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JP3830623B2 - 結晶性半導体膜の作製方法 - Google Patents

結晶性半導体膜の作製方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、結晶性珪素膜の作製方法に関する。またはその結晶性珪素膜を用いた半導体装置の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
絶縁表面上に形成された珪素膜を用いた薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと称する）が知られている。
【０００３】
現在実用化されている薄膜トランジスタの形態は、非晶質珪素膜を用いたものと高温ポリシリコンと称される結晶性珪素膜を用いたものである。
【０００４】
非晶質珪素膜を用いたものは、ガラス基板を利用できる関係からアクティブマトリクス型の液晶表示装置に盛んに利用されている。
【０００５】
しかし、非晶質珪素膜を用いたＴＦＴは、その電気的な特性が低いので、アクティブマトリクス回路に利用する以外には特に応用分野がない。
【０００６】
他方、液晶パネル内に駆動回路を内蔵させたり、より高い表示機能を得るためにより特性の高いＴＦＴを得ることが要求されている。また、アクティブマトリクス以外にＴＦＴの応用範囲を広げるために非晶質珪素膜よりも高い特性を有するＴＦＴが要求されている。
【０００７】
高温ｐ−Ｓｉというのは、９００℃以上というような高温での加熱処理を利用して結晶性珪素膜を得る技術を利用して得られる。
【０００８】
高い特性を要求する観点からは、結晶性珪素膜を用いることが好ましい。しかし、高温ｐ−Ｓｉ膜を作製する際に必要とされる加熱処理温度では、基板としてガラス基板が利用できないという問題がある。
【０００９】
薄膜トランジスタは、主にＬＣＤ装置に利用されるものであり、基板としてガラス基板が利用できることが要求される。
【００１０】
また、プロセスマージンや生産コストを下げるためによりプロセス温度を下げることが要求されている。
【００１１】
この問題を解決する手段として、より低温でのプロセス温度で結晶性珪素膜を得る技術が研究されている。
【００１２】
このプロセスは、高温ポリシリコンを作製するプロセス（高温プロセス）に対応させて低温プロセスと称されている。
【００１３】
また、この低温プロセスで作製された結晶性珪素膜を低温ポリシリコンと称する。
【００１４】
低温ポリシリコン膜を作製する技術としては、レーザー照射による方法と加熱による方法とに大別することができる。
【００１５】
レーザー照射による方法は、レーザー光が非晶質珪素膜の表面近傍で直接吸収される関係上、非晶質珪素膜の表面が瞬間的に加熱されるのみで、全体が加熱ことがない。従って、レーザー光の照射は、実質的に加熱を行わない工程とすることができる。
【００１６】
しかし、この方法は、レーザー発振器の安定性に問題があり、また大面積に対応させることにも問題がある。また、得られる結晶性珪素膜の結晶性も十分なものではない。
【００１７】
他方、加熱による方法は、ガラス基板が耐えるような温度での加熱処理では、必要とする結晶性珪素膜を得ることができないのが現状である。
【００１８】
このような現状の問題点を改善する技術として、本出願人による特開平６−２６８２１２号に記載された技術がある。
【００１９】
この技術は、ニッケルに代表される珪素の結晶化を助長する金属元素を非晶質珪素膜の表面に接して保持させ、その後に加熱処理を行うことで、従来よりも低温でしかもガラス基板が耐える温度でもって、必要とする結晶性を有した結晶性珪素膜を得ることができる技術である。
【００２０】
このニッケルを利用する結晶化技術は、ガラス基板が耐えるようなより低温での加熱処理によって、必要とする結晶性を有した結晶性珪素膜を得ることができる有用なものである。
【００２１】
しかし、結晶化に利用したニッケルが活性層中に残留することが避けられず、そのことがＴＦＴの特性の不安定性や信頼性の低下を招いていた。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
本明細書で開示する発明は、上述した珪素の結晶化を助長する金属元素を用いた結晶性珪素膜を得る技術において、得られる珪素膜中に残留するニッケル元素の影響を排除する構成を提供することを課題とする。
【００２３】
【課題を解決するために手段】
本明細書で開示する発明の一つは、
珪素の結晶化を助長する金属元素の作用により結晶化された珪素膜を形成する工程と、
該珪素膜の少なくとも一部の表面にバリア膜を形成する工程と、
該バリア膜上び１５族の元素を含有させた珪素膜を成膜する工程と、
加熱処理を施し、前記金属元素を前記珪素膜から前記１５族の元素を含有させた珪素膜に移動させる工程と、
前記１５族の元素を含有させた珪素膜を除去する工程と、
を有することを特徴とする半導膜の作製方法である。
【００２４】
上記の発明において、 珪素の結晶化を助長する金属元素としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｉｎから選ばれた一種または複数種類のものを用いることができる。
【００２５】
しかし珪素の結晶化を助長する金属元素として、Ｎｉを利用することが特に好ましい。Ｎｉを利用した場合に本明細書に開示する発明を最も顕著に得ることができる。
【００２６】
バリア膜としては、酸化膜、窒化膜、酸化窒化珪素膜から選ばれた膜を利用することができる。酸化膜としては、自然酸化膜、熱酸化膜、プラズマＣＶＤ法で成膜された酸化珪素膜等を用いることができる。
【００２７】
このバリア膜は、後の珪素膜のエッチングに際してエッチングストッパーとして利用される。よってその機能を有していることが重要となる。
【００２８】
１５族から選ばれた元素としては、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂから選ばれた元素を用いることができる。
【００２９】
特に１５族から選ばれた元素としては、Ｐ（燐）を用いることが最も好ましい。本明細書で開示する発明は、結晶化を助長する金属元素してニッケルを用い、１５族から選ばれた元素として燐を用いた場合に特に顕著な効果を得ることができる。
【００３０】
また当該金属元素を移動させるための加熱処理は、４５０℃〜７５０℃から選択された温度で行うことが重要である。
【００３１】
上述した半導体膜を用いて、薄膜トランジスタ、さらには薄膜トランジスタを用いた半導体装置を作製することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１に具体的な作製工程例を示す。まず、珪素の結晶化を助長する金属元素であるニッケルを１０３で示されるように非晶質珪素膜１０２の表面に接して保持させる。（図１（Ａ））
【００３３】
そして、加熱処理を加えて非晶質珪素膜を結晶化させ、結晶性珪素膜１０４を得る。この際、珪素膜１０４中にニッケル元素が拡散する。（図１（Ｂ））
【００３４】
さらに熱酸化膜１０５を成膜し、さらに燐を高濃度に含有した非晶質珪素膜１０６を成膜する。（図１（Ｃ））
【００３５】
次に加熱処理を施し、燐を含有した珪素膜１０６中に存在するニッケル元素を珪素膜１０６中に移動させる。
【００３６】
そして熱酸化膜１０５をエッチングストッパーとしてニッケル元素を吸い上げた珪素膜１０６を除去する。
【００３７】
こうして、ニッケル元素の作用により高い結晶性が得られ、さらにニッケル元素の濃度が減少させられた珪素膜１０４を得ることができる。
【００３８】
【実施例】
〔実施例１〕
図１に本実施例の作製工程を示す。本実施例では、ガラス基板上に結晶性珪素膜を作製する工程を示す。
【００３９】
まずガラス基板１０１上に非晶質珪素膜１０２を減圧熱ＣＶＤ法によって、５０ｎｍの厚さに成膜する。
【００４０】
本実施例では、ガラス基板１０１としては、コーニング１７３７ガラス基板（歪点６６７℃）を用いる。一般にガラス基板の耐熱温度は、その歪点を目安とすることができる。
【００４１】
非晶質珪素膜の成膜方法としては、プラズマＣＶＤ法を利用してもよい。しかし、結晶化を阻害する含有水素量の問題等を考慮した場合、減圧熱ＣＶＤ法を用いた方が好ましい。
【００４２】
なお、本実施例ではガラス基板の表面に直接非晶質珪素膜を成膜する例をしめすが、非晶質珪素膜の下地として酸化珪素膜や窒化珪素膜、さらには酸化窒化珪素膜等を成膜する構成を採用してもよい。
【００４３】
非晶質珪素膜を成膜したら、ニッケル濃度を重量換算で１０ｐｐｍの濃度に調整したニッケル酢酸塩溶液を塗布し、さらにスピンコーターを用いてスピンドライを行い余分な溶液を吹き飛ばす。
【００４４】
こうして、図１（Ａ）の１０３で示されるようにニッケル元素が非晶質珪素膜１０２の表面に接して保持された状態を得る。
【００４５】
ニッケルの導入方法は、本実施例に示すような溶液を用いる方法が最も簡便であり、生産性も非常に高い。また、ニッケル濃度を調整することで簡単にニッケルの導入量を調整できる点でも有利である。
【００４６】
他のニッケルの導入方法としては、ＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法、ガス吸着法、イオン注入法等の方法を利用することができる。
【００４７】
図１（Ａ）に示す状態を得たら、この状態で加熱処理を行い、非晶質珪素膜１０２を結晶化させ、図１（Ｂ）に示す結晶性珪素膜１０４を得る。
【００４８】
この加熱処理は、窒素雰囲気中において、６００℃、８時間の条件で行う。この加熱処理は、４５０℃〜ガラス基板の歪点以下の温度で行うことができる。
【００４９】
なお一般にニッケルを導入しない場合は、６００℃、８時間の加熱処理では非晶質珪素膜は結晶化しない。
【００５０】
上記の加熱処理において、非晶質珪素膜１０２の表面に接して保持されていたニッケル元素は膜中に拡散する。そしてその際に結晶化が進行する。
【００５１】
この工程は、ニッケルを膜中に拡散させることにより、結晶化を促進させるものであるといえる。
【００５２】
結晶性珪素膜１０４中には、ニッケル元素が１×１０18原子／ｃｍ3 〜５×１０18原子／ｃｍ3 程度の濃度で存在している。この濃度の計測は、ＳＩＭＳ（２次イオン分析方法によって行った値である。
【００５３】
図１（Ｂ）に示すように結晶性珪素膜１０４を得たら、図１（Ｂ）に示す酸化膜１０５を形成する。
【００５４】
ここでは、酸素雰囲気中において、６４０℃、２時間の加熱処理を行い、およそ１０ｎｍの熱酸化膜１０５を形成する。ここで熱酸化膜を成膜するのは、熱酸化膜が最も緻密で後にエッチングストッパーとしての機能を最も効果的に果たすからである。
【００５５】
熱酸化膜１０５の膜厚は、２０ｎｍ以下であることが好ましい。なお、熱酸化膜の形成時に雰囲気中に塩素に代表されるハロゲン元素を添加してもよい。
【００５６】
熱酸化膜以外には、プラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法で成膜される酸化珪素膜、さらにはプラズマＣＶＤ法で成膜される窒化珪素膜、さらには酸化窒化珪素膜等を利用することができる。
【００５７】
次に燐を高濃度にドーピングした非晶質珪素膜１０６を２００ｎｍの厚さに成膜する。（図１（Ｃ））
【００５８】
この非晶質珪素膜１０６は以下の条件を満たしていることが重要である。
（１）膜厚が珪素膜１０４の膜厚以上、好ましくは２倍以上。
（２）燐の含有濃度が珪素膜１０４中のニッケル濃度よりも高いこと。好ましくは５倍上であること
【００５９】
上記（１）及び（２）に要件を満たすことにより、後の加熱処理において、結晶性珪素膜１０４中のニッケル元素を効果的に珪素膜１０６中に移動させることができる。
【００６０】
ここでは、シランを９８体積％、フォスヒンを２体積％の割合で混合した成膜ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、燐が１０20原子／ｃｍ3 台の濃度で含まれる非晶質珪素膜１０６を成膜する。
【００６１】
こうして図１（Ｃ）に示す状態を得たら、次に再度の加熱処理を行う。この工程では、結晶性珪素膜１０４中のニッケル元素が酸化膜１０５を透過して珪素膜１０６中に移動する。（図１（Ｄ））
【００６２】
図１（Ｄ）に珪素膜１０４から珪素膜１０６へとニッケル元素が移動する様子を矢印で示す。
【００６３】
燐とニッケルとは、多様な結合状態を有し、しかもその結合状態は非常に安定している。よって、珪素膜１０４から珪素膜１０６に移動したニッケル元素は、珪素膜１０６中の燐と結合され、そこで固定化される。即ち、ニッケル元素が珪素膜１０４から珪素膜１０６へと移動した状態が得られる。
【００６４】
これは、ニッケル元素が珪素膜１０４から珪素膜１０６へとゲッタリングされた状態と見ることもできる。
【００６５】
なお、上記工程において、酸化膜１０５の膜厚が厚いと、ニッケル元素の移動が阻害されるので注意が必要である。
【００６６】
上記加熱処理は、窒素雰囲気中において、６００℃、４時間の条件でもって行う。
【００６７】
この加熱処理は、４５０℃〜７５０℃の範囲で行うことができる。この温度範囲以下であるとニッケルの移動が盛んに行われない。また、この温度範囲以上だと、珪素膜１０６中の燐の移動が顕在化し、ニッケルを珪素膜１０６に移動させ、そこで固定化するという作用を得ることができない。
【００６８】
なお、この工程において非晶質珪素膜１０６は結晶化するが、このことは特に問題とはならない。
【００６９】
こうして珪素膜１０４中のニッケル元素が珪素膜１０６中に吸い出され、ニッケル濃度が減少した珪素膜１０４を得ることができる。この珪素膜１０４は、ニッケルの作用により高い結晶性を有し、しかも膜中のニッケル濃度を減少させたものとして得られる。
【００７０】
次に珪素膜１０６を除去し、図１（Ｅ）に示す状態を得る。この際、酸化膜１０５がエッチングストッパーとして作用する。酸化膜１０５が存在しないと、結晶性珪素膜１０４までのエッチングされてしまう。
【００７１】
次に酸化膜１０５を除去し、ガラス基板上に形成された結晶性珪素膜１０４を得る。（図１（Ｆ））
【００７２】
ここでは、酸化膜１０５を除去する例を示したが、この酸化膜１０５を保護膜として利用し、さらには後に素子形成の際に利用するために残存させてもよい。
【００７３】
〔実施例２〕
本実施例は、実施例１とは異なる作製方法により結晶性珪素膜を得る場合の例である。
【００７４】
図２の本実施例の作製工程を示す。まず図２（Ａ）に示すようにコーニング１７３７ガラス基板１０１上に非晶質珪素膜１０２を減圧熱ＣＶＤ法によって５０ｎｍの厚さに成膜する。
【００７５】
本実施例に示す結晶成長形態を実施する場合には、出発膜の非晶質珪素膜の成膜方法として減圧熱ＣＶＤ法を用いることが好ましい。
【００７６】
非晶質珪素膜１０２を成膜したら、図示ない酸化珪素膜を２００ｎｍの厚さに成膜する。そしてこの図示しない酸化珪素膜をパターニングすることにより、マスク２０１を形成する。このマスク２０１には、開口２０２が設けられている。
【００７７】
この開口２０２は図面の手前側から奥行き方向へと長手形状を有するスリット形状を有したものとする。
【００７８】
次に重量換算で１０ｐｐｍのニッケル濃度としたニッケル酢酸塩溶液を塗布しする。そして、スピンコーターを用いて余分なニッケル溶液を吹き飛ばす。
【００７９】
こうして２０３で示されるようにニッケル元素が表面に接して保持された状態を得る。
【００８０】
この状態では、開口２０２が設けられている領域において、ニッケル元素が選択的に非晶質珪素膜１０２の表面に接して保持された状態が得られる。即ち、非晶質珪素膜１０２の表面の一部において、スリット形状にニッケル元素が接して保持された状態が得られる。
【００８１】
こうして図２（Ａ）に示す状態を得る。次に５６０℃、１４時間の加熱処理を窒素雰囲気中において加える。
【００８２】
この工程においては、開口部２０２が設けられた領域から非晶質珪素膜１０２中にニッケル元素が拡散し、それに従って図２（Ｂ）の矢印２０３で示される方向に向かっての結晶化が進行する。
【００８３】
この結晶化は、膜面に平行な方向にしかも開口２０２の延長方向に垂直な方向に概略平行に行われる。この結晶成長を横成長と称する。この結晶成長（横成長）は、１００μｍ以上に渡って行わすことができる。
【００８４】
この結晶成長を行わす加熱処理条件は、５７０℃以下の温度で行うことが好ましい。これは、これ以上の温度では、自然結晶化（ニッケルの作用によらない微小な領域での結晶成長）の影響で、横成長が阻害されるからである。
【００８５】
ただし、加熱処理温度低下させると、横成長自体の成長速度も遅くなるので処理時間が長くなるという問題が発生する。
【００８６】
図２（Ｂ）に示す結晶成長が終了したら、酸化珪素膜でなるマスク２０１を除去する。
【００８７】
そして図２（Ｃ）に示すように熱酸化膜１０５を成膜する。成膜条件は実施例１の場合と同じである。さらに実施例１と同様の条件により燐を高濃度に含んだ非晶質珪素膜１０６を成膜する。
【００８８】
この後は実施例１に示した構成に従い図２（Ｄ）に示すように珪素膜１０４中のニッケル元素を珪素膜１０６中に移動させる。
【００８９】
さらに図２（Ｅ）に示すように珪素膜１０６を除去し、さらに熱酸化膜１０５を除去する。
【００９０】
こうして、横成長というニッケル元素を利用した場合に得られる特異な結晶成長形態を有し、しかも膜中のニッケル元素を減少させた結晶性珪素膜を得ることができる。
【００９１】
〔実施例３〕
本実施例は、実施例１または実施例２に示した作製方法によって得られた結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製する場合の例である。
【００９２】
まず実施例１または実施例２に示す作製工程に従って結晶性珪素膜を得る。次にこの結晶性珪素膜をパターニングし、図３（Ａ）の３０７で示すパターンを得る。
【００９３】
そして、ゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜３０８をプラズマＣＶＤ法により１２０ｎｍの厚さに成膜する。
【００９４】
次にゲイト電極を構成するための図示しないアルミニウム膜をスパッタ法によって、４００ｎｍの厚さに成膜する。このアルミニウム膜は、スカンジウムを0.18重量％含有させたターゲットを用いて成膜する。
【００９５】
アルミニウム膜中にスカンジウムを含有させるのは、後の工程におけるアルミニウムの異常成長に起因するヒロックやウィスカーと呼ばれる刺状あるいは針状の突起物が形成されることを抑制するためである。
【００９６】
次にレジストマスク３００を用いて図示しないアルミニウム膜をパターニングし、図２（Ａ）に示すパターン３０９を形成する。
【００９７】
次にレジストマスク３００を残存させた状態でアルミニウムパターン３０９を陽極とした陽極酸化を行う。
【００９８】
この工程では、電解溶液として３％（体積）の蓚酸を含む水溶液を用い、アルミニウムパターンを陽極、白金を陰極として両電極間に電流を流す。こうして陽極酸化膜３１１が形成される。（図３（Ｂ））
【００９９】
この工程は、レジストマスク３００を残存させた状態で行うので、３１１で示されるように陽極酸化膜は、アルミニウムパターン３０９の側面に形成される。なお、３１０で示されるのが、残存したアルミニウム膜パターンである。
【０１００】
本実施例では、陽極酸化膜３１１の成長距離を４００ｎｍとする。本実施例で形成される陽極酸化膜３１１は、多孔質状（ポーラス状）を有している。
【０１０１】
陽極酸化膜３１１を成膜したら、レジストマスク３００を除去する。そして、再度の陽極酸化を行う。この工程では、電解溶液として、３（体積）％の酒石酸を含んだエチレングリコール溶液をアンモニア水で中和したものを用いる。
【０１０２】
この工程では、多孔質状の陽極酸化膜３１１の内部に電解溶液が侵入する関係から、３１２で示されるように陽極酸化膜が形成される。
【０１０３】
即ち、アルミニウムパターン３１０の表面に陽極酸化膜１１２が形成される。なお、このアルミニウムパターン３１０が後にゲイト電極となる。
【０１０４】
この陽極酸化膜３１２の膜厚は、７０ｎｍとする。この陽極酸化膜は、緻密な膜質を有したものとなる。
【０１０５】
こうして図３（Ｂ）に示す状態を得る。
【０１０６】
次にゲイト電極３１０、その周囲の緻密な膜質を有する陽極酸化膜３１２、さらに多孔質上の陽極酸化膜３１１をマスクとして、露呈した酸化珪素膜３０８を除去する。
【０１０７】
ここでは、垂直異方性を有するドライエッチング法（ＲＩＥ法）を用いて露呈した酸化珪素膜３０８をエッチング除去する。こうして、図２（Ｃ）に示す状態を得る。ここで３１３で示される酸化珪素膜（ゲイト絶縁膜）が残存する。
【０１０８】
次にプラズマドーピング法により、燐のドーピングを行う。プラズマドーピング法というのは、ドーパント元素を含んだ原料ガスをプラズマ化させ、そこから電界によりドーパントイオンを引出し、それを電界により加速して、被ドーピング領域に加速注入するドーピング方法のことをいう。一般にプラズマドーピング法とは、特に磁場を用いた質量分離を行わない方法のことをいう。
【０１０９】
他方、ＩＣの作製等で多用されている質量分離を行い、分離されたドーパントイオンを加速注入する方法をイオン注入法と称する。
【０１１０】
プラズマドーピング法は、大面積に対応できる優位性がある反面、水素等のドーパントガス中に含まれる他の元素もドーピングされてしまう問題がある。
【０１１１】
このドーピングによって、３１４及び３１６の領域に燐のドーピングが行われる。このドーピングされた領域を便宜上高濃度不純物領域と称する。なお、３１４及び３１６の領域は後にソース及びドレイン領域となる。
【０１１２】
このドーピングは、通常のソース及びドレイン領域を形成するためのドーピング条件でもって行えばよい。
【０１１３】
また、３１３で示される領域がドーピングが行われなかった領域として残存する。
【０１１４】
次に多孔質状の陽極酸化膜３１１を除去し、図３（Ｄ）に示すような状態を得る。そして再度の燐のドーピングをプラズマドーピング法でもって行う。この工程は、（Ｃ）に示す工程におけるドーピングよりも低ドーズ量でもって行う。
【０１１５】
こうして、ソース及びドレイン領域よりも低ドーズ量でもってドーピングが行われた低濃度不純物領域３１７及び３１９の領域が形成される。また、ドーピングが行われない３１８の領域がチャネル領域として画定する。（図３（Ｄ））
【０１１６】
次にエキシマレーザー光を照射することにより、被ドーピング領域の活性化を行う。具体的には、ドーピング時に生じた被ドーピング領域の損傷のアニールと、被ドーピング領域におけるドーパントの活性化とを行う。
【０１１７】
なお、緻密な膜質を有する陽極酸化膜３１２の膜厚分でもってチャネル領域３１８に隣接して高抵抗領域が形成されるが、本実施例では、陽極酸化膜３１２の膜厚が７０ｎｍと薄いので、その存在は無視する。
【０１１８】
次に図２（Ｅ）に示すように層間絶縁膜として窒化珪素膜３２２をプラズマＣＶＤ法により２５０ｎｍの厚さに成膜する。さらにアクリル樹脂膜３２３をスピンコート法を用いて成膜する。アクリル樹脂膜３２３の膜厚は、最小の部分で７００ｎｍとする。
【０１１９】
さらにコンタクトホールの形成を行い、ソース電極３２４とドレイン電極３２５とを形成する。こうして図３（Ｅ）に示すＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を完成させる。
【０１２０】
こうして、従来よりも高い結晶性を有した活性層をガラス基板上に形成することができ、高い特性を有したＴＦＴを得ることができる。
【０１２１】
〔実施例４〕
本実施例は、実施例１または実施例２に示す作製工程において、ニッケルのゲッタリングを行うための珪素膜１０６を活性化させる工程の例を示す。
【０１２２】
まず、実施例１の場合について説明する。この場合、図１（Ｃ）に示す状態において、線状にビーム加工されたＫｒＦエキシマレーザー光を非晶質珪素膜１０６に照射する。
【０１２３】
こうすることにより、非晶質珪素膜１０６中の燐が活性化されて、後のゲッタリング工程におけるゲッタリング効果を高めることができる。
【０１２４】
ここではレーザー光を照射する場合の例を示すが、赤外光を照射することにより、このアニールを行うのでもよい。
【０１２５】
実施例２の場合は、図２（Ｃ）に示す状態においてレーザー光の照射を行う。または赤外光の照射を行う。
【０１２６】
〔実施例５〕
本実施例は、ボトムゲイト型のＴＦＴを作製する場合の例を示す。図４に本実施例の作製工程を示す。
【０１２７】
まず、ガラス基板４０１上にゲイト電極４０２を形成する。本実施例では、ガラス基板上に下地膜を形成しない場合の例を示す。（図４（Ａ））
【０１２８】
ゲイト電極４０２は、後の加熱処理工程において耐えることのできる材料を選ぶことが必要である。ここでは、ゲイト電極４０２としてスパッタ法で成膜された４００ｎｍ厚のタンタル膜を用いる。（図４（Ａ））
【０１２９】
ゲイト電極４０２を形成したら、ゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜４０３をプラズマＣＶＤ法により１００ｎｍの厚さに成膜する。
【０１３０】
次に非晶質珪素膜４０４をプラズマＣＶＤ法でもって５０ｎｍの厚さに成膜する。なお、非晶質珪素膜の成膜方法とては、プラズマＣＶＤ法の代わりに減圧熱ＣＶＤ法を用いてもよい。
【０１３１】
次に露呈している非晶質珪素膜の表面の全面にニッケル酢酸塩溶液を塗布し、４０５で示されるようにニッケル元素が接して保持された状態を得る。（図４（Ａ））
【０１３２】
ここでは、非晶質珪素膜の表面の全面にニッケル元素を導入する例を示すが、マスクを設けて選択的にニッケルを導入し、横成長を行わす構成としてもよい。
【０１３３】
次に６００℃、８時間の加熱処理を加えて非晶質珪素膜４０４を結晶化させ、結晶性珪素膜４０６を得る。（図４（Ｂ））
【０１３４】
次に酸化珪素膜でなる熱酸化膜４０７を１０ｎｍの厚さに成膜する。さらに燐を高濃度にドーピングした非晶質珪素膜４０８をプラズマＣＶＤ法により、２００ｎｍの厚さに成膜する。
【０１３５】
ここで、非晶質珪素膜４０８は、シランを９９体積％、フォスフィンを１体積％の割合で混合させた成膜ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により成膜する。
【０１３６】
次に６００℃、２時間の加熱処理を施すことにより、結晶性珪素膜４０６中のニッケル元素を非晶質珪素膜４０８中に移動させる。即ち、結晶性珪素膜４０６中のニッケル元素を非晶質珪素膜４０８中にゲッタリングさせる。
【０１３７】
次に非晶質珪素膜４０８と熱酸化膜４０７を除去する。そして、結晶性珪素膜４０６をパターニングして、４１０で示されるパターンを得る。この４１０で示される結晶性珪素膜のパターンがＴＦＴの活性層となる。（図４（Ｃ））
【０１３８】
次に酸化珪素膜でなるマスク４０６を除去する。そして、図示しないドーピング用のマスクを設けて、活性層に対して選択的に燐のドーピングを行う。
【０１３９】
この工程で４１１及び４１３の領域に燐がドーピングされる。なお、本実施例では、Ｎチャネル型のＴＦＴを作製する場合の例を示すが、Ｐチャネル型のＴＦＴを作製するのであれば、ボロンのドーピングを行えばよい。
【０１４０】
ドーピングの終了後、レーザーアニールを行い、被ドーピング領域の活性化を行う。
【０１４１】
こうして、ソース領域４１１、チャネル領域４１２、ドレイン領域４１３を形成する。（図４（Ｄ））
【０１４２】
次に層間絶縁膜として窒化珪素膜４１４をプラズマＣＶＤ法により、３００ｎｍの厚さに成膜する。さらにアクリル樹脂膜４１５をスピンコート法によって成膜する。
【０１４３】
アクリル樹脂膜以外には、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、エポキシ等の樹脂材料を用いることができる。
【０１４４】
層間絶縁膜を成膜したら、コンタクトホールの形成を行い、ソース電極４１６及びドレイン電極４１７を形成する。こうして図４（Ｄ）に示すボトムゲイト型のＴＦＴを完成させる。
【０１４５】
〔実施例６〕
本実施例では、ＴＦＴを利用した集積回路の例を示す。集積回路の例としては、ＣＰＵ、メモリ、各種演算回路、増幅回路、スイッチ回路等を挙げることができる。図５にＴＦＴを利用した集積回路の概要及びその一部の断面を示す。
【０１４６】
〔実施例７〕
本明細書で開示する薄膜トランジスタは、各種フラットパネルディスプレイやフラットパネルディスプレイを備えた情報処理端末やビデオカメラ等に利用することができる。本明細書では、これらの装置を総称して半導体装置と称する。
【０１４７】
以下において各種装置の具体的な構成の例を示す。図６に各種半導体装置の例を示す。これらの半導体装置は、ＴＦＴを少なくとも一部に用いている。
【０１４８】
図６（Ａ）に示すのは、携帯型の情報処理端末である。この情報処理端末は、本体２００１にアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイまたはアクティブマトリクス型のＥＬディスプレイを備え、さらに外部から情報を取り込むためのカメラ部２００２を備えている。また内部に集積回路２００６を備えている。
【０１４９】
カメラ部２００２には、受像部２００３と操作スイッチ２００４が配置されている。
【０１５０】
情報処理端末は、今後益々その携帯性を向上させるために薄く、また軽くなるもと考えられている。
【０１５１】
このような構成においては、アクティブマトリクス型のディスプレイ２００５が形成された基板上周辺駆動回路や演算回路や記憶回路がＴＦＴでもって集積化されることが好ましい。
【０１５２】
図６（Ｂ）に示すのは、ヘッドマウントディスプレイである。この装置は、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイやＥＬディスプレイ２１０２を本体２１０１に備えている。また、本体２１０１は、バンド２１０３で頭に装着できるようになっている。
【０１５３】
図６（Ｃ）に示すのは、カーナビゲションシステムであって、人工衛星からの信号をアンテナ２２０４で受け、その信号に基づいて本体２２０１に備えられたアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ２２０２に地理情報を表示する機能を有している。
【０１５４】
ディスプレイ２２０２として、ＥＬ型の表示装置を採用することもできる。いずれの場合でもディスプレイは、ＴＦＴを利用したアクティブマトリクス型のフラットパネルディスプレイとする。
【０１５５】
また、本体２２０１には操作スイッチ２２０３が備えられており、各種操作を行うことができる。
【０１５６】
図６（Ｄ）に示すのは、携帯電話である。この装置は、本体２３０１にアクティブマトリクス型の液晶表示装置２３０４、操作スイッチ２３０５、音声入力部２３０３、音声出力部２３０２、アンテナ２３０６を備えている。
【０１５７】
また、最近は、（Ａ）に示す携帯型情報処理端末と（Ｄ）に示す携帯電話とを組み合わせたような構成も商品化されている。
【０１５８】
図６（Ｅ）に示すのは、携帯型のビデオカメラである。これは、本体２４０１に受像部２４０６、音声入力部２４０３、操作スイッチ２４０４、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ２４０２、バッテリー２４０５を備えている。
【０１５９】
図６（Ｆ）に示すのは、リアプロジェクシン型の液晶表示装置である。この構成は、本体２５０１に投影用のスクリーンを備えた構造となっている。表示は、光源２５０２からの光を偏光ビームスプリッタ２５０４で分離し、この分離された光を反射型の液晶表示装置２５０３で光学変調し、この光学変調された画像を反射してリフレクター２５０５、２５０６で反射し、それをスクリーン２５０７に投影するものである。
【０１６０】
ここでは、液晶表示装置２５０３として反射型のものを用いる例を示した。しかし、ここに透過型の液晶表示装置を用いてもよい。この場合、光学系を変更すればよい。
【０１６１】
またここでは、主に液晶表示装置の例を示したが、アクティブマトリクス型の表示装置として、ＥＬ表示装置を採用するのでもよい。
【０１６２】
〔実施例８〕
本実施例は、他の実施例の構成において、珪素膜としてＳｉX Ｇｅ1-x （０＜Ｘ＜１）で示される膜を用いる場合の例である。
【０１６３】
例えば実施例の１の場合は、１０２で非晶質珪素膜をＳｉX Ｇｅ1-x （０＜Ｘ＜１）で示される膜とすることができる。また、燐がドーピングされた膜１０６をＳｉX Ｇｅ1-x （０＜Ｘ＜１）で示される膜とすることもできる。
【０１６４】
【発明の効果】
本明細書で開示する発明を利用することで、珪素の結晶化を助長する金属元素を用いた結晶性珪素膜を得る技術において、得られる珪素膜中に残留するニッケル元素の影響を排除する構成を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 結晶性珪素膜を得る工程を示す図。
【図２】 結晶性珪素膜を得る工程を示す図。
【図３】 ＴＦＴの作製工程を示す図。
【図４】 ＴＦＴの作製工程を示す図。
【図５】 ＴＦＴを利用した集積回路を示す概略図。
【図６】 ＴＦＴを利用した装置の概要を示す図。
【符号の説明】
１０１ ガラス基板
１０２ 非晶質珪素膜
１０３ 表面に接して保持されたニッケル元素
１０４ 結晶性珪素膜
１０５ 熱酸化膜
１０６ 燐を高濃度にドーピングした非晶質珪素膜
２０１ 酸化珪素膜でなるマスク
２０２ マスク２０１に形成された開口部
２０３ 表面に接して保持されたニッケル元素

Claims (15)

  1. 第１の非晶質半導体膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を導入し、
    前記第１の非晶質半導体膜を加熱して結晶性半導体膜を形成し、
    前記結晶性半導体膜上に周期表の１５族に属する元素を含有する第２の非晶質半導体膜を形成し、
    前記第２の非晶質半導体膜にレーザー光を照射して前記第２の非晶質半導体膜を活性化し、
    前記結晶性半導体膜および前記第２の非晶質半導体膜を加熱して、前記金属元素を前記第２の非晶質半導体膜に移動させて前記結晶性半導体膜から除去することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
  2. 第１の非晶質半導体膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を導入し、
    前記第１の非晶質半導体膜を加熱して結晶性半導体膜を形成し、
    前記結晶性半導体膜上に周期表の１５族に属する元素を含有する第２の非晶質半導体膜を形成し、
    前記第２の非晶質半導体膜に赤外光を照射して前記第２の非晶質半導体膜を活性化し、
    前記結晶性半導体膜および前記第２の非晶質半導体膜を加熱して、前記金属元素を前記第２の非晶質半導体膜に移動させて前記結晶性半導体膜から除去することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
  3. 第１の非晶質半導体膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を導入し、
    前記第１の非晶質半導体膜を加熱して結晶性半導体膜を形成し、
    前記結晶性半導体膜上にバリア膜を形成し、
    前記バリア膜上に周期表の１５族に属する元素を含有する第２の非晶質半導体膜を形成し、
    前記第２の非晶質半導体膜にレーザー光を照射して前記第２の非晶質半導体膜を活性化し、
    前記結晶性半導体膜および前記第２の非晶質半導体膜を加熱して、前記金属元素を前記第２の非晶質半導体膜に移動させて前記結晶性半導体膜から除去することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
  4. 第１の非晶質半導体膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を導入し、
    前記第１の非晶質半導体膜を加熱して結晶性半導体膜を形成し、
    前記結晶性半導体膜上にバリア膜を形成し、
    前記バリア膜上に周期表の１５族に属する元素を含有する第２の非晶質半導体膜を形成し、
    前記第２の非晶質半導体膜に赤外光を照射して前記第２の非晶質半導体膜を活性化し、
    前記結晶性半導体膜および前記第２の非晶質半導体膜を加熱して、前記金属元素を前記第２の非晶質半導体膜に移動させて前記結晶性半導体膜から除去することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
  5. 請求項３または請求項４において、
    前記バリア膜として、酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜を用いることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
    前記結晶性半導体膜および前記第２の非晶質半導体膜の加熱後、前記第２の非晶質半導体膜を除去することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
  7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
    前記周期表の１５族に属する元素として、リン、砒素またはアンチモンを用いることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
  8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
    前記第１の非晶質半導体膜として、非晶質珪素膜を用いることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
  9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一において、
    前記珪素の結晶化を助長する金属元素として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＣｕまたはＡｕを用いることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
  10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一において、
    前記第２の非晶質半導体膜の膜厚は、前記第１の非晶質半導体膜の膜厚よりも厚く形成することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
  11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一において、
    前記第２の非晶質半導体膜として、ＳｉＸＧｅ（１−Ｘ） （０＜Ｘ＜１）を用いることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
  12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか一において、
    前記結晶性半導体膜および前記第２の非晶質半導体膜の加熱は、４５０〜７５０℃の温度で行うことを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
  13. 請求項１乃至請求項１２のいずれか一において、
    前記第２の非晶質半導体膜に含有される周期表の１５族に属する元素の濃度を、前記珪素の結晶化を助長する金属元素の濃度よりも高くすることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
  14. 請求項１乃至請求項１３のいずれか一において、
    前記結晶性半導体膜および前記第２の非晶質半導体膜の加熱後、
    前記第２の非晶質半導体膜中の前記珪素の結晶化を助長する金属元素の濃度を、前記結晶性半導体膜中の前記珪素の結晶化を助長する金属元素の濃度よりも高くすることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
  15. 請求項１乃至請求項１４のいずれか一において、
    前記周期表の１５族に属する元素は、前記第２の非晶質半導体膜にドーピングされていることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
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