JP4827324B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
半導体装置の作製方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4827324B2 JP4827324B2 JP2001176282A JP2001176282A JP4827324B2 JP 4827324 B2 JP4827324 B2 JP 4827324B2 JP 2001176282 A JP2001176282 A JP 2001176282A JP 2001176282 A JP2001176282 A JP 2001176282A JP 4827324 B2 JP4827324 B2 JP 4827324B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- silicon film
- semiconductor film
- silicon
- crystalline
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多結晶シリコン膜に代表されるように、いろいろな方位をもって集合した結晶から成る半導体膜（以下、結晶質半導体膜という）を用いた薄膜トランジスタ及び当該薄膜トランジスタで回路を形成した半導体装置に関する。特に本発明は、薄膜トランジスタのチャネル形成領域やソース又はドレイン領域などを形成する半導体膜、及び当該薄膜トランジスタを搭載した半導体装置に関する。尚、本明細書において半導体装置とは半導体特性を利用して機能する装置全般を指し、液晶表示装置に代表される表示装置、半導体集積回路（マイクロプロセッサ、信号処理回路または高周波回路等）を範疇に含んでいる。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス基板や石英基板に結晶質半導体膜を形成し、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）を作製する技術が開発されている。この技術はアクティブマトリクス型液晶表示装置に代表されるフラットパネルディスプレイの分野で応用が進んでいる。ＴＦＴが各画素に設けられるスイッチング素子として、或いは、画素の周辺部分に形成されるドライバー回路を形成するための素子として用いられている。
【０００３】
ＴＦＴのチャネル形成領域やソース又はドレイン領域又は低濃度ドレイン(Lightly Doped Drain:ＬＤＤ)領域などの活性領域を形成する結晶質半導体膜の材料は、主としてシリコンが用いられている。結晶構造を有するシリコン膜（以下、結晶質シリコン膜という）は、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法で基板上に堆積した非晶質シリコン膜に、加熱処理またはレーザー光の照射（以下、本明細書においてレーザー処理という）により作製されたものが適用されてきた。
【０００４】
しかし、加熱処理による場合には、非晶質シリコン膜を結晶化させるために６００℃以上の温度で１０時間以上の加熱処理が必要とされている。この処理温度と処理時間は、ＴＦＴの生産性を考慮すると必ずしも適切な方法とは考えられていない。ＴＦＴを用いた応用製品として液晶表示装置を考慮すると、基板の大面積化に対応するために大型の熱処理炉が必要となり、生産工程における消費エネルギーが増大するばかりか、広い面積に渡って一様な結晶を得ることが困難となる。また、レーザー処理による場合には、レーザー発振器の出力の不安定さのために、やはり均質な結晶を得ることが困難である。このような結晶の品質のばらつきはＴＦＴの特性ばらつきの原因となり、液晶表示装置やＥＬ表示装置の表示品質を低下させる要因として憂慮されていた。
【０００５】
一方、非晶質シリコン膜にシリコンの結晶化を助長する金属元素を導入し、従来よりも低い温度の加熱処理で結晶質シリコン膜を作製する技術が開示されている。例えば、特開平７−１３０６５２号公報、特開平８−７８３２９号公報では、非晶質シリコン膜にニッケルなどの金属元素を導入し５５０℃、４時間の熱処理により結晶質シリコン膜を得ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法で作製される結晶質シリコン膜は、その結晶方位面がランダムに存在し、特定の結晶方位に対する配向率が低かった。加熱処理またはレーザー処理により得られる結晶質シリコン膜は、複数の結晶粒が析出し、｛１１１｝に配向する傾向があるが、その面方位に限定してみても配向する割合が全体の２０％を越えることはなかった。
【０００７】
配向率が低い場合、異なる方位の結晶がぶつかる結晶粒界で、格子の連続性を保持することが殆ど不可能となり、不対結合手が多く形成されることを推定できる。粒界にできる不対結合手はキャリア（電子・ホール）の捕獲中心となり、キャリアの輸送特性を低下させる原因となっている。即ち、キャリアが散乱されたりトラップされたりするため、このような結晶質半導体膜でＴＦＴを作製しても高い電界効果移動度を有するＴＦＴを期待することができない。また、結晶粒界はランダムに存在するため、チャネル形成領域を特定の結晶方位をもつ結晶粒で形成することが不可能であり、ＴＦＴの電気的特性のバラツキの要因となる。
【０００８】
本発明はこのような問題点を解決する手段を提供することを目的とし、非晶質半導体膜を結晶化して得られる結晶質半導体膜の配向性を高め、そのような結晶質半導体膜を用いたＴＦＴ及びそれを搭載した半導体装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シリコンを主成分とし、ゲルマニウム含有量が０．１原子％以上１０原子％以下（好ましくは１原子％以上５原子％以下）である非晶質半導体膜に金属元素を添加して加熱処理をして結晶化することにより、反射電子線回折パターン法で検出される｛１０１｝格子面の半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が２０％以上であり、かつ、｛００１｝格子面の半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が３％以下であり、かつ、｛１１１｝格子面の半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が５％以下である結晶質半導体膜でチャネル形成領域を形成したＴＦＴを提供する。
【００１０】
また、本発明は、シリコンを主成分とし、ゲルマニウム含有量が０．１原子％以上１０原子％以下（好ましくは１原子％以上５原子％以下）である非晶質半導体膜に金属元素を添加して加熱処理をして結晶化することにより、反射電子線回折パターン法で検出される｛１０１｝格子面の半導体膜の表面となす角が５度以内である割合が５％以上であり、かつ、｛００１｝格子面の半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が３％以下であり、かつ、｛１１１｝格子面の半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が５％以下である結晶質半導体膜をチャネル形成領域を形成したＴＦＴを提供する。
【００１１】
また、本発明の配向性を高めた結晶質半導体膜は２０nm乃至１００nmの厚さを有し、膜中に含まれる窒素及び炭素の濃度は５×１０18/cm3未満であり、酸素の濃度は１×１０19/cm3未満であり、当該金属元素の濃度が１×１０17/cm3未満である半導体膜でチャネル形成領域を形成したＴＦＴを提供する。
【００１２】
また、本発明は、シリコンを主成分とし、ゲルマニウム含有量が０．１原子％以上１０原子％以下（好ましくは１原子％以上５原子％以下）である非晶質半導体膜に金属元素を添加して加熱処理をして結晶化することにより、反射電子線回折パターン法で検出される｛１０１｝格子面の半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が２０％以上であり、かつ、｛００１｝格子面の半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が３％以下であり、かつ、｛１１１｝格子面の半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が５％以下である半導体膜でチャネル形成領域を形成した半導体装置を提供する。
【００１３】
また、本発明は、シリコンを主成分とし、ゲルマニウム含有量が０．１原子％以上１０原子％以下（好ましくは１原子％以上５原子％以下）である非晶質半導体膜に金属元素を添加して加熱処理をして結晶化することにより、反射電子線回折パターン法で検出される｛１０１｝格子面の半導体膜の表面となす角が５度以内である割合が５％以上であり、かつ、｛００１｝格子面の半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が３％以下であり、かつ、｛１１１｝格子面の半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が５％以下である半導体膜でチャネル形成領域を形成した半導体装置を提供する。
【００１４】
また、本発明の配向性を高めた結晶質半導体膜は２０nm乃至１００nmの厚さを有し、膜中に含まれる窒素及び炭素の濃度は５×１０18/cm3未満であり、酸素の濃度は１×１０19/cm3未満であり、当該金属元素の濃度が１×１０17/cm3未満である半導体膜でチャネル形成領域を形成した半導体装置を提供する。
【００１５】
添加する金属元素はＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種を用いる。非晶質シリコン膜にこの金属元素を添加して加熱処理をすることにより、シリコンと当該金属元素との化合物（シリサイド化物）を形成し、それが拡散することにより結晶化が進行する。非晶質シリコンに添加したゲルマニウムはこの化合物と反応せず、その周囲に存在することにより局所的な歪みを生じさせる。この歪みは核生成の臨界半径を大きくする方向に作用して核生成密度を低減させる。また、結晶の配向を制限する。
【００１６】
このような作用を発現させるのに必要なゲルマニウムの量は、実験の結果０．１原子％以上１０原子％以下（好ましくは１原子％以上５原子％以下）とすれば良いことが明らかとなっている。この範囲以上に多くなるとシリコンとゲルマニウムとの合金材料として発生する自然核（添加する金属元素との化合物によらない結晶核）の発生が顕著となり、得られる結晶質半導体膜の配向比率を高めることはできない。また、少ないと十分な歪みを発生させることができず、やはり配向比率を高めることができない。
【００１７】
非晶質半導体膜を結晶化すると原子の再配列により、巨視的に見れば膜の体積は収縮する。その結果、基板上に形成される結晶質半導体膜は、引っ張り応力が発生する。しかし、シリコンよりも原子半径の大きいゲルマニウムを０．１〜１０原子％、好ましくは１〜３原子％の濃度で含有させることにより、結晶化に伴う体積の収縮は抑制され、発生する内部応力も小さくなる。つまり、ゲルマニウムを本発明で明らかにする濃度で含ませることにより結晶質半導体膜の歪みを緩和させることができる。
【００１８】
結晶方位の分布は反射電子回折パターン（ＥＢＳＰ：Electron Backscatter diffraction Pattern）により求めることができる。ＥＢＳＰは走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscopy）に専用の検出器を設け、一次電子の後方散乱から結晶方位を分析する手法である（以下、この手法を便宜上ＥＢＳＰ法と呼ぶ）。図２はその原理を説明する図である。電子銃（ショットキー型電界放出電子銃）２０１、鏡体２０２、試料室２０３は通常の走査型電子顕微鏡と同じ構成である。ＥＢＳＰを測定するにはステージ２０４を６０度程度の傾きを設け試料２０９を設置する。この状態で試料に向かい合うように検出器２０６のスクリーン２０５を挿入する。尚、２０７は電子線であり、２０８は後方散乱した電子線である。
【００１９】
ここで、結晶構造を持った試料に電子線が入射すると、後方にも非弾性散乱が起こり、その中には試料中でブラッグ回折による結晶方位に特有の線状パターン(一般に菊地像と呼ばれる)も合わせて観察される。ＥＢＳＰ法は検出器スクリーンに映った菊地像を解析することにより試料の結晶方位を求めている。
【００２０】
図３は基板３０１上に形成された多結晶構造の結晶質半導体膜３０２を示している。結晶質半導体膜３０２は各結晶粒が異なった結晶方位を持っていることを前提としている。試料の電子線の当たる位置を移動させつつ方位解析を繰り返す(マッピング測定)ことで、面状の試料について結晶方位または配向の情報を得ることができる。入射電子線３０３の太さは、走査型電子顕微鏡の電子銃のタイプにより異なるが、ショットキー電界放射型の場合、１０〜２０nmの非常に細い電子線３０３が照射される。マッピング測定では、測定点数が多いほど、また測定領域が広いほど、結晶配向のより平均化した情報を得ることができる。実際には、１００×１００μm2の領域で、１００００点（１μm間隔）〜４００００点（０．５μm間隔）の程度の測定を行っている。尚、３０４は後方散乱電子線である。
【００２１】
マッピング測定により各結晶粒の結晶方位がすべて求まると、膜に対する結晶配向の状態を統計的に表示できる。図４（Ａ）にＥＢＳＰ法により求められる逆極点図の例を示す。逆極点図は多結晶体の優先配向を表示する際によく用いられるもので、試料のある特定の面(ここでは膜表面)が、どの格子面に一致しているかを集合的に表示したものである。
【００２２】
図４（Ａ）の扇形状の枠は一般に標準三角形と呼ばれるもので、この中に立方晶系における全ての指数が含まれている。またこの図中における長さは、結晶方位における角度に対応している。たとえば｛００１｝と｛１０１｝の間は４５度、｛１０１｝と｛１１１｝の間は３５．２６度、｛１１１｝と｛００１｝の間は５４．７４度である。また、白抜きの点線は｛１０１｝からのずれ角５度及び１０度の範囲を示している。
【００２３】
図４（Ａ）は、マッピングにおける全測定点(この例では１１６５５点)を標準三角形内にプロットしたものである。｛１０１｝付近で点の密度が濃くなっていることがわかる。図４（Ｂ）は、このような点の集中度を等高線表示したものである。これは方位分布関数の値であり、ランダム配向を仮定した場合に対する集中度（図４（Ａ）の点の密度）を等高線で示したものである。ここで数値は各結晶粒が完全に無秩序な配向だと仮定した場合、すなわち標準三角形内に点を偏りなく分布させた場合に対する倍率を示しており無次元数である。
【００２４】
このように特定の指数（ここでは｛１０１｝）に優先配向している事がわかった場合、その指数近傍にどの程度の結晶粒が集まっているか、その割合を数値化することで、優先配向の度合いをよりイメージしやすくなる。例えば図４（Ａ）に例示した逆極点図において｛１０１｝からのずれ角５度及び１０度の範囲（図中に白点線で示す）に存在する点数の全体に対する割合を配向率として次式により求めて示すことができる。
【００２５】
【数１】
【００２６】
この割合は、次のように説明することもできる。図４（Ａ）のように｛１０１｝付近に分布が集中している場合、実際の膜においては図６のように、各粒の＜１０１＞方位は基板に概略垂直であるが、その周りにやや揺らぎを持って並んでいることが予想される。この揺らぎの角に許容値を５度、１０度と設け、それより小さいものの割合を数値で示してゆくのである。たとえば図５では、基板６０１上に結晶質半導体膜６０２において、ある結晶粒の＜１０１＞方位５０５は、許容５度の範囲５０３には含まれないが、許容１０度の範囲５０４には含まれていることになる。ここで、許容角度は、膜表面５０１に対する垂線５０２に対するずれ角である。後述のデータにおいては、以上に説明したように許容ずれ角を５度及び１０度と定め、それを満たす結晶粒の割合を表示してゆく。
【００２７】
図４（Ａ）に例示した逆極点図では、各頂点が｛１０１｝、｛１１１｝、｛００１｝であり、｛１０１｝に対してずれ角の値が大きくなると他の面方位が発現することを意味する。｛１０１｝からのずれ角が３０度となると｛１１２｝が発現することになる。従って、ＥＢＳＰで結晶方位の存在比率を確定する場合、揺らぎを持って分布している結晶粒に対し、他の指数が含まれないように許容ずれ角を規定する必要がある。本発明者によれば、許容ずれ角を１０度以下、或いは５度以下と規定してデータを収集することにより、特定方位に配向する結晶粒の存在比率を定量化することができることが判明している。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明において、ＴＦＴのチャネル形成領域に用いる結晶質半導体膜は、｛１０１｝格子面の配向率が高いシリコンを主成分とする半導体膜であることに特徴を有している。このような結晶質半導体膜を得る典型的な一実施形態は、シリコン原子及びゲルマニウム原子の水素化物またはフッ化物または塩化物によるガスを用い、プラズマＣＶＤ法または減圧ＣＶＤ法により作製される非晶質半導体膜の表面に該非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入し、当該金属元素を利用して加熱処理により結晶質半導体膜を形成する。
【００２９】
このような結晶質半導体膜を形成するための基板は、アルミナホウケイ酸ガラスやバリウムホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラス基板が適している。代表的にはコーニング社の＃７０５９ガラス基板や＃１７３７ガラス基板を用いる。その他に石英基板やサファイア基板を用いても良い。或いは、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム・砒素などの半導体基板の表面に絶縁膜を形成し、これを基板としても良い。
【００３０】
また、基板として上記ガラス基板を用いる場合には、非晶質半導体膜とガラス基板との間に窒化シリコン、酸化シリコン、または酸化窒化シリコンなどでブロッキング層を形成する。こうして、ガラス基板中に含まれるアルカリ金属元素などの不純物元素が半導体膜中に拡散することを防ぐ。例えば、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2を反応ガスとして用い、窒化シリコン膜を形成する。または、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3を反応ガスとして用い、酸化窒化シリコン膜を形成する。ブロッキング層の厚さは２０〜２００nmで形成する。
【００３１】
このような基板上に上記非晶質半導体膜を形成する。プラズマＣＶＤ法または減圧ＣＶＤ法、その他適宣の方法により行う。プラズマＣＶＤ法を適用する場合には、ＳｉＨ4とＧｅＨ4とから成る反応ガス、或いは、ＳｉＨ4とＨ2で希釈したＧｅＨ4成る反応ガスを加えて反応室に導入し、１〜２００MHzの高周波放電により分解し基板上に非晶質半導体膜を堆積させる。反応ガスは、ＳｉＨ4の代わりにＳｉ2Ｈ6またはＳｉＦ4を、ＧｅＨ4の代わりにＧｅＦ4を採用しても良い。減圧ＣＶＤ法を用いる場合にも同様な反応ガスを適用することが可能であり、好ましくはＨｅで反応ガスを希釈して、４００〜５００℃の温度で基板上に非晶質半導体膜を堆積する。いずれにしても、本発明で用いる上記ガスは、堆積される非晶質半導体膜に取り込まれる酸素、窒素、炭素などの不純物元素の濃度を低減するために高純度に精製されたものを用いる。堆積される非晶質半導体膜の厚さは２０〜１００nmの範囲とする。
【００３２】
本発明に用いる非晶質半導体膜は、シリコンを主成分としゲルマニウムを０．１原子％以上、１０原子％以下（好ましくは１原子％以上５原子％以下）の範囲で含有させておく。ゲルマニウムの含有量は、代表的な反応ガスとして用いられるＳｉＨ4とＧｅＨ4の混合比により調節することができる。また、非晶質半導体中に含まれる窒素及び炭素の濃度は５×１０18/cm3未満、酸素の濃度は１×１０19/cm3未満とし、非晶質半導体膜の結晶化の過程において、及び作製される結晶質半導体膜の電気的特性に悪影響が出ないようにする。
【００３３】
上記のように形成した非晶質半導体膜の表面に、該非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入する。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）、オスニウム（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金属元素を用いる。これら金属元素は、本明細書に記載する何れの発明においても非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素として使用することができる。上記いずれの金属元素を用いても同質、同様の効果を得ることができるが、代表的にはニッケルを用いる。
【００３４】
これら金属元素を導入する箇所は、非晶質半導体膜の全面、或いは非晶質半導体膜の膜面における適宣箇所のスリット状の面または点状の面などとする。前者の場合には、当該非晶質半導体膜の基板側に位置する面または基板側とは反対の面のいずれであっても良い。後者の場合には、好ましくは非晶質半導体膜上に絶縁膜が形成され、その絶縁膜に設けられた開孔を利用して金属元素を導入することができる。開孔の大きさに特に限定はないが、その幅は１０〜４０μmとすることができる。また、その長手方向の長さは任意に決めれば良く、数十μm〜数十cmの範囲とすることができる。
【００３５】
これらの金属元素を導入する方法は、当該金属膜を非晶質半導体膜の表面又は内部に存在させる手法であれば特に限定はなく、例えば、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理法（含むプラズマＣＶＤ法）、吸着法、金属塩の溶液を塗布する方法などを使用することができる。プラズマ処理法は、不活性ガスによるグロー放電雰囲気において、陰極からスパッタされる当該金属元素を利用する。また、金属塩の溶液を塗布する方法は簡易であり、金属元素の濃度調整が容易である点で有用である。
【００３６】
金属塩としては各種塩を用いることが可能であり、溶媒としては水、アルコール類、アルヒデト類、エーテル類その他の有機溶媒、または水とこれらの有機溶媒の混合物を用いることができる。また、それらの金属塩が完全に溶解した溶液とは限らず、金属塩の一部または全部が懸濁状態で存在する溶液であっても良い。いずれの方法を採用するにしても、当該金属元素は非晶質半導体膜の表面又は内部に分散させて導入する。
【００３７】
上記何れかの方法で金属元素を導入した後、当該金属元素を利用して非晶質半導体膜の結晶化を行う。結晶化は加熱処理、レーザー光または紫外線、赤外線などの強光の照射によって行う。加熱処理のみでも｛１０１｝に優先的に配向する結晶質シリコン膜を得ることができるが、好ましくは、加熱処理を行いその後レーザー光などの強光の照射を行う方法を適用する。加熱処理後のレーザー処理は、結晶粒内に残される結晶欠陥を修復し消滅させることができ、作製される結晶の品質を向上させる目的に対して有効な処置となる。
【００３８】
加熱処理は４５０〜１０００℃の範囲で行うことが可能であるが、温度の上限は使用する基板の耐熱温度が一つの上限として考慮される。例えば、石英基板を用いる場合には１０００℃の熱処理にも耐え得るが、ガラス基板の場合にはその歪み点以下が上限温度の一つの根拠となる。例えば、歪み点６６７℃のガラス基板に対しては、６６０℃程度が限度と見るべきである。必要とされる時間は加熱温度や、その後の処理条件（例えばレーザー光を照射する処理の有無など）により適宣設定するが、好適には５５０〜６００℃にて４〜２４時間の加熱処理を行う。また、その後レーザー処理を行う場合には、５００〜５５０℃にて４〜８時間の熱処理を行う。以上の加熱処理は空気中や水素雰囲気中でも良いが、好適には窒素或いは不活性ガス雰囲気中にて行う。
【００３９】
また、レーザー処理は、波長４００nm以下のエキシマレーザーや、ＹＡＧまたはＹＶＯ4レーザーの第２高調波（波長５３２nm）〜第４高調波（波長２６６nm）を光源として用いて行う。これらのレーザー光は光学系にて線状またはスポッ状に集光し、そのエネルギー密度を１００〜７００mJ/cm2として照射し、上記のように集光したレーザービームを基板の所定の領域に渡って走査させ処理を行う。その他、レーザーの代わりに、ハロゲンランプ、キセノンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプなどを光源としても良い。
【００４０】
以上のような工程により、本発明の如き｛１０１｝面の配向率が高い結晶質半導体膜が得られるメカニズムは、現段階で必ずしも明らかではないが、概略以下のように推定することができる。
【００４１】
まず、結晶化は４００〜５００℃の加熱処理により金属元素とシリコンが反応してシリサイドが形成され、これが結晶核となりその後の結晶成長に寄与する。例えば、代表的な金属元素としてニッケルを用いた場合、ニッケルシリサイド（以下、ＮｉＳｉ2と記する）が形成される。ＮｉＳｉ2の構造はホタル石型構造であり、ダイアモンド型構造のシリコン格子間にニッケル原子を配置した構造となっている。ＮｉＳｉ2からニッケル原子が無くなるとシリコンの結晶構造が残ることになる。数々の実験の結果から、ニッケル原子は非晶質シリコン側に移動していくことが判明しており、この理由は非晶質シリコン中の固溶度の方が結晶シリコン中のそれよりも高いためであると考えられる。従って、恰もニッケルが非晶質シリコン中を移動しながら結晶シリコンを形成するというモデルを立案することができる。
【００４２】
ＮｉＳｉ2は特定の配向性を持たないが、非晶質半導体膜の厚さを２０〜１００nmとすると基板表面に対し平行な方向しか殆ど成長することが許されなくなる。この場合、ＮｉＳｉ2と結晶シリコンの（１１１）面とが接する界面エネルギーが最も小さいので、結晶質シリコン膜の表面と平行な面は（１１０）面となり、この格子面が優先的に配向する。結晶成長方向が基板表面に対し平行な方向に、しかも柱状に成長する場合には、その柱状結晶を軸とした回転方向には自由度が存在するため、必ずしも（１１０）面が配向するとは限らないため、その他の格子面も析出すると考えられる。
【００４３】
本発明は、結晶質半導体膜の｛１０１｝格子面の配向を高めるために、柱状結晶の回転方向に制約を与え、自由度を低減させる手段として非晶質シリコンに０．１〜１０原子％のゲルマニウムを含有させる手段を見いだしたものである。
【００４４】
まず、非晶質シリコンに０．１〜１０原子％のゲルマニウムを含有させると結晶核の発生密度が低下することが観測されている。図１５はその結果を示し、非晶質シリコン膜の成膜時に添加するＧｅＨ4の量が増加するに従い、即ち、非晶質シリコン膜に取り込まれるゲルマニウムの濃度が増加するに従い、結晶核密度が低下している傾向が示されている。結晶核であるＮｉＳｉ2が形成されるとき、原子間距離の違いによりゲルマニウムは排除されつつ上述の結晶成長が起こっていることが予想される。従って、ゲルマニウムは柱状結晶の外側に偏析するような形となり、その存在が柱状結晶を軸とした回転方向の自由度を低下させていると推定する。その結果、（１１０）面の配向率の高い結晶質半導体膜を得ることが可能となる。
【００４５】
次に上述の本発明に基づいて作製される結晶質半導体膜について、その作製条件とＥＢＳＰ法で観測される結晶の配向性との関連について示す。表１はプラズマＣＶＤ法で作製する非晶質半導体膜の作製条件を示す。高周波電力は０．３５W/cm2（２７MHz）であるが、繰り返し周波数１０kHz（デューティ比３０％）のパルス放電に変調して平行平板型のプラズマＣＶＤ装置の陰極に給電した。その他、共通条件として反応圧力３３．２５Pa、基板温度３００℃、電極間隔３５mmとした。
【００４６】
【表１】
【００４７】
そして、シリコンに対するゲルマニウムの含有量を変化させるために、合計流量が一定になるようにして、ＳｉＨ4とＨ2で１０％に希釈したＧｅＨ4のガス流量の混合比を変化させている。表１に記載の条件において、成膜条件#ＳＧＮ３０、#ＳＧＮ１０、#ＳＧＮ５ではＨ2で１０％に希釈したＧｅＨ4の流量を３０、１０、５SCCMと変化させている。ＳｉＨ4の純度は９９．９９９９％以上のものを、またＧｅＨ4は窒素、炭化水素化合物が１ppm以下、ＣＯ2が２ppm以下の高純度品を用いた。また、#ＳＮはＧｅＨ4を添加しない条件である。堆積する非晶質半導体膜の厚さは全ての試料において５０nmとした。
【００４８】
このような条件で作製される非晶質半導体膜に含まれる窒素、炭素、酸素のそれぞれの含有量は二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によって測定されている。図１３はその結果を示す。測定に用いた試料は、シリコン基板上に#ＳＮ、#ＳＧＮ５、#ＳＧＮ１０の順に積層したものであるが、いずれの成膜条件においても窒素、炭素の含有量は５×１０18/cm3未満、酸素の含有量は1×１０19/cm3未満である。
【００４９】
こうして作製された非晶質半導体膜の結晶化は、金属元素としてニッケルを用い、窒素雰囲気中５５０℃にて４時間の加熱処理及びレーザー処理で行った。ニッケルは酢酸ニッケルを１０ppmの濃度で含有する水溶液を用い、スピナーで塗布した。また、レーザー処理はＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８nm）を用い、照射エネルギー密度３００〜６００mJ/cm2、重ね合わせ率９０〜９５％で照射した。レーザー処理は加熱処理により結晶化した膜の未結晶化部分の結晶化や、結晶粒内に欠陥を補修するために行う。
【００５０】
結晶質半導体膜に残存する欠陥は水素化処理により、０．０１〜１原子％程度の水素を含有させることにより効果的に低減させることができる。水素化は水素を含む雰囲気中で３５０〜５００℃の加熱処理により行うことができる。また、プラズマにより生成された水素を用いて水素化を行うことも可能である。また、ＳｉＦ4、ＧｅＦ4などのフッ化物により堆積された膜は０．００１〜１原子％程度のフッ素が膜中に残存し、欠陥を補償する元素となる。
【００５１】
図１４はこうして結晶化した#ＳＧＮ１０と#ＳＧＮ３０のゲルマニウム濃度をＳＩＭＳにより評価した結果を示す。シリコンに対してゲルマニウムの含有量は#ＳＧＮ１０では３.５原子％、#ＳＧＮ３０では１１.０原子％の濃度で含まれている。ＳｉＨ4に対するＧｅＨ4の流量比から換算すると、シリコンに対してゲルマニウムは３〜４倍の割合で膜中に取り込まれている。これは、ＳｉＨ4に対しＧｅＨ4の方がグロー放電にて分解するエネルギーが小さいためである。従って、#ＳＧＮ５では約１.０原子％の濃度でゲルマニウムが含まれることが予想される。
【００５２】
図１６は同様の試料を（２２０）の回折ピークに対して、θ−２θ法により測定した結果を示す。ピーク位置は#ＳＮのサンプルで４７．４６６、#ＳＧＮのサンプルで４７．４１７となりゲルマニウムが添加されたことでピーク位置がずれている。
【００５３】
結晶方位の詳細はＥＢＳＰ法により求めている。図１７は#ＳＮの試料の逆極点図であり、図１は#ＳＧＮ１０の逆極点図を示している。逆極点図からは、図１で示す#ＳＧＮ１０の試料において｛１０１｝面の配向が強く現れていることが観測されるが、図１７で示す#ＳＮの試料では｛１０１｝面と、｛００１｝と｛１１１｝の中間にある｛１１３｝面に配向している傾向が見られる。また、参考データとして、図１８では石英基板に６００℃にて２０時間の加熱処理により作製した結晶質シリコン膜の逆極点図であり、この場合｛１１１｝面に強く配向していることが観測される。
【００５４】
表２は逆極点図を基にして、各種試料について｛１０１｝、｛００１｝、｛１１１｝、｛１１３｝の配向率を、各格子面が膜表面となす角度が５度以内、及び１０度以内の範囲にある割合を求めた結果を示している。表２において#ＨＳは図１８に対応するデータであり、この試料では｛１１３｝と｛１１１｝の配向率が高く、それぞれ１８％（１０度以内）、１２％（１０度以内）となっている。また、#ＳＮでは｛１０１｝と｛１１３｝の配向率が高くなっている。｛１１３｝は対称性の立場から等価な格子面の数が他と比較して最も多く、ランダムに配向する多結晶体では発生する確率がその分高くなる。
【００５５】
【表２】
【００５６】
一方、ゲルマニウムを添加した#ＳＧＮ３０、#ＳＧＮ１０、#ＳＧＮ５においても試料内の比較において傾向が見られ、膜中に含有するゲルマニウム濃度により結晶の配向が変化することを示している。#ＳＧＮ１０、#ＳＧＮ５で特に注目される傾向は、他の格子面に対して｛１０１｝格子面の配向が強く、#ＳＧＮ１０ではずれ角１０度以内が３１％、５度以内でも１４％となっている。また、#ＳＧＮ５ではずれ角１０度以内が２０％、５度以内で６％となっている。このような｛１０１｝格子面に対するきわめて高い配向率はゲルマニウムを添加しない他の試料では達成されない効果が得られている。
【００５７】
しかし、#ＳＧＮ３０において、膜中に含有するゲルマニウムの含有量が１１原子％に増加すると｛１０１｝格子面の配向率は低下してしまうことが示されている。従って、この結果が意味するところは、｛１０１｝の配向率を高めるためには非晶質シリコン膜中に含有させるゲルマニウムの濃度には適した範囲があり、その濃度範囲は０．１原子％から１０原子％であることがわかる。
【００５８】
勿論、このような｛１０１｝格子面に対して高い配向性を示す結晶質半導体膜は、添加するゲルマニウムの濃度を０．１〜１０原子％の範囲で添加するだけでなく、膜中に含まれる酸素、窒素、炭素の元素の濃度を１×１０19/cm3未満、好ましくは酸素濃度を１×１０18/cm3未満、窒素及び炭素濃度は５×１０18/cm3未満、にすること、及び膜厚を２０〜１００nmの範囲として、基板表面と平行な方向の成長が支配的となるようにすることの相乗効果により達成される。
【００５９】
このような｛１０１｝格子面の配向率の高い結晶質半導体膜はＴＦＴのチャネル形成領域、光起電力素子の光電変換層など素子の特性を決定付けるチャネル形成領域に好適に用いることができる。
【００６０】
次に、このようなゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜を利用して、ＴＦＴを作製する例を示す。図１２は本発明の作製工程を説明する図である。
【００６１】
図１２（Ａ）において、基板８１０上にゲルマニウムを含有する結晶質シリコン膜８１２を形成するが、この結晶質シリコン膜８１２は、以下に示す実施例１〜３および実施例４で示す工程により作製される何れかのものが採用される。ＴＦＴを作製するに当たっては、素子分離のため所定の大きさにエッチングし、島状に分割しておく。基板８１０がガラス基板である場合には、ブロッキング層８１１を設ける。
【００６２】
絶縁膜８１３はＴＦＴにおいてゲート絶縁膜として利用されるものであり３０〜２００nmの厚さで形成する。この絶縁膜８１３はプラズマＣＶＤ法によりＳｉＨ4とＮ2Ｏとから作製される酸化窒化シリコン膜、或いはＴＥＯＳとＮ2Ｏとから作製される酸化窒化シリコン膜などで形成する。本実施例では前者を選択し、７０nmの厚さに形成する。また、実施例５で示す方法で絶縁膜８１３を形成しても良い。
【００６３】
絶縁膜８１３上にはタンタル、タングステン、チタン、アルミニウム、モリブデンから選ばれた一種または複数種の元素を成分とする導電性材料でゲート電極８１４を形成する。
【００６４】
次に、図１２（Ｂ）で示すように、ＴＦＴのソース及びドレイン領域を形成する不純物領域８１６を形成する。この不純物領域８１６はイオンドープ法により形成し、ｎチャネル型ＴＦＴであればリン、砒素に代表される周期律表第１５族の元素、ｐチャネル型ＴＦＴであればボロンに代表される周期律表第１３族の元素を添加する。
【００６５】
その後、プラズマＣＶＤ法により作製される窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜により層間絶縁膜８１７を形成する。また、添加された不純物元素は活性化のために３５０〜５００℃の加熱処理が必要とされるが、この加熱処理は層間絶縁膜８１７を形成した後に行い、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜中に含まれる水素を放出させ、ゲルマニウムを含有する結晶質シリコン膜８１２に拡散させることにより、当該結晶質シリコン膜中の欠陥を水素で補償することができる。さらに、ソース及びドレイン電極８１８を形成しＴＦＴを得ることができる。
【００６６】
本発明で得られる｛１０１｝格子面の配向性の高いゲルマニウムを含有する結晶質シリコン膜で形成されるチャネル形成領域は、ゲート絶縁膜との界面特性が良好であり、結晶粒界及び結晶粒内の欠陥密度が低減し、高い電界効果移動度を得ることができる。ここでは、ＴＦＴをシングルドレインの構造で説明したが、低濃度ドレイン（ＬＤＤ）構造や、ＬＤＤがゲート電極とオーバーラップした構造のＴＦＴを形成することもできる。本発明で作製されるＴＦＴは、アクティブマトリクス型の液晶表示装置やＥＬ表示装置を作製するためのＴＦＴとて、また従来の半導体基板にて作製されるＬＳＩに代わる薄膜集積回路を実現するＴＦＴとして用いることができる。
【００６７】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないことは勿論である。
【００６８】
[実施例１]
図７で説明する結晶質半導体膜の作製方法は、ゲルマニウムを含む非晶シリコン膜の全面にシリコンの結晶化を助長する金属元素を添加して結晶化を行う方法である。まず、図７（Ａ）において、ガラス基板７０１はコーニング社の#１７７３ガラス基板に代表されるガラス基板を用いる。基板７０１の表面には、ブロッキング層７０２としてプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4とＮ2Ｏを用い酸化窒化シリコン膜を１００nmの厚さに形成する。ブロッキング層７０２はガラス基板に含まれるアルカリ金属がこの上層に形成する半導体膜中に拡散しないために設ける。
【００６９】
ゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜７０３はプラズマＣＶＤ法により作製し、ＳｉＨ4とＨ2で１０％に希釈されたＧｅＨ4ガスを反応室に導入し、グロー放電分解して基板７０１上に堆積させる。その詳細な条件は表１に従うが、ここで採用される条件は#ＳＧＮ５または#ＳＧＮ１０の条件、或いはその中間的な条件である。このゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜７０３の厚さは５０nmの厚さで形成する。ゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜７０３の酸素、窒素、炭素などの不純物を極力低減するために、ＳｉＨ4は純度９９．９９９９％以上のものを、ＧｅＨ4は純度９９．９９％以上のガスを用いる。また、プラズマＣＶＤ装置の仕様としては、反応室の容積１３Ｌの反応室に対し、一段目に排気速度３００l/秒の複合分子ポンプ、二段目に排気速度４０m3/hrのドライポンプを設け、排気系側から有機物の蒸気が逆拡散してくるのを防ぐと共に、反応室の到達真空度を高め、非晶質半導体膜の形成時に不純物元素が膜中に取り込まれることを極力防いでいる。
【００７０】
そして図７（Ｂ）で示すように、重量換算で１０ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布してニッケル含有層７０４を形成する。この場合、当該溶液の馴染みをよくするために、ゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜７０３の表面処理として、オゾン含有水溶液で極薄い酸化膜を形成し、その酸化膜をフッ酸と過酸化水素水の混合液でエッチングして清浄な表面を形成した後、再度オゾン含有水溶液で処理して極薄い酸化膜を形成しておく。シリコンの表面は本来疎水性なので、このように酸化膜を形成しておくことにより酢酸ニッケル塩溶液を均一に塗布することができる。
【００７１】
次に、５００℃にて１時間の加熱処理を行い、ゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜中の水素を放出させる。そして、５５０℃にて４時間に加熱処理を行い結晶化を行う。こうして、図７（Ｃ）に示す結晶質半導体膜７０５が形成される。
【００７２】
さらに結晶化率（膜の全体積における結晶成分の割合）を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するために、結晶質半導体膜７０５に対してレーザー光７０６を照射するレーザー処理を行う。レーザーは波長３０８nmにて３０Hzで発振するエキシマレーザー光を用いる。当該レーザー光は光学系にて４００〜６００mJ/cm2に集光し、９０〜９５％のオーバーラップ率をもってレーザー処理を行う。こうして図７（Ｄ）に示す結晶質半導体膜７０７を得ることができる。
【００７３】
[実施例２]
非晶質シリコン膜にゲルマニウムを添加する方法は、プラズマＣＶＤ法において、ＳｉＨ4とＧｅＨ4に代表されるそれぞれの元素を含むガスを用いて形成する方法の他に、非晶質シリコン膜を形成した後に、イオン注入法またはイオンドープ法（或いはプラズマドープ法ともいう）を用いてゲルマニウムを添加する方法を採用することができる。プラズマＣＶＤ法では、ＳｉＨ4とＧｅＨ4の解離エネルギーの違いから、同一の高周波電力で分解するとＧｅＨ4の方が優先的に分解されてしまう。この場合、パルス放電にするなど成膜条件を精密に制御しないとゲルマニウムのクラスターが非晶質シリコン膜中に形成されてしまい、ゲルマニウムを均一に分散させることが困難となる。
【００７４】
図８はイオン注入法またはイオンドープ法によりゲルマニウムを添加する工程を説明するものである。図８（Ａ）において、実施例１と同様にガラス基板７０１にブロッキング層７０２を形成し、その上に非晶質シリコン膜７０８を５０nmの厚さに形成する。ゲルマニウムイオンはＧｅＨ4を分解して得られ、加速電圧３０〜１００ｋｅＶとして非晶質シリコン膜に注入する。ゲルマニウムを添加する量は０．１〜１０原子％とする。イオン注入法またはイオンドープ法では加速電圧及びドーズ量を制御することにより、添加するゲルマニウムの量を正確に制御することができる。また、シリコンよりも質量の重いゲルマニウムを注入することで、非晶質シリコン膜に内在する微結晶核が破壊され、結晶質半導体膜を作製するに当たってより好ましい非晶質半導体膜を得ることができる。
【００７５】
こうして図８（Ｂ）に示すようにゲルマニウムが添加された非晶質シリコン膜７１０が形成される。その後、重量換算で１０ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布してニッケル含有層７０４を形成し、以後は実施例１と同様な工程を行うことにより、図７（Ｄ）に示す結晶質半導体膜７０７を得ることができる。
【００７６】
[実施例３]
非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を選択的に形成する方法を図９を用いて説明する。図９（Ａ）において、基板７２０は前述のガラス基板または石英基板を採用する。ガラス基板を用いる場合には、実施例１と同様にブロッキング層を設ける。
【００７７】
ゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜７２１は実施例１と同様にプラズマＣＶＤ法で形成しても良いし、実施例２で示すようにイオン注入法またはイオンドープ法によりゲルマニウムを導入しても良い。また、減圧ＣＶＤ法で、Ｓｉ2Ｈ6とＧｅＨ4を４５０〜５００℃の温度で分解して形成する方法も採用可能である。
【００７８】
そして、ゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜７２１上に１５０nmの厚さの酸化シリコン膜７２２を形成する。酸化シリコン膜の作製方法は限定されないが、例えば、オルトケイ酸テトラエチル（Tetraethyl Ortho Silicate：ＴＥＯＳ）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cm2で放電させ形成する。
【００７９】
次に、酸化シリコン膜７２２に開孔部７２３を形成し、重量換算で１０ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液を塗布する。これにより、ニッケル含有層７２４が形成され、ニッケル含有層７２４は開孔部７２３の底部のみでゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜７２１と接触する。
【００８０】
結晶化は、加熱処理の温度５００〜６５０℃で４〜２４時間、例えば５７０℃にて１４時間の熱処理を行う。この場合、結晶化はニッケルが接した非晶質シリコン膜の部分が最初に結晶化し、そこから基板の表面と平行な方向に結晶化が進行する。こうして形成された結晶質シリコン膜７２５は棒状または針状の結晶が集合して成り、その各々の結晶は巨視的に見ればある特定の方向性をもって成長している。その後、酸化シリコン膜７２２を除去すれば結晶質シリコン膜７２５を得ることができる。
【００８１】
[実施例４]
実施例１〜３で説明する方法に従い作製される結晶質シリコン膜には結晶化において利用した金属元素が残存している。それは膜中において一様に分布していないにしろ、平均的な濃度とすれば、１×１０19/cm3を越える濃度で残存している。勿論、このような状態でもＴＦＴをはじめ各種半導体装置のチャネル形成領域に用いることが可能であるが、より好ましくは、ゲッタリングにより当該金属元素を除去することが望ましい。
【００８２】
本実施例はゲッタリング方法の一例を図１０を用いて説明する。図１０（Ａ）において、基板７３０は実施例１または２のガラス基板、或いは実施例３の石英基板が採用される。ガラス基板を用いる場合には、実施例１と同様にブロッキング層を設ける。また、結晶質シリコン膜７３１は実施例１〜３のいずれの方法で作製されたものであっても同様である。結晶質シリコン膜７３１の表面には、マスク用の酸化シリコン膜７３２が１５０nmの厚さに形成され、開孔部７３３が設けられ結晶質シリコン膜が露出した領域が設けられている。実施例３に従う場合には、図９（Ａ）で示す酸化シリコン膜７２２をそのまま利用可能であり、図９（Ｂ）の工程の後からそのまま本実施例の工程に移行することもできる。そして、イオンドープ法によりリンを添加して、１×１０19〜１×１０22/cm3の濃度のリン添加領域７３５を形成する。
【００８３】
そして、図１０（Ｂ）に示すように、窒素雰囲気中で５５０〜８００℃、５〜２４時間、例えば６００℃にて１２時間の熱処理を行うと、リン添加領域７３５がゲッタリングサイトとして働き、結晶質シリコン膜７３１に残存していた触媒元素はリン添加領域７３５に偏析させることができる。
【００８４】
その後、図１０（Ｃ）で示すようにマスク用の酸化シリコン膜７３２と、リンが添加領域７３５とをエッチングして除去することにより、結晶化の工程で使用した金属元素の濃度が１×１０17/cm3未満にまで低減された結晶質シリコン膜７３６を得ることができる。
【００８５】
[実施例５]
本実施例は、結晶粒内欠陥、或いは、絶縁膜との界面準位を低減し、ＴＦＴなどで好適に利用できる方法を示す。図１１（Ａ）で示すゲルマニウムを含有する結晶質シリコン膜８０１は実施例３にて作製されるものが適用される。さらに、このゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜８０１は実施例４で説明するゲッタリング処理が施されたものであっても良い。しかしながら、本実施例においては、少なくとも７００〜１０００℃程度の耐熱性を有する基板が必要であり、石英基板８０１が採用される。
【００８６】
ゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜８０２上の絶縁膜８０３は、酸化シリコンを主成分とする材料で形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法で作製される酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を５０nmの厚さで形成する。
【００８７】
絶縁膜８０３が形成された状態で、図１１（Ｂ）で示すように、ハロゲン（代表的には塩素）と酸素を含む雰囲気中で加熱処理を行う。本実施例では、９５０℃にて３０分とする。尚、処理温度は７００〜１１００℃の範囲で選択すれば良く、処理時間も１０分から８時間の間で選択することが可能である。
【００８８】
この加熱処理によりゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜８０２と絶縁膜８０３との界面で約２０nmの酸化膜８０４が形成され、膜厚の薄くなったゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜８０５が形成される。また、ハロゲン雰囲気での酸化の過程で、絶縁膜８０３とゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜８０２に含まれる不純物元素の内、特に金属不純物元素はハロゲンと化合物を形成し気相中に除去することができる。さらに、このような処理により得られる酸化膜８０４とゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜８０５の界面は、界面準位密度が低くなり非常に良好なものとなる。
【００８９】
[実施例６]
本実施例は、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴとを相補的に組み合わせたＣＭＯＳ型のＴＦＴを作製する例を図１９を用いて説明する。
【００９０】
図１９（Ａ）において、基板９０１上にゲルマニウムを含有する結晶質シリコン膜を形成する。ゲルマニウムを含有する結晶質シリコン膜は実施例１〜３および実施例４で示す工程により作製されるいずれのものも適用可能である。また、基板９０１がガラス基板である場合には、ブロッキング層９０２を設ける。ゲルマニウムを含有する結晶質シリコン膜は素子分離のため所定の大きさにエッチングし、島状の半導体層９０３、９０４を形成する。
【００９１】
第１絶縁膜９０５はＴＦＴにおいてゲート絶縁膜として利用されるものであり３０〜２００nmの厚さで形成する。この第１絶縁膜９０５はプラズマＣＶＤ法によりＳｉＨ4とＮ2Ｏとから作製される酸化窒化シリコン膜、或いはＴＥＯＳとＮ2Ｏとから作製される酸化窒化シリコン膜などで形成する。本実施例では前者を選択し、７５nmの厚さに形成する。また、実施例５で示す方法で第１絶縁膜９０５を形成しても良い。
【００９２】
第１絶縁膜９０５上には、タンタル、タングステン、チタン、アルミニウム、モリブデンから選ばれた一種または複数種の元素を成分とする導電性材料でゲート電極９０６、９０７を形成する。
【００９３】
次に、図１９（Ｂ）ではｎチャネル型ＴＦＴにＬＤＤ領域を形成するためにイオンドープ法でリンをドーピングする。ドーピングガスにはＨ2で０．１〜５％に希釈したフォスフィン（ＰＨ3）を用いる。ドーピングの条件は適宣決定するものとするが、半導体層９０３、９０４に形成される第１不純物領域９０８は平均的な濃度として１×１０17〜１×１０19/cm3となるようにする。この際、ゲート電極９０６、９０７はドーピングされるリンに対するマスクとなり、不純物領域９０８は自己整合的に形成される。
【００９４】
そして、図１９（Ｃ）で示すように、フォトレジストを用いたマスク９０９を形成し、再びイオンドープ法でリンをドーピングする。このドーピングにより作製される第２不純物領域９１０、９１２のリンの平均濃度は１×１０20〜１×１０21/cm3となるようにする。こうして、半導体層９０３に形成される第１不純物領域９１１はＬＤＤ領域となり、第２不純物領域９１０はソース及びドレイン領域となる。
【００９５】
ｐチャネル型ＴＦＴは図１９（Ｄ）で示すように、フォトレジストを用いたマスク９１３を形成し、半導体層９０４にホウ素をドーピングする。ドーピングガスにはＨ2で０．１〜５％に希釈したジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いる。半導体層９０４に形成される第３不純物領域９１４は、ｎ型からｐ型に反転させるためにリン濃度と比較して１．５〜３倍のホウ素を添加し、平均濃度は１．５×１０20〜３×１０21/cm3となるようにする。こうして、半導体層９０４に形成される第３不純物領域９１４はｐチャネル型ＴＦＴ９２１のソース及びドレイン領域となる。
【００９６】
その後、プラズマＣＶＤ法により作製される窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜により層間絶縁膜９１５を形成する。また、添加された不純物元素は活性化のために３５０〜５００℃の加熱処理が必要とされるが、この加熱処理は層間絶縁膜９１５を形成した後に行い、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜中に含まれる水素を放出させ、半導体層９０３、９０４に拡散させることにより、水素化を行い半導体中及びその界面の欠陥を補償することができる。さらに、ソース及びドレイン電極９１６、９１７を形成しＴＦＴを得ることができる。
【００９７】
チャネル形成領域９１８、９１９は｛１０１｝格子面の配向性の高いゲルマニウムを含有する結晶質シリコン膜で形成される。このようなチャネル形成領域は、ゲート絶縁膜との界面特性が良好であり、結晶粒界及び結晶粒内の欠陥密度が低減し、高い電界効果移動度を得ることができる。
【００９８】
以上の工程で、ｎチャネル型ＴＦＴ９２０とｐチャネル型ＴＦＴ９２１とを相補的に組み合わせたＣＭＯＳ型のＴＦＴを得ることができる。ｎチャネル型ＴＦＴ９２０はチャネル形成領域とドレイン領域との間にＬＤＤ領域が形成され、ドレイン端における電界の集中を防いでいる。このようなＣＭＯＳ型のＴＦＴは、アクティブマトリクス型の液晶表示装置やＥＬ表示装置の駆動回路を形成することを可能とする。それ以外にも、このようなｎチャネル型ＴＦＴまたはｐチャネル型ＴＦＴは、画素部を形成するトランジスタに応用することができる。さらに、従来の半導体基板にて作製されるＬＳＩに代わる薄膜集積回路を実現するＴＦＴとして用いることができる。
【００９９】
[実施例７]
実施例１〜３で説明する方法に従い作製される結晶質シリコン膜には結晶化において利用した金属元素が残存している。本実施例は実施例４と異なる方法で当該金属元素を除去する方法について説明する。その方法は、希ガス元素を含む半導体膜、或いは希ガス元素を添加した半導体膜をゲッタリングサイトとして、金属元素を添加して作製された結晶質シリコン膜から当該金属元素を加熱処理により除去するものである。以下、図２３を用いて説明する。
【０１００】
まず、実施例１〜３のいずれかの方法に従って、[１０１]面の配向率の高い結晶質シリコン膜を得る。２０００は絶縁表面を有する基板上に２００１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（ＳｉＯxＮy）等の絶縁膜から成る下地絶縁膜を形成する。ここでは、ガラス基板を用い、下地絶縁膜２００１として２層構造から成り、ＳｉＨ4、ＮＨ3、及びＮ2Ｏを反応ガスとして成膜される第１酸化窒化シリコン膜を５０〜１００nm、ＳｉＨ4、及びＮ2Ｏを反応ガスとして成膜される第２酸化窒化シリコン膜を１００〜１５０nmの厚さに積層形成する。また、下地絶縁膜２００１として窒化シリコン膜の単層を用いることが好ましい。窒化シリコン膜を用いた場合、ガラス基板に含まれるアルカリ金属が後に形成される半導体膜中に拡散するのを防止するブロッキング層としての効果に加え、後に行われるゲッタリング工程でゲッタリング効率を向上させる効果も有する。ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、半導体膜と接する下地絶縁膜を窒化シリコン膜とすることは極めて有効である。また、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜とを順次積層した積層構造を用いてもよい。また、第１酸化窒化シリコン膜、第２酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜とを順次積層した３層構造を用いてもよい。
【０１０１】
次いで、下地絶縁膜上にプラズマＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法、またはスパッタ法で得られる非晶質半導体膜を形成し、実施形態１に示した結晶化を行い、ゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜２００２を形成する。（図２３（Ａ））
【０１０２】
本実施例では、ゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により作製し、ＳｉＨ4とＨ2で１０％に希釈されたＧｅＨ4ガスを反応室に導入し、グロー放電分解して下地絶縁膜２００１上に堆積させる。こうして得られたゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜の表面にオゾン含有水溶液で極薄い酸化膜を形成し、その酸化膜をフッ酸と過酸化水素水の混合液でエッチングして清浄な表面を形成した後、再度オゾン含有水溶液で処理して極薄い酸化膜を形成した後、全面に重量換算で１０ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布してニッケル含有層を形成する。次に、５００℃にて１時間の加熱処理を行い、ゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜中の水素を放出させる。そして、ファーネスアニール炉を用いて５５０℃にて４時間の加熱処理を行い結晶化を行う。
【０１０３】
ファーネスアニール炉による加熱処理に代えて、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、または高圧水銀ランプ等のランプ光源からの強光を照射して結晶化を行ってもよい。このようなランプ光源を用いる場合は、加熱用のランプ光源を６０〜２４０秒、好ましくは１１０〜１５０秒間点灯させ、６５０〜７５０℃、好ましくは７００℃に加熱する。
【０１０４】
こうして、ゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜を結晶化させ、ゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜２００２を得ることができる。ゲッタリング処理の際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、ゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜２００２中の酸素濃度は、５×１０18/cm3以下となるように形成することが望ましい。
【０１０５】
また、上記結晶化の後、フッ酸を含むエッチャント、例えば希フッ酸やＦＰＭ（フッ酸、過酸化水素水、純水との混合液）で偏析した金属元素を除去または低減してもよい。また、フッ酸を含むエッチャントで表面をエッチング処理した場合には、上記ランプ光源からの強光を照射して表面を平坦化することが望ましい。
【０１０６】
上記結晶化の後、さらに結晶化を改善するためのレーザー光またはランプ光源からの強光の照射を行ってもよい。レーザーには波長４００nm以下のエキシマレーザー光や、ＹＡＧレーザーの第２高調波、第３高調波を用いればよい。この結晶化を改善するためのレーザー光またはランプ光源からの強光の照射の後にフッ酸を含むエッチャントで偏析した金属元素を除去または低減してもよく、さらにランプ光源からの強光を照射して表面を平坦化してもよい。
【０１０７】
次いで、ゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜２００２中に含まれる金属元素を除去するためにゲッタリング処理を行う。まず、ゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜上にバリア層２００３を形成する。バリア層２００３としては、金属元素（ここでは主にニッケル）をゲッタリングサイトに貫通させることができ、さらにゲッタリングサイトの除去工程において用いるエッチング液がしみこまない多孔質膜を形成する。ここでは、オゾン水で処理することにより形成されるケミカルオキサイド膜、酸化シリコン膜（ＳｉＯx）を用いればよい。本明細書では、このような性質を有する膜を特に多孔質膜という。また、このバリア層２００３は極薄いものでよく、自然酸化膜であってもよいし、酸素を含む雰囲気下において紫外線の照射によりオゾンを発生させて酸化させる酸化膜であってもよい。
【０１０８】
次いで、後のゲッタリング処理の際にゲッタリングサイトとして機能する半導体膜２００４をバリア層２００３上に形成する。（図２３（Ｂ））この半導体膜２００４はプラズマＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法、好ましくはスパッタ法を用いて形成される非晶質構造を有する半導体膜を用いる。この半導体膜２００４の膜厚は、５０〜２００nm、好ましくは１５０nmとする。後のゲッタリング処理の際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、半導体膜２００４には、酸素（ＳＩＭＳ分析での濃度が５×１０18/cm3以上、好ましくは１×１０19/cm3以上）を含有させてゲッタリング効率を向上させることが望ましい。また、希ガス元素を１×１０20/cm3の濃度で含む半導体膜を適用する。
【０１０９】
最も好適な半導体膜の形成方法は、スパッタ法によりシリコンをターゲットとして、希ガスをスパッタガスとして用いる。スパッタ法では成膜時の圧力を低下させることにより半導体膜中に希ガスを取り込ませることが容易であり、１×１０20〜５×１０21/cm3、好ましくは１×１０20〜１×１０21/cm3の濃度で希ガス元素を含む半導体膜を形成することが可能である。
【０１１０】
希ガス元素はＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅから選ばれた一種または複数種であり、これらのイオンを電界で加速して半導体膜に注入することにより、ダングリングボンドや格子歪みを形成してゲッタリングサイトを形成することができる。中でも安価なガスであるＡｒを用いることが望ましい。なお、希ガス元素を添加する処理時間は、１分または２分程度の短時間で高濃度の希ガス元素を半導体膜に添加することができるため、リンを用いたゲッタリングと比較してスループットが格段に向上する。
【０１１１】
また、希ガス元素に加えＨ、Ｈ2、Ｏ、Ｏ2、Ｐ、Ｂから選ばれた一種または複数種を添加してもよく、複数の元素を添加することにより相乗的にゲッタリング効果が得られる。
【０１１２】
次いで、加熱処理またはランプ光源からの強光の照射を行ってゲッタリングを行う。加熱処理によりゲッタリングを行う場合は、窒素雰囲気中で４５０〜８００℃、１〜２４時間、例えば５００℃にて４時間の熱処理を行えばよい。また、ランプ光源からの強光の照射によりゲッタリングを行う場合には、加熱用のランプ光源を１２０〜３００秒、好ましくは１８０秒間点灯させ、６５０〜７５０℃に加熱する処理を行う。
【０１１３】
このゲッタリングにより、図２３（Ｄ）中の矢印の方向（縦方向）にニッケルが移動し、バリア層２００３で覆われたゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜２００２に含まれる金属元素の除去、または金属元素の濃度の低減が行われる。リンを用いたゲッタリングと比較して、希ガス元素の添加によるゲッタリングは非常に効果的であり、さらに高濃度、例えば１×１０20〜５×１０21/cm3で添加できるため、結晶化に用いる金属元素の添加量を多くすることができる。即ち、結晶化に用いる金属元素の添加量を多くすることによって結晶化の処理時間をさらに短時間で行うことが可能となる。また、結晶化の処理時間を変えない場合には、結晶化に用いる金属元素の添加量を多くすることによって、さらなる低温で結晶化することができる。また、結晶化に用いる金属元素の添加量を多くすることによって、自然核の発生を低減することができ、良好な結晶質半導体膜を形成することができる。
【０１１４】
上記ゲッタリング処理後、半導体膜からなるゲッタリングサイト２００５を選択的にエッチングして除去する。エッチングの方法としては、ＣｌＦ3によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド（化学式 （ＣＨ3）4ＮＯＨ）を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチングで行うことができる。この時、バリア層２００３はエッチングストッパーとして機能する。また、バリア層２００３はその後フッ酸により除去すれば良い。
【０１１５】
その後、得られたゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜を所望の形状にエッチング処理して島状に分離された半導体層２００６を形成する。（図２３（Ｅ））
【０１１６】
図２４はゲッタリング処理前後における金属元素（ここではニッケル）の濃度を全反射蛍光Ｘ線分光(Total Reflection X-ray Fluorescence Spectroscopy:ＴＸＲＦ)で測定した結果を示している。ＴＸＲＦではＸ線ビームを膜表面に対し非常に浅い角度で入射させ、金属元素など不純物が発生する蛍光Ｘ線を検出する測定方法である。ＴＸＲＦは主に表面から３〜５nmの深さの情報が与えられるが、結晶質シリコン膜に残留するニッケル濃度を見積もることが可能である。検出感度はおよそ１０10/cm2である。
【０１１７】
図２４において、縦軸はニッケル濃度を示している。ゲッタリング処理無しとした試料のデータでは５×１０12（任意量）の値が得られているが、ゲッタリング処理有りとした試料ではそれよりも小さい値を示しており、ゲッタリング処理により結晶質半導体膜中のニッケル濃度はその１００分の１程度にまで減少していることが示されている。ゲッタリング処理の熱処理温度が４５０℃と５００℃の場合を比較すると、５００℃の方がより低減されていることが解る。
【０１１８】
本実施例で得られたゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜は、[１０１]面の配向率が高く、且つ、膜中の金属元素の濃度が十分低減されているため、ＴＦＴの特性においてオフ電流を低減することができる。
【０１１９】
[実施例８]
本発明の半導体装置は、各種多様の電子機器の表示装置や各種集積回路、或いは、従来の集積回路に代わる回路用途に応用することができる。このような半導体装置には、携帯情報端末（電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等）、ビデオカメラ、スチルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ、プロジェクター等が挙げられる。それらの一例を図２０〜図２２に示す。
【０１２０】
図２０（Ａ）は携帯電話であり、表示用パネル２７０１、操作用パネル２７０２、接続部２７０３から成り、表示用パネル２７０１には表示装置２７０４、音声出力部２７０５、アンテナ２７０９などが設けられている。操作パネル２７０２には操作キー２７０６、電源スイッチ２７０７、音声入力部２７０８などが設けられている。本発明は表示装置２７０４を形成することができる。
【０１２１】
図２０（Ｂ）はビデオカメラであり、本体９１０１、表示装置９１０２、音声入力部９１０３、操作スイッチ９１０４、バッテリー９１０５、受像部９１０６から成っている。本発明は表示装置９１０２に適用することができる。
【０１２２】
図２０（Ｃ）はモバイルコンピュータ或いは携帯型情報端末であり、本体９２０１、カメラ部９２０２、受像部９２０３、操作スイッチ９２０４、表示装置９２０５で構成されている。本発明は半導体装置は表示装置９２０５に適用することができる。
【０１２３】
図２０（Ｄ）はテレビ受像器であり、本体９４０１、スピーカ９４０２、表示装置９４０３、受信装置９４０４、増幅装置９４０５等で構成される。本発明は表示装置９４０３に適用することができる。
【０１２４】
図２０（Ｅ）は携帯書籍であり、本体９５０１、表示装置９５０３、記憶媒体９５０４、操作スイッチ９５０５、アンテナ９５０６から構成されており、ミニディスク（ＭＤ）やＤＶＤに記憶されたデータや、アンテナで受信したデータを表示するものである。本発明は表示装置９５０３や、記憶媒体９５０４に適用することができる。
【０１２５】
図２１（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体９６０１、画像入力部９６０２、表示装置９６０３、キーボード９６０４で構成される。本発明は表示装置９６０１や、内蔵する各種集積回路に適用することができる。
【０１２６】
図２１（Ｂ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体９７０１、表示装置９７０２、スピーカ部９７０３、記録媒体９７０４、操作スイッチ９７０５で構成される。なお、この装置は記録媒体としてＤＶＤ(Digital 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。本発明は表示装置９７０２や、内蔵する各種集積回路に適用することができる。
【０１２７】
図２１（Ｃ）はデジタルカメラであり、本体９８０１、表示装置９８０２、接眼部９８０３、操作スイッチ９８０４、受像部（図示しない）で構成される。本発明は表示装置９８０２や、内蔵する各種集積回路に適用することができる。
【０１２８】
図２２（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２で構成される。本発明は投射装置３６０１やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１２９】
図２２（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４で構成される。本発明は投射装置３７０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１３０】
尚、図２２（Ｃ）は、図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の構造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７０２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０４〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズム３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０９、投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図２２（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。
【０１３１】
また、図２２（Ｄ）は、図２２（Ｃ）中における光源光学系３８０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系３８０１は、リフレクター３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で構成される。なお、図２２（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。
【０１３２】
ここでは図示しなかったが、本発明はその他にもナビゲーションシステムをはじめ冷蔵庫、洗濯機、電子レンジ、固定電話機などに組み込む表示装置としても適用することも可能である。このように本発明の適用範囲はきわめて広く、さまざまな製品に適用することができる。
【０１３３】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、シリコンを主成分とし、ゲルマニウム含有量が０．１原子％以上１０原子％以下（好ましくは１原子％以上５原子％以下）である非晶質半導体膜に金属元素を添加して加熱処理により結晶化すると、ＥＢＳＰ法で観測される｛１０１｝格子面の前記結晶質半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が２０％以上であり、かつ、｛００１｝格子面の前記結晶質半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が３％以下であり、かつ、｛１１１｝格子面の前記結晶質半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が５％以下である結晶質半導体膜を得ることがで可能となり、そのような結晶質半導体膜を用いて薄膜トランジスタのチャネル形成領域を形成することができる。
【０１３４】
このような｛１０１｝格子面の配向率の高い結晶質半導体膜を用いたＴＦＴは、アクティブマトリクス型の液晶表示装置やＥＬ表示装置を作製するためのＴＦＴとて、また従来の半導体基板にて作製されるＬＳＩに代わる薄膜集積回路を実現するＴＦＴとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＥＢＳＰ法により求められる本発明の結晶質半導体膜の逆極点図。
【図２】 ＥＢＳＰ装置の構成を説明する図。
【図３】 ＥＰＳＰによる試料測定の概念を説明する図。
【図４】 ＥＢＳＰデータから得られる逆極点図の例。
【図５】 ｛１０１｝配向からのずれ角を説明する図。
【図６】 ｛１０１｝付近に優先配向している場合の各結晶粒の＜１０１＞方位のゆらぎを説明する図。
【図７】 結晶質半導体膜の作製方法を説明する図。
【図８】 結晶質半導体膜の作製方法を説明する図。
【図９】 結晶質半導体膜の作製方法を説明する図。
【図１０】 結晶質半導体膜の作製方法を説明する図。
【図１１】 半導体装置の作製工程の一例を説明する図。
【図１２】 半導体装置の作製工程の一例を説明する図。
【図１３】 ＳｉＨ4、ＧｅＨ4、Ｈ2ガスより作製された試料のＣ、Ｎ、Ｏ濃度を阿表すＳＩＭＳデータ。
【図１４】 ＳＩＭＳにより測定された試料（ＳＧＮ５）と（ＳＧＮ１０）のＧｅ濃度を示すグラフ。
【図１５】 ＧｅＨ4の添加量と結晶核発生密度との関係を示すグラフ。
【図１６】 試料（ＳＮ）と（ＳＧＮ１０）のθ−２θ法によるＸ線回折パターン。
【図１７】 ＥＢＳＰ法により求められる試料（ＳＮ）の逆極点図。
【図１８】 ＥＢＳＰ法により求められる試料（ＳＮ）の逆極点図。
【図１９】 ＣＭＯＳ構造のＴＦＴの作製工程の一例を説明する図。
【図２０】 電子機器の一例を説明する図。
【図２１】 電子機器の一例を説明する図。
【図２２】 プロジェクターの一例を示す図。
【図２３】 結晶質半導体膜の作製方法を説明する図。
【図２４】 ゲッタリング処理前後におけるＴＸＲＦで測定される金属元素の濃度を示すグラフ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、多結晶シリコン膜に代表されるように、いろいろな方位をもって集合した結晶から成る半導体膜（以下、結晶質半導体膜という）を用いた薄膜トランジスタ及び当該薄膜トランジスタで回路を形成した半導体装置に関する。特に本発明は、薄膜トランジスタのチャネル形成領域やソース又はドレイン領域などを形成する半導体膜、及び当該薄膜トランジスタを搭載した半導体装置に関する。尚、本明細書において半導体装置とは半導体特性を利用して機能する装置全般を指し、液晶表示装置に代表される表示装置、半導体集積回路（マイクロプロセッサ、信号処理回路または高周波回路等）を範疇に含んでいる。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス基板や石英基板に結晶質半導体膜を形成し、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）を作製する技術が開発されている。この技術はアクティブマトリクス型液晶表示装置に代表されるフラットパネルディスプレイの分野で応用が進んでいる。ＴＦＴが各画素に設けられるスイッチング素子として、或いは、画素の周辺部分に形成されるドライバー回路を形成するための素子として用いられている。
【０００３】
ＴＦＴのチャネル形成領域やソース又はドレイン領域又は低濃度ドレイン(Lightly Doped Drain:ＬＤＤ)領域などの活性領域を形成する結晶質半導体膜の材料は、主としてシリコンが用いられている。結晶構造を有するシリコン膜（以下、結晶質シリコン膜という）は、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法で基板上に堆積した非晶質シリコン膜に、加熱処理またはレーザー光の照射（以下、本明細書においてレーザー処理という）により作製されたものが適用されてきた。
【０００４】
しかし、加熱処理による場合には、非晶質シリコン膜を結晶化させるために６００℃以上の温度で１０時間以上の加熱処理が必要とされている。この処理温度と処理時間は、ＴＦＴの生産性を考慮すると必ずしも適切な方法とは考えられていない。ＴＦＴを用いた応用製品として液晶表示装置を考慮すると、基板の大面積化に対応するために大型の熱処理炉が必要となり、生産工程における消費エネルギーが増大するばかりか、広い面積に渡って一様な結晶を得ることが困難となる。また、レーザー処理による場合には、レーザー発振器の出力の不安定さのために、やはり均質な結晶を得ることが困難である。このような結晶の品質のばらつきはＴＦＴの特性ばらつきの原因となり、液晶表示装置やＥＬ表示装置の表示品質を低下させる要因として憂慮されていた。
【０００５】
一方、非晶質シリコン膜にシリコンの結晶化を助長する金属元素を導入し、従来よりも低い温度の加熱処理で結晶質シリコン膜を作製する技術が開示されている。例えば、特開平７−１３０６５２号公報、特開平８−７８３２９号公報では、非晶質シリコン膜にニッケルなどの金属元素を導入し５５０℃、４時間の熱処理により結晶質シリコン膜を得ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法で作製される結晶質シリコン膜は、その結晶方位面がランダムに存在し、特定の結晶方位に対する配向率が低かった。加熱処理またはレーザー処理により得られる結晶質シリコン膜は、複数の結晶粒が析出し、｛１１１｝に配向する傾向があるが、その面方位に限定してみても配向する割合が全体の２０％を越えることはなかった。
【０００７】
配向率が低い場合、異なる方位の結晶がぶつかる結晶粒界で、格子の連続性を保持することが殆ど不可能となり、不対結合手が多く形成されることを推定できる。粒界にできる不対結合手はキャリア（電子・ホール）の捕獲中心となり、キャリアの輸送特性を低下させる原因となっている。即ち、キャリアが散乱されたりトラップされたりするため、このような結晶質半導体膜でＴＦＴを作製しても高い電界効果移動度を有するＴＦＴを期待することができない。また、結晶粒界はランダムに存在するため、チャネル形成領域を特定の結晶方位をもつ結晶粒で形成することが不可能であり、ＴＦＴの電気的特性のバラツキの要因となる。
【０００８】
本発明はこのような問題点を解決する手段を提供することを目的とし、非晶質半導体膜を結晶化して得られる結晶質半導体膜の配向性を高め、そのような結晶質半導体膜を用いたＴＦＴ及びそれを搭載した半導体装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シリコンを主成分とし、ゲルマニウム含有量が０．１原子％以上１０原子％以下（好ましくは１原子％以上５原子％以下）である非晶質半導体膜に金属元素を添加して加熱処理をして結晶化することにより、反射電子線回折パターン法で検出される｛１０１｝格子面の半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が２０％以上であり、かつ、｛００１｝格子面の半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が３％以下であり、かつ、｛１１１｝格子面の半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が５％以下である結晶質半導体膜でチャネル形成領域を形成したＴＦＴを提供する。
【００１０】
また、本発明は、シリコンを主成分とし、ゲルマニウム含有量が０．１原子％以上１０原子％以下（好ましくは１原子％以上５原子％以下）である非晶質半導体膜に金属元素を添加して加熱処理をして結晶化することにより、反射電子線回折パターン法で検出される｛１０１｝格子面の半導体膜の表面となす角が５度以内である割合が５％以上であり、かつ、｛００１｝格子面の半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が３％以下であり、かつ、｛１１１｝格子面の半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が５％以下である結晶質半導体膜をチャネル形成領域を形成したＴＦＴを提供する。
【００１１】
また、本発明の配向性を高めた結晶質半導体膜は２０nm乃至１００nmの厚さを有し、膜中に含まれる窒素及び炭素の濃度は５×１０18/cm3未満であり、酸素の濃度は１×１０19/cm3未満であり、当該金属元素の濃度が１×１０17/cm3未満である半導体膜でチャネル形成領域を形成したＴＦＴを提供する。
【００１２】
また、本発明は、シリコンを主成分とし、ゲルマニウム含有量が０．１原子％以上１０原子％以下（好ましくは１原子％以上５原子％以下）である非晶質半導体膜に金属元素を添加して加熱処理をして結晶化することにより、反射電子線回折パターン法で検出される｛１０１｝格子面の半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が２０％以上であり、かつ、｛００１｝格子面の半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が３％以下であり、かつ、｛１１１｝格子面の半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が５％以下である半導体膜でチャネル形成領域を形成した半導体装置を提供する。
【００１３】
また、本発明は、シリコンを主成分とし、ゲルマニウム含有量が０．１原子％以上１０原子％以下（好ましくは１原子％以上５原子％以下）である非晶質半導体膜に金属元素を添加して加熱処理をして結晶化することにより、反射電子線回折パターン法で検出される｛１０１｝格子面の半導体膜の表面となす角が５度以内である割合が５％以上であり、かつ、｛００１｝格子面の半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が３％以下であり、かつ、｛１１１｝格子面の半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が５％以下である半導体膜でチャネル形成領域を形成した半導体装置を提供する。
【００１４】
また、本発明の配向性を高めた結晶質半導体膜は２０nm乃至１００nmの厚さを有し、膜中に含まれる窒素及び炭素の濃度は５×１０18/cm3未満であり、酸素の濃度は１×１０19/cm3未満であり、当該金属元素の濃度が１×１０17/cm3未満である半導体膜でチャネル形成領域を形成した半導体装置を提供する。
【００１５】
添加する金属元素はＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種を用いる。非晶質シリコン膜にこの金属元素を添加して加熱処理をすることにより、シリコンと当該金属元素との化合物（シリサイド化物）を形成し、それが拡散することにより結晶化が進行する。非晶質シリコンに添加したゲルマニウムはこの化合物と反応せず、その周囲に存在することにより局所的な歪みを生じさせる。この歪みは核生成の臨界半径を大きくする方向に作用して核生成密度を低減させる。また、結晶の配向を制限する。
【００１６】
このような作用を発現させるのに必要なゲルマニウムの量は、実験の結果０．１原子％以上１０原子％以下（好ましくは１原子％以上５原子％以下）とすれば良いことが明らかとなっている。この範囲以上に多くなるとシリコンとゲルマニウムとの合金材料として発生する自然核（添加する金属元素との化合物によらない結晶核）の発生が顕著となり、得られる結晶質半導体膜の配向比率を高めることはできない。また、少ないと十分な歪みを発生させることができず、やはり配向比率を高めることができない。
【００１７】
非晶質半導体膜を結晶化すると原子の再配列により、巨視的に見れば膜の体積は収縮する。その結果、基板上に形成される結晶質半導体膜は、引っ張り応力が発生する。しかし、シリコンよりも原子半径の大きいゲルマニウムを０．１〜１０原子％、好ましくは１〜３原子％の濃度で含有させることにより、結晶化に伴う体積の収縮は抑制され、発生する内部応力も小さくなる。つまり、ゲルマニウムを本発明で明らかにする濃度で含ませることにより結晶質半導体膜の歪みを緩和させることができる。
【００１８】
結晶方位の分布は反射電子回折パターン（ＥＢＳＰ：Electron Backscatter diffraction Pattern）により求めることができる。ＥＢＳＰは走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscopy）に専用の検出器を設け、一次電子の後方散乱から結晶方位を分析する手法である（以下、この手法を便宜上ＥＢＳＰ法と呼ぶ）。図２はその原理を説明する図である。電子銃（ショットキー型電界放出電子銃）２０１、鏡体２０２、試料室２０３は通常の走査型電子顕微鏡と同じ構成である。ＥＢＳＰを測定するにはステージ２０４を６０度程度の傾きを設け試料２０９を設置する。この状態で試料に向かい合うように検出器２０６のスクリーン２０５を挿入する。尚、２０７は電子線であり、２０８は後方散乱した電子線である。
【００１９】
ここで、結晶構造を持った試料に電子線が入射すると、後方にも非弾性散乱が起こり、その中には試料中でブラッグ回折による結晶方位に特有の線状パターン(一般に菊地像と呼ばれる)も合わせて観察される。ＥＢＳＰ法は検出器スクリーンに映った菊地像を解析することにより試料の結晶方位を求めている。
【００２０】
図３は基板３０１上に形成された多結晶構造の結晶質半導体膜３０２を示している。結晶質半導体膜３０２は各結晶粒が異なった結晶方位を持っていることを前提としている。試料の電子線の当たる位置を移動させつつ方位解析を繰り返す(マッピング測定)ことで、面状の試料について結晶方位または配向の情報を得ることができる。入射電子線３０３の太さは、走査型電子顕微鏡の電子銃のタイプにより異なるが、ショットキー電界放射型の場合、１０〜２０nmの非常に細い電子線３０３が照射される。マッピング測定では、測定点数が多いほど、また測定領域が広いほど、結晶配向のより平均化した情報を得ることができる。実際には、１００×１００μm2の領域で、１００００点（１μm間隔）〜４００００点（０．５μm間隔）の程度の測定を行っている。尚、３０４は後方散乱電子線である。
【００２１】
マッピング測定により各結晶粒の結晶方位がすべて求まると、膜に対する結晶配向の状態を統計的に表示できる。図４（Ａ）にＥＢＳＰ法により求められる逆極点図の例を示す。逆極点図は多結晶体の優先配向を表示する際によく用いられるもので、試料のある特定の面(ここでは膜表面)が、どの格子面に一致しているかを集合的に表示したものである。
【００２２】
図４（Ａ）の扇形状の枠は一般に標準三角形と呼ばれるもので、この中に立方晶系における全ての指数が含まれている。またこの図中における長さは、結晶方位における角度に対応している。たとえば｛００１｝と｛１０１｝の間は４５度、｛１０１｝と｛１１１｝の間は３５．２６度、｛１１１｝と｛００１｝の間は５４．７４度である。また、白抜きの点線は｛１０１｝からのずれ角５度及び１０度の範囲を示している。
【００２３】
図４（Ａ）は、マッピングにおける全測定点(この例では１１６５５点)を標準三角形内にプロットしたものである。｛１０１｝付近で点の密度が濃くなっていることがわかる。図４（Ｂ）は、このような点の集中度を等高線表示したものである。これは方位分布関数の値であり、ランダム配向を仮定した場合に対する集中度（図４（Ａ）の点の密度）を等高線で示したものである。ここで数値は各結晶粒が完全に無秩序な配向だと仮定した場合、すなわち標準三角形内に点を偏りなく分布させた場合に対する倍率を示しており無次元数である。
【００２４】
このように特定の指数（ここでは｛１０１｝）に優先配向している事がわかった場合、その指数近傍にどの程度の結晶粒が集まっているか、その割合を数値化することで、優先配向の度合いをよりイメージしやすくなる。例えば図４（Ａ）に例示した逆極点図において｛１０１｝からのずれ角５度及び１０度の範囲（図中に白点線で示す）に存在する点数の全体に対する割合を配向率として次式により求めて示すことができる。
【００２５】
【数１】
この割合は、次のように説明することもできる。図４（Ａ）のように｛１０１｝付近に分布が集中している場合、実際の膜においては図６のように、各粒の＜１０１＞方位は基板に概略垂直であるが、その周りにやや揺らぎを持って並んでいることが予想される。この揺らぎの角に許容値を５度、１０度と設け、それより小さいものの割合を数値で示してゆくのである。たとえば図５では、基板６０１上に結晶質半導体膜６０２において、ある結晶粒の＜１０１＞方位５０５は、許容５度の範囲５０３には含まれないが、許容１０度の範囲５０４には含まれていることになる。ここで、許容角度は、膜表面５０１に対する垂線５０２に対するずれ角である。後述のデータにおいては、以上に説明したように許容ずれ角を５度及び１０度と定め、それを満たす結晶粒の割合を表示してゆく。
【００２７】
図４（Ａ）に例示した逆極点図では、各頂点が｛１０１｝、｛１１１｝、｛００１｝であり、｛１０１｝に対してずれ角の値が大きくなると他の面方位が発現することを意味する。｛１０１｝からのずれ角が３０度となると｛１１２｝が発現することになる。従って、ＥＢＳＰで結晶方位の存在比率を確定する場合、揺らぎを持って分布している結晶粒に対し、他の指数が含まれないように許容ずれ角を規定する必要がある。本発明者によれば、許容ずれ角を１０度以下、或いは５度以下と規定してデータを収集することにより、特定方位に配向する結晶粒の存在比率を定量化することができることが判明している。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明において、ＴＦＴのチャネル形成領域に用いる結晶質半導体膜は、｛１０１｝格子面の配向率が高いシリコンを主成分とする半導体膜であることに特徴を有している。このような結晶質半導体膜を得る典型的な一実施形態は、シリコン原子及びゲルマニウム原子の水素化物またはフッ化物または塩化物によるガスを用い、プラズマＣＶＤ法または減圧ＣＶＤ法により作製される非晶質半導体膜の表面に該非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入し、当該金属元素を利用して加熱処理により結晶質半導体膜を形成する。
【００２９】
このような結晶質半導体膜を形成するための基板は、アルミナホウケイ酸ガラスやバリウムホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラス基板が適している。代表的にはコーニング社の＃７０５９ガラス基板や＃１７３７ガラス基板を用いる。その他に石英基板やサファイア基板を用いても良い。或いは、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム・砒素などの半導体基板の表面に絶縁膜を形成し、これを基板としても良い。
【００３０】
また、基板として上記ガラス基板を用いる場合には、非晶質半導体膜とガラス基板との間に窒化シリコン、酸化シリコン、または酸化窒化シリコンなどでブロッキング層を形成する。こうして、ガラス基板中に含まれるアルカリ金属元素などの不純物元素が半導体膜中に拡散することを防ぐ。例えば、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2を反応ガスとして用い、窒化シリコン膜を形成する。または、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3を反応ガスとして用い、酸化窒化シリコン膜を形成する。ブロッキング層の厚さは２０〜２００nmで形成する。
【００３１】
このような基板上に上記非晶質半導体膜を形成する。プラズマＣＶＤ法または減圧ＣＶＤ法、その他適宣の方法により行う。プラズマＣＶＤ法を適用する場合には、ＳｉＨ4とＧｅＨ4とから成る反応ガス、或いは、ＳｉＨ4とＨ2で希釈したＧｅＨ4成る反応ガスを加えて反応室に導入し、１〜２００MHzの高周波放電により分解し基板上に非晶質半導体膜を堆積させる。反応ガスは、ＳｉＨ4の代わりにＳｉ2Ｈ6またはＳｉＦ4を、ＧｅＨ4の代わりにＧｅＦ4を採用しても良い。減圧ＣＶＤ法を用いる場合にも同様な反応ガスを適用することが可能であり、好ましくはＨｅで反応ガスを希釈して、４００〜５００℃の温度で基板上に非晶質半導体膜を堆積する。いずれにしても、本発明で用いる上記ガスは、堆積される非晶質半導体膜に取り込まれる酸素、窒素、炭素などの不純物元素の濃度を低減するために高純度に精製されたものを用いる。堆積される非晶質半導体膜の厚さは２０〜１００nmの範囲とする。
【００３２】
本発明に用いる非晶質半導体膜は、シリコンを主成分としゲルマニウムを０．１原子％以上、１０原子％以下（好ましくは１原子％以上５原子％以下）の範囲で含有させておく。ゲルマニウムの含有量は、代表的な反応ガスとして用いられるＳｉＨ4とＧｅＨ4の混合比により調節することができる。また、非晶質半導体中に含まれる窒素及び炭素の濃度は５×１０18/cm3未満、酸素の濃度は１×１０19/cm3未満とし、非晶質半導体膜の結晶化の過程において、及び作製される結晶質半導体膜の電気的特性に悪影響が出ないようにする。
【００３３】
上記のように形成した非晶質半導体膜の表面に、該非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入する。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）、オスニウム（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金属元素を用いる。これら金属元素は、本明細書に記載する何れの発明においても非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素として使用することができる。上記いずれの金属元素を用いても同質、同様の効果を得ることができるが、代表的にはニッケルを用いる。
【００３４】
これら金属元素を導入する箇所は、非晶質半導体膜の全面、或いは非晶質半導体膜の膜面における適宣箇所のスリット状の面または点状の面などとする。前者の場合には、当該非晶質半導体膜の基板側に位置する面または基板側とは反対の面のいずれであっても良い。後者の場合には、好ましくは非晶質半導体膜上に絶縁膜が形成され、その絶縁膜に設けられた開孔を利用して金属元素を導入することができる。開孔の大きさに特に限定はないが、その幅は１０〜４０μmとすることができる。また、その長手方向の長さは任意に決めれば良く、数十μm〜数十cmの範囲とすることができる。
【００３５】
これらの金属元素を導入する方法は、当該金属膜を非晶質半導体膜の表面又は内部に存在させる手法であれば特に限定はなく、例えば、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理法（含むプラズマＣＶＤ法）、吸着法、金属塩の溶液を塗布する方法などを使用することができる。プラズマ処理法は、不活性ガスによるグロー放電雰囲気において、陰極からスパッタされる当該金属元素を利用する。また、金属塩の溶液を塗布する方法は簡易であり、金属元素の濃度調整が容易である点で有用である。
【００３６】
金属塩としては各種塩を用いることが可能であり、溶媒としては水、アルコール類、アルヒデト類、エーテル類その他の有機溶媒、または水とこれらの有機溶媒の混合物を用いることができる。また、それらの金属塩が完全に溶解した溶液とは限らず、金属塩の一部または全部が懸濁状態で存在する溶液であっても良い。いずれの方法を採用するにしても、当該金属元素は非晶質半導体膜の表面又は内部に分散させて導入する。
【００３７】
上記何れかの方法で金属元素を導入した後、当該金属元素を利用して非晶質半導体膜の結晶化を行う。結晶化は加熱処理、レーザー光または紫外線、赤外線などの強光の照射によって行う。加熱処理のみでも｛１０１｝に優先的に配向する結晶質シリコン膜を得ることができるが、好ましくは、加熱処理を行いその後レーザー光などの強光の照射を行う方法を適用する。加熱処理後のレーザー処理は、結晶粒内に残される結晶欠陥を修復し消滅させることができ、作製される結晶の品質を向上させる目的に対して有効な処置となる。
【００３８】
加熱処理は４５０〜１０００℃の範囲で行うことが可能であるが、温度の上限は使用する基板の耐熱温度が一つの上限として考慮される。例えば、石英基板を用いる場合には１０００℃の熱処理にも耐え得るが、ガラス基板の場合にはその歪み点以下が上限温度の一つの根拠となる。例えば、歪み点６６７℃のガラス基板に対しては、６６０℃程度が限度と見るべきである。必要とされる時間は加熱温度や、その後の処理条件（例えばレーザー光を照射する処理の有無など）により適宣設定するが、好適には５５０〜６００℃にて４〜２４時間の加熱処理を行う。また、その後レーザー処理を行う場合には、５００〜５５０℃にて４〜８時間の熱処理を行う。以上の加熱処理は空気中や水素雰囲気中でも良いが、好適には窒素或いは不活性ガス雰囲気中にて行う。
【００３９】
また、レーザー処理は、波長４００nm以下のエキシマレーザーや、ＹＡＧまたはＹＶＯ4レーザーの第２高調波（波長５３２nm）〜第４高調波（波長２６６nm）を光源として用いて行う。これらのレーザー光は光学系にて線状またはスポッ状に集光し、そのエネルギー密度を１００〜７００mJ/cm2として照射し、上記のように集光したレーザービームを基板の所定の領域に渡って走査させ処理を行う。その他、レーザーの代わりに、ハロゲンランプ、キセノンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプなどを光源としても良い。
【００４０】
以上のような工程により、本発明の如き｛１０１｝面の配向率が高い結晶質半導体膜が得られるメカニズムは、現段階で必ずしも明らかではないが、概略以下のように推定することができる。
【００４１】
まず、結晶化は４００〜５００℃の加熱処理により金属元素とシリコンが反応してシリサイドが形成され、これが結晶核となりその後の結晶成長に寄与する。例えば、代表的な金属元素としてニッケルを用いた場合、ニッケルシリサイド（以下、ＮｉＳｉ2と記する）が形成される。ＮｉＳｉ2の構造はホタル石型構造であり、ダイアモンド型構造のシリコン格子間にニッケル原子を配置した構造となっている。ＮｉＳｉ2からニッケル原子が無くなるとシリコンの結晶構造が残ることになる。数々の実験の結果から、ニッケル原子は非晶質シリコン側に移動していくことが判明しており、この理由は非晶質シリコン中の固溶度の方が結晶シリコン中のそれよりも高いためであると考えられる。従って、恰もニッケルが非晶質シリコン中を移動しながら結晶シリコンを形成するというモデルを立案することができる。
【００４２】
ＮｉＳｉ2は特定の配向性を持たないが、非晶質半導体膜の厚さを２０〜１００nmとすると基板表面に対し平行な方向しか殆ど成長することが許されなくなる。この場合、ＮｉＳｉ2と結晶シリコンの（１１１）面とが接する界面エネルギーが最も小さいので、結晶質シリコン膜の表面と平行な面は（１１０）面となり、この格子面が優先的に配向する。結晶成長方向が基板表面に対し平行な方向に、しかも柱状に成長する場合には、その柱状結晶を軸とした回転方向には自由度が存在するため、必ずしも（１１０）面が配向するとは限らないため、その他の格子面も析出すると考えられる。
【００４３】
本発明は、結晶質半導体膜の｛１０１｝格子面の配向を高めるために、柱状結晶の回転方向に制約を与え、自由度を低減させる手段として非晶質シリコンに０．１〜１０原子％のゲルマニウムを含有させる手段を見いだしたものである。
【００４４】
まず、非晶質シリコンに０．１〜１０原子％のゲルマニウムを含有させると結晶核の発生密度が低下することが観測されている。図１５はその結果を示し、非晶質シリコン膜の成膜時に添加するＧｅＨ4の量が増加するに従い、即ち、非晶質シリコン膜に取り込まれるゲルマニウムの濃度が増加するに従い、結晶核密度が低下している傾向が示されている。結晶核であるＮｉＳｉ2が形成されるとき、原子間距離の違いによりゲルマニウムは排除されつつ上述の結晶成長が起こっていることが予想される。従って、ゲルマニウムは柱状結晶の外側に偏析するような形となり、その存在が柱状結晶を軸とした回転方向の自由度を低下させていると推定する。その結果、（１１０）面の配向率の高い結晶質半導体膜を得ることが可能となる。
【００４５】
次に上述の本発明に基づいて作製される結晶質半導体膜について、その作製条件とＥＢＳＰ法で観測される結晶の配向性との関連について示す。表１はプラズマＣＶＤ法で作製する非晶質半導体膜の作製条件を示す。高周波電力は０．３５W/cm2（２７MHz）であるが、繰り返し周波数１０kHz（デューティ比３０％）のパルス放電に変調して平行平板型のプラズマＣＶＤ装置の陰極に給電した。その他、共通条件として反応圧力３３．２５Pa、基板温度３００℃、電極間隔３５mmとした。
【００４６】
【表１】
そして、シリコンに対するゲルマニウムの含有量を変化させるために、合計流量が一定になるようにして、ＳｉＨ4とＨ2で１０％に希釈したＧｅＨ4のガス流量の混合比を変化させている。表１に記載の条件において、成膜条件#ＳＧＮ３０、#ＳＧＮ１０、#ＳＧＮ５ではＨ2で１０％に希釈したＧｅＨ4の流量を３０、１０、５SCCMと変化させている。ＳｉＨ4の純度は９９．９９９９％以上のものを、またＧｅＨ4は窒素、炭化水素化合物が１ppm以下、ＣＯ2が２ppm以下の高純度品を用いた。また、#ＳＮはＧｅＨ4を添加しない条件である。堆積する非晶質半導体膜の厚さは全ての試料において５０nmとした。
【００４８】
このような条件で作製される非晶質半導体膜に含まれる窒素、炭素、酸素のそれぞれの含有量は二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によって測定されている。図１３はその結果を示す。測定に用いた試料は、シリコン基板上に#ＳＮ、#ＳＧＮ５、#ＳＧＮ１０の順に積層したものであるが、いずれの成膜条件においても窒素、炭素の含有量は５×１０18/cm3未満、酸素の含有量は1×１０19/cm3未満である。
【００４９】
こうして作製された非晶質半導体膜の結晶化は、金属元素としてニッケルを用い、窒素雰囲気中５５０℃にて４時間の加熱処理及びレーザー処理で行った。ニッケルは酢酸ニッケルを１０ppmの濃度で含有する水溶液を用い、スピナーで塗布した。また、レーザー処理はＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８nm）を用い、照射エネルギー密度３００〜６００mJ/cm2、重ね合わせ率９０〜９５％で照射した。レーザー処理は加熱処理により結晶化した膜の未結晶化部分の結晶化や、結晶粒内に欠陥を補修するために行う。
【００５０】
結晶質半導体膜に残存する欠陥は水素化処理により、０．０１〜１原子％程度の水素を含有させることにより効果的に低減させることができる。水素化は水素を含む雰囲気中で３５０〜５００℃の加熱処理により行うことができる。また、プラズマにより生成された水素を用いて水素化を行うことも可能である。また、ＳｉＦ4、ＧｅＦ4などのフッ化物により堆積された膜は０．００１〜１原子％程度のフッ素が膜中に残存し、欠陥を補償する元素となる。
【００５１】
図１４はこうして結晶化した#ＳＧＮ１０と#ＳＧＮ３０のゲルマニウム濃度をＳＩＭＳにより評価した結果を示す。シリコンに対してゲルマニウムの含有量は#ＳＧＮ１０では３.５原子％、#ＳＧＮ３０では１１.０原子％の濃度で含まれている。ＳｉＨ4に対するＧｅＨ4の流量比から換算すると、シリコンに対してゲルマニウムは３〜４倍の割合で膜中に取り込まれている。これは、ＳｉＨ4に対しＧｅＨ4の方がグロー放電にて分解するエネルギーが小さいためである。従って、#ＳＧＮ５では約１.０原子％の濃度でゲルマニウムが含まれることが予想される。
【００５２】
図１６は同様の試料を（２２０）の回折ピークに対して、θ−２θ法により測定した結果を示す。ピーク位置は#ＳＮのサンプルで４７．４６６、#ＳＧＮのサンプルで４７．４１７となりゲルマニウムが添加されたことでピーク位置がずれている。
【００５３】
結晶方位の詳細はＥＢＳＰ法により求めている。図１７は#ＳＮの試料の逆極点図であり、図１は#ＳＧＮ１０の逆極点図を示している。逆極点図からは、図１で示す#ＳＧＮ１０の試料において｛１０１｝面の配向が強く現れていることが観測されるが、図１７で示す#ＳＮの試料では｛１０１｝面と、｛００１｝と｛１１１｝の中間にある｛１１３｝面に配向している傾向が見られる。また、参考データとして、図１８では石英基板に６００℃にて２０時間の加熱処理により作製した結晶質シリコン膜の逆極点図であり、この場合｛１１１｝面に強く配向していることが観測される。
【００５４】
表２は逆極点図を基にして、各種試料について｛１０１｝、｛００１｝、｛１１１｝、｛１１３｝の配向率を、各格子面が膜表面となす角度が５度以内、及び１０度以内の範囲にある割合を求めた結果を示している。表２において#ＨＳは図１８に対応するデータであり、この試料では｛１１３｝と｛１１１｝の配向率が高く、それぞれ１８％（１０度以内）、１２％（１０度以内）となっている。また、#ＳＮでは｛１０１｝と｛１１３｝の配向率が高くなっている。｛１１３｝は対称性の立場から等価な格子面の数が他と比較して最も多く、ランダムに配向する多結晶体では発生する確率がその分高くなる。
【００５５】
【表２】
一方、ゲルマニウムを添加した#ＳＧＮ３０、#ＳＧＮ１０、#ＳＧＮ５においても試料内の比較において傾向が見られ、膜中に含有するゲルマニウム濃度により結晶の配向が変化することを示している。#ＳＧＮ１０、#ＳＧＮ５で特に注目される傾向は、他の格子面に対して｛１０１｝格子面の配向が強く、#ＳＧＮ１０ではずれ角１０度以内が３１％、５度以内でも１４％となっている。また、#ＳＧＮ５ではずれ角１０度以内が２０％、５度以内で６％となっている。このような｛１０１｝格子面に対するきわめて高い配向率はゲルマニウムを添加しない他の試料では達成されない効果が得られている。
【００５７】
しかし、#ＳＧＮ３０において、膜中に含有するゲルマニウムの含有量が１１原子％に増加すると｛１０１｝格子面の配向率は低下してしまうことが示されている。従って、この結果が意味するところは、｛１０１｝の配向率を高めるためには非晶質シリコン膜中に含有させるゲルマニウムの濃度には適した範囲があり、その濃度範囲は０．１原子％から１０原子％であることがわかる。
【００５８】
勿論、このような｛１０１｝格子面に対して高い配向性を示す結晶質半導体膜は、添加するゲルマニウムの濃度を０．１〜１０原子％の範囲で添加するだけでなく、膜中に含まれる酸素、窒素、炭素の元素の濃度を１×１０19/cm3未満、好ましくは酸素濃度を１×１０18/cm3未満、窒素及び炭素濃度は５×１０18/cm3未満、にすること、及び膜厚を２０〜１００nmの範囲として、基板表面と平行な方向の成長が支配的となるようにすることの相乗効果により達成される。
【００５９】
このような｛１０１｝格子面の配向率の高い結晶質半導体膜はＴＦＴのチャネル形成領域、光起電力素子の光電変換層など素子の特性を決定付けるチャネル形成領域に好適に用いることができる。
【００６０】
次に、このようなゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜を利用して、ＴＦＴを作製する例を示す。図１２は本発明の作製工程を説明する図である。
【００６１】
図１２（Ａ）において、基板８１０上にゲルマニウムを含有する結晶質シリコン膜８１２を形成するが、この結晶質シリコン膜８１２は、以下に示す実施例１〜３および実施例４で示す工程により作製される何れかのものが採用される。ＴＦＴを作製するに当たっては、素子分離のため所定の大きさにエッチングし、島状に分割しておく。基板８１０がガラス基板である場合には、ブロッキング層８１１を設ける。
【００６２】
絶縁膜８１３はＴＦＴにおいてゲート絶縁膜として利用されるものであり３０〜２００nmの厚さで形成する。この絶縁膜８１３はプラズマＣＶＤ法によりＳｉＨ4とＮ2Ｏとから作製される酸化窒化シリコン膜、或いはＴＥＯＳとＮ2Ｏとから作製される酸化窒化シリコン膜などで形成する。本実施例では前者を選択し、７０nmの厚さに形成する。また、実施例５で示す方法で絶縁膜８１３を形成しても良い。
【００６３】
絶縁膜８１３上にはタンタル、タングステン、チタン、アルミニウム、モリブデンから選ばれた一種または複数種の元素を成分とする導電性材料でゲート電極８１４を形成する。
【００６４】
次に、図１２（Ｂ）で示すように、ＴＦＴのソース及びドレイン領域を形成する不純物領域８１６を形成する。この不純物領域８１６はイオンドープ法により形成し、ｎチャネル型ＴＦＴであればリン、砒素に代表される周期律表第１５族の元素、ｐチャネル型ＴＦＴであればボロンに代表される周期律表第１３族の元素を添加する。
【００６５】
その後、プラズマＣＶＤ法により作製される窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜により層間絶縁膜８１７を形成する。また、添加された不純物元素は活性化のために３５０〜５００℃の加熱処理が必要とされるが、この加熱処理は層間絶縁膜８１７を形成した後に行い、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜中に含まれる水素を放出させ、ゲルマニウムを含有する結晶質シリコン膜８１２に拡散させることにより、当該結晶質シリコン膜中の欠陥を水素で補償することができる。さらに、ソース及びドレイン電極８１８を形成しＴＦＴを得ることができる。
【００６６】
本発明で得られる｛１０１｝格子面の配向性の高いゲルマニウムを含有する結晶質シリコン膜で形成されるチャネル形成領域は、ゲート絶縁膜との界面特性が良好であり、結晶粒界及び結晶粒内の欠陥密度が低減し、高い電界効果移動度を得ることができる。ここでは、ＴＦＴをシングルドレインの構造で説明したが、低濃度ドレイン（ＬＤＤ）構造や、ＬＤＤがゲート電極とオーバーラップした構造のＴＦＴを形成することもできる。本発明で作製されるＴＦＴは、アクティブマトリクス型の液晶表示装置やＥＬ表示装置を作製するためのＴＦＴとて、また従来の半導体基板にて作製されるＬＳＩに代わる薄膜集積回路を実現するＴＦＴとして用いることができる。
【００６７】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないことは勿論である。
【００６８】
[実施例１]
図７で説明する結晶質半導体膜の作製方法は、ゲルマニウムを含む非晶シリコン膜の全面にシリコンの結晶化を助長する金属元素を添加して結晶化を行う方法である。まず、図７（Ａ）において、ガラス基板７０１はコーニング社の#１７７３ガラス基板に代表されるガラス基板を用いる。基板７０１の表面には、ブロッキング層７０２としてプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4とＮ2Ｏを用い酸化窒化シリコン膜を１００nmの厚さに形成する。ブロッキング層７０２はガラス基板に含まれるアルカリ金属がこの上層に形成する半導体膜中に拡散しないために設ける。
【００６９】
ゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜７０３はプラズマＣＶＤ法により作製し、ＳｉＨ4とＨ2で１０％に希釈されたＧｅＨ4ガスを反応室に導入し、グロー放電分解して基板７０１上に堆積させる。その詳細な条件は表１に従うが、ここで採用される条件は#ＳＧＮ５または#ＳＧＮ１０の条件、或いはその中間的な条件である。このゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜７０３の厚さは５０nmの厚さで形成する。ゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜７０３の酸素、窒素、炭素などの不純物を極力低減するために、ＳｉＨ4は純度９９．９９９９％以上のものを、ＧｅＨ4は純度９９．９９％以上のガスを用いる。また、プラズマＣＶＤ装置の仕様としては、反応室の容積１３Ｌの反応室に対し、一段目に排気速度３００l/秒の複合分子ポンプ、二段目に排気速度４０m3/hrのドライポンプを設け、排気系側から有機物の蒸気が逆拡散してくるのを防ぐと共に、反応室の到達真空度を高め、非晶質半導体膜の形成時に不純物元素が膜中に取り込まれることを極力防いでいる。
【００７０】
そして図７（Ｂ）で示すように、重量換算で１０ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布してニッケル含有層７０４を形成する。この場合、当該溶液の馴染みをよくするために、ゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜７０３の表面処理として、オゾン含有水溶液で極薄い酸化膜を形成し、その酸化膜をフッ酸と過酸化水素水の混合液でエッチングして清浄な表面を形成した後、再度オゾン含有水溶液で処理して極薄い酸化膜を形成しておく。シリコンの表面は本来疎水性なので、このように酸化膜を形成しておくことにより酢酸ニッケル塩溶液を均一に塗布することができる。
【００７１】
次に、５００℃にて１時間の加熱処理を行い、ゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜中の水素を放出させる。そして、５５０℃にて４時間に加熱処理を行い結晶化を行う。こうして、図７（Ｃ）に示す結晶質半導体膜７０５が形成される。
【００７２】
さらに結晶化率（膜の全体積における結晶成分の割合）を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するために、結晶質半導体膜７０５に対してレーザー光７０６を照射するレーザー処理を行う。レーザーは波長３０８nmにて３０Hzで発振するエキシマレーザー光を用いる。当該レーザー光は光学系にて４００〜６００mJ/cm2に集光し、９０〜９５％のオーバーラップ率をもってレーザー処理を行う。こうして図７（Ｄ）に示す結晶質半導体膜７０７を得ることができる。
【００７３】
[実施例２]
非晶質シリコン膜にゲルマニウムを添加する方法は、プラズマＣＶＤ法において、ＳｉＨ4とＧｅＨ4に代表されるそれぞれの元素を含むガスを用いて形成する方法の他に、非晶質シリコン膜を形成した後に、イオン注入法またはイオンドープ法（或いはプラズマドープ法ともいう）を用いてゲルマニウムを添加する方法を採用することができる。プラズマＣＶＤ法では、ＳｉＨ4とＧｅＨ4の解離エネルギーの違いから、同一の高周波電力で分解するとＧｅＨ4の方が優先的に分解されてしまう。この場合、パルス放電にするなど成膜条件を精密に制御しないとゲルマニウムのクラスターが非晶質シリコン膜中に形成されてしまい、ゲルマニウムを均一に分散させることが困難となる。
【００７４】
図８はイオン注入法またはイオンドープ法によりゲルマニウムを添加する工程を説明するものである。図８（Ａ）において、実施例１と同様にガラス基板７０１にブロッキング層７０２を形成し、その上に非晶質シリコン膜７０８を５０nmの厚さに形成する。ゲルマニウムイオンはＧｅＨ4を分解して得られ、加速電圧３０〜１００ｋｅＶとして非晶質シリコン膜に注入する。ゲルマニウムを添加する量は０．１〜１０原子％とする。イオン注入法またはイオンドープ法では加速電圧及びドーズ量を制御することにより、添加するゲルマニウムの量を正確に制御することができる。また、シリコンよりも質量の重いゲルマニウムを注入することで、非晶質シリコン膜に内在する微結晶核が破壊され、結晶質半導体膜を作製するに当たってより好ましい非晶質半導体膜を得ることができる。
【００７５】
こうして図８（Ｂ）に示すようにゲルマニウムが添加された非晶質シリコン膜７１０が形成される。その後、重量換算で１０ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布してニッケル含有層７０４を形成し、以後は実施例１と同様な工程を行うことにより、図７（Ｄ）に示す結晶質半導体膜７０７を得ることができる。
【００７６】
[実施例３]
非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を選択的に形成する方法を図９を用いて説明する。図９（Ａ）において、基板７２０は前述のガラス基板または石英基板を採用する。ガラス基板を用いる場合には、実施例１と同様にブロッキング層を設ける。
【００７７】
ゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜７２１は実施例１と同様にプラズマＣＶＤ法で形成しても良いし、実施例２で示すようにイオン注入法またはイオンドープ法によりゲルマニウムを導入しても良い。また、減圧ＣＶＤ法で、Ｓｉ2Ｈ6とＧｅＨ4を４５０〜５００℃の温度で分解して形成する方法も採用可能である。
【００７８】
そして、ゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜７２１上に１５０nmの厚さの酸化シリコン膜７２２を形成する。酸化シリコン膜の作製方法は限定されないが、例えば、オルトケイ酸テトラエチル（Tetraethyl Ortho Silicate：ＴＥＯＳ）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cm2で放電させ形成する。
【００７９】
次に、酸化シリコン膜７２２に開孔部７２３を形成し、重量換算で１０ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液を塗布する。これにより、ニッケル含有層７２４が形成され、ニッケル含有層７２４は開孔部７２３の底部のみでゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜７２１と接触する。
【００８０】
結晶化は、加熱処理の温度５００〜６５０℃で４〜２４時間、例えば５７０℃にて１４時間の熱処理を行う。この場合、結晶化はニッケルが接した非晶質シリコン膜の部分が最初に結晶化し、そこから基板の表面と平行な方向に結晶化が進行する。こうして形成された結晶質シリコン膜７２５は棒状または針状の結晶が集合して成り、その各々の結晶は巨視的に見ればある特定の方向性をもって成長している。その後、酸化シリコン膜７２２を除去すれば結晶質シリコン膜７２５を得ることができる。
【００８１】
[実施例４]
実施例１〜３で説明する方法に従い作製される結晶質シリコン膜には結晶化において利用した金属元素が残存している。それは膜中において一様に分布していないにしろ、平均的な濃度とすれば、１×１０19/cm3を越える濃度で残存している。勿論、このような状態でもＴＦＴをはじめ各種半導体装置のチャネル形成領域に用いることが可能であるが、より好ましくは、ゲッタリングにより当該金属元素を除去することが望ましい。
【００８２】
本実施例はゲッタリング方法の一例を図１０を用いて説明する。図１０（Ａ）において、基板７３０は実施例１または２のガラス基板、或いは実施例３の石英基板が採用される。ガラス基板を用いる場合には、実施例１と同様にブロッキング層を設ける。また、結晶質シリコン膜７３１は実施例１〜３のいずれの方法で作製されたものであっても同様である。結晶質シリコン膜７３１の表面には、マスク用の酸化シリコン膜７３２が１５０nmの厚さに形成され、開孔部７３３が設けられ結晶質シリコン膜が露出した領域が設けられている。実施例３に従う場合には、図９（Ａ）で示す酸化シリコン膜７２２をそのまま利用可能であり、図９（Ｂ）の工程の後からそのまま本実施例の工程に移行することもできる。そして、イオンドープ法によりリンを添加して、１×１０19〜１×１０22/cm3の濃度のリン添加領域７３５を形成する。
【００８３】
そして、図１０（Ｂ）に示すように、窒素雰囲気中で５５０〜８００℃、５〜２４時間、例えば６００℃にて１２時間の熱処理を行うと、リン添加領域７３５がゲッタリングサイトとして働き、結晶質シリコン膜７３１に残存していた触媒元素はリン添加領域７３５に偏析させることができる。
【００８４】
その後、図１０（Ｃ）で示すようにマスク用の酸化シリコン膜７３２と、リンが添加領域７３５とをエッチングして除去することにより、結晶化の工程で使用した金属元素の濃度が１×１０17/cm3未満にまで低減された結晶質シリコン膜７３６を得ることができる。
【００８５】
[実施例５]
本実施例は、結晶粒内欠陥、或いは、絶縁膜との界面準位を低減し、ＴＦＴなどで好適に利用できる方法を示す。図１１（Ａ）で示すゲルマニウムを含有する結晶質シリコン膜８０１は実施例３にて作製されるものが適用される。さらに、このゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜８０１は実施例４で説明するゲッタリング処理が施されたものであっても良い。しかしながら、本実施例においては、少なくとも７００〜１０００℃程度の耐熱性を有する基板が必要であり、石英基板８０１が採用される。
【００８６】
ゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜８０２上の絶縁膜８０３は、酸化シリコンを主成分とする材料で形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法で作製される酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を５０nmの厚さで形成する。
【００８７】
絶縁膜８０３が形成された状態で、図１１（Ｂ）で示すように、ハロゲン（代表的には塩素）と酸素を含む雰囲気中で加熱処理を行う。本実施例では、９５０℃にて３０分とする。尚、処理温度は７００〜１１００℃の範囲で選択すれば良く、処理時間も１０分から８時間の間で選択することが可能である。
【００８８】
この加熱処理によりゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜８０２と絶縁膜８０３との界面で約２０nmの酸化膜８０４が形成され、膜厚の薄くなったゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜８０５が形成される。また、ハロゲン雰囲気での酸化の過程で、絶縁膜８０３とゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜８０２に含まれる不純物元素の内、特に金属不純物元素はハロゲンと化合物を形成し気相中に除去することができる。さらに、このような処理により得られる酸化膜８０４とゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜８０５の界面は、界面準位密度が低くなり非常に良好なものとなる。
【００８９】
[実施例６]
本実施例は、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴとを相補的に組み合わせたＣＭＯＳ型のＴＦＴを作製する例を図１９を用いて説明する。
【００９０】
図１９（Ａ）において、基板９０１上にゲルマニウムを含有する結晶質シリコン膜を形成する。ゲルマニウムを含有する結晶質シリコン膜は実施例１〜３および実施例４で示す工程により作製されるいずれのものも適用可能である。また、基板９０１がガラス基板である場合には、ブロッキング層９０２を設ける。ゲルマニウムを含有する結晶質シリコン膜は素子分離のため所定の大きさにエッチングし、島状の半導体層９０３、９０４を形成する。
【００９１】
第１絶縁膜９０５はＴＦＴにおいてゲート絶縁膜として利用されるものであり３０〜２００nmの厚さで形成する。この第１絶縁膜９０５はプラズマＣＶＤ法によりＳｉＨ4とＮ2Ｏとから作製される酸化窒化シリコン膜、或いはＴＥＯＳとＮ2Ｏとから作製される酸化窒化シリコン膜などで形成する。本実施例では前者を選択し、７５nmの厚さに形成する。また、実施例５で示す方法で第１絶縁膜９０５を形成しても良い。
【００９２】
第１絶縁膜９０５上には、タンタル、タングステン、チタン、アルミニウム、モリブデンから選ばれた一種または複数種の元素を成分とする導電性材料でゲート電極９０６、９０７を形成する。
【００９３】
次に、図１９（Ｂ）ではｎチャネル型ＴＦＴにＬＤＤ領域を形成するためにイオンドープ法でリンをドーピングする。ドーピングガスにはＨ2で０．１〜５％に希釈したフォスフィン（ＰＨ3）を用いる。ドーピングの条件は適宣決定するものとするが、半導体層９０３、９０４に形成される第１不純物領域９０８は平均的な濃度として１×１０17〜１×１０19/cm3となるようにする。この際、ゲート電極９０６、９０７はドーピングされるリンに対するマスクとなり、不純物領域９０８は自己整合的に形成される。
【００９４】
そして、図１９（Ｃ）で示すように、フォトレジストを用いたマスク９０９を形成し、再びイオンドープ法でリンをドーピングする。このドーピングにより作製される第２不純物領域９１０、９１２のリンの平均濃度は１×１０20〜１×１０21/cm3となるようにする。こうして、半導体層９０３に形成される第１不純物領域９１１はＬＤＤ領域となり、第２不純物領域９１０はソース及びドレイン領域となる。
【００９５】
ｐチャネル型ＴＦＴは図１９（Ｄ）で示すように、フォトレジストを用いたマスク９１３を形成し、半導体層９０４にホウ素をドーピングする。ドーピングガスにはＨ2で０．１〜５％に希釈したジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いる。半導体層９０４に形成される第３不純物領域９１４は、ｎ型からｐ型に反転させるためにリン濃度と比較して１．５〜３倍のホウ素を添加し、平均濃度は１．５×１０20〜３×１０21/cm3となるようにする。こうして、半導体層９０４に形成される第３不純物領域９１４はｐチャネル型ＴＦＴ９２１のソース及びドレイン領域となる。
【００９６】
その後、プラズマＣＶＤ法により作製される窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜により層間絶縁膜９１５を形成する。また、添加された不純物元素は活性化のために３５０〜５００℃の加熱処理が必要とされるが、この加熱処理は層間絶縁膜９１５を形成した後に行い、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜中に含まれる水素を放出させ、半導体層９０３、９０４に拡散させることにより、水素化を行い半導体中及びその界面の欠陥を補償することができる。さらに、ソース及びドレイン電極９１６、９１７を形成しＴＦＴを得ることができる。
【００９７】
チャネル形成領域９１８、９１９は｛１０１｝格子面の配向性の高いゲルマニウムを含有する結晶質シリコン膜で形成される。このようなチャネル形成領域は、ゲート絶縁膜との界面特性が良好であり、結晶粒界及び結晶粒内の欠陥密度が低減し、高い電界効果移動度を得ることができる。
【００９８】
以上の工程で、ｎチャネル型ＴＦＴ９２０とｐチャネル型ＴＦＴ９２１とを相補的に組み合わせたＣＭＯＳ型のＴＦＴを得ることができる。ｎチャネル型ＴＦＴ９２０はチャネル形成領域とドレイン領域との間にＬＤＤ領域が形成され、ドレイン端における電界の集中を防いでいる。このようなＣＭＯＳ型のＴＦＴは、アクティブマトリクス型の液晶表示装置やＥＬ表示装置の駆動回路を形成することを可能とする。それ以外にも、このようなｎチャネル型ＴＦＴまたはｐチャネル型ＴＦＴは、画素部を形成するトランジスタに応用することができる。さらに、従来の半導体基板にて作製されるＬＳＩに代わる薄膜集積回路を実現するＴＦＴとして用いることができる。
【００９９】
[実施例７]
実施例１〜３で説明する方法に従い作製される結晶質シリコン膜には結晶化において利用した金属元素が残存している。本実施例は実施例４と異なる方法で当該金属元素を除去する方法について説明する。その方法は、希ガス元素を含む半導体膜、或いは希ガス元素を添加した半導体膜をゲッタリングサイトとして、金属元素を添加して作製された結晶質シリコン膜から当該金属元素を加熱処理により除去するものである。以下、図２３を用いて説明する。
【０１００】
まず、実施例１〜３のいずれかの方法に従って、[１０１]面の配向率の高い結晶質シリコン膜を得る。２０００は絶縁表面を有する基板上に２００１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（ＳｉＯxＮy）等の絶縁膜から成る下地絶縁膜を形成する。ここでは、ガラス基板を用い、下地絶縁膜２００１として２層構造から成り、ＳｉＨ4、ＮＨ3、及びＮ2Ｏを反応ガスとして成膜される第１酸化窒化シリコン膜を５０〜１００nm、ＳｉＨ4、及びＮ2Ｏを反応ガスとして成膜される第２酸化窒化シリコン膜を１００〜１５０nmの厚さに積層形成する。また、下地絶縁膜２００１として窒化シリコン膜の単層を用いることが好ましい。窒化シリコン膜を用いた場合、ガラス基板に含まれるアルカリ金属が後に形成される半導体膜中に拡散するのを防止するブロッキング層としての効果に加え、後に行われるゲッタリング工程でゲッタリング効率を向上させる効果も有する。ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、半導体膜と接する下地絶縁膜を窒化シリコン膜とすることは極めて有効である。また、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜とを順次積層した積層構造を用いてもよい。また、第１酸化窒化シリコン膜、第２酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜とを順次積層した３層構造を用いてもよい。
【０１０１】
次いで、下地絶縁膜上にプラズマＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法、またはスパッタ法で得られる非晶質半導体膜を形成し、実施形態１に示した結晶化を行い、ゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜２００２を形成する。（図２３（Ａ））
【０１０２】
本実施例では、ゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により作製し、ＳｉＨ4とＨ2で１０％に希釈されたＧｅＨ4ガスを反応室に導入し、グロー放電分解して下地絶縁膜２００１上に堆積させる。こうして得られたゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜の表面にオゾン含有水溶液で極薄い酸化膜を形成し、その酸化膜をフッ酸と過酸化水素水の混合液でエッチングして清浄な表面を形成した後、再度オゾン含有水溶液で処理して極薄い酸化膜を形成した後、全面に重量換算で１０ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布してニッケル含有層を形成する。次に、５００℃にて１時間の加熱処理を行い、ゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜中の水素を放出させる。そして、ファーネスアニール炉を用いて５５０℃にて４時間の加熱処理を行い結晶化を行う。
【０１０３】
ファーネスアニール炉による加熱処理に代えて、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、または高圧水銀ランプ等のランプ光源からの強光を照射して結晶化を行ってもよい。このようなランプ光源を用いる場合は、加熱用のランプ光源を６０〜２４０秒、好ましくは１１０〜１５０秒間点灯させ、６５０〜７５０℃、好ましくは７００℃に加熱する。
【０１０４】
こうして、ゲルマニウムを含む非晶質シリコン膜を結晶化させ、ゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜２００２を得ることができる。ゲッタリング処理の際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、ゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜２００２中の酸素濃度は、５×１０18/cm3以下となるように形成することが望ましい。
【０１０５】
また、上記結晶化の後、フッ酸を含むエッチャント、例えば希フッ酸やＦＰＭ（フッ酸、過酸化水素水、純水との混合液）で偏析した金属元素を除去または低減してもよい。また、フッ酸を含むエッチャントで表面をエッチング処理した場合には、上記ランプ光源からの強光を照射して表面を平坦化することが望ましい。
【０１０６】
上記結晶化の後、さらに結晶化を改善するためのレーザー光またはランプ光源からの強光の照射を行ってもよい。レーザーには波長４００nm以下のエキシマレーザー光や、ＹＡＧレーザーの第２高調波、第３高調波を用いればよい。この結晶化を改善するためのレーザー光またはランプ光源からの強光の照射の後にフッ酸を含むエッチャントで偏析した金属元素を除去または低減してもよく、さらにランプ光源からの強光を照射して表面を平坦化してもよい。
【０１０７】
次いで、ゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜２００２中に含まれる金属元素を除去するためにゲッタリング処理を行う。まず、ゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜上にバリア層２００３を形成する。バリア層２００３としては、金属元素（ここでは主にニッケル）をゲッタリングサイトに貫通させることができ、さらにゲッタリングサイトの除去工程において用いるエッチング液がしみこまない多孔質膜を形成する。ここでは、オゾン水で処理することにより形成されるケミカルオキサイド膜、酸化シリコン膜（ＳｉＯx）を用いればよい。本明細書では、このような性質を有する膜を特に多孔質膜という。また、このバリア層２００３は極薄いものでよく、自然酸化膜であってもよいし、酸素を含む雰囲気下において紫外線の照射によりオゾンを発生させて酸化させる酸化膜であってもよい。
【０１０８】
次いで、後のゲッタリング処理の際にゲッタリングサイトとして機能する半導体膜２００４をバリア層２００３上に形成する。（図２３（Ｂ））この半導体膜２００４はプラズマＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法、好ましくはスパッタ法を用いて形成される非晶質構造を有する半導体膜を用いる。この半導体膜２００４の膜厚は、５０〜２００nm、好ましくは１５０nmとする。後のゲッタリング処理の際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、半導体膜２００４には、酸素（ＳＩＭＳ分析での濃度が５×１０18/cm3以上、好ましくは１×１０19/cm3以上）を含有させてゲッタリング効率を向上させることが望ましい。また、希ガス元素を１×１０20/cm3の濃度で含む半導体膜を適用する。
【０１０９】
最も好適な半導体膜の形成方法は、スパッタ法によりシリコンをターゲットとして、希ガスをスパッタガスとして用いる。スパッタ法では成膜時の圧力を低下させることにより半導体膜中に希ガスを取り込ませることが容易であり、１×１０20〜５×１０21/cm3、好ましくは１×１０20〜１×１０21/cm3の濃度で希ガス元素を含む半導体膜を形成することが可能である。
【０１１０】
希ガス元素はＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅから選ばれた一種または複数種であり、これらのイオンを電界で加速して半導体膜に注入することにより、ダングリングボンドや格子歪みを形成してゲッタリングサイトを形成することができる。中でも安価なガスであるＡｒを用いることが望ましい。なお、希ガス元素を添加する処理時間は、１分または２分程度の短時間で高濃度の希ガス元素を半導体膜に添加することができるため、リンを用いたゲッタリングと比較してスループットが格段に向上する。
【０１１１】
また、希ガス元素に加えＨ、Ｈ2、Ｏ、Ｏ2、Ｐ、Ｂから選ばれた一種または複数種を添加してもよく、複数の元素を添加することにより相乗的にゲッタリング効果が得られる。
【０１１２】
次いで、加熱処理またはランプ光源からの強光の照射を行ってゲッタリングを行う。加熱処理によりゲッタリングを行う場合は、窒素雰囲気中で４５０〜８００℃、１〜２４時間、例えば５００℃にて４時間の熱処理を行えばよい。また、ランプ光源からの強光の照射によりゲッタリングを行う場合には、加熱用のランプ光源を１２０〜３００秒、好ましくは１８０秒間点灯させ、６５０〜７５０℃に加熱する処理を行う。
【０１１３】
このゲッタリングにより、図２３（Ｄ）中の矢印の方向（縦方向）にニッケルが移動し、バリア層２００３で覆われたゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜２００２に含まれる金属元素の除去、または金属元素の濃度の低減が行われる。リンを用いたゲッタリングと比較して、希ガス元素の添加によるゲッタリングは非常に効果的であり、さらに高濃度、例えば１×１０20〜５×１０21/cm3で添加できるため、結晶化に用いる金属元素の添加量を多くすることができる。即ち、結晶化に用いる金属元素の添加量を多くすることによって結晶化の処理時間をさらに短時間で行うことが可能となる。また、結晶化の処理時間を変えない場合には、結晶化に用いる金属元素の添加量を多くすることによって、さらなる低温で結晶化することができる。また、結晶化に用いる金属元素の添加量を多くすることによって、自然核の発生を低減することができ、良好な結晶質半導体膜を形成することができる。
【０１１４】
上記ゲッタリング処理後、半導体膜からなるゲッタリングサイト２００５を選択的にエッチングして除去する。エッチングの方法としては、ＣｌＦ3によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド（化学式 （ＣＨ3）4ＮＯＨ）を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチングで行うことができる。この時、バリア層２００３はエッチングストッパーとして機能する。また、バリア層２００３はその後フッ酸により除去すれば良い。
【０１１５】
その後、得られたゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜を所望の形状にエッチング処理して島状に分離された半導体層２００６を形成する。（図２３（Ｅ））
【０１１６】
図２４はゲッタリング処理前後における金属元素（ここではニッケル）の濃度を全反射蛍光Ｘ線分光(Total Reflection X-ray Fluorescence Spectroscopy:ＴＸＲＦ)で測定した結果を示している。ＴＸＲＦではＸ線ビームを膜表面に対し非常に浅い角度で入射させ、金属元素など不純物が発生する蛍光Ｘ線を検出する測定方法である。ＴＸＲＦは主に表面から３〜５nmの深さの情報が与えられるが、結晶質シリコン膜に残留するニッケル濃度を見積もることが可能である。検出感度はおよそ１０10/cm2である。
【０１１７】
図２４において、縦軸はニッケル濃度を示している。ゲッタリング処理無しとした試料のデータでは５×１０12（任意量）の値が得られているが、ゲッタリング処理有りとした試料ではそれよりも小さい値を示しており、ゲッタリング処理により結晶質半導体膜中のニッケル濃度はその１００分の１程度にまで減少していることが示されている。ゲッタリング処理の熱処理温度が４５０℃と５００℃の場合を比較すると、５００℃の方がより低減されていることが解る。
【０１１８】
本実施例で得られたゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜は、[１０１]面の配向率が高く、且つ、膜中の金属元素の濃度が十分低減されているため、ＴＦＴの特性においてオフ電流を低減することができる。
【０１１９】
[実施例８]
本発明の半導体装置は、各種多様の電子機器の表示装置や各種集積回路、或いは、従来の集積回路に代わる回路用途に応用することができる。このような半導体装置には、携帯情報端末（電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等）、ビデオカメラ、スチルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ、プロジェクター等が挙げられる。それらの一例を図２０〜図２２に示す。
【０１２０】
図２０（Ａ）は携帯電話であり、表示用パネル２７０１、操作用パネル２７０２、接続部２７０３から成り、表示用パネル２７０１には表示装置２７０４、音声出力部２７０５、アンテナ２７０９などが設けられている。操作パネル２７０２には操作キー２７０６、電源スイッチ２７０７、音声入力部２７０８などが設けられている。本発明は表示装置２７０４を形成することができる。
【０１２１】
図２０（Ｂ）はビデオカメラであり、本体９１０１、表示装置９１０２、音声入力部９１０３、操作スイッチ９１０４、バッテリー９１０５、受像部９１０６から成っている。本発明は表示装置９１０２に適用することができる。
【０１２２】
図２０（Ｃ）はモバイルコンピュータ或いは携帯型情報端末であり、本体９２０１、カメラ部９２０２、受像部９２０３、操作スイッチ９２０４、表示装置９２０５で構成されている。本発明は半導体装置は表示装置９２０５に適用することができる。
【０１２３】
図２０（Ｄ）はテレビ受像器であり、本体９４０１、スピーカ９４０２、表示装置９４０３、受信装置９４０４、増幅装置９４０５等で構成される。本発明は表示装置９４０３に適用することができる。
【０１２４】
図２０（Ｅ）は携帯書籍であり、本体９５０１、表示装置９５０３、記憶媒体９５０４、操作スイッチ９５０５、アンテナ９５０６から構成されており、ミニディスク（ＭＤ）やＤＶＤに記憶されたデータや、アンテナで受信したデータを表示するものである。本発明は表示装置９５０３や、記憶媒体９５０４に適用することができる。
【０１２５】
図２１（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体９６０１、画像入力部９６０２、表示装置９６０３、キーボード９６０４で構成される。本発明は表示装置９６０１や、内蔵する各種集積回路に適用することができる。
【０１２６】
図２１（Ｂ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体９７０１、表示装置９７０２、スピーカ部９７０３、記録媒体９７０４、操作スイッチ９７０５で構成される。なお、この装置は記録媒体としてＤＶＤ(Digital 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。本発明は表示装置９７０２や、内蔵する各種集積回路に適用することができる。
【０１２７】
図２１（Ｃ）はデジタルカメラであり、本体９８０１、表示装置９８０２、接眼部９８０３、操作スイッチ９８０４、受像部（図示しない）で構成される。本発明は表示装置９８０２や、内蔵する各種集積回路に適用することができる。
【０１２８】
図２２（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２で構成される。本発明は投射装置３６０１やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１２９】
図２２（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４で構成される。本発明は投射装置３７０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１３０】
尚、図２２（Ｃ）は、図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の構造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７０２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０４〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズム３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０９、投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図２２（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。
【０１３１】
また、図２２（Ｄ）は、図２２（Ｃ）中における光源光学系３８０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系３８０１は、リフレクター３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で構成される。なお、図２２（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。
【０１３２】
ここでは図示しなかったが、本発明はその他にもナビゲーションシステムをはじめ冷蔵庫、洗濯機、電子レンジ、固定電話機などに組み込む表示装置としても適用することも可能である。このように本発明の適用範囲はきわめて広く、さまざまな製品に適用することができる。
【０１３３】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、シリコンを主成分とし、ゲルマニウム含有量が０．１原子％以上１０原子％以下（好ましくは１原子％以上５原子％以下）である非晶質半導体膜に金属元素を添加して加熱処理により結晶化すると、ＥＢＳＰ法で観測される｛１０１｝格子面の前記結晶質半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が２０％以上であり、かつ、｛００１｝格子面の前記結晶質半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が３％以下であり、かつ、｛１１１｝格子面の前記結晶質半導体膜の表面となす角が１０度以内である割合が５％以下である結晶質半導体膜を得ることがで可能となり、そのような結晶質半導体膜を用いて薄膜トランジスタのチャネル形成領域を形成することができる。
【０１３４】
このような｛１０１｝格子面の配向率の高い結晶質半導体膜を用いたＴＦＴは、アクティブマトリクス型の液晶表示装置やＥＬ表示装置を作製するためのＴＦＴとて、また従来の半導体基板にて作製されるＬＳＩに代わる薄膜集積回路を実現するＴＦＴとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＥＢＳＰ法により求められる本発明の結晶質半導体膜の逆極点図。
【図２】 ＥＢＳＰ装置の構成を説明する図。
【図３】 ＥＰＳＰによる試料測定の概念を説明する図。
【図４】 ＥＢＳＰデータから得られる逆極点図の例。
【図５】 ｛１０１｝配向からのずれ角を説明する図。
【図６】 ｛１０１｝付近に優先配向している場合の各結晶粒の＜１０１＞方位のゆらぎを説明する図。
【図７】 結晶質半導体膜の作製方法を説明する図。
【図８】 結晶質半導体膜の作製方法を説明する図。
【図９】 結晶質半導体膜の作製方法を説明する図。
【図１０】 結晶質半導体膜の作製方法を説明する図。
【図１１】 半導体装置の作製工程の一例を説明する図。
【図１２】 半導体装置の作製工程の一例を説明する図。
【図１３】 ＳｉＨ4、ＧｅＨ4、Ｈ2ガスより作製された試料のＣ、Ｎ、Ｏ濃度を阿表すＳＩＭＳデータ。
【図１４】 ＳＩＭＳにより測定された試料（ＳＧＮ５）と（ＳＧＮ１０）のＧｅ濃度を示すグラフ。
【図１５】 ＧｅＨ4の添加量と結晶核発生密度との関係を示すグラフ。
【図１６】 試料（ＳＮ）と（ＳＧＮ１０）のθ−２θ法によるＸ線回折パターン。
【図１７】 ＥＢＳＰ法により求められる試料（ＳＮ）の逆極点図。
【図１８】 ＥＢＳＰ法により求められる試料（ＳＮ）の逆極点図。
【図１９】 ＣＭＯＳ構造のＴＦＴの作製工程の一例を説明する図。
【図２０】 電子機器の一例を説明する図。
【図２１】 電子機器の一例を説明する図。
【図２２】 プロジェクターの一例を示す図。
【図２３】 結晶質半導体膜の作製方法を説明する図。
【図２４】 ゲッタリング処理前後におけるＴＸＲＦで測定される金属元素の濃度を示すグラフ。
Claims (5)
- 窒化シリコン膜上に、ゲルマニウムを０．１原子％以上１０原子％以下の濃度で含有する非晶質シリコン膜を形成し、
シリコンの結晶化を助長する金属元素を用いて、前記非晶質シリコン膜を結晶化することにより結晶性シリコン膜を形成し、
前記結晶性シリコン膜上に、希ガス元素を１×１０ ２０ ／ｃｍ ３ 以上含有するシリコン膜を形成し、
加熱処理を行うことによって、前記結晶性シリコン膜から前記シリコン膜に前記金属元素を移動させることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項１において、
前記加熱処理を行った後に、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。 - 窒化シリコン膜上に、ゲルマニウムを０．１原子％以上１０原子％以下の濃度で含有する非晶質シリコン膜を形成し、
シリコンの結晶化を助長する金属元素を用いて、前記非晶質シリコン膜を結晶化することにより結晶性シリコン膜を形成し、
前記結晶質シリコン上に、バリア層を形成し、
前記バリア層上に、希ガス元素を１×１０ ２０ ／ｃｍ ３ 以上含有するシリコン膜を形成し、
加熱処理を行うことによって、前記結晶性シリコン膜から前記シリコン膜に前記金属元素を移動させ、
前記バリア層をエッチングストッパーとして用いて、前記シリコン膜を除去し、
前記バリア層を除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記シリコン膜は、前記希ガス元素を１×１０ ２１ ／ｃｍ ３ 以下含有していることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記シリコン膜は、酸素を５×１０１８／ｃｍ３以上含有していることを特徴とする半導体装置の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001176282A JP4827324B2 (ja) | 2000-06-12 | 2001-06-11 | 半導体装置の作製方法 |
Applications Claiming Priority (13)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000176188 | 2000-06-12 | ||
| JP2000-176173 | 2000-06-12 | ||
| JP2000-176188 | 2000-06-12 | ||
| JP2000176173 | 2000-06-12 | ||
| JP2000176188 | 2000-06-12 | ||
| JP2000176173 | 2000-06-12 | ||
| JP2000-177652 | 2000-06-13 | ||
| JP2000177652 | 2000-06-13 | ||
| JP2000177652 | 2000-06-13 | ||
| JP2000-177641 | 2000-06-13 | ||
| JP2000177641 | 2000-06-13 | ||
| JP2000177641 | 2000-06-13 | ||
| JP2001176282A JP4827324B2 (ja) | 2000-06-12 | 2001-06-11 | 半導体装置の作製方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002094076A JP2002094076A (ja) | 2002-03-29 |
| JP2002094076A5 JP2002094076A5 (ja) | 2008-07-17 |
| JP4827324B2 true JP4827324B2 (ja) | 2011-11-30 |
Family
ID=27531579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001176282A Expired - Fee Related JP4827324B2 (ja) | 2000-06-12 | 2001-06-11 | 半導体装置の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4827324B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005034191A2 (en) * | 2003-09-25 | 2005-04-14 | Freescale Semiconductor, Inc. | Template layer formation |
| US7029980B2 (en) * | 2003-09-25 | 2006-04-18 | Freescale Semiconductor Inc. | Method of manufacturing SOI template layer |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3522381B2 (ja) * | 1995-03-01 | 2004-04-26 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 薄膜半導体デバイス及び薄膜半導体デバイスの作製方法 |
| JP3910229B2 (ja) * | 1996-01-26 | 2007-04-25 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体薄膜の作製方法 |
| JP3468967B2 (ja) * | 1996-01-23 | 2003-11-25 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 結晶性珪素膜の作製方法及びそれを用いた薄膜トランジスタ |
| JP3830623B2 (ja) * | 1997-07-14 | 2006-10-04 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 結晶性半導体膜の作製方法 |
| JP4601731B2 (ja) * | 1997-08-26 | 2010-12-22 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置、半導体装置を有する電子機器及び半導体装置の作製方法 |
| JP4376331B2 (ja) * | 1998-08-07 | 2009-12-02 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
-
2001
- 2001-06-11 JP JP2001176282A patent/JP4827324B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002094076A (ja) | 2002-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100820248B1 (ko) | 박막트랜지스터 및 반도체장치 | |
| JP4827325B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| US7034337B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| JP5106136B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| US7045444B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor device that includes selectively adding a noble gas element | |
| JP5072157B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| US7122450B2 (en) | Process for manufacturing a semiconductor device | |
| JP4869504B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP4619490B2 (ja) | 半導体装置の検査方法 | |
| JP4993822B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP4827324B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP4646460B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP4216003B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP4865122B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP4212844B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP4674937B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP4141741B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080604 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080604 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101115 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101130 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101223 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110906 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110913 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140922 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4827324 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140922 Year of fee payment: 3 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |