JPH10303128A

JPH10303128A - 成膜方法

Info

Publication number: JPH10303128A
Application number: JP11244397A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Takizawa; 裕瀧澤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 1998-11-13

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、絶縁層上に成膜したアモルファスシ
リコン膜を加熱により再結晶化してポリシリコン膜を形
成する成膜方法に関し、微結晶化が生じない程度の強度
のレーザ光で、或いは基板が変形しない程度の温度で、
再結晶化により結晶粒径を大きくする。【構成】基板６１上に７Ｂ族元素及び０族元素のうち少
なくともいずれかを含む第１のシリコン含有絶縁膜６２
を形成する工程と、第１のシリコン含有絶縁膜６２上に
アモルファスシリコン膜６４を形成する工程と、アモル
ファスシリコン膜６４を加熱して再結晶化させ、ポリシ
リコン膜６４ａを形成する工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成膜方法に関し、
より詳しくは、絶縁層上に成膜したアモルファスシリコ
ン膜を加熱により結晶化してポリシリコン膜を形成する
成膜方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイでは制御トランジスタ
として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられている
が、アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）を活性層と
して形成されているため、移動度が小さく、高速化等が
図れない。次世代の液晶ディスプレイのために、より大
きな移動度を有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が望ま
れている。このため、より均一で、かつ大きな結晶粒径
を有するポリシリコン膜にＴＦＴを形成することが必要
になっている。

【０００３】従来、再結晶化によりａ−Ｓｉ膜をポリシ
リコン膜にする方法として、エキシマレーザを照射する
ことによりａ−Ｓｉを一旦溶融状態にしてから凝固する
際に結晶化させる、いわゆるレーザ結晶化の方法や、ａ
−Ｓｉ膜を温度６００℃で、数時間乃至数十時間加熱す
ることで、固相のまま結晶化させる固相成長法が用いら
れている。

【０００４】これらの方法では、図９（ａ）に示すよう
に、アルミニウム等の混合物であるガラス基板１とａ−
Ｓｉ膜３とを直接接触させないように、それらの間に、
シラン（SiH₄）と水素（H₂）と一酸化窒素（N₂O ）との
混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法等により形成された
シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等のシリコン含有絶縁
膜２を介在させている。

【０００５】また、図９（ｂ）に示すように、レーザ結
晶化や固相成長は、レーザ結晶化の際の光の反射率を下
げるため、シラン（SiH₄）と水素（H₂）と一酸化窒素
（N₂O）との混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法等によ
り形成されたシリコン酸化膜やシリコン窒化膜のシリコ
ン含有絶縁膜４によりａ−Ｓｉ膜３の表面を覆った状態
で行っている。

【０００６】なお、レーザ結晶化や固相成長は、ａ−Ｓ
ｉ膜の表面が自然酸化膜等で覆われた状態で、或いは希
弗酸等により自然酸化膜を除去して直接外部の大気や真
空中に露出した状態で行うこともある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ａ−Ｓｉ膜
が表面に露出している場合には、シリコン原子が自由に
動けるために結晶成長のための核が生じやすい。また、
自然酸化膜やシリコン窒化膜などによって覆われている
場合でも、自然酸化膜等中に取り込まれている水素等の
比較的自由に動き回れる原子等が移動して核が生じ易く
なっている。

【０００８】特に、大面積の低融点ガラス基板を用いる
場合には、通常シラン系ガスを用いたプラズマＣＶＤ法
による堆積が行われるため、シリコン酸化膜やシリコン
窒化膜中には多量の水素が含まれている。このため、図
９（ｂ）の下の図に示すように、従来技術で１μｍ以上
の大きな粒径のポリシリコン膜３ａを安定に得ることは
困難であった。

【０００９】また、レーザ結晶化の場合、パルスレーザ
では照射する光量を増加させると、結晶粒同士が溶融し
て大きくなるため、結晶粒径も大きくなるが、或る閾値
を越えると過冷却現象を生じて逆に微結晶となってしま
う。更に、連続発振レーザの場合には、微結晶化は生じ
にくいものの、結晶粒径を十分に大きくしようとすると
（概略１μｍ以上）、下地となっているシリコン酸化膜
２或いはガラス基板１とａ−Ｓｉ膜３のシリコンが反応
してしまい、ポリシリコン膜３ａの表面に激しい凹凸が
発生するという問題がある。

【００１０】同様に、電気炉加熱による固相成長法で
は、基板温度が高いほど大きな結晶粒径を得られるが、
大面積のガラス基板１の場合には、加熱による変形が無
視できない。これは、ガラス基板１に与えるストレスが
比較的小さいとされるラピッドサーマルアニーリング法
（ＲＴＡ法）でも加熱による変形は生じる。本発明は、
上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、
微結晶化が生じない程度の強度のレーザ光で、或いは基
板が変形しない程度の温度で、結晶化により結晶粒径を
大きくすることができる成膜方法を提供するものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題は、第１の発明
である、基板上に７Ｂ族元素及び０族元素のうち少なく
ともいずれかを含む第１のシリコン含有絶縁膜を形成す
る工程と、前記第１のシリコン含有絶縁膜上にアモルフ
ァスシリコン膜を形成する工程と、前記アモルファスシ
リコン膜を加熱して結晶化させ、ポリシリコン膜を形成
する工程とを有することを特徴とする成膜方法によって
解決され、第２の発明である、基板上に７Ｂ族元素及び
０族元素のうち少なくともいずれかを含む第２のシリコ
ン含有絶縁膜を形成する工程と、前記第２のシリコン含
有絶縁膜上にアモルファスシリコン膜を形成する工程
と、前記アモルファスシリコン膜上に７Ｂ族元素及び０
族元素のうち少なくともいずれかを含む第３のシリコン
含有絶縁膜を形成する工程と、前記アモルファスシリコ
ン膜を加熱して結晶化させ、ポリシリコン膜を形成する
工程とを有することを特徴とする成膜方法によって解決
され、第３の発明である、前記第１、前記第２又は前記
第３のシリコン含有絶縁膜を形成する工程は、シリコン
含有絶縁膜を形成した後に前記７Ｂ族元素及び前記０族
元素のうち少なくともいずれかからなるイオンを前記シ
リコン含有絶縁膜に注入する工程を含むことを特徴とす
る第１又は第２の発明に記載の成膜方法によって解決さ
れ、第４の発明である、前記第１、前記第２又は前記第
３のシリコン含有絶縁膜を形成する工程は、前記７Ｂ族
元素及び前記０族元素のうち少なくともいずれかと、シ
リコンと、酸素とを含むガスを用いた気相化学成長法に
より形成する工程を含むことを特徴とする第１又は第２
の発明に記載の成膜方法によって解決され、第５の発明
である、前記第１、前記第２又は前記第３のシリコン含
有絶縁膜を形成する工程は、前記７Ｂ族元素及びシリコ
ンを含む水溶液を用いた液相成長法により形成する工程
を含むことを特徴とする第１又は第２の発明に記載の成
膜方法によって解決され、第６の発明である、前記水溶
液中に金属元素を添加することを特徴とする第５の発明
に記載の成膜方法によって解決され、第７の発明であ
る、前記金属元素は、ニッケル，スズ，パラジウム，ア
ルミニウム又は鉄のうち少なくともいずれかであること
を特徴とする第６の発明に記載の成膜方法によって解決
され、第８の発明である、前記７Ｂ族元素はF, Cl, I又
はBrであり、前記０族元素はAr, He, Ne又はXeであるこ
とを特徴とする第１乃至第７の発明のいずれかに記載の
成膜方法によって解決される。

【００１２】本発明においては、アモルファスシリコン
膜の下面、又は上下両面に核形成を抑制する成分、例え
ば７Ｂ族元素及び０族元素のうち少なくともいずれかを
含んだ第１のシリコン含有絶縁膜、又は第２及び第３の
シリコン含有絶縁膜を形成している。第１のシリコン含
有絶縁膜、又は第２及び第３のシリコン含有絶縁膜を形
成する方法としては、例えば以下ような方法がある。

【００１３】７Ｂ族元素及び０族元素のうち少なくと
もいずれかからなるイオンをシリコン含有絶縁膜に注入
する方法、７Ｂ族元素及び０族元素のうち少なくともいずれか
と、シリコンと、酸素とを含むガスを用いた気相化学成
長法により形成する方法、７Ｂ族元素及びシリコンを含む水溶液を用いた液相成
長法により形成する方法がある。

【００１４】これらの方法では、シリコン含有絶縁膜と
アモルファスシリコン膜との界面で結晶成長のための核
の密度が大幅に低減するため、アモルファスシリコン膜
を結晶化させる際、核をもとに成長する個々の結晶粒の
粒径は大きくなる。また、特に、液相成長法による場
合、７Ｂ族元素及びシリコンを含む水溶液に金属元素を
添加したとき、加熱によりアモルファスシリコン膜中に
金属元素が導入されてシリサイドが形成される。従っ
て、シリコン含有絶縁膜とアモルファスシリコン膜との
界面での核が欠乏している状態で、このシリサイドが核
となってシリコンの結晶粒が形成される。

【００１５】このように、本発明によれば、結晶成長の
ための核そのものを減らしているので、微結晶化が生じ
ない程度の強度のレーザ光で、或いは基板が変形しない
程度の温度で、結晶化によりシリコン結晶粒の粒径を大
きくすることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。（１）第１の実施の形態図１（ａ）〜（ｄ），図２（ａ）〜（ｃ），図３は、本
発明の第１の実施の形態に係る成膜方法を用いた薄膜ト
ランジスタの製造方法について示す断面図である。第１
の実施の形態では、核形成を抑制する元素を含むシリコ
ン含有絶縁膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。

【００１７】まず、図示しない平行平板型プラズマＣＶ
Ｄ装置の成膜室内にある対向電極のうち第１の電極上に
ガラス基板１１（コーニング社製１７３７）を載せる。
続いて、成膜室内に流量５SCCMのジフロロシランガス
（SiH₂F₂) と、流量３５SCCMのシランガス（SiH₄）と、
流量１６０SCCMの水素ガス（H₂）と、流量８０SCCMの笑
気ガス（N₂O ）とを導入し、室内の圧力を凡そ１Torrに
保持する。続いて、ガラス基板１１を加熱し、温度３０
０℃に保持する。

【００１８】次いで、図１（ａ）に示すように、対向電
極間に周波数13.56 ＭＨｚのＲＦ電力１００Ｗを印加し
て反応ガスをプラズマ化し、反応させてガラス基板１１
上に膜厚約３００ｎｍのフッ素含有のシリコン酸化膜
（第２のシリコン含有絶縁膜））１２を形成する。この
とき、シリコン酸化膜１２中にはフッ素が凡そ１％程度
含まれる。

【００１９】なお、フッ素含有量は０．１％以上であれ
ば効果がある。反面、これがあまり多くなると、シリコ
ン酸化膜１２と接するアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓ
ｉ膜）１３の酸化が促進されるため、フッ素含有量を１
％以上増やさないようにすることが望ましい。次に、同
じ成膜室内に流量４０SCCMのシランガス（SiH₄）と、流
量１６０SCCMの水素ガス（H₂）とを導入し、室内の圧力
を凡そ０．６Torrに保持する。また、ガラス基板１１の
加熱温度を調整し、２６０℃に保持する。

【００２０】次いで、図１（ｂ）に示すように、対向電
極間に周波数13.56 ＭＨｚのＲＦ電力１００Ｗを印加し
て反応ガスをプラズマ化して反応させ、フッ素含有のシ
リコン酸化膜１２上に膜厚約５０ｎｍのａ−Ｓｉ膜１３
を形成する。このとき、反応ガスに含まれる水素がａ−
Ｓｉ膜１３中に混入して、水素が凡そ１０％程度含まれ
ることになる。

【００２１】次に、成膜室内に流量５SCCMのジフロロシ
ランガス（SiH₂F₂) と、流量３５SCCMのシランガス（Si
H₄）と、流量１６０SCCMの水素ガス（H₂）と、流量８０
SCCMの笑気ガス（N₂O ）とを導入し、室内の圧力を凡そ
１Torrに保持する。続いて、ガラス基板１１を加熱し、
温度３００℃に保持する。次いで、図１（ｃ）に示すよ
うに、対向電極間に周波数13.56 ＭＨｚのＲＦ電力１０
０Ｗを印加して反応ガスをプラズマ化し、反応させてガ
ラス基板１１上に膜厚約１２０ｎｍのフッ素含有のシリ
コン酸化膜（第３のシリコン含有絶縁膜）１４を形成す
る。このとき、シリコン酸化膜１４中にはフッ素が凡そ
１％程度含まれる。

【００２２】次に、図１（ｄ）に示すように、１気圧の
窒素雰囲気中で上記ガラス基板１１を加熱し、温度４５
０℃に保持した状態で３時間ほど放置する。これによ
り、ａ−Ｓｉ膜１３中に含まれる水素を放出させて、そ
の濃度を１％以下に低減させる。次いで、図２（ａ）に
示すように、上部のシリコン酸化膜１４を通してａ−Ｓ
ｉ膜１３に波長３０８ｎｍ，エネルギ密度３００ｍＪ／
ｃｍ²の条件でＸｅＣｌエキシマレーザを照射して加熱
し、ａ−Ｓｉ膜１３を結晶化させる。このとき、ａ−Ｓ
ｉ膜１３の上下両面にフッ素含有シリコン酸化膜１２，
１４が接しているため、図２（ａ）の下の図に示すよう
に、フッ素の働きにより結晶化のための核１５の発生が
抑制されてその密度が小さくなり、このため、個々の核
１５から成長する一つ一つの結晶粒の粒径は大きくな
る。これにより、１μｍ以上の粒径を有する結晶粒が集
合したポリシリコン膜（ｐ−Ｓｉ膜）１３ａを容易に形
成することができる。

【００２３】次に、図２（ｂ）に示すように、フォトリ
ソグラフィ技術を用いて、上部のシリコン酸化膜１４及
びｐ−Ｓｉ膜１３ａをエッチングし、エアアイソレーシ
ョンによる素子分離を行う。次いで、レジスト膜１６を
マスクとしてシリコン酸化膜１４をエッチングし、ゲー
ト絶縁膜１４ａを形成する。このとき、ゲート絶縁膜１
４ａの両側にソース拡散領域及びドレイン拡散領域とな
るｐ−Ｓｉ膜１３ｂを露出させる。

【００２４】次に、図２（ｃ）に示すように、ゲート絶
縁膜１４ａをマスクとしてｐ−Ｓｉ膜１３ｂにドーズ量
１０¹²ｃｍ^-2，加速電圧１５ｋｅＶの条件でリンをイオ
ン注入する。続いて、エキシマレーザにより波長３０８
ｎｍ，エネルギ密度２６０ｍＪ／ｃｍ²の条件で、注入
イオンの活性化を行うとともに、ｐ−Ｓｉ膜１３ｂを再
結晶化し、ｎ型のソース拡散領域１７ａ及びドレイン拡
散領域１７ｂを形成する。

【００２５】次いで、図３に示すように、３００ｎｍの
アルミニウム膜をＤＣスパッタ法により成長させた後、
フォトリソグラフィ技術によりパターニングし、ソース
電極１８ａ、ドレイン電極１８ｂ、及びゲート電極１８
ｃを形成する。これにより、薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）を作成する。上記の実施の形態によれば、ａ−Ｓｉ
膜１３の上下両面にフッ素含有のシリコン酸化膜１２，
１４が接した状態で結晶化を行っているので、結晶成長
のための核１５そのものを低減させることができる。し
かも、核１５をもとに結晶化が起こるので、微結晶化が
生じない程度の強度のレーザ光で、或いはガラス基板１
１が変形しない程度の温度で、シリコン結晶粒の粒径を
大きくすることができる。これにより、キャリアの移動
度が高く、低抵抗のｐ−Ｓｉ膜１３ｂを形成することが
できるため、そこに形成されるトランジスタの特性を向
上させることが可能となる。

【００２６】なお、上記の実施の形態では、シリコン含
有絶縁膜としてシリコン酸化膜１２，１４を用いている
が、その代わりにシリコン窒化膜を用いてもよい。ま
た、結晶化をレーザ照射により行っているが、これに限
られるものではない。例えば、赤外線又はヒータ等を用
いて温度６００℃で８時間程度加熱し、固相成長させ
る。また、フラッシュアークランプを用いたラピッドサ
ーマルアニール法等により温度８５０℃程度に加熱して
もよい。

【００２７】さらに、フッ素を含むシリコン酸化膜１
２，１４をａ−Ｓｉ膜１３の上下に形成したが、いずれ
か一方に形成してもよい。但し、ａ−Ｓｉ膜１３表面で
のレーザ光の反射を防ぐため、ａ−Ｓｉ膜１３の表面は
シリコン酸化膜或いはシリコン窒化膜により覆われてい
る方が望ましい。また、上記の実施の形態では、フッ素
を含むシリコン酸化膜１４をゲート絶縁膜としてそのま
ま用いているが、フッ素がチャネル界面付近に存在する
場合、３００〜４００℃程度の加熱でも、外部の酸素と
再結合することがあり、特に不安定になることがある。
これを防ぐには、結晶化した後にシリコン膜１３上のシ
リコン酸化膜１４を除去し、プラズマＣＶＤ法等により
シリコン酸化膜をゲート絶縁膜として新たに形成するよ
うにする。

【００２８】また、７Ｂ族（１７族）のハロゲン元素と
してフッ素（Ｆ）を用いているが、他のハロゲン元素、
即ち塩素（Ｃｌ），臭素（Ｂｒ）又はヨウ素（Ｉ）等を
用いることができる。さらに、０族（１８族）の稀ガス
元素（ヘリウム，ネオン，アルゴン，キセノン等）を用
いても、結晶成長のための核の形成を抑制して、加熱に
よりａ−Ｓｉ膜を結晶化させて、大粒径の結晶粒を有す
るｐ−Ｓｉ膜を形成することができる。

【００２９】また、ハロゲン元素として、シリコン系化
合物を用いているが、フッ素ガスや塩素ガス等の単体を
用いてもよい。また、フッ素ガスをアルゴンガスで希釈
して導入する等、ハロゲンガスと稀ガスとを混合したガ
スを用いてもよい。SiH₂F₂＋SiH₄＋H₂＋N₂O を用いてい
るが、SiH₂F₂の代わりに、SiF₄，SiH₂Cl₂,SiCl₄, HI, H
Br, F₂, Cl_2, Ar, He, F₂ ＋Ar等を用いることができ
る。（２）第２の実施の形態図４（ａ），（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係
る成膜方法を用いた薄膜トランジスタの製造方法につい
て示す断面図である。また、図６（ａ）は、核形成を抑
制する元素を含むシリコン酸化膜を析出させるため、ガ
ラス基板を水溶液に浸した状態を示す断面図である。

【００３０】第２の実施の形態において、第１の実施の
形態と異なるところは、液相成長法により核形成を抑制
する元素を含むシリコン酸化膜を形成していることであ
る。まず、図６（ａ）に示すように、温度２５℃の純水
中に３mol/l の割合でヘキサフルオロケイ酸（H₂SiF₆）
を溶かし、更に粉末状の酸化シリコンを２０g/l の割合
で添加する。酸化シリコンは全て溶けきらず、飽和状態
になるため、これを除去するためにフィルタで濾過し、
飽和ヘキサフルオロケイ酸水溶液を作成する。

【００３１】この水溶液を容器１０１に入れてシリコン
酸化膜を析出させるため、水溶液を４０〜４５℃に加熱
し、その水溶液にガラス基板２１を浸漬する。これによ
り、図４（ａ）に示すように、ガラス基板２１の表面に
は、フッ素を取り込みながらシリコン酸化膜（第２のシ
リコン含有絶縁膜）２２が約１０〜２０ｎｍ／ｈの割合
で堆積する。膜厚３００ｎｍのシリコン酸化膜２２を堆
積し終わったとき、シリコン酸化膜２２中に含まれるフ
ッ素は約２％であった。

【００３２】以降、第１の実施の形態の図１（ｂ）〜
（ｄ）の工程を経て、シリコン酸化膜２２上にａ−Ｓｉ
膜２３とシリコン酸化膜（第３のシリコン含有絶縁膜）
２４とを順に形成する。次に、図４（ｂ）に示すよう
に、上部のシリコン酸化膜２４を通してａ−Ｓｉ膜２３
にＸｅＣｌエキシマレーザを照射して加熱し、ａ−Ｓｉ
膜２３を結晶化させる。このとき、ａ−Ｓｉ膜２３の上
下両面にフッ素含有シリコン酸化膜２２，２４が接して
いるため、結晶化のための核２５の発生が抑制されてそ
の密度が小さくなり、このため、個々の核２５から成長
する一つ一つの結晶粒の粒径は大きくなる。これによ
り、１μｍ以上の粒径を有する結晶粒が集合したポリシ
リコン膜（ｐ−Ｓｉ膜）２３ａを容易に形成することが
できる。

【００３３】以降、第１の実施の形態の図２（ｂ），
（ｃ），図３の工程を経て、ＴＦＴを作成する。以上の
ように、第２の実施の形態によれば、室温で水溶液に浸
漬するだけで、シリコン酸化膜２２を形成できるため、
大面積のガラス基板２１についても容易に対応可能であ
る。

【００３４】また、第１の実施の形態と同様に、ａ−Ｓ
ｉ膜２３の上下両面にフッ素含有のシリコン酸化膜２
２，２４を形成しているので、ａ−Ｓｉ膜２３とシリコ
ン酸化膜２２，２４との界面で結晶成長のための核２５
の分布密度が小さくなる。しかも、核２５に基づいてａ
−Ｓｉ膜２３の結晶化を行っているので、微結晶化が生
じない程度の強度のレーザ光で、或いはガラス基板２１
が変形しない程度の温度で、シリコン結晶粒の粒径を大
きくすることができる。

【００３５】これにより、キャリアの移動度が高く、低
抵抗のｐ−Ｓｉ膜２３ａを形成することができるため、
そこに形成されるトランジスタの特性を向上させること
が可能となる。なお、上記ではシリコン含有絶縁膜とし
てシリコン酸化膜２２，２４を用いているが、その代わ
りにシリコン窒化膜を用いてもよい。

【００３６】更に、ヘキサフルオロケイ酸水溶液より酸
化シリコンを析出させるために水溶液を４５℃まで加熱
しているが、図６（ｂ）に示すように、硼酸水溶液（B
(OH)₃) やアンモニア水溶液（ＮＨ₃）、アルミニウム
などのフッ化水素酸と反応する物質を混入することで、
常温で酸化シリコンを析出させることが可能となる。な
お、図６（ｂ）中、４１はガラス基板である。

【００３７】また、水溶液中に含まれている元素を取り
込みつつ、シリコン酸化膜２２を堆積させることができ
るので、例えば、図７（ａ）に示すように、図６（ａ）
の水溶液中に塩酸（ＨＣｌ）、臭化水素酸（ＨＢｒ）及
び沃化水素酸（ＨＩ）のうち少なくともいずれか一つを
加えて、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）及びヨウ素（Ｉ）
のうち少なくともいずれか一つの元素を添加することが
できる。なお、図７（ａ）中、５１はガラス基板であ
る。

【００３８】さらに、図７（ｂ）に示すように、ニッケ
ル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、アル
ミニウム（Ａｌ）又は鉄（Ｆｅ）等の金属塩（酢酸ニッ
ケル（Ni(CH₃COO)₂）、塩化鉄（FeCl, FeCl₂））等を
図６（ａ）の水溶液中に添加し、溶解させた水溶液中に
ガラス基板３１を浸漬する方法もある。この場合、その
水溶液中にガラス基板３１を浸漬して所定の時間保持し
て、図５（ａ）に示すように、これらの金属を含むシリ
コン酸化膜（第１又は第２のシリコン含有絶縁膜）３２
を形成する。

【００３９】次いで、図５（ｂ）の上の図に示すよう
に、このシリコン酸化膜３２の上にａ−Ｓｉ膜と通常の
反応ガスを用いてシリコン酸化膜３４を堆積した後、ガ
ラス基板を３００〜９００℃程度に加熱すると、図５
（ｂ）の下の図に示すように、シリコン酸化膜３２より
ａ−Ｓｉ膜中に金属が拡散してシリサイド３５が形成さ
れる。そして、このシリサイド３５を核としてａ−Ｓｉ
膜が結晶化し、ｐ−Ｓｉ膜３３ａが形成される。

【００４０】このとき、シリコン酸化膜３２中にフッ素
などが含まれるため、ｐ−Ｓｉ膜３３ａとシリコン酸化
膜３２との界面には核が形成されず、結晶化反応はシリ
コン酸化膜３２中に添加した金属によってのみ起こる。
例えば、ニッケルをシリコン酸化膜３２中に１０¹⁸（at
oms/cc）程度添加した場合には、５５０℃で８時間の電
気炉中での加熱により、結晶化を行うことができる。ま
た、結晶化のための加熱は、ラピッドサーマルアニーリ
ング法などの技術を利用してもよい。

【００４１】（３）第３の実施の形態図８（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３の実施の形態に係
る成膜方法について示す断面図である。第１及び第２の
実施の形態では、ガラス基板上に直接核形成を抑制する
元素を含むシリコン含有絶縁膜を形成したが、第３の実
施の形態では、通常のシリコン酸化膜を形成した後にそ
の表層にハロゲン元素又は稀ガス元素を導入することに
より、核形成を抑制する元素を含むシリコン酸化膜（シ
リコン含有絶縁膜）を形成している。

【００４２】まず、図８（ａ）に示すように、ガラス基
板６１上に通常のプラズマＣＶＤ法により、膜厚３００
ｎｍのシリコン酸化膜６２を堆積させる。次いで、図８
（ｂ）に示すように、このガラス基板６１を通常の平行
平板型のプラズマＣＶＤ装置にセットする。続いて、流
量４０SCCMのＣＦ₄ガスを導入して、圧力２Torrに保持
し、ＲＦ電源によるグロー放電によるプラズマを発生さ
せて、５分間、その状態を保持する。このプラズマによ
り、シリコン酸化膜６２の表層にフッ素を含む変質層６
３を形成し、フッ素を含むシリコン酸化膜（第１のシリ
コン含有絶縁膜）６２ａを形成する。フッ素は結晶化の
ための核の形成を抑制する働きがある。

【００４３】次に、図８（ｃ）に示すように、シリコン
酸化膜６２ａ上にａ−Ｓｉ膜６４をプラズマＣＶＤ法な
どにより堆積させた後、図８（ｄ）に示すように、レー
ザ照射によりａ−Ｓｉ膜６４を結晶化させて、ポリシリ
コン膜６４ａを形成する。以降は、第１の実施の形態と
同様にしてＴＦＴを作成する。以上のように、第３の実
施の形態によれば、ａ−Ｓｉ膜６４の下面にフッ素含有
のシリコン酸化膜６２ａが接した状態で結晶化を行って
いる。

【００４４】従って、第１の実施の形態と同様に、フッ
素により核形成が抑制され、しかもその核に基づいてａ
−Ｓｉ膜６４が結晶化されるので、微結晶化が生じない
程度の強度のレーザ光で、或いはガラス基板６１が変形
しない程度の温度で、シリコン結晶粒の粒径を大きくす
ることができる。これにより、キャリアの移動度が高
く、低抵抗のポリシリコン膜６４ａを形成することがで
きるため、そこに形成されるトランジスタの特性を向上
させることが可能となる。

【００４５】なお、第３の実施の形態では、シリコン酸
化膜６２の表層にフッ素を導入するため、プラズマＣＶ
Ｄ装置を用いているが、これに限られるものではなく、
ＲＩＥ装置等を用いてもよい。また、ハロゲン元素や稀
ガス元素をイオン注入法により、直接シリコン酸化膜６
２中に打ち込んでも構わない。この場合、注入の際の加
速電圧が大きすぎると、シリコン酸化膜６２等の内部に
入り込んでしまい、十分な効果が出ないため、表面から
３０ｎｍ以内の領域にもっとも濃度の高くなるような加
速電圧が望ましい。

【００４６】さらに、シリコン酸化膜６２，６４の代わ
りにシリコン窒化膜を用いてもよい。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、本発明においては、アモ
ルファスシリコン膜の下面、又は上下両面に核形成を抑
制する成分、例えば７Ｂ族元素及び０族元素のうち少な
くともいずれかを含んだ第１のシリコン含有絶縁膜、又
は第２及び第３のシリコン含有絶縁膜を形成している。

【００４８】従って、シリコン含有絶縁膜とアモルファ
スシリコン膜との界面、又はアモルファスシリコン膜中
の結晶成長のための核の密度が大幅に低減するため、ア
モルファスシリコン膜を結晶化させる際、核をもとに成
長する個々の結晶粒の粒径は大きくなる。このように、
結晶成長のための核そのものを減らしているので、微結
晶化が生じない程度の強度のレーザ光で、或いは基板が
変形しない程度の温度で、ポリシリコン結晶粒の粒径を
大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施の
形態に係る成膜方法を用いた薄膜トランジスタの製造方
法について示す断面図（その１）である。

【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施の
形態に係る成膜方法を用いた薄膜トランジスタの製造方
法について示す断面図（その２）である。

【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態に係る成膜
方法を用いた薄膜トランジスタの製造方法について示す
断面図（その３）である。

【図４】図４（ａ），（ｂ）は、本発明の第２の実施の
形態に係る成膜方法を用いた薄膜トランジスタの製造方
法について示す断面図である。

【図５】図５（ａ），（ｂ）は、本発明の第２の実施の
形態に係る他の成膜方法を用いた薄膜トランジスタの製
造方法について示す断面図である。

【図６】図６（ａ），（ｂ）は、本発明の第２の実施の
形態に係る成膜方法について示す断面図である。

【図７】図７（ａ），（ｂ）は、本発明の第２の実施の
形態に係る成膜方法について示す断面図である。

【図８】図８（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３の実施の
形態に係る成膜方法を用いた薄膜トランジスタの製造方
法について示す断面図である。

【図９】図９（ａ），（ｂ）は、従来例に係る成膜方法
について示す断面図である。

【符号の説明】

１１，２１，３１，４１，５１，６１ガラス基板、１２，２２フッ素含有シリコン酸化膜（第２のシリコ
ン含有絶縁膜）、１４，２４フッ素含有シリコン酸化膜（第３のシリコ
ン含有絶縁膜）、１３，２３，６４アモルファスシリコン膜、１３ａ，１３ｂ，２３ａ，３３ａ，６４ａポリシリコ
ン膜、１４ａゲート絶縁膜、１５，２５結晶成長のための核、１７ａソース拡散領域、１７ｂドレイン拡散領域、１８ａソース電極、１８ｂドレイン電極、１８ｃゲート電極、３２金属を含むシリコン酸化膜（第１又は第２のシリ
コン含有絶縁膜）、３５シリサイド（結晶成長のための核）、６２シリコン酸化膜、６２ａフッ素含有シリコン酸化膜（第１のシリコン含
有絶縁膜）、６３変質層、１０１容器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に７Ｂ族元素及び０族元素のうち
少なくともいずれかを含む第１のシリコン含有絶縁膜を
形成する工程と、前記第１のシリコン含有絶縁膜上にアモルファスシリコ
ン膜を形成する工程と、前記アモルファスシリコン膜を加熱して結晶化させ、ポ
リシリコン膜を形成する工程とを有することを特徴とす
る成膜方法。
【請求項２】基板上に７Ｂ族元素及び０族元素のうち
少なくともいずれかを含む第２のシリコン含有絶縁膜を
形成する工程と、前記第２のシリコン含有絶縁膜上にアモルファスシリコ
ン膜を形成する工程と、前記アモルファスシリコン膜上に７Ｂ族元素及び０族元
素のうち少なくともいずれかを含む第３のシリコン含有
絶縁膜を形成する工程と、前記アモルファスシリコン膜を加熱して結晶化させ、ポ
リシリコン膜を形成する工程とを有することを特徴とす
る成膜方法。
【請求項３】前記第１、前記第２又は前記第３のシリ
コン含有絶縁膜を形成する工程は、シリコン含有絶縁膜
を形成した後に前記７Ｂ族元素及び前記０族元素のうち
少なくともいずれかからなるイオンを前記シリコン含有
絶縁膜に注入する工程を含むことを特徴とする請求項１
又は請求項２に記載の成膜方法。
【請求項４】前記第１、前記第２又は前記第３のシリ
コン含有絶縁膜を形成する工程は、前記７Ｂ族元素及び
前記０族元素のうち少なくともいずれかと、シリコン
と、酸素とを含むガスを用いた気相化学成長法により形
成する工程を含むことを特徴とする請求項１又は請求項
２に記載の成膜方法。
【請求項５】前記第１、前記第２又は前記第３のシリ
コン含有絶縁膜を形成する工程は、前記７Ｂ族元素及び
シリコンを含む水溶液を用いた液相成長法により形成す
る工程を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に
記載の成膜方法。
【請求項６】前記水溶液中に金属元素を添加すること
を特徴とする請求項５に記載の成膜方法。
【請求項７】前記金属元素は、ニッケル，スズ，パラ
ジウム，アルミニウム又は鉄のうち少なくともいずれか
であることを特徴とする請求項６に記載の成膜方法。
【請求項８】前記７Ｂ族元素はF, Cl, I又はBrであ
り、前記０族元素はAr, He, Ne又はXeであることを特徴
とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の成膜方
法。