JPH10233364A

JPH10233364A - 半導体装置作製方法

Info

Publication number: JPH10233364A
Application number: JP5108697A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Hisashi Otani; 久大谷
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】結晶化を助長する触媒元素を用いて固相成長
により得た結晶性珪素から、固相成長温度よりも低い温
度（８００℃以下、例えば、５５０℃程度）の加熱処理
で触媒元素を除去する方法を提供する。【解決手段】触媒元素を有する結晶性珪素を、塩化水
素の如きハロゲン化合物とジクロールシラン（ＳｉＨ₂
Ｃｌ₂）とを有する雰囲気において加熱処理することに
より、珪素とハロゲン化合物の反応を抑制し、触媒元素
とハロゲン化合物の反応を優先させておこなわせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本明細書で開示する発明は、結晶
性を有する珪素半導体膜を用いた半導体装置の作製方法
に関する。この発明は、例えば、結晶性珪素膜を用いた
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の作製に利用することがで
きる。

【０００２】

【従来の技術】薄膜半導体を用いた薄膜トランジスタ
（以下ＴＦＴ等）が知られている。これは、基板上に薄
膜半導体、特に珪素半導体膜を形成し、この薄膜半導体
を用いて構成されるものである。ＴＦＴは、各種集積回
路に利用されているが、特にアクティブマトリックス型
の液晶表示装置の各画素の設けられたスイッチング素
子、周辺回路部分に形成されるドライバー素子として注
目されている。また、多層構造集積回路（立体ＩＣ）に
も不可欠の技術として注目されている。

【０００３】ＴＦＴに利用される珪素膜としては、非晶
質珪素膜を用いることが簡便であるが、その電気的特性
は半導体集積回路に用いられる単結晶半導体のものに比
較するとはるかに低いという問題がある。このため、ア
クティブマトリクス回路のスイッチング素子のような限
られた用途にしか用いられなかった。ＴＦＴの特性向上
のためには、結晶性を有する珪素薄膜を利用すればよ
い。

【０００４】単結晶珪素以外で、結晶性を有する珪素膜
は、多結晶珪素、ポリシリコン、微結晶珪素等と称され
ている。このような結晶性を有する珪素膜を得るために
は、まず非晶質珪素膜を形成し、しかる後に加熱（熱ア
ニール）によって結晶化させればよい。この方法は、固
体の状態を保ちつつ非晶質状態が結晶状態に変化するの
で、固相成長法と呼ばれる。

【０００５】しかしながら、珪素の固相成長において
は、加熱温度が６００℃以上、時間は１０時間以上が必
要であり、基板として安価なガラス基板を用いることが
困難であ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℃以上の熱アニールをおこなうことには問
題がある。

【０００６】このような問題に対して、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、白金、銅、金等の元素を微量に堆積させ、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。（特開平６−２
４４１０３）

【０００７】上記のような微量な元素（結晶化を助長す
る触媒元素）を導入するには、スパッタリング法によっ
て、触媒元素もしくはその化合物の被膜を堆積する方法
（特開平６−２４４１０４）、スピンコーティングのご
とき手段によって触媒元素もしくはその化合物の被膜を
形成する方法（特開平７−１３０６５２）、触媒元素を
含有する気体を熱分解、プラズマ分解等の手段で分解し
て、被膜を形成する方法（特開平７−３３５５４８）等
の方法があり、それぞれの特徴に応じて使い分ければよ
い。

【０００８】また、触媒元素の導入を特定の部分に選択
的におこない、その後、加熱することにより、触媒元素
の導入された部分から周囲へ、結晶成長を広げること
（ラテラル成長法もしくは横成長法）もできる。このよ
うな方法で得られた結晶珪素は、結晶化の方向性がある
ので、方向性に応じて極めて優れた特性を示す。

【０００９】さらに、触媒元素を用いた結晶化工程の
後、レーザー光等の強光の照射により、さらに結晶性の
改善をおこなうことも有効である（特開平７−３０７２
８６）。また、上記の横成長法においては、それに続い
て熱酸化をおこなうことも有効である（特開平７−６６
４２５）。

【００１０】このように触媒元素を用いて結晶化をおこ
なうと、より低い温度で、より短時間で、より質のよい
結晶性珪素膜が得られた。加熱処理の温度は、非晶質珪
素膜の種類にも強く依存するが、４５０〜６５０℃が好
ましく、特に、５５０〜６００が好ましかった。

【００１１】しかしながら、この方法における最大の問
題は、触媒元素の除去であった。珪素膜中に導入された
触媒元素は電気特性・信頼性に悪影響を及ぼすことが無
視できない。特に、触媒元素を用いた結晶化の工程にお
いては、その機構において、触媒元素は主として導電性
の珪化物として、被膜中に残存するため、欠陥の大きな
原因となる。

【００１２】一般に触媒元素のうち、ニッケルやパラジ
ウム、白金、銅、銀、金はハロゲンもしくはハロゲン化
水素（特に、塩化水素）を含む雰囲気において高温で加
熱すると珪素中から離脱することが知られている。しか
しながら、このような高温処理を用いることは、低温結
晶化の効果を相殺するものであり、より低温で除去する
ことが求められている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、８００
℃以下の低温では触媒元素の離脱よりも珪素のエッチン
グがはるかに大きく、珪素膜が大きなダメージが与えら
れる。触媒元素として、Ｎｉを例に取ると、ニッケルは
塩化水素と下記のように反応する。反応Ｋ₁ Ｎｉ＋２ＨＣｌ → ＮｉＣｌ₂ ＋Ｈ₂ （式１）

【００１４】一方、珪素は塩化水素と以下のように反応
する。反応Ｋ₂ Ｓｉ＋２ＨＣｌ → ＳｉＣｌ₂ ＋Ｈ₂ （式２）二塩化珪素（ＳｉＣｌ₂ ）は、８００℃以下では、水素
と化合して容易にジクロールシラン（ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ ）
となる。したがって、８００℃以下では、珪素と塩化水
素の反応は以下のようになる。反応Ｋ₃ Ｓｉ＋２ＨＣｌ → ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ （式３）

【００１５】ここで、塩化ニッケル（ＮｉＣｌ₂ ）と二
塩化珪素もしくはジクロールシランの飽和蒸気圧を比較
すると、１０００℃程度の高温となると前者と後者（そ
の場合はジクロールシランは二塩化珪素と水素に分離し
て存在する）の蒸気圧比はほとんど同じであり、ニッケ
ルと珪素のエッチングはほぼ同じ速度で進行する。

【００１６】そして、ニッケル等の金属元素の除去に際
して、珪素がエッチングされるのに対し、モノシラン
（ＳｉＨ₄ ）を導入すると、珪素のエッチングが抑制で
きることが報告されている（ＩＢＭ Technical Disclo
sure Bulletin: vol. 1, No 51973) 。これは、加熱工
程においてモノシランが分解して珪素のエッチングされ
た分だけ、新たな珪素膜がエピタキシャル成長するため
と推定される。したがって、この方法においては雰囲気
に酸素が存在することは好ましくない。

【００１７】多くの場合、酸素はモノシランと空間で反
応して酸化珪素の微粉末を形成し、これが珪素膜に比着
すると、膜質を低下させる。また、酸素が珪素表面に到
達すると、珪素表面に酸化膜が形成される。いずれにし
ても、これらはエピタキシャル成長を阻害する要因であ
る。

【００１８】また、この方法は、より低温での処理しか
許されない場合には有効でない。すなわち、エピタキシ
ャル成長は１０００℃程度の高温でしか起こらないから
である。例えば、６００℃の熱処理において、上記の方
法に記されたように、モノシランを導入すると、結晶性
の悪い珪素膜が堆積するだけである。

【００１９】一方、８００℃以下、典型的には７５０℃
以下では、塩化ニッケルの蒸気圧は、ジクロールシラン
の蒸気圧よりもはるかに小さいため、主たる反応は圧倒
的に珪素のエッチングであり、ニッケル等の触媒元素の
反応の比率は極めて低い。そのため、このような低温で
の塩化水素雰囲気中の加熱処理では、珪素のエッチング
の結果、かえって触媒元素の濃度が高まるという結果と
なる。すなわち、上記の文献に記された方法は、７５０
℃以下の温度においては、全く有効でない。

【００２０】本発明は、上記の問題点を解決して、７５
０℃以下の低温での加熱処理でも、珪素のエッチングを
抑制しつつ、触媒元素を除去するのに有効な方法を提供
するものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
は、非晶質珪素膜を、非晶質珪素膜の結晶化を助長する
触媒元素を用いて結晶化させ、結晶性珪素膜を得る工程
と、ハロゲン元素とハロゲン元素を含む珪化物とを含む
雰囲気中での加熱処理を施し、前記金属元素を選択的に
除去する工程と、を有することを特徴とする。

【００２２】他の発明の構成は、非晶質珪素膜を、非晶
質珪素膜の結晶化を助長する触媒元素を用いて結晶化さ
せ、結晶性珪素膜を得る工程と、ハロゲン元素を含む雰
囲気中での加熱処理を施し、前記金属元素を選択的に除
去する工程と、を有し、前記雰囲気中には、珪素とハロ
ゲン元素との化合物を含む気体が添加されていることを
特徴とする。

【００２３】ハロゲン元素を含む珪化物または珪素とハ
ロゲン元素との化合物を含む気体としては、ジクロール
シランや二塩化珪素を挙げることができる。

【００２４】他の発明は、非晶質珪素膜の結晶化を助長
する触媒元素を用いて結晶化した珪素膜を塩素もしくは
塩化水素に加えて、ジクロールシランおよび／または二
塩化珪素とも有する雰囲気において加熱処理することを
特徴とする。ここで、加熱処理温度は、７５０℃以下で
ある。

【００２５】触媒元素としては、先行技術に記されてい
るように、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏ
ｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複
数種類の元素が用いられる。

【００２６】加熱処理の際の雰囲気には、さらに、窒素
および／または希ガスを含有せしめてもよい。また、珪
素のエッチングを抑制するという意味では、適量の酸素
を含有せしめてもよい。すなわち、酸化珪素は塩化水素
によってエッチングされないので、珪素膜表面を酸化す
ると珪素のエッチングを抑制できる。一方、多くの場
合、触媒元素の酸化物は、単体と同様、塩化水素によっ
て除去できる。

【００２７】ただし、あまりに酸化珪素膜が厚いと、そ
れが触媒元素が表面に移動する障害となるので、好まし
くない。酸化珪素の厚さは５０Å以下となるように、酸
素濃度、温度を調整することが望ましい。

【００２８】本発明では、熱処理の温度として、４５０
〜７００℃、好ましくは５５０〜６００℃を前提とする
が、該温度範囲では、酸素の分圧が５〜４０％であれ
ば、上記の条件を満たす。もちろん、温度範囲が上記の
ものと異なれば、最適な酸素の分圧も上記のものと異な
る。

【００２９】次に発明の原理を説明する。塩化珪素とニ
ッケルの反応は（式１）に記した通りである。一方、７
５０℃以下での塩化水素と珪素の反応は次の２段階の反
応よりなる。反応Ｋ₂ Ｓｉ＋２ＨＣｌ → ＳｉＣｌ₂ ＋Ｈ₂ （式２）反応Ｋ₄ ＳｉＣｌ₂ ＋Ｈ₂ → ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ （式４）

【００３０】反応Ｋ₂ と反応Ｋ₄ をまとめたものが（式
３）であるが、反応を厳密に解釈する目的からは、上記
のように２つの式に分けて考えるべきである。ここで、
上記の連続する２つの反応においては、反応Ｋ₄ の方が
遅く、すなわち、反応Ｋ₄ が律速反応である。

【００３１】ここで、上記反応Ｋ₁ 、Ｋ₂ 、Ｋ₄ の反応
速度は、それぞれ下記の（式５）〜（式７）で表現され
る。

【００３２】

【数１】

【００３３】

【数２】

【００３４】

【数３】

【００３５】この式から結論されることは、反応Ｋ₁ およびＫ₂ の速度は塩化水素濃度に比例す
る。反応Ｋ₁ およびＫ₂ の速度は水素濃度に反比例する。反応Ｋ₂ の速度は二塩化珪素濃度に反比例する。反応Ｋ₄ の速度はジクロールシラン濃度に反比例す
る。である。

【００３６】したがって、上記とより、塩化水素濃
度や水素濃度を調整することはニッケルのエッチングに
も珪素のエッチングにも同等に影響するので、何ら意味
がない。これに対し、上記とより、二塩化珪素やジ
クロールシランの濃度を調整することは、珪素のエッチ
ングのみに影響を及ぼし、ニッケルのエッチングには影
響がない。

【００３７】すなわち、反応雰囲気における、二塩化珪
素の濃度を高めると、反応Ｋ₂ の速度は低下する。すな
わち、珪素のエッチングは抑制される。また、ジクロー
ルシランの濃度を高めると、反応Ｋ₄ の速度が低下する
ので、雰囲気における二塩化珪素の濃度が高まり、間接
的に反応Ｋ₂ の速度を低下させる。好ましくは、雰囲気
のジクロールシランおよび／または二塩化珪素の濃度を
塩素もしくは塩化水素より高めるとよい。

【００３８】上記の説明から明らかなように、本発明
は、エッチングされた珪素を補うために珪素源（例え
ば、モノシラン）を供給する技術とは原理が異なる。実
際、二塩化珪素もジクロールシランもモノシランよりは
はるかに安定であり、モノシランが６００℃以下の温度
で熱分解するのに対し、二塩化珪素（ジクロールシラン
は８００℃程度で二塩化珪素と水素に熱分解する）が熱
分解して珪素になるには、１０００℃程度の温度が必要
である。

【００３９】本発明では、７５０℃以下の低温での熱処
理であるので、雰囲気に添加されるジクロールシランも
二塩化珪素も分解することはなく、珪素や触媒元素に直
接作用して、化学反応することもない。ただ、雰囲気に
存在することによってのみ、反応速度を制御するという
作用を示す。したがって、雰囲気に酸素が存在すること
は何ら問題ではない。

【００４０】以上においては、触媒元素をニッケルとし
て例示したが、他の触媒元素であっても同様である。ま
た、塩素以外の他のハロゲン元素を利用する場合は、珪
素とそのハロゲン元素との化合物の気体を雰囲気中に添
加すればよい。

【００４１】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例では、ガラス基板上の結晶性を有
する珪素膜を形成する例を示す。図１を用いて、触媒元
素（ここではニッケルを用いる）を導入し、結晶化する
工程までを説明する。本実施例においては、基板として
コーニング７０５９ガラスを用いた。またその大きさは
１００ｍｍ×１００ｍｍとする。まず、基板１１上に酸
化珪素膜１２をスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法に
よって形成した。酸化珪素膜１２の厚さは１０００〜５
０００Å、例えば、２０００Åとした。（図１（Ａ））

【００４２】次に、非晶質珪素膜１３をプラズマＣＶＤ
法やＬＰＣＶＤ法によってアモルファス状のシリコン膜
を１００〜１５００Å形成する。ここでは、プラズマＣ
ＶＤ法によって非晶質珪素膜１３を５００Åの厚さに成
膜した。（図１（Ｂ））そして、汚れ及び自然酸化膜を
取り除くためにフッ酸処理をおこなった。非晶質珪素膜
の代わりにＳｉ_xＧｅ_1-xで示される非晶質膜を用いて
もよい。

【００４３】次にニッケルの超薄膜を形成した。本実施
例では、スピンコーティング法による方法を採用した。
詳細な条件は、特開平７−１３０６５２の実施例１に示
してある。すなわち、厚さ１０〜５０Åの酸化珪素膜
（図示せず）を酸素雰囲気中で紫外光（低圧水銀ラン
プ）を５分照射して得た。

【００４４】そして、ニッケル濃度が１００ｐｐｍであ
る酢酸ニッケル溶液２ｍｌを、基板上に滴下し、この状
態を保持し、さらに、スピナーを用いてスピンドライ
（２０００ｒｐｍ、６０秒）をおこなった。かくして、
酢酸ニッケルの超薄膜１４が形成された。酢酸ニッケル
薄膜は、極めて薄いので、連続的な膜でない可能性もあ
るが、結果には何ら問題はない。（図１（Ｃ））

【００４５】その後、固相成長（結晶化）の工程に移
る。すなわち、基板を窒素雰囲気の５５０〜６００℃、
例えば、６００℃に加熱するように設定し、この状態で
放置した。酢酸ニッケルは３００℃程度で熱分解して、
ニッケルとなり、さらに４５０℃以上で、触媒としての
機能を呈し、非晶質珪素膜の結晶化が進行した。必要な
時間、例えば４時間だけ放置して結晶化した珪素膜１５
を得ることができた。（図１（Ｄ））

【００４６】次に触媒元素であるニッケルの除去の工程
に移る。その前にフッ酸処理により先に形成した表面の
酸化珪素膜を除去した。そして、基板を６００℃に加熱
し、塩化水素、ジクロールシラン、窒素を導入した。本
実施例では、窒素の分圧が７５％、塩化水素の分圧を２
％、ジクロールシランの分圧を２３％とした。雰囲気中
の酸素の濃度は０．１％以下とした。この状態で１０〜
６０分放置することにより、ニッケルの除去をおこなっ
た。（図１（Ｅ））

【００４７】上記のような条件で処理を行うと、ニッケ
ルのみが塩化ニッケルという形で気化し、選択的に膜外
に除去される。即ち、ニッケルを選択的に除去すること
ができる。そして、その際に珪素のエッチングを進行す
ることを抑制することができる。

【００４８】上記の工程により、結晶化し、かつ、ニッ
ケル濃度の低下した珪素膜１６を得た。

【００４９】〔実施例２〕本実施例は、実施例１に示す
作製方法において、１２００Åの酸化珪素膜を選択的に
設け、この酸化珪素膜をマスクとして選択的にニッケル
を導入し、固相成長をおこなうことによって、横方向の
結晶化をおこない、さらに、ニッケルを除去する例であ
る。図２に本実施例における作製工程の概略を示す。ま
ず、ガラス基板（コーニング７０５９、１０ｃｍ角）２
１上に、酸化珪素膜２２を厚さ１０００〜５０００Åに
形成した。さらに、プラズマＣＶＤ法もしくは減圧ＣＶ
Ｄ法によって、非晶質珪素膜２３を厚さ５００〜１００
０Åに形成した。

【００５０】さらに、マスク膜となる酸化珪素膜２４を
１０００Å以上、ここでは１２００Åの厚さに、スパッ
タ法によって成膜した。この酸化珪素膜２４の膜厚につ
いては、発明者等の実験によると５００Åでも問題がな
いことを確認しているが、ピンホール等の存在によっ
て、意図しない箇所にニッケルが導入されることを防ぐ
ため、ここでは更に余裕を持たせた。（図２（Ａ））

【００５１】そして通常のフォトリソパターニング工程
によって、必要とするパターンに酸化珪素膜２４をパー
ニングし、ニッケル導入のための窓２５を形成した。こ
のような加工をおこなった基板上に、実施例１と同様
に、スピンコーティング法により、適当な厚さの酢酸ニ
ッケル超薄膜２６を堆積した。（図２（Ｂ））

【００５２】引き続き、５５０℃（窒素雰囲気）、８時
間の加熱処理を施すことにより、非晶質珪素膜２３の結
晶化をおこなった。この際、まず、酢酸ニッケル膜が非
晶質珪素膜と密着した部分２７において、結晶化が始ま
った。（図２（Ｃ））その後、結晶化は図中の矢印に示すようにその周囲へ進
行し、マスク膜２４で覆われた領域２８でも結晶化がお
こなわれた。（図２（Ｄ））

【００５３】図２（Ｄ）に示すように、本実施例のごと
き、横方向の結晶化をおこなった場合には、大きくわけ
て３つの性質の異なる領域が得られる。第１はニッケル
膜が非晶質珪素膜と密着していた領域で、図２（Ｅ）で
は２７で示される領域である。この領域は、熱アニール
工程の最初の段階で結晶化する。この領域をタテ成長領
域と称する。この領域では、比較的ニッケル濃度が高
く、また、結晶化の方向のそろっておらず、その結果、
珪素の結晶性がそれほど優れないため、フッ酸その他の
酸に対するエッチングレートが比較的大きい。

【００５４】第２は横方向の結晶化のおこなわれた領域
で、図２（Ｅ）では２８で示される。この領域をヨコ成
長領域と称する。この領域は結晶化の方向がそろってお
り、ニッケル濃度も比較的低く、デバイスに用いるには
好ましい領域である。第３は横方向の結晶化の及ばなか
った非晶質領域である。

【００５５】次いで、実施例１と同様に、雰囲気に、窒
素、ジクロールシラン、塩化水素を導入し、ニッケルの
除去をおこなう。この結果、ヨコ成長領域、タテ成長領
域ともニッケルの濃度が低減する。しかしながら、タテ
成長領域では、もともとのニッケル濃度が高かったた
め、それが除去された後は、欠陥となりやすく、該部分
を電子デバイスの重要な部分に使用することは好ましく
ない。一方、ヨコ成長領域２９では、もともとの結晶性
が優れている上、ニッケルの濃度も低いので電子デバイ
スには好適である。

【００５６】〔実施例３〕図３には、本発明によって
作製した結晶性珪素膜を用いて、薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）を作製する工程の概要を示す。まずガラス基板３
０１上に下地の酸化珪素膜３０２を２０００Åの厚さに
成膜した。この酸化珪素膜３０２は、ガラス基板からの
不純物の拡散を防ぐために設けられる。そして、非晶質
珪素膜を実施例１と同様な方法で５００Åの厚さに成膜
した。（図３（Ａ））

【００５７】そして，実施例１と同様に酢酸ニッケル膜
３０４を非晶質珪素膜表面にスピンコーティング法によ
って堆積した。（図３（Ｂ））その後、窒素雰囲気６００℃で４時間の熱アニールをお
こなうことによって、非晶質珪素膜３０３を結晶化さ
せ、結晶性珪素膜３０５とした。さらに、同じ温度を保
ったまま、雰囲気に塩化水素、ジクロールシラン、アル
ゴンを導入し、６０分保持してニッケル除去をおこなっ
た。雰囲気のガスの分圧比は、塩化水素２％、ジクロー
ルシラン２８％、アルゴン７０％とした。

【００５８】次に、これにＫｒＦエキシマーレーザー光
（波長２４８ｎｍ）を照射し、さらに、結晶化を向上せ
しめた。レーザーのエネルギー密度は３００〜３５０ｍ
Ｊ／ｃｍ² が好ましかった。このように、固相成長によ
る結晶化に加えて、レーザー光を照射して、さらに結晶
性を高めた。この目的は、結晶粒界に観察される多くの
非晶質の残存物を、レーザー照射をおこなうことによっ
て、完全に結晶化させてしまうためである。（図３
（Ｃ））

【００５９】次に、結晶化した珪素膜をパターニングし
て、島状の領域３０６を形成した。この島状の領域３０
６はＴＦＴの活性層を構成する。そして、プラズマＣＶ
Ｄ法によって厚さ２００〜１５００Å、ここでは１００
０Åの酸化珪素膜３０７を堆積した。この酸化珪素膜は
ゲイト絶縁膜としても機能する。（図３（Ｄ））

【００６０】上記酸化珪素膜３０７の作製には注意が必
要である。ここでは、ＴＥＯＳを原料とし、酸素ととも
に基板温度１５０〜６００℃、好ましくは３００〜４５
０℃で、ＲＦプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した。ＴＥ
ＯＳと酸素の圧力比は１：１〜１：３、また、圧力は
０．０５〜０．５ｔｏｒｒ、ＲＦパワーは１００〜２５
０Ｗとした。

【００６１】あるいはＴＥＯＳを原料としてオゾンガス
とともに減圧ＣＶＤ法もしくは常圧ＣＶＤ法によって、
基板温度を３５０〜６００℃、好ましくは４００〜５５
０℃として形成した。成膜後、酸素もしくはオゾンの雰
囲気で４００〜６００℃で３０〜６０分アニールしても
よい。次に、厚さ２０００Å〜１μｍの燐のドープされ
た多結晶珪素膜を減圧ＣＶＤ法によって形成して、これ
をパターニングし、ゲイト電極３０８を形成した。

【００６２】その後、イオンドーピング法（プラズマド
ーピング法ともいう）によって、ＴＦＴの島状シリコン
膜中に、ゲイト電極をマスクとして自己整合的に不純物
（燐）を注入した。ドーピングガスとしてはフォスフィ
ン（ＰＨ₃ ）を用いた。ドーズ量は、１×１０¹⁴〜４×
１０¹⁵ｃｍ^-2とした。こうして、Ｎ型不純物（燐）領域
３０９、３１０を形成した。（図３（Ｅ））

【００６３】その後、全面に層間絶縁物３１１として、
ＴＥＯＳを原料として、これと酸素とのプラズマＣＶＤ
法、もしくはオゾンとの減圧ＣＶＤ法あるいは常圧ＣＶ
Ｄ法によって酸化珪素膜を厚さ３０００〜８０００Å形
成した。基板温度は２５０〜４５０℃、例えば、３５０
℃とした。成膜後、表面の平坦性を得るため、この酸化
珪素膜を機械的に研磨したり、エッチバック方式による
平坦化をおこなってもよい。

【００６４】そして、層間絶縁物３１１をエッチングし
て、ＴＦＴのソース／ドレインにコンタクトホールを形
成し、クロムもしくは窒化チタンの配線・電極３１２、
３１３を形成した。最後に、水素中で３００〜４００℃
で０．１〜２時間アニールして、シリコンの水素化を完
了する。このようにして、ＴＦＴが完成した。同時に多
数のＴＦＴを作製し、マトリクス状に配列せしめてアク
ティブマトリクス型液晶表示装置等の集積回路としても
よい。（図３（Ｆ））

【００６５】〔実施例４〕本実施例もＴＦＴを作製する
工程に関する。図４に本実施例の作製工程の概要を示
す。まずガラス基板４０１上に下地の酸化珪素膜４０２
を２０００Å、さらにその上に非晶質珪素膜４０３を５
００Åとマスク膜となる酸化珪素膜４０４を１０００Å
の厚さにそれぞれ成膜した。そして、マスク膜４０４に
選択的に窓４０４を開けた。（図４（Ａ））

【００６６】そして，実施例２と同様に酢酸ニッケル膜
４０６をスピンコーティング法によって堆積した。この
工程においては、窓４０５の領域では酢酸ニッケル膜４
０６は非晶質珪素表面に密着した。（図４（Ｂ））

【００６７】その後、５５０℃で８時間の熱アニールを
おこなうことによって、非晶質珪素膜４０３を図の矢印
の示すように横方向に結晶化させ、タテ成長領域４０８
とヨコ成長領域４０９を形成した。この工程で結晶化し
なかった領域は非晶質領域４１０のままであった。さら
に、実施例２と同じ条件でニッケルの除去をおこなっ
た。（図４（Ｃ））

【００６８】本実施例のように横方向の結晶化ではヨコ
成長領域の結晶性が良好であるので実施例３のようにそ
の後にレーザー光等を照射して結晶性を高めなくとも、
ＴＦＴを作製するとは可能であるため、本実施例ではレ
ーザー光の照射はおこなわなかった。しかし、レーザー
光を照射するとより特性の良いＴＦＴが得られる。

【００６９】次に、結晶化した珪素膜をパターニングし
て、島状の領域４１１を形成した。この島状の領域４１
１はＴＦＴの活性層を構成する。図からも分かるが、こ
の島状領域４１１には、タテ成長の領域４０８とヨコ成
長の領域４０９、非晶質の領域４１０が含まれている。
そして、本実施例ではＴＦＴのチャネル領域がヨコ成長
領域４０９となるようにした。これは、チャネル領域が
ＴＦＴの特性を左右する重要な部分であるためである。

【００７０】その後、酸化珪素膜４１２を堆積した。こ
の酸化珪素膜はゲイト絶縁膜としても機能する。引き続
き、厚さ２０００Å〜１μｍのアルミニウム膜をスパッ
タ法によって形成して、これをパターニングし、ゲイト
電極４１３を形成した。アルミニウムにはスカンジウム
（Ｓｃ）を０．１５〜０．２重量％ドーピングしておい
てもよい。そして、基板をｐＨ≒７、１〜３％の酒石酸
のエチレングリコール溶液に浸し、白金を陰極、このア
ルミニウムのゲイト電極を陽極として、陽極酸化をおこ
なった。

【００７１】陽極酸化は、最初一定電流で２２０Ｖまで
電圧を上げ、その状態で１時間保持して終了させた。本
実施例では定電流状態では、電圧の上昇速度は２〜５Ｖ
／分が適当である。この結果、厚さ１５００〜３５００
Å、例えば、２０００Åの陽極酸化物４１４がゲイト電
極４１３の上面および側面に形成された。（図４
（Ｄ））

【００７２】その後、イオンドーピング法（プラズマド
ーピング法ともいう）によって、各ＴＦＴの島状シリコ
ン膜中に、ゲイト電極部をマスクとして自己整合的に不
純物（燐）を注入した。ドーピングガスとしてはフォス
フィン（ＰＨ₃ ）を用いた。ドーズ量は、１×１０¹⁴〜
４×１０¹⁵ｃｍ^-2とした。このドーピング工程において
は、陽極酸化物４１４が存在するため、不純物領域４１
５、４１６とゲート電極が重ならないで、離れている、
いわゆるオフセット状態となっている。

【００７３】その後、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長
２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、上記
不純物領域の導入によって結晶性の劣化した部分の結晶
性を改善させた。レーザーのエネルギー密度は１５０〜
４００ｍＪ／ｃｍ² 、好ましくは２００〜２５０ｍＪ／
ｃｍ² であった。こうして、Ｎ型不純物（燐）領域４１
５、４１６を形成した。これらの領域のシート抵抗は２
００〜８００Ω／□であった。このレーザー照射の工程
によって島状珪素領域４１１のうち、非晶質の領域４１
０も結晶化された。（図４（Ｅ））

【００７４】この工程において、レーザーを用いるかわ
りに、フラッシュランプを使用して短時間に１０００〜
１２００℃（シリコンモニターの温度）まで上昇させ、
基板を加熱する、いわゆるＲＴＡ（ラピッド・サーマル
・アニール）（ＲＴＰ、ラピット・サーマル・プロセス
ともいう）を用いてもよい。

【００７５】その後、全面に酸化珪素膜４１７を厚さ５
０００Å堆積した。その後、酸化珪素膜４１７を緩衝フ
ッ酸溶液にてエッチングして、ＴＦＴのソース／ドレイ
ンにコンタクトホールを形成し、窒化チタンとアルミニ
ウムの多層膜の配線・電極４１８、４１９を形成した。

【００７６】なお、コンタクトホールのエッチングの工
程においては、島状珪素領域のうち、タテ成長の領域は
ヨコ成長の領域や非晶質だった領域よりもエッチングレ
ートが高いため、図に示すような深くエッチングされた
領域４２０が生じた。このことからも明らかなように、
コンタクトホール全体がタテ成長領域に含まれるように
なると、コンタクト不良が生じる危険が強いため、コン
タクトホールはタテ成長以外の領域にもかかるように設
計することが望まれる。このようにして、ＴＦＴが完成
した。（図４（Ｆ））

【００７７】

【発明の効果】非晶質珪素膜の結晶化を促進する触媒元
素を用いて、これを結晶化せしめた珪素膜より、低温
（７５０℃以下）で、触媒元素を除去することができ
た。その結果、結晶性珪素膜を用いた信頼性の高い電子
デバイスを多量に提供できる。

【００７８】結晶化に利用した金属元素が素子の活性層
中に残留していると、当該金属元素の作用による素子特
性の不安定性、バラツキ、劣化等が顕在化する。しか
し、本明細書に開示する発明を利用することでその問題
を抑制することができる。

【００７９】本明細書で開示する発明は、ＴＦＴを多数
集積化させる場合に大きな効果を発揮する。これは、多
数のＴＦＴを集積化した場合、ＴＦＴ間の特性のバラツ
キが、回路の特性上の律則となるからである。

【００８０】本明細書で開示する発明は、ＴＦＴ単体の
作製のみに止まらず、アクティブマトクス型の液晶表示
装置、携帯情報端末、薄膜集積回路、多層集積回路とい
った各種半導体装置の作製に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の工程を示す図。

【図２】実施例２の工程を示す図。

【図３】実施例３のＴＦＴ作製工程を示す図。

【図４】実施例４のＴＦＴ作製工程を示す図。

【符号の説明】

１１・・・・ガラス基板１２・・・・酸化珪素膜１３・・・・非晶質珪素膜１４・・・・ニッケル化合物膜１５・・・・結晶性珪素膜２１・・・・ガラス基板２２・・・・酸化珪素膜２３・・・・非晶質珪素膜２４・・・・マスク膜２５・・・・窓２６・・・・ニッケル化合物膜２７・・・・タテ成長領域２８・・・・ヨコ成長領域２９・・・・ニッケルの除去された領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非晶質珪素膜を、非晶質珪素膜の結晶化
を助長する触媒元素を用いて結晶化させ、結晶性珪素膜
を得る工程と、ハロゲン元素とハロゲン元素を含む珪化物とを含む雰囲
気中での加熱処理を施し、前記金属元素を選択的に除去
する工程と、を有することを特徴とする半導体装置作製方法。
【請求項２】非晶質珪素膜を、非晶質珪素膜の結晶化
を助長する触媒元素を用いて結晶化させ、結晶性珪素膜
を得る工程と、ハロゲン元素を含む雰囲気中での加熱処理を施し、前記
金属元素を選択的に除去する工程と、を有し、前記雰囲気中には、珪素とハロゲン元素との化合物の気
体が添加されていることを特徴とする半導体装置作製方
法。
【請求項３】非晶質珪素膜を、非晶質珪素膜の結晶化
を助長する触媒元素を用いて結晶化せしめる第１の工程
と、第１の工程で得られた結晶性珪素膜を塩素もしくは塩化
水素とジクロールシランおよび／または二塩化珪素とを
有する雰囲気において加熱処理する第２の工程と、を有する結晶性半導体作製方法において、第２の工程の
加熱処理温度は、７５０℃以下であることを特徴とする
半導体装置作製方法。
【請求項４】請求項１乃至請求項３において、加熱処
理する雰囲気には、窒素および／または希ガスが含有さ
れていることを特徴とする半導体装置作製方法。
【請求項５】請求項１乃至請求項３において、触媒元素は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏ
ｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複
数種類の元素であることを特徴とする半導体装置作製方
法。
【請求項６】請求項１乃至請求項３において、非晶質珪素膜の代わりにＳｉ_xＧｅ_1-xで示される非晶
質膜を用いることを特徴とする半導体装置作製方法。
【請求項７】請求項３において、第２の工程に導入さ
れる気体中のジクロールシランおよび／または二塩化珪
素の濃度は、ハロゲンもしくはハロゲン化水素より高い
ことを特徴とする半導体装置作製方法。