JP2004186683A - 薄膜トランジスタの作製方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】
エッチングストッパーとして機能するバリア膜とゲッタリングシンクとの選択比が高いアルカリ溶液のエッチャントでゲッタリングシンクを除去するとき、ゲッタリングシンクの残渣が生じてしまった。
【解決手段】
ゲッタリングシンクとなる半導体膜の窒素濃度を１×１０18atoms/cm3以下、且つ酸素濃度を８×１０19atoms/cm3以下とし、更に希ガス元素の濃度が１×１０20atoms/cm3以上であることを特徴とする。そして上記不純物濃度を達成するために本発明は、酸素を燃焼して排気する可燃性ガスを用いてチャンバー内の不純物である酸素を低減させることを特徴とする。
【選択図】
図１

Description

本発明は、薄膜トランジスタ及びその作製方法に係り、また薄膜トランジスタを備えた半導体装置及びその作製方法に係る。
最近、薄膜トランジスタを用いた高性能な半導体装置（具体的には液晶表示装置、ＥＬ表示装置その他の表示装置）に関して研究が進められている。特に、高速性や高機能性が要求される半導体装置においては、高移動度を有する薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと表記する）を実現する必要があり、その半導体膜の結晶性を改善する方法として、半導体膜にニッケル元素（Ｎｉ）を代表とする非晶質珪素膜の結晶性を促進させる金属元素（以下、単に金属元素と表記する）を添加、成膜又は塗布（合わせて、金属元素を有する物質を形成するという）し、その後加熱して結晶性半導体膜を形成する結晶化工程が行われている。
このような結晶化の工程において、Ｎｉを代表とする結晶化を促進する金属元素を用いることで、大粒径の結晶性半導体膜が得られ、更には粒界と粒界とが繋がる確率が高く、粒内欠陥が少ない結晶性半導体膜が得られている。
しかし、Ｎｉを代表とする金属元素は、ＴＦＴのデバイス特性（電気特性）に悪影響を及ぼすため、それらを除去する工程（以下、ゲッタリングと表記する）が設けられていた。ゲッタリングは半導体中に取り込まれた金属不純物が、何らかのエネルギーでゲッタリングサイト（ゲッタリングシンク）に偏析して、素子の能動領域の不純物濃度を低減させる技術として知られている。
ゲッタリングプロセスは、エクストリンシックゲッタリング(Extrinsic Gettering)とイントリンシックゲッタリング(Intrinsic Gettering)の二つに大別されている。エクストリンシックゲッタリングは外部から歪場や化学作用を与えてゲッタリング効果をもたらすものである。一方、イントリンシックゲッタリングは単結晶シリコンウエハーの内部に生成された酸素が関与する格子欠陥の歪場を利用したものとして知られている。
具体的なゲッタリングの例としては、希ガス元素（希ガス）を添加した領域又は希ガス元素が添加された半導体膜を形成し、加熱処理を施してそこに金属元素を移動させる。その後、金属元素を移動してきた希ガス元素（希ガス）を添加した領域又は希ガス元素が添加された半導体膜を除去している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３１３８１１号公報
しかし、上記従来の方法によりゲッタリングを行い、ゲッタリングシンクを除去する場合、正確に除去できないことがあった。すなわち、エッチングストッパーとして機能するバリア膜とゲッタリングシンクとの選択比が高いアルカリ溶液のエッチャントでゲッタリングシンクを除去するが、ゲッタリングシンクの残渣が生じてしまうことがあった。
このようなゲッタリングシンク残渣を有するＴＦＴは、ゲッタリングが不純分であり、その結果Ioff不良といった電気特性が低下し、信頼性も低下してしまった。更にはゲッタリング残渣により、量産ラインに不良が発生し歩留まりが低下してしまった。
そこで、本発明は金属元素を用いた半導体膜の結晶化工程において、ゲッタリングシンクを残存することなく除去するＴＦＴの作製方法を提供することを課題とする。また、本発明を用いて作製されたＴＦＴを備えた半導体装置を提供することを課題とする。
上記課題を鑑み、本発明者は、従来着目されてこなかったゲッタリングシンクとなる半導体膜の不純物に着目し、当該半導体膜の窒素（Ｎ2）濃度を１×１０18atoms/cm3以下、且つ酸素（Ｏ2）濃度を８×１０19atoms/cm3以下とすることを特徴とする。更に、ゲッタリングシンクとなる半導体膜は所定のゲッタリング機能を達成するため、希ガス元素の濃度が１×１０20atoms/cm3以上であることを特徴とする。なお希ガス元素としては、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）及びキセノン（Ｘｅ）から選ばれた一種又は複数種を用いる。
そして上記不純物濃度を達成するために本発明は、酸素を燃焼して排気する可燃性ガスを用いてチャンバー内の不純物である酸素を低減させることを特徴とする。この可燃性ガスはＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＣｌ4、ＧｅＨ4、ＰＨ3、Ｂ2Ｈ6、ＡｓＨ3及びＨ2Ｓｅのいずれかを有するガスを使用することができる。
また上記不純物濃度を達成するために本発明は、チタンを有する電極を用い、当該電極に電圧を印加してプラズマを発生させ、同時に排気を行ってチャンバー内の不純物である酸素を低減させることを特徴とする。またはチタンを有するフィラメントをチャンバー（成膜室）に配置し、当該フィラメントを加熱させた状態で排気を行い、チャンバー内の酸素を低減させてもよい。
以上のような不純物濃度を低減させる前処理が行われたチャンバーで、スパッタリング法、好ましくは高周波スパッタリング法を用いてゲッタリングシンクとなる半導体膜を形成することを特徴とする。そしてゲッタリングシンクとなる半導体膜は、イオン注入或いはイオンドープ法で希ガス元素をゲッタリングシンクとなる半導体膜へ添加するか、又はゲッタリングシンクとなる半導体膜を形成するときに当該希ガス元素が取り込まれるようにするように形成する。
その後のゲッタリングを行うための加熱処理は、ハロゲンランプ、メタルハイドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ及び高圧水銀ランプのいずれか一種又は複数種のランプの輻射により行うＬＲＴＡ法、窒素やアルゴン等の不活性ガスを加熱媒体として用いるＧＲＴＡ法、又は電熱炉を用いたファーネスアニール法を採用すればよい。この加熱処理により、金属元素は拡散しながらゲッタリングシンクとなる半導体膜へ移動する。
なお金属元素としては、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）及び金（Ａｕ）のいずれか一種又は複数種を用いることができる。
そして、ゲッタリングシンクとなる半導体膜をエッチングにより除去する。エッチングの方法としては、ヒドラジンやテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイト（ＴＭＡＨ、化学式：（ＣＨ3）4ＮＯＨ））を代表とするアルカリ性溶液を使用したウェットエッチングで行うことができる。
このとき、エッチングストッパーとして機能するバリア膜をＴＦＴの活性層となる半導体膜とゲッタリングシンクとなる半導体膜との界面に形成すると好ましい。その後、不要となるバリア膜は、フッ酸により除去すればよい。バリア膜としては、オゾン水、又は硫酸、塩酸或いは硝酸等と過酸化水素水とを混同させた水溶液で処理することにより形成される薄い酸化膜（ケミカルオキサイド）を用いることができる。その他の方法としては、酸素雰囲気中でのプラズマ処理や、酸素含有雰囲気中で紫外線照射することによりオゾンを発生させて酸化処理を行ってもよい。またはクリーンオーブンを用い、２００〜３５０℃程度に加熱して薄い酸化膜を形成したり、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法或いは蒸着法により１〜５ｎｍ程度の酸化膜を成膜したりしてもよい。
本発明のようにゲッタリングシンクとなる半導体膜を形成するチャンバーに、不純物濃度を低減させるための前処理を行うことにより、ゲッタリングシンクとなる半導体膜の不純物濃度を低減させ、その結果エッチング残渣を低減することができる。その結果、従来の方法により形成されたゲッタリングシンクとなる半導体膜を用いたＴＦＴの作製方法と比べてエッチング残渣が低減されるため、ＴＦＴを有する半導体装置を歩留まりよく製造することが可能となる。
本発明のようにゲッタリングシンクとなる半導体膜を形成するチャンバーに、不純物濃度を低減させるための前処理を行うことにより、ゲッタリングシンクとなる半導体膜の窒素濃度を１×１０18atoms/cm3以下、且つ酸素濃度を８×１０19atoms/cm3以下、更に希ガス元素の濃度が１×１０20atoms/cm3以上とすることができる。その結果、半導体膜のエッチング残渣を低減することができる。よって、従来の方法により形成されたゲッタリングシンクとなる半導体膜を用いたＴＦＴの作製方法と比べて、エッチング残渣が低減されるため、ＴＦＴを有する半導体装置を歩留まりよく製造することが可能となる。
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
（実施の形態１）
本実施の形態では、可燃性ガスを使用して不純物濃度が低減されたチャンバーで、ゲッタリングシンクとなる半導体膜を作製する一例を、図１を用いて説明する。
図１には、ゲッタリングシンクとなる半導体膜を作製するスパッタリング装置（以下、スパッタ装置と表記する）を示す。スパッタ装置は、成膜室１００を有し、成膜室の上側には基板ホルダー１０１、磁性体（磁石）１０２、基板保持手段１０３が配置され、可燃性ガスの一例であるＳｉＨ4が供給される第１のガス供給手段１３１と、希ガス元素の一例であるアルゴン（Ａｒ）が供給される第２のガス供給手段１３２とが設けられている。なお、水素（Ｈ2）が供給される第３のガス供給手段１３３を設けてもよい。この水素ガスにより可燃性ガスと希ガス元素との混合度を高め、スムーズにガスを供給することができる。
そして、基板ホルダー１０１と対向する側に、Ｓｉを有するターゲット１０４が設けられ、該ターゲットに接続される高周波電源１０６から電力が供給される。そしてターゲットと基板との距離を制御する機能を有するターゲット上下手段１０７が設けられている。本実施の形態では、ターゲットを上下させるが、基板を上下させても、ターゲットと基板を上下させてもよい。またターゲットに磁界を与える永久磁石１０５がターゲットの付近、本実施の形態ではターゲットに磁界を与えられるようにターゲットの下側であって、更ターゲット下側を移動できるように配置されている。更に、ターゲットを冷却するための冷媒１０８がターゲットの付近、本実施の形態ではターゲットを冷却できるようにターゲットの下側であって、ターゲットと永久磁石との間に、蛇行した管が配置され、該管に水がながれるようになっている。そして、供給されるガスの流れを制御する整流板１０９が、コンダクタンスバルブ１２０近傍に設けられている。コンダクタンスバルブ１２０を介して、ポンプ等の排気手段が設けられている。本実施の形態において、排気手段は、第１のポンプとなるターボポンプ１２１と、第２のポンプとなるロータリーポンプ又はドライポンプ１２２とを有する。その後、第１の排気系１３４と第２の排気系１３５とに分かれて排気される。排気系は可燃性ガスが反応性ガスと反応することを防ぐため、第１の排気系と第２の排気系とを分けている。
そして更に、スパッタ装置は搬送口１３６を介してプラズマＣＶＤ装置等の製造装置と連結させ、マルチチャンバーとして使用すると好ましい。その結果、大気に曝すことなく、半導体膜とゲッタリングシンクとなる半導体膜とを連続形成することができる。
次に、図１に示すスパッタ装置を使用したゲッタリングシンクとなる半導体膜の作製方法について説明する。
まず、基板ホルダー１０１に基板を保持し、その後基板保持手段１０３に基板１４０を設置する。なお、本実施の形態では基板を基板保持手段１０３に設置した状態で、前処理を行う場合を説明するが、前処理時の基板の配置はこれに限定されるものではない。
そして、成膜室内の不純物濃度を低減させる前処理として、第１及び第２のガス供給手段１３１、１３２からそれぞれ可燃性ガスであるモノシラン（ＳｉＨ4）ガス、希ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを成膜室１００へ供給する。そして好ましくは、第３のガス供給手段１３３から水素（Ｈ2）ガスを成膜室１００へ供給する。このときのガスの流量は２００ｓｃｃｍ程度とすればよい。
なお、モノシラン（ＳｉＨ4）の代わりにＳｉ2Ｈ6、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＣｌ4、ＧｅＨ4、ＰＨ3、Ｂ2Ｈ6、ＡｓＨ3及びＨ2Ｓｅのいずれかを有するガスを供給してもよい。またアルゴンの代わりに、ヘリウム、ネオン、クリプトン及びキセノンのいずれかを有するガスを供給してもよい。
そして、ターボポンプ１２１及びロータリーポンプ１２２により、成膜室内を排気する。なおロータリーポンプの代わりにドライポンプを用いてもよい。すると、成膜室内の不純物元素（特に、酸素）が、可燃性ガスであるモノシランガスと共に、成膜室外へ排気される。このときの成膜室内の圧力は１Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）程度となるようにする。
この状態で５〜１０分程度かけて、スパッタ装置の前処理を行う。その結果、成膜室内の酸素濃度を低減することができる。なおこのとき、基板ホルダー１０１に設置された基板１４０を１００〜２００℃程度まで加熱すると好ましい。もちろん、基板ホルダー１０１に基板を設置しない状態であっても、上記ガスを供給して前処理を行ってもよい。
このように、モノシランを代表とする可燃性ガスと、酸素とを反応させて成膜室内の不純物濃度（特に、酸素濃度）を低減させた後、第１及び第３のガス供給手段から供給されるモノシランガス及び水素ガスの供給を停止させ、アルゴンガスのみを成膜室に供給する。このときアルゴンガスの流量は５０〜１０００ｓｃｃｍ、好ましくは５０〜２００ｓｃｃｍとする。また成膜室の圧力は０．３〜２Ｔｏｒｒ（３９．９〜２６６Ｐａ）程度となるようにターボポンプ１２１やロータリーポンプ１２２を制御する。
そしてターゲット上下手段１０７を使用して、基板１４０とＳｉを有するターゲット１０４との距離を調整する。なお、基板保持手段１０３により基板を上下させてもよい。
この状態で、高周波電源１０６を動作させ、ターゲットに高周波を印加し、更にターゲットの下側を移動することができる永久磁石１０５を用いて磁場をかける。すると、基板へゲッタリングシンクとなる半導体膜が形成される。なお処理時間は成膜条件やスループットを考慮する必要があるが、本実施の形態では１〜２０分、好ましくは５分程度とする。
更に、基板に磁性体（磁石）１０２により磁界をかけてもよい。より好ましくは、基板上方から加熱されたアルゴンガスを供給し、基板の成膜面と、成膜面と反対の面（非成膜面）に吹き付けるとよい。この加熱されたアルゴンガスの流量は１０〜５０ｓｃｃｍ程度とすればよい。
このように前処理が行われた成膜室において、スパッタリング法で形成されるゲッタリングシンクとなる半導体膜は、窒素濃度が１×１０18atoms/cm3以下であり、且つ酸素濃度が８×１０19atoms/cm3以下となり、更に希ガス元素の濃度が１×１０20atoms/cm3以上となっている。また、このように形成される半導体膜はゲッタリングの際、結晶化しにくいため、ゲッタリングシンクとして適している。
以上のように形成された本発明のゲッタリングシンクを加熱し、ＴＦＴの活性層となる半導体膜中の金属元素をゲッタリングすることができ、且つゲッタリングシンクとなる半導体膜を除去するときのエッチング残渣を低減することができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１と異なる方法でゲッタリングシンクとなる半導体膜を作製する一例を、図２を用いて説明する。
図２には、ゲッタリングシンクとなる半導体膜を作製するスパッタ装置を示す。なお、図２に示すスパッタ装置が、図１に示すスパッタ装置と異なる点は、成膜室１００にＴｉを有する一対の電極１５０を配置し、電極電源１５１により電圧を印加し、電極間にプラズマが発生する構成である。この電極１５０は、電極間にターゲット１０５及び基板１４０がくるように配置され、当該ターゲット及び基板に対して垂直に設けられている。その他の構成は図１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
次に、図２に示すスパッタ装置を使用したゲッタリングシンクとなる半導体膜の作製方法について説明する。
まず、基板ホルダー１０１に基板を保持し、その後基板保持手段１０３に基板１４０を設置する。なお、本実施の形態では基板を基板保持手段１０３に設置した状態で、前処理を行う場合を説明するが、前処理時の基板の配置はこれに限定されない。
そして、成膜室内の前処理として、電極１５０に電極電源１５１から電圧を印加する。すると、電極間にプラズマが発生し、チタンのラジカルが生じる。このチタンのラジカルは、成膜室の酸素と反応し、共に排気手段から排出され、成膜室内の酸素濃度が低減される。なおこのとき、成膜室の圧力は１０-4Ｐａ程度とすればよい。
この状態で５〜１０分程度かけて、ゲッタリングシンクとなる半導体膜を成膜するための前処理を行う。その結果、成膜室内の酸素濃度を低減することができる。また、基板を基板保持手段１０３に設置した状態で前処理を行った場合、基板は１５０℃程度に加熱しておくと好ましい。
このように、Ｔｉを有する電極に電圧を印加してプラズマを生じさせることにより、酸素とを反応させて成膜室内の不純物濃度を低減させた後、第１のガス供給手段１３０から希ガス元素を成膜室に供給する。なお本実施の形態では、希ガス元素としてアルゴンガスを使用する。このときアルゴンガスの流量は１０〜１００ｓｃｃｍとし、成膜室内の圧力は０．２〜０．９Ｐａ、好ましくは０．３Ｐａ程度とする。
そしてターゲット上下手段１０７を使用して、基板１４０とＳｉを有するターゲット１０４との距離を調整する。なお、基板保持手段１０３により基板を上下させてもよい。
この状態で、高周波電源１０６を動作させ、ターゲットに高周波を印加し、更にターゲットの下部を移動することができる永久磁石１０５を用いて磁場をかける。なお本実施の形態では、ターゲット（１２インチサイズ）に印加する電力は０．５〜３Ｋｗとする。またこのとき、基板１４０を室温（２５℃）〜３００℃に加熱すると好ましい。このようにして、基板へゲッタリングシンクとなる半導体膜が形成される。なお処理時間は成膜条件やスループットを考慮する必要があるが、本実施の形態では１〜２０分、好ましくは５分程度とする。
更に、基板に磁性体（磁石）１０２により磁界をかけてもよい。より好ましくは、基板上方から加熱されたアルゴンガスを供給し、基板の成膜面と、成膜面と反対の面（非成膜面）に吹き付けるとよい。この加熱されたアルゴンガスの流量は１０〜５０ｓｃｃｍ程度とすればよい。
また図２に示すＴｉを有する電極の代わりに、図３のようにＴｉを有するフィラメント１６０を配置してもよい。フィラメント１６０は、前処理時のみに、フィラメント電源１６１により加熱されるように制御すると好ましい。具体的には、図３に示すようにフィラメント１６０を囲むように箱状の壁１６２を配置し、前処理時には当該壁上の蓋を開いた状態とし、スパッタリング時には閉じた状態となるように制御する。
図３には、フィラメントがターゲットを挟んで対称に設けられているが、フィラメントは一つでもよいし、３つ以上設けもうよい。
図３に示すスパッタ装置を使用したゲッタリングシンクとなる半導体膜の作製方法は、図２のＴｉを含む電極を配置した場合と同様であるため、ここでの説明は省略する。
このように前処理が行われた成膜室において形成されるゲッタリングシンクとなる半導体膜は、窒素濃度が１×１０18atoms/cm3以下、且つ酸素濃度が８×１０19atoms/cm3以下であって、更に半導体膜の希ガス元素の濃度が１×１０20atoms/cm3以上となっている。 そして、このように形成される半導体膜はゲッタリングの際、結晶化しにくいため、ゲッタリングシンクとして適している。
以上のように形成された本発明のゲッタリングシンクを加熱し、ＴＦＴの活性層となる半導体膜中の金属元素をゲッタリングすることができ、且つゲッタリングシンクとなる半導体膜を除去するときのエッチング残渣を低減することができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明のゲッタリングシンクを用いゲッタリングを行って形成されたＴＦＴを有するアクティブマトリクス基板の作製方法について説明する。なお、アクティブマトリクス基板上には複数のＴＦＴが形成されているが、ｎチャネル型ＴＦＴ及びｐチャネル型ＴＦＴを有する駆動回路部と、ｎチャネル型ＴＦＴを有する画素部とを形成する場合について説明する。
まず図４（Ａ）に示すように、絶縁表面を有する基板（以下、絶縁基板と表記する）４０１上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜又は酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜の積層からなる下地絶縁膜を形成する。本実施の形態では下地絶縁膜として２層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜又は２層以上積層させた構造を用いてもよい。本実施の形態では、下地絶縁膜の一層目４０２ａとしては、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏ及びＨ2を反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜を１０〜２００nm（好ましくは５０〜１００nm）形成する。ここでは、膜厚５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。次いで、下地絶縁膜のニ層目４０２ｂとしては、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ4及びＮ2Ｏを反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜を５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０nm）の厚さに積層形成する。ここでは、膜厚１００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。この下地膜は、絶縁基板に含まれるアルカリ金属が半導体膜中に拡散しないために設けている。
次いで、下地膜上に第１の半導体膜４０３を形成する。第１の半導体膜は、非晶質構造を有する半導体膜を公知の手段（スパッタリング法、ＬＰＣＶＤ法、又はプラズマＣＶＤ法等）により成膜すればよい。本実施の形態ではシリコンを主成分とする半導体材料を用いて第１の半導体膜を１０〜１００ｎｍの厚さにプラズマＣＶＤ法により形成する。良好な結晶構造を得るために、第１の半導体膜中の酸素、窒素等の不純物元素濃度を５×１０18atoms/cm3以下に低減させておくとよい。そのために、高純度の材料ガス（原料ガス）を使用し、更に成膜室の内壁を鏡面処理（電界研磨処理）やオイルフリーの真空排気系を備えた超高真空対応のＣＶＤ装置を用いるとよい。
その後、Ｎｉを代表とする金属元素を有する物質（膜の状態や液層の状態を含む）第１の半導体膜上にスピンコーティング法、ディップコーティング法、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、及び蒸着法のいずれかの方法により形成する。本実施の形態ではＮｉを用い、重量換算で１〜１００ｐｐｍのＮｉを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピンコート法により形成する金属元素含有膜４０４を形成する。このとき、第１の半導体膜と酢酸ニッケル塩溶液との濡れ性を高めるために、オゾン含有水溶液を用いて極めて薄い酸化膜を形成すると好ましい。更にこの薄い酸化膜を一旦除去し、再度オゾン含有水溶液で薄い酸化膜を形成するとよい。このように薄い酸化膜を形成することにより、金属元素を含む水溶液を均一に第１の半導体膜上に形成することができる。
次にこの状態で、第１の半導体膜を結晶化するための加熱処理を行い、結晶性半導体膜（本実施の形態では結晶性珪素膜となる）を形成する。加熱処理の方法としては、電熱炉を用いたファーネスアニール法や、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプ等を用いた瞬間熱アニール法（ＬＲＴＡ法）、を採用すればよい。または、ガス加熱方式の瞬間熱アニール法（ＧＲＴＡ法）を採用してもよい。
第１の半導体膜の結晶化に際し、大粒径に結晶を得るためには、連続発振が可能な固体レーザーを用い、基本波の第２高調波〜第４高調波を適用すると好ましい。代表的には、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）や第３高調波（３５５ｎｍ）を適用する。
本実施の形態では、出力１０Ｗの連続発振のＹＶＯ4レーザーから射出されたレーザー光を非線形光学素子により高調波に変換して、第１の半導体膜を結晶化するための加熱処理を行う。また、共振器の中にＹＶＯ4結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状又は楕円形状のレーザー光に成形して、第１の半導体膜に照射する。このときのエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要である。そして、０．５〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度で、相対的にレーザー光と第１の半導体膜とを移動させて照射する。
そして更に、第１の半導体膜の結晶性を向上させ、結晶粒内に残される欠陥を補修するために、第１の半導体膜にレーザー光を照射すると好ましい。レーザーは、連続発振又はパルス発振の気体レーザーもしくは固体レーザーを用いる。気体レーザーとして、エキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがあり、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ3レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザーなどが挙げられる。
以上のように形成される結晶性半導体膜には、金属元素（本実施の形態ではＮｉ）が残存している。そこで、次に説明するゲッタリングにより第１の半導体膜中の金属元素濃度を低減させる。
まず、結晶化を行った第１の半導体膜上にバリア膜となる絶縁膜を形成する。バリア膜は、オゾン水、又は硫酸、塩酸或いは硝酸と過酸化水素水とを混合させた水溶液で処理を行って酸化膜（ケミカルオキサイド）を形成すればよい。また、酸化雰囲気中でのプラズマ処理や、酸素含有雰囲気中での紫外線照射によって酸化膜を形成したり、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法及び蒸着法のいずれかにより酸化珪素膜を含む絶縁膜を成膜してもよい。
そして図４（Ｂ）に示すように、バリア膜上にゲッタリングシンクとなる第２の半導体膜４０５を２５〜２５０ｎｍの厚さで形成する。このとき、実施の形態１又は２で示したように成膜室に前処理を施し、スパッタリング法によりシリコンを主成分とする第２の半導体膜を形成する。この第２の半導体膜は、窒素濃度が１×１０18atoms/cm3以下であり、且つ酸素濃度が８×１０19atoms/cm3以下であって、更に希ガス元素の濃度が１×１０20atoms/cm3以上となっている。
また第２の半導体膜は後に除去するため、密度の低い膜としておくと好ましい。例えば、第２の半導体膜に２５〜４０原子％の水素を含有させることにより密度の低い半導体膜を形成することができる。
その後、加熱処理を行うことにより、第１の結晶性半導体膜中の金属元素であるＮｉを、ゲッタリングシンクとなる第２の半導体膜に拡散しながら移動させ、ゲッタリング処理を行う。加熱処理は、ファーネスアニール法、ＬＲＴＡ法及びＧＲＴＡ法のいずれかを用いて行えばよい。ファーネスアニール法で行う場合には、窒素雰囲気中にて４５０〜６００℃で０．５〜１２時間の加熱処理を行う。また、ＬＲＴＡ法を用いる場合には、加熱用のランプ光源を１〜６０秒、好ましくは３０〜６０秒点灯させ、それを１〜１０回、好ましくは２〜６回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、半導体膜が瞬間的には６００〜１０００℃、好ましくは７００〜７５０℃程度にまで加熱されるようにする。
なお、ゲッタリングを行う加熱処理により、第１の半導体膜の結晶化を行ってもよい。すなわち、一度の加熱処理により、第１の半導体膜の結晶化と、ゲッタリングを達成することができ、プロセス数を低減することができる。
その後、第２の半導体膜４０６をウェットエッチングにより除去する。エッチングの方法としては、ヒドラジンや、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）を含む水溶液などアルカリ溶液によるウェットエッチングで行うことができる。このとき、バリア膜はエッチングストッパーとして機能する。また第２の半導体膜をエッチング後、バリア膜はフッ酸により除去すればよい。
このように形成された結晶性半導体膜は、金属元素の作用により細長い棒状、又は細長い扁平状の結晶として形成され、各結晶は巨視的にみればある特定の方向性を持って成長している。
そして、結晶性半導体膜にボロンを添加する（チャネルドープという）。その後図４（Ｃ）に示すように、所望の活性層の形状となるようにパターニングする（４０６ａ〜４０６ｄ）。
次いで、フッ酸を含むエッチャントで活性層の表面を洗浄し、活性層を覆うゲート絶縁膜４０７を形成する。ゲート絶縁膜４０７はプラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法を用い、厚さを４０〜１５０ｎｍとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により１１５ｎｍの厚さで酸化窒化シリコン膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）で形成する。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層又は積層構造として用いてもよい。
次いで図４（Ｄ）に示すように、ゲート絶縁膜上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜４１１と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜４１２とを積層してゲート電極を形成する。本実施の形態では、ゲート絶縁膜４０７上に膜厚５０ｎｍの窒化タンタル膜、膜厚３７０ｎｍのタングステン膜を順次積層してゲート電極を形成した。
なお、第１の導電膜及び第２の導電膜はＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕから選ばれた元素、又は前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成すればよい。また、第１の導電膜及び第２の導電膜としてリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜や、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。また、２層構造に限定されず、例えば、膜厚５０ｎｍのタングステン膜、膜厚５００ｎｍのアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、膜厚３０ｎｍの窒化チタン膜を順次積層した３層構造としてもよい。また、３層構造とする場合、第１の導電膜のタングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、第２の導電膜のアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜（Ａｌ−Ｔｉ）を用いてもよいし、第３の導電膜の窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。また、単層構造であってもよい。なお本実施の形態では、第１の導電膜はＴａＮ膜、第２の導電膜はＷ膜を用いて形成する。
その後、以下に示す手順でパターニングを行って各ゲート電極及び各配線を形成する。ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を調節することにより、第１の導電膜及び第２の導電膜を所望のテーパー形状にエッチングすることができる。なお、エッチング用ガスとしては、Ｃｌ2、ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4もしくはＣＣｌ4などを代表とする塩素系ガス、ＣＦ4、ＳＦ6もしくはＮＦ3などを代表とするフッ素系ガス又はＯ2を用いることができる。
まず、第２の導電膜上に所望の形状のレジストからなるマスクを形成する。第１のエッチングの条件として、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、それぞれのガス流量比を２５／２５／１０ｓｃｃｍとし、１Paの圧力でコイル型の電極に７００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、基板側（試料ステージ）に１５０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。なお、基板側の電極面積サイズは、１２．５ｃｍ×１２．５ｃｍであり、コイル型の電極面積サイズ（ここではコイルの設けられた石英円板）は、直径２５ｃｍの円板である。このエッチング条件により第２の導電膜のＷ膜のみをエッチングして端部の角度が１５〜４５°のテーパー形状とする。
この後、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチングを行う。第２のエッチングの条件は、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とを用い、それぞれのガス流量比を３０／３０ｓｃｃｍとし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、基板側（試料ステージ）にも２０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。第２のエッチングの条件では第１の導電膜のＴａＮ膜及び第２の導電膜のＷ膜が同程度にエッチングされる。
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに、ゲート電極をマスクとして半導体膜に導電型を付与する不純物元素を添加する第１のドーピング処理を行う。第１のドーピング処理はイオンドープ法又はイオン注入法で行えばよい。ｎ型を付与する不純物元素として、典型的にはリン（Ｐ）又は砒素（Ａｓ）を用いる。自己整合的に第１の不純物領域（ｎ+領域）４０８ａ〜４０８ｄが形成される。第１の不純物領域には１×１０20〜１×１０21/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素が添加される。
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第３のエッチングを行う。ここでは、第３のエッチングの条件は、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とを用い、それぞれのガス流量比を３０／３０ｓｃｃｍとし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、基板側（試料ステージ）にも２０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。
この後、レジストからなるマスクを除去せずに第４のエッチングを行う。第４のエッチングの条件は、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、それぞれのガス流量比を２０／２０／２０ｓｃｃｍとし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、基板側（試料ステージ）にも２０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。
この第３のエッチング及び第４のエッチングにより、Ｗ膜及びＴａＮ膜を異方性エッチングする。また、エッチングガスに酸素を含ませることにより、Ｗ膜とＴａＮ膜とのエッチング速度に差をつけ、Ｗ膜のエッチング速度をＴａＮ膜のエッチング速度よりも速くする。また図示しないが、第１の導電層で覆われていないゲート絶縁膜はエッチングされ薄くなる。この段階で第１の導電層のＴａＮ膜４１１ａ〜４１１ｄを下層とし、第２の導電層のＷ膜４１２ａ〜４１２ｄを上層とするゲート電極（配線を含む）が形成される。
次いで、レジストからなるマスクを除去せずにゲート電極をマスクとして半導体膜に導電型を付与する不純物元素を添加する第２のドーピング処理を行う。第２のドーピング処理はイオンドープ法、又はイオン注入法で行えばよい。本実施の形態では、イオンドープ法を用い、フォスフィン（ＰＨ3）を水素で５％に希釈したガスを流量３０ｓｃｃｍとし、ドーズ量を１．５×１０14atoms/cm2とし、加速電圧を９０ｋｅＶとして行う。レジストからなるマスクと第２の導電層とがマスクとなり、第２のドーピング処理により、ゲート電極と重なる第２の不純物領域４０９ａ〜４０９ｄを形成する。
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスクを形成して第３のドーピング処理を行う。第３のドーピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する半導体膜を形成する半導体膜にｐ型の導電型を付与する不純物元素（ボロンなど）が添加された第３の不純物領域４０８ａ、４０８ｄ、ゲート電極と重なる第４の不純物領域４０９ａ、４０９ｄを形成する。なお、第３の不純物領域４０８ａ、４０８ｄには１×１０20〜１×１０21/cm3の濃度範囲でｐ型を付与する不純物元素が添加されるようにする。なお、第３の不純物領域には先の工程でリン（Ｐ）が添加された領域（ｎ+領域）であるが、ｐ型を付与する不純物元素の濃度がその１．５〜３倍添加されているため導電型はｐ型となっている。また、第４の不純物領域４０９ａ、４０９ｄも、先の工程でリン（Ｐ）が添加された領域であるが、ｐ型を付与する不純物元素の濃度がその１．５〜３倍添加されているため導電型はｐ型となっている。
以上までの工程で、それぞれの半導体膜にｎ型又はｐ型の導電型を有する不純物領域が形成される。そして不純物領域を形成した後、不純物元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、又はレーザー光の照射を行う。また、活性化と同時にゲート絶縁膜へのプラズマダメージやゲート絶縁膜と半導体膜との界面へのプラズマダメージを回復することができる。特に、室温〜３００℃の雰囲気中において、表面又は裏面からエキシマレーザーを用いて不純物元素を活性化させる。またＹＡＧレーザーの第２高調波を照射して活性化させてもよい。ＹＡＧレーザーはメンテナンスが少ないため好ましい活性化手段である。
次いで図４（Ｅ）に示すように、酸化窒化シリコン膜、酸化シリコンなどの絶縁膜からなるパッシベーション膜４１５を形成する。本実施の形態ではプラズマＣＶＤ法を用いて、酸化窒化シリコン膜を１００ｎｍの厚さに形成する。その後、クリーンオーブンを用いて、３００〜５５０℃で１〜１２時間加熱し、半導体膜の水素化を行う。本実施の形態では、窒素雰囲気中で４１０℃、１時間加熱する。この工程は、第１のパッシベーション膜４１５に含まれる水素により、半導体膜のダングリングボンドを終端することができる。また、水素化と共に上述の不純物領域の活性化処理を同時に行うこともできる。
その後図４（Ｆ）に示すように、パッシベーション膜上に珪素を有する無機絶縁膜又は有機絶縁物材料からなる第１の層間絶縁膜４１６を形成する。有機絶縁物材料として、ポジ型感光性有機樹脂又はネガ型感光性有機樹脂を用いることができる。なお、第１の層間絶縁膜に感光性有機樹脂を用いた場合、フォトリソグラフィ工程による露光処理により感光性有機樹脂をエッチングすると、曲率を有する第１の開口部を形成することができる。なお、第１の層間絶縁膜にポジ型の感光性有機樹脂を用いる場合、ポジ型の感光性樹脂は茶色に着色しているため、エッチング後に感光性有機樹脂の脱色処理を行う必要もある。本実施の形態では第１の層間絶縁膜として、プラズマＣＶＤ法を用いて酸化珪素膜を１．５μｍの厚さで形成する。
次に、第１の層間絶縁膜４１６を覆うように窒化絶縁膜（代表的には、窒化珪素膜又は窒化酸化珪素膜）からなる第２のパッシベーション膜４１７を形成すると好ましい。第１の層間絶縁膜への水素や酸素の侵入を防ぐことができるからである。本実施の形態では第２のパッシベーション膜に窒化珪素膜を用いる。成膜条件としては、高周波放電によるスパッタリング法で、シリコンターゲットを用い、スパッタ用ガスとして窒素気体を用いればよい。圧力は適宜設定すればよいが、０．５〜１．０Ｐａ、放電電力は２．５〜３．５ＫＷ、成膜温度は室温（２５℃）〜２５０℃の範囲内であればよい。窒化絶縁膜からなる第２のパッシベーション膜４１７を形成することにより、第１の層間絶縁膜４１６から発生する脱ガスを抑制することができる。
次に、第２のパッシベーション膜４１７、第１の層間絶縁膜４１６、第１のパッシベーション膜４１５、ゲート絶縁膜４０７を順次エッチングし、開口部を形成する。このとき、エッチング処理は、ドライエッチング処理でもウェットエッチング処理でもよい。本実施の形態では、ドライエッチングによりなめらかなテーパー（角度）を有する開口部を形成する。そして開口部を形成した後、第２のパッシベーション膜上及び開口部に金属膜を形成し、金属膜をエッチングしてソース電極及びドレイン電極４１８、配線（図示しない）を形成する。金属膜は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）もしくはシリコン（Ｓｉ）の元素からなる膜又はこれらの元素を用いた合金膜を用いればよい。本実施の形態では、チタン膜（Ｔｉ）／シリコンーアルミニウム合金膜（Ａｌ−Ｓｉ）／チタン膜（Ｔｉ）をそれぞれ１００／３５０／１００ｎｍに積層したのち、所望の形状にパターニング及びエッチングしてソース電極、ドレイン電極及び配線（図示しない）を形成する。その後、電極（ＥＬ表示装置の場合は、発光素子の陽極又は陰極となり、液晶表示装置の場合は画素電極となる）４２０を形成する。電極４２０には、ＩＴＯ、ＳｎＯ2等の透明導電膜を用いることができる。本実施の形態では、ＩＴＯを１１０ｎｍ成膜し、所望の形状にエッチングすることで電極４２０を形成する。
以上のような本発明の工程により、ＴＦＴを備えたアクティブマトリクス基板が完成する。
本発明は、上述のように形成された窒素濃度が１×１０18atoms/cm3以下であり、且つ酸素濃度が８×１０19atoms/cm3以下であって、更に希ガス元素の濃度が１×１０20atoms/cm3以上である半導体膜を形成し、ゲッタリングを行うことにより、エッチング残渣を低減することができる。そして良好な結晶性半導体膜を有し、デバイス特性のよいＴＦＴを備えたアクティブマトリクス基板を提供することができる。
なお本実施の形態は、トップゲート構造のＴＦＴで説明したが、ボトムゲート構造のＴＦＴでも適応することは可能である。
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態３と異なり、比較的高温に耐えられる石英基板上に形成されるアクティブマトリクス基板の作製方法を説明する。なお、実施の形態３と同様に、ｎチャネル型ＴＦＴ及びｐチャネル型ＴＦＴを有する駆動回路部とｎチャネル型ＴＦＴを有する画素部を形成する場合について説明する。なお、半導体膜や各電極は実施の形態１で説明した材料や方法にから選択して形成すればよい。
まず、図５（Ａ）に示すように、石英基板５０１上に第１の半導体膜となる非晶質珪素膜５０２を形成する。石英基板はＴＦＴの動作に悪影響を与えるアルカリ金属等の不純物が混入されていないため、それを防止する下地膜を必ずしも必要としない。そして、実施の形態３に記載したいずれかの方法を用いて、石英基板５０１上に非晶質珪素膜を形成する。次に、実施の形態３に記載したいずれかの方法を用いて非晶質珪素膜に接して金属元素を形成する。その後、４５０℃、１時間で熱処理を行って、非晶質珪素膜中の水素等のガスを出し、６００℃、８時間で熱処理を行って、結晶性半導体膜（本実施の形態では結晶性珪素膜となる）を形成する。なお結晶化を促進するために、必要に応じて実施の形態３で示したようにレーザー光を照射しても構わない。
次に、結晶化を行った第１の半導体膜上に実施の形態３で示したようにバリア膜となる絶縁膜を形成する。そして、バリア膜上にゲッタリングシンクとなる第２の半導体膜を２５〜２５０ｎｍの厚さで形成する。このとき、実施の形態１又は２で示したように成膜室に前処理を施し、スパッタリング法によりシリコンを主成分とする第２の半導体膜を形成する。この第２の半導体膜は、窒素濃度が１×１０18atoms/cm3以下であり、且つ酸素濃度が８×１０19atoms/cm3以下であって、更に好ましくは希ガス元素の濃度が１×１０20atoms/cm3以上である。また第２の半導体膜は後に除去するため、密度の低い膜としておくとよい。例えば、第２の半導体膜に２５〜４０原子％の水素を含有させることにより密度の低い半導体膜を形成することができる。
その後、実施の形態３に示したようないずれかの方法により加熱処理を行って、第１の結晶性半導体膜中の金属元素であるＮｉを、ゲッタリングシンクとなる第２の半導体膜に拡散しながら移動させ、ゲッタリングを行う。なお、ゲッタリングを行う加熱処理により、第１の半導体膜の結晶化を行ってもよい。すなわち、一度の加熱処理により、第１の半導体膜の結晶化と、ゲッタリングを達成することができ、プロセス数が低減される。
その後、第２の半導体膜をウェットエッチングにより除去する。エッチングの方法としては、実施の形態３で示した方法を用いればよい。このとき、バリア膜はエッチングストッパーとして機能する。その後、バリア膜はフッ酸により除去すればよい。
このように形成された結晶性半導体膜は、金属元素の作用により細長い棒状、又は細長い扁平状の結晶として形成され、各結晶は巨視的にみればある特定の方向性を持って成長している。
次いで、結晶性珪素膜を所望の形状にパターニングし、例えば熱酸化によりゲート絶縁膜５０３を形成する。そして、結晶性珪素膜にボロンを添加する（チャネルドープ）。その後、図５（Ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜上のゲート電極を形成する。本実施の形態では、窒化タンタル（ＴａＮ）５０４とタンタル５０５の積層構成で形成する。
そして、リンやボロンといった不純物元素を添加し、ソース領域及びドレイン領域を形成する。なお、ソース領域及びドレイン領域の作製方法は実施の形態３を参照すればよく、ゲート電極と重なる低濃度不純物領域を設けるとよい。
その後、窒素雰囲気中で８００℃、１時間かけて不純物領域の活性化を行う。本実施の形態では、石英基板を用いているため、８００℃という高温で活性化を行うことができる。
次いで、図５（Ｃ）に示すように、窒化珪素からなるパッシベーション膜５０６を形成し、半導体膜の水素化を行う。そして図５（Ｄ）に示すように、パッシベーション膜上に第１の層間絶縁膜５０７を形成し、その上に窒素を有する絶縁膜５０８を形成する。本実施の形態では、パッシベーション膜上にアクリル樹脂材料を全面塗布し、その上にスパッタリング法により窒化珪素膜を形成する。その後、所定の形状のレジストからなるマクスを形成し、ドライエッチング法により第１の層間絶縁膜及び窒化珪素膜をエッチングし、ソース領域及びドレイン領域上にテーパー形状を有するコンタクトホールを形成する。なお実施の形態３で述べたように、コンタクトホールのテーパー形状は層間絶縁膜の材料や露光条件により、曲率半径を有するようにもできる。
その後、図５（Ｅ）に示すように、開口部にチタン（Ｔｉ）とアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）とチタン（Ｔｉ）を積層させたソース配線及びドレイン配線５０９を形成する。そして、有機樹脂材料を用いて第２の層間絶縁膜５１０を形成し、当該層間絶縁膜に形成されるコンタクトホールを介して電極５１１（ＥＬ表示装置の場合は、発光素子の陽極又は陰極となり、液晶表示装置の場合は画素電極となる）を形成する。このように第２の層間絶縁膜を形成することにより、平坦性を高めることができる。またＥＬ表示装置の場合、発光領域を広くすることができる。
なお、本実施の形態における第１及び第２の層間絶縁膜や窒素を有する絶縁膜は、実施の形態３の工程において用いることも可能である。
以上のような工程により、ＴＦＴを備えたアクティブマトリクス基板を完成させる。
本発明は上述のように石英基板を用いたプロセスにおいても、窒素濃度が１×１０18atoms/cm3以下であり、且つ酸素濃度が８×１０19atoms/cm3以下であって、更に希ガス元素の濃度が１×１０20atoms/cm3以上ゲッタリングシンクとなる半導体膜を形成することができ、当該半導体膜を用いてゲッタリングを行うことにより、エッチング残渣を低減することができる。そして良好な結晶性半導体膜を有し、デバイス特性のよいＴＦＴを備えたアクティブマトリクス基板を提供することができる。
なお本実施の形態は、トップゲート構造のＴＦＴで説明したが、ボトムゲート構造のＴＦＴでも適応することはできうる。
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態３又は４に示すように形成されたアクティブマトリクス基板に発光素子を設けてＥＬ表示装置（ＥＬ表示モジュール）を形成する例を、図６を用いて説明する。
まず、実施の形態３又は４で説明した電極４２０又は５１１がＥＬ表示装置の陽極となる場合、仕事関数の大きい金属（Ｐｔ、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ）を用いて形成する。なお、本実施の形態では、仕事関数の大きいＩＴＯで形成し、所望の形状にエッチングする。
次いで、図６（Ａ）に示すように、電極４２０又は５１１の端部を覆う絶縁物（バンク、隔壁、障壁、土手などと呼ばれる）６０１を形成する。絶縁物６０１は、感光性の有機樹脂を用いて形成するとよい。例えば、絶縁物の材料としてネガ型の感光性アクリルを用いる場合、絶縁物６０１の上端部に第１の曲率半径を有する曲面を有し、前記絶縁物の下端部に第２の曲率半径を有する曲面を有するように形成することができ、なめらかな側面を有する開口部を形成することができる。前記第１の曲率半径及び前記第２の曲率半径は、それぞれ０．２μm〜３μmとすることが好ましい。また更に、絶縁物６０１を窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜、又は窒化珪素膜からなる第２の保護膜で覆ってもよい。その結果、絶縁膜６０１への水分や酸素の侵入を防ぐことができる。本実施の形態では、ポジ型の感光性アクリルを用いて絶縁物６０１を形成する。
その後、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）系の多孔質体を用いて、絶縁膜６０１及び開口部を拭い、ゴミ等の除去を行う。なお本実施の形態では、ベルクリンを用いた拭浄により、ＩＴＯや絶縁膜をエッチングしたときに発生する微粉（ゴミ）を除去することができる。
次いで発光層（有機化合物を含む層）の蒸着の前処理に、全体にＰＥＤＯＴを塗布し、ベークを行ってもよい。このとき、ＰＥＤＯＴはＩＴＯとの濡れ性が良くないため、一旦ＰＥＤＯＴを塗布後、水洗し、再度ＰＥＤＯＴを塗布することが好ましい。その後、減圧雰囲気で加熱を行う。なお、本実施の形態では、ＰＥＤＯＴを塗布後、１７０℃の減圧雰囲気で３０分加熱し、その後３０分かけて自然冷却を行う。
そして、蒸着装置を用いて、蒸着源を移動させながら蒸着を行う。例えば、真空度が５×１０-3Torr（０．６６５Pa）以下、好ましくは１０-4〜１０-6Torrまで真空排気された成膜室で蒸着を行う。蒸着の際、抵抗加熱により、予め有機化合物は気化されており、蒸着時にシャッターが開くことにより基板の方向へ飛散する。気化された有機化合物は、上方に飛散し、メタルマスクに設けられた開口部を通って基板に蒸着され、発光層６０２（正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、電子注入層を含む）が形成される。なお発光層は、有機化合物以外に無機化合物を有するように形成することができる。
次いで、上記発光層上に、第２の電極６０３を陰極として形成する。第２の電極６０３は、仕事関数の小さい金属（Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃｓ）を含む薄膜を用いて形成すればよい。また更に、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃｓ等を含む薄膜上に積層した透明導電膜（ＩＴＯ、酸化インジウム酸化スズ合金）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ2Ｏ3―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等）との積層膜で形成することもできる。また、陰極の低抵抗化を図るため、絶縁物６０１上等に、陰極と接するように補助電極を設けてもよい。
ここでは蒸着法により発光層６０２を形成した例を示したが、特に限定されず、塗布法（スピンコート法、インクジェット法など）により高分子からなる発光層を形成してもよい。また、本実施の形態では、有機化合物層として低分子材料からなる層を積層した例を示したが、高分子材料からなる層と、低分子材料からなる層とを用いて形成してもよい。また、ＲＧＢの発光層を形成してフルカラー表示を行っても、単色の発光層を形成し、色変換層やカラーフィルターを用いて、フルカラー表示を行ってもよい。
なお、ＥＬ表示装置は、光の放射方向で２通りの構造が考えられる。一つは、発光素子からの発光が第２の電極６０３を透過して観測者の目に入る構造である。すなわち発光素子からの発光が第２の電極を透過して観測者の目に入る構造である。もう一つの構造は、発光素子からの発光が電極４２０又は５１１及び基板を透過して観測者の目に入るものである。すなわち発光素子からの発光が第１の電極を透過して観測者の目に入る構造である。前者の場合、電極６０３は透光性を有する必要があり、後者の場合、電極４２０又は５１１は透光性を有する必要がある。
以上の工程で第２の電極６０３までを形成した後は、図６（Ｂ）にＥＬ表示装置の全体図を示すように、第１の保護膜６０４として電極６０３上にＤＬＣ膜や窒化シリコン膜を設け、更に第２の保護膜６０５として紫外線硬化樹脂、エポキシ樹脂その他の樹脂膜を設け、その上にカバー材６０６としてプラスチックフィルムを設けることができる。なお、プラスチックフィルムは、窒化シリコン膜等の無機絶縁膜で表面を覆い、水分や酸素を透過しないようにしておくことが望ましい。その後更に、異方性導電膜６１１を用いてＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）６１２を用いて外部端子と接続し、ＥＬ表示装置（ＥＬ表示モジュール）が完成する。
本発明は、ゲッタリングシンクとなる半導体膜の窒素濃度が１×１０18atoms/cm3以下であり、且つ酸素濃度が８×１０19atoms/cm3以下であって、更に希ガス元素の濃度が１×１０20atoms/cm3以上とすることにより、当該半導体膜のエッチング残渣を低減することができ、結果としてＥＬ表示装置を歩留まりよく作製することができる。
（実施の形態６）
本実施の形態では、実施の形態３又は４に示すように形成されたアクティブマトリクス基板に液晶素子を設けて液晶表示装置（液晶表示モジュール）を形成する例を、図７を用いて説明する。
まず、実施の形態３又は４で説明した電極４２０又は５１１をＩＴＯで形成し透過型の液晶表示装置の画素電極とする。なお、反射型の液晶表示装置の場合、画素電極をＡｌ等の金属膜で形成すればよい。その後、図７（Ａ）に示すように、好ましくは有機材料を用いて平坦化膜７０１を形成する。このとき無機材料を用いて平坦化膜を形成し、CMP等で平坦化してもよい。なお、平坦化膜は必ずしも必要ではない。
その後、アクティブマトリクス基板上に配向膜７０２を設け、予め用意された対向基板７０４に対向電極７０３を設け、図７（Ｂ）に示すようにシール材７０８を用いて対向基板とアクティブマトリクス基板を貼り合わせた後、その間に液晶７０７を注入して液晶セルを形成する。液晶を滴下した後、対向基板７０４を張り合わせてもよい。なお、液晶素子とは、液晶の光学的変調作用により光の透過又は非透過を制御する素子であり、一対の電極及びその間に挟持された液晶で構成される。更に、異方性導電膜７１１を用いてＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）７１２を接着して外部端子とすればよい。
本発明は、ゲッタリングシンクとなる半導体膜の窒素濃度が１×１０18atoms/cm3以下であり、且つ酸素濃度が８×１０19atoms/cm3以下であって、更に希ガス元素の濃度が１×１０20atoms/cm3以上とすることにより、当該半導体膜のエッチング残渣を低減することができ、結果として液晶表示装置を歩留まりよく作製することができる。
（実施例１）
本実施例では、ゲッタリングシンクに残渣が生じない場合と、生じた場合とにおいて、ゲッタリングシンクの不純物濃度を測定した結果を説明する。
まずガラス基板上に下地膜として機能するＳｉＮＯ膜（５０ｎｍ）、ＳｉＯＮ膜（１００ｎｍ）を積層して成膜した。その後、下地膜上に非晶質珪素膜（第１の非晶質珪素膜）を５０ｎｍ成膜し、金属元素であるＮｉを含む水溶液を１０ｐｐｍ塗布した。その後、ファーネス炉で５００℃／１時間加熱後、次いで５５０℃／４時間加熱処理を行い、非晶質珪素膜の結晶化を行った。その後更にＸｅＣｌエキシマレーザーを照射し、粒内欠陥を低減させ、粒径を大きくし結晶化を向上させ、第１の結晶性珪素膜を形成した。
次に第１の結晶性珪素膜上に、洗浄機を使用してオゾン水を塗布し、バリア膜を形成した。続いてスパッタリング法により、ゲッタリングシンクとして機能する非晶質珪素膜（第２の非晶質珪素膜）を５０ｎｍ成膜した。このとき、成膜圧力は０．４Ｐａ、基板温度は１５０℃、成膜電力は３Ｋｗ、ターゲットサイズは１２インチ、成膜ガスはＡｒを使用し、当該ガスの流量は５０ｓｃｃｍとし、更に加熱したＡｒを１０ｓｃｃｍで基板付近へ供給した。
第２の非晶質珪素膜を成膜する際に、本発明の前処理を行い、不純物濃度を低減させた。その結果、第２の非晶質珪素膜中の窒素濃度は１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下、酸素濃度は８×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下、Ａｒ濃度は１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上となっていた。
次に縦型ファーネス炉を使用して、５５０℃／４時間加熱処理を行い、第２の非晶質珪素膜へＮｉを拡散させ、ゲッタリングを行った。
ゲッタリング終了後、恒温槽中で、石英容器にＴＭＡＨを５０℃で保ち、約３分間エッチングを行って、第２の非晶質珪素膜を除去した。このとき、実施の形態で説明したようにバリア膜がエッチングストッパーとして機能し、第１の結晶性珪素膜はエッチングされなかった。その後、フッ酸処理を行ってバリア膜を除去し、Ｎｉ濃度が３×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下の結晶性珪素膜を得た。
以上のように作製した結晶性半導体膜（測定試料１）と、従来の方法で作製した結晶性半導体膜（測定試料２）とにおける、ゲッタリングシンクとなる半導体膜中の炭素、窒素、酸素及び塩素の不純物濃度を表１に示す。
Figure 2004186683
表１からわかるように、エッチング残渣が無い本発明により作製した試料は、各不純物濃度が低くなっている。すなわち、エッチング残渣を低減するためには不純物濃度（特に、酸素濃度や窒素濃度）を制御することが必要であることがわかる。
また上記不純物元素によって、ゲッタリングシンクに残渣が生じる原因は、次のように考えることができる。ゲッタリングシンク中の希ガス元素濃度が同一であっても酸素が析出核となって金属元素の固溶度を低下させる。そのため、ゲッタリングシンクの酸素濃度が増加し酸素に起因する析出核が存在する場合、ゲッタリングシンクをエッチング除去するときに溶解しにくくなることが残渣を生じさせていると考えることができる。そのため、特に酸素濃度を、ゲッタリングシンクに残渣が生じてしまった９×１０19atoms/cm3より低くすることが望まれる。またより好ましくは、ゲッタリングシンクに残渣が生じなかった酸素濃度３×１０18atoms/cm3以下とするとよい。
以上、本発明のようにゲッタリングシンクの不純物濃度を制御することにより、所定のゲッタリング機能を保持しながら、ゲッタリングシンクの除去を正確に行うことができ、ＴＦＴ作製の歩留まりが向上する。また残渣が発生しない場合、ゲッタリング不良も生じないため、ＴＦＴの電気特性のバラツキが低減され、信頼性も向上される。
本発明を実施するスパッタリング装置を示す図。 本発明を実施するスパッタリング装置を示す図。 本発明を実施するスパッタリング装置を示す図。 本発明を用いたアクティブマトリクス基板の作製方法を示す図。 本発明を用いたアクティブマトリクス基板の作製方法を示す図。 本発明を用いたＥＬ表示装置の作製方法を示す図。 本発明を用いた液晶表示装置の作製方法を示す図。

Claims (15)

  1. 第１の非晶質珪素膜形成し、
    前記第１の非晶質珪素膜上に珪素の結晶化を助長する金属元素を有する物質を形成し、
    前記第１の非晶質珪素膜を加熱し、第１の結晶性珪素膜を形成し、
    前記第１の結晶性珪素膜上に第２の非晶質半導体膜を形成し、
    前記第１の結晶性珪素膜及び前記第２の非晶質半導体膜を加熱し、
    前記第２の非晶質半導体膜を除去する薄膜トランジスタの作製方法であって、
    前記第２の非晶質半導体膜は、窒素濃度が１×１０18atoms/cm3以下、酸素濃度が８×１０19atoms/cm3以下、且つ希ガス元素の濃度が１×１０20atoms/cm3以上であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
  2. 第１の非晶質珪素膜形成し、
    前記第１の非晶質珪素膜上に珪素の結晶化を助長する金属元素を有する物質を形成し、
    前記第１の非晶質珪素膜を加熱し、第１の結晶性珪素膜を形成し、
    前記第１の結晶性珪素膜にレーザー光を照射し、
    前記第１の結晶性珪素膜上に第２の非晶質半導体膜を形成し、
    前記第１の結晶性珪素膜及び前記第２の非晶質半導体膜を加熱し、
    前記第２の非晶質半導体膜を除去する薄膜トランジスタの作製方法であって、
    前記第２の非晶質半導体膜は、窒素濃度が１×１０18atoms/cm3以下、酸素濃度が８×１０19atoms/cm3以下、且つ希ガス元素の濃度が１×１０20atoms/cm3以上であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
  3. 第１の非晶質珪素膜形成し、
    前記第１の非晶質珪素膜上に珪素の結晶化を助長する金属元素を有する物質を形成し、
    前記第１の非晶質珪素膜上に第２の非晶質半導体膜を形成し、
    前記第１の非晶質珪素膜及び前記第２の非晶質半導体膜を加熱し、
    前記第２の非晶質半導体膜を除去する薄膜トランジスタの作製方法であって、
    前記第２の非晶質半導体膜は、窒素濃度が１×１０18atoms/cm3以下、酸素濃度が８×１０19atoms/cm3以下、且つ希ガス元素の濃度が１×１０20atoms/cm3以上であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
  4. 第１の非晶質珪素膜形成し、
    前記第１の非晶質珪素膜上に珪素の結晶化を助長する金属元素を有する物質を形成し、
    前記第１の非晶質珪素膜を加熱し、第１の結晶性珪素膜を形成し、
    前記第１の結晶性珪素膜上に第２の非晶質半導体膜を形成し、
    前記第１の結晶性珪素膜及び前記第２の非晶質半導体膜を加熱し、前記金属元素を第２の非晶質半導体膜へ移動させ、
    前記第２の非晶質半導体膜を除去する薄膜トランジスタの作製方法であって、
    前記第２の非晶質半導体膜は、窒素濃度が１×１０18atoms/cm3以下、酸素濃度が８×１０19atoms/cm3以下、且つ希ガス元素の濃度が１×１０20atoms/cm3以上であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
  5. 第１の非晶質珪素膜形成し、
    前記第１の非晶質珪素膜上に珪素の結晶化を助長する金属元素を有する物質を形成し、
    前記第１の非晶質珪素膜を加熱し、第１の結晶性珪素膜を形成し、
    前記第１の結晶性珪素膜上に第２の非晶質半導体膜を形成し、
    前記第１の結晶性珪素膜及び前記第２の非晶質半導体膜を加熱し、ゲッタリングを行い、
    前記第２の非晶質半導体膜を除去する薄膜トランジスタの作製方法であって、
    前記第２の非晶質半導体膜は、窒素濃度が１×１０18atoms/cm3以下、酸素濃度が８×１０19atoms/cm3以下、且つ希ガス元素の濃度が１×１０20atoms/cm3以上であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
  6. 第１の非晶質珪素膜形成し、
    前記第１の非晶質珪素膜上に珪素の結晶化を助長する金属元素を有する物質を形成し、
    前記第１の非晶質珪素膜を加熱し、第１の結晶性珪素膜を形成し、
    前記第１の結晶性珪素膜上にバリア膜を形成し、
    前記バリア膜上に第２の非晶質半導体膜を形成し、
    前記第１の結晶性珪素膜及び前記第２の非晶質半導体膜を加熱し、
    前記第２の非晶質半導体膜及び前記バリア膜を除去する薄膜トランジスタの作製方法であって、
    前記第２の非晶質半導体膜は、窒素濃度が１×１０18atoms/cm3以下、酸素濃度が８×１０19atoms/cm3以下、且つ希ガス元素の濃度が１×１０20atoms/cm3以上であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
  7. 請求項６において、前記バリア膜はオゾン水、又は硫酸、塩酸或いは硝酸と過酸化水素水との混合水溶液を用いて形成された酸化膜であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
  8. 請求項１乃至７のいずれか一において、スパッタリング法により前記第２の非晶質半導体膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
  9. 第１の非晶質珪素膜形成し、
    前記第１の非晶質珪素膜上に珪素の結晶化を助長する金属元素を有する物質を形成し、
    前記第１の非晶質珪素膜を加熱し、第１の結晶性珪素膜を形成し、
    前記第１の結晶性珪素膜上に第２の非晶質半導体膜を形成し、
    前記第１の結晶性珪素膜及び前記第２の非晶質半導体膜を加熱し、
    前記第２の非晶質半導体膜を除去する薄膜トランジスタの作製方法であって、
    前記第２の非晶質半導体膜は、成膜室に可燃性ガス及び希ガスを供給し、当該成膜室の酸素濃度を低減し、前記可燃性ガスの供給を停止させた状態でスパッタリング法により形成し、窒素濃度が１×１０18atoms/cm3以下、酸素濃度が８×１０19atoms/cm3以下、且つ希ガス元素の濃度が１×１０20atoms/cm3以上であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
  10. 請求項９において、前記可燃性ガスはＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＣｌ4、ＧｅＨ4、ＰＨ3、Ｂ2Ｈ6、ＡｓＨ3及びＨ2Ｓｅから選ばれた一種又は複数種であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
  11. 第１の非晶質珪素膜形成し、
    前記第１の非晶質珪素膜上に珪素の結晶化を助長する金属元素を有する物質を形成し、
    前記第１の非晶質珪素膜を加熱し、第１の結晶性珪素膜を形成し、
    前記第１の結晶性珪素膜上に第２の非晶質半導体膜を形成し、
    前記第１の結晶性珪素膜及び前記第２の非晶質半導体膜を加熱し、
    前記第２の非晶質半導体膜を除去する薄膜トランジスタの作製方法であって、
    前記第２の非晶質半導体膜は、成膜室に配置されたＴｉを含むフィラメントを加熱し、当該成膜室の酸素濃度を低減し、前記フィラメントの加熱を停止させた状態でスパッタリング法により形成し、窒素濃度が１×１０18atoms/cm3以下、酸素濃度が８×１０19atoms/cm3以下、且つ希ガス元素の濃度が１×１０20atoms/cm3以上であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
  12. 第１の非晶質珪素膜形成し、
    前記第１の非晶質珪素膜上に珪素の結晶化を助長する金属元素を有する物質を形成し、
    前記第１の非晶質珪素膜を加熱し、第１の結晶性珪素膜を形成し、
    前記第１の結晶性珪素膜上に第２の非晶質半導体膜を形成し、
    前記第１の結晶性珪素膜及び前記第２の非晶質半導体膜を加熱し、
    前記第２の非晶質半導体膜を除去する薄膜トランジスタの作製方法であって、
    前記第２の非晶質半導体膜は、成膜室に配置されたＴｉを含む電極間に電圧を印加することによりプラズマを生じさせ、当該成膜室の酸素濃度を低減し、前記電極への電圧の印加を停止させた状態でスパッタリング法により形成し、窒素濃度が１×１０18atoms/cm3以下、酸素濃度が８×１０19atoms/cm3以下、且つ希ガス元素の濃度が１×１０20atoms/cm3以上であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
  13. 請求項１乃至１２のいずれか一において、ヒドラジン又はテトラエチルアンモニウムハイドロオキサイトを用いたウェットエッチング法により前記第２の非晶質半導体膜を除去することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
  14. 請求項１乃至１３のいずれか一において、前記希ガス元素はヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン及びキセノンから選ばれた一種又は複数種を用いることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
  15. 請求項１乃至１４のいずれか一において、前記金属元素は鉄、ニッケル、コバルト、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、銅及び金のいずれか一種又は複数種であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。

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