JP2000353666A

JP2000353666A - 半導体薄膜およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000353666A
Application number: JP16488999A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Setsune; 謙太郎瀬恒; Masatoshi Kitagawa; 雅俊北川; Mikihiko Nishitani; 幹彦西谷; Tetsuhisa Yoshida; 哲久吉田; Michihiko Takase; 道彦高瀬; Munehiro Shibuya; 宗裕澁谷; Shinji Goto; 真志後藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2000-12-19

Abstract

(57)【要約】【課題】品質の優れた結晶性シリコン膜を低温で形成
し、特性・信頼性の優れたＴＦＴを提供すること。【解決手段】基板１と半導体薄膜３の界面近傍４に、
結晶成長を促進させる触媒元素を含有した原子層を形成
し、前記原子層の中に前記触媒元素の濃度のピークとな
る層を形成し、半導体薄膜中または半導体薄膜外に前記
触媒元素を含有させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体工業におけ
る半導体薄膜素子、及びその製造方法に関するもので、
低温で溶融する基板の表面への、高性能半導体薄膜の低
温形成技術に関する。

【０００２】特に、ガラス基板等の表面に作製される、
アクティブマトリックス方式の液晶ディスプレイ等に用
いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）及びその製造方法
に関する。

【０００３】

【従来の技術】アクティブマトリックス方式の液晶ディ
スプレイにおいて、用いられるトランジスタとしては、
各画素をスイッチングするための画素トランジスタ、及
び、表示する画像情報に基づく制御信号を各画素トラン
ジスタに送る周辺回路の高移動度制御トランジスタがあ
る。従来、この中で画素トランジスタについては、水素
化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を活性層としたＴＦ
Ｔが用いられ、その製造方法としてはプラズマ化学的気
相成長法（ＰＣＶＤ）が適用されていた。このａ−Ｓ
ｉ：ＨＴＦＴは、３００℃程度の基板温度で製造でき
るので、安価な透光性ガラス基板が使用できる利点があ
る。しかしながら、ｎ型のＴＦＴの移動度が１ｃｍ²/Ｖ
ｓと小さく、さらにｐ型のＴＦＴについては実用的な移
動度が得られず、制御トランジスタとして適用できない
という欠点があり、ＩＣチップとして作製したトランジ
スタを基板上に実装していた。

【０００４】一方、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）
を活性層とするＴＦＴは、ｎ型，ｐ型ともに移動度が大
きく、制御トランジスタにも適用できるという利点があ
る。しかし、通常ｐｏｌｙ−Ｓｉは、減圧ＣＶＤ法によ
る成膜など、６００℃以上の高温の工程が必要であり、
安価なガラス基板が適用できないという課題があった。

【０００５】近年、低温作製ｐｏｌｙ−Ｓｉ（低温ｐｏ
ｌｙ−Ｓｉ）技術の研究開発が活発に行われ、実用化が
進められている。その一つは、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜での吸収
が極めて大きい紫外線領域の波長のエキシマレーザー光
を、パルス状にａ−Ｓｉ：Ｈ膜に照射することにより、
急激に加熱溶融・冷却させることで再結晶させて多結晶
膜を製造する方法（特許：２７２５６６９等）である。
この方法は６００℃以下の低温で高移動度のＴＦＴを形
成することができるが、レーザを使用するため、大面積
にかつ生産性よく形成することが困難である。また、一
般にａ−Ｓｉ：Ｈ膜中には１０ａｔｏｍ%以上の水素が
含まれており、そのままでは、エキシマレーザー光の急
激な加熱による水素の突沸が原因と考えられるｐｏｌｙ
−Ｓｉ薄膜の剥離や表面の荒れが発生するため、予め膜
中の水素を脱離させる熱処理工程を追加しなければなら
ないという課題があった。これらの課題を解決すべく、
低温ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の製造について、以下のような技
術が提案されている。

【０００６】ＰＣＶＤ法によるａ−Ｓｉ：Ｈ膜で必要と
なる脱水素処理を行わずに結晶性シリコン膜を形成する
方法として、まず最初にスパッタ法により非晶質シリコ
ン膜を形成し、これをレーザー等のエネルギー線を照射
して結晶化させ、その上にスパッタ法で結晶性シリコン
膜を成長させる方法が、特開平５−１８２９０８号公報
に記載されている。

【０００７】高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Induct
ive Coupled Plasma）を用いたプラズマ分解によって分
解された原料ガスを用いた、化学気相成長プロセスによ
る結晶性シリコン膜の製造については、特開平１０−２
６５２１２号公報，及び特開平１１−７４２０４号公報
に記載されている。この方法では、例えば、ＩＣＰを発
生するための電極（アンテナ）（文献：管井秀朗：応用
物理，Ｖｏｌ．６３，Ｎｏ．６，１９９４年，ｐｐ．５
５９〜５６７）により、高周波電力を投入して原料ガス
の高密度プラズマを発生させ、原料ガスを分解・高励起
にして成膜を行うものである。特開平１０−２６５２１
２号公報では、高周波電力を８００Ｗ以上とすること
で、導電率が一桁以上高い多結晶シリコン薄膜が得ら
れ、圧力が５０ｍＴｏｒｒよりも高いと、膜の導電率は
激減し、微結晶あるいは多結晶シリコン薄膜は得られな
いことが示されている。

【０００８】基板へのシリコン薄膜の蒸着において、基
板に水素，希ガス，シリコンを含有したガスのいずれか
のイオンを照射し、蒸着されるシリコン原子に対してこ
れらイオンの運動量を付加しつつ等価的に基板温度を上
げ、結晶性シリコン膜の製造を行う方法について、特開
平１０−６０６４７号公報に記載されている。

【０００９】蒸着時に結晶成長を促進する触媒を、Ｓｉ
の溶融温度以上に加熱し、原料ガスの分子の一部を加熱
した触媒に接触させて分解し、ＣＶＤによる成膜と基板
上での結晶成長を行う、触媒ＣＶＤ法によるシリコン薄
膜の形成について、特開平８−２５０４３８号公報に記
載されている。この方法では、飛来する種の一部は高温
になり、基板表面があたかも高温であるかのように振る
舞い、多結晶シリコンが低い基板温度で生成されるとさ
れている。実際には、原料ガスはシリコン（Ｓｉ）化合
物のガスと他の物質の混合ガスであり、触媒は供給され
る電力により加熱される。そして、該触媒に供給する電
力を触媒体温度がシリコン溶融温度以上に高いものとす
る触媒に対する供給電力の条件、シリコン薄膜を生成す
る反応室の圧力を低圧とする圧力条件，および原料ガス
における他の物質のガスのシリコン化合物のガスに対す
る割合を大きくする原料ガスの混合比の条件を、堆積種
により生成されるシリコン薄膜が多結晶性の薄膜となる
程度のものとすることで、低温度の基板に多結晶性のシ
リコン薄膜を生成する。

【００１０】このような触媒元素を、非晶質シリコン中
に添加して、加熱処理等を行い、ガラス基板が耐えられ
る温度で結晶性シリコン膜を製造する方法が、特開平６
−２６７９８９号公報等に記載されている。触媒として
は、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｐｔ（特開平６−２４４１０３
号公報）や、Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐ，Ａ
ｓ，Ｓｂ，VIII族元素，IIIb族元素，IVb元素，Vb族元
素（特開平７−１３５１７４号公報）、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐ
ｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ａｇ（特開平８−６９９６７号公報）
が示されている。また、添加する方法としては、触媒元
素を含む膜の形成（特開平６−２４４１０３号公報）や
スピンコート（特開平７−１３５１７４号公報）、配線
材料に含有させること（特開平９−２６０６７０号公
報）により、非晶質シリコン表面に触媒元素を付与し、
その後の加熱処理などにより膜中に添加する方法が示さ
れている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記のような方法を採
用した場合、ガラス基板が適用できる温度で結晶性シリ
コン膜を製造することは可能と考えられるが、それぞれ
の技術について、以下のような課題があった。

【００１２】触媒ＣＶＤ法（特開平８−２５０４３８号
公報）については、気相中の熱分解で生じた活性種（ラ
ジカル）のみで成膜を行う。明細書に記載されているよ
うに、基板温度を高くせずに結晶性のシリコン膜を形成
するために、分解だけでなく熱触媒に接触させること
で、一部のラジカルの温度（運動エネルギー）を十分に
上げようとしている。このような効果を得るため、熱触
媒が１７００〜１８００℃と極めて高い温度になるよう
に電力を投入しなければならないという課題がある。

【００１３】この課題は、液晶ディスプレイのような大
面積の基板にシリコン膜を形成する場合、より顕著にな
る。さらに、この様な高温の熱触媒からの輻射熱に対し
て、装置の構造物や安価なガラス基板などの温度上昇を
防がなければならない、という課題がある。

【００１４】結晶成長を促進させる触媒元素を非晶質シ
リコンに添加して結晶成長を行う方法（特開平７−２６
７９８９号公報等）に関して、触媒効果を示す種々の元
素が開示されているが、特に効果的な例としてＮｉを用
いた場合に５８０℃〜４５０℃という温度でシリコン膜
の結晶化が開始されることが、特開平６−２４４１０３
号公報等に開示され、生産性等の観点で５５０℃程度が
最適であることが特開平７−１３５１７４号公報等に開
示されている。しかし、特開平７−１３５１７４号公報
等に記載されているように、触媒元素が活性層に存在す
る量が少ない方が好ましいこと、さらに、結晶化を促進
するためにエキシマレーザー等の強力光を照射すること
等、従来のエキシマレーザーによる結晶化技術と比較し
て、さらに製造工程が増えてしまうという課題があっ
た。例えば触媒元素の活性層中での存在量を低減するた
めの処理として、選択的に触媒元素を導入する（特許２
７９１８５８号）、塩化水素雰囲気中で５５０℃，１０
〜６０分の処理により触媒元素の除去を行う（特開平１
０−１３５４７６号公報）等が開示されているが、いず
れも製造工程が増加しており、使用する材料やＴＦＴの
構造が制限されてしまうとともに、生産性が低下すると
いう課題がある。

【００１５】ＰＣＶＤにおいて、原料ガスを予め熱触媒
を通して加熱し、それをプラズマ発生部に供給する方法
（特開平１０−３１０８６７号公報）については、触媒
ＣＶＤ法と異なり、ガスが分解・励起される場所から、
プラズマや基板表面及びその近傍の様な膜形成に寄与す
る領域まで距離があるため、分解・励起されたガス分子
を有効に利用できないという課題があった。従って、使
用できるガスや成膜対象が限られ、ダイヤモンドライク
カーボンや炭化物・窒化物・酸化物の絶縁膜のような保
護膜の形成の例が開示されているだけに留まっている。

【００１６】ＩＣＰを用いたＰＣＶＤにより結晶性シリ
コン膜を形成する方法（特開平１０−２６５２１２号公
報，特開平１１−７４２０４号公報）は、高周波の誘導
結合による原料ガスの高密度プラズマを発生させること
で、従来の平行平板高周波ＰＣＶＤよりも原料ガスの分
解・励起を活発に行い、結晶性のシリコン膜を形成する
ものである。しかし得られた膜について、ラマン分光法
で確認されたものは、微結晶であり（特開平１０−２６
５２１２号公報）、電気特性で確認されたものは光導電
性が大きい（特開平１１−７４２０４号公報）等、結晶
性や膜質として十分なものが得られていないという課題
があった。これらの課題は、いずれの技術も原料ガスの
高分解・高励起を主眼とした技術であり、結晶化の促進
や膜中の水素濃度の低減のための手段が不足しているこ
とに起因するものと考えられる。

【００１７】シリコンを含んだ分子と加速したイオンを
気相中で衝突させて、シリコンを含んだ分子に運動量を
与え、結晶性のシリコン膜の形成を行う方法は、衝突に
より運動量を与えるために照射するイオンとしては、衝
突断面積が大きくシリコン分子より重いイオンが好まし
いため、特開平１０−６０６４７号公報に記載されてい
るように、Ｘｅイオンを用いる。このＸｅは高価である
とともに、気相中でシリコンを含んだ分子と衝突せず、
運動エネルギー，もしくは運動量を失わずに、成膜中の
膜に照射した場合、膜中に欠陥やＸｅの混入等が発生
し、膜質を低下させるという課題があった。

【００１８】スパッタ法により非晶質シリコン膜を形成
し、レーザー等のエネルギー線を照射して結晶化させ、
その上にスパッタ法で結晶性シリコン膜を成長させる方
法は、水素の含有量が少ないが、シリコン膜の形成工程
を２段階に分けて行わなければならず、さらにこの工程
中にレーザー等の照射で結晶化させなければならないた
め、工程が複雑になり生産性が悪いという課題がある。

【００１９】本発明は、以上のような従来技術の課題を
解決し、より品質の優れた結晶性シリコン膜を低温で形
成する製造方法及びその製造装置と、特性・信頼性の優
れたＴＦＴを提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体薄膜装置は、基板表面に半導体
薄膜を作製した半導体薄膜装置において、前記基板と半
導体薄膜の界面近傍に、結晶成長を促進させる触媒元素
を含有した原子層を形成し、前記界面近傍に前記触媒元
素の濃度のピークとなる層を形成し、結晶性半導体薄膜
中、及び該薄膜外に前記触媒元素を含有させることを特
徴とするものである。また、本発明の半導体薄膜装置の
製造方法により、基板温度を高温にすることなく、結晶
性のよい高品質の半導体薄膜装置を製造することができ
る。

【００２１】本発明の半導体薄膜装置、又はその製造方
法においては、成膜時に基板の温度を１００℃〜６００
℃とすることにより、ガラス等の安価な基板の使用が可
能となり好ましい。また、基板として透光性基板を用い
ることは、透過型液晶ディスプレイ等、光を透過させる
製品を製造する上で好ましい。

【００２２】本発明の構成又は本発明方法において、基
板表面の一部もしくは全面に絶縁層，導体層の少なくと
も一種類以上が形成され、前記絶縁膜あるいは導体膜の
上に、結晶性の半導体薄膜が形成されていることは、安
価なガラス等の基板上に半導体装置を製造する場合に、
ガラスなどの基板からの不純物の影響等を低減するとと
もに、例えばボトムゲート型ＴＦＴ等の様に半導体装置
の構造を目的に応じて多様に設計にできるため好まし
い。

【００２３】本発明の構成において、半導体薄膜が微結
晶シリコン薄膜であるという好ましい構成によれば、ａ
−Ｓｉ：Ｈ膜と比較してＴＦＴの電界効果移動度を高い
ものとできるため好ましい。また、半導体薄膜が多結晶
シリコン薄膜であるという好ましい構成によれば、ＴＦ
Ｔの電界効果移動度をより高いものとすることができ
る。さらに、半導体薄膜の厚さが、５ｎｍ以上２００ｎ
ｍ以下とすることは、エッチングや成膜を追加すること
なくそのままの膜厚でＴＦＴに適用することができ、好
ましい。

【００２４】本発明の発明者らは、触媒元素を利用して
非晶質基板が溶融しない温度条件で基板表面に結晶性半
導体薄膜を作製する方法として、半導体薄膜の作製皇帝
の前にあらかじめ基板表面に触媒元素層を蒸着などによ
り形成しておくことが効果的であることを新たに見いだ
して、本発明に至ったものである。さらに、基板表面に
形成する触媒元素層をスパッタ蒸着で形成した場合に
は、その後の半導体薄膜、ゲート絶縁膜、さらにはゲー
ト電極までをスパッタ蒸着により作製でき、作製装置の
真空雰囲気を保持しながら、高品質の半導体薄膜基板を
提供する事が可能になることを新たに見いだしたことに
より本発明に至ったものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、実施例を用いて本発明をさ
らに具体的に説明する。

【００２６】第１図は本発明に係る半導体薄膜装置の第
１実施例の概略図である。まず、ガラス等の基板：１上
に、スパッタ法により酸化シリコンなどの被膜：２を５
０〜３００ｎｍの膜厚で形成（第２図（ａ））する。な
お、この被膜：２の形成方法は、プラズマＣＶＤ法，常
圧ＣＶＤ，蒸着法，減圧ＣＶＤ法等、他の手段でもよ
い。この被膜の表面に、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｐｔや、Ｐ
ｄ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，VIII族
元素，IIIb族元素，IVb元素，Vb族元素、Ｒｕ，Ｒｈ，
Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ａｇ等の薄膜、あるいはこれらを含
む薄膜による触媒元素層：９をスパッタ蒸着法により形
成（第２図（ｂ））する。なおこの触媒元素層：９の形
成にはスピンコートなどの方法も使用できる。

【００２７】その後、結晶性シリコン膜などの半導体薄
膜：３を、１０〜５０ｎｍの膜厚で形成する（図２
（ｃ））。この半導体薄膜：３中、および被膜：２中に
触媒元素を分布させるために加熱処理を施す。この加熱
処理は、半導体薄膜の形成前、形成中、あるいは形成後
のどの行程で行ってもよい。また、半導体薄膜：３の膜
厚は、この範囲に限られたものではなく、ＴＦＴの構造
や他の工程との整合性等に応じ、５〜２００ｎｍの範囲
で設定する。なお必要に応じて、半導体薄膜：３がシリ
コンの場合には、４５０〜６００℃の熱処理や、エキシ
マレーザーの照射等を行ってもよい。半導体薄膜：３の
形成後の、基板、被膜、あるいは半導体薄膜中の触媒元
素の濃度の分布を図２（ｄ）で示している。さらに、図
３では、この積層構造における触媒元素濃度の、表面か
ら深さ方向への分布の様子を示した。この図でわかるよ
うに、本発明の作製プロセスにより形成した薄膜半導体
基板においては、触媒元素の濃度が薄膜半導体基板の内
部でピークとなる分布を持つ。もちろんこのピークにお
ける触媒元素濃度の絶対値よりも大きな濃度値を持つ部
分が他にあってもよいが、少なくとも一カ所で、近傍の
濃度よりも相対的に大きな濃度となる層が存在すること
が特徴である。

【００２８】次いで、酸化シリコン膜などの絶縁層：７
を、５０〜３００ｎｍの膜厚で形成する。絶縁層：７の
形成方法は、スパッタ法，常圧ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ
法，蒸着法，減圧ＣＶＤ法等、他の手段でもよい。次い
で、Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｔａ等からなる金属膜をス
パッタ蒸着法により、５０〜３００ｎｍの膜厚で形成
し、フォトリソによりパターニングされたフォトレジス
トをマスクとして金属膜をエッチングすることにより、
ゲート電極：８を形成する。なお、ゲート電極材料とし
ては金属膜に限らず、シリコン膜でもよい。

【００２９】このゲート電極：８をマスクとして、不純
物を含むイオンを注入し、ソース：５／ドレイン：６領
域となる不純物ドーピング層を形成する。このドーピン
グ層の形成は、例えばｎ型層の形成では、水素希釈５％
ＰＨ₃をイオン源ガスとしたイオンドーピングで行
う。イオンドーピングを適用する場合の条件は、加速電
圧：５〜１００ｋＶ，総イオン注入量：１０¹⁴〜１０¹⁶
ｃｍ^-2とする。これらの条件は、マスクの厚さや、形成
するドーピング層の厚さ等の構成により、適宜最適な条
件やガス濃度を選択する。また、ｐ型層の形成では、イ
オン源ガスとして、水素希釈５％Ｂ₂Ｈ₆等を用いたイ
オンドーピングにより行う。なお、イオンドーピング法
では、ドーパントとなる不純物と水素が同時に注入され
るため、水素による注入欠陥の補償や、活性化・結晶化
の促進が行われ、低い温度で低抵抗のドーピング層が形
成される。なお、本実施例において、注入される領域の
絶縁層を除去してイオンの注入を行っているが、注入さ
れる領域の表面にも絶縁層を残し、イオンの注入を行っ
てもよい。その場合は、膜厚などの条件にもよるが、イ
オンの加速電圧は、１０ｋＶ以上とすることが好まし
い。

【００３０】次いで、層間絶縁膜となる酸化シリコン膜
を、スパッタ法，常圧ＣＶＤ法，プラズマＣＶＤ法等に
より、１００〜５００ｎｍの膜厚で形成し、ソース／ド
レイン領域への電極コンタクトを取るために層間絶縁膜
を、フォトリソ・エッチングにより開孔し、ソース／ド
レイン電極を形成して、薄膜トランジスタを作製する。

【００３１】本発明の一実施例として、ガラス基板をス
パッタ蒸着装置の蒸着試料台に装着し、まず基板被膜と
してスパッタ蒸着法で非晶質酸化シリコン被膜を形成し
た。その後引き続き、触媒元素材料を装着したターゲッ
トを用い、同一真空容器内でのスパッタ蒸着により触媒
元素層を形成した。蒸着中の基板加熱を行わない場合
と、加熱して６００℃以下に温度制御した場合を比較し
たが、この後行程の半導体薄膜の形成温度により最適な
加熱条件があることを経験的に見いだした。このように
して形成した触媒元素層の表面に、さらに引き続き結晶
性シリコン薄膜を、基板を６００℃以下に加熱しながら
スパッタ蒸着した。そしてさらにこの結晶性シリコンの
表面に、ゲート絶縁層とすべく非晶質酸化シリコン薄膜
を同一真空容器内でスパッタ蒸着した。

【００３２】以上のように形成した結晶性シリコン薄膜
の結晶性は、Ｘ線回折法，電子線回折法，ラマン分光
法，透過電子顕微鏡観察，紫外線反射法，可視・紫外光
吸収法等のうちの一つ、あるいは複数により規定され
る。また、膜の水素の含有量は、二次イオン質量分析
法，赤外吸収法などにより規定される。

【００３３】本発明に係るこのような半導体薄膜の製造
方法により、ボトムゲート型ＴＦＴ薄膜トランジスタの
ような半導体薄膜装置も、同様に高性能、簡便に、低温
条件で作成することが可能となる。第４図は本発明によ
る半導体薄膜装置における第２の実施例としてボトムゲ
ート型薄膜トランジスタの製造プロセスを示す概略図で
ある。

【００３４】まず、ガラス等の基板：１上に、スパッタ
蒸着、常圧ＣＶＤ法等により絶縁被膜：２として酸化シ
リコン膜を１００〜５００ｎｍの膜厚で形成した後（図
４(a)）、Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｔａ等からなる金属
膜を１００〜５００ｎｍの膜厚で形成し、フォトリソに
よりパターニングされたフォトレジストをマスクとして
金属膜をエッチングすることにより、ゲート電極：８を
形成する（図４（ｂ））。

【００３５】次いで、スパッタ蒸着、常圧ＣＶＤ等によ
り、ゲート絶縁層：７として酸化シリコン膜を、５０〜
３００ｎｍの膜厚で形成（図４（ｃ））する。なお、酸
化シリコン膜の形成方法は、スパッタ法，プラズマＣＶ
Ｄ法，熱蒸着法，減圧ＣＶＤ法等、他の手段でもよい。
この絶縁層表面に触媒元素層を、同様の蒸着法により形
成する。（図４(d)）触媒元素としては、実施例で示し
たものと同様の元素を選択する。

【００３６】次いで、半導体薄膜：３として結晶性シリ
コン膜を、１０〜５０ｎｍの膜厚で形成する（図４
（ｅ））。膜厚は、この範囲に限られたものではなく、
ＴＦＴの構造や他の工程との整合性等に応じ、５〜２０
０ｎｍの範囲で設定する。なお必要に応じて、結晶性シ
リコン膜の結晶性を改善するために４５０〜６００℃の
熱処理や、エキシマレーザーの照射等を行う。

【００３７】次いで、フォトリソによりパターニングさ
れたフォトレジストをマスクとして、不純物を含むイオ
ンを結晶性シリコン薄膜に注入し、ソース／ドレイン領
域となる不純物ドーピング層を形成する。このドーピン
グ層の形成は、例えばｎ型層の形成では水素希釈５％
ＰＨ₃をイオン源ガスとしたイオンドーピングで行う。
イオンドーピングを適用する場合の条件は、加速電圧：
５〜１００ｋＶ，総イオン注入量：１０¹⁴〜１０¹⁶ｃｍ
^-2とする。これらの条件はマスクの厚さや形成するドー
ピング層の厚さ等の構成により、適宜最適な条件やガス
濃度を選択する。また、ｐ型層の形成ではイオン源ガス
として、水素希釈５％Ｂ₂Ｈ₆等を用いたイオンドーピ
ングにより行う。なお、イオンドーピング法では、ドー
パントとなる不純物と水素が同時に注入されるため、水
素による注入欠陥の補償や、活性化・結晶化の促進が行
われ、低い温度で低抵抗のドーピング層が形成される。
なお、本実施例では、イオンドーピングのマスクとして
フォトレジストを用いているが、シリコン薄膜上に酸化
シリコン膜や窒化シリコン膜を形成し、これらの膜とフ
ォトレジストをマスクとしてもよい。

【００３８】次いで、層間絶縁膜：１１となる酸化シリ
コン膜を、スパッタ法，プラズマＣＶＤ法，常圧ＣＶＤ
法等により、１００〜５００ｎｍの膜厚で形成し、ソー
ス：５／ドレイン：６領域への電極コンタクトを取るた
めに層間絶縁膜を、フォトリソ・エッチングにより開孔
し、電極を形成して、ＴＦＴを完成させる。

【００３９】以上のような方法を採用することにより、
ガラス基板が適用できる温度範囲で、結晶性が優れた半
導体薄膜を形成することができる。従って、アクティブ
マトリックス方式の液晶ディスプレイ等のように大面積
ガラス基板に薄膜トランジスタを作製する場合において
も、特性、信頼性の優れた薄膜トランジスタを作製する
ことが可能となる。

【００４０】また、成膜時に基板の加熱を行なえば、触
媒元素による低温結晶化の効果を促進し、より結晶性の
優れた半導体薄膜の形成ができるので、より良好な特性
を示す薄膜トランジスタを作製することができる。加熱
の温度は、本実施例のように基板としてガラス基板を用
いる場合には、１００〜６００℃であるのが好ましく、
さらには、ガラスの歪みを最小限にすることや酸化膜の
特性を向上させる点で３００〜５００℃がより好まし
い。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、前記本発明の構成
によれば、高性能の低温形成薄膜トランジスタなどの半
導体薄膜装置を製造することができる。従って、アクテ
ィブマトリックス方式の液晶ディスプレイ等のように大
面積のガラス基板に薄膜トランジスタを作製する場合に
おいても、特性、信頼性の優れた薄膜トランジスタを生
産性よく作製することが可能となる。

【００４２】また、本発明の構成又は本発明方法におい
て、原料としてシリコンターゲット材料を用い、スパッ
タ蒸着法により結晶性シリコン半導体薄膜を形成すれ
ば、層間絶縁層、基板の被膜、絶縁層、および触媒元素
層、さらにはゲート電極の形成を同一のスパッタ蒸着プ
ロセスで行うことができ、製造プロセスを簡便にして、
液晶ディスプレイなどに必要なシリコンＴＦＴを製造す
ることが可能となる。また、本発明の半導体薄膜形成方
法において、薄膜蒸着時に水素ガスあるいは不活性気体
を利用することで、成膜速度や結晶性をより制御でき
る。

【００４３】さらに、本発明の構成又は本発明方法にお
いては、成膜時に基板の温度を１００℃〜６００℃とす
ることにより、ガラス等の安価な基板の使用が可能とな
る。また、本発明の構成又は本発明方法において、基板
として透光性基板を用いることは、透過型液晶ディスプ
レイ等、光を透過させる製品を製造できる。また、本発
明の構成においては、得られた半導体薄膜に含まれる水
素を１０ａｔｏｍ%以下とすることで、作成する半導体
膜及び半導体装置の特性・信頼性の向上や、さらにレー
ザー再結晶化等の高品質化が必要な場合に、脱水素処理
が不要となる。

【００４４】また、本発明の構成又は本発明方法におい
て、基板上の一部もしくは全面に絶縁膜，導体膜の少な
くとも一種類以上を形成し、前記絶縁膜あるいは導体膜
の上に、結晶性の半導体薄膜を形成することで、安価な
ガラス等の基板上に半導体装置を製造する場合に、ガラ
スなどの基板からの不純物の影響等を低減できるととも
に、例えばボトムゲート型ＴＦＴ等の様に半導体装置の
構造を目的に応じて多様に設計できる。また、本発明の
構成において、半導体薄膜が微結晶シリコン薄膜である
という好ましい構成によれば、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜と比較し
てＴＦＴの電界効果移動度を高いものとする事ができる
とともに、再結晶化等の高品質化が必要な場合に脱水素
処理が不要となる。また、本発明の構成において、半導
体薄膜が多結晶シリコン薄膜であるという好ましい構成
によれば、ＴＦＴの電界効果移動度をより高いものとす
ることができる。

【００４５】また、本発明の構成又は本発明方法におい
て、半導体薄膜の厚さを５ｎｍ以上２００ｎｍ以下とす
ることにより、そのままＴＦＴの活性層として適用でき
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる半導体薄膜装置の実施例の概略
図

【図２】本発明に係る半導体薄膜装置の一例であるＴＦ
Ｔの製造方法の一部工程概略図

【図３】本発明にかかる半導体薄膜装置の深さ方向の触
媒元素濃度分布の概略図

【図４】本発明にかかるボトムゲート型薄膜トランジス
タの製造方法の一部行程概略図

【符号の説明】

１基板２被膜３半導体薄膜４半導体薄膜・基板界面５ソース６ドレイン７絶縁層８ゲート電極９触媒元素層１０触媒元素分布１１層間絶縁膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西谷幹彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者吉田哲久大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者高瀬道彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者澁谷宗裕大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者後藤真志大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5F045 AA08 AA19 AB03 AB40 AD05 AD06 AD07 AD08 AD09 AD10 AF02 AF07 BB07 BB12 CA15 DA52 DA58 HA16 HA17 5F052 AA02 AA11 BB07 DA01 DB07 EA11 FA06 JA01 JA02 5F110 AA01 AA17 BB01 CC02 CC08 DD02 DD13 DD17 DD24 EE03 EE04 EE44 FF02 FF28 GG02 GG13 GG14 GG25 GG32 GG33 GG43 GG53 HJ01 HJ04 HJ13 NN02 NN23 NN34 NN35 PP01 PP03 PP34 QQ11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と半導体薄膜の界面近傍に、結晶成
長を促進させる触媒元素を含有した原子層を形成し、前
記原子層の中に前記触媒元素の濃度のピークとなる層を
形成し、前記半導体薄膜中または半導体薄膜外に前記触
媒元素を含有させることを特徴とする半導体薄膜の製造
方法。
【請求項２】基板と半導体薄膜の界面近傍に、結晶成
長を促進させる触媒元素を含有した原子層と、前記原子
層の中に前記触媒元素の濃度のピークとなる層を有し、
前記半導体薄膜中または半導体薄膜外に前記触媒元素を
含有させることを特徴とする半導体薄膜。
【請求項３】基板上に形成された半導体薄膜が含有量
１０ａｔｏｍ%以下の水素を含み、さらに触媒元素とし
て少なくともＮｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｐｔ、Ｐｄ，Ｃｕ，Ａ
ｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，
Ｏｓ，Ｉｒ，Ａｇのうちの一種を含有した微結晶シリコ
ンあるいは多結晶シリコンであり、該結晶性の半導体薄
膜を活性層とすることを特徴とする請求項２に記載の半
導体薄膜。
【請求項４】基板として透光性基板を用い、該基板上
の一部もしくは全面に絶縁膜，導体膜の少なくとも一種
類以上の被膜が形成され、前記被膜の上に、結晶性の半
導体薄膜が形成されていることを特徴とする請求項２に
記載の半導体薄膜。
【請求項５】半導体薄膜の厚さが、５ｎｍ以上２００
ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導
体薄膜。
【請求項６】真空装置内に配置した基板表面に、結晶
成長を促進させる触媒元素、あるいは該元素を含有した
原子層を形成する工程と、該工程の後、半導体薄膜の構
成元素を含む原料を減圧下で放電分解して基板に照射し
て薄膜を形成する工程とを用いることにより、６００℃
以下に制御した前記基板上に結晶性の半導体薄膜を形成
することを特徴とする、請求項１に記載の半導体薄膜の
製造方法。
【請求項７】ガス導入口，真空排気口に接続された真
空容器からなる真空装置内において、前記真空容器内に
配置された前記基板表面に、結晶成長を促進させる前記
触媒元素、あるいは該元素を含有した原子層を形成する
工程と、前記半導体薄膜の構成元素を含む原料を減圧下
で放電分解し、電子密度が10¹⁰〜10¹³個／cm^-3のプラズ
マを発生させ、該プラズマ中のイオン及びラジカルを前
記基板に照射して薄膜を形成する工程とを、同一の真空
装置で引き続き処理することを特徴とする請求項６に記
載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項８】真空容器内の基板設置台に前記基板を配
置し、結晶成長を促進させる前記触媒元素、あるいは該
元素を含有した原料を含むプラズマを発生させ、該プラ
ズマと前記基板設置台の間に電圧を印加する事により、
前記触媒元素を基板に注入して該元素を含有した原子層
を形成することを特徴とする請求項６に記載の半導体薄
膜の製造方法。
【請求項９】真空容器内の基板設置台に前記基板を配
置し、結晶成長を促進させる前記触媒元素、あるいは該
元素を含有した原料を、スパッタ蒸着法により前記基板
表面に薄膜蒸着し、前記触媒元素を含有した原子層を形
成することを特徴とする、請求項６に記載の半導体薄膜
の製造方法。