JPH09156916A - 多結晶珪素作製装置およびその動作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高品質な多結晶珪素膜を得る方法を提供す
る。 【構成】 基板を予備室１０１、１０２から搬入す
る。そして、ロボットアーム１０９によって前記基板が
処理室１０３〜１０７を移動する。この各処理室におい
て、非晶質珪素膜の成膜や該非晶質珪素膜の結晶化が順
次行われ、最終的には表面に多結晶珪素膜を有した基板
が、一度も外気に暴露することなく得られる。特に、前
記非晶質珪素膜を結晶化するに際し、結晶化を助長する
金属元素を添加する処理室を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は基板上あるいは基板表面
に多結晶珪素からなる半導体装置を形成する装置に関す
る。特に外気に曝することなく連続して行なわれる必要
のあるプロセスを行なうことのできる装置に関する。ま
た薄膜集積回路の作製に利用することのできる多結晶珪
素作製装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板やガラス基板を用いた集積回
路が知られている。前者としてはＩＣやＬＳＩが知られ
ており、後者としてはアクティブマトリックス型の液晶
表示装置が知られている。このような集積回路を形成す
るにあたり、現在の主流であるのは枚葉式の連続プロセ
スである。例えば絶縁ゲイト型電界効果半導体装置を形
成する場合であれば、チャネルが形成される半導体領域
とそれに接して設けられるゲイト絶縁膜とを外部に取り
出すことなく連続して形成することが望まれる。また各
種プロセスを効率良く連続して行なうことが工業上必要
である。

【０００３】これらの製造には、一つの装置内で成膜工
程等を連続して行なうことが望ましいが、従来の製造装
置は非晶質珪素を用いた半導体装置を目的とした製造装
置、あるいは単結晶珪素を用いた半導体装置を目的とし
た製造装置しか存在せず、多結晶珪素を用いた半導体装
置に適した装置及びそれを用いた製造方法は確立されて
いなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、多結晶珪素
を用いた半導体装置の作製に必要とされる各種プロセス
を一つの装置で連続して処理することのできる多目的に
利用できる基板処理装置を提供することを目的とする。
多結晶珪素を用いた半導体装置の作製プロセスと、単結
晶珪素あるいは非晶質珪素を用いた半導体装置の作製プ
ロセスを比較した場合に、大きく異なるのは「多結晶珪
素」をガラス等の絶縁表面を有する基板上に形成するプ
ロセスにあることは言うまでもない。それ以外のプロセ
スは、従来研究及び開発が先行している前記単結晶珪素
あるいは非晶質珪素を用いた半導体装置の作製プロセス
及び作製装置を流用することが可能であるが、多結晶珪
素形成工程のみは該当するプロセスの確立及び装置の開
発は行われていなかった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、これらの事情
を鑑みた上で、特に多結晶珪素を用いた半導体を特性良
く作製するために、ガラス基板上に酸化珪素及び非晶質
珪素膜を形成する工程から、これらを結晶化せしめて多
結晶珪素膜を形成するまでを一度も大気に暴露すること
なく連続的に行うことを可能とせしめたことを特徴とす
る。

【０００６】なお、本明細書においては、多結晶珪素膜
を形成するための出発珪素膜として非晶質珪素膜を用い
る場合の例を主に示す。しかし、微結晶珪素膜の結晶性
を有する珪素膜を出発膜とする場合も含む。

【０００７】本発明の多結晶珪素作製装置は、ガラス等
の絶縁表面を有する基板上に薄膜を形成する手段、特に
ポリシランを用いた減圧熱ＣＶＤによる非晶質珪素膜の
形成手段、及びこれらを多結晶珪素膜へと結晶化せしめ
る手段を有することが特徴である。そして、より具体的
には複数の減圧可能な処理室を有し、前記複数の処理室
は減圧可能な共通室を介して連結されており、前記共通
室には各処理室間において基板を搬送するための手段を
有し、前期複数の処理室の内の少なくとも一つは減圧熱
ＣＶＤによる珪素膜の成膜が可能であり、前記複数の処
理室の内の少なくとも一つは非晶質珪素の結晶化を助長
する金属元素の添加が可能であり、前記複数の処理室の
内の少なくとも一つはエキシマレ─ザによる非晶質珪素
膜の結晶化が可能である、ことを特徴とする。

【０００８】また本発明の多結晶珪素作製装置は、複数
の減圧可能な処理室を有し、複数の処理室の少なくとも
一つは気相反応による成膜機能を有し、複数の処理室の
少なくとも一つは光照射によるアニール機能を有し、前
記複数の処理室は減圧可能な共通室を介して連結されて
おり、前記共通室には各処理室間において基板を搬送す
るための手段を有し、前期複数の処理室の内の少なくと
も一つは減圧熱ＣＶＤによる珪素膜の成膜が可能であ
り、前記複数の処理室の内の少なくとも一つは非晶質珪
素の結晶化を助長する金属元素の添加が可能であり、前
記複数の処理室の内の少なくとも一つはエキシマレ─ザ
による非晶質珪素膜の結晶化が可能であることを特徴と
する。

【０００９】また本発明の多結晶珪素作製装置は、複数
の減圧可能な処理室を有し、複数の処理室の少なくとも
一つは気相反応による成膜機能を有し、複数の処理室の
少なくとも一つは光照射によるアニール機能を有し、複
数の処理室の少なくとも一つはプラズマによる基板表面
の清浄化手段を有し、前記複数の処理室は減圧可能な共
通室を介して連結されており、前記共通室には各処理室
間において基板を搬送するための手段を有し、前期複数
の処理室の内の少なくとも一つは減圧熱ＣＶＤによる珪
素膜の成膜が可能であり、前記複数の処理室の内の少な
くとも一つは非晶質珪素の結晶化を助長する金属元素の
添加が可能であり、前記複数の処理室の内の少なくとも
一つはエキシマレ─ザによる非晶質珪素膜の結晶化が可
能であることを特徴とする。

【００１０】尚、上記構成は本発明を具現化するための
一例であり、この構成に完全に固定されたものではな
い。特に搬送手段については、上記例は共通室（搬送室
と呼んでも良い）中に基板搬送手段が設置されたことを
想定している。しかしながら、各処理室にそれぞれ基板
搬送手段が設置されており、前記共通室はただ基板の通
り道となる構成でも問題がないことは自明である。

【００１１】上述の様な構成をとる必要性について簡単
に述べる。今回開示する多結晶珪素膜作成装置は、その
主要な要素として上述の通り、 ・非晶質珪素膜を多結晶珪素膜へと結晶化せしめる手段 ・ポリシランを用いた減圧熱ＣＶＤによる非晶質珪素膜
の形成手段 を有しており、これらをマルチタスクに処理が可能で、
装置構成がクラスターツール方式のマルチチャンバーと
なっていることが特徴である。そこで、まず「非晶質珪
素膜を多結晶珪素膜へと結晶化せしめる手段」について
説明し、次いで何故「ポリシランを用いた減圧熱ＣＶＤ
による非晶質珪素膜の形成手段」が望ましいのかについ
て言及し、最後にこれらをクラスターツールのマルチチ
ャンバーとする必要性について説明する。

【００１２】まず「非晶質珪素膜を多結晶珪素膜へと結
晶化せしめる手段」について説明する。

【００１３】従来知られている多結晶珪素膜の作成方
法、特に直接多結晶珪素膜を成膜するのではなく非晶質
珪素膜を多結晶珪素膜へと変成せしめる工程としては、 ・加熱によって結晶化せしめる。 ・エキシマレーザーにより結晶化せしめる。 の２つが一般的に行われている。

【００１４】しかしながら、加熱による結晶化は、加熱
温度が６００℃以上の温度で１０時間以上の時間を掛け
ることが必要であり、基板としてガラス基板を用いるこ
とが困難であり、且つ今回の様なマルチタスクの装置に
おいては全体のスループットを著しく阻害するという問
題がある。例えばアクティブ型の液晶表示装置に用いら
れるコーニング７０５９ガラスはガラス歪点が５９３℃
であり、基板の大面積化を考慮した場合、６００℃以上
の加熱には問題があり、必然的に枚葉プロセスには適合
しない。

【００１５】それに対し、本発明者らの研究によれば、
非晶質珪素膜の表面にニッケルやパラジウム、さらには
鉛等の金属元素を微量に堆積あるいは添加を行い、しか
る後に加熱することで、５５０℃、４時間程度の処理時
間で結晶化を行なえることが判明している。そして、前
述の金属元素の添加方法として、プラズマ処理あるいは
液相法による添加方法が有効であることを従来開示して
きた。

【００１６】従来開示してきた金属元素の添加方法につ
いて以下に簡単に説明を加える。

【００１７】上述のプラズマ処理とは、平行平板型のプ
ラズマＣＶＤ装置において、電極として金属元素を含ん
だ材料を用い、水素等の雰囲気でプラズマを生じさせる
ことによって非晶質珪素膜に金属元素の添加を行なう方
法である。また液相法とは、金属元素を含有する溶液を
非晶質珪素膜上あるいは下に塗布することにより金属元
素の添加を行う方法である。

【００１８】勿論本発明の多結晶珪素作成装置に適合性
の高いのは真空中のドライプロセスであるプラズマ処
理、あるいはスパッタ法や蒸着法あるいはＣＶＤ法等で
あり、これらを用いて、上記金属元素の層または上記金
属元素を含む層を形成すればよい。ＣＶＤ法としては、
ＭＯＣＶＤ法あるいは光ＣＶＤ法等が適している。

【００１９】このような金属元素としては、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃ
ｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種類の元素を挙げ
ることができる。特にＮｉ（ニッケル）を用いた場合に
は、５５０℃±３０℃の温度で４時間程度の加熱処理を
行うことで結晶性珪素膜を得ることができる。

【００２０】前述のＣＶＤ法を用いて金属元素添加を行
う場合、有機金属の蒸気もしくはガスを熱分解すること
によって、非晶質珪素膜表面に金属元素もしくはその化
合物の被膜を堆積する、即ちＭＯＣＶＤ法が制御性等の
観点から優れていた。

【００２１】上記ＭＯＣＶＤ法は以下の基本的な有意性
を有する。 （ａ）雰囲気中の金属元素の濃度は、蒸気圧等によって
厳密に制御することが可能であり、さらに、雰囲気への
導入をやめれば、それ以上、非晶質珪素膜上には堆積さ
れない。 （ｂ）熱分解による堆積の過程では、表面に極めて均一
な被膜が形成され、何らのダメージも非晶質珪素膜に与
えられない。 （ｃ）熱分解による金属元素もしくはその化合物の被膜
の堆積の工程の後、引き続き加熱処理をおこなえば、連
続的に固相成長がおこなわれる。したがって、生産性の
向上に寄与できる。

【００２２】そして、ＭＯＣＶＤ法において、金属元素
としてニッケルを用いる場合には、ビスシクロペンタジ
エニルニッケル（Ｂｉｓ（ｃｙｃｌｏｐｅｍｔａｄｉｅ
ｎｙｌ）ｎｉｃｋｅｌ、Ｎｉ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ 、以下、Ｂ
ＣＰニッケル、もしくはＢＣＰ塩という）やビスメチル
シクロペンタジエニルニッケル（Ｂｉｓ（ｍｅｔｈｙｌ
ｃｙｃｌｏｐｅｎｔａｄｉｅｎｙｌ）ｎｉｃｋｅｌ、Ｎ
ｉ（ＣＨ₃ Ｃ₅ Ｈ₄ ）₂ 、以下、ＢＭＣＰニッケル、も
しくはＢＭＣＰ塩という）、ビス−２，２，６，６−テ
トラメチル−３，５−ヘプタンジオノニッケル（Ｂｉｓ
−（２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−３，５
−ｈｐｔａｎｅｄｉｏｎｏ）ｎｉｃｋｅｌ、Ｎｉ（Ｃ₁₁
Ｈ₁₉Ｏ₂ ）₂ ）を用いればよい。

【００２３】ＢＣＰニッケルの場合には融点は１７３〜
１７４℃であり、９０℃、１３０℃における蒸気圧はそ
れぞれ、０．０４ｔｏｒｒ、０．６ｔｏｒｒである。Ｂ
ＭＣＰニッケルの場合には融点は３４℃であり、９０
℃、１３０℃における蒸気圧はそれぞれ、１．６ｔｏｒ
ｒ、１５ｔｏｒｒである。

【００２４】また、上記金属元素の導入量は、珪素膜中
における金属元素の濃度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3〜１×１０
²⁰ｃｍ^-3となるように導入することが必要である。これ
は、金属元素の濃度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3以下であると、
その効果が得られず、また金属元素の濃度が１×１０²⁰
ｃｍ^-3以上であると、得られる結晶性珪素膜の半導体と
しての電気的な特性が阻害されてしまう（金属としての
電気特性が表れてしまう）からである。

【００２５】この様な金属元素の微量添加により、非晶
質珪素膜の結晶化は著しく促進される。しかし、この方
法だけでは結晶化に必要な時間は未だ数時間であり、マ
ルチタスクの装置に必ずしも適合したものとは言えな
い。そこで発明者等は、これら金属元素の微量添加を行
った非晶質珪素膜に対し、短時間の高温処理により、ガ
ラス基板にダメージを与えることなく非晶質珪素膜を結
晶化せしめることが可能であることを発見するにいたっ
た。

【００２６】ただし、この短時間の高温処理（一般的に
はＲａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ 通称Ｒ
ＴＡ、あるいはＲａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃ
ｅｓｓ 通称ＲＴＰと呼ばれている）自体は、それほど
新規なプロセスではない。単結晶におけるシャロウな接
合を形成する技術として一般的な技術であり、これを用
いて非晶質珪素の結晶化を行う例もアメリカを中心とし
て研究が進められている。発明者が注目したのは、これ
ら短時間の高温処理においても金属元素の微量添加は非
常に有効であり、具体的にはこれら金属元素を添加して
いない非晶質珪素膜の結晶化には短時間の高温処理とし
て８００℃以上で数分間が必要であったのに対し、それ
よりも１００℃以上低温化し、かつ短時間で結晶化が可
能であったことである。このことはマルチタスク構成を
取る上で非常に好都合である。尚、このような短時間の
高温処理の方法としては、光照射、ストリップヒータ
ー、ガスバーナー等を用いることが可能であり、これら
はＳＯＩで研究された方法を用いることが可能である。
特にキセノンアークランプを集光して照射する方法が、
制御性が高く優れていた。

【００２７】この様にして得られた多結晶珪素膜を用い
ることにより、電界効果移動度として８０ｃｍ² ／Ｖ・
ｓ（ｎチャネルＴＦＴ）程度を再現性良く得ることが可
能となった。これらの数値は、アクティブマトリクス型
のＬＣＤを作製するにあたり、画素ＴＦＴに用いる場合
には十分な数値である。しかしながら、多結晶珪素を用
いた場合にはモノリシックとしてドライバーＴＦＴを一
体型で形成できることが大きな特徴の一つであり、その
場合には十分な駆動力を有するとは言えない数値であ
る。

【００２８】そこで、これら固相成長による多結晶珪素
形成後に、エキシマレーザーを照射し、結晶性を向上さ
せることにより、電界効果移動度として２００ｃｍ² ／
Ｖ・ｓ（ｎチャネルＴＦＴ）程度を再現性良く得ること
が可能であることが判明した。この数値は、エキシマレ
ーザーのみを用いても得られているが、今回の様な２段
階の結晶化プロセスとしたほうが安定性、プロセスマー
ジンの両面から望ましかった。特に触媒となる金属元素
が添加されていることにより、レーザー結晶化に対する
エネルギーのマージンが稼げ、比較的低いエネルギー密
度で高い電界効果移動度が得られるという特徴があっ
た。これらを比較すると、下表の様になる尚、表１にお
いては４段階評定として良い方から◎、○、△、×とし
た。

【００２９】

【表１】

【００３０】また、レーザー光を照射し、結晶化を助長
せしめる際に基板を加熱した状態で、かつガラス基板の
歪点以下の温度で加熱を行うことは有効であった。

【００３１】レーザー光を照射する際に基板を加熱した
状態で行うのは、一つにはレーザー光の照射によるアニ
ール効果を高めるためである。またもう一つの理由とし
て、成膜から結晶化までを一貫したマルチタスクで行う
本装置構成においては、各処理室における処理温度に差
が少ない方がガラスに対しサーマルショックを与えずに
済み、またスループットも向上させやすい。サーマルシ
ョックはガラスの破損のみならず、その上に形成された
多結晶珪素に局所的な応力を与え、場合によってはピー
リングをまねく場合があるので注意が必要である。具体
的な数値としては、１．１ｍｍあるいは０．７ｍｍのガ
ラス基板使用を前提とした場合（ガラスの種類により若
干異なるが）、各処理温度の差が１００℃以上あると経
験的に問題が生じる。この問題とは、一つには前述の様
なサーマルショックの問題であり、他には熱容量の問題
から次の処理温度に落ちつくまでに時間がかかりすぎ、
スループットが低下することも含む。一つの装置として
マルチタスクで各処理を行い、冷却及び加熱による時間
のロスを最低限とするためには、各処理温度差が５０℃
以内であることが望ましい。

【００３２】また、上記構成のアプリケーションとし
て、非晶質珪素膜を金属元素の微量添加及び加熱処理に
よりまず結晶化させ、しかる後にレーザー光の照射によ
ってさらにその結晶性を向上させ、さらに加熱処理を加
えることにより、得られた珪素膜中の欠陥密度を減少さ
せるといった構成、あるいはレーザー光の照射によって
直接結晶化し、さらに加熱処理を加えることにより、得
られた珪素膜中の欠陥密度を減少させる（この場合には
金属元素の微量添加は行っても、行わなくても良い）と
いった構成をとることができる。

【００３３】表２に示すのは、非晶質珪素膜に対してニ
ッケル元素を導入し、さらに加熱処理を加えることによ
って結晶化させ、結晶性珪素膜を得た場合の膜中におけ
るスピン密度を調べた結果である。スピン密度は、膜中
の欠陥密度を示す指標として理解することができる。

【表２】 図８において、Ｎｏ１、２、５は、ニッケル元素の導入
後に加熱処理を行っただけの試料である。Ｎｏ３は、加
熱処理の後にＬＣ（レーザー光の照射）を行った試料で
ある。Ｎｏ４は、加熱処理の後にＬＣ（レーザー光の照
射）を行い、さらに加熱処理を行った試料である。図８
を見れば明らかなように、レーザー光の照射後にさらに
加熱処理を加えた試料（Ｎｏ４）のスピン密度が一番小
さいことが分かる。

【００３４】このように、レーザー光の照射の後に加熱
処理を加えることは、膜中の欠陥密度を減少させるため
に極めて有効である。なおこのレーザー光の照射後に行
われる加熱処理の温度は、５００℃以上とすることが有
効である。またその温度の上限はガラス基板の歪点によ
って制限され、本発明の装置構成においては、加熱結晶
化用処理室と兼用することが合理的であると考えられ、
温度もそれと同様であることが望ましい。

【００３５】次に何故「ポリシランを用いた減圧熱ＣＶ
Ｄによる非晶質珪素膜の形成手段」が望ましいのかにつ
いて説明を加える。

【００３６】一般的に、固相結晶化（金属添加なし）の
場合には、核発生密度が低くなるように非晶質珪素膜を
作製することにより、結晶粒径を大きくすることが可能
であることが良く知られている。また、エキシマレーザ
ーを用いたレーザー結晶化には、水素の噴水現象を防ぐ
べく、水素量の少ないＬＰ膜が耐レーザー性の面から有
効であることも良く知られている。しかしながら、金属
元素を添加した場合にどのような非晶質珪素膜が有効で
あるかは、従来明らかではなかった。

【００３７】まず一般的な固相結晶化と比較した場合、
金属を添加することにより核発生密度が制御可能である
ため、自発的な核発生密度はそれほど重要ではない。ま
た水素量もそれほど重要ではない。今回最も重要である
のは結晶成長に伴う応力の発生である。

【００３８】発明者等の研究によると、これら金属添加
を行うと、まずこれらの珪化物が形成され、これらを核
としてヘテロエピタキシャル成長の如く柱状結晶が成長
することが判明している。特にニッケルを金属として選
択した場合、ニッケルダイシリサイドがシリコンの格子
定数と非常に近いため、ほぼ完全なエピタキシャル成長
を行わせることができる。

【００３９】そしてこれら柱状結晶の長さをできるだけ
長くすることが、得られる多結晶珪素結晶の結晶性を高
めることとほぼ等価である。そこで、出発の非晶質珪素
膜として種々のものを使い、これらを詳細に評価したと
ころ、出発膜の密度が低い場合には、柱状結晶が伸びる
際に体積変化が大きく、周囲との間に発生する応力で途
中で結晶成長が止まる、あるいは間に積層欠陥が発生し
て応力緩和を行う、の何れかが発生し、十分な結晶性を
有せしめることができないことが判明した。即ち、重要
なのは水素量でも作製方法でもなく、元々の非晶質珪素
膜が結晶成長時に発生する応力である。

【００４０】発明者等は、これらを応力の値として規定
すべく、シリコンウエハー上に成膜、及び加熱結晶化を
施して、この際に発生する応力値をウエハーの反り量か
ら調査した。しかしながら残念なことに、このようにし
て得られた応力はマクロな応力であって、柱状結晶に周
囲が及ぼすミクロな応力とは必ずしも一致せず、相関は
きれいには取れなかった。そこで発明者は、次に非晶質
珪素膜の密度を測定することとした。そして種々の方法
（プラズマＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、蒸着、スパッタ）を用
い、これらの密度を測定して、それらとの相関について
調べた。

【００４１】ここで蒸着法及びスパッタ法は完全に水素
フリ─な膜をえることが可能であり、その密度も条件に
よっては単結晶珪素の０．９８倍程度まで高密度なもの
が得られた。ＬＰＣＶＤはプラズマＣＶＤと比較すると
水素量は低めではあるが、成膜時の温度を高くすること
によって水素量の低下以上に密度を大幅に高密度化する
ことが可能であった。このことはテトラヘドラル系であ
る非晶質珪素においては、水素量と密度は相関はあるも
のの完全には一致せず、それ以外のネットワークの繋が
り方も影響を与えることを示唆する。

【００４２】最後に一般的には多結晶珪素形成には向い
ていないと言われるプラズマＣＶＤであっても、基板温
度を３００℃程度以上に高めることにより、十分実用に
耐える高密度な非晶質珪素膜を得ることが出来た。

【００４３】密度の測定方法としては、共鳴核反応法、
フロ─テ─ション法、α線弾性散乱法等が上げられる
が、そのどれを用いても十分注意深く実験すれば、有効
数字２桁以上の測定値が得られ、今回の評価にはそれで
十分であった。

【００４４】重要なのは、具体的にどの程度の密度にお
いて良好な多結晶珪素を得られるかであるが、まず単結
晶の０．９倍程度以上は最低限必要であった。即ち、単
結晶の０．８倍程度のプラズマＣＶＤ膜ではスカスカで
結晶化率が低い（ラマン分光による結晶性ピークと非晶
質ピークの相対強度より算出）のに対し、若干水素出し
を行ってから金属添加、結晶化を行ったものでは急激に
結晶化率が高まったからである。そして水素出し後の非
晶質珪素膜の密度は単結晶の０．９２倍であった。

【００４５】そして密度が単結晶に近づいていけば行く
ほど、応力が緩和され、良好な結晶性を有する多結晶珪
素が得られる様になる。ただ例外としてスパッタ膜で
は、高密度ではあるがアルゴンを膜中にかなり含んでお
りそのためか結晶性は他の同密度の膜程は高くならなか
った。

【００４６】これら密度と結晶性の間に相関があること
は判ったが、では具体的にはどの様な非晶質珪素膜の成
膜方法が望ましいのであろうか。上述の密度以外の、不
純物濃度、プロセスの安定性、再現性について考慮した
結果、金属元素添加を行うことを前提とした場合の非晶
質珪素膜としては、現状ではＬＰＣＶＤが最良であると
いう結論に達した。勿論、前述の密度の条件をクリアす
るためにはある程度以上の基板温度が必要であることは
言うまでもない。そしてこの成膜時の温度が、基本的に
各処理室における温度の標準となる。尚、プラズマＣＶ
Ｄにおいても、基板温度が高く、且つ装置構成が高真空
対応で不純物レベルを非常に下げられる場合にはＬＰＣ
ＶＤと同程度の半導体装置を形成することが可能であ
る。

【００４７】しかしながら、既存の製造装置及び製造プ
ロセスにおいては、ＬＰＣＶＤを用いた場合であって
も、大気中に一度暴露してしまうため、特性の良い界面
を形成できず、やはり十分な特性を有する多結晶珪素か
らなる半導体装置を得ることは困難であった。そこで、
最も重要なきれいな界面の接合を実現するためには、Ｌ
ＰＣＶＤによる珪素膜の成膜と、その上下の両方あるい
はその一方に接して設ける必要がある絶縁膜を、連続的
に大気に開放することなく成膜することで、特性の飛躍
的な向上が可能であることが発明者らの実験により判明
した。これは主として炭素汚染に起因すると考えられ、
局所的な炭化物の形成が、結晶性の向上を阻害し、界面
準位を増加させる原因となる。ここで、大気に暴露する
工程があると半導体基板表面はその度に炭素により汚染
されるが、本発明による装置構成を取ることにより、炭
素による汚染を最小限に抑えることができる。そしてこ
れこそが本発明において、マルチタスクのクラスターツ
ール構成で、結晶化により多結晶珪素膜を得るまでを一
つの装置内で終了させる理由なのである。

【００４８】本発明の具体的な例の一つを図１に示す。
図１に示す装置は基本的には多目的に利用できるもので
あって、必要とする成膜やアニール処理を施す処理室を
必要とする数で組み合わせることができる。図１に示す
装置で処理される基板としては、ガラス基板、シリコン
基板、その他絶縁基板や半導体基板を用いることができ
る。即ち、絶縁表面を有する基板であれば用いることが
できる。例えば、アクティブマトリクス型の液晶表示装
置やイメージセンサー等の電気光学装置であれば安価な
ガラス基板を用いるのが一般的である。

【００４９】例えば１０８を共通室である基板の搬送室
とし、基板の各種処理を行なう処理室の内、１０１と１
０２とを予備室とし、一方を基板の搬入用に用い、他の
一方を基板の搬出用に用いる。図１においては、便宜上
手前の２室を搬入用及び、搬出用としたが、これは装置
のレイアウト及び装置構成等で自由に変更可能である。
また、１０３は絶縁膜を形成するための減圧熱ＣＶＤ装
置とし、１０４を非晶質珪素を成膜するための減圧熱Ｃ
ＶＤ装置とし、１０５をプラズマ処理によりニッケルを
添加する添加室とする。また、１０６をキセノンアーク
ランプ光照射によるアニールを行なうためのアニール室
とし、１０７をレーザー照射により結晶性を高めるため
のレーザー室とする、といった構成を採ることができ
る。なお、予備室も基板の搬入や搬出を行なう機能を有
するという意味で処理室ということができる。

【００５０】このような組み合わせは任意に行なえるも
のである。これら組み合わせのできる要素としては、プ
ラズマＣＶＤ、減圧熱ＣＶＤ（以下本明細書においては
ＬＰＣＶＤと省略する）、光ＣＶＤ、マイクロ波ＣＶ
Ｄ、加熱炉、光照射によるアニール炉、を挙げることが
できる。より具体的には、絶縁膜の成膜工程をプラズマ
ＣＶＤとする、あるいはニッケルの添加工程を有機ニッ
ケル化合物を用いた光ＣＶＤによる、といった具合であ
る。

【００５１】また、これら各要素を連続して高いスルー
プットで行うことは重要である。それは生産性だけの問
題ではなく、汚染の防除のためにも重要である。その場
合に最も問題となるのは基板温度を調節することであっ
て、その手段として、 ・各処理室の温度を揃える（±１００℃以内） ・温度調節プロセスの際に、比熱の小さなガス（例えば
Ｈｅ）を導入して、温度平衡に達する時間を速くする の２つの併用が現実的である。

【００５２】以下に実施例を加えて本発明を詳細に説明
することとする。

【００５３】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例においては、本発明による多結晶
珪素作製装置の基本的な動作方法について説明する。本
実施例の構成を図１に示す。本実施例においては、１０
１と１０２が予備室であり、基板の出し入れを行なう機
能を有する。これらのチャンバーは、複数の基板が収め
られたカセットを保持する機能を有する。また当然不活
性ガスの導入手段やクリーニングガスの導入手段、さら
にはガス排気手段を有している。

【００５４】１０３〜１０７は処理室であり、１０３と
１０４とがＬＰＣＶＤ装置である。図示はしていない
が、必要に応じて基板加熱のみを専用に行う温度調節チ
ャンバーを独立に設けても良い。温度調節チャンバーと
は、基板を所定の温度に加熱する機能を有するものであ
り、他のチャンバーでの成膜に先立ち、予め基板を加熱
しておくために使用されるものである。

【００５５】尚、これらの各処理室は、内部にヒーター
を有していて（図１において処理室内に示してある丸い
枠がそれに該当する）、基板を所定の温度に加熱する機
構を有している。そして前記ヒーターの上に基板が設置
され加熱されるのであるが、この際に基板をヒーターの
上面に直接は置かず、ギャップを少し開けて設置する構
成とすることが望ましい。具体的には、ヒーターと基板
の間の距離が、０．１〜５ｍｍ、代表的には１ｍｍ、望
ましくは０．５〜２ｍｍ程度が良い。この様な構成とす
ることにより、基板内の温度分布のバラツキを±３％以
内に納めることが可能であった。また、レーザー結晶化
に際しては、基板温度は得られる多結晶珪素の膜質に決
定的な影響を与え、かつ非常に敏感である。その場合に
もこの様に若干ギャップを開けて設置することにより、
結晶の均一性を大幅に向上させることが可能となった。

【００５６】１０８は基板の搬送室であり、ロボットア
ーム１０９によって基板が各チャンバー間を搬送され
る。ロボットアーム１０９は基板（１１０で示される）
を１枚づつ予備室１０１あるいは１０２から取り出し、
必要とする反応室に移動させる機能を有する。当然各処
理室間においても基板を移動させることができる。ま
た、この搬送室にも排気手段が設けられており、必要と
する真空度にすることができる。

【００５７】各チャンバー間の基板の移動は以下のよう
にして行なわれる。例えば、予備室１０１に保持される
基板を処理室１０３と１０４とで処理し、予備室１０２
に搬入する場合を考える。この場合まず、 （１）予備室１０１と搬送室１０８とを同一減圧状態
（高真空状態が望ましい）とし、その状態においてゲイ
トバルブ１１１を開け、ロボットアーム１０９によって
基板１１０を搬送室に取り出す。その後ゲイトバルブ１
１１は閉める。 （２）搬送室１０８と処理室１０３とを同一減圧状態と
し、その状態においてゲイトバルブ１１３を開け、ロボ
ットアーム１０９に保持された基板１１０をプロセス室
に搬入する。その後ゲイトバルブ１１３は閉める。 （３）処理室１０３において所定のプロセスが行なわれ
る。 （４）処理室１０３でのプロセス終了後、処理室１０３
の真空度を搬送室１０８と同一減圧状態とし、その後ゲ
イトバルブ１１３を開け、ロボットアーム１０９によっ
て基板を搬送室１０８に搬出する。そしてゲイトバルブ
１１３は閉める。 （５）搬送室１０８と処理室１０４とを同一減圧状態と
し、その状態においてゲイトバルブ１１４を開け、ロボ
ットアーム１０９に保持された基板を処理室１０４に搬
入する。その後ゲイトバルブは閉める。 （６）処理室１０４において所定のプロセスが行なわれ
る。 （７）処理室１０４でのプロセス終了後、処理室１０４
の真空度を搬送室１０８と同一減圧状態とし、その後ゲ
イトバルブ１１４を開け、ロボットアーム１０９によっ
て基板を搬送室１０８に搬出する。そしてゲイトバルブ
１１４は閉める。 （８）搬送室１０８と予備室１０２とを同一減圧状態と
し、その状態においてゲイトバルブ１１２を開け、ロボ
ットアーム１０９によって基板を予備室１０２に搬入
し、その後ゲイトバルブ１１２を閉める。

【００５８】以上のようにして、一枚の基板を外気に曝
すことなく、２回またはそれ以上の処理を連続的に行な
うことができる。これらの処理としては成膜だけでな
く、アニール等も行なえることは有用である。

【００５９】上記（１）〜（８）の工程を繰り返すこと
により、予備室１０１に搬入されているカートリッジに
保持された複数の基板を次から次へと連続的に処理する
ことができる。そして、処理の終了した基板は、予備室
１０２のカートリッジに自動的に保持されることにな
る。また上記の成膜工程において、処理室１０３が稼働
中において処理室１０４をクリーニングし、逆に処理室
１０４が稼働中に処理室１０３をクリーニングすること
によって、全体の動作を止めることなく、クリーニング
を行いながら連続した処理工程を行うことができる。こ
のようなクリーニングとしては、NF₃ によるチャンバー
内のプラズマクリーニングを挙げることができる。

【００６０】〔実施例２〕図１に示す多目的成膜装置を
用いてＴＦＴの活性層形成を目的とした多結晶珪素を作
製する例を示す。まず、本実施例において用いる多目的
成膜装置について説明する。本実施例においては、１０
１、１０２を基板の搬入搬出を行なうために予備室とし
た。特にここでは１０１を基板搬入用に、１０２を基板
搬出用とした。また１０６をキセノンアークランプの短
時間照射によるラピットサーマルアニールプロセス（Ｒ
ＴＡまたはＲＴＰという）、または予備加熱を行なう処
理室とし、１０３をＬＰＣＶＤ法によって下地膜として
使用する酸化珪素膜（あるいは酸化窒化珪素）を成膜す
る処理室とし、１０４をジシランを原料としてＬＰＣＶ
Ｄ法により非晶質珪素膜を成膜する処理室とし、１０５
を窒素プラズマ処理により、電極材料のニッケルを気相
中から、前記非晶質珪素の上または下に微量に添加する
処理室とする。また各処理室には、各処理室を減圧状態
にするための排気手段、さらには必要とされるガスを導
入するためのガス導入手段が設けられている。

【００６１】以下に作製工程を示す。まず、基板として
コーニング１７３７ガラス基板（５インチ角）２０１を
予備室１０１に搬入し、十分真空引きをする。この真空
引きは、十分真空引きをされた搬送室１０８とほぼ同一
の圧力になるまで行なうのが好ましい。そしてゲイトバ
ルブ１１１を開け、ロボットアーム１０９によって、予
備室１０１内の基板を搬送室１０８に移送する。図１に
おいては、図２における基板２０１は１１０として示さ
れている。なお、以下においてはその上に成膜されてい
る膜も含めて基板という。そして、同じくほぼ同一圧力
に真空引きがされた反応室１０３との間のゲイトバルブ
１１３を開け、基板を搬入する。基板搬入後にゲイトバ
ルブ１１３を閉め、この反応室１０３内において、厚さ
２０００Åの酸化窒化珪素膜２０２を、シラン（ＳｉＨ
₄ ）−亜酸化窒素（Ｎ₂ Ｏ）を原料ガスとして、基板温
度３５０℃で成膜する。

【００６２】酸化窒化珪素膜２０２の成膜後は、反応室
１０３を搬送室１０８と同じ真空度まで真空引きする。
そして、ゲイトバルブ１１３を開き、ロボットアーム１
０９によって基板を搬送室に基板を移送する。次に同じ
く真空引きのされたニッケル添加室１０５に基板を搬入
する。このニッケル添加室１０５は、平行平板型のプラ
ズマＣＶＤとほぼ同様の構成を持っており、上部の電極
がニッケル板で、この内部にプラズマを立てることによ
り電極材質のニッケルを下地酸化窒化珪素膜２０２上に
微量形成することができる。今回は窒素プラズマを形成
し、基板温度を３５０℃で１分間処理を行った。

【００６３】次に、非晶質珪素膜２０３を形成すべく、
非晶質珪素成膜室１０４に基板を搬送する。尚、今後本
明細書において、詳細な搬送の順序等に関しては実施例
１と同様であるため省略する。非晶質珪素成膜室１０４
では、ジシランを原料としてＬＰＣＶＤ法によって非晶
質珪素膜を形成する。特に今回の様に下地上に金属元素
の微量添加を行った場合には、プラズマを形成するとチ
ャンバー内の汚染（金属元素での）に繋がる可能性があ
るが、ＬＰＣＶＤの場合にはその恐れが低く好適であっ
た。代表的な非晶質珪素膜の成膜条件を示す。 Ｓｉ₂ Ｈ₆ １００〜５００ｓｃｃｍ Ｈｅ ５００ｓｃｃｍ 成膜温度 ４００℃〜５００℃ 成膜圧力 ０．１〜１Ｔｏｒｒ

【００６４】尚、今回は下地酸化窒化珪素膜の成膜温度
との差を小さくするために、成膜温度として４００℃を
選択した。また、非晶質珪素膜２０３の厚みは５００Å
とした。

【００６５】次に、基板をキセノンアークランプによる
アニール室１０６に搬送する。ここで７００℃５分間の
加熱により、前記非晶質珪素膜２０３を多結晶珪素２０
４へと結晶化せしめた。この際に、１７３７ガラスの歪
み点は６６９℃であり、その温度を超えているためガラ
スへのダメージが懸念されるが、５分程度の加熱におい
ては全く変化が観測されなかった。また、ランプ照度の
分布を調節して、必要な部分のみを７００℃以上に加熱
を施し、結晶化が必要でない領域の温度を歪み点以下に
抑えることは有効で、これらの方法により更に耐熱性の
低いガラスにおいても本プロセスを適用することが可能
となる。勿論、基板内の温度差があまりに大きすぎると
熱歪みによる基板破壊等の問題が生じるため注意が必要
である。尚、このアニールは、水素、窒素ベースの水素
（フォーミングガス）等の還元雰囲気で行うことが望ま
しかった。

【００６６】最後に、基板を取り出し用の予備室１０２
に搬送し、基板温度が充分に低下してから大気中にカセ
ットを取り出す。以上で、多結晶珪素を得る。

【００６７】尚、各成膜工程、及び結晶化工程における
基板搬入後の均熱化プロセスにおいて、比熱の小さな気
体、特にＨｅを用いて均熱化に必要な時間の短縮を行う
ことは有効であった。具体的に成膜工程においては、基
板搬入後ゲートバルブを閉じ、Ｈｅガスを導入して基板
を均熱状態（平衡状態）にする。均熱状態に達した後Ｈ
ｅガスの供給を中止し、プロセスガスを導入して成膜を
行うと良い。同様にレーザー処理においても均熱に達す
るまではＨｅガスを導入し、レーザー処理の際にはプロ
セスに適した雰囲気（酸素中等）において処理を行うと
良い。効果としては、真空中で伝熱により基板が平衡状
態に達するのと比較し、１／６〜１／７の時間で平衡状
態に達することが可能であった。勿論、ＲＴＡによる熱
結晶化工程においても同様のプロセスが適用できる。

【００６８】尚、本実施例において示している様に、基
本的な構成としてはＣｔｏＣ（Ｃａｓｅｔ−ｔｏ−Ｃａ
ｓｅｔ）を念頭においている。しかしながらカセットを
用いない完全な枚葉プロセス（カセットレス）において
も本発明が有効であることは言うまでもない。その場合
には、予備室１０２の代わりに、ロードロック機構を有
する容量の小さな外部への搬出用の処理室を用意し、そ
こから外部へと枚葉で取り出す構成とすれば良い。

【００６９】〔実施例３〕本実施例は、実施例２におい
て下地酸化窒化珪素膜上に添加したニッケルを、非晶質
珪素膜上に添加を行った例である。即ち、実施例２にお
いては、下地酸化窒化珪素を処理室１０３において成膜
後、ニッケル添加室１０５に搬送して、ニッケル添加、
その後非晶質珪素成膜室１０４において成膜、という順
番であったが、このニッケル添加室１０５と非晶質珪素
成膜室１０４の順番を入替えることに相当する。他の結
晶化工程等は実施例２と同様であるため割愛する。

【００７０】得られた多結晶珪素について実施例２との
差を示す。簡単に言ってしまうと、実施例２の方法で得
られた多結晶珪素はプレーナー型で、ゲ─トが多結晶珪
素上に（勿論ゲート絶縁膜を形成した後である）にある
ＴＦＴに適しており、今回の実施例３の製法はスタガ型
の様に、多結晶珪素の下にある場合に適している。即
ち、ニッケルを添加した場所の裏側をチャネルに用いる
ことが望ましいということになる。

【００７１】〔実施例４〕本実施例は、実施例３の構成
において、ニッケル添加をプラズマ処理の代わりに、ニ
ッケルを含有するベーパーからの添加を行った例に関す
る。

【００７２】ニッケル添加方法は次の通りである。まず
ニッケル化合物を超純水、あるいはエタノール等の溶媒
に溶解せしめて溶液とする。そしてこれにキャリアガス
として窒素、あるいはアルゴンを用いてこれら溶液をニ
ッケル添加室に搬送して、基板上に堆積せしめる。溶液
中でのニッケル濃度を制御することにより、前述の様な
非常に低濃度のニッケル量の制御が可能となる。

【００７３】実施例２及び３においては、ニッケル添加
室１０５中にはニッケル板からなる電極と、電極間にＲ
Ｆを印加する電源（図示せず）と、基板加熱のためのヒ
ーターとを有していた。それに対し本実施例の構成にお
いては、ニッケル添加室１０５の中には、ベーパーを基
板表面に供給するためのノズル、及びヒーターのみが存
在すれば良いこととなり、装置の簡略化が可能である。
ただし、本質的に液体を供給する構成であるため、排気
系は特別に考慮する必要がある。

【００７４】本実施例の構成とすることの利点として
は、実施例２及び３のプラズマ処理が本質的に荷電粒子
で非晶質珪素あるいは下地膜にダメージを与える工程で
あるのに対し、ダメージフリーであるという特徴が挙げ
られる。

【００７５】尚、ニッケル添加以外の工程は実施例３と
同様であるため省略する。

【００７６】〔実施例５〕本実施例は、実施例３のニッ
ケル添加を、有機ニッケル化合物を用いたＭＯＣＶＤに
より非晶質珪素膜上にニッケルを添加する構成に関す
る。

【００７７】基板の処理方法について、図２を用いて説
明する。

【００７８】まず、基板１１上に酸化珪素膜１２を処理
室１０３においてＬＰＣＶＤ（減圧熱ＣＶＤ）法によっ
て形成した。酸化珪素膜１２の厚さは１０００〜５００
０Å、例えば、２０００Åとした。（図２（Ａ））

【００７９】次に、非晶質珪素膜１３をＬＰＣＶＤ法に
よって、処理室１０４で１００〜１５００Å形成する。
ここでは、非晶質珪素膜１２を５００Åの厚さに成膜し
た。（図２（Ｂ））

【００８０】ニッケル添加室１０５に基板を搬送した。
ニッケル添加室の構成を図２（Ｅ）に示す。ここで、ニ
ッケル添加室１０５について簡単に説明する。ニッケル
添加室１０５には外部からガスを導入するチューブと排
気するチューブが接続されており、前者は２系統ある。
第１は有機ニッケルガス・蒸気を導入する系統であり、
第２はそのキャリヤガスである。第１の系統では、ベー
パライザーから発生した有機ニッケルガス・蒸気（例え
ば、ＢＭＣＰニッケル）を適当なガス（例えば、アルゴ
ンや水素）によって搬送する。この際には有機ニッケル
が配管内に凝結しないように、配管は適当な温度、好ま
しくはベーパライザーと同じ温度か、それよりも高い温
度に保たれている必要がある。

【００８１】第１のガス系統からは有機ニッケルガス・
蒸気が得られるが、その濃度を必要とする量に制御する
ことは難しい。すなわち、蒸気圧はベーパライザーの温
度によって決定されるからであり、温度のわずかの違い
によって濃度が著しく変動するからである。そこで、第
２のガス系統からキャリヤガス（例えば、アルゴンや水
素）を導入して、有機ニッケルガス・蒸気を希釈する。
その濃度比はバルブＶ１とＶ２によって制御される。

【００８２】このようにして有機ニッケルガスもしくは
蒸気はニッケル添加室１０５に導入される。チャンバー
内には平行平板型の電極２０６および２０７を設けてあ
り、さらに、チャンバーの外にＲＦ電源２０５を設けて
ある。これは、電極間にプラズマを発生させて、チャン
バー内に残留するニッケルをクリーニングするためのも
のである。

【００８３】チャンバー内にはヒーター２０４およびサ
セプター２０２を設け、その上に試料２０３を置く。も
ちろん、チャンバー全体も有機ニッケルが凝結しない程
度の温度に保つことが望まれる。そして、基板は、その
温度よりも高温に加熱され、有機ニッケルが熱分解する
温度に保持されることが必要である。

【００８４】本構成のチャンバーを用いたニッケル膜の
堆積方法について述べる。まず、Ｖ１、Ｖ２を閉じたま
ま、Ｖ３を開き、チャンバー内を適当な圧力まで排気す
る。そして、基板を搬送、セットする。尚、ヒーター２
０４によって、基板を４００〜５５０℃、今回は４５０
℃に加熱する。

【００８５】この状態でＶ３を閉じ、Ｖ１およびＶ２を
開いて、有機ニッケルガスを導入する。そして、必要な
量だけ有機ニッケルガスが導入されたら、Ｖ１とＶ２を
閉じる。この結果、チャンバー内には有機ニッケルガス
とキャリヤガスが閉じ込められ、有機ニッケルガスは基
板上で熱分解して、基板表面にはニッケル化合物膜１４
が形成される。（図２（Ｃ））

【００８６】その後、まず、Ｖ２およびＶ３を開き、チ
ャンバー内から有機ニッケルガスを完全に除去する。こ
れはチャンバー内に有機ニッケルガスが残存している
と、固相成長工程においても継続的にニッケルが導入さ
れて、珪素膜中のニッケルの濃度が過剰になってしまう
からである。そして処理室１０６に基板を搬送し、ＲＴ
Ａにより結晶化を行うプロセス以降は実施例３と同様で
ある。

【００８７】本実施例の方法も、実施例４と同様にダメ
ージフリーであるという特徴を有していた。尚、本実施
例はＭＯＣＶＤ、特に熱ＣＶＤを用いたニッケル添加の
例であった。これは、基板加熱が時間的なロスを伴わな
いという本発明の装置における特殊な事情とも関連して
いる。仮に各処理室において処理温度が著しく低温化が
可能となった場合、ＭＯＣＶＤでは対応が困難となる可
能性がある。その場合には光ＣＶＤを用いた構成として
も、ほぼ同様の処理が可能である。

【００８８】〔実施例６〕本実施例では、実施例２で示
したニッケル添加及びＲＴＡによる結晶化の後、レーザ
ーアニールを加えて更に結晶性の高い多結晶珪素を形成
する工程に関する。図３に、図１で示した多結晶珪素作
製装置の横断面図を示す。

【００８９】まず、図３を用いて、基板をレーザー処理
室に搬送するまでの手順を示す。処理室１０６において
ＲＴＡにより加熱結晶化を施した基板１１０を、次いで
レーザー処理室１０７に搬送する。レーザー処理室１０
７中には、加熱した状態を保持しつつ可動することが可
能なステージ１１８が設置されている。そして、前記ス
テージ１１８上に設置された基板１１０をレーザーで照
射、結晶化向上をせしめる。また、レーザー照射時の雰
囲気をコントロールするために、ゲート弁１１７及び、
独立した真空系、排気系を備えている。

【００９０】尚、レーザーを照射する際に、ビーム形状
を線状としてスイープあるいはステップにより大面積基
板全体への照射を行うが、ここでスキャンするのは、レ
ーザーあるいはステージのどちらかとなる。当社の研究
によれば、レーザー自体をスキャンすると微小な振動に
よる光学系のブレが問題となり、ステージを可動式とす
る今回の方式の方が望ましいとの結論に達した。ただ
し、スペース効率を考えると、大型基板をスキャンする
には大型チャンバーが必要であり、光学系のブレの問題
が技術進歩によりクリアされれば、レーザービーム自身
をスキャンする方が有効となる可能性がある。

【００９１】次に、レーザー照射工程に関し、図３の横
断面図を用いて更に説明を加える。

【００９２】１０７で示される室は、レーザー光を基板
に対して照射するためのレーザー処理室である。この室
では、レーザー照射装置１２２から照射されたレーザー
光をミラー１２１で反射させて合成石英の窓１２０を介
して、基板が置かれるステージ１１８上に配置された基
板上に照射することができる。ステージ１１８は、基板
を加熱する手段を備えており、また矢印１１９で示され
るように１次元方向に移動する機能を有している。

【００９３】レーザー照射装置１２２は、例えばＫｒＦ
エキシマレーザーを発振する機能を有し、幅数ミリ〜数
センチ、長さ数十センチの線状ビームに成形されたレー
ザー光を基板（試料）に向かって照射する。

【００９４】この線状のレーザービームは、１１９で示
される移動方向と直角な方向に長手方向を有する。即
ち、図３における紙面手前方向から紙面向こう方向に向
かって長手方向を有する。そして、この線状のレーザー
光を照射しつつ基板をステージ１１８ごと矢印１１９で
示される方向に移動させることによって、基板全体にレ
ーザー光を走査しつつ照射することができる。

【００９５】代表的な照射条件を示す。ＫｒＦエキシマ
ーレーザー１２２（波長２４８ｎｍまたはＸｅＣｌエキ
シマレーザー ３０８ｎｍ、共にパルス幅２０ｎｓｅ
ｃ）を照射して、多結晶珪素の結晶化を向上せしめる場
合、レーザーのエネルギー密度は２００〜４００ｍＪ／
ｃｍ² 、好ましくは２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ² とし、
また、レーザー照射の際には基板を３００〜５００℃に
加熱、今回は４５０℃加熱とした条件で処理を行った。

【００９６】尚、本実施例においては予めＲＴＡを用い
て多結晶珪素を形成し、それを更に結晶性向上せしめる
ためにレーザー照射を行った。これがバラツキ低減も含
めて発明者等が最適であると考えるプロセスだからであ
る。しかしながら、単純に高電界効果移動度を求める場
合、結晶化をレーザー結晶化のみとした方が有利な場合
があることは事実である。これは、非晶質珪素膜の方
が、多結晶珪素膜よりもレーザーに対して敏感であるこ
とに起因する。そこで、単純に高電界効果移動度を求め
る様な特殊な事情においては、ＲＴＡは必要に応じて水
素を非晶質珪素膜から放出せしめる程度に留め、熱結晶
化を行わずにレーザー結晶化のみを行う構成としてもよ
い。

【００９７】結晶化後、基板を搬出する工程等は実施例
２と同様であるため割愛する。

【００９８】本実施例により得られた多結晶珪素を用い
て、ゲート酸化珪素を１５００ÅとしたＡｌゲートＴＦ
Ｔを作製した。その結果、電界効果移動度として１９０
ｃｍ² ／Ｖ・ｓ（ｎチャネルＴＦＴ）程度を再現性良く
得ることが可能であった。安定の尺度として変動係数に
換算すると１０％以下であった。

【００９９】尚、最後のレーザー結晶化を行わない場合
には、同様の構成のＡｌゲートＴＦＴＮＩおいて電界効
果移動度として８０ｃｍ² ／Ｖ・ｓ（ｎチャネルＴＦ
Ｔ）、変動係数８％以下を得た。これらの数値は、モノ
リシックとしてドライバーＴＦＴ一体型の液晶表示装置
への応用を考えた場合、十分な駆動力を有するとは言え
ない数値であり、変動係数が殆ど悪化せず電界効果移動
度が２倍程度に高まるレーザー処理工程（熱結晶化工程
の後に行う）の効果が確認できた。

【０１００】〔実施例７〕本実施例は、本発明による方
法及び装置を用いて多結晶珪素を形成し、該多結晶珪素
を用いてガラス基板上にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）か
らなる回路を形成する実施例に関する。

【０１０１】図４及び図５に本実施例に示す薄膜トラン
ジスタ回路の作製工程を示す。本実施例に示す構成は、
ガラス基板上にＮＴＦＴ（Ｎチャネル型薄膜トランジス
タ）とＰＴＦＴ（Ｐチャネル型薄膜トランジスタ）とを
形成する工程を示す。

【０１０２】本実施例に示す構成は、ＮＴＦＴを低ＯＦ
Ｆ電流特性となるように工夫して設け、ＰＴＦＴを高移
動度の特性を有するものとして設けてある。本実施例に
示す工程は、例えばガラス基板上に集積化されるＣＭＯ
Ｓ構成を有する電子回路に利用することができる。

【０１０３】まず図４（Ａ）に示すようにガラス基板
（コーニング７０５９ガラス基板またはコーニング１７
３７ガラス基板）５０１上に下地酸化膜として酸化珪素
膜５０２を形成する。勿論この工程は図 における処理
室１０３に基板を搬送し、減圧熱ＣＶＤ法により５００
〜５０００Å、今回は２０００Å形成した。

【０１０４】次に処理室１０４（非晶質珪素成膜室）に
基板を搬送し、非晶質珪素膜をＬＰＣＶＤ法（減圧熱Ｃ
ＶＤ法）で５００Åの厚さに形成する。その後処理室１
０５（ニッケル添加室）に基板を搬送し、非晶質珪素膜
上にニッケルを添加する。ニッケル添加方法は、他の実
施例に示した様に、プラズマ処理法、ＭＯＣＶＤ法等の
中から選択されるが、今回はプラズマ処理法によりニッ
ケルを添加した。

【０１０５】次いで処理室１０６に基板を搬送し、ＲＴ
Ａにより７００℃５分間の処理で、前記非晶質珪素膜を
多結晶珪素膜に変成せしめる。その後レーザー処理室１
０７においてエキシマレーザーにより、より結晶性を高
める工程を加えた。また本実施例においては、前記レー
ザー照射の後に再び処理室１０６においてＲＴＡにより
熱処理を加えた。これは発明の詳細な説明において示し
たとおり、多結晶珪素膜中に含まれる欠陥密度を低減す
るためである。雰囲気としてはフォーミングガス（水素
３％窒素９７％）をフローした状態で行った。以上で本
発明の装置及び方法による多結晶珪素膜形成工程を終え
る。

【０１０６】次に前記多結晶珪素作製装置から基板をカ
セットごと搬出し、次の工程に移る。まずゲイト絶縁膜
として機能する酸化珪素膜５００をプラズマＣＶＤ法に
よって１０００Åの厚さに形成する。この酸化珪素膜５
００は、後にＮＴＦＴの低濃度不純物領域を形成するた
めの半透過マスクとしても機能する。

【０１０７】次にスカンジウムを0.1 ｗｔ％含むアルミ
ニウム膜をスパッタ法で６０００Åの厚さに形成する。
スカンジウムを含有させるのは、後の工程において、ア
ルミニウムの異常成長を抑制するためである。

【０１０８】次に３〜１０％の酒石液、硼酸、硝酸が含
まれたＰＨ≒７のエチレングルコール溶液中において、
先のアルミニウム膜を陽極とした陽極酸化を行い、その
表面に緻密な陽極酸化膜（酸化アルミニウム膜）を２０
０Å程度の厚さに形成する。この陽極酸化膜は、後の工
程においてアルミニウム膜上に形成されるレジストマス
クの密着性を向上させるために設けられる。

【０１０９】また、陽極酸化の代わりに酸化力の強い溶
液（例えばオゾン水）を用いて洗浄を行い酸化膜を形成
するのでもよい。ただしこの方法を用いた酸化膜の形成
は、数１００Å以下程度の厚さでしか酸化膜を形成する
ことができないという制限がある。

【０１１０】そして図示しないレジストマスクを配置
し、ゲイト電極５０５と５０６の形成を行う。次に電解
溶液として３〜２０％のクエン酸もしくはショウ酸、燐
酸、クロム酸、硫酸等の酸性水溶液を用いて、ゲイト電
極５０５と５０６を陽極とした陽極酸化を行う。

【０１１１】この工程において、図４（Ａ）の５０７、
１０８で示される多孔質状の陽極酸化膜が形成される。
この陽極酸化膜の厚さ（成長距離）は、６０００Åとす
る。この陽極酸化はアルミニウムの表面から内部に進行
する。

【０１１２】この陽極酸化膜の厚さで後の工程で形成さ
れるＮＴＦＴの低濃度不純物領域の幅を決めることがで
きる。この陽極酸化膜の厚さ（成長距離）は、陽極酸化
時間で制御することができる。

【０１１３】次に図示しないマスクを除去し、再び電解
溶液中において、ゲイト電極に電流を印加し、陽極酸化
を行う。この陽極酸化は、電界溶液として３〜１０％の
酒石液、硼酸、硝酸が含まれたＰＨ≒７のエチレングル
コール溶液を用いる。ここで形成される陽極酸化膜は緻
密なバリヤ型の陽極酸化膜（酸化アルミニウム膜）とな
る。この陽極酸化膜は、５０Å〜２５００Å程度の厚さ
に制御することができる。ここでは、２００Åの厚さに
陽極酸化膜を形成する。こうして、緻密な陽極酸化膜５
０９が形成される。

【０１１４】この緻密な陽極酸化膜は、多孔質状の陽極
酸化膜５０７や５０８中に電解溶液は浸透する（または
イオンが多孔質状の陽極酸化膜中に侵入する）ために、
５０９で示される部分に形成される。この緻密な陽極酸
化膜５０９は、後の工程においてアルミニウムの異常成
長や溶解、さらには拡散を防止するためのバリア膜とし
て機能する。

【０１１５】また、緻密な陽極酸化膜の形成方法として
は、陽極酸化の代わりに酸化力の強い溶液（例えばオゾ
ン水）を用いて洗浄を行い酸化膜を形成するのでもよ
い。

【０１１６】以上のような工程を経て、ゲイト電極５０
５の周囲に緻密な陽極酸化膜５０９とその側面に多孔質
状な陽極酸化膜５０７を形成した状態を得る。また、ゲ
イト電極５０６の周囲に緻密な陽極酸化膜５０９とその
側面に多孔質状な陽極酸化膜５０８を形成した状態を得
る。（図４（Ａ））

【０１１７】次にＮＴＦＴとなる領域をレジストマスク
５１０で覆う。そして、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用い
て多孔質状の陽極酸化膜５０７を除去する。（図４
（Ｂ））

【０１１８】さらに露呈している酸化珪素膜１００１を
プラズマエッチングによって除去する。こうして、ゲイ
ト電極５０５の下に酸化珪素膜が残存した状態が得られ
る。（図４（Ｃ））

【０１１９】図４（Ｃ）に示す状態においては、ゲイト
電極５０５下に１００２で示されるように選択的に酸化
珪素膜が残存している状態となっている。

【０１２０】次に図４（Ｄ）に示すようにＢイオンの注
入をイオンドーピング法またはプラズマドーピング法で
行う。この結果、ソース領域５１１とドレイン領域５１
３が自己整合的に形成される。また、５１２で示される
領域がチャネル形成領域として画定される。（図４
（Ｄ））

【０１２１】なお、陽極酸化膜５０９の厚さの分でオフ
セットゲイト領域が、チャネル形成領域５１２とソース
領域５１１との間、さらにチャネル形成領域５１２とド
レイン領域５１３との間に形成される。

【０１２２】しかし、本実施例の場合は陽極酸化膜５０
９の厚さが２００Åと薄いので、オフセットゲイトの幅
も２００Å程度と小さいものとなる。従って、本実施例
に示す構成においては、オフセットゲイトの効果は小さ
いものとなる。このような場合は、オフセットゲイト領
域の存在を無視することができる。即ち、チャネル形成
領域５１２とドレイン領域５１３とは実質的に接した状
態と見なすことができる。また同様にチャネル形成領域
５１２とソース領域５１１とは実質的に接した状態と見
なすことができる。

【０１２３】次に図５（Ａ）に示すようにレジストマス
ク５１０を除去し、新たなレジストマスク５１４を配置
する。このレジストマスクは、ＰＴＦＴを覆いＮＴＦＴ
を露呈させるマスクパターンを有している。

【０１２４】そして、露呈している酸化珪素膜１００３
をプラズマエッチングによって除去する。この状態で
は、多孔質状の陽極酸化膜５０８は残存しており、その
下には酸化珪素膜１００４が残存している。

【０１２５】そして、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて
多孔質状の陽極酸化膜５０８を除去する。（図５
（Ｂ））

【０１２６】図５（Ｂ）に示す状態を得たら、図５
（Ｃ）に示すようにＰイオンの注入をイオンドーピング
法を用いて行う。この工程においては、ドーピング条件
を適当に選択することにより、高濃度にＢ元素がドーピ
ングされた領域（高濃度不純物領域）５１５と５１９を
自己整合的に形成することができる。また同時に低濃度
にＢ元素がドーピングされた領域（低濃度不純物領域）
５１６と５１８を自己整合的に形成することができる。

【０１２７】上述のように高濃度不純物領域と低濃度不
純物領域とを自己整合的に作り分けることができるの
は、図５（Ｂ）の工程において除去された陽極酸化膜５
０８の下の部分に残存した酸化珪素膜１００４が存在す
るからである。即ち、酸化珪素膜１００４が存在する領
域では、その下の活性層に注入されるイオンの数が減る
ので、低濃度不純物領域５１６と５１８とが形成される
ことになる。また、酸化珪素膜が存在せずに活性層（半
導体層）が露呈している領域では、活性層に直接Ｐイオ
ンが注入されるので、高濃度不純物領域５１５と５１９
とが形成される。（図５（Ｃ））

【０１２８】本実施例においては、５１５がドレイン領
域になり、５１９がソース領域になる。また、５１６で
示される低濃度不純物領域が一般的にいわれるＬＤＤ
（ライトドープドレイン）領域となる。

【０１２９】また上記のＰイオンの注入によって、ゲイ
ト電極５０６下の活性層にはＰイオンが注入されないの
でチャネル形成領域５１７が画定される。

【０１３０】なお、緻密な陽極酸化膜の膜厚の分で形成
されるオフセットゲイト領域の存在は無視できるので、
チャネル形成領域５１７と低濃度不純物領域５１６とは
実質的に接して存在していると見なすことができる。ま
た同様にチャネル形成領域５１７と低濃度不純物領域５
１８とは実質的に接して存在していると見なすことがで
きる。

【０１３１】次にレジストマスク５１４を除去し、全面
にレーザー光の照射および／または加熱処理を行う。こ
の工程において、先の工程で不純物イオンが注入された
領域の活性化とイオンの衝撃で生じた損傷がアニールさ
れる。

【０１３２】次に層間絶縁膜５２０を形成する。ここで
は、プラズマＣＶＤ法により、酸化珪素膜を６０００Å
の厚さに形成する。さらにコンタクトホールの形成を行
い、ＰＴＦＴのソース電極５２１とドレイン電極５２２
の形成を行う。さらにＮＴＦＴのソース電極５２４とド
レイン電極５２３の形成を行う。こうしてＰＴＦＴとＮ
ＴＦＴとを同一ガラス基板上に形成する。図５（Ｅ）

【０１３３】図５（Ｅ）に示す構成において、ドレイン
電極５２２と５２３とを接続し、さらにゲイト電極同士
を接続すれば、ＮＴＦＴとＰＴＦＴとを相補型に構成し
たＣＭＯＳ構成が得られる。

【０１３４】本実施例で示す構成では、ＰＴＦＴには移
動度の低下の原因となる低濃度不純物領域を形成してい
ないので、ＰＴＦＴの移動度を最大限大きくすることが
できる。

【０１３５】また、ＮＴＦＴにはＯＦＦ電流特性を改善
するために効果のある低濃度不純物領域５１６と５１８
を配置してあるので、ＯＦＦ電流特性の低いＮＴＦＴを
得ることができる。また、低濃度不純物領域が存在する
ためにホットキャリアの影響による劣化の問題を抑制で
きるという利点も得ることができる。また、低濃度不純
物領域が存在するために移動度を下げる効果を得ること
ができる。また、低濃度不純物領域が存在するためにソ
ース／ドレイン間の抵抗を高くすることができＶ_thを高
くすることができる。

【０１３６】また、ＰＴＦＴにおいてはソース／ドレイ
ン間の抵抗を低くすることができるので、Ｖ_thを小さく
することができる。また低濃度不純物領域が存在しない
ために高移動度の低下を抑制することができる。

【０１３７】即ち、本実施例に示すような構成を採用す
ることで、移動度が低めでＶ_thを少し高くしたＮＴＦＴ
を得ることができ、同時に移動度の低下を抑制でき、Ｖ
_thを低くしたＮＴＦＴを得ることができる。従って、Ｎ
ＴＦＴとＰＴＦＴとのＶ_thの違いの格差と移動度の違い
の格差とを是正することができる。また、ＮＴＦＴのホ
ットキャリア効果による劣化を抑制することができるの
で、回路動作の安定性を高めることができる。

【０１３８】このような構成は、アクティブマトリクス
型の液晶表示装置の周辺回路を構成するＣＭＯＳ回路に
おいて非常に有用なものとなる。

【０１３９】尚、本発明の装置及び方法を用いたことが
上記ＣＭＯＳ回路形成に与えるメリットを示す。まず、
従来のそれぞれを個別の装置により処理（成膜、加熱、
レーザー照射）を行って形成した場合、大気に曝される
過程が存在すること、及び各基板毎に滞留時間が異なる
事などから、それぞれまちまちな汚染の影響を受けてい
た。それがＴＦＴ特性においてはＶ_thがばらつくという
減少として表れていた。また、ＢＴストレスを与えた場
合にも、従来法を用いた場合にはドリフトが大きく、汚
染のレベルが高いことが判明していた。それに対し、本
実施例を用いた場合には、Ｖ_thの基板間ばらつきも０．
２Ｖ以下に抑えられ、ＢＴストレスに対しても高い耐性
を有していた。

【０１４０】〔実施例９〕図６及び図７に本実施例の作
製工程を示す。本実施例は、モノリシック型アクティブ
マトリクス液晶ディスプレーに関するものである。図に
おいて左側はドライバー回路の相補型ＴＦＴを示す。ま
た、右側はアクティブマトリクス回路の画素制御用ＴＦ
Ｔ（ＮＴＦＴ）を示している。

【０１４１】多結晶珪素形成工程に関しては、実施例３
と全く同様であるため割愛する。

【０１４２】そしてこの多結晶珪素膜をパターニングし
て島状の領域３０３、３０４を形成する。この島状の領
域は、周辺ドライバー回路を構成するＴＦＴの活性層と
画素に配置されるＴＦＴとの活性層とを構成する。（図
６（Ａ））

【０１４３】島状の領域３０３、３０４を形成したら、
さらにこの上にスパッタ法によって厚さ７００〜１５０
０Åの酸化珪素膜３０５を形成する。この酸化珪素膜
は、ＴＦＴのゲイト絶縁膜を構成する。

【０１４４】その後、厚さ１０００Å〜３μｍ、例え
ば、６０００Åのアルミニウム（０．１〜０．３ｗｔ％
のＳｃを含む）膜をスパッタ法や電子ビーム蒸着法によ
って形成する。このアルミニウム膜（またはアルミニウ
ムを主成分とする膜）は、後にゲイト電極を構成する。

【０１４５】そして、陽極酸化法によって厚さ５０〜１
０００Åの陽極酸化膜（図示せず）をアルミニウム表面
に形成する。その後、フォトレジストでマスク（図示せ
ず）を形成する。さらにこのレジストマスクを用いてパ
ターニングを行い、アルミニウムでなるゲイト電極３０
６、３０７、３０８を形成する。また同時に配線３０９
を形成する。この配線３０９は後に画素部分における補
助容量を形成するために利用される。（図６（Ｂ））

【０１４６】さらにゲイト電極３０６、３０７、３０８
と配線３０９を陽極として、電解液中で電流を通じて陽
極酸化を行う。この陽極酸化では多孔質状の陽極酸化膜
が形成される。

【０１４７】この多孔質状の陽極酸化膜の形成は、電解
溶液として、３〜２０％のクエン酸もしくはショウ酸、
燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性水溶液を用いて行う。ま
た電圧の印加は、５〜３０Ｖの一定電流とする。

【０１４８】本実施例ではシュウ酸溶液（３０℃）中で
電圧を８Ｖとし、２０〜１４０分、陽極酸化を行う。陽
極酸化膜の厚さは陽極酸化時間によって制御する。この
工程においては、ゲイト電極３０６、３０７、３０８お
よび配線３０９上に図示しないレジストマスクが配置さ
れているので、ゲイト電極３０６、３０７、３０８およ
び配線３０９の側面に多孔質状の陽極酸化膜３１０、３
１１、３１２、３１３が形成される。

【０１４９】この多孔質状の陽極酸化膜の厚さは１００
０Å〜２５μｍの範囲内において選択することができ
る。この多孔質状の陽極酸化膜は後の工程において、低
濃度不純物領域の形成のために利用される。またこの多
孔質状の陽極酸化膜の厚さで低濃度不純物領域の幅が決
定される。ここではこの多孔質状の陽極酸化膜の厚さは
６０００Åとする。

【０１５０】次に、図示しないレジストマスクを除去
し、再び電解溶液中において、ゲイト電極に電流を印加
し、陽極酸化を行う。この陽極酸化は、電界溶液として
３〜１０％の酒石液、硼酸、硝酸が含まれたＰＨ≒７の
エチレングルコール溶液を用いて行う。ここで形成され
る陽極酸化膜は緻密なバリヤ型の陽極酸化膜（酸化アル
ミニウム膜）となる。この陽極酸化膜は、５０Å〜２５
００Å程度の厚さに制御することができる。ここでは、
２００Åの厚さの陽極酸化膜を形成する。こうして、緻
密な陽極酸化膜３１４、３１５、３１６、３１７が形成
される。またこの陽極酸化膜は、図６（Ｄ）に示すよう
に多孔質状の陽極酸化膜３１０〜３１３の内側に形成さ
れる。（図６（Ｄ））

【０１５１】この陽極酸化膜３１４〜３１７は、ゲイト
電極や配線の表面を直接覆っており、後の加熱処理の工
程やレーザー光の照射工程において、ゲイト電極や配線
を構成するアルミニウムが異常成長したり、溶解したり
することを抑制する機能がある。

【０１５２】次にレジストマスク３１８を形成する。こ
のレジストマクスによって、周辺ドライバー回路を構成
するＰチャネル型ＴＦＴ（ＰＴＦＴ）の部分のみが露呈
する状態となる。（図６（Ｅ））

【０１５３】そして燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて多
孔質状の陽極酸化膜をエッチングする。この燐酸、酢
酸、硝酸の混酸は、多孔質状の陽極酸化膜を選択的にエ
ッチングすることができるエッチャントである。

【０１５４】そしてドライエッチング法によって露呈し
た酸化珪素膜３０５をエッチングする。このエッチング
は、等方性エッチングのプラズマモードでも、あるいは
異方性エッチングの反応性イオンエッチングモードでも
よい。ただし、珪素と酸化珪素の選択比を十分に大きく
することによって、活性層を深くエッチングしないよう
にすることが重要である。例えば、エッチングガスとし
てＣＦ₄ を使用すれば陽極酸化膜はエッチングせずに、
酸化珪素膜を選択的にエッチングすることができる。こ
うして、ＰＴＦＴの露呈した酸化珪素膜が除去される。
（図７（Ａ））

【０１５５】そして、イオンドーピング法（またはプラ
ズマドーピング法）によって、ＴＦＴの活性層３０３の
ＰＴＦＴに対応する部分にＢイオンを注入する。この工
程においてはゲイト電極３０７がマスクとなり、自己整
合的にソース領域３１９とドレイン領域３２１が形成さ
れる。またチャネル形成領域３２０が画定する。（図７
（Ａ））

【０１５６】なお、緻密な陽極酸化膜３１５が存在する
ことによって、チャネル形成領域３２０とソース領域３
１９の間、さらにチャネル形成領域３２０とドレイン領
域３２１との間にオフセットゲイト領域が形成されるこ
とになるが、本実施例の場合、陽極酸化膜３１５の厚さ
が２００Åと薄いので、このオフセットゲイト領域の存
在は図には記載していない。

【０１５７】即ち、オフセットゲイト領域の存在を無視
することができるので、この場合、チャネル形成領域３
２０とドレイン領域３１９とは実質的に接していると見
なすことができる。また同様にチャネル形成領域３２０
とソース領域３２１とが実質的に接していると見なすこ
とができる。

【０１５８】次にレジストマクス３１８を除去する。そ
して新たなレジストマスク３２２を設ける。このレジス
トマスク３２２は、先にＢイオンが注入されたＰＴＦＴ
の部分をマスクし、他の部分を露呈させるようなパター
ンを有している。（図７（Ｂ））

【０１５９】次に露呈した酸化珪素膜３０５をプラズマ
エッチングによって選択的に除去する。そして燐酸、酢
酸、硝酸の混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜３１０、
３１１、３１３を除去する。この結果、図７（Ｃ）に示
すように多孔質状の陽極酸化膜３１０と３１１が存在し
た部分の下部に酸化珪素膜が残存することになる。

【０１６０】さらにイオンドーピング法によって、Ｐイ
オンの注入を行う。この際、イオンの加速電圧とドーズ
量を適当に選択することによって、活性層に対する注入
量を選択的に制御することができる。

【０１６１】例えば、領域３２３、３２７、３２８、３
３２が露呈しているので、多量のＰイオンが注入され
て、Ｐ元素を高濃度に含む領域として形成することがで
きる。また、領域３２４、３２６、３２９、３３１は、
その上に酸化珪素膜が存在しているので、注入されるイ
オンの多くが酸化珪素膜で遮られ、低濃度のＰイオンが
注入されることになる。こうして、高濃度不純物領域３
２３、３２７、３２８、３３２と低濃度不純物領域３２
４、３２６、３２９、３３１を自己整合的に形成するこ
とができる。（図７（Ｃ））

【０１６２】このような構成は、イオン注入の条件を例
えば、加速電圧を５〜３０ｋＶと低めに設定し、ドーズ
量を５×１０¹⁴〜５×１０¹⁵ｃｍ^-2と多めに設定するこ
とによって得ることができる。

【０１６３】本実施例においては、高濃度不純物領域３
２３と３２８がソース領域となる。また高濃度不純物領
域３２７と３３２がドレイン領域となる。また、低濃度
不純物領域３２６と３３１が、一般的にＬＤＤ（ライト
ドープドレイン）領域と呼ばれる領域となる。

【０１６４】次にレーザー光（または強光）の照射、ま
たは加熱、またはレーザー光の照射と加熱を併用した処
理を行うことで、注入された不純物イオンの活性化と不
純物イオンの注入に従う損傷のアニールを行う。（図７
（Ｄ））

【０１６５】本実施例に示す構成においては、図７
（Ｄ）のＸで示される長さが低濃度不純物領域（高抵抗
領域）の幅（長さ）となる。この値は、図６（Ｃ）の工
程で形成される多孔質状の陽極酸化膜の成長距離でほぼ
決定される。本実施例においては、この低濃度不純物領
域の幅（長さ）は約６０００Åとなる。

【０１６６】次に全面に層間絶縁物３３３を形成する。
ここでは、ＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ２０００
Å〜１μｍ、例えば５０００Åの厚さに形成する。さら
に画素電極となるＩＴＯ電極３３４をスパッタ法で形成
する。

【０１６７】そして、コンタクトホールの形成を行い、
ＮＴＦＴのソース電極３３５とドレイン電極３３６を形
成する。またＰＴＦＴのソース電極３３７とドレイン電
極３３６を形成する。ここでは、周辺ドライバー回路を
構成するＮＴＦＴとＰＴＦＴのドレイン電極は共通なも
のとして設ける。

【０１６８】また、画素電極３３４は、配線３０９上の
緻密な陽極酸化膜３１７を介して配線３０９と補助容量
を形成する。このようにして、周辺ドライバー回路を構
成する相補型のＮＴＦＴとＰＴＦＴ、さらに画素に配置
されるＮＴＦＴとを同一ガラス基板上に集積化して形成
することができる。

【０１６９】本実施例では、周辺回路として、ドライバ
ー回路の一部分を示した。しかし、シフトレジスタ回路
やデコーダー回路、さらにメモリー回路や演算回路、さ
らにその他電子集積回路をＴＦＴで構成する際に、本実
施例に示したＮＴＦＴとＰＴＦＴとの組み合わせを利用
することができる。そして本実施例に示したような構成
を利用することで、絶縁表面を有する基板上に集積化さ
れる電子回路の特性や信頼性を向上させることができ
る。特に基板が大型化した場合には、熱容量が大きくな
り、かつハンドリングが複雑となる。その場合には本発
明の特徴である、マルチタスクで各処理室の温度を１０
０℃以内に抑えた構成は、非常に有利である。勿論特性
的にも昇温降温のサイクルを何度も繰り返さずに済み、
膜のピーリング、マイクロクラック等を防ぐことが可能
で優れている。

【０１７０】

【発明の効果】本発明の構成を用いることで、非晶質珪
素膜の成膜から前記非晶質珪素膜の結晶化までの工程を
連続して一つの装置内で行うことが可能となった。ま
た、更には基板上に非晶質珪素膜を形成する工程から、
前記珪素膜を結晶化せしめて多結晶珪素膜を形成するま
でを一度も大気に暴露することなく連続的に行うことが
可能となった。その結果、汚染、その中でも結晶化の代
表的な阻害要因である炭素による汚染のレベルを従来よ
りも著しく低減することが可能となった。また、従来の
方法においては、大気中に暴露する工程において自然酸
化膜形成されてしまい、この酸化膜が特性の不安定化の
一つの原因であったが、これを実質的に無視できるレベ
ルで処理可能であり、その結果、半導体装置を作製する
際の基板間バラツキを小さくすることが可能となった。
また、スループットにおいても、基板温度がほぼ同程度
の処理をマルチタスクで行うという構成であるため非常
に高く、従来法の１０倍以上のスループットが可能とな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施例に使用した多結晶珪素作製装置の構
成図。

【図２】 本実施例の多結晶珪素形成工程の例及びそれ
に使用した装置の構成図。

【図３】 本実施例に使用した多結晶珪素作製装置の構
成図。

【図４】 本実施例による半導体装置の作製工程図。

【図５】 本実施例による半導体装置の作製工程図。

【図６】 本実施例による半導体装置の作製工程図。

【図７】 本実施例による半導体装置の作製工程図。

【符号の説明】

１０１、１０２ 基板搬入／搬
出室 １０３、１０４、１０５、１０６ 処理室 １０７ レーザー処理
室 １０９ 基板搬送ロボ
ット １１０ 基板 １１９ 予備室 １２２ エキシマレー
ザー ５０１、 ガラス基板 ５０２、 下地膜（酸化
珪素膜） ５０３、５０４ 活性層（島状
半導体層） ５００、 酸化珪素膜
（ゲイト絶縁膜） ５０５、５０６ ゲイト電極 ５０７、５０８ 多孔質状の陽
極酸化膜 ５０９ 緻密な陽極酸
化膜 ５１０ レジストマス
ク １００１、１００３ エッチングさ
れる酸化珪素膜 １００２、１００４ 残存した酸化
珪素膜 ５１１ ソース領域 ５１２ チャネル形成
領域 ５１３ ドレイン領域 ５１４ レジストマス
ク ５１５、５１３ ドレイン領域
（高濃度不純物領域） ５１６、 低濃度不純物
領域（ＬＤＤ領域） ５１７、５１２ チャネル形成
領域 ５１８ 低濃度不純物
領域 ５１９、５１１ ソース領域
（高濃度不純物領域） ３０１ ガラス基板 ３０２ 下地膜（酸化
珪素膜） ３０３、３０４ 活性層（島状
の半導体層） ３０５ 酸化珪素膜
（ゲイト絶縁膜） ３０６、３０７、３０８ ゲイト電極 ３０８ ゲイト配線 ３１０、３１１、３１２、３１３ 多孔質状の陽
極酸化膜 ３１４、３１５、３１６、３１７ 緻密な陽極酸
化物層 ３１８ レジストマス
ク ３１９ ソース領域 ３２０ チャネル形成
領域 ３２１ ドレイン領域 ３２２ レジストマス
ク ３２３、３２８ ソース領域
（高濃度不純物領域） ３２４、３２９ 低濃度不純物
領域 ３２５、３３０ チャネル形成
領域 ３２６、３３１ 低濃度不純物
領域（ＬＤＤ領域） ３２７、３３２ ドレイン領域
（高濃度不純物領域） ３３３ 層間絶縁膜 ３３４ 画素電極（Ｉ
ＴＯ電極） ３３５、３３７、３３８ ソース電極 ３３６、３３９ ドレイン電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ３０Ｂ 29/06 ５０４ Ｃ３０Ｂ 29/06 ５０４Ｆ Ｈ０１Ｌ 21/20 Ｈ０１Ｌ 21/20 21/205 21/205 29/786 29/78 ６２７Ｇ 21/336

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非晶質珪素膜の成膜から前記非晶質珪素膜
   の結晶化までの工程を連続して一つの装置内で行う機能
   を有することを特徴とする多結晶珪素作製装置。
2. 【請求項２】絶縁表面を有する基板上に珪素膜を形成す
   る工程から、前記珪素膜を結晶化せしめて多結晶珪素膜
   を形成するまでを一度も大気に暴露することなく連続的
   に行える機能を有することを特徴とする多結晶珪素作製
   装置。
3. 【請求項３】気密性を有する複数のチャンバーが共通の
   搬送室を介して接続されており、 前記チャンバーの少なくとも一つは珪素膜の成膜を行う
   手段を有し、 前記チャンバーの少なくとも一つは珪素の結晶化を助長
   する金属元素を導入する手段を有し、 前記チャンバーの少なくとも一つは珪素の結晶化を行う
   手段を有し、 ていることを特徴とする多結晶珪素作製装置。
4. 【請求項４】気密性を有する複数のチャンバーが共通の
   搬送室を介して接続されており、 前記チャンバーの少なくとも一つは減圧熱ＣＶＤ法によ
   る珪素膜の成膜を行う手段を有し、 前記チャンバーの少なくとも一つは珪素の結晶化を助長
   する金属元素を導入する手段を有し、 前記チャンバーの少なくとも一つは珪素の結晶化を行う
   手段を有し、 ていることを特徴とする多結晶珪素作製装置。
5. 【請求項５】気密性を有する複数のチャンバーが共通の
   搬送室を介して接続されており、 前記チャンバーの少なくとも一つはプラズマＣＶＤ法に
   よる珪素膜の成膜を行う手段を有し、 前記チャンバーの少なくとも一つは珪素の結晶化を助長
   する金属元素を導入する手段を有し、 前記チャンバーの少なくとも一つは珪素の結晶化を行う
   手段を有し、 ていることを特徴とする多結晶珪素作製装置。
6. 【請求項６】請求項３または請求項４または請求項５に
   おいて、結晶化を助長する金属元素を導入する手段をは
   気相法によることを特徴とする多結晶珪素作製装置。
7. 【請求項７】請求項６において、気相法として、プラズ
   マ処理、ＭＯＣＶＤ、光ＣＶＤ、から選ばれた方法を用
   いることを特徴とする多結晶珪素作製装置。
8. 【請求項８】請求項３または請求項４または請求項５に
   おいて、珪素の結晶化を行う手段は、強光またはレーザ
   ー光の照射を行う機能を有することを特徴とする多結晶
   珪素作製装置。
9. 【請求項９】請求項３または請求項４または請求項５に
   おいて、珪素の結晶化を行う手段は、加熱によるもので
   あることを特徴とする多結晶珪素作製装置。
10. 【請求項１０】請求項３または請求項４または請求項５
    において、各チャンバーの温度を±１００℃に範囲内に
    抑える機能を有することを特徴とする多結晶珪素作製装
    置。
11. 【請求項１１】請求項３または請求項４または請求項５
    において、試料の各チャンバー間における移送は、気密
    性が保たれた状態で行われることを特徴とする多結晶珪
    素作製装置。
12. 【請求項１２】非晶質珪素膜の成膜から前記非晶質珪素
    膜の結晶化までの工程を連続して一つの装置内で行うこ
    とを特徴とする多結晶珪素作製方法。
13. 【請求項１３】絶縁表面を有する基板上に珪素膜を形成
    する工程から、前記珪素膜を結晶化せしめて多結晶珪素
    膜を形成するまでを一度も大気に暴露することなく連続
    的に行うことを特徴とする多結晶珪素作製方法。
14. 【請求項１４】気密性を有した状態において、 絶縁表面上に珪素の結晶化を助長する金属元素を接して
    設ける工程と、 珪素膜の成膜を行う工程と、 珪素の結晶化を行う工程と、 を有することを特徴とする多結晶珪素作製方法。
15. 【請求項１５】気密性を有した状態において、 珪素膜の成膜を行う工程と、 前記珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素を
    導入する工程と、 珪素の結晶化を行う工程と、 を有することを特徴とする多結晶珪素作製方法。
16. 【請求項１６】請求項１４または請求項１５において、
    珪素膜の成膜は、減圧熱ＣＶＤ法あるいはプラズマＣＶ
    Ｄ法によることを特徴とする多結晶珪素作製方法。
17. 【請求項１７】請求項１４または請求項１５において、
    結晶化を助長する金属元素を導入する手段は気相法によ
    ることを特徴とする多結晶珪素作製方法。
18. 【請求項１８】請求項１７において、気相法として、プ
    ラズマ処理、ＭＯＣＶＤ、光ＣＶＤ、から選ばれた方法
    を用いることを特徴とする多結晶珪素作製方法。
19. 【請求項１９】請求項１４または請求項１５において、
    珪素の結晶化を行う方法として強光またはレーザー光の
    照射が利用されることを特徴とする多結晶珪素作製方
    法。
20. 【請求項２０】請求項１４または請求項１５において、
    珪素の結晶化を行う方法として加熱による方法が利用さ
    れることを特徴とする。
21. 【請求項２１】請求項１４または請求項１５において、
    各チャンバーの温度を±１００℃に範囲内に抑えること
    を特徴とする多結晶珪素作製方法。
22. 【請求項２２】請求項１４または請求項１５において、
    試料の各チャンバー間における移送は、気密性が保たれ
    た状態で行われることを特徴とする多結晶珪素作製方
    法。