JP4439792B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体特性を利用した素子、例えば、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）のようなデバイスを作製する際に半導体膜中に含まれる不純物元素をゲッタリングする方法に関する。また、本発明を用いて形成された結晶性シリコン膜を用いて、信頼性及び特性が優れた半導体装置を作製する技術に関する。
【０００２】
【従来技術】
半導体特性を利用したデバイスは日々、小型化、高性能化のための研究開発が続けられている。デバイスの小型化、軽量化が進むにつれ少量の重金属不純物元素でもその影響は大となり、デバイス特性を悪化させてしまう、デバイスのライフタイムを縮めてしまう等の問題が顕著化している。このような特性悪化や歩留まりに関する問題を解決するために、半導体中の不純物元素濃度を低減するためのゲッタリング技術に関する技術開発がさかんに進められている。
【０００３】
ところで、本出願人らは、特開平７−１６１６３４号公報等において、アモルファス半導体膜（代表的にはアモルファスシリコン膜）に、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄといった金属元素を添加して加熱処理を行う方法を良好な結晶性を有する半導体膜を得る方法として開示している。ここで、アモルファスシリコン膜に添加している金属元素は、結晶化を促進する役割を果たしているため、触媒元素とも称している。ここで、触媒元素として例にあげられた金属元素の一例であるＮｉは、上記した半導体において特性を悪化させる原因となる重金属不純物元素でもある。そこで、この結晶化方法を適用する際は、結晶化工程後に得られた結晶性半導体膜（結晶性シリコン膜）から速やかに金属元素を除去する（もしくは、結晶性シリコン膜に含まれる触媒元素の濃度を低減する）ことが望ましく、このための処理として様々なゲッタリング技術が考案されている。
【０００４】
これまでに考案されたゲッタリング技術としては以下のようなものが挙げられる。（１）加熱により不純物元素を後のチャネル形成領域となる領域からゲッタリング作用を有する元素（例えば、周期表の１５族に属する元素）を高濃度に含むソース領域またはドレイン領域に拡散させる方法、（２）加熱により不純物元素を後の活性層（特にチャネル形成領域となる領域）領域からゲッタリング作用を有する元素（例えば、周期表の１５族に属する元素）を高濃度に含み、かつ活性層となる領域の外側に形成されたゲッタリング領域に拡散させる方法、（３）第１のシリコン膜（活性層を形成するための半導体膜）上に、極薄い（膜厚１〜５ｎｍ程度）酸化膜を介してゲッタリング領域となる第２の半導体膜（例えば、シリコン膜）を形成し、加熱処理することにより第１の半導体膜から第２の半導体膜に不純物元素を拡散させる方法、である。なかでも（３）のゲッタリング方法は、不純物元素を基板と概略垂直方向に移動させるゲッタリング（以下、縦方向ゲッタリングという）は、不純物元素の移動距離が短くてすむため半導体膜中の不純物元素濃度を十分に低減でき、不純物元素濃度が低い良好な半導体膜を得るための方法として有望視されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記（３）のゲッタリングで用いる半導体膜上に形成された酸化膜は、ゲッタリング処理後にゲッタリング領域をエッチングして除去する際のエッチングストッパー（エッチングブロック）膜として機能するため、「エッチングに十分耐えシリコン膜を保護することができるだけのエッチング液に対する耐性」、「ゲッタリング処理を問題なく行うために、ゲッタリングのための加熱処理の際に、酸化膜中を不純物が移動できる膜質」を持った膜が求められる。さらに、量産性を考えた場合には「簡便に作製でき、再現性がよいこと」が求められる。なお、この酸化膜は、ゲッタリング領域のエッチングの際に結晶性シリコン膜をエッチング液から守る（バリアする）機能を有するためバリア層とも称することとする。
【０００６】
上記したようなバリア層は、オゾンを含む水（ヒドロ水という）を塗布することで簡便に形成することができるが、このようなウェットプロセスは、薬液の濃度制御や保管の際の条件を保つことが難しい。また、ヒドロ水を塗布して酸化膜を作製する際の膜厚分布の均一性や、基板端部への成膜にも難があるということで、本発明では上記した要求を満たす酸化膜（バリア層）をドライプロセスで形成する方法を提供し、歩留まりの向上させ、このようなバリア層を用いてシリコン膜に含まれる不純物元素をゲッタリングすることにより、含有不純物元素の少ない良好なシリコン膜を作製する方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、結晶性シリコン膜をＮ₂Ｏを含む雰囲気中に曝し、プラズマ処理することによって酸化膜を形成し、前記酸化膜上にシリコン膜（例えば、アモルファスシリコン膜）を形成して加熱処理を行うことにより、結晶性シリコン膜中の不純物をシリコン膜に移動させる工程を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、第１のシリコン膜をＮ₂Ｏを含む雰囲気に曝しプラズマ処理することにより酸化膜を形成し、前記酸化膜上に第２のシリコン膜を形成し、加熱処理を行い前記第１のシリコン膜中の金属元素を前記第２のシリコン膜に移動することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、流入される気体中のＮ₂Ｏの割合が１０％以上含まれる雰囲気に第１のシリコン膜を曝しプラズマ処理することにより酸化膜を形成し、前記酸化膜上に第２のシリコン膜を形成し、加熱処理を行い前記第１のシリコン膜中の金属元素を前記第２のシリコン膜に移動させることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、アモルファスシリコン膜に金属元素を添加して第１の加熱処理を行って結晶性シリコン膜を形成し、前記結晶性シリコン膜をＮ₂Ｏを含む雰囲気に曝しプラズマ処理して前記結晶性シリコン膜上に酸化膜を形成し、前記酸化膜上にシリコン膜を形成して第２の加熱処理を行うことにより、前記結晶性シリコン膜中の金属元素を前記シリコン膜に移動することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、アモルファスシリコン膜の一部に選択的に金属元素を添加し、第１の加熱処理を行って結晶性シリコン膜を形成し、前記結晶性シリコン膜をＮ₂Ｏを含む雰囲気に曝しプラズマ処理して前記結晶性シリコン膜上に酸化膜を形成し、前記酸化膜上にシリコン膜を形成して第２の加熱処理を行うことにより、前記結晶性シリコン膜中の金属元素を前記シリコン膜に移動することを特徴とする。
【００１２】
また、上記発明において、前記酸化膜上の前記シリコン膜はアモルファスシリコン膜であることを特徴とする。
【００１３】
また、上記発明において、前記酸化膜上の前記第２のシリコン膜にはゲッタリング作用を有する元素が含まれていることを特徴とする。
【００１４】
また、上記発明において、前記ゲッタリング作用を有する元素は、アルゴン、キセノン、ネオンまたはクリプトンの希ガス元素から選ばれた一種または複数種の元素であることを特徴とする。
【００１５】
また、上記発明において、前記ゲッタリング作用を有する元素は周期表の１５族に属する元素であることを特徴とする。
【００１６】
また、上記発明において、前記ゲッタリング作用を有する元素は周期表の１５族に属する元素および周期表の１３族に属する元素であることを特徴とする。
【００１７】
また、上記発明において、前記第１のシリコン膜をＮ₂Ｏを含む雰囲気に曝しプラズマ処理して酸化膜を形成した後、大気雰囲気中に曝されることなく連続して前記酸化膜上に第２のシリコン膜を形成することを特徴とする。
【００１８】
また、上記発明において、前記結晶性シリコン膜をＮ₂Ｏを含む雰囲気に曝しプラズマ処理して酸化膜を形成した後、大気雰囲気中に曝されることなく連続して前記酸化膜上にシリコン膜を形成することを特徴とする。
【００１９】
また、上記発明において、前記Ｎ₂Ｏを含む雰囲気に曝しプラズマ処理して前記酸化膜を形成した後、同一のプラズマＣＶＤ装置内にて連続して前記酸化膜上に前記シリコン膜を形成することを特徴とする。
【００２０】
また、上記発明において、前記金属元素は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＣｕまたはＡｕのいずれか一種または複数種であることを特徴とする。
【００２１】
また、上記発明において、前記第２の加熱処理の後、前記酸化膜上の前記シリコン膜をエッチングにより除去した後に前記酸化膜を除去することを特徴とする。
【００２２】
また、上記発明において、前記酸化膜は、前記酸化膜上の前記シリコン膜を除去する際に、エッチング液から前記結晶性シリコン膜を保護することを特徴とする。
【００２３】
また、上記発明において、前記第１のシリコン膜にレーザ光を照射した後にＮ₂Ｏを含む雰囲気に曝しプラズマ処理して、前記第１のシリコン膜上に酸化膜を形成することを特徴とする。
【００２４】
また、上記発明において、前記結晶性シリコン膜にレーザ光を照射した後にＮ₂Ｏを含む雰囲気に曝しプラズマ処理して、前記結晶性シリコン膜上に酸化膜を形成することを特徴とする。
【００２５】
また、上記発明に記載された作製方法により作製されたことを特徴とする半導体装置である。
【００２６】
また、本発明は、半導体層、ゲート絶縁膜およびゲート電極を含む半導体装置であって、前記半導体層は濃度分布を有して金属元素を含み、前記半導体層の表面側における金属元素の濃度は、前記半導体層のガラス基板側の金属元素の濃度より高く、前記半導体層には窒素が含まれていることを特徴とする。
【００２７】
また、上記発明において、前記金属元素は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＣｕまたはＡｕのいずれか一種または複数種の元素であることを特徴とする。
【００２８】
また、上記発明において、前記半導体層の表面における平均面粗さＲａが４．７〜８．３ｎｍであることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明は、少なくとも２つ以上の処理室を有する半導体製造装置であって、基板上に形成された第１のシリコン膜をＮ₂Ｏを含む雰囲気に曝し、プラズマ処理して酸化膜を形成するための処理室と、前記酸化膜上に第２のシリコン膜を形成するための処理室と、を有し、前記基板は、前記酸化膜を形成するための処理室から前記第２のシリコン膜を形成するための処理室へ大気中に曝されることなく移送されることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明は、少なくとも２つ以上の処理チャンバーを有する半導体製造装置であって、基板上に形成された第１のシリコン膜をＮ₂Ｏを含む雰囲気に曝し、プラズマ処理して酸化膜を形成するための処理室と、前記酸化膜上に第２のシリコン膜を形成するための処理室と、を有し、前記酸化膜を形成するための処理室と前記第２のシリコン膜を形成するための処理室とは、同一であることを特徴とする。
【００３１】
また、上記発明において、少なくとも前記酸化膜上に第２のシリコン膜を形成するための処理室は、プラズマＣＶＤ法により前記第２のシリコン膜を形成する処理室であることを特徴とする。
【００３２】
また、上記発明において、前記酸化膜上に第２のシリコン膜を形成するための処理室は、スパッタ法により前記第２のシリコン膜を形成する処理室であることを特徴とする。
【００３３】
以上のように本発明を適用して得られる酸化膜は、薬液の濃度制御や保管等の条件が厳しいウェットプロセスと比較して、原料ガスの保管等が簡便なドライプロセスを用いて、結晶性シリコン膜上に酸化膜を形成し、この酸化膜上に第２のシリコン膜を形成し、加熱処理して結晶性シリコン膜中に含まれる不純物元素（代表的には、結晶性シリコン膜を形成する際に触媒元素として用いられるＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ等の金属元素）を第２のシリコン膜に移動させるゲッタリング処理を行い、その後、第２のシリコン膜をエッチングにより除去する際に、エッチング液（エッチャントともいう）から結晶性シリコン膜を保護する機能を有するバリア層として用いることができる。
【００３４】
また、上述したようにプラズマ雰囲気において結晶性シリコン膜上に酸化膜を形成した後に大気解放することなく連続的にシリコン膜を形成するため、酸化膜と後に金属元素が移動するシリコン膜との界面の汚染を防止することができる。従来の工程では、図１６（Ａ）に示すように酸化膜上にゴミが付着したままゲッタリング領域となるシリコン膜を形成してしまい、図１６（Ａ）に示すように、ゴミによりゲッタリング領域１６が完全に形成されない問題が生じるおそれがある。このような場合、ゲッタリング処理（図１６（Ｂ））において形成されたゲッタリング領域上の酸化膜１６０１を除去すると、図１６（Ｃ）に示すように、ゲッタリング領域が形成されなかった領域において、バリア層１５も除去されてしまい、続くゲッタリング領域１６の除去工程（図１６（Ｄ））において、結晶性シリコン膜１４が露出した状態になってしまい、エッチャントにより除去される領域１６０２ができてしまうという問題がある。これにより、ＴＦＴを形成したい領域の結晶性シリコン膜がなくなってしまう不良が生じる可能性がある。
しかし、本発明のように、酸化膜形成からゲッタリング領域となるシリコン膜を大気解放せずに連続的に形成することにより、ゴミによる上述したような不良を防止することができ、良好な半導体装置を作製する技術を提供することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明を適用して半導体膜から結晶化に用いた金属元素（以下、触媒元素ともいう）を除去する方法について説明する。また、本発明は、図１５に示すような製造装置を用いて行うことができるため、工程に併せて製造装置についても説明する。なお、図１５に示す半導体製造装置は、第１の処理室１５０１、第２の処理室１５０３、第３の処理室１５０７、第４の処理室１５０９、第５の処理室１５１１を有しており、それぞれの処理室は、基板搬送室１５１４にゲートバルブ１５０２、１５０６、１５０８、１５１０、１５１３を介して設けられている。また、基板搬送室１５１４には、基板搬送手段１５１５が設けられている。
【００３６】
ガラス基板１０上に膜厚１００ｎｍの窒化シリコン膜からなる下地絶縁膜１１を形成し、続けて膜厚２０〜１００ｎｍのアモルファスシリコン膜１２を形成する。なお、下地絶縁膜１１は積層構造としてもよい。また、下地絶縁膜１１及びアモルファスシリコン膜１２は、図１５に示す第１の処理室１５０１において、大気解放せずに連続成膜することができる。
【００３７】
続いて、アモルファスシリコン膜１２に触媒元素を添加し、触媒元素含有層１３を形成して加熱処理を行う。ここでは、アモルファスシリコン膜１２に対して、重量換算で１０ｐｐｍの触媒元素（本実施形態ではニッケル）を含む水溶液（酢酸ニッケル水溶液）をスピンコート法で塗布して、触媒元素含有層１３を形成する。ここで使用可能な触媒元素は、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、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）、金（Ａｕ）から選ばれた一種または複数種の元素である（図４（Ａ））。このような触媒元素の塗布は、例えば、図１５に示す第２の処理室１５０３で行えばよい。第２の処理室１５０３に設けられたスピナー１５０４は基板を支持するためのチャック機構を有し、指定された回転数（本発明では、１０〜３０００ｒｐｍの指定された回転数）で回転させることができるようになっている。また、触媒元素を含む水溶液を吐出し基板に噴射するための複数の薬液ノズル１５０５を有しており、基板を回転させながら、触媒元素を塗布することができる。なお、上記したスピンコート法でニッケルを添加する方法以外に、蒸着法やスパッタ法などにより触媒元素でなる薄膜（ここではニッケル膜）をアモルファスシリコン膜１２上に形成する手段をとっても良い。さらに、アモルファスシリコン膜１２全面に触媒元素を添加する以外に、絶縁膜によるマスク等を用いて、選択された領域に触媒元素を添加してもよい。
【００３８】
次いで、結晶化の工程に先立って４００〜５００℃で１時間程度の加熱処理工程を行い（図１５の第５の処理室１５１１である加熱処理室にて行えばよい）、水素を膜中から脱離させた後、５００〜６５０℃（好ましくは５５０〜５７０℃）で４〜１２時間（好ましくは４〜６時間）の第１の加熱処理を行う。本実施形態では、５５０℃で４時間の加熱処理（第１の加熱処理）を行い、結晶性半導体膜（本実施形態では結晶性シリコン膜）１４を形成する。なお、ここでは炉を用いた加熱処理により結晶化を行ったが、ランプ等を熱源として用いるＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置で結晶化を行ってもよい。なお、加熱処理後に結晶性シリコン膜１４にレーザ光を照射して、結晶性を向上させた結晶性シリコン膜を形成してもよい。このレーザ光照射により結晶性シリコン膜の結晶性は大幅に改善される。レーザ光は、パルス発振型のＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）を適応すればよい。
【００３９】
続いて、結晶性シリコン膜１４上に酸化膜（バリア層）１５を形成する。本実施形態では、表１に示すような条件で作製される（１）〜（１３）までの１３種のバリア層を形成する。（１）〜（１３）のバリア層は４種類の処理方法（Ｎ₂Ｏ／Ｏ₂プラズマ処理（１）〜（４）、Ｎ₂Ｏ／ＮＨ₃プラズマ処理（５）〜（７）、Ｎ₂／Ｏ₂プラズマ処理（８）〜（１０）、Ｎ₂／Ｏ₂／Ｈ₂プラズマ処理（１１）〜（１３））を用いて、流入するガスの流量比を変化させて形成した酸化膜である。このようなプラズマ処理は、図１５に示す第３の処理室１５０７にて行えばよい。
【００４０】
【表１】

【００４１】
以上のようにバリア層１５を形成した後、バリア層１５上にゲッタリング領域として第２の半導体膜１６を形成する。第２の半導体膜１６は、スパッタ法により形成されたアモルファスシリコン膜を用い、希ガス元素としてアルゴンを１×１０¹⁹〜１×１０²²／ｃｍ³の濃度で含んでいる。なお、この工程は、第３の処理室１５０７にてバリア層１５を形成した後、第４の処理室１５０９にて第２の半導体膜１６を形成するというように、大気解放せずに連続的に行うことが重要である。これは、酸化膜上にゴミが付着したままゲッタリング領域となるシリコン膜を形成してしまうと、図１６に示すように、ゴミによりゲッタリング領域が形成されない領域が生じてしまい、ゲッタリング処理後のゲッタリング領域の除去の際に結晶性シリコン膜がエッチャントにより除去されてしまう可能性があるからである。なお、第４の処理室１５０９は、プラズマＣＶＤ法による成膜処理室であっても、スパッタ法による成膜処理室であってもどちらでもよい。また、第４の処理室１５０９がプラズマＣＶＤ法による成膜処理室である場合、第３の処理室１５０７で行うプラズマ処理と第４の処理室１５０９で行う成膜処理とを同一の処理室で行うこともできる。
【００４２】
続いて、加熱処理（第２の加熱処理）を行い、結晶性シリコン膜１４中に含まれる触媒元素を第２の半導体膜１６へ拡散させてゲッタリングを行った。この加熱処理は、図１５の第５の処理室１５１１にて行えばよい。なお、加熱処理は、５５０℃で４時間、炉を用いた加熱処理を行っているが、その他、熱源に光（光源としては、赤外光、）の輻射熱を用い、瞬間的に加熱処理する方法や、熱源に加熱された不活性ガス（窒素、希ガス等）を用い、瞬間的に加熱処理を行う方法を用いれば、ゲッタリングのための加熱処理にかかる時間を短縮することができる。
【００４３】
ここで、１３種類のバリア層１５を用いた場合のそれぞれのゲッタリングに関する評価を行った結果を示す。また、比較のために、すでにゲッタリング可能なことがわかっているオゾンを含む水（ヒドロ水）を塗布することにより得られるバリア層を用いたゲッタリングも行った。
【００４４】
なお、結晶性シリコン膜１４から第２の半導体膜（ゲッタリング領域）１６に不純物元素（ここでは、触媒元素）の移動の可否でゲッタリングに関する評価を行い、ゲッタリング工程後に結晶性シリコン膜１４に残留している触媒元素の濃度を測定することにより行う。具体的には、加熱処理による拡散を行った後、結晶性シリコン膜１４に残留している触媒元素の濃度を全反射蛍光Ｘ線により測定し、面内の６点を測定することによりその平均値をとっている。なお、全反射蛍光Ｘ線のＮｉの測定加減は、２．０×１０⁹／ｃｍ²である。その結果を図１に示す。
【００４５】
図１の結果から、▲１▼〜▲５▼のバリア層（Ｎ₂Ｏを含む雰囲気に曝してプラズマ処理して作製された酸化膜）を用いた場合に触媒元素の濃度が１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²以下と十分に低減されている。したがって「ゲッタリングのための加熱処理の際に、酸化膜中を不純物が移動できる」能力があることがわかる。
【００４６】
また、Ｎ₂Ｏを含む雰囲気に曝してプラズマ処理して作製された酸化膜▲１▼、▲５▼を用いてゲッタリングを行った結晶性シリコン膜の表面をＥＳＣＡ（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）分析を行ったところ、図２、３に示すように窒素のピークが確認された。なお、ＥＳＣＡ分析とは、励起に軟Ｘ線を用いた光電子分光法であり、試料に軟Ｘ線を照射したときに放出される光電子の運動エネルギーを測定することにより、原子に固有の結合エネルギーを測定して、このわずかな変化により電子状態を解明するものである。
【００４７】
（実施形態２）
本発明を適用して、半導体装置を作製する方法について、図４〜７を用いて説明する。なお、以下に示す結晶性シリコン膜の作製工程は、実施形態１で示す製造装置を用いて実施することができる。
【００４８】
基板１０には低アルカリガラス基板や石英基板を用いることができる。本実施形態では低アルカリガラス基板を用いた。この場合、ガラス歪み点よりも１０〜２０℃程度低い温度であらかじめ熱処理しておいても良い。この基板１０のＴＦＴを形成する表面には、基板１０からの不純物拡散を防ぐために、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの下地絶縁膜１１を形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ₄、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜を下地絶縁膜１１ａとして１００ｎｍ、同様にＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜を下地絶縁膜１１ｂとして膜厚２００ｎｍの厚さに積層形成する。
【００４９】
次に、２０〜１５０ｎｍ（好ましくは３０〜８０ｎｍ）の厚さでアモルファス構造を有する半導体膜（アモルファス半導体膜、代表的にはアモルファスシリコン膜）１２を、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の方法で形成する。本実施形態では、プラズマＣＶＤ法でアモルファスシリコン膜１２を５５ｎｍの厚さに形成した。アモルファス構造を有する半導体膜としては、アモルファス半導体膜や微結晶半導体膜がある。また、下地絶縁膜１１とアモルファスシリコン膜１２とは同じ成膜法で形成することが可能であるので、両者を連続形成しても良い。下地絶縁膜１１を形成した後、一旦大気雰囲気に晒さないことでその表面の汚染を防ぐことが可能となり、作製するＴＦＴの特性バラツキやしきい値電圧の変動を低減させることができる（図４（Ａ））。
【００５０】
そして、結晶構造を含む半導体膜（本実施形態では、結晶性シリコン膜）を形成する。アモルファスシリコン膜１２の結晶化に際して、結晶化を助長する触媒元素（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｕ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれた一種または複数種の元素、代表的にはＮｉ）を用い、加熱処理を行って結晶性シリコン膜１４を形成する結晶化手段である。
【００５１】
具体的には、アモルファスシリコン膜１２の表面に触媒元素含有層１３を形成し、この状態で加熱処理を行い、アモルファスシリコン膜１２を結晶性シリコン膜１４に変化させるものである。なお、結晶性シリコン膜１４にはいわゆる単結晶シリコン膜もポリシリコン膜も含まれるが、本実施形態で形成される結晶性シリコン膜１４は結晶粒界を有するシリコン膜である。
【００５２】
また、触媒元素をアモルファスシリコン膜に添加する方法としては、プラズマドーピング法、蒸着法もしくはスパッタ法等の気相法、もしくは触媒元素を含有する溶液を塗布する方法が採用できる。溶液を用いる方法は、触媒元素の添加量の制御が容易であり、ごく微量な添加を行うのも容易である。
【００５３】
また、上述した結晶化法とレーザ結晶化法とを組み合わせることにより、結晶性半導体膜（結晶性シリコン膜）の結晶性をさらに高めることができる。この時使用するレーザとしては、パルス発振型ＫｒＦエキシマレーザ、ＸｅＣｌエキシマレーザを用いることができる。これらのレーザを用いる場合には、レーザ発振器から放出されたレーザ光を光学系で線状に集光し、半導体膜に照射する方法を用いるとよい。このようにレーザ光を照射すると、その表面には凹凸が形成される。この凹凸の様子を原子間力顕微鏡(ＡＦＭ:Atomic Force Microscope)を用いてスキャンエリアを５０μｍ×５０μｍとして観察すると、その表面粗さＲａは、４．７〜８．３ｎｍであった。ここで、結晶化のためのレーザ光照射条件は、実施者が適宜選択すればよい。なお、図１５には図示していないが、さらに、レーザ照射の処理室を設けてもよい。
【００５４】
次いで、結晶性シリコン膜１４上にバリア層１５を形成する。本実施形態では、成膜温度４００℃、ガス流量Ｎ₂Ｏ：Ｏ₂を５０／５０ｓｃｃｍ、圧力０．３Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー密度１０／６００Ｗ／ｃｍ²、成膜時間３０秒として、結晶性シリコン膜１４上に酸化膜（バリア層ともいう）を形成する。
【００５５】
続いて、バリア層１５上にゲッタリング領域となる第２の半導体膜１６を形成する。第２の半導体膜１６には、シリコン膜を用いればよい。また、ゲッタリングが十分に行われるように、第２の半導体膜１６には希ガス元素が添加される。なお、希ガス元素を含む半導体膜の形成方法の一例としては、希ガス元素を含む雰囲気でシリコンからなるターゲットを用い、アモルファスシリコン膜からなるゲッタリング領域１６を形成すればよい。また、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）、キセノン（Ｘｅ）から選ばれた一種または複数種を用い、中でも安価なガスであるアルゴン（Ａｒ）が好ましい。
【００５６】
また、ゲッタリング作用を有する周期表第１５族に属する元素（代表的にはリン、ヒ素等）または周期表第１３族に属する元素（代表的にはボロン等）を含むターゲットを用いてゲッタリング領域を形成してゲッタリングを行うことも可能である。さらに、ゲッタリング領域に周期表第１５族に属する元素（代表的にはリン、ヒ素等）および周期表第１３族に属する元素（代表的にはボロン等）が含まれていてもよい。
【００５７】
さらに、第２の半導体膜（ゲッタリング領域）１６は、ゲッタリング工程後、エッチングにより除去するため、除去しやすい、例えば、第１の半導体膜（結晶性シリコン膜１４とエッチングの選択比が大きい膜としてアモルファス半導体膜を用いるとよい。
【００５８】
加熱処理を行い、結晶性シリコン膜１４中に残留する触媒元素（ニッケル）をゲッタリング領域１６に移動させ、濃度を低減、あるいは除去するゲッタリングを行う。ゲッタリングを行う加熱処理としては、強光を照射する処理または加熱処理を行い、結晶性シリコン膜１４に含まれるニッケルがほとんど存在しない、即ち膜中のニッケル濃度が１×１０¹⁸／ｃｍ³以下、望ましくは１×１０¹⁷／ｃｍ³以下になるように十分ゲッタリングする。
【００５９】
次いで、バリア層１５をエッチングストッパーとして、ゲッタリング領域１６のみをエッチングして選択的に除去した後、フッ酸等を用いてバリア層１５を除去する。なお、ここまでで示したような結晶性シリコン膜の作製工程は、実施形態１において図１５で示した半導体製造装置を用いて実施することができる。
【００６０】
以上のようにして触媒元素濃度が低減された結晶性シリコン膜を所定の形状に分割して、半導体層１０２〜１０５を形成する。
【００６１】
ここで、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層１０２〜１０５の全面にしきい値電圧を制御する目的で１×１０¹⁶〜５×１０¹⁷／ｃｍ³程度の濃度でｐ型を付与する不純物元素としてボロン（Ｂ）を添加してもよい。ボロン（Ｂ）の添加はイオンドープ法で実施しても良いし、アモルファスシリコン膜を成膜するときに同時に添加しておくこともできる。ここでのボロン（Ｂ）添加は必ずしも必要でないが、ボロン（Ｂ）を添加した半導体層１０２〜１０５はｎチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧を所定の範囲内に収めるために形成することが好ましかった。
【００６２】
次いで、ゲート絶縁膜１０６をプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて１０〜１５０ｎｍの厚さでシリコンを含む絶縁膜で形成する。例えば、１２０ｎｍの厚さで酸化窒化シリコン膜を形成する。ゲート絶縁膜１０６には、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【００６３】
次に、ゲート電極を形成するために導電膜（Ａ）１０７および導電膜（Ｂ）１０８を成膜する。本実施形態では、導電性の窒化物金属膜から成る導電層（Ａ）１０７と金属膜から成る導電層（Ｂ）１０８とを積層させた。導電層（Ｂ）１０８はタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜（代表的にはＭｏ−Ｗ合金膜、Ｍｏ−Ｔａ合金膜）で形成すれば良く、導電層（Ａ）１０７は窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、窒化モリブデン（ＭｏＮ）で形成する。また、導電層（Ａ）１０７は代替材料として、タングステンシリサイド、チタンシリサイド、モリブデンシリサイドを適用しても良い。導電層（Ｂ）は低抵抗化を図るために含有する不純物濃度を低減させると良く、特に酸素濃度に関しては３０ｐｐｍ以下とすると良かった。例えば、タングステン（Ｗ）は酸素濃度を３０ｐｐｍ以下とすることで２０μΩｃｍ以下の比抵抗値を実現することができた。
【００６４】
導電層（Ａ）１０７は１０〜５０ｎｍ（好ましくは２０〜３０ｎｍ）とし、導電層（Ｂ）１０８は２００〜４００ｎｍ（好ましくは２５０〜３５０ｎｍ）とすれば良い。本実施形態では、導電層（Ａ）１０７に３０ｎｍの厚さの窒化タンタル膜を、導電層（Ｂ）１０８には３５０ｎｍのＴａ膜を用い、いずれもスパッタ法で形成した。このスパッタ法による成膜では、スパッタ用のガスのＡｒに適量のＸｅやＫｒを加えておくと、形成する膜の内部応力を緩和して膜の剥離を防止することができる（図５（Ａ））。
【００６５】
次いで、レジストからなるマスク１０９〜１１３を形成し、それぞれのＴＦＴのゲート電極および容量配線を形成するための第１のエッチング処理を行う。本実施形態では第１のエッチング条件として、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５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行った。基板側（試料ステージ）にも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。この第１のエッチング条件によりＷ膜をエッチングして第１の導電層の端部をテーパ状とする。
【００６６】
この後、マスク１０９〜１１３を除去せずに第２のエッチング条件に変え、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）電力を投入してプラズマを生成して約３０秒程度のエッチングを行った。基板側にも２０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入して、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ₄とＣｌ₂とを混合した第２のエッチング条件ではＷ膜およびＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。ここまでの工程で、端部がテーパ状の導電膜（Ａ）および導電膜（Ｂ）からなる第１の形状のゲート電極１１４〜１１６、容量配線１１７、ソース線１１８が形成される。
【００６７】
さらに、マスク１０９〜１１３を除去せずに第２のエッチング処理を行う。ここでは、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）電力を投入して、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。第２のエッチング条件によると、Ｗ膜が選択的にエッチングされる。
【００６８】
この第２のエッチング処理により、導電膜（Ａ）１１４ａ〜１１８ａおよび導電膜（Ｂ）１１４ｂ〜１１８ｂがエッチングされ、第２の形状のゲート電極１１９〜１２１、容量配線１２２、ソース線１２３が形成される。
【００６９】
次いで、レジストマスク１０９〜１１３を除去し、半導体層にｎ型不純物元素を添加する処理を行う。第２のエッチング処理により形成されたゲート電極１１９〜１２２をマスクとして用い、ｎ型不純物領域１２４〜１２７が形成される。このとき形成される不純物領域１２４〜１２７の不純物元素（リン）の濃度は、１×１０¹⁶〜１×１０¹⁷／ｃｍ³となるようにすればよい。（図６（Ａ））。
【００７０】
次いで、半導体層１０３、１０５の全体を覆う第１のマスク１２８、１３０と半導体層１０４上の第２の形状の導電層１２１と半導体層１０４の一部の領域を覆う第２のマスク１２９を形成し、第２のドーピング処理を行う。第２のドーピング処理では、半導体層１０２上の第２の形状の導電層１１９ａを通して半導体層１０２に第２の濃度のｎ型不純物元素を含むｎ型不純物領域１３２、第３の濃度のｎ型不純物元素を含むｎ型不純物領域１３１、半導体層１０４に第３の濃度のｎ型不純物元素を含むｎ型不純物領域１３３を形成する。このドーピングにより形成する第２の濃度のｎ型不純物元素を含むｎ型不純物領域１３２のリン濃度は１×１０¹⁷〜１×１０¹⁹／ｃｍ³、第３の濃度のｎ型不純物元素を含むｎ型不純物領域１３１、１３３のリン濃度は１×１０²⁰〜１×１０²¹／ｃｍ³となるようにする（図６（Ｂ））。
【００７１】
なお、本実施形態では、以上のように１回のドーピング工程で、第２の濃度のｎ型不純物元素を含むｎ型不純物領域および第３の濃度のｎ型不純物元素を含むｎ型不純物領域を形成しているが、ドーピング工程を２回にわけて不純物元素を添加してもよい。
【００７２】
次いで、半導体層１０２、１０４の全体を覆うマスク１３４、１３５を形成し第３のドーピング処理を行う。ドーピングは水素希釈のジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）ガスまたは希ガスで希釈したジボランガスを用い、半導体層１０３、１０５に第１の濃度のｐ型不純物元素を含むｐ型不純物領域１３６、１３８及び第２の濃度のｐ型不純物元素を含むｐ型不純物領域１３７、１３９を形成する。第１の濃度のｐ型不純物元素を含むｐ型不純物領域１３６、１３８は２×１０²⁰〜３×１０²¹／ｃｍ³の濃度範囲でボロンが含まれ、第２の濃度のｐ型不純物元素を含むｐ型不純物領域１３７、１３９は、第２のテーパ形状の導電層１２０ａ、１２２ａと重なる領域に形成されるものであり、１×１０¹⁸〜１×１０²⁰／ｃｍ³の濃度範囲でボロンを含む。
【００７３】
ここまでの工程により、それぞれの半導体領域にｎ型不純物領域およびｐ型不純物領域が形成される（図４（Ｄ））。
【００７４】
次いで、マスク１３４、１３５を除去して、無機層間絶縁膜１４０を形成する。窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、または酸化窒化シリコン膜を５０〜５００ｎｍ（代表的には１００〜３００ｎｍ）の厚さで形成する。本実施形態では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成した。もちろん、無機層間絶縁膜としては、酸化窒化シリコン膜に限定されるものではなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造としてよい。
【００７５】
次いで、半導体層に添加された不純物元素を活性化する工程を行う。この活性化工程は、ファーネスアニール炉を用いて行う。熱アニール法としては、４００〜７００℃、代表的には５００〜５５０℃で行えばよく、本実施形態では、５５０℃、４時間の熱処理で活性化処理を行った。なお、熱アニール法の他にも、レーザアニール法、またはラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）法を適用することができる。
【００７６】
また、無機絶縁膜１４０を形成する前に活性化処理を行ってもよい。ただし、ゲート電極に用いた材料が熱に弱い場合には、本実施形態のように配線等を保護する目的で層間絶縁膜（シリコンを主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜）を形成した後で活性化処理を行うことが望ましい。
【００７７】
さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、半導体層を水素化する工程を行う。本実施形態では、水素を約３％含む窒素雰囲気下で４１０℃、１時間の熱処理を行う。この工程は、層間絶縁膜に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）を行ってもよい。
【００７８】
また、活性化処理としてレーザアニール法を用いる場合には、上記水素化を行った後、エキシマレーザやＹＡＧレーザ等のレーザ光を照射することが望ましい。
【００７９】
次いで、無機層間絶縁膜１４０上に、有機絶縁物材料からなる有機層間絶縁膜１４１を形成する。本実施形態では、膜厚１．６μｍのアクリル樹脂膜を形成した。次いで、各不純物領域に達するコンタクトホールを形成するためのパターニングを行う。
【００８０】
この後、透明導電膜を８０〜１２０ｎｍの厚さで形成し、パターニングすることによって画素電極１４２を形成する。透明導電膜には、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ₂Ｏ₃−ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）も適した材料であり、さらに可視光の透過率や導電率を高めるためにガリウム（Ｇａ）を添加した酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｇａ）等を適用することもできる。
【００８１】
そして、駆動回路部２０５において、不純物領域と電気的に接続する配線１４３〜１４６を形成する。なお、これらの電極は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜をパターニングして形成する。
【００８２】
また、画素部２０６においては、不純物領域と接する配線１４６〜１５０を形成する。
【００８３】
画素電極１４２は、配線１４９により半導体層１０５と電気的に接続されている（図７（Ｂ））。
【００８４】
なお、本実施形態では画素電極１４２として、透明導電膜を用いた例を示したが、反射性を有する導電性材料を用いて画素電極を形成すれば、反射型の表示装置を作製することができる。その場合、電極を作製する工程で画素電極を同時に形成でき、その画素電極の材料としては、ＡｌまたはＡｇを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性がすぐれた材料を用いることが望ましい。
【００８５】
こうして同一基板上に、駆動回路のＴＦＴと画素部の画素ＴＦＴとを有した基板を完成させることができた。駆動回路にはｎチャネル型ＴＦＴ２０１、ｐチャネル型ＴＦＴ２０２、画素部には画素ＴＦＴ２０３、保持容量２０４を形成した。なお、本明細書では便宜上このような基板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【００８６】
ここまでの工程により作製されたアクティブマトリクス基板の上面図を図９に示す。なお、図９のＡ−Ａ'線が、図７（Ｂ）のＡ−Ａ'線に対応し、半導体層１０４、ゲート電極１２１、配線１４７、ゲート線１４９、ソース線１２３が形成されている。同様に図９のＢ−Ｂ'線は、図７（Ｂ）のＢ−Ｂ'線に対応し、半導体層１０５、画素電極１４２、配線１５０が形成されている。
【００８７】
駆動回路のｎチャネル型ＴＦＴ２０１は、島状半導体層１０２にチャネル形成領域、ソース領域またはドレイン領域１３１、第２の形状のゲート電極１１９と重なる低濃度不純物領域１３２（このような不純物領域をＬovともいう）を有している。このＬov領域のチャネル長方向の長さは０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜１．５μｍとしている。また、導電膜（Ａ）１１９ａおよび導電膜（Ｂ）１１９ｂの積層からなるゲート電極１１９を有している。
【００８８】
駆動回路のｐチャネル型ＴＦＴ２０２は、島状半導体層１０３にチャネル形成領域、ソース領域またはドレイン領域１３６、不純物領域１３７を有している。また、導電膜（Ａ）１２０ａおよび導電膜（Ｂ）１２０ｂの積層からなるゲート電極１２０を有している。
【００８９】
画素部の画素ＴＦＴ２０３には、島状半導体層１０４にチャネル形成領域、ソース領域またはドレイン領域１３３、不純物領域１２６を有している。また、導電膜（Ａ）１２１ａおよび導電膜（Ｂ）１２１ｂの積層からなるゲート電極１２１を有している。
【００９０】
さらに、容量配線１２２と、ゲート絶縁膜と同じ材料から成る絶縁膜と、ｐ型不純物元素が添加された半導体層１０５とから保持容量２０５が形成されている。図７では画素ＴＦＴ２０４をダブルゲート構造としたが、シングルゲート構造でも良いし、複数のゲート電極を設けたマルチゲート構造としても差し支えない。
【００９１】
以上の様に本発明は、画素ＴＦＴおよび駆動回路が要求する仕様に応じて各回路を構成するＴＦＴの構造を最適化し、半導体装置の動作性能と信頼性を向上させることを可能とすることができる。
【００９２】
（実施形態３）
本実施形態では、実施形態２で作製したアクティブマトリクス基板から、アクティブマトリクス型液晶表示装置（液晶表示パネルともいう）を作製する工程を以下に説明する。説明には図８を用いる。
【００９３】
まず、実施形態２に従い、図７（Ｂ）の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図７（Ｂ）のアクティブマトリクス基板上に配向膜１８０を形成しラビング処理を行う。なお、本実施形態では配向膜１８０を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサ１８１を所定の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【００９４】
次いで、対向基板１８２を用意する。この対向基板には、着色層１８３、１８４、平坦化膜１８５を形成する。赤色の着色層１８３と青色の着色層１８４とを一部重ねて、第２遮光部を形成する。なお、図８では図示しないが、赤色の着色層と緑色の着色層とを一部重ねて第１遮光部を形成する。
【００９５】
ついで、対向電極１８６を画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜１８７を形成し、ラビング処理を施した。
【００９６】
そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材１８８で貼り合わせる。シール材１８８にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料１８９を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶材料１８９には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図６に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所定の形状に分断する。さらに、公知の技術を用いて偏光板等を適宜設けた。そして、公知の技術を用いてＦＰＣを貼りつければよい。
【００９７】
以上のようにして作製される液晶表示パネルは各種電気器具の表示部として用いることができる。
【００９８】
（実施形態４）
本実施形態では、ボトムゲート型ＴＦＴの作製工程に本発明を適応することも可能である。図１０〜１１を用いてボトムゲート型ＴＦＴの作製工程について簡単に説明する。
【００９９】
基板５０上に、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等の絶縁膜を形成し（図示せず）、ゲート電極を形成するために導電膜を形成し、パターニングしてゲート電極５１を得る。導電膜には、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、ＣｒまたはＡｌから選ばれた元素またはいずれかの元素を主成分とする導電膜を用いればよい（図１０（ａ））。
【０１００】
次いで、ゲート絶縁膜５２を形成する。ゲート絶縁膜は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜の単層、もしくはいずれかの膜の積層構造にしてもよい（図１０（ｂ））。
【０１０１】
次いで、アモルファス半導体膜としてアモルファスシリコン膜５３を熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、蒸着法またはスパッタリング法により１０〜１１５０ｎｍ厚に形成する。なお、ゲート絶縁膜５２とアモルファスシリコン膜５３とは、同じ成膜法で形成することが可能であるため、両者を連続形成してもよい。連続形成することで、一旦大気に曝すことがなくなり、表面の汚染を防ぐことができ、作製するＴＦＴの特性バラツキやしきい値電圧の変動を低減することができる（図１０（ｃ））。
【０１０２】
次いで、アモルファスシリコン膜５３に結晶化を促進する触媒元素を塗布して、触媒元素含有層５４を形成する。続いて、加熱処理を行い、結晶性シリコン膜５５を形成する。
【０１０３】
結晶化工程が終わったら、結晶性シリコン膜５５上にバリア層５６を形成する。バリア層５６は、結晶性シリコン膜５５表面に形成されてしまった自然酸化膜を除去した後、Ｎ₂Ｏを含む雰囲気に曝しプラズマ処理することにより酸化膜を形成してバリア層とする。ここでは、Ｎ₂Ｏ／ＮＨ₃＝９０／１０ｓｃｃｍの雰囲気において、成膜温度４００℃、パワー１００／６００Ｗ／ｃｍ²、圧力０．３Ｔｏｒｒ、電極間距離２５ｍｍとして形成する。
【０１０４】
次いで、ゲッタリング領域となる希ガス元素を含む第２の半導体膜５７を形成する。本実施形態では、Ａｒの流量を５０ｓｃｃｍ、成膜圧力を０．２Ｐａ、パワー３ｋＷ、基板温度１５０℃として希ガス元素を１×１０¹⁹〜１×１０²²／ｃｍ³、好ましくは１×１０²⁰〜１×１０²¹／ｃｍ³、より好ましくは５×１０²⁰／ｃｍ³の濃度で含む半導体膜５７を成膜する。
【０１０５】
次いで、結晶性シリコン膜５５から触媒元素をゲッタリングサイト５７に移動させる（ゲッタリングする）ための加熱処理を行う。加熱処理は、ＲＴＡ法、ファーネスアニール法のいずれを用いてもよい。この加熱処理により、結晶性シリコン膜５５の触媒元素濃度を１×１０¹⁷／ｃｍ³以下にまで減少させることができる（図１０（ｄ））。そして、ゲッタリング工程終了したら、ゲッタリング領域（第２の半導体膜）５７をエッチングにより除去し、その後、バリア層５６をフッ酸等で除去する。なお、ここまでで示したような結晶性シリコン膜の作製工程は、実施形態１において図１５で示した半導体製造装置を用いて実施することができる。
【０１０６】
次いで、後の不純物添加工程において後のチャネル形成領域となる領域に不純物元素が添加されないように、絶縁膜からなるマスク５８を形成する。この絶縁膜は、酸化シリコンで形成すればよい。続いて、結晶性シリコン膜を保護し、添加される不純物の濃度を制御するための絶縁膜５９を１００〜４００ｎｍ厚で形成する。この絶縁膜は、不純物元素を添加する時に結晶性シリコン膜が直接プラズマに曝されないようにするためと、さらに、微妙な濃度制御を可能にするという役割を果たしている。
【０１０７】
次いで、レジストからなるマスクを用いて、後のｎチャネル型ＴＦＴの活性層となる結晶性シリコン膜にｎ型を付与する不純物元素、後のｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる結晶性シリコン膜にｐ型不純物元素を添加して、ソース領域、ドレイン領域、ＬＤＤ領域を形成する（図１０（ｅ））。
【０１０８】
次いで、結晶性シリコン膜に添加された不純物元素を活性化する工程を行う（図１１（ａ））。続いて、結晶性シリコン膜上のマスク５８および絶縁膜５９を除去し、結晶性シリコン膜を例えば、図９で示す半導体層（１０４）のような形状にパターニングした後、層間絶縁膜６０を形成する。層間絶縁膜は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等の絶縁膜から５００〜１５００ｎｍ厚で形成する（図１１（ｂ））。
【０１０９】
その後、それぞれのＴＦＴのソース領域またはドレイン領域に達するコンタクトホールを形成して、各ＴＦＴを電気的に接続するための配線６１〜６６を形成する（図１１（ｃ））。
【０１１０】
以上のように本発明を適用して、同一基板上にｎチャネル型ＴＦＴ８０（ゲート５１、ゲート絶縁膜５２、チャネル形成領域６９、ＬＤＤ領域６８、ソース領域又はドレイン領域６７、配線６１〜６３を有する）およびｐチャネル型ＴＦＴ８１（ゲート５１、ゲート絶縁膜５２、チャネル形成領域７１、ソース領域又はドレイン領域７０、配線６４〜６６を有する）を形成することができる。本発明は、ＴＦＴの形状に関わることなく適応することができる。
【０１１１】
（実施形態５）
本発明を実施して形成されたＣＭＯＳ回路や画素部はアクティブマトリクス型液晶ディスプレイ（液晶表示装置）に用いることができる。即ち、それら液晶表示装置を表示部に組み込んだ電気器具全てに本発明を実施できる。
【０１１２】
その様な電気器具としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター（リア型またはフロント型）、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの一例を図１２、図１３及び図１４に示す。
【０１１３】
図１２（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体２００１、画像入力部２００２、表示部２００３、キーボード２００４等を含む。
【０１１４】
図１２（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６等を含む。
【０１１５】
図１２（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体２２０１、カメラ部２２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表示部２２０５等を含む。
【０１１６】
図１２（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体２３０１、表示部２３０２、アーム部２３０３等を含む。
【０１１７】
図１２（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体２４０１、表示部２４０２、スピーカ部２４０３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉｇｔｉａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。
【０１１８】
図１２（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体２５０１、表示部２５０２、接眼部２５０３、操作スイッチ２５０４、受像部（図示しない）等を含む。
【０１１９】
図１３（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置２６０１、スクリーン２６０２等を含む。
【０１２０】
図１３（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体２７０１、投射装置２７０２、ミラー２７０３、スクリーン２７０４等を含む。
【０１２１】
なお、図１３（Ｃ）は、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）中における投射装置２６０１、２７０２の構造の一例を示した図である。投射装置２６０１、２７０２は、光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０４〜２８０６、ダイクロイックミラー２８０３、プリズム２８０７、液晶表示装置２８０８、位相差板２８０９、投射光学系２８１０で構成される。投射光学系２８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施形態は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図１３（Ｃ）中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１２２】
また、図１３（Ｄ）は、図１３（Ｃ）中における光源光学系２８０１の構造の一例を示した図である。本実施形態では、光源光学系２８０１は、リフレクター２８１１、光源２８１２、レンズアレイ２８１３、２８１４、偏光変換素子２８１５、集光レンズ２８１６で構成される。なお、図１３（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１２３】
ただし、図１３に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の液晶表示装置の適用例は図示していない。
【０１２４】
図１４（Ａ）は携帯電話であり、３００１は表示用パネル、３００２は操作用パネルである。表示用パネル３００１と操作用パネル３００２とは接続部３００３において接続されている。接続部３００３における、表示用パネル３００１の表示部３００４が設けられている面と操作用パネル３００２の操作キー３００６が設けられている面との角度θは、任意に変えることができる。
さらに、音声出力部３００５、操作キー３００６、電源スイッチ３００７、音声入力部３００８を有している。
【０１２５】
図１４（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体３１０１、表示部３１０２、３１０３、記憶媒体３１０４、操作スイッチ３１０５、アンテナ３１０６等を含む。
【０１２６】
図１４（Ｃ）はディスプレイであり、本体３２０１、支持台３２０２、表示部３２０３等を含む。
【０１２７】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電気器具に適用することが可能である。
【０１２８】
【発明の効果】
本発明で開示したドライプロセスであるＮ₂Ｏを含む雰囲気に曝しプラズマ処理して得られた酸化膜を用いてゲッタリング処理を行うと不純物が酸化膜中を移動してゲッタリングが十分に行うことができ、さらに、ゲッタリング処理の後にゲッタリング領域である第２のアモルファス半導体膜を除去する際のエッチング液に対する耐性が十分であるため、結晶性半導体膜（結晶性シリコン膜）を保護することができる。
【０１２９】
また、ドライプロセスで結晶性シリコン膜上に酸化膜を形成することができるため、得られた結晶性シリコン膜が酸化膜形成の際に薄剥がれ等の不良を起こすこともないため、歩留まりの向上という課題を解決することもできる。
【０１３０】
このようなバリア層を用いて半導体膜に含まれる不純物元素をゲッタリングすることにより、含有不純物元素の少ない良好な半導体膜を作製することができる。また、このような良好な半導体膜を用いて、半導体装置を作製することにより、信頼性や特性の高い半導体装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 １４種のバリア層を用いてゲッタリングの可否を比較した結果を示す図。
【図２】 本発明の酸化膜を適用してゲッタリング処理した結晶性シリコン膜をＥＳＣＡ分析した結果を示す図。
【図３】 本発明の酸化膜を適用してゲッタリング処理した結晶性シリコン膜をＥＳＣＡ分析した結果を示す図。
【図４】 本発明の実施の一形態である工程を示す図（その１）。
【図５】 本発明の実施の一形態である工程を示す図（その２）。
【図６】 本発明の実施の一形態である工程を示す図（その３）。
【図７】 本発明の実施の一形態である工程を示す図（その４）。
【図８】 本発明の実施の一形態である工程を示す図（その５）。
【図９】 本発明を適用して形成した表示装置画素部の上面図。
【図１０】 本発明の実施の一形態を示す図（その１）。
【図１１】 本発明の実施の一形態を示す図（その２）。
【図１２】 本発明を用いて作製された表示装置を表示部に用いた電気器具の一例を示す図。
【図１３】 本発明を用いて作製された表示装置を表示部に用いた電気器具の一例を示す図。
【図１４】 本発明を用いて作製された表示装置を表示部に用いた電気器具の一例を示す図。
【図１５】 本発明の半導体製造装置を示す図。
【図１６】 バリア層上にゴミが付着していた場合に生じる問題を説明する図。

Claims (22)

1. 第１のシリコン膜をＮ_２Ｏを含む雰囲気に曝しプラズマ処理することにより酸化膜を形成した後、前記酸化膜上に第２のシリコン膜を同一のプラズマＣＶＤ装置内にて連続して形成し、
   加熱処理を行うことにより、前記第１のシリコン膜中の結晶化を促進する役割を果たす金属元素を前記第２のシリコン膜に移動させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. 流入される気体中にＮ_２Ｏを１０％以上の割合で含む雰囲気に第１のシリコン膜を曝しプラズマ処理することにより酸化膜を形成した後、前記酸化膜上に第２のシリコン膜を同一のプラズマＣＶＤ装置内にて連続して形成し、
   加熱処理を行うことにより、前記第１のシリコン膜中の結晶化を促進する役割を果たす金属元素を前記第２のシリコン膜に移動させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. 請求項１または請求項２において、前記酸化膜を大気雰囲気中に曝すことなく、前記酸化膜上に前記第２のシリコン膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項において、前記加熱処理の後、前記酸化膜及び前記酸化膜上の前記第２のシリコン膜を除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 請求項４において、前記酸化膜上の前記第２のシリコン膜を除去するとき、前記酸化膜はエッチング液から前記第１のシリコン膜を保護していることを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項において、前記第１のシリコン膜をＮ_２Ｏを含む雰囲気に曝しプラズマ処理する前に、前記第１のシリコン膜にレーザ光を照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項において、前記酸化膜上の前記第２のシリコン膜はアモルファスシリコン膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項において、前記酸化膜上の前記第２のシリコン膜には、アルゴン、キセノン、ネオンもしくはクリプトンの希ガス元素から選ばれた一種または複数種の元素が含まれていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
9. 請求項１乃至７のいずれか一項において、前記酸化膜上の前記第２のシリコン膜には、周期表の１５族に属する元素が含まれていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
10. 請求項１乃至７のいずれか一項において、前記酸化膜上の前記第２のシリコン膜には、周期表の１５族に属する元素および周期表の１３族に属する元素が含まれていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
11. アモルファスシリコン膜に結晶化を促進する役割を果たす金属元素を添加して結晶化させ、結晶性シリコン膜を形成し、
    前記結晶性シリコン膜をＮ_２Ｏを含む雰囲気に曝しプラズマ処理して前記結晶性シリコン膜上に酸化膜を形成し、
    前記酸化膜上にシリコン膜を形成し、
    加熱処理を行うことにより、前記結晶性シリコン膜中の前記金属元素を前記シリコン膜に移動させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
12. アモルファスシリコン膜の一部に結晶化を促進する役割を果たす金属元素を選択的に添加して結晶化させ、結晶性シリコン膜を形成し、
    前記結晶性シリコン膜をＮ_２Ｏを含む雰囲気に曝しプラズマ処理して前記結晶性シリコン膜上に酸化膜を形成し、
    前記酸化膜上にシリコン膜を形成し、
    加熱処理を行うことにより、前記結晶性シリコン膜中の前記金属元素を前記シリコン膜に移動させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
13. 請求項１１または請求項１２において、前記酸化膜を大気雰囲気中に曝すことなく、前記酸化膜上に前記シリコン膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
14. 請求項１１または請求項１２において、同一のプラズマＣＶＤ装置内にて前記酸化膜及び前記酸化膜上の前記シリコン膜を連続して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
15. 請求項１１乃至１４のいずれか一項において、前記加熱処理の後、前記酸化膜及び前記酸化膜上の前記シリコン膜を除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。
16. 請求項１５において、前記酸化膜上の前記シリコン膜を除去するとき、前記酸化膜はエッチング液から前記結晶性シリコン膜を保護していることを特徴とする半導体装置の作製方法。
17. 請求項１１乃至１６のいずれか一項において、前記結晶性シリコン膜をＮ_２Ｏを含む雰囲気に曝しプラズマ処理する前に、前記結晶性シリコン膜にレーザ光を照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
18. 請求項１１乃至１７のいずれか一項において、前記酸化膜上の前記シリコン膜はアモルファスシリコン膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
19. 請求項１１乃至１８のいずれか一項において、前記酸化膜上の前記シリコン膜には、アルゴン、キセノン、ネオンもしくはクリプトンの希ガス元素から選ばれた一種または複数種の元素が含まれていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
20. 請求項１１乃至１８のいずれか一項において、前記酸化膜上の前記シリコン膜には、周期表の１５族に属する元素が含まれていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
21. 請求項１１乃至１８のいずれか一項において、前記酸化膜上の前記シリコン膜には、周期表の１５族に属する元素および周期表の１３族に属する元素が含まれていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
22. 請求項１乃至２１のいずれか一項において、前記金属元素は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＣｕもしくはＡｕのいずれか一種または複数種であることを特徴とする半導体装置の作製方法。

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