JPH0982641A

JPH0982641A - 結晶性半導体作製方法

Info

Publication number: JPH0982641A
Application number: JP26259295A
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: 1995-09-13
Filing date: 1995-09-13
Publication date: 1997-03-28
Anticipated expiration: 2015-09-13
Also published as: JP3889073B2

Abstract

(57)【要約】【目的】結晶性に優れた結晶性珪素膜を得る。【構成】非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒金属の
添加方法であって、前記触媒元素を蒸気またはガスを用
い、前記非晶質珪素膜表面に吸着せしめ、加熱結晶化時
に前記触媒金属を用いて低温短時間結晶化を可能とする
ことを特徴とする。特に分圧制御により、吸着形態を被
覆率１の単分子層吸着としたときに優れた均一性を有す
る結晶性珪素膜を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は結晶性を有する珪素半導
体被膜、例えば、多結晶珪素膜、単結晶珪素膜、微結晶
珪素膜の作製方法に関する。本発明を用いて作製された
結晶性珪素膜は各種半導体デバイスに用いられる。

【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。

【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るばよ
い。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。

【０００４】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。

【０００５】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、さらには鉛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。

【０００６】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、スパッタリングによっ
て、触媒元素もしくはその化合物の被膜を堆積すればよ
い。しかしながら、上記のような元素が半導体中に多量
に存在していることは、これら半導体を用いた装置の信
頼性や電気的安定性を阻害するものであり好ましいこと
ではない。スパッタリングによって成膜をおこなうと、
その量、すなわち厚さを精密に制御することは難しく、
また、基板内で均一な厚さを得ることはさらに困難であ
った。このため、得られる半導体デバイスの特性にバラ
ツキが生じた。

【０００７】また、スパッタリングによる成膜において
は、スパッタリングの衝撃によって、非晶質珪素膜が大
きなダメージを受けることから、得られる半導体デバイ
スの特性は必ずしも満足のゆくものではなかった。

【０００８】スパッタリングの代わりにスピンコーティ
ングのごとき手段によって被膜を形成する方法もある。
しかしながら、スピンコーティング法によって均一な被
膜を得ることは難しかった。例えば、液晶ディスプレー
のごとき、長方形の基板においては、四端に溶液が集ま
りやすく、膜厚は不均一であった。また、溶媒が乾燥し
て触媒元素化合物の被膜が生成する際には、乾燥の不均
一性や結晶核の発生によって膜の厚さが不均一となり、
半導体デバイスのバラツキの要因となった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、触媒元素を
用いた通常の固相成長法に必要な温度よりも低い温度に
おける熱処理によって、結晶性を有する薄膜珪素半導体
の作製において、（１）触媒元素の微量の制御を可能とする。（２）触媒元素の均一な導入を可能とする。といった要
求を満たすことを目的とする。さらに、（３）触媒元素の導入に際して生産性を高めることも目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を満
足するために、触媒元素を有する蒸気あるいはガスを非
晶質珪素膜表面に直接的あるいは間接的に吸着せしめ、
該吸着した触媒元素を用いて低温結晶化を行うものであ
る。

【００１１】上記構成は以下の基本的な有意性を有す
る。（ａ）非晶質珪素膜中の触媒元素の濃度は、表面に吸着
する触媒元素の量で決まる。そして前記表面に吸着する
触媒元素の量は、該触媒元素の表面への吸着速度と表面
からの脱離速度の比で決まり、これは基板温度及び全圧
が一定であった場合には、気相中の触媒元素を含む蒸気
あるいはガスのケミカルポテンシャル、今回の場合では
分圧で一義的に決定することが可能となる。（ｂ）表面への吸着過程では、表面に極めて均一な被膜
が形成される。触媒元素を含む蒸気あるいはガスの分圧
を制御することにより、完全な単分子吸着層（被覆率＝
１）、被覆率が１に満たない単分子吸着層、複数の分子
層よりなる多層吸着層、の３種類の吸着層を形成可能で
あり、特に完全な単分子吸着層領域においては時間変化
及び若干の分圧変化に対してプラト─な領域が広く得ら
れるため、制御性が非常に高い。（ｃ）用いているのが吸着現象のみであるので、基本的
に非常に低エネルギ─で触媒元素を含む膜の形成が可能
であり、他のスパッタや蒸着法に比較して、何らのダメ
ージも非晶質珪素膜に与えられない。

【００１２】本発明においては、触媒元素添加用に用い
ることができる化合物が多いのもまた１つの特徴という
ことができる。例えば水溶性の塩の類を選んだ場合に
は、これらを純水に溶解し、アルゴン等のキャリアガス
を用いてバブリングすることによりチャンバ─に搬送で
きる。蒸気圧は溶液の温度及びキャリアガス流量で制御
できる。有機溶媒に可溶な化合物の場合にも同様の手法
を用いることができる。一部の揮発性の塩及び有機金属
の類を用いる場合には、これらは融点が低く、其自体が
ある程度の蒸気圧を持つため、これらの化合物の加熱温
度を制御することによりチャンバ─に導入する触媒元素
の量（分圧）が制御できる。この様な有機金属材料の例
としては、触媒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（ｃｙｃｌ
ｏｐｅｍｔａｄｉｅｎｙｌ）ｎｉｃｋｅｌ、Ｎｉ（Ｃ₅
Ｈ₅ ）₂ 、以下、ＢＣＰ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（Ｂ
ｉｓ（ｍｅｔｈｙｌｃｙｃｌｏｐｅｎｔａｄｉｅｎｙ
ｌ）ｎｉｃｋｅｌ、Ｎｉ（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−ｔｅｔｒａ
ｍｅｔｈｙｌ−３，５−ｈｐｔａｎｅｄｉｏｎｏ）ｎｉ
ｃｋｅｌ、Ｎｉ（Ｃ₁₁Ｈ₁₉Ｏ₂ ）₂ ）等を用いればよ
い。

【００１３】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。

【００１４】これらの有機金属の吸着によって得られる
被膜は、触媒元素が導入されるべき領域の非晶質珪素膜
に直接堆積されてもよいが、非晶質珪素膜表面は非常に
活性であって容易に酸化されやすく、その結果表面状態
しいては吸着形態にむらが生じやすいという問題があ
る。その際には、逆に非晶質珪素膜表面に１００Å以下
の薄い酸化膜をまず形成し、その上に堆積してもよい。
この方法は、有機金属だけに限った手法ではなく、水溶
液のバブリングによって触媒元素を導入する場合にも、
表面での接触角を小さくし、均一な被膜を得るのに効果
的である。

【００１５】また、触媒元素もしくはその化合物の被膜
を選択的に堆積することにより、結晶成長を選択的に行
なうことができる。例えば、選択的にマスク膜を形成
し、特定の部分だけ、非晶質珪素膜の表面が実質的に露
出されているようにする。マスク膜に要求される厚さは
マスク膜の材質によって異なるが、酸化珪素の場合には
５００Å以上もあれば十分で、場合によっては更に薄く
ても構わない。むしろ重要なのは膜厚よりも膜質であっ
て、今回の吸着現象を用いた触媒添加方法は、ステップ
カバレ─ジが分子レベルであるため、ピンホ─ル等が存
在するとその内部に容易に到達してしまうので注意が必
要である。そして、触媒元素を有する被膜を本発明によ
って堆積させることにより、非晶質珪素膜の特定の部分
だけ触媒元素が導入されるようにする。

【００１６】この場合には、触媒元素もしくはその化合
物の被膜が導入されなかった領域に向かって、被膜が堆
積された領域から珪素膜の面に平行な方向に結晶成長を
おこなうことができる。このように珪素膜の面に平行な
方向に結晶成長が行なわれた領域を本明細書中において
は横方向に結晶成長した領域と称する。

【００１７】このような横方向に結晶成長が行なわれた
領域では、触媒元素の濃度が低いことが確かめられてい
る。半導体装置の活性層領域として、結晶性珪素膜を利
用することは有用であるが、活性層領域中における触媒
元素の濃度は一般に低い方がより好ましい。従って、上
記横方向に結晶成長が行なわれた領域を用いて半導体装
置の活性層領域を形成することはデバイス作製上有用で
ある。しかしながら、従来の触媒元素の添加方法におい
ては、このような選択的な触媒元素を有する被膜の堆積
をおこなうには、その前にフォトリソグラフィー工程を
経ねばならず工程が複雑になってしまうという欠点があ
った。しかしながら、触媒元素を含む有機金属化合物を
用いた場合、これらの材料は紫外光で分解しやすいた
め、単分子吸着層形成後に残存させたい部分のみに紫外
光照射を行い分解せしめ、その他の分解していない有機
金属化合物を有機系溶媒で洗浄することにより、同様の
構成を容易にとることが可能となる。

【００１８】しかしながら、上記いずれの手法を用いる
にしても、その後のフォトリソグラフィー工程（一般的
にはアイランド形成）の前に加熱結晶化工程が存在する
ため、基板の収縮等の障害が生じる可能性もある。した
がって、横方向の結晶成長を選択するには、そのような
問題を考慮する必要がある。

【００１９】本発明は、通常は以下の工程によって実施
される。すなわち、チャンバー内に基板を配置し、基板を所定の温度に制
御する。チャンバー内に非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒
元素を有する蒸気もしくはガスを導入し、非晶質珪素膜
表面に吸着させる。必要に応じて、前記非晶質珪素膜表面に吸着した触媒
元素に対し、熱、光、を作用させて分解させ、基板表面
に触媒元素もしくはその化合物の被膜を形成する。前記非晶質珪素膜を加熱処理することにより、結晶化
させる。である。

【００２０】このうち、の工程について図９を用いて
説明する。試料としてはガラス基板上に酸化珪素膜、次
いで非晶質珪素膜を成膜し、該非晶質珪素膜表面をＵＶ
／オゾンにより〜１０Å程度酸化して接触角を改善した
ものを用いた例を示す。尚、図９のモデルは、前記分圧
とＳＰＣ後の触媒金属濃度との対応関係から推測したも
ので、縦軸の単位（ＭＬ）は（ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）
即ち単分子層を意味している。

【００２１】材料を常圧あるいは減圧のチャンバ─に設
置し、次いで触媒金属を含む蒸気あるいはガスを供給す
る。すると前記蒸気あるいはガスの分圧が低い場合に
は、試料表面にこれら分子がまだらに吸着して（Ａ）の
状態となる。これが被覆率が１に満たない単分子吸着層
に相当する。この状態は図９に示される様に、前記蒸気
あるいはガスの分圧の変動に敏感であり、それ故制御が
困難である。

【００２２】ついで更に分圧を上げていくと、試料表面
全体に均一に触媒金属を含む化合物が吸着する領域
（Ｂ）となる。この領域が前述の完全な単分子吸着層
（被覆率＝１）に相当し、一般的にはＡＬＥウィンドウ
と呼ばれている。勿論全ての吸着の場合に図９の様にな
る訳ではなく、今回は試料表面をＵＶ／オゾンにより〜
１０Å程度酸化して接触角を改善したことにより、この
ような吸着を起こりやすくしたのである。即ち、一度吸
着した分子の上に次の分子が吸着するよりも、ＵＶ／オ
ゾンにより形成された酸化膜上に吸着した方がエネルギ
─の得が得られるために、領域（Ｂ）が比較的広い領域
に渡って得られるのである。また、このような単分子層
吸着を起こさせるには、分子の表面でのマイグレ─ショ
ンが必須となるため、ある程度の温度も必要である。

【００２３】しかしながら、前述の様な分圧制御及び温
度制御だけではＡＬＥウィンドウが殆どない場合があ
り、この際には原料ガスの流速を非常に高めて、基板表
面に単原子層以上吸着できない状況をつくり出す等の工
夫が必要なこともある。このようにして得られた単分子
層吸着領域は、基本的は一種の飽和領域であるために分
圧の変動、成膜（吸着）時間の時間的変動等に対して鈍
感であり、それ故にマ─ジンが大きくとれるという長所
を有する。

【００２４】さらに分圧を上げていくと、飽和特性は破
れ、既に吸着した分子上に次の分子が吸着し始める
（Ｃ）。図９のモデルでは、更に分圧を上げた状況にお
いて、再び被覆率２のプラト─な領域（Ｄ）があるよう
に示されている。しかしこれはあくまでもモデルであ
り、第２層以降は図９ほど綺麗にはプラト─な領域は得
られない様である。これは、一様に吸着する場合と、更
に縦に積み重なって吸着する場合とで、エネルギ─差が
小さいためであると考えられる。よって、（Ｄ）でなく
（Ｂ）の領域を用いる方がやはりプロセスマ─ジンが大
きく、もし更に厚く堆積する必要のある場合（即ち触媒
元素の添加量を高める必要がある場合）には、一度加熱
等の吸着した化合物の分解工程を挟んで領域（Ｂ）を複
数回繰り返す様にすれば良い。これはの工程を兼用す
ることができる。

【００２５】また上記吸着及び分解工程における雰囲気
は減圧でもよいし、大気圧で行っても良い。減圧で行う
場合にはＬＰＣＶＤの如き構成の装置を流用すれば良
く、また大気圧の場合にはＡＰＣＶＤ（常圧ＣＶＤ）の
如き装置を用いることが可能である。ただしこれらも温
度と原料で決定されるものであり、吸着と再脱離が丁度
バランスしてＡＬＥウィンドウが広くとれる領域を用い
れば良いということになる。ただ一般的には減圧装置の
使用はスル─プットおよびコストの面から望ましくな
く、大気圧に近い領域でＡＬＥウィンドウが広くとれる
様に原料及び温度を工夫することが望ましい。

【００２６】またの工程中あるいは該工程後に堆積し
た触媒元素と非晶質珪素とを界面において反応させ、反
応生成物を形成することは有用である。該生成物を予め
形成しておくことにより、その後の熱結晶化工程におけ
る結晶化をより容易に行うことが可能である。この理由
は明確ではないが、それら生成物が結晶核として作用し
たものと推測される。

【００２７】の工程に関しては、チャンバーからいっ
たん外部に取り出したのち、別の熱アニール装置におい
ておこなってもよいが、チャンバー内で引き続きおこな
ってもよい。

【００２８】なお、の工程の後に、レーザー等の強光
を照射すると、固相成長によって完全に結晶化しなかっ
た部分まで結晶化させることができ、より特性の良好な
結晶性珪素を得ることができる。用いるべきレーザーに
関しては、各種エキシマレーザーが利用しやすい。

【００２９】本発明においては、触媒元素としてニッケ
ルを用いた場合に最も顕著な効果を得ることができる
が、その他利用できる触媒元素の種類としては、好まし
くはＰｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐ、
Ａｓ、Ｓｂを利用することができる。また、VIII族元
素、IIIb、IVｂ、Vb元素から選ばれた一種または複数種
類の元素を利用することもできる。

【００３０】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例では、ガラス基板上の前面にわた
り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。

【００３１】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１０００〜５０００Å、例えば、
２０００Åとした。

【００３２】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（Ａ））

【００３３】そして、汚れ及び自然酸化膜を取り除くた
めにフッ酸処理を行い、基板を図２に示されるチャンバ
ー２０１に設置した。ここで、チャンバー２０１につい
て簡単に説明する。チャンバー２０１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、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。

【００３４】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）を
導入して、有機ニッケルガス・蒸気を希釈する。またこ
の希釈は、流速をコントロ─ルすることにも用いる。

【００３５】このようにして有機ニッケルガスもしくは
蒸気はチャンバー２０１に導入される。チャンバー内に
はペルチェ素子によりコントロ─ルされる基板温度制御
機構２０４が設けられており、その上に基板を設置す
る。そして基板は材料に応じてＡＬＥウィンドウが最も
大きくなるような温度に加熱される。今回は基板加熱の
必要は無かったが、吸着量を制御するため基板温度を２
５℃に制御して行った。

【００３６】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。

【００３７】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、基板をセットする。そ
して、チャンバー内を適当な圧力まで排気する。本工程
はそれほどの高真空を必要とされないので、１〜５００
ｍＴｏｒｒの排気でも十分である。次に基板温度制御機
構２０４に通電して、基板を２５℃に制御する。

【００３８】この状態でＶ１２を開けアルゴンを流し、
チャンバ─内を所定の圧力にする。アルゴン流量は１Ｓ
ＬＭとし、反応圧力は今回は１×１０⁵Ｐａで行った。
次に、所定の圧力及び温度で定常状態になったのを確認
した後、触媒金属元素を含有する有機金属を導入する。
今回は、ＢＭＣＰニッケルを用い、その流量は１００ｓ
ｃｃｍとし、キャリアガスであるアルゴンと同時にＶ１
１を開けることにより表面に照射して、非晶質珪素膜表
面に吸着せしめる。今回の条件においてＢＭＣＰニッケ
ルの分圧は約３×１０³Ｐａで、単分子層吸着となる条
件で行った。（図１（Ｂ））

【００３９】そして有機金属ガスの照射と同期して、触
媒金属元素を含む有機金属分子が表面に吸着した非晶質
珪素膜表面に対し、光源２０２から光を照射する。（図
１（Ｃ））この光源はレ─ザ─光等でも良いし、他の光
源例えばキセノンランプ、ハロゲンランプ、低圧及び高
圧水銀ランプ等でも良い。これはあくまでも非晶質珪素
膜表面における有機金属の分解をアシストするだけであ
り、その為それほど強い強度の光は必要ない。この光照
射の意義について以下に説明する。

【００４０】非晶質珪素膜表面に前記有機ニッケル金属
ガスが吸着した場合、チャンバ─内の平衡状態は基板が
２５℃における平衡状態であり、その後の加熱結晶化の
際には平衡が破れその殆どが再脱離して気相に逃げてし
まう。これは今回用いたＢＭＣＰニッケルが融点が低
く、蒸気圧の高い材料であるために生じる問題であり、
水溶性の塩を用いてバブリングにより輸送、吸着させた
場合には起こらない問題である。そこで今回は吸着直後
に光照射（特に紫外線照射）を行い吸着した分子を分解
せしめ、これらを揮発性の低い化合物に変成せしめる工
程が必要となるのである。ここで注意しなければならな
いのは、前記触媒金属を含む蒸気あるいはガスが光照射
後も流れ続けていると、また新たに２層目の吸着過程が
進行してしまうため、光照射と同期して前記蒸気あるい
はガスのフロ─を止めることが必要なことである。

【００４１】光源として今回はキセノンランプを用い、
シャッタ─２０３を用いてガスの照射停止と同期するよ
うにした。すると、上記ガス照射及び光照射の１シ─ケ
ンス毎に、ほぼ単原子層のＮｉを吸着させることができ
た。この様にして基板表面にはニッケル化合物膜１４が
形成される。（図１（Ｄ））

【００４２】その後、固相成長の工程に移る。固相成長
工程は、ニッケル化合物膜を堆積したチャンバ─と同一
チャンバ─内で行っても良い。しかしながら、一般的に
はスル─プットが大きく低下してしまう（枚葉式である
ため）ので、外部に取り出し、拡散炉等で行うことが妥
当である。今回も別の縦型炉を用いることにする。チャ
ンバー内のガスを人体に対して無害なガスに完全に置換
する。そして、チャンバーを大気に開放し、基板を取り
出す。その後の固相成長工程は従来の場合と同様であ
る。

【００４３】固相成長時は基板を５００〜６５０℃、例
えば、コ─ニングの７０５９基板を用いた場合には５５
０℃に加熱するように設定し、この状態で放置すること
によって、固相成長が進行する。基板としてコ─ニング
１７３７基板を用いた場合には更に温度を上げることが
可能で６００℃程度での結晶化が可能となる。この様に
温度を上げた場合にも、従来の触媒金属を添加した場合
に比較して非常に短時間で結晶成長が可能（従来法で２
４時間程度が２時間程度に短縮される）となるため、十
分なアドバンテ─ジを得ることができる。このようにし
て結晶化した珪素膜１５を得ることができた。前述の通
り、上記の加熱処理は４５０℃以上の温度で行うことが
できるが、温度が低いと加熱時間を長くしなけらばなら
ず、生産効率が低下する。また、６５０℃程度以上とす
ると基板として用いるガラス基板の耐熱性の問題が表面
化してしまう。熱アニール温度はこのように生産性と基
板の耐熱性とを考慮して決定されなければならない。
（図１（Ｅ））

【００４４】本実施例の様に、被覆率がほぼ１の単分子
層吸着を用いた場合には、得られる結晶性珪素膜におけ
る粒径が揃っていることが特徴である。セコエッチを施
し、粒径をＡＦＭ（セイコ─電子製ＳＰＩ−３００
０）の粒径評価のモ─ドで測定した。すると平均粒径は
約０．５μｍで、標準偏差（σ）は０．１μｍ以下であ
った。それに対し、領域Ａの被覆率１以下の領域を用い
たものを評価すると、平均粒径が約０．６μｍであった
のに対し、標準偏差（σ）が０．５μｍ以上とばらつい
ていた。また、領域Ｃの多分子層吸着領域でも、平均粒
径が０．３μｍ程度であるのに対し、標準偏差（σ）が
０．３μｍ以上とやはりばらついており、被覆率１の単
分子層吸着の有意性が明らかとなった。一般的に、多結
晶珪素を用いたＴＦＴの弱点として、チャネルを横切る
粒界の数が素子毎で大きく異なり、それが素子特性のバ
ラツキに直結するという現象が挙げられる。それに対
し、本発明の被覆率１の単分子層吸着を用いた場合に
は、これらの粒界の数を揃えられるため、ＴＦＴの均一
性を大幅に向上させることが可能である。

【００４５】〔実施例２〕本実施例では、実施例１と同
様の原料を用い、選択的に光照射を行って、該光照射が
行われた領域のみにニッケルを添加する例を示す。図３
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
ても、基板としてコーニング１７３７ガラスを用いた。
またその大きさは１００ｍｍ×１００ｍｍとする。

【００４６】基板１１上に非晶質珪素膜１３を形成し、
自然酸化膜除去後にチャンバ─１０１内に導入するまで
は実施例１と同様であるため割愛する。

【００４７】次に選択的に光照射を行う部分について図
３を用いながら説明する。チャンバー１０１内に基板１
１を設置後、実施例１と同様の操作により有機ニッケル
ガスを導入する。そして該有機ニッケルガスを導入し、
吸着平衡に達するのを見計らって、アルゴンレ─ザ─１
０５を基板表面に照射する。この照射に関しては、アル
ゴンレ─ザ─がＣＷレ─ザ─であるため、シャッタ─１
０６を用いてパルスとなるように構成した。その後１０
０秒程度キャリアガスのみを流し、チャンバ─内の雰囲
気から有機ニッケルガスを排除する。そして次にまたガ
ス及び光照射を行った。この様なシ─ケンスを１０回程
度繰り返すことにより、単原子層の厚み×シ─ケンスの
回数分の厚さのニッケル層を厳密に形成することが可能
であった。今回実施例１と異なり複数回繰り返し成膜し
たのは、横成長を十分に行わしめるためである。また、
光を照射しなかった部分においては、表面での有機ニッ
ケルの分解が殆ど起こらないため、単分子層が積層はさ
れず、最終的にも単分子層のままである（有機ニッケル
ガスの分圧が単分子層吸着分以上に高くなることがない
ため）。そして最後にキャリアガスのみを流しながら、
基板温度を上昇させることにより、残った単分子吸着層
を完全に再脱離せしめて、光照射を行った部分の上にの
みニッケル化合物を堆積せしめた。

【００４８】チャンバー内に基板温度制御機構１０４を
設け、その上に試料１０７を置く構成は実施例１と同様
である。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。

【００４９】その後、固相成長の工程に移るわけである
が、本実施例においてはその基板温度と熱結晶化に必要
な基板温度が大きく異なるため、同一チャンバー内で行
うことはスループットの点から得策ではない。そこで基
板を外部に取り出して固相成長工程に移る方法であるを
採用することになる。その場合には、ヒーター１０４を
切り、基板を冷却し、内部を窒素でパ─ジ後チャンバー
を大気に開放し、基板を取り出す。その後の固相成長工
程は実施例１とほぼ同様であるが、今回は横成長を行わ
せるために実施例１よりも温度を高め６００℃とし（コ
─ニング１７３７基板を使用しているため可能であ
る）、その時間を４時間とした。

【００５０】結果として、光照射を行った領域のみに楕
円状に結晶化が発生し、該領域から周囲に１００μｍ程
度の横成長領域が観測された。またそれ以上離れた領域
には結晶化は殆ど観測されず、選択的にニッケルが添加
できたことが確認された。

【００５１】〔実施例３〕本実施例は、実施例１に示す
方法でニッケルを非晶質珪素表面に形成後、連続してニ
ッケルシリサイドを表面において形成させ、その後熱結
晶化を施した例を示す。

【００５２】キセノンランプよって有機ニッケルを分
解、堆積させるまでは実施例２と同様であるため省略す
る。

【００５３】その後、内部の残留ガスを追い出すために
Ｖ１３を開けて、有機ニッケルを完全に排気し、その後
窒素パ─ジを行う。そして窒素を流した状態でヒ─タ─
２０４の温度を上げ、約４５０℃程度あるいはそれ以上
とする。すると単原子層として吸着したニッケルと非晶
質珪素からニッケルシリサイドが形成される。

【００５４】上記工程によってシリサイドを形成したも
のを、実施例２のシリサイド化を行っていないものと比
較すると、シリサイド形成を行うことにより熱結晶化時
に核発生密度が向上することが電子顕微鏡観察から判明
した。

【００５５】〔実施例４〕本実施例では、実施例１とは
異なった原料及び方法を用いてガラス基板上の前面にわ
たり結晶性を有する珪素膜を形成する例を示す。図４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。

【００５６】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１０００〜５０００Å、例えば、
２０００Åとした。

【００５７】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４（Ａ））

【００５８】そして、汚れ及び自然酸化膜を取り除くた
めにフッ酸処理を行い、基板を図１０に示されるチャン
バー６００に設置した。ここで、チャンバー６００につ
いて簡単に説明する。チャンバー６００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３系統ある。第１はパ─ジ用のラインで、
ガスとしては窒素あるいはアルゴン等が用いられる。第
２のラインはニッケル蒸気を導入する系統であり、一定
温度に保持されたベ─パライザ─６０１中にニッケル塩
を溶解した水溶液６０２を入れ、キャリアガスをバブリ
ングさせることによりチャンバ─６００にニッケル塩を
導入する機構となっている。第３のラインは水蒸気導入
用で、第２のラインの分圧と第３のラインの分圧をコン
トロ─ルすることにより、吸着するニッケル化合物の濃
度をより細かく制御できる。尚、前記第３のラインは必
要に応じ省略しても良い。また、図示はされていない
が、水蒸気が配管内に凝結しないように、配管は適当な
温度（１００℃以上）に保たれる様に構成されている。

【００５９】チャンバー６００内にペルチェ素子により
コントロ─ルされる基板温度制御機構６０７が設けられ
ていることは実施例１等と同様である。そしてその上に
基板６０５を設置する。そして基板はＡＬＥウィンドウ
が最も大きくなるような温度に加熱される。今回も基板
加熱の必要は無かったが、吸着量を制御するため基板温
度を５０℃に制御して行った。

【００６０】もちろん、チャンバー全体も水蒸気が凝結
しない程度の温度に保つことが望まれる。

【００６１】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、基板をセットする。そ
して、チャンバー内を適当な圧力まで排気する。本工程
はそれほどの高真空を必要とされないので、１〜５００
ｍＴｏｒｒの排気でも十分である。次に基板温度制御機
構６０７に通電して、基板を５０℃に制御する。

【００６２】この状態でライン６０６を通してアルゴン
を流し、チャンバ─内を所定の圧力にする。アルゴン流
量は１ＳＬＭとし、反応圧力は５×１０⁵Ｐａで行っ
た。次に、所定の圧力及び温度で定常状態になったのを
確認した後、ニッケル塩を含有する蒸気を導入する。今
回は、硝酸ニッケル塩（６Ｎ）を用いて、１０００ｐｐ
ｍとなるように溶解した水溶液６０２を用いて導入し
た。また、ベ─パライザ─６０１及び６０４の温度とキ
ャリアガス流量を調節して、ニッケルを含む水蒸気の分
圧と、同含まない水蒸気の分圧が１対１となる条件で吸
着を行った。この条件は被覆率が１に満たない領域であ
ることが、後のＳＩＭＳ分析から判明しており、更にニ
ッケルを含む水蒸気の分圧を高めることにより被覆率１
の状態を形成することが可能である。（図４（Ｂ））

【００６３】そして実施例１においては、この後にある
意味で定着工程とも呼ぶべき光照射工程があったが、本
実施例で用いている無機塩は高融点の不揮発性材料であ
るため、その様な工程は必要ない。

【００６４】その後、固相成長の工程に移る。以降の固
相成長条件等は実施例１と同様であるため割愛する。
（図４（Ｃ））

【００６５】〔実施例５〕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
結晶化をおこなう例である。図５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７
０５９、１０ｃｍ角）２１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Ｃ
ＶＤ法もしくは減圧ＣＶＤ法によって、非晶質珪素膜２
３を厚さ５００〜１０００Åに形成した。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５（Ａ））

【００６６】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を、実施例１と同様にチ
ャンバー１０１に設置し、有機ニッケルガスを用いて、
その表面に適当な厚さのニッケル化合物膜２６を堆積し
た。（図５（Ｂ））

【００６７】そして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、ニッケル化合物膜が非晶
質珪素膜と密着した部分２７の領域において、結晶化が
始まった。（図５（Ｃ））

【００６８】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５（Ｄ））

【００６９】このようにして、非晶質珪素膜の結晶化が
おこなわれた。図５（Ｅ）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
ル化合物膜が非晶質珪素膜と密着していた領域で、図５
（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。

【００７０】第２は横方向の結晶化のおこなわれた領域
で、図５（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。

【００７１】〔実施例６〕本実施例は、実施例２に示さ
れた選択的結晶成長方法を実施例５に応用した例であ
る。まず大きく異なるのは酸化珪素膜よりなるマスクを
形成する必要が全くないことである。図６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）５１上に、酸化珪素膜５
２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ＣＶＤ法によって、非晶質
珪素膜５３を厚さ５００〜１０００Åに形成した。（図
５（Ａ））

【００７２】そして実施例１に用いたのとほぼ同様の構
成を持つチャンバ─中に前記基板を設置し、実施例１に
従い触媒金属元素（今回はニッケル）を含む有機金属５
４を非晶質珪素膜表面に吸着（分解を伴わない緩い吸
着）せしめる。（図６（Ｂ））次にこれと同期して、ニ
ッケルを添加したい領域のみに光照射を行う。（図６
（Ｃ））これは次の様に行う。

【００７３】チャンバ─内に設置された基板の上方に窓
を設け、該窓には所定のパタ─ンが形成されたレクチル
を設置できるようにしてある。次にこの窓及びレクチル
の上方からレ─ザ─を照射し、レクチル上でマスクの無
い領域のみに光照射をせしめる。ここでレ─ザ─を用い
るのは、通常のパタ─ニングギャップよりもレクチルと
基板とが離れているため、コヒ─レントな光源を用いな
いと形成されるパタ─ンが大幅にぼやけてしまうからで
ある。勿論このパタ─ニング精度を上げるためには、前
記窓、レクチルと基板間の距離を小さくすることが望ま
しい。しかしながら基板は加熱された状態にあるため、
このギャップをステッパ─等と同等にすることは不可能
であり、そのためこの方法は比較的大きなパタ─ンを形
成するのに適していると言える。結果として、光が照射
された領域のみに単原子層のニッケル膜あるいはその化
合物膜５５を形成することが可能となった。勿論実施例
２と同様に上記シ─ケンスを複数回繰り返してニッケル
添加量を調節することは重要である。（図６（Ｄ））

【００７４】そして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５３の結晶化
をおこなった。この際、まず、ニッケル化合物膜が非晶
質珪素膜と密着した部分５６の領域において、結晶化が
始まった。（図６（Ｄ））

【００７５】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、結果としてニッケルが堆積しなかっ
た領域５７においても横成長による結晶化がおこなわれ
た。（図６（Ｅ））

【００７６】このようにして、非晶質珪素膜の結晶化が
おこなわれた。図６（Ｅ）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
ル化合物膜が非晶質珪素膜と密着していた領域で、図６
（Ｅ）では５６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。

【００７７】第２は横方向の結晶化のおこなわれた領域
で、図６（Ｅ）では５７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５３である。

【００７８】〔実施例７〕本実施例は、本発明の方法を
利用して作製した結晶性珪素膜を用いて、薄膜トランジ
スタ（ＴＦＴ）を作製する例を示す。図７に本実施例の
作製工程の概要を示す。まずガラス基板３０１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７
（Ａ））

【００７９】そして，実施例４と同様に硝酸ニッケル膜
３０４を非晶質珪素膜表面に実施例４と同様の手法によ
り単分子層吸着せしめた。（図７（Ｂ））

【００８０】その後、５５０℃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。そして、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３００〜４００ｍＪ／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るのは、実施例５におい
ても述べたが、ニッケル化合物膜と非晶質珪素が密着し
た部分では結晶化の方向がそろっておらず、かつ今回の
ニッケル添加で得られる結晶が針状晶であるために固相
成長のみでは十分に結晶化できない領域が形成されてし
まうためである。特に、結晶粒界には多くの非晶質の残
存物が観察された。そこで、レーザー照射をおこなうこ
とによって、このような結晶粒界の非晶質成分まで完全
に結晶化させてしまうことが望まれるのである。（図７
（Ｃ））

【００８１】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７（Ｄ））

【００８２】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。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。

【００８３】その後、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。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（ＰＨ
₃ ）を用いた。ドーズ量は、１×１０¹⁴〜４×１０¹⁵ｃ
ｍ^-2とした。こうして、Ｎ型不純物（燐）領域３０９、
３１０を形成した。（図７（Ｅ））

【００８４】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。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。

【００８５】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７（Ｆ））

【００８６】〔実施例７〕本実施例はＴＦＴを作製する
工程に関する。図８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の厚さにそれぞれ成膜した。そして、マスク膜４
０４に選択的に窓４０４を開けた。（図８（Ａ））

【００８７】そして，実施例４と同様の手法により硝酸
ニッケル膜４０６を実施例４と同様の手法により形成す
る。尚、吸着をより容易せしめるべく、非晶質珪素膜表
面には薄く酸化膜層をオゾン処理によって形成しておい
た（図示せず）。（図８（Ｂ））

【００８８】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。（図
８（Ｃ））

【００８９】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６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。

【００９０】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。

【００９１】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。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１５００〜３５００Å、
例えば、２０００Åの陽極酸化物４１４がゲイト電極４
１３の上面および側面に形成された。（図８（Ｄ））

【００９２】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。

【００９３】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８（Ｅ））

【００９４】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。
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
８（Ｆ））

【００９５】

【効果】非晶質珪素膜の結晶化を促進する触媒元素の導
入方法として、該触媒元素を含有する蒸気、ガスを用
い、これらを非晶質珪素膜表面に直接あるいは極薄酸化
膜を介して吸着せしめることにより触媒元素の濃度を精
密に制御して、しかも均一に添加できるようになり、結
晶性の均一性を高めることができた。特に吸着過程にお
いて単分子層吸着を用いることにより、均一性、制御
性、及び再現性を特に高めることが可能である。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
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による単原子層吸着の工程図

【図２】本発明の単分子層吸着工程に用いる装置図

【図３】本発明の単分子層吸着工程に用いる装置図

【図４】本発明による単原子層吸着の工程図

【図５】本発明を用いた結晶成長法の工程図

【図６】本発明を用いた結晶成長法の工程図

【図７】本発明をＴＦＴ製造工程に応用した場合の工
程図

【図８】本発明をＴＦＴ製造工程に応用した場合の工
程図

【図９】本発明の吸着過程のモデル図

【図１０】本発明の単分子層吸着工程に用いる装置図

【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・・・・ニッケル化合物吸着層１５・・・・ニッケルあるいはニッケル化合物層１６・・・・結晶性珪素膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非晶質珪素膜を有する基板をチャンバー
内に配置する第１の工程と、チャンバー内に非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元
素を有する蒸気もしくはガスを導入して前記非晶質珪素
膜表面に吸着せしめる第２の工程と、前記非晶質珪素膜を加熱処理することにより結晶化させ
る第３の工程と、を有する結晶性半導体作製方法。
【請求項２】請求項１において、第３の工程の後に、
結晶化した珪素膜にレーザーもしくはそれと同等な強光
を照射する工程を有する結晶性半導体作製方法。
【請求項３】請求項１において、該非晶質珪素膜上に
は１００Å以下の酸化膜が形成されていることを特徴と
する結晶性半導体作製方法。
【請求項４】請求項１において、非晶質珪素膜上には
マスク膜が形成され、該マスク膜は選択的にエッチング
されたことによって、該非晶質珪素膜の表面が選択的に
実質的に露出していることを特徴とする結晶性半導体作
製方法。
【請求項５】請求項１において、第３の工程の後に、
珪素膜を覆う被膜を除去することを特徴とする結晶性半
導体作製方法。
【請求項６】請求項１において、触媒元素として、Ｎ
ｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐ、
Ａｓ、Ｓｂから選ばれた一種または複数種類の元素をを
用いることを特徴とする半導体作製方法。
【請求項７】請求項１において、触媒元素として、VI
II族、IIIb族、IVｂ族、Vb族元素から選ばれた一種また
は複数種類の元素を利用することを特徴とする半導体作
製方法。
【請求項８】珪素膜の結晶化を助長する触媒元素を有
する蒸気もしくはガスを用いて非晶質珪素膜表面に前記
触媒元素を有する物質を吸着せしめる工程と、加熱処理することにより前記非晶質珪素膜を結晶化させ
る工程と、を有する結晶性半導体作製方法。
【請求項９】珪素膜の結晶化を助長する触媒元素を有
する蒸気もしくはガスを用いて非晶質珪素膜表面に前記
触媒元素を有する物質を被覆率１の単分子層吸着せしめ
る工程と、加熱処理することにより前記非晶質珪素膜を結晶化させ
る工程と、を有する結晶性半導体作製方法。
【請求項１０】請求項９において、被覆率１とは被吸
着面を単分子層が完全に１層で被覆していることを意味
することを特徴とする結晶性半導体作製方法。
【請求項１１】珪素膜の結晶化を助長する触媒元素を
有する蒸気もしくはガスを用いて非晶質珪素膜表面に前
記触媒元素を有する物質を被覆率１以下の単分子層吸着
せしめる工程と、加熱処理することにより前記非晶質珪素膜を結晶化させ
る工程と、を有する結晶性半導体作製方法。
【請求項１２】請求項１１において、被覆率１以下と
は被吸着面を単分子層が部分的に被覆し、一部被覆され
ていない領域が残存していることを意味することを特徴
とする結晶性半導体作製方法。
【請求項１３】珪素膜の結晶化を助長する触媒元素を
有する蒸気もしくはガスを用いて非晶質珪素膜表面に前
記触媒元素を有する物質を被覆率１以上の多分子層吸着
せしめる工程と、加熱処理することにより前記非晶質珪素膜を結晶化させ
る工程と、を有する結晶性半導体作製方法。
【請求項１４】請求項１３において、被覆率１以上と
は被吸着面を少なくとも単分子層が完全に１層で被覆
し、該単分子層上に更に吸着分子が存在していることを
意味することを特徴とする結晶性半導体作製方法。