JPH11186165A - 多結晶薄膜の製造方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 膜中の水素や、Ａｒ等のスパッタリングガス
の含有量、あるいはボイドや面粗れの少ない多結晶薄膜
の製造方法を提供する。またこれを多結晶半導体薄膜に
適用した、キャリア移動度が大きく、また閾値電圧の安
定した半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 被処理基板１上にスパッタリング法によ
り非晶質薄膜１ａを形成後、連続的に紫外光１６を照射
して、膜中のＡｒ等のスパッタリングガスを脱離させる
とともに、多結晶化する。 【効果】 非晶質薄膜中には原理的に水素が含まれない
ので、アニールを施してもボイドや面粗れが発生する虞
れが少ない。また紫外光照射により、膜の表面近傍が効
果的に加熱されてＡｒ等のスパッタリングガスが脱離さ
れる。したがって、耐熱性に乏しい被処理基板を用いる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は多結晶薄膜の製造方
法および半導体装置の製造方法に関し、さらに詳しく
は、不純物含有量やボイド等の欠陥の少ない多結晶薄膜
の製造方法、およびキャリア移動度の制御性に優れたチ
ャネル層を有する薄膜トランジスタを有する半導体装置
の製造方法、ならびに閾値電圧の制御性に優れた絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタを有する半導体装置の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコン（Ｓｉ）やシリコン−ゲルマニ
ウム（Ｓｉ_1-x Ｇｅ_x ，以下ＳｉＧｅと記す）等の材料
から構成される多結晶薄膜の製造方法は、特にプロセス
温度の低温化が望まれる場合には、ＰＥ−ＣＶＤ (Plas
ma Enhanced - Chemical VaporDeposition)法により非
晶質薄膜を形成し、これにレーザアニール等の熱処理を
施して多結晶薄膜とする手法が採用される。

【０００３】ＰＥ−ＣＶＤ法においては、原料ガスとし
てＳｉＨ₄ やＧｅＨ₄ 等の水素化合物を用いるため、成
膜された非晶質薄膜中に水素が多量に含有され、その量
は１０〜２０ａｔ％（原子％）に達する場合がある。こ
の状態のまま、レーザアニール等で直接結晶化すると、
膜中の多量の水素が凝集し、その後脱離するので膜中に
ボイド (Void) が発生したり、膜表面の面粗れを発生す
る。したがって、得られた多結晶薄膜を用いて半導体装
置等のデバイスを製造する際に、歩留りが低下する等の
不都合を生じる。

【０００４】このため、通常はレーザアニール前に、一
旦抵抗加熱炉等を用いた予備アニール工程を挿入し、膜
中の水素を脱離させる手法が採られる。しかしながらこ
の予備アニール後も依然として数ａｔ％程度の水素が膜
中に残留し、この後のレーザアニールにより微細なボイ
ドが発生して膜が変質する虞れがあった。またこのよう
な水素を含む半導体材料でゲート電極を形成すると、閾
値電圧が不安定となることがあった。さらにＰＥ−ＣＶ
Ｄ法では、原料ガスの混合比や原料ガス流の関係から、
膜全体に対して微量の不純物を均一かつ制御性よく導入
することは、一般的に困難であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＰＥ−ＣＶＤ法におけ
る、水素混入によるかかる問題点を回避するため、高真
空中でのスパッタリング法により非晶質薄膜を形成する
方法を本願出願人は先に特願平９−１５６２１１号明細
書として提案した。スパッタリング法によれば、原理的
に水素の混入を無くすことが可能である。しかしなが
ら、この方法においても、いかに高真空雰囲気を採用し
ても、スパッタリングガス自体が膜中に混入する事態は
避けられない。スパッタリングガスに例えばアルゴン
（Ａｒ）を用いた場合には、非晶質薄膜中にＡｒが混入
し、得られた多結晶半導体薄膜により薄膜トランジスタ
(ＴＦＴ ; Thin Film Transistor)を製造した場合、チ
ャネル層においてキャリアがＡｒに衝突して散乱される
ので、移動度を大きくとることができなかった。

【０００６】したがって本発明の課題は、膜中に水素
や、希ガス等のスパッタリングガスの含有量の少ない、
またボイド等の膜欠陥の少ない多結晶薄膜の製造方法を
提供することである。また本発明の他の課題は、膜中に
水素や、希ガス等のスパッタリングガスの含有量の少な
い半導体薄膜をチャネル層に用いた、キャリア移動度の
大きい半導体装置を提供することである。さらに本発明
の他の課題は、膜中に水素や、希ガス等のスパッタリン
グガスの含有量の少ない半導体薄膜をゲート電極に用い
た、閾値電圧の安定した絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の多結晶薄膜の製
造方法は、上述の課題を解決するために提案するもので
あり、被処理基板上に、希ガスを含むスパッタリングガ
スを用いたスパッタリング法により、希ガスを含む非晶
質薄膜を形成する工程、この非晶質薄膜を形成する工程
の後、連続的に、この非晶質薄膜に紫外光を照射するこ
とにより、この非晶質薄膜中の希ガスを除去するととも
に、この非晶質薄膜を多結晶化して多結晶薄膜とする、
紫外光照射工程を具備することを特徴とする。

【０００８】また本発明の半導体装置の製造方法は、薄
膜トランジスタを具備する半導体装置の製造方法におい
て、この薄膜トランジスタのチャネル層の形成工程は、
被処理基板上に、希ガスを含むスパッタリングガスを用
いたスパッタリング法により、希ガスを含む非晶質半導
体薄膜を形成する工程、この非晶質半導体薄膜を形成す
る工程の後、連続的に、この非晶質半導体薄膜に紫外光
を照射することにより、この非晶質半導体薄膜中の希ガ
スを除去するとともに、この非晶質半導体薄膜を多結晶
化して多結晶半導体薄膜とする、紫外光照射工程を具備
することを特徴とする。

【０００９】さらに本発明の別の半導体装置の製造方法
は、絶縁ゲート型電界効果トランジスタを具備する半導
体装置の製造方法において、この絶縁ゲート型電界効果
トランジスタのゲート電極の形成工程は、被処理基板上
に、希ガスを含むスパッタリングガスを用いたスパッタ
リング法により、希ガスを含む非晶質半導体薄膜を形成
する工程、この非晶質半導体薄膜を形成する工程の後、
連続的に、この非晶質半導体薄膜に紫外光を照射するこ
とにより、この非晶質半導体薄膜中の希ガスを除去する
とともに、この非晶質半導体薄膜を多結晶化して多結晶
半導体薄膜とする、紫外光照射工程を具備することを特
徴とする。

【００１０】いずれの発明においても、この多結晶薄膜
材料としては、ＳｉあるいはＳｉＧｅ等の半導体材料で
あるときに本発明の多結晶薄膜の製造方法を好ましく適
用できる。しかしながら一般的な多結晶薄膜の製造方法
に限っては、他の機能性材料、例えばＰＬＺＴ［Ｐｂ _y
Ｌａ_1-y （Ｚｒ_x Ｔｉ_1-x ）］Ｏ₃ 等の強誘電体材料
や、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄ ）等の電気光学材料にも適
用できる。

【００１１】この多結晶薄膜の少なくとも一部における
希ガス含有量は、１×１０²⁰ａｔｍｓ／ｃｍ³ 未満であ
ることが望ましく、１×１０¹⁹ａｔｍｓ／ｃｍ³ 未満で
あることがさらに望ましい。多結晶薄膜の少なくとも一
部とは、多結晶薄膜の面内方向の少なくとも一部の個
所、あるいは多結晶薄膜の厚さ方向の少なくとも一部の
ことである。なお希ガスとしてはＡｒが一般的に用いら
れるが、場合によってはＨｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、あるいはＸ
ｅ等を用いることもできる。

【００１２】本発明に用いる紫外光は、エキシマレーザ
光であることが望ましい。しかしながら、低圧水銀ラン
プあるいは高圧水銀ランプ等のランプ光源であってもよ
い。また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ等の長波長レーザを非線
型光学素子で高調波とした紫外光等であってもよい。な
お、連続的にという語は、スパッタリングにより非晶質
薄膜を形成する工程の後、水素抜きの予備アニールを施
すことなく、直ちに紫外光を照射する意味である。また
連続的にという語は、非晶質薄膜を形成した被処理基板
をスパッタリングチャンバから外界に搬出して大気に曝
すことなく、スパッタリングチャンバ内、あるいはゲー
トバルブ等を介して紫外光照射チャンバに真空搬送ある
いは不活性ガス雰囲気中搬送して紫外光照射することも
意味する。さらに被処理基板という語は、ガラス板等の
基板の他に、ゲート絶縁膜等が形成された下地構造を含
む基板をも意味する。

【００１３】本発明の多結晶薄膜の製造方法によれば、
高真空中で非晶質薄膜を形成するために、膜中への水素
の混入が原理的に回避される。また非晶質薄膜中に不可
避的に混入したＡｒ等の希ガス（スパッタリングガスの
主要構成成分）は、紫外光の照射により効果的に除去さ
れる。また紫外光は短波長であるので、照射エネルギは
主に非晶質薄膜の表層部分で吸収され、被処理基板の加
熱は抑制される。この被処理基板加熱の抑制効果は、電
気炉アニールはもとより、長波長光源である赤外線アニ
ールでは達成が困難である。したがって、耐熱性に乏し
い被処理基板材料の採用が可能であり、スパッタリング
法ともども、低温成膜プロセスとの整合性に優れる。

【００１４】また本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、膜中の水素や、希ガス等のスパッタリングガスの含
有量が少なく、またボイドや面粗れのない多結晶薄膜が
得られるので、この多結晶薄膜をチャネル層に用いた、
キャリア移動度の大きい薄膜半導体装置が得られる。

【００１５】さらに本発明の他の半導体装置の製造方法
によれば、膜中に水素や、希ガス等のスパッタリングガ
スの含有量が少なく、またボイドや面粗れのない多結晶
薄膜が得られるので、この多結晶薄膜をゲート電極に用
いた、閾値電圧の安定した絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタを得ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的実施の形態
につき、図面を参照しながら説明する。

【００１７】まず、本発明の多結晶薄膜の製造方法の前
段の工程に使用したスパッタリング装置の一構成例を、
図１を参照して説明する。図１はスパッタリング装置の
一例としての、平行平板型スパッタリング装置の概略断
面図である。すなわち、スパッタリングチャンバ６内に
は、被処理基板１を載置した、基板ステージを兼ねるア
ノード電極２と、これに対向し、Ｓｉ等のターゲット３
を装着したカソード電極４が配設されている。このカソ
ード電極４には、マッチングボックスを介してＲＦ電源
５が接続される。スパッタリングチャンバ６には、スパ
ッタリングガス導入孔７から不図示のマスフローメータ
等を介して、Ａｒ等の不活性ガスが導入される。このス
パッタリングチャンバ６は、ターボ分子ポンプやクライ
オポンプ等の真空ポンプ８により、例えば１０^-6Ｐａ程
度以下の高真空に真空引きされる。符号９はゲートバル
ブであり、不図示の搬送手段により被処理基板を紫外光
照射チャンバに真空搬送することができる。その他の装
置細部、例えば被処理基板１の温度制御手段やターゲッ
ト３の冷却手段、圧力モニタおよび制御手段、膜厚モニ
タ手段等はいずれも図示を省略する。

【００１８】なお図１において、スパッタリング電源に
はＲＦ電源を用いているが、ターゲットの固有抵抗が低
い場合には、ＤＣ電源を用いることもできる。またカソ
ード電極の背後に、固定あるいは可動のマグネットを配
したマグネトロンスパッタリング方式を採用してもよ
い。また平行平板型スパッタリング装置の他に、イオン
ビームスパッタリング装置、ＥＣＲ (Electron Cyclotr
on Resonance) スパッタリング装置等、従来公知のスパ
ッタリング装置はいずれも使用することができる。

【００１９】ターゲット３の材料としては、ＳｉやＳｉ
Ｇｅ等が選ばれる。これらは単結晶あるいは焼結体のい
ずれでもよい。ＳｉＧｅの場合にはターゲットの組成比
を制御することにより、所望の組成の非晶質薄膜を形成
することができる。また、ターゲット中に所望の不純物
を入れておくことにより、成膜後の不純物導入工程を用
いることなしに、トランジスタの閾値特性を高精度で制
御することができる。

【００２０】図２は、本発明の多結晶薄膜の製造方法に
用いられる紫外光照射装置の一構成例を示す図である。
すなわち、ＸｅＣｌエキシマレーザ等の紫外光光源１１
から出射された紫外光１６は、アテネータ１２、ミラー
１３、ビームホモジナイザ１４およびシリンドリカルレ
ンズ１５等を経由し、ラインビーム状紫外光１６ＬＢと
なって、不図示の基板ステージ上の被処理基板１上に形
成された非晶質薄膜１ａを照射する。ラインビーム状紫
外光１６ＬＢの照射領域１７は、ミラー１３の傾動によ
り、ビーム走査方向ＢＳに均一な照射エネルギとなるよ
うに移動する。この紫外光照射により、非晶質薄膜１ａ
に含有されたスパッタリングガス、例えばＡｒが除去さ
れるとともに、結晶化して多結晶薄膜となる。不図示の
基板ステージは、被処理基板の冷却手段を設けておけ
ば、耐熱性に乏しい高分子樹脂等の被処理基板を採用す
る場合にさらに好都合である。

【００２１】これら紫外光照射装置および被処理基板１
等は、不図示の紫外光照射チャンバ内に一括して配設さ
れる。あるいは、被処理基板１のみを光透過窓を有する
紫外光照射チャンバ内に収納し、他の光学系は紫外光照
射チャンバの外部に配設してもよい。光透過窓の材料と
しては、高純度石英やフッ化マグネシウム等、短波長紫
外光の透過率の高いものが望ましい。この紫外光照射チ
ャンバは、高真空雰囲気としたり、ＡｒやＨｅ等の希ガ
スや、Ｎ₂ 等の雰囲気とすることができる。またこの紫
外光照射チャンバは、先に図１で示したスパッタリング
チャンバ６から、ゲートバルブ９を介して被処理基板１
を搬入することができる。すなわち全体の装置構成とし
て、ローディング装置、スパッタリング装置、搬送装
置、紫外光照射装置、およびアンローディングをクラス
タツールとして構成することにより、スループットの高
い多結晶薄膜製造装置を構成することができる。

【００２２】また他の装置構成として、紫外光照射装置
をスパッタリング装置のスパッタリングチャンバ内に設
け、ここで紫外光照射を施してもよい。スパッタリング
チャンバに光照射窓を設け、スパッタリングチャンバの
外部から紫外光照射してもよい。

【００２３】図２の装置では、ラインビーム状紫外光１
６ＬＢを用いたが、不図示のビームエキスパンダにより
矩形状、正方形状あるいは円形状紫外光としてスキャニ
ング照射、一括照射あるいはステップアンドリピート方
式で照射してもよい。照射領域のプロファイルは、例え
ば２０ｍｍ角以上の大面積が可能である。紫外光光源１
１として、ＸｅＣｌエキシマレーザの他にＫｒＦ、Ａｒ
Ｆ等他のエキシマレーザを用いてもよい。また水銀ラン
プのｇ線、ｉ線等の紫外光を用いてもよい。ＹＡＧレー
ザ等の２回ＳＨＧ光であってもよい。また被処理基板と
して、ガラス等の絶縁体基板やＳｉ等の半導体基板の他
に、高分子樹脂基板であってもよい。高分子樹脂フィル
ムを用いる場合には、ロールツーロール方式の連続スパ
ッタリング装置および連続紫外光照射装置を構成するこ
とができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明をさらに詳しく具体的な実施例
および比較例により説明する。しかしながら、本発明は
以下の実施例により何ら限定を受けるものではない。

【００２５】実施例１ 本実施例は、請求項１の多結晶薄膜の製造方法を説明す
るものである。被処理基板としてはガラス板を採用し
て、この基板上に非晶質シリコン膜を形成し、連続的に
ＸｅＣｌエキシマレーザ光を照射して多結晶シリコン膜
とした例である。

【００２６】非晶質Ｓｉ膜のスパッタリング図１に示し
たスパッタリング装置の基板ステージ上に、パシベーシ
ョン膜を例えば３０ｎｍ形成したガラス板製の被処理基
板を載置する。このパシベーション膜は、ガラス板から
の不純物汚染を防止するバリア膜であり、スパッタリン
グ法あるいはプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ₂ あるいは
Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等の無機材料膜を形成し、必要によりアニー
ルを施したものである。

【００２７】スパッタリングチャンバ内を１０^-7Ｐａま
で真空引きした後、下記スパッタリング条件により非晶
質Ｓｉ膜を形成する。 ターゲット Ｓｉインゴット（純度９９．９９９９％以上） Ａｒ流量 １００ ｓｃｃｍ 圧力（成膜時） １．３ Ｐａ ＲＦ電力 ８００ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 膜厚 １２０ ｎｍ 成膜された非晶質Ｓｉ中には、後述するように１０²⁰ａ
ｔｍｓ／ｃｍ³ 程度の濃度のＡｒが含まれる。

【００２８】非晶質Ｓｉ膜への紫外光照射 非晶質Ｓｉ膜が形成された被処理基板を紫外光照射装置
に真空搬送し、水素抜きのための予備アニールを施すこ
となく、連続的に下記条件により紫外光照射を施す。 紫外光光源 ＸｅＣｌエキシマレーザ（３０８ｎｍ） パルス周波数 ２００ Ｈｚ 照射領域形状 １５０×０．５ ｍｍ エネルギ密度 ６００ ｍＪ／ｃｍ² （１パルス当たり） 雰囲気 真空 本紫外光照射工程により、非晶質Ｓｉ膜中のＡｒが脱離
されるとともに多結晶化し、ボイドや面粗れを発生する
ことなく高品質の多結晶Ｓｉ膜を得ることができた。

【００２９】比較例 本比較例は、プラズマＣＶＤ法により非晶質Ｓｉ膜を形
成したものであり、本発明のスパッタリング法による多
結晶薄膜の製造方法と比較したものである。非晶質Ｓｉ
膜のプラズマＣＶＤ条件としては、原料ガスとしてＳｉ
Ｈ₄ を用い、通常の平行平板型プラズマＣＶＤ装置によ
り、基板温度２６０℃で成膜した。また成膜後の水素抜
き工程として、窒素雰囲気中４００℃で２時間の熱処理
を施した。

【００３０】膜中の不純物含有量の測定 成膜した非晶質Ｓｉ膜および多結晶Ｓｉ膜中のＡｒ、Ｈ
の含有量を、ＳＩＭＳ(Secondary Ion Mass Spectromet
er) により測定した。これらの結果を図３〜図５に示
す。これらのうち、図３はスパッタリング法により成膜
した非晶質Ｓｉ膜を、図４はスパッタリング法により成
膜した非晶質Ｓｉに連続的に紫外光を照射して得た多結
晶Ｓｉ膜を、そして図５はプラズマＣＶＤ法により成膜
した非晶質Ｓｉ膜に水素抜きのアニールを施したものの
不純物含有量をそれぞれ示す。いずれのグラフも、縦軸
に不純物含有量を、横軸に膜表面からの深さ、すなわち
膜表面からの距離をとっている。ただし、ＳＩＭＳ測定
の際のチャージアップ防止のため、膜表面に３０ｎｍの
厚さの金（Ａｕ）をコーティングしたため、各図の横軸
の３０ｎｍより深い部分からが実際の非晶質Ｓｉ膜ある
いは多結晶Ｓｉ膜中のＡｒ、Ｈの含有量を表す領域であ
る。このＳＩＭＳ測定における不純物含有量の検出下限
は、 Ａｒ ： ３×１０¹⁸ ａｔｍｓ／ｃｍ³ Ｈ ： ５×１０¹⁹ ａｔｍｓ／ｃｍ³ である。

【００３１】まずスパッタリング直後の非晶質Ｓｉ膜の
グラフ（図３）を見ると、Ｈ含有量は３×１０¹⁹ａｔｍ
ｓ／ｃｍ³ 程度であり、検出下限に届く微量の値であ
る。すなわち、スパッタリングにより成膜される非晶質
Ｓｉ膜は、何ら水素抜きの処理、例えば熱処理を加える
必要がないことが判る。Ａｒ含有量については、膜厚の
全領域に渡り、１×１０²⁰ａｔｍｓ／ｃｍ³ 程度の濃度
で含まれる。

【００３２】つぎに、スパッタリング直後の非晶質Ｓｉ
膜に、水素抜きの熱処理を加えることなく、連続的に紫
外光を照射して得た多結晶Ｓｉ膜のグラフ（図４）を見
ると、Ｈ含有量は３×１０¹⁹ａｔｍｓ／ｃｍ³ 程度と、
図３に比較して変化なく、これも検出下限以下の微量の
値である。Ａｒ含有量については、最小濃度で１×１０
¹⁹ａｔｍｓ／ｃｍ³ を下回る値、最高濃度でも１×１０
²⁰ａｔｍｓ／ｃｍ³ を下回る値に減少している。これは
膜厚の全領域に渡り、図３のスパッタリング直後の非晶
質Ｓｉ膜のグラフに示したＡｒ含有量より小さく、特に
膜の表面領域で最大で１桁以上小さな値である。すなわ
ち、紫外光照射により、非晶質Ｓｉ膜中に含まれていた
Ａｒは効果的に除去され、ボイドや面粗れのない多結晶
Ｓｉ膜が得られることが判る。

【００３３】一方、プラズマＣＶＤ法により得られる非
晶質Ｓｉ膜のグラフ（図５）を見ると、Ａｒ含有量につ
いては、ＳＩＭＳの検出下限の３×１０¹⁸ａｔｍｓ／ｃ
ｍ³程度であり、プラズマＣＶＤ法により得られる非晶
質Ｓｉ膜中には、Ａｒはほとんど含有されないことが判
る。しかしながら、Ｈ含有量に関しては、水素抜き熱処
理後も１×１０²¹ａｔｍｓ／ｃｍ³ 程度含有されている
ことが判る。すなわち、この状態からさらに紫外光照射
等を施して多結晶化しても、ボイドや面粗れが発生する
虞れが多分に存在し、高品位の半導体装置等を製造する
には問題を残す。

【００３４】実施例２ 本実施例は請求項６および請求項１１の半導体装置の製
造方法を説明するものであり、液晶表示パネル用のアク
ティブマトリクス型薄膜トランジスタの、チャネル層お
よびゲート電極を形成した例である。この工程を図６を
参照して説明する。

【００３５】まず、図６（ａ）に示すように、ガラス板
からなる大面積の被処理基板１上に、パシベーション膜
２０としてＳｉＯ₂ を３０ｎｍの厚さにスパッタリング
法により形成する。つぎに、不純物を含有する非晶質Ｓ
ｉ膜２１をスパッタリング法により、５０ｎｍの厚さに
形成する。ターゲットの単結晶Ｓｉは、不純物としてボ
ロン（Ｂ）を１×１０¹⁶ａｔｍｓ／ｃｍ³ 以下の微量含
有する。スパッタリング条件は、膜厚を除き、実施例１
のスパッタリング条件に準じてよい。この非晶質Ｓｉ膜
２１は、Ｈ含有量が３×１０¹⁹ａｔｍｓ／ｃｍ³ 程度と
微量であり、水素抜きの処理を加える必要はない。しか
しながら、スパッタリングガスであるＡｒの混入によ
り、Ａｒ含有量は１×１０²⁰ａｔｍｓ／ｃｍ³ 程度有
り、これを脱離させる必要がある。

【００３６】そこで、ゲートバルブを介して、スパッタ
リングチャンバと連接した紫外光照射装置に被処理基板
を真空搬送し、ここで非晶質Ｓｉ膜２１にＸｅＣｌエキ
シマレーザ光を照射する。照射条件は実施例１と同じで
ある。この結果、非晶質Ｓｉ膜２１からＡｒが脱離し、
同時に結晶化が進んで、図６（ｂ）に示すように多結晶
Ｓｉ膜２２が形成される。多結晶Ｓｉ膜２２中のＡｒ含
有量は、膜厚が薄いこともあり、最小濃度で１×１０¹⁹
ａｔｍｓ／ｃｍ³ を下回る値、最高濃度でも４×１０²⁰
ａｔｍｓ／ｃｍ³ 程度である。多結晶Ｓｉ膜２２は、ボ
イドや面粗れが発生することなく、緻密で平滑な表面を
有する。この多結晶Ｓｉ膜２２は、後工程を経て、薄膜
トランジスタのチャネル層となる部分である。

【００３７】つぎに、ＳｉＯ₂ からなるゲート絶縁膜２
３を常法に準じて１０ｎｍの厚さに形成後、再び非晶質
Ｓｉ膜をスパッタリング法により５０ｎｍ形成し、ここ
に紫外光を照射して脱ガスおよび結晶化処理を加えて多
結晶Ｓｉ膜とする。スパッタリング条件および紫外光照
射条件は、同じく実施例１に準じてよい。この後、この
多結晶Ｓｉ膜を０．３５μｍのゲート電極長にドライエ
ッチングによりパターニングし、ゲート電極２４を形成
し、トップゲート型薄膜トランジスタの基本構造とす
る。この状態を図６（ｃ）に示す。このゲート電極２４
中のＡｒ含有量は、最小濃度で１×１０¹⁹ａｔｍｓ／ｃ
ｍ³ を下回る値、最高濃度でも４×１０²⁰ａｔｍｓ／ｃ
ｍ³ 程度である。ゲート電極２４は、ボイドや面粗れの
発生もなく、緻密で平滑な表面を有する。

【００３８】この後、図６（ｄ）に示すように、ゲート
電極２４をマスクとし、不純物イオン２５をイオン注入
して、セルフアライメントでソース領域（Ｓ）、チャネ
ル領域（Ｃｈ）およびドレイン領域（Ｄ）を形成する。

【００３９】最後に、図６（ｅ）に示すように、ゲート
絶縁膜２３をゲート電極２４パターンにアライメントさ
せてパターニングする。ソース領域（Ｓ）およびドレイ
ン領域（Ｄ）も個々のトランジスタの素子領域の形状に
パターニングする。この後、層間絶縁膜２８の形成、ソ
ース領域（Ｓ）およびドレイン領域（Ｄ）に臨む接続孔
の開口、信号配線２６および画素電極２７の形成を経
て、液晶表示パネル用アクティブマトリクス型薄膜トラ
ンジスタを得る。これらの工程は、いずれも常法に準拠
してよい。

【００４０】本実施例によれば、ＴＦＴのチャネル層に
水素やＡｒの含有量が少なく、またボイドや面粗れの少
ない多結晶Ｓｉ膜を用いることにより、キャリア移動度
の大きい薄膜半導体装置を得ることができる。ＴＦＴの
構造としては、トップゲート型の他に、ボトムゲート型
等他の構造であってもよい。また絶縁ゲート型電界効果
トランジスタのゲート電極に、同じくボイドや面粗れの
少ない多結晶Ｓｉ膜を用いることにより、閾値電圧の安
定した半導体装置を得ることができる。

【００４１】以上、本発明を２例の実施例および比較例
により詳細に説明したが、本発明はこれら実施例に何ら
限定されるものではない。

【００４２】例えば、スパッタリング装置およびその方
法、紫外光照射装置およびその方法等、各種変更が可能
である。また多結晶薄膜材料として、ＳｉやＳｉＧｅ等
の半導体材料の他に、各種機能性材料に対応することが
できる。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の多結晶薄膜の製造方法によれば、膜中に含まれる、Ａ
ｒ等のスパッタリングガスや水素の濃度を低減できる。
また膜中のボイドや、膜表面の面粗れを低減でき、これ
を用いた信頼性の高い電子デバイス等を製造することが
できる。

【００４４】また本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、膜中の水素や、希ガス等のスパッタリングガスの含
有量が少なく、またボイドや面粗れの少ない多結晶薄膜
をチャネル層に用いた、キャリア移動度の大きい薄膜半
導体装置が得られる。

【００４５】さらに本発明の他の半導体装置の製造方法
によれば、膜中に水素や、希ガス等のスパッタリングガ
スの含有量が少なく、またボイドのない多結晶薄膜をゲ
ート電極に用いた、閾値電圧の安定した絶縁ゲート型電
界効果トランジスタを得ることができる。

【００４６】いずれの発明においても、非晶質薄膜のア
ニール光源として短波長の紫外光を採用するので、膜表
面部分の局所的アニールが可能であり、被処理基板にガ
ラスや高分子フィルム等の、耐熱性に乏しい材料を用い
ることも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多結晶薄膜の製造方法に使用したスパ
ッタリング装置の概略構成を示す断面図である。

【図２】本発明の多結晶薄膜の製造方法に使用した紫外
光照射装置の一構成例を示す図である。

【図３】スパッタリング直後の非晶質Ｓｉ膜中の不純物
含有量を示すグラフである。

【図４】スパッタリング直後の非晶質Ｓｉ膜に連続的に
紫外光照射を施して得た多結晶Ｓｉ膜中の不純物含有量
を示すグラフである。

【図５】プラズマＣＶＤ法により得られた非晶質Ｓｉ膜
中の不純物含有量を示すグラフである。

【図６】本発明の半導体装置の製造方法の工程を示す概
略断面図である。

【符号の説明】

１…被処理基板、１ａ…非晶質薄膜、２…アノード電
極、３…ターゲット、４…カソード電極、５…ＲＦ電
源、６…スパッタリングチャンバ、７…スパッタリング
ガス導入孔、８…真空ポンプ、９…ゲートバルブ、１１
…紫外光光源、１２…アテネータ、１３…ミラー、１４
…ビームホモジナイザ、１５…シリンドリカルレンズ、
１６…紫外光、１６ＬＢ…ラインビーム状紫外光、１７
…照射領域、２０…パシベーション膜、２１…非晶質Ｓ
ｉ膜、２２…多結晶Ｓｉ膜、２３…ゲート絶縁膜、２４
…ゲート電極、２５…不純物イオン、２６…信号配線、
２７…画素電極、２８…層間絶縁膜

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理基板上に、希ガスを含むスパッタ
   リングガスを用いたスパッタリング法により、前記希ガ
   スを含む非晶質薄膜を形成する工程、 前記非晶質薄膜を形成する工程の後、連続的に、前記非
   晶質薄膜に紫外光を照射することにより、前記非晶質薄
   膜中の希ガスを除去するとともに、前記非晶質薄膜を多
   結晶化して多結晶薄膜とする、紫外光照射工程を具備す
   ることを特徴とする多結晶薄膜の製造方法。
2. 【請求項２】 前記多結晶薄膜材料は、ＳｉおよびＳｉ
   Ｇｅのうちのいずれか一方であることを特徴とする請求
   項１記載の多結晶薄膜の製造方法。
3. 【請求項３】 前記多結晶薄膜の少なくとも一部におけ
   る希ガス含有量は、１×１０²⁰ａｔｍｓ／ｃｍ³ 未満で
   あることを特徴とする請求項１記載の多結晶薄膜の製造
   方法。
4. 【請求項４】 前記多結晶薄膜の少なくとも一部におけ
   る希ガス含有量は、１×１０¹⁹ａｔｍｓ／ｃｍ³ 未満で
   あることを特徴とする請求項１記載の多結晶薄膜の製造
   方法。
5. 【請求項５】 前記紫外光は、エキシマレーザ光である
   ことを特徴とする請求項１記載の多結晶薄膜の製造方
   法。
6. 【請求項６】 薄膜トランジスタを具備する半導体装置
   の製造方法において、 前記薄膜トランジスタのチャネル層の形成工程は、 被処理基板上に、希ガスを含むスパッタリングガスを用
   いたスパッタリング法により、前記希ガスを含む非晶質
   半導体薄膜を形成する工程、 前記非晶質半導体薄膜を形成する工程の後、連続的に、
   前記非晶質半導体薄膜に紫外光を照射することにより、
   前記非晶質半導体薄膜中の希ガスを除去するとともに、
   前記非晶質半導体薄膜を多結晶化して多結晶半導体薄膜
   とする、紫外光照射工程を具備することを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
7. 【請求項７】 前記多結晶半導体薄膜材料は、Ｓｉおよ
   びＳｉＧｅのうちのいずれか一方であることを特徴とす
   る請求項６記載の半導体装置の製造方法。
8. 【請求項８】 前記多結晶半導体薄膜の少なくとも一部
   における希ガス含有量は、１×１０²⁰ａｔｍｓ／ｃｍ³
   未満であることを特徴とする請求項６記載の半導体装置
   の製造方法。
9. 【請求項９】 前記多結晶半導体薄膜の少なくとも一部
   における希ガス含有量は、１×１０¹⁹ａｔｍｓ／ｃｍ³
   未満であることを特徴とする請求項６記載の半導体装置
   の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記紫外光は、エキシマレーザ光であ
    ることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方
    法。
11. 【請求項１１】 絶縁ゲート型電界効果トランジスタを
    具備する半導体装置の製造方法において、 前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極の
    形成工程は、 被処理基板上に、希ガスを含むスパッタリングガスを用
    いたスパッタリング法により、前記希ガスを含む非晶質
    半導体薄膜を形成する工程、 前記非晶質半導体薄膜を形成する工程の後、連続的に、
    前記非晶質半導体薄膜に紫外光を照射することにより、
    前記非晶質半導体薄膜中の希ガスを除去するとともに、
    前記非晶質半導体薄膜を多結晶化して多結晶半導体薄膜
    とする、紫外光照射工程を具備することを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記多結晶半導体薄膜材料は、Ｓｉお
    よびＳｉＧｅのうちのいずれか一方であることを特徴と
    する請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記多結晶半導体薄膜の少なくとも一
    部における希ガス含有量は、１×１０²⁰ａｔｍｓ／ｃｍ
    ³ 未満であることを特徴とする請求項１１記載の半導体
    装置の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記多結晶半導体薄膜の少なくとも一
    部における希ガス含有量は、１×１０¹⁹ａｔｍｓ／ｃｍ
    ³ 未満であることを特徴とする請求項１１記載の半導体
    装置の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記紫外光は、エキシマレーザ光であ
    ることを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造
    方法。