13 GG25
GG47 GG60 HL06 NN02 NN23
PP01 PP03 PP10 PP13 PP29
PP31 PP34 QQ19 QQ24 QQ28
Claims (10)
- 【請求項１】 絶縁性表面を有する基板上に所定の膜厚
の非晶質珪素膜を形成し、第１の加熱処理によって該非
晶質珪素膜を結晶成長させ、第１の結晶性珪素膜を形成
する工程と、 該第１の結晶性珪素膜に、水素を含む混合ガスの雰囲気
にて、第２の加熱処理を行うことにより、第２の結晶性
珪素膜を形成する工程と、 を包含することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記第１の結晶性珪素膜の形成は、 前記非晶質珪素膜上に結晶化を助長する第１の元素を導
入して、前記第１の加熱処理を行った後に、該第１の元
素を選択的に引き寄せる効果を有する第２の元素を添加
する工程と、 第３の加熱処理によって該第１の元素を、該第２の元素
が添加された領域に移動させ、該第２の元素が添加され
た領域を除去する工程とを包含する請求項１に記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記第２の加熱処理を施す前に、前記結
晶性珪素膜の表面に形成される酸化膜を除去する工程を
有する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記第２の加熱処理を施す前に、前記結
晶性珪素膜上に酸化膜を、一旦成膜した後に、除去する
工程を有する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記第２の加熱処理の温度が８００℃以
上である請求項１に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】 前記混合ガスは、シラン、ジクロルシラ
ン、トリクロルシラン、テトラクロルシラン、ジシラ
ン、トリシランの少なくとも１種類を含んでいる請求項
１に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】 前記第１の元素は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、
Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕから
選択された１種類または複数種類の元素である請求項２
に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項８】 前記第２の元素は、Ｖ族Ｂの元素である
請求項２に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項９】 前記Ｖ族Ｂの元素が燐（Ｐ）である請求
項８に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１０】 絶縁性表面を有する基板上に、第２の
結晶性珪素膜を有する半導体装置であって、 第２の結晶性珪素膜は、該基板上に形成された非晶質珪
素膜に第１の加熱処理を行うことにより結晶化した第１
の結晶性珪素膜に、水素を含む混合ガスの雰囲気にて、
第２の加熱処理を行うことによって形成されており、該
第２の結晶性珪素膜内のダングリングボンド（不対電
子）の密度が１×１０15〜１×１０17／ｃｍ3の範囲内
であることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002042303A JP2003243303A (ja) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002042303A JP2003243303A (ja) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003243303A true JP2003243303A (ja) | 2003-08-29 |
Family
ID=27782462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002042303A Withdrawn JP2003243303A (ja) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003243303A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8492250B2 (en) | 2011-05-13 | 2013-07-23 | Hynix Semiconductor Inc. | Method for fabricating semiconductor device |
| CN111696851A (zh) * | 2019-03-13 | 2020-09-22 | 东京毅力科创株式会社 | 成膜方法和热处理装置 |
-
2002
- 2002-02-19 JP JP2002042303A patent/JP2003243303A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8492250B2 (en) | 2011-05-13 | 2013-07-23 | Hynix Semiconductor Inc. | Method for fabricating semiconductor device |
| CN111696851A (zh) * | 2019-03-13 | 2020-09-22 | 东京毅力科创株式会社 | 成膜方法和热处理装置 |
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|---|---|---|---|
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