半導体装置の作製方法
【課題】極めて結晶性に優れた半導体薄膜及びそれを用いた高性能な半導体装置を提供する。
【解決手段】絶縁表面を有する基板上にプラズマＣＶＤ法によってフッ化水素酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤の混合物に対するエッチングレートが１５０〜２００ｎｍ／ｍｉｎである二酸化珪素膜からなる下地膜を形成し、下地膜上に非晶質珪素膜を形成し、非晶質珪素膜を結晶化することによって面方位が概略｛１１１｝配向の結晶性珪素膜を形成し、結晶性珪素膜をエッチングすることによって島状半導体層を形成し、島状半導体層上にゲイト絶縁膜を形成し、ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成する。
【解決手段】絶縁表面を有する基板上にプラズマＣＶＤ法によってフッ化水素酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤の混合物に対するエッチングレートが１５０〜２００ｎｍ／ｍｉｎである二酸化珪素膜からなる下地膜を形成し、下地膜上に非晶質珪素膜を形成し、非晶質珪素膜を結晶化することによって面方位が概略｛１１１｝配向の結晶性珪素膜を形成し、結晶性珪素膜をエッチングすることによって島状半導体層を形成し、島状半導体層上にゲイト絶縁膜を形成し、ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する発明は、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜およびそれを活性層とする半導体装置に関する。特に、半導体薄膜として珪素を主成分とする材料を利用する場合の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜（厚さ数百〜数千Å程度）を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタはＩＣや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチング素子として開発が急がれている。
【０００３】
例えば、液晶表示装置においてはマトリクス状に配列された画素領域を個々に制御する画素マトリクス回路、画素マトリクス回路を制御する駆動回路、さらに外部からのデータ信号を処理するロジック回路（プロセッサ回路やメモリ回路など）等のあらゆる電気回路にＴＦＴを応用する試みがなされている。
【０００４】
現状においては、活性層として非晶質シリコン膜（アモルファスシリコン膜）を用いたＴＦＴが実用化されているが、駆動回路やロジック回路などの様に、さらなる高速動作性能を求められる電気回路には、結晶シリコン膜（ポリシリコン膜、多結晶シリコン膜等）を利用したＴＦＴが必要とされる。
【０００５】
例えば、ガラス基板上に結晶性珪素膜を形成する方法としては、本出願人による特開平7-130652号公報、特開平8-78329 号公報に記載された技術が公知である。これらの公報記載の技術は、非晶質シリコン膜の結晶化を助長する触媒元素を利用することにより、500 〜600 ℃、４時間程度の加熱処理によって結晶性の優れた結晶シリコン膜を形成することを可能とするものである。
【０００６】
特に、特開平8-78329 に記載された技術は上記技術を応用して基板面とほぼ平行な結晶成長を行わすものであり、発明者らは形成された結晶化領域を特に横成長領域（またはラテラル成長領域）と呼んでいる。
【０００７】
しかし、この様なＴＦＴを用いて駆動回路を構成してもまだまだ要求される性能を完全に満たすには及ばない。特に、メガヘルツからギガヘルツにかけての極めて高速な動作を要求する高速ロジック回路を従来のＴＦＴで構成することは不可能なのが現状である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らは、これまで結晶粒界を有する結晶性珪素膜（多結晶珪素膜と呼ばれる）の結晶性を向上させるために様々な思考錯誤を繰り返してきた。セミアモルファス半導体（特開昭57-160121 号公報等）やモノドメイン半導体（特開平8-139019号公報等）などが挙げられる。
【０００９】
上記公報に記載された半導体膜に共通の概念は、結晶粒界の実質的な無害化にある。即ち、結晶粒界を実質的になくし、キャリア（電子または正孔）の移動を円滑に行わせることが最大の課題であった。
【００１０】
しかしながら、上記公報に記載された半導体膜をもってしてもロジック回路が要求する高速動作を行うには不十分と言える。即ち、ロジック回路を内蔵したシステム・オン・パネルを実現するためには、従来にない全く新しい材料の開発が求められているのである。
【００１１】
本願発明は、その様な要求に答えるものであり、従来のＴＦＴでは作製不可能であった様な高速ロジック回路を構成しうる極めて高性能な半導体装置を実現するための半導体薄膜を提供することを課題とする。また、その様な半導体薄膜を利用した半導体装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本明細書で開示する発明の構成は、
珪素を主成分とする複数の棒状または偏平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、
面方位は概略｛１１１｝配向であり、且つ、珪素以外で膜中に存在する元素は少なくともＣ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）及びＳ（硫黄）以外の元素から選ばれた一種または複数種の元素であることを特徴とする。
【００１３】
また、他の発明の構成は、上記構成において珪素以外で膜中に存在する元素とは、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｆｅ（鉄）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）から選ばれた一種または複数種の元素であり、且つ、当該元素の濃度は 5×1017atoms/cm3 以下（または0.001atomic%以下）であることを特徴とする。
【００１４】
また、他の発明の構成は、
珪素を主成分とする複数の棒状または偏平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、
面方位は概略｛１１１｝配向であり、且つ、膜中に存在するＣ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）及びＳ（硫黄）の濃度はＳＩＭＳによる検出下限以下であることを特徴とする。
【００１５】
また、他の発明の構成は、
珪素を主成分とする複数の棒状または偏平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、
面方位は概略｛１１１｝配向であり、且つ、膜中に存在するＣ（炭素）、Ｎ（窒素）及びＳ（硫黄）の濃度は 5×1018atoms/cm3 未満（または0.01atomic% 未満）であり、且つ、膜中に存在するＯ（酸素）の濃度は 1.5×1019atoms/cm3 未満（または0.03atomic% 未満）であることを特徴とする。
【００１６】
また、他の発明の構成は、
珪素を主成分とする複数の棒状または偏平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、
面方位は概略｛１１１｝配向であり、且つ、任意の結晶粒界では殆どの結晶格子に連続性があることを特徴とする。
【００１７】
珪素を主成分とする複数の棒状または偏平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、
面方位は概略｛１１１｝配向であり、且つ、任意の結晶粒界を横切る様にして観測される格子縞の殆どが、前記結晶粒界を形成する異なる結晶粒間で直線的に連続していることを特徴とする。
【００１８】
なお、上記全ての構成において、概略｛１１１｝配向であることは本発明者らが定義する｛１１１｝配向比率が０．９以上であることを意味する。
【００１９】
また、上記構成の半導体薄膜を用いて作製した半導体装置は、従来からＩＣを構成するＩＧＦＥＴに匹敵する或いは凌駕する極めて高い性能を有し、且つ、高い信頼性を備えたものである。
【００２０】
以上のような本発明の構成について、以下に記載する実施例でもって詳細な説明を行うこととする。
【発明の効果】
【００２１】
本明細書で開示する発明によれば、実質的に単結晶半導体に匹敵する結晶性を有する半導体薄膜を実現することができる。そして、その様な半導体薄膜を利用することで単結晶上に作製したＩＧＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ）に匹敵する、或いは凌駕する高い性能を有したＴＦＴを実現することができる。
【００２２】
以上の様なＴＦＴを用いて構成される半導体回路や電気光学装置およびそれらを具備した電子デバイスは、極めて高い性能を有し、機能性、携帯性、信頼性の面で非常に優れたものとなる。
【実施例１】
【００２３】
本実施例では、本願発明である半導体薄膜およびそれを活性層とした半導体装置（具体的にはＴＦＴ）の作製工程について説明する。また、作製工程の説明の後には、本願発明のＴＦＴについて、結晶構造および電気特性の観点から得られた知見について説明する。
【００２４】
まず、絶縁表面を有する基板として石英基板１００上に下地膜１０１を設けた基板を準備する。下地膜１０１はプラズマＣＶＤ法やスパッタＣＶＤ法により形成すれば良い。なお、後述するが本実施例で用いる下地膜はＬＡＬ５００というエッチャントに対するエッチングレートが50nm/min以上のものを用いる。
【００２５】
また、石英基板の代わりにセラミックス基板、シリコン基板またはサファイア基板などを用いることも可能である。
【００２６】
１０２は非晶質珪素膜であり、最終的な膜厚（熱酸化後の膜減りを考慮した膜厚）が10〜75nm（好ましくは15〜45nm）となる様に調節する。成膜は減圧熱ＣＶ法で行い、下記条件に従って行う。
成膜温度：465 ℃
成膜圧力：0.5torr
成膜ガス：Ｈｅ（ヘリウム）300sccm
Ｓｉ2 Ｈ6 （ジシラン）250sccm
【００２７】
なお、成膜に際して膜中の不純物濃度の管理を徹底的に行うことが重要である。本実施例の場合、非晶質珪素膜１０２中では結晶化を阻害する不純物であるＣ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｓ（硫黄）の濃度はいずれも 5×1018atoms/cm3 未満、Ｏ（酸素）は 1.5×1019atoms/cm3 未満となる様に管理している。
【００２８】
なぜならば各不純物がこれ以上の濃度で存在すると、結晶化の際に悪影響を及ぼし、結晶化後の膜質を低下させる原因となるからである。
【００２９】
本実施例で用いる減圧熱ＣＶＤ炉は、定期的にドライクリーニングを行い、成膜室の清浄化を図っている。ドライクリーニングは、 200〜400 ℃程度に加熱した炉内に 100〜300sccm のＣｌＦ3 （フッ化塩素）ガスを流し、熱分解によって生成したフッ素によって成膜室のクリーニングを行う。
【００３０】
なお、炉内温度300 ℃とし、ＣｌＦ3 （フッ化塩素）ガスの流量を300sccm とした場合、約２μｍ厚の付着物（主に珪素を主成分する）を４時間で完全に除去することができた。
【００３１】
また、非晶質珪素膜１０２中の水素濃度も非常に重要なパラメータであり、水素含有量を低く抑えた方が結晶性の良い膜が得られる様である。そのため、非晶質珪素膜１０２の成膜は減圧熱ＣＶＤ法であることが好ましい。なお、成膜条件を最適化することでプラズマＣＶＤ法を用いることも可能である。
【００３２】
次に、非晶質珪素膜１０２の結晶化工程を行う。結晶化の手段としては本発明者による特開平7-130652号公報記載の技術を用いる。同公報の実施例１および実施例２のどちらの手段でも良いが、本願発明では実施例２に記載した技術内容（特開平8-78329 号公報に詳しい）を利用するのが好ましい。
【００３３】
特開平8-78329 号公報記載の技術は、まず触媒元素の添加領域を選択するマスク絶縁膜１０３を形成する。マスク絶縁膜１０３は触媒元素を添加するために複数箇所の開口部を有している。この開口部の位置によって結晶領域の位置を決定することができる。
【００３４】
そして、非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元素としてニッケル（Ｎｉ）を含有した溶液をスピンコート法により塗布し、Ｎｉ含有層１０４を形成する。なお、触媒元素としてはニッケル以外にも、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等を用いることができる。（図１（Ａ））
【００３５】
また、上記触媒元素の添加工程は、レジストマスクを利用したイオン注入法またはプラズマドーピング法を用いることもできる。この場合、添加領域の占有面積の低減、横成長領域の成長距離の制御が容易となるので、微細化した回路を構成する際に有効な技術となる。
【００３６】
次に、触媒元素の添加工程が終了したら、450 ℃１時間程度の水素出しの後、不活性雰囲気、水素雰囲気または酸素雰囲気中において 500〜700 ℃（代表的には 550〜650 ℃）の温度で 4〜24時間の加熱処理を加えて非晶質珪素膜１０２の結晶化を行う。本実施例では窒素雰囲気で570 ℃14時間の加熱処理を行う。
【００３７】
この時、非晶質珪素膜１０２の結晶化はニッケルを添加した領域１０５で発生した核から優先的に進行し、基板１０１の基板面に対してほぼ平行に成長した結晶領域１０６が形成される。本発明者らはこの結晶領域１０６を横成長領域と呼んでいる。横成長領域は比較的揃った状態で個々の結晶が集合しているため、全体的な結晶性に優れるという利点がある。（図１（Ｂ））
【００３８】
なお、上述の特開平7-130652号公報の実施例１に記載された技術を用いた場合も微視的には横成長領域と呼びうる領域が形成されている。しかしながら、核発生が面内において不均一に起こるので結晶粒界の制御性の面で難がある。
【００３９】
また、上述の結晶化温度及び結晶化時間は非晶質珪素膜１０２の膜質を鑑みて決定されたものである。減圧熱ＣＶＤ法で作製した非晶質珪素膜を特開平8-78329 号公報記載の技術で結晶化する場合、570 ℃以上の温度では自然核発生が生じてしまい、横成長領域の成長を阻害してしまう恐れがある。また、この温度では少なくとも１２時間（好ましくは１４時間）の結晶化時間が必要である。
【００４０】
ましてやプラズマＣＶＤ法により水素含有量の多い条件で作製された非晶質珪素膜は、自然核発生温度がさらに２０℃近くも低いため、それに応じて結晶化温度を決定しなければならない。
【００４１】
なお、これらの知見に関する報告は、本発明者らによる特願平9-78979 号の出願明細書に記載してある。
【００４２】
この様に、本願発明では水素含有量やＣ、Ｎ、Ｏ、Ｓといった不純物元素の含有量を厳しく管理した非晶質珪素膜を出発膜として用い、且つ、その膜質を鑑みて結晶化条件を決定している点にも特徴がある。
【００４３】
結晶化のための加熱処理が終了したら、マスク絶縁膜１０３を除去してパターニングを行い、横成長領域１０６のみでなる島状半導体層（活性層）１０７を形成する。
【００４４】
次に、珪素を含む絶縁膜でなるゲイト絶縁膜１０８を形成する。ゲイト絶縁膜１０８の膜厚は後の熱酸化工程による増加分も考慮して20〜250nm の範囲で調節すれば良い。また、成膜方法は公知の気相法（プラズマＣＶＤ法、スパッタ法等）を用いれば良い。
【００４５】
次に、図１（Ｃ）に示す様に触媒元素（ニッケル）を除去または低減するための加熱処理（触媒元素のゲッタリングプロセス）を行う。この加熱処理は処理雰囲気中にハロゲン元素を含ませ、ハロゲン元素による金属元素のゲッタリング効果を利用するものである。
【００４６】
なお、ハロゲン元素によるゲッタリング効果を十分に得るためには、上記加熱処理を700 ℃を超える温度で行なうことが好ましい。この温度以下では処理雰囲気中のハロゲン化合物の分解が困難となり、ゲッタリング効果が得られなくなる恐れがある。
【００４７】
そのため本実施例ではこの加熱処理を700 ℃を超える温度で行い、好ましくは800 〜1000℃（代表的には950 ℃）とし、処理時間は 0.1〜 6hr、代表的には 0.5〜 1hrとする。
【００４８】
なお、本実施例では酸素雰囲気中に対して塩化水素（ＨＣｌ）を0.5 〜10体積％（本実施例では３体積％）の濃度で含有させた雰囲気中において、950 ℃、30分の加熱処理を行う例を示す。ＨＣｌ濃度を上記濃度以上とすると、活性層１０７の表面に膜厚程度の凹凸が生じてしまうため好ましくない。
【００４９】
また、ハロゲン元素を含む化合物してＨＣｌガスを用いる例を示したが、それ以外のガスとして、代表的にはＨＦ、ＮＦ3 、ＨＢｒ、Ｃｌ2 、ＣｌＦ3 、ＢＣｌ3 、Ｆ2 、Ｂｒ2 等のハロゲンを含む化合物から選ばれた一種または複数種のものを用いることが出来る。
【００５０】
この工程においては活性層１０７中のニッケルが塩素の作用によりゲッタリングされ、揮発性の塩化ニッケルとなって大気中へ離脱して除去されると考えられる。そして、この工程により活性層１０７中のニッケルの濃度は 5×1017atoms/cm3 以下にまで低減される。
【００５１】
なお、本明細書中における各元素の濃度は、ＳＩＭＳ測定結果から得られる最小値をもって定義している。ただし、膜界面等の様に測定誤差の大きい領域における濃度は測定結果として考慮しない。
【００５２】
ただし、上述の 5×1017atoms/cm3 という値はＳＩＭＳ（質量二次イオン分析）測定におけるニッケルの検出下限である。本発明者らが試作したＴＦＴを解析した結果、 1×1018atoms/cm3 以下（好ましくは 5×1017atoms/cm3 以下）ではＴＦＴ特性に対するニッケルの影響は確認されなかった。
【００５３】
また、上記加熱処理により活性層１０７とゲイト絶縁膜１０８の界面では熱酸化反応が進行し、熱酸化膜の分だけゲイト絶縁膜１０８の膜厚は増加する。この様にして熱酸化膜を形成すると、非常に界面準位の少ない半導体／絶縁膜界面を得ることができる。また、活性層端部における熱酸化膜の形成不良（エッジシニング）を防ぐ効果もある。
【００５４】
さらに、上記ハロゲン雰囲気における加熱処理を施した後に、窒素雰囲気中で950 ℃ 1時間程度の加熱処理を行なうことで、ゲイト絶縁膜１０８の膜質の向上を図ることも有効である。
【００５５】
なお、ＳＩＭＳ分析により活性層１０７中にはゲッタリング処理に使用したハロゲン元素が 1×1015〜 1×1020atoms/cm3 の濃度で残存することも確認されている。また、その際、活性層１０７と加熱処理によって形成される熱酸化膜との間に前述のハロゲン元素が高濃度に分布することがＳＩＭＳ分析によって確かめられている。
【００５６】
また、他の元素についてもＳＩＭＳ分析を行った結果、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｓ（硫黄）はいずれも 5×1018atoms/cm3 未満、Ｏ（酸素）は 1.5×1019atoms/cm3 未満であることが確認された。
【００５７】
次に、図示しないアルミニウムを主成分とする金属膜を成膜し、パターニングによって後のゲイト電極の原型１０９を形成する。本実施例では２wt% のスカンジウムを含有したアルミニウム膜を用いる。なお、これ以外にもタンタル膜、導電性を有する珪素膜等を用いることもできる。（図１（Ｄ））
【００５８】
ここで本発明者らによる特開平7-135318号公報記載の技術を利用する。同公報には、陽極酸化により形成した酸化膜を利用して自己整合的にソース／ドレイン領域と低濃度不純物領域とを形成する技術が開示されている。
【００５９】
まず、アルミニウム膜のパターニングに使用したレジストマスク（図示せず）を残したまま３％シュウ酸水溶液中で陽極酸化処理を行い、多孔性の陽極酸化膜１１０を形成する。
【００６０】
この多孔性の陽極酸化膜１１０は時間に比例して膜厚が増加する。また、上面にレジストマスクが残っているのでゲイト電極の原型１０９の側面のみに形成される。なお、特開平7-135318号公報記載の技術では、この膜厚が後に低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域とも呼ばれる）の長さになる。本実施例では膜厚が700 nmとなる様な条件で陽極酸化処理を行う。
【００６１】
次に、図示しないレジストマスクを除去した後、エチレングリコール溶液に３％の酒石酸を混合した電解溶液中で陽極酸化処理を行う。この処理では緻密な無孔性の陽極酸化膜１１１が形成される。なお、多孔性の陽極酸化膜の内部にも電解溶液が浸透するので、その内側にも形成される。
【００６２】
この無孔性の陽極酸化膜１１１は印加する電圧に応じて膜厚が決定する。本実施例では、100 nm程度の膜厚で形成される様に印加電圧を80Ｖとして陽極酸化処理を行う。
【００６３】
そして、上述の２回に渡る陽極酸化処理の後に残ったアルミニウム膜１１２が実質的にゲイト電極として機能する。
【００６４】
こうして図１（Ｅ）の状態が得られたら、次にゲイト電極１１２、多孔性の陽極酸化膜１１０をマスクとしてゲイト絶縁膜１０８をドライエッチング法によりエッチングする。そして、多孔性の陽極酸化膜１１０を除去する。こうして形成されるゲイト絶縁膜１１３の端部は多孔性の陽極酸化膜１１０の膜厚分だけ露出した状態となる。（図２（Ａ））
【００６５】
次に、一導電性を付与する不純物元素の添加工程を行う。不純物元素としてはＮ型ならばＰ（リン）またはＡｓ（砒素）、Ｐ型ならばＢ（ボロン）を用いれば良い。
【００６６】
本実施例では、まず１回目の不純物添加を高加速電圧で行い、ｎ- 領域１１４、１１５を形成する。この時、加速電圧が80keV 程度と高いので不純物元素は活性層表面だけでなく露出したゲイト絶縁膜の端部の下にも添加される。このｎ- 領域１１４、１１５は不純物濃度が 1×1018〜 1×1019atoms/cm3 となる様に調節する。（図２（Ｂ））
【００６７】
さらに、２回目の不純物添加を低加速電圧で行い、ｎ+ 領域１１６、１１７を形成する。この時は加速電圧が10keV 程度と低いのでゲイト絶縁膜がマスクとして機能する。また、このｎ+ 領域１１６、１１７はシート抵抗が 500Ω以下（好ましくは 300Ω以下）となる様に調節する。（図２（Ｃ））
【００６８】
以上の工程で形成された不純物領域は、ｎ+ 領域がソース領域１１６、ドレイン領域１１７となり、ｎ- 領域が低濃度不純物領域１１８となる。また、ゲイト電極直下の領域は不純物元素が添加されず、実質的に真性なチャネル形成領域１１９となる。
【００６９】
なお、低濃度不純物領域１１８はチャネル形成領域１１９とドレイン領域１１７との間にかかる高電界を緩和する効果があり、ＬＤＤ（ライトドープドレイン）領域とも呼ばれる。
【００７０】
以上の様にして活性層が完成したら、ファーネスアニール、レーザーアニール、ランプアニール等の組み合わせによって不純物元素の活性化を行う。それと同時に添加工程で受けた活性層の損傷も修復される。
【００７１】
次に、層間絶縁膜１２０を500 nmの厚さに形成する。層間絶縁膜１２０としては酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、有機性樹脂膜、或いはそれらの積層膜を用いることができる。
【００７２】
なお、有機性樹脂膜としてはポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド等が用いられる。有機性樹脂膜の利点は、（１）成膜方法が簡単である点、（２）容易に膜厚を厚くできる点、（３）比誘電率が低いので寄生容量を低減できる点、（４）平坦性に優れている点などが挙げられる。
【００７３】
次に、コンタクトホールを形成した後、ソース電極１２１、ドレイン電極１２２を形成する。最後に、基板全体を350 ℃の水素雰囲気で１〜２時間加熱し、素子全体の水素化を行うことで膜中（特に活性層中）のダングリングボンド（不対結合手）を終端する。
【００７４】
以上の工程によって、図２（Ｄ）に示す様な構造のＴＦＴを作製することができる。以下に、こうして得られたＴＦＴの特徴について述べる。
【００７５】
（活性層中に含まれる不純物に関する知見）
本実施例の活性層（半導体薄膜）には結晶化を阻害する元素であるＣ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）及びＳ（硫黄）が存在しない、或いは実質的に存在しない点に特徴がある。これは徹底的な不純物（汚染物）管理によってなしうる構成である。
【００７６】
前述の様に、少なくともＣ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）及びＳ（硫黄）のいずれか一つの元素が結晶化の際に膜中に存在すると、触媒元素を利用した結晶化機構に悪影響を与える。
【００７７】
これら不純物元素の代表的な混入経路は基板上への非晶質珪素膜の成膜時が考えられるので、初期成膜時にこれら不純物元素の濃度を極力抑える（好ましくは完全に排除する）ことが、良好な結晶性を確保するためには重要となる。勿論、成膜時以外にも注意を払うことは言うまでもない。
【００７８】
本実施例の場合、非晶質珪素膜の成膜にあたってＣ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）及びＳ（硫黄）の混入を徹底的に避けるので、必然的に最終的な半導体膜中に存在するＣ（炭素）、Ｎ（窒素）及びＳ（硫黄）の濃度は少なくとも 5×1018atoms/cm3 未満（0.01atomic% 未満）、Ｏ（酸素）の濃度は少なくとも 1.5×1019atoms/cm3 未満（0.03atomic% 未満）となる。
【００７９】
なお、純粋に珪素だけからなる半導体膜では珪素の濃度が約 5×1022atoms/cm3 であるので、例えば 5×1018atoms/cm3 の不純物元素は約0.01atomic% の濃度で存在することに相当する。従って、例えば珪素に数％のゲルマニウムを含有させた半導体薄膜などでは「atomic% 」による表示は多少変わってくるが、 5×1018atoms/cm3 という絶対的な濃度は変わるものではない。
【００８０】
また、望ましくは最終的な半導体膜中に存在するＣ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）及びＳ（硫黄）の濃度をＳＩＭＳ分析における検出下限以下、さらに望ましくは完全に存在しない状態とすることが優れた結晶性を得るためには必要であると考える。
【００８１】
（活性層の結晶構造に関する知見）
上記作製工程に従って形成した活性層は、微視的に見れば複数の棒状または偏平棒状結晶が互いに概略平行に特定方向への規則性をもって並んだ結晶構造を有する。このことはＴＥＭ（透過型電子顕微鏡法）による観察で容易に確認することができる。
【００８２】
本発明者らは棒状または偏平棒状結晶同士が接して形成する結晶粒界を 800万倍に拡大したＨＲ−ＴＥＭ写真で確認した。なお、本明細書中において結晶粒界とは、棒状または偏平棒状結晶が接した境界に形成される粒界を指すものと定義する。従って、例えば横成長領域がぶつかりあって形成される様なマクロな意味あいでの粒界とは区別して考える。
【００８３】
ところで前述のＨＲ−ＴＥＭ（高分解能透過型電子顕微鏡法）とは、試料に対して垂直に電子線を照射し、透過電子や弾性散乱電子の干渉を利用して原子・分子配列を評価する手法である。
【００８４】
ＨＲ−ＴＥＭでは結晶格子の配列状態を格子縞として観察することが可能である。従って、結晶粒界を観察することで、結晶粒界における原子同士の結合状態を推測することができる。
【００８５】
本発明者らが得たＴＥＭ写真によれば、異なる二つの結晶粒が結晶粒界で接した状態が明瞭に観察された。またこの時、二つの結晶粒は結晶軸に多少のずれが含まれているものの概略｛１１１｝配向であった。この事は複数の結晶粒を電子線回折により調べて確認した。
【００８６】
なお、多数観察した中には（１−１１）面や（−１１−１）面（書式の都合上（１−１１）などと表記するが、−１の（−）記号は反転を表す論理記号の代わりとして用いている）などもあるはずだが、それら等価な面はまとめて｛１１１｝面と表すことにする。この事について図２を用いて説明する。
【００８７】
図１７（Ａ）は結晶面が｛１１１｝面である結晶粒（結晶軸は〈１１１〉となる）を模式的に表した例である。｛１１１｝である結晶面内には〈１１０〉軸が多方向に含まれる。
【００８８】
図１７（Ａ）に示す様な表記方法は集合的な指数表記の例である。これを厳密な指数表記にすると図１７（Ｂ）、（Ｃ）の様になる。例えば、図１７（Ｂ）に示される結晶軸［１１１］と図１７（Ｃ）に示される結晶軸［−１１１］はどちらも等価であり、〈１１１〉でまとめられる。
【００８９】
以上の様に、厳密な結晶方位（結晶軸）で議論すると様々な捉え方ができるので、簡略化を図るために以下の記載は全て集合的な指数表記で表す。勿論、等価な全ての結晶面では同様の物性が得られる。
【００９０】
ところで、前述の様なＴＥＭ写真による格子縞観察では｛１１１｝面内に｛１１０｝面に対応する格子縞が観察された。なお、｛１１０｝面に対応する格子縞とは、その格子縞に沿って結晶粒を切断した場合に断面に｛１１０｝面が現れる様な格子縞を指している。格子縞がどの様な面に対応するかは、簡易的に格子縞と格子縞の間隔から確認できる。
【００９１】
この時、本発明者らは本願発明の半導体薄膜のＴＥＭ写真を詳細に観察した結果、非常に興味深い知見を得た。写真に見える異なる二つの結晶粒ではどちらにも｛１１０｝面に対応する格子縞が見えていた。そして、互いの格子縞が明らかに平行に走っているのが観察されたのである。
【００９２】
さらに、結晶粒界の存在と関係なく、結晶粒界を横切る様にして異なる二つの結晶粒の格子縞が繋がっている。即ち、結晶粒界を横切る様にして観測される格子縞の殆どが、異なる結晶粒の格子縞であるにも拘らず直線的に連続していることが確認できた。これは任意の結晶粒界で同様であった。
【００９３】
この様な結晶構造は本願発明の結晶性珪素膜の大きな特徴であり、本発明者らが求めた結晶粒界を実現する結晶構造である。
【００９４】
この様な結晶構造（正確には結晶粒界の構造）は、結晶粒界において異なる二つの結晶粒が極めて整合性よく接合していることを示している。即ち、結晶粒界において結晶格子が連続的に連なり、結晶欠陥等に起因するトラップ準位を非常に作りにくい構成となっている。換言すれば、結晶粒界において結晶格子に連続性があるとも言える。
【００９５】
なお、本発明者らはリファレンスとして従来の高温ポリシリコン膜についても電子線回折およびＨＲ−ＴＥＭ観察による解析を行った。その結果、結晶面には規則性がなく、｛１１１｝面、｛１１０｝面｛３１１｝面などが不規則に現れる様なランダムな配向であった。
【００９６】
また、ＴＥＭ写真により異なる二つの結晶粒の格子縞を観察した結果、互いの格子縞は全くバラバラに走っており、結晶粒界で整合性よく連続する様な接合は見つけられなかった。なお、この観察ではちょうど｛１１１｝配向の結晶粒が並ぶ結晶粒界を探し、｛１１０｝に対応する格子縞が見える様な条件で撮影したＴＥＭ写真を調べた。
【００９７】
また、従来の高温ポリシリコンの場合、結晶粒界では格子縞が途切れた部分が多数確認できた。この様な部分では未結合手（結晶欠陥と呼べる）が存在することになり、トラップ準位としてキャリアの移動を阻害する可能性が高い。
【００９８】
なお、上述の様に本願発明の結晶性珪素膜は結晶粒界においても格子が連続性を有しており、この様な結晶欠陥は殆ど確認することができなかった。この点からも本願発明の結晶性珪素膜が従来の高温ポリシコンとは明らかに異なる半導体膜であることが証明されている。
【００９９】
ところで、前述の電子線回折による解析では興味ある知見が得られている。本願発明の半導体薄膜の場合、〈１１１〉入射に対応する回折斑点が比較的きれいに現れ、結晶面が｛１１１｝配向であることは明らかであった。
【０１００】
この時、各斑点は同心円状の広がりを僅かにもっていたが、これは結晶軸まわりにある程度の回転角度の分布をもつためと予想される。その広がりの程度はパターンから見積もっても５°以内であった。
【０１０１】
また、多数観測するうちには回折斑点が部分的に見えない場合があった。おそらくは概略｛１１１｝配向であるものの、わずかに結晶軸がずれているために回折パターンが見えなったものと思われる。
【０１０２】
本発明者らは、結晶面内に殆ど必ず｛１１０｝面が含まれるという事実を踏まえ、おそらく〈１１０〉軸まわりの回転角のずれがその様な現象の原因であろうと推測している。
【０１０３】
（本願発明の半導体薄膜の配向性に関する知見）
本発明者らが開示した特開平7-321339号公報によれば、非晶質珪素膜が結晶化する際、基板と概略平行に成長する棒状または偏平棒状結晶（針状または柱状結晶と呼ぶ場合もある）の成長方向は〈１１１〉軸である。
【０１０４】
即ち、Ｎｉ（ニッケル）を触媒元素として非晶質珪素膜（ａ−Ｓｉ）を結晶化する場合、ＮｉＳｉ2 析出体を媒介として〈１１１〉軸方向に沿って結晶成長する。これはＮｉＳｉ2 とＳｉの結晶面において｛１１１｝面同士が構造的に整合性が良いためと考えられる。
【０１０５】
この時、〈１１１〉軸方向に沿って成長した棒状または偏平棒状結晶の側面（成長方向に対して平行な面）には様々な面が形成されうるが、最も現れやすい面が｛１１０｝面である。これは、側面に形成されうるいくつかの面のうち、｛１１０｝面が最も原子密度が高いためと考えられる。
【０１０６】
こうした理由から、本願発明の様に｛１１１｝面を先頭に成長した結晶粒（〈１１１〉軸方向に沿って成長した結晶粒）では、｛１１０｝面が表面（観察面を意味する）に現れることになる。以上の見解は本発明者らによる平成９年６月６日付けで出願した明細書に記載してある。
【０１０７】
以上の様に、特開平7-130652号公報記載の技術を用いて形成した結晶性珪素膜は、本来ならば概略｛１１０｝配向を示すはずである。ところが、本願発明の結晶性珪素膜は主たる配向面が｛１１１｝面であった。その理由について本発明者らは以下に示す様なモデルを考えた。
【０１０８】
前述の平成９年６月６日付けで出願した明細書に記載された結晶性珪素膜と、本願発明の結晶性珪素膜の最も顕著な相違点は、下地の性質である。即ち、下地がどの様なものであるかが結晶面の配向性を決定する上で非常に重要なパラメータとなっていると考えられる。
【０１０９】
まず、一般的にはSi/SiO2 （珪素／二酸化珪素）界面では｛１１１｝面の安定度が特に高いとされている。これは、界面における珪素膜側の結合手の数に起因していると考えられる。ここで表１に示すのは各面指数に対応する結晶面上において二酸化珪素との結合に預かると思われる結合手の密度である。
【０１１０】
【表１】
【０１１１】
表１によれば、｛１１１｝面は最も結晶面上に結合手密度が小さい。即ち、結合手密度が大きいと二酸化珪素と接合する際に界面付近の結合角がひずみやすく、エネルギー的に不利なため、結合手密度の小さい｛１１１｝面がSi/SiO2 界面に現れるのである。
【０１１２】
しかしながら、石英基板上で特開平7-130652号公報記載の技術を用いて形成した結晶性珪素膜は概略｛１１１｝配向を示しており（平成９年６月６日付け出願の明細書参照）、珪素膜側の結合手密度だけで一義的に配向性が決めるのではない様である。
【０１１３】
そこで、本発明者らは珪素膜側の結合手密度だけでなく、下地側の結合手密度も配向性の決定に大きく関与していると考えた。言うまでもなく下地側の結合手密度は下地の緻密性と密接に関係する。即ち、下地の緻密性とその上に形成される結晶性珪素膜の配向性との間には何らかの相関関係があると推測される。
【０１１４】
本発明者らは下地の緻密性を評価する手段として下地のエッチングレートを調べ、下地の緻密性とその上に形成された半導体薄膜の配向性との相関関係を調べた。なお、下地のエッチングレートは市販のエッチャントであるＬＡＬ５００（フッ化水素酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤の混合物、橋本化成製）を用いて、室温で測定した。その結果を表２に示す。
【０１１５】
【表２】
【０１１６】
表２に示す様に、熱酸化膜、石英、窒化珪素膜といった一般的に緻密と考えられている下地の場合には概略｛１１０｝配向を示す傾向にあった。逆にスパッタ法やプラズマＣＶＤ法で成膜した二酸化珪素膜を下地とした場合には概略｛１１１｝配向を示す傾向が観測された。この傾向はエッチングレートの差がそのまま反映した結果と思われる。
【０１１７】
即ち、下地のエッチングレートが少なくとも40〜50nm/min以下と小さい場合は、その上の結晶性珪素膜が概略｛１１０｝配向を示す傾向にあると言える。逆に言えば、エッチングレートがその値以上（50nm/min以上）であれば本願発明に示す様な概略｛１１１｝配向の結晶性珪素膜が得られると言える。
【０１１８】
下地が緻密であるという事は下地表面における結合手密度が高いことを意味しており、珪素膜の結合手とひずみの小さい接合をなし易い。即ち、下地が緻密である場合には、特に｛１１１｝面で下地と接する必要がなく、珪素膜の配向性に対して下地の束縛力（配向規制力）が緩いと考えられる。
【０１１９】
そのため、下地が石英などの様に非常に緻密な絶縁物である場合、珪素膜は結晶成長の際に下地からの束縛を受けず、本来の配向である概略｛１１０｝配向となると考えられる。
【０１２０】
逆に、本願発明の様にＬＡＬ５００でエッチングレートが50nm/min以上（室温）である様な下地膜の上に結晶性珪素膜を形成した場合、各結晶粒は成長過程において下地の束縛力を受け、最も安定な面で下地と接する様に振る舞う。その結果、結晶性珪素膜の表面（または界面）には、最もひずみの小さい接合をなしうる｛１１１｝面が現れる。
【０１２１】
ここで下地からの束縛を受けた結晶粒が｛１１１｝配向に変化する様子を図２０を用いて説明する。なお、図２０において、棒状または偏平棒状結晶の粒内は実質的に単結晶と見なせるため、ｃ−Ｓｉと記載することにする。
【０１２２】
図２０（Ａ）の場合、結晶成長面（先端の結晶面）は概略〈１１１〉軸に沿っているため、結晶成長面の直後における結晶面（表面または界面）の結晶軸は概略〈１１０〉軸となっていると考えられる。
【０１２３】
ところが、この状態で下地からの束縛を受けると結晶粒が転移（約３５°の回転と予想される）し、結晶面には概略｛１１１｝面が現れる様になる（結晶軸は〈１１１〉軸が現れる）。
【０１２４】
また、図２０（Ｂ）の場合、成長過程において下地からの束縛を受け、基板と平行な方向に対して結晶成長面が約７０°傾いた状態で成長している。この場合、結晶成長面の直後の表面に現れる結晶面は結晶方位の関係から必然的に概略｛１１１｝面となる。
【０１２５】
以上に示してきた様に、特開平7-130652号公報に記載の技術で形成された結晶性珪素膜は下地からの束縛力が緩い強いかという要素のせめぎ合いで、その配向性が決定されると推測される。
【０１２６】
また、ここでは下地に着目して説明を進めたが、特開平7-130652号公報の実施例２に記載された様に横成長領域を形成する場合、非晶質半導体薄膜上に形成されるマスク絶縁膜も配向性に影響を与えると思われる。その場合においても、下地と同様のモデルで配向性が決まると考えられる。
【０１２７】
なお、本発明者らの経験では、これまでの議論は膜厚は80nm程度までの非晶質半導体薄膜に適用しうる。これ以上の膜厚では下地界面やマスク界面からの束縛力を受けにくくなり、ランダムな配向を示す傾向にある。
【０１２８】
また、本発明者らは特開平7-321339号公報に記載した手法に従ってＸ線回折を行い、本願発明の結晶性珪素膜について配向比率を算出した。同公報では下記数１に示す様な算出方法で配向比率を定義している。
【０１２９】
【数１】
【０１３０】
なお、測定では｛２２０｝面として観察されるが、これは｛１１０｝面と等価であることは言うまでもない。上記測定の結果、｛１１１｝面が主たる配向であり、配向比率は０．７以上（典型的には０．９以上）であることが判明した。
【０１３１】
以上に示してきた通り、本願発明の結晶性珪素膜と従来のポリシリコン膜とは全く異なる結晶構造（結晶構成）を有していることが判る。この点からも本願発明の結晶性珪素膜は全く新しい半導体膜であると言える。
【０１３２】
（ＴＦＴの電気特性に関する知見）
上述の様な結晶性珪素膜を活性層として作製したＴＦＴは図４に示す様な電気特性を示す。図４に示すのは横軸にゲイト電圧（Ｖｇ）、縦軸にドレイン電圧（Ｉｄ）の対数をとってプロットしたＮチャネル型ＴＦＴのId-Vg 曲線（Id-Vg 特性）である。なお、電気特性の測定は市販の装置（ヒューレットパッカード社製：型番４１４５Ｂ）を用いて行った。
【０１３３】
図１３において、１０５０は上記工程で得られた活性層を利用したＴＦＴの電気特性であり、１０５１は従来のＴＦＴの電気特性を示している。ここでは従来のＴＦＴとして実施例１においてゲイト絶縁膜形成後の熱処理（ゲッタリングプロセス）を行わなかったＴＦＴを挙げている。
【０１３４】
両方のトランジスタ特性を比較すると、まず同じゲイト電圧でも１０５０で示される特性の方が１桁近く大きいオン電流が流れることが確認できる。なお、オン電流とはＴＦＴがオン状態（図１３においてゲイト電圧が約０〜２０Ｖの範囲）にある時に流れるドレイン電流のことを指す。
【０１３５】
また、１０５０で示される特性の方が優れたサブスレッショルド特性を有していることも確認できる。サブスレッショルド特性とはＴＦＴのスイッチング動作の急峻性を示すパラメータであり、ＴＦＴがオン又はオフ状態にスイッチングする際のId-Vg 曲線の立ち上がりが急峻である程、サブスレッショルド特性は良いと言える。
【０１３６】
なお、本発明で得られるＴＦＴの代表的な電気特性は次に示す様なものであった。
（１）ＴＦＴのスイッチング性能（オン／オフ動作の切り換えの俊敏性）を示すパラメータであるサブスレッショルド係数が、Ｎ型ＴＦＴおよびＰ型ＴＦＴともに60〜100mV/decade（代表的には60〜85mV/decade ）と小さい。なお、このデータ値は単結晶シリコンを用いた絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ（ＩＧＦＥＴ）の場合とほぼ同等である。
（２）ＴＦＴの動作速度の速さを示すパラメータである電界効果移動度（μFE）が、Ｎ型ＴＦＴで200 〜650cm2/Vs （代表的には250 〜300cm2/Vs ）、Ｐ型ＴＦＴで100 〜300cm2/Vs （代表的には150 〜200cm2/Vs ）と大きい。
（３）ＴＦＴの駆動電圧の目安となるパラメータであるしきい値電圧（Ｖth）が、Ｎ型ＴＦＴで-0.5〜1.5 Ｖ、Ｐ型ＴＦＴで-1.5〜0.5 Ｖと小さい。この事は小さい電源電圧で駆動して消費電力を小さくできることを意味している。
【０１３７】
以上の様に、本発明で得られるＴＦＴは極めて優れたスイッチング特性および高速動作特性を有している。
【０１３８】
（本発明のＴＦＴで構成した回路の特性）
次に、本発明者らが本発明で得られるＴＦＴを用いて作製したリングオシレータによる周波数特性を示す。リングオシレータとはＣＭＯＳ構造でなるインバータ回路を奇数段リング状に接続した回路であり、インバータ回路１段あたりの遅延時間を求めるのに利用される。実験に使用したリングオシレータの構成は次の様になっている。
段数：９段、１９段、５１段
ＴＦＴのゲイト絶縁膜（ＧＩ）の膜厚：50nm
ＴＦＴのゲイト長： 0.6μｍ
ＴＦＴのゲイト幅：ＮＴＦＴは10μｍ、ＰＴＦＴは20μｍ
【０１３９】
上記リングオシレータの発振周波数をスペクトラムアナライザーで測定した結果を図１４に示す。図１４において、横軸は電源電圧（ＶDD）、縦軸は発振周波数（ｆosc ）である。図１４が示す様に、ゲイト絶縁膜が９段のリングオシレータにおいて１ＧＨｚ近い発振周波数を実現している。
【０１４０】
図１５に示すのは電源電圧５Ｖで1.042 ＧＨｚの発振周波数を達成した際のスペクトラムアナライザーの出力スペクトルである。横軸には 10 ＭＨｚ〜1.2 ＧＨｚまでの発振周波数をとり、縦軸にはログスケールでとった電圧（出力振幅）をとっている。
【０１４１】
また、実際にＬＳＩ回路のＴＥＧの一つであるシフトレジスタを作製して動作周波数を確認した。その結果、ゲイト絶縁膜の膜厚50nm、ゲイト長 0.6μｍ、電源電圧５Ｖ、段数５０段のシフトレジスタ回路において動作周波数100 ＭＨｚの出力パルスが得られた。
【０１４２】
以上の様なリングシレータおよびシフトレジスタの驚異的なデータは、本発明のＴＦＴが単結晶シリコンを利用したＩＧＦＥＴに匹敵する、若しくは凌駕する性能を有していることを示している。
【０１４３】
それを裏付ける証拠として次の様なデータがある。図１６に示すデータは横軸に電源電圧（ＶDD）、縦軸にＦ／Ｏ＝１（ファンアウト比が１）のインバータの１段当たりの遅延時間（τpd）をとったグラフである（ロジックＬＳＩ技術の革新，前口賢二他，ｐ１０８，株式会社サイエンスフォーラム，1995）。
【０１４４】
なお、図中の様々な曲線（点線で示されるもの）は、単結晶シリコンを利用したＩＧＦＥＴを様々なデザインルールで作製した時のデータであり、いわゆるスケーリング則を示している。
【０１４５】
この図に上述のリングオシレータを用いて得たインバータの遅延時間と電源電圧との関係を当てはめると、図１６において実線で示される曲線となる。注目すべきはチャネル長が 0.5μｍ、ゲイト絶縁膜の膜厚（ｔOX）が11nmのＩＧＦＥＴで作製したインバータよりも、チャネル長が 0.6μｍ、ゲイト絶縁膜の膜厚が50nmのＴＦＴで作製したインバータの方が優れた性能を有している点である。
【０１４６】
この事は本発明者で得られるＴＦＴがＩＧＦＥＴよりも優れた性能を有していることを如実に示している。例えば、上記ＴＦＴを構成するゲイト絶縁膜の膜厚をＩＧＦＥＴの５倍以上としても、性能的に同等もしくはそれ以上のものが得られるのである。即ち、本発明のＴＦＴは同等の特性を動作性能を有するＩＧＦＥＴよりも優れた絶縁耐圧を有していると言える。
【０１４７】
また同時に、本発明のＴＦＴがスケーリング則に従って微細化されればさらに高い性能を実現することが可能である。例えば、リングオシレータを0.2 μｍルールで作製すればスケーリング則によると９ＧＨｚの動作周波数を実現しうると予想される（動作周波数ｆがチャネル長Ｌの二乗に反比例するため）。
【０１４８】
以上の様に、本発明のＴＦＴは極めて優れた特性を有し、そのＴＦＴを用いて形成した半導体回路は１０ＧＨｚ以上の高速動作を実現しうる全く新しいＴＦＴであることが確認された。
【実施例２】
【０１４９】
実施例１では半導体膜として珪素膜を用いる例を示したが、ＳｉX Ｇｅ1-X （０＜Ｘ＜１、好ましくは0.9 ≦Ｘ≦0.99）で示される様にゲルマニウムを１〜１０％含有した珪素膜を用いることも有効である。
【０１５０】
この様な化合物半導体膜を用いた場合、Ｎ型ＴＦＴおよびＰ型ＴＦＴを作製した際にしきい値電圧を小さくできる。また、電界効果移動度（モビリティと呼ばれる）を大きくできる。
【実施例３】
【０１５１】
実施例１では活性層に対して意図的に不純物を添加しないのでチャネル形成領域が真性または実質的に真性となる。なお、実質的に真性であるとは、（１）珪素膜の活性化エネルギーがほぼ1/2 である（フェルミレベルが禁制体のほぼ中央に位置する）こと、（２）スピン密度よりも不純物濃度が低いこと、（３）意図的に不純物を添加していないこと、のいずれかを満たすことである。
【０１５２】
しかし、本願発明のＴＦＴは公知のチャネルドープ技術を利用することも可能である。チャネルドープ技術とは、しきい値制御のために少なくともチャネル形成領域に対して不純物を添加する技術である。
【０１５３】
本願発明はもともとしきい値が非常に小さいので不純物を添加する濃度は非常に微量なもので良い。添加濃度が微量ですむということは、キャリアの移動度を落とさずにしきい値制御が可能となるため非常に好ましい。
【実施例４】
【０１５４】
本実施例では、実施例１に示したハロゲン元素によるゲッタリング効果に加えてリン元素によるゲッタリング効果を得るための構成について説明する。説明には図３を用いる。
【０１５５】
まず、実施例１の工程に従ってハロゲン元素によるゲッタリングプロセスまで行い、図１（Ｃ）の状態を得る。次に、タンタルまたはタンタルを主成分とする材料でなるゲイト電極１１を形成する。
【０１５６】
次に、ゲイト電極１１の表面を陽極酸化することによって陽極酸化膜１２を形成する。陽極酸化膜１２は保護膜として機能する。（図３（Ａ））
【０１５７】
次に、ゲイト電極１１をマスクとしてゲイト絶縁膜１０８をドライエッチング法によりエッチングする。そして、その状態でリンまたは砒素イオン注入法により添加して不純物領域１３、１４を形成する。（図３（Ｂ））
【０１５８】
次に、窒化珪素膜を厚く形成した後、ドライエッチング法によるエッチバックを行い、サイドウォール１５を形成する。そして、サイドウォール１５を形成した後、再びリンまたは砒素イオンを添加してソース領域１６、ドレイン領域１７を形成する。（図３（Ｃ））
【０１５９】
なお、サイドウォール１５の下は２度目のリン元素が添加されず、ソース領域およびドレイン領域よりも低濃度にリン元素を含む一対の低濃度不純物領域１８となる。また、ゲイト電極１１の下は真性または実質的に真性、或いはしきい値制御のために微量の不純物が添加されたチャネル形成領域１９となる。
【０１６０】
こうして図３（Ｃ）の状態が得られたら、４５０〜６５０℃（代表的には６００℃）で８〜２４時間（代表的には１２時間）の加熱処理を行う。
【０１６１】
この加熱処理はリン元素による触媒元素（ここではニッケル）のゲッタリングを目的とした工程であるが、同時に不純物の活性化、活性層が受けたイオン注入時の損傷の回復が行われる。
【０１６２】
この工程では、加熱処理を行うことでチャネル形成領域１９に残存するニッケルがソース／ドレイン領域１６、１７に移動し、そこでゲッタリングされて不活性化する。即ち、チャネル形成領域１９内部に残存するニッケルを除去することが可能である。
【０１６３】
なお、ソース／ドレイン領域１６、１７は導電性を有していれば電極としての機能を果たすのでニッケルの有無が電気特性に影響を与える恐れがない。そのため、ゲッタリングサイトとして機能させうるのである。
【０１６４】
以上の様にして図３（Ｄ）の状態が得られたら、実施例１と同様に層間絶縁膜２０、ソース電極２１、ドレイン電極２２を形成して図３（Ｅ）に示す薄膜トランジスタが完成する。
【０１６５】
なお、本実施例ではゲイト電極としてタンタルを用いているが、導電性を有する結晶性珪素膜を用いても良い。また、低濃度不純物領域の形成方法は本実施例の手段に限定されるものではない。
【０１６６】
本実施例で最も重要な構成は、チャネル形成領域に残存する触媒元素をソース領域およびドレイン領域に移動させてゲッタリングすることにある。これは、リンまたは砒素による金属元素のゲッタリング効果に着目した発明である。
【０１６７】
なお、本実施例ではＮ型ＴＦＴの例を示したが、Ｐ型ＴＦＴの場合、ボロン元素だけではゲッタリング効果が得られないので、リン元素とボロン元素の両方をソース／ドレイン領域に添加することが必要である。
【実施例５】
【０１６８】
本実施例では、実施例１と異なる構造の薄膜トランジスタに本願発明を適用した場合の例について説明する。説明には図４を用いる。
【０１６９】
まず、石英基板３１上にゲイト電極３２を形成する。ゲイト電極３２は後の熱酸化工程に耐えられる様にタンタル、シリコン等の耐熱性の高い電極を利用することが必要である。
【０１７０】
次に、ゲイト電極３２を覆う様にしてゲイト絶縁膜３３を形成する。ゲイト絶縁膜３３はスパッタ法またはプラズマＣＶＤ法で形成する。この際、概略｛１１１｝配向の結晶性珪素膜を得るためには、ゲイト絶縁膜３３の膜質を表２を用いて説明した条件に合わせることが必要である。
【０１７１】
次に、その上には後に活性層となる非晶質珪素膜を50nmの厚さに形成する。そして、実施例１と同様に開口部を有するマスク絶縁膜３５を形成した後、ニッケル含有層３６を形成する。（図４（Ａ））
【０１７２】
こうして図４（Ａ）の状態が得られたら、結晶化のための加熱処理を行い、横成長領域でなる結晶性珪素膜３７を得る。（図４（Ｂ））
【０１７３】
次に、マスク絶縁膜３５を除去してハロゲン元素を含む雰囲気中で加熱処理を行う。条件は実施例１に従えば良い。この工程によって結晶性珪素膜３７中からニッケルがゲッタリングされ、気相中へと除去される。（図４（Ｃ））
【０１７４】
こうしてゲッタリングプロセスが完了したら、パターニングにより横成長領域のみでなる活性層３８を形成し、その上に窒化珪素膜でなるチャネルストッパー３９を形成する。（図４（Ｄ））
【０１７５】
図４（Ｄ）の状態が得られたら、Ｎ型を呈する結晶性珪素膜を形成してパターニングを施し、ソース領域４０、ドレイン領域４１を形成する。さらに、ソース電極４２、ドレイン電極４３を形成する。
【０１７６】
最後に、素子全体に対して水素雰囲気中で加熱処理を行い、図４（Ｅ）に示す様な構造の逆スタガ型ＴＦＴが完成する。なお、本実施例に示した構造は逆スタガ型ＴＦＴの一例であり、本実施例の構造に限定されるものではない。また、他のボトムゲイト型ＴＦＴに適用することも可能である。
【０１７７】
以上の様なボトムゲイト型ＴＦＴの場合、活性層の下地となる絶縁物はゲイト絶縁膜（通常は二酸化珪素膜が用いられる）であるので、必然的に束縛力を受けて｛１１１｝配向になりやすい。
【実施例６】
【０１７８】
本実施例では絶縁表面を有する基板上に本発明によるＴＦＴを形成し、画素マトリクス回路と周辺回路とをモノリシックに構成する例を図５〜７に示す。なお、本実施例ではドライバー回路やロジック回路等の周辺回路の例として、基本回路であるＣＭＯＳ回路を示す。
【０１７９】
まず、石英基板５０上に酸化珪素膜でなる下地膜５１をプラズマＣＶＤ法により形成する。そして、その上に75nm厚の非晶質珪素膜５２、マスク絶縁膜５３を形成し、スピンコート法によりニッケル含有層５４を形成する。これらの工程は実施例１に示した通りである。（図５（Ａ））
【０１８０】
次に、450 ℃１時間程度の水素出しの後、窒素雰囲気中において590 ℃ 8時間の加熱処理を行い、結晶性領域５５〜５８を得る。なお、５５、５６はニッケル添加領域であり、５７、５８は横成長領域である。（図５（Ｂ））
【０１８１】
結晶化のための加熱処理が終了したら、マスク絶縁膜５３を除去してパターニングを行い、横成長領域５７、５８のみでなる島状半導体層（活性層）５９〜６１を形成する。（図５（Ｃ））
【０１８２】
ここで５９はＣＭＯＳ回路を構成するＮ型ＴＦＴの活性層、６０はＣＭＯＳ回路を構成するＰ型ＴＦＴの活性層、６１は画素マトリクス回路を構成するＮ型ＴＦＴ（画素ＴＦＴ）の活性層である。
【０１８３】
活性層５９〜６１を形成したら、その上に珪素を含む絶縁膜でなるゲイト絶縁膜６２を成膜する。そして、次に触媒元素のゲッタリングプロセスを行う。この工程の条件は実施例１に従えば良い。（図５（Ｄ））
【０１８４】
次に、図示しないアルミニウムを主成分とする金属膜を成膜し、パターニングによって後のゲイト電極の原型６３〜６５を形成する。本実施例では２wt% のスカンジウムを含有したアルミニウム膜を用いる。（図６（Ａ））
【０１８５】
次に、実施例１と同様に特開平7-135318号公報記載の技術により多孔性の陽極酸化膜６６〜６８、無孔性の陽極酸化膜６９〜７１、ゲイト電極７２〜７４を形成する。（図６（Ｂ））
【０１８６】
こうして図６（Ｂ）の状態が得られたら、次にゲイト電極７２〜７４、多孔性の陽極酸化膜６６〜６８をマスクとしてゲイト絶縁膜６２をエッチングする。そして、多孔性の陽極酸化膜６６〜６８を除去して図６（Ｃ）の状態を得る。なお、７５〜７７で示されるのは加工後のゲイト絶縁膜である。
【０１８７】
次に、実施例１と同様の手順に従ってＮ型を付与する不純物イオンを２回に分けて添加する。まず１回目の不純物添加を高加速電圧で行い、ｎ- 領域を形成し、次に２回目の不純物添加を低加速電圧で行い、ｎ+ 領域を形成する。
【０１８８】
以上の工程を経て、ＣＭＯＳ回路を構成するＮ型ＴＦＴのソース領域７８、ドレイン領域７９、低濃度不純物領域８０、チャネル形成領域８１が形成される。また、画素ＴＦＴを構成するＮ型ＴＦＴのソース領域８２、ドレイン領域８３、低濃度不純物領域８４、チャネル形成領域８５が画定する。（図６（Ｄ））
【０１８９】
なお、図６（Ｄ）に示す状態ではＣＭＯＳ回路を構成するＰ型ＴＦＴの活性層もＮ型ＴＦＴの活性層と同じ構成となっている。
【０１９０】
次に、Ｎ型ＴＦＴを覆ってレジストマスク８６を設け、Ｐ型を付与する不純物イオン（本実施例ではボロンを用いる）の添加を行う。
【０１９１】
この工程も前述の不純物添加工程と同様に２回に分けて行うが、Ｎ型をＰ型に反転させる必要があるため、前述のＰイオンの添加濃度の数倍程度の濃度のＢ（ボロン）イオンを添加する。
【０１９２】
こうしてＣＭＯＳ回路を構成するＰ型ＴＦＴのソース領域８７、ドレイン領域８８、低濃度不純物領域８９、チャネル形成領域９０が形成される。（図７（Ａ））
【０１９３】
以上の様にして活性層が完成したら、ファーネスアニール、レーザーアニール、ランプアニール等の組み合わせによって不純物イオンの活性化を行う。それと同時に添加工程で受けた活性層の損傷も修復される。
【０１９４】
次に、層間絶縁膜９１として酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜を形成し、コンタクトホールを形成した後、ソース電極９２〜９４、ドレイン電極９５、９６を形成して図７（Ｂ）に示す状態を得る。
【０１９５】
なお、本実施例では画素ＴＦＴのドレイン電極９６を補助容量の下部電極として利用するので、それに対応する様な形状に加工しておく。
【０１９６】
次に、10〜50nmの厚さの窒化珪素膜９７を形成し、その上に補助容量を形成するための容量電極９８を 100nmの厚さに形成する。本実施例では容量電極９８としてチタン膜を用い、ドレイン電極９６との間で補助容量を形成する。
【０１９７】
前述の窒化珪素膜９７は比誘電率が高いので誘電体として好適である。また、容量電極９８としてはチタン膜以外にもアルミニウム膜やクロム膜等を用いても構わない。
【０１９８】
なお、本実施例は反射型液晶表示装置のアクティブマトリクス基板（ＴＦＴ側基板）を作製する例であるので、透過型と違って後に形成される画素電極の下を自由に利用できる（開口率を気にする必要がない）。それ故に上述の様な補助容量の形成が可能となる。
【０１９９】
次に、有機性樹脂膜でなる第２の層間絶縁膜９９を 0.5〜3 μｍの厚さに形成する。そして、層間絶縁膜９９上に導電膜を形成してパターニングにより画素電極１０を形成する。本実施例は反射型の例であるため画素電極１０を構成する導電膜としてアルミニウムを主成分とする材料を用い、画素電極１０に反射膜としての機能を持たせる。
【０２００】
次に、基板全体を350 ℃の水素雰囲気で１〜２時間加熱し、素子全体の水素化を行うことで膜中（特に活性層中）のダングリングボンド（不対結合手）を補償する。以上の工程を経て同一基板上にＣＭＯＳ回路および画素マトリクス回路を作製することができる。
【実施例７】
【０２０１】
本実施例では、実施例６とは異なるＴＦＴ構造を採用した場合の例について説明する。まず、図８（Ａ）は低濃度不純物領域を形成するにあたってサイドウォールを利用する例である。
【０２０２】
この場合、図６（Ａ）に示す状態で無孔性の陽極酸化膜を形成し、ゲイト電極とその陽極酸化膜をマスクとしてゲイト絶縁膜をエッチングする。その状態でｎ- 領域およびｐ- 領域を形成するための不純物添加を行う。
【０２０３】
次に、サイドウォール１００１〜１００３をエッチバック法で形成した後、ｎ+ 領域およびｐ+ 領域を形成するための不純物添加を行う。この様な工程でサイドウォール１００１〜１００３の下には低濃度不純物領域（ｎ- 領域およびｐ- 領域）が形成される。
【０２０４】
また、図８（Ａ）では公知のサリサイド技術を利用して金属シリサイド１００４〜１００６を形成している。シリサイド化するための金属としてはチタン、タンタル、タングステン、モリブデン等を用いることができる。
【０２０５】
また、図８（Ｂ）に示す構成は、ゲイト電極１００７〜１００９が一導電性を付与した結晶性珪素膜で形成されている点に特徴がある。通常、Ｎ型導電性を持たせるが、Ｎ型ＴＦＴとＰ型ＴＦＴとで導電性を異ならせるデュアルゲイト型ＴＦＴとすることも可能である。
【０２０６】
さらに、図８（Ｂ）に示す構造でもサリサイド構造を適用しているが、この場合、ゲイト電極１００７〜１００９の上面にも金属シリサイド１０１０〜１０１２が形成される。
【０２０７】
本実施例に示した構造は、動作速度の速いＴＦＴに適した構造となる様に設計されている。特に、サリサイド構造は数ＧＨｚレベルの動作周波数を実現する上で非常に有効な技術である。
【実施例８】
【０２０８】
本実施例では、実施例６とは異なる構成で補助容量を形成する場合の例について説明する。
【０２０９】
まず、図９（Ａ）は活性層のドレイン領域１０２０を大きめに形成しておき、その一部を補助容量の下部電極として活用する。この場合、ドレイン領域１０２０の上にはゲイト絶縁膜１０２１があり、その上に容量電極１０２２が形成される。この容量電極１０２２はゲイト電極と同一材料で形成される。
【０２１０】
この時、ドレイン領域１０２０のうち補助容量を形成する部分は、予め不純物を添加して導電性を持たせておいても良いし、容量電極１０２２に定電圧をかけて形成される反転層を利用しても良い。
【０２１１】
図９（Ａ）は反射型液晶表示装置の例であるため、画素電極の裏側を最大限に活用して補助容量を形成できる。そのため、非常に大きな容量を確保することができる。勿論、透過型液晶表示装置にも適用できるが、その場合、補助容量の占有面積を大きくしてしまうと開口率が落ちるので注意が必要である。
【０２１２】
次に、図９（Ｂ）は透過型液晶表示装置の例である。図９（Ｂ）の構成ではドレイン電極１０２３を補助容量の下部電極とし、その上に窒化珪素膜１０２４、ブラックマスク１０２５を形成し、ドレイン電極１０２３とブラックマスク１０２５との間で補助容量を形成する。
【０２１３】
この様に、図９（Ｂ）の構成ではブラックマスク１０２５が補助容量の上部電極を兼ねる点が特徴である。
【０２１４】
また、１０２６は画素電極であり、透過型であるので透明導電膜（例えばＩＴＯ膜）を用いる。
【０２１５】
図９（Ｂ）に示す様な構成では、広い面積を占めやすい補助容量をＴＦＴの上に形成することで開口率を広くすることが可能である。また、誘電率の高い窒化珪素膜を25nm程度の薄さで利用できるので、少ない面積で非常に大きな容量を確保することが可能である。
【実施例９】
【０２１６】
本実施例では本願発明を利用して液晶パネルを構成する場合の例を示す。図１０に示すのはアクティブマトリクス型液晶パネルの断面を簡略化した図であり、ドライバー回路やロジック回路を構成する領域にはＣＭＯＳ回路を、画素マトリクス回路を構成する領域には画素ＴＦＴを示している。
【０２１７】
なお、実施例６〜８でＣＭＯＳ回路と画素マトリクス回路の構造（ＴＦＴ構造）に関する説明を既に行ったので、本実施例では必要な箇所のみを説明することにする。
【０２１８】
まず、実施例６に示した作製工程に従って図７（Ｃ）の状態を得る。なお、画素ＴＦＴをマルチゲイト構造とするなどの変更は実施者の自由である。
【０２１９】
そして、アクティブマトリクス基板の準備として配向膜１０３０を形成する。次に、対向基板を用意する。対向基板は、ガラス基板１０３１、透明導電膜１０３２、配向膜１０３３とで構成される。なお、対向基板側には必要に応じてブラックマスクやカラーフィルターが形成されるがここでは省略する。
【０２２０】
こうして用意したアクティブマトリクス基板と対向基板とを公知のセル組み工程によって貼り合わせる。そして、両基板の間に液晶材料１０３４を封入して図１０に示す様な液晶パネルが完成する。
【０２２１】
液晶材料１０３４は液晶の動作モード（ＥＣＢモード、ゲストホストモード等）によって自由に選定することができる。
【０２２２】
また、図７（Ｃ）に示した様なアクティブマトリクス基板の外観を図１１に簡略化して示す。図１１において、１０４０は石英基板、１０４１は画素マトリクス回路、１０４２はソースドライバー回路、１０４３はゲイトドライバー回路、１０４４はロジック回路である。
【０２２３】
ロジック回路１０４４は広義的にはＴＦＴで構成される論理回路全てを含むが、ここでは従来から画素マトリクス回路、ドライバー回路と呼ばれている回路と区別するため、それ以外の信号処理回路（メモリ、Ｄ／Ａコンバータ、パルスジェネレータ等）を指す。
【０２２４】
また、こうして形成された液晶パネルには外部端子としてＦＰＣ（Flexible Print Circuit）端子が取り付けられる。一般的に液晶モジュールと呼ばれるのはＦＰＣを取り付けた状態の液晶パネルである。
【実施例１０】
【０２２５】
本願発明は実施例９に示した液晶表示装置以外にも、アクティブマトリクス型のＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置やＥＣ（エレクトロクロミクス）表示装置等の他の電気光学装置を作製することも可能である。
【実施例１１】
【０２２６】
本実施例では、本発明を利用した電気光学装置を利用する電子デバイス（応用製品）の一例を図１２に示す。本発明を利用した応用製品としてはビデオカメラ、スチルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話等）などが挙げられる。
【０２２７】
図１２（Ａ）は携帯電話であり、本体２００１、音声出力部２００２、音声入力部２００３、表示装置２００４、操作スイッチ２００５、アンテナ２００６で構成される。本発明は表示装置２００４に適用することができる。
【０２２８】
図１２（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示装置２１０２、音声入力部２１０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６で構成される。本発明は表示装置２１０２に適用することができる。
【０２２９】
図１２（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体２２０１、カメラ部２２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表示装置２２０５で構成される。本発明は表示装置２２０５に適用できる。
【０２３０】
図１２（Ｄ）はヘッドマウントディスプレイであり、本体２３０１、表示装置２３０２、バンド部２３０３で構成される。本発明は表示装置２３０２に適用することができる。
【０２３１】
図１２（Ｅ）はリア型プロジェクターであり、本体２４０１、光源２４０２、表示装置２４０３、偏光ビームスプリッタ２４０４、リフレクター２４０５、２４０６、スクリーン２４０７で構成される。本発明は表示装置２４０３に適用することができる。
【０２３２】
図１２（Ｆ）はフロント型プロジェクターであり、本体２５０１、光源２５０２、表示装置２５０３、光学系２５０４、スクリーン２５０５で構成される。本発明は表示装置２５０３に適用することができる。
【０２３３】
以上の様に、本発明の応用範囲は極めて広く、あらゆる分野の表示媒体に適用することが可能である。また、本発明のＴＦＴはＩＣ、ＬＳＩといった半導体回路を構成することもできるので、その様な半導体回路を必要とする製品であれば用途を問わない。
【図面の簡単な説明】
【０２３４】
【図１】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図２】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図３】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図４】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図５】アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図６】アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図７】アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図８】アクティブマトリクス基板の構造を示す図。
【図９】アクティブマトリクス基板の構造を示す図。
【図１０】液晶表示装置の断面を示す図。
【図１１】アクティブマトリクス基板を上面から見た図。
【図１２】電子デバイス（応用製品）の一例を示す図。
【図１３】薄膜トランジスタの電気特性を示す図。
【図１４】リングオシレータの周波数特性を示す図。
【図１５】リングオシレータの出力スペクトルを示す写真。
【図１６】スケーリング則を示す図。
【図１７】結晶の方位関係を模式的に表した図。
【図１８】結晶成長の様子を模式的に表した図。
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する発明は、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜およびそれを活性層とする半導体装置に関する。特に、半導体薄膜として珪素を主成分とする材料を利用する場合の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜（厚さ数百〜数千Å程度）を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタはＩＣや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチング素子として開発が急がれている。
【０００３】
例えば、液晶表示装置においてはマトリクス状に配列された画素領域を個々に制御する画素マトリクス回路、画素マトリクス回路を制御する駆動回路、さらに外部からのデータ信号を処理するロジック回路（プロセッサ回路やメモリ回路など）等のあらゆる電気回路にＴＦＴを応用する試みがなされている。
【０００４】
現状においては、活性層として非晶質シリコン膜（アモルファスシリコン膜）を用いたＴＦＴが実用化されているが、駆動回路やロジック回路などの様に、さらなる高速動作性能を求められる電気回路には、結晶シリコン膜（ポリシリコン膜、多結晶シリコン膜等）を利用したＴＦＴが必要とされる。
【０００５】
例えば、ガラス基板上に結晶性珪素膜を形成する方法としては、本出願人による特開平7-130652号公報、特開平8-78329 号公報に記載された技術が公知である。これらの公報記載の技術は、非晶質シリコン膜の結晶化を助長する触媒元素を利用することにより、500 〜600 ℃、４時間程度の加熱処理によって結晶性の優れた結晶シリコン膜を形成することを可能とするものである。
【０００６】
特に、特開平8-78329 に記載された技術は上記技術を応用して基板面とほぼ平行な結晶成長を行わすものであり、発明者らは形成された結晶化領域を特に横成長領域（またはラテラル成長領域）と呼んでいる。
【０００７】
しかし、この様なＴＦＴを用いて駆動回路を構成してもまだまだ要求される性能を完全に満たすには及ばない。特に、メガヘルツからギガヘルツにかけての極めて高速な動作を要求する高速ロジック回路を従来のＴＦＴで構成することは不可能なのが現状である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らは、これまで結晶粒界を有する結晶性珪素膜（多結晶珪素膜と呼ばれる）の結晶性を向上させるために様々な思考錯誤を繰り返してきた。セミアモルファス半導体（特開昭57-160121 号公報等）やモノドメイン半導体（特開平8-139019号公報等）などが挙げられる。
【０００９】
上記公報に記載された半導体膜に共通の概念は、結晶粒界の実質的な無害化にある。即ち、結晶粒界を実質的になくし、キャリア（電子または正孔）の移動を円滑に行わせることが最大の課題であった。
【００１０】
しかしながら、上記公報に記載された半導体膜をもってしてもロジック回路が要求する高速動作を行うには不十分と言える。即ち、ロジック回路を内蔵したシステム・オン・パネルを実現するためには、従来にない全く新しい材料の開発が求められているのである。
【００１１】
本願発明は、その様な要求に答えるものであり、従来のＴＦＴでは作製不可能であった様な高速ロジック回路を構成しうる極めて高性能な半導体装置を実現するための半導体薄膜を提供することを課題とする。また、その様な半導体薄膜を利用した半導体装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本明細書で開示する発明の構成は、
珪素を主成分とする複数の棒状または偏平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、
面方位は概略｛１１１｝配向であり、且つ、珪素以外で膜中に存在する元素は少なくともＣ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）及びＳ（硫黄）以外の元素から選ばれた一種または複数種の元素であることを特徴とする。
【００１３】
また、他の発明の構成は、上記構成において珪素以外で膜中に存在する元素とは、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｆｅ（鉄）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）から選ばれた一種または複数種の元素であり、且つ、当該元素の濃度は 5×1017atoms/cm3 以下（または0.001atomic%以下）であることを特徴とする。
【００１４】
また、他の発明の構成は、
珪素を主成分とする複数の棒状または偏平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、
面方位は概略｛１１１｝配向であり、且つ、膜中に存在するＣ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）及びＳ（硫黄）の濃度はＳＩＭＳによる検出下限以下であることを特徴とする。
【００１５】
また、他の発明の構成は、
珪素を主成分とする複数の棒状または偏平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、
面方位は概略｛１１１｝配向であり、且つ、膜中に存在するＣ（炭素）、Ｎ（窒素）及びＳ（硫黄）の濃度は 5×1018atoms/cm3 未満（または0.01atomic% 未満）であり、且つ、膜中に存在するＯ（酸素）の濃度は 1.5×1019atoms/cm3 未満（または0.03atomic% 未満）であることを特徴とする。
【００１６】
また、他の発明の構成は、
珪素を主成分とする複数の棒状または偏平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、
面方位は概略｛１１１｝配向であり、且つ、任意の結晶粒界では殆どの結晶格子に連続性があることを特徴とする。
【００１７】
珪素を主成分とする複数の棒状または偏平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、
面方位は概略｛１１１｝配向であり、且つ、任意の結晶粒界を横切る様にして観測される格子縞の殆どが、前記結晶粒界を形成する異なる結晶粒間で直線的に連続していることを特徴とする。
【００１８】
なお、上記全ての構成において、概略｛１１１｝配向であることは本発明者らが定義する｛１１１｝配向比率が０．９以上であることを意味する。
【００１９】
また、上記構成の半導体薄膜を用いて作製した半導体装置は、従来からＩＣを構成するＩＧＦＥＴに匹敵する或いは凌駕する極めて高い性能を有し、且つ、高い信頼性を備えたものである。
【００２０】
以上のような本発明の構成について、以下に記載する実施例でもって詳細な説明を行うこととする。
【発明の効果】
【００２１】
本明細書で開示する発明によれば、実質的に単結晶半導体に匹敵する結晶性を有する半導体薄膜を実現することができる。そして、その様な半導体薄膜を利用することで単結晶上に作製したＩＧＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ）に匹敵する、或いは凌駕する高い性能を有したＴＦＴを実現することができる。
【００２２】
以上の様なＴＦＴを用いて構成される半導体回路や電気光学装置およびそれらを具備した電子デバイスは、極めて高い性能を有し、機能性、携帯性、信頼性の面で非常に優れたものとなる。
【実施例１】
【００２３】
本実施例では、本願発明である半導体薄膜およびそれを活性層とした半導体装置（具体的にはＴＦＴ）の作製工程について説明する。また、作製工程の説明の後には、本願発明のＴＦＴについて、結晶構造および電気特性の観点から得られた知見について説明する。
【００２４】
まず、絶縁表面を有する基板として石英基板１００上に下地膜１０１を設けた基板を準備する。下地膜１０１はプラズマＣＶＤ法やスパッタＣＶＤ法により形成すれば良い。なお、後述するが本実施例で用いる下地膜はＬＡＬ５００というエッチャントに対するエッチングレートが50nm/min以上のものを用いる。
【００２５】
また、石英基板の代わりにセラミックス基板、シリコン基板またはサファイア基板などを用いることも可能である。
【００２６】
１０２は非晶質珪素膜であり、最終的な膜厚（熱酸化後の膜減りを考慮した膜厚）が10〜75nm（好ましくは15〜45nm）となる様に調節する。成膜は減圧熱ＣＶ法で行い、下記条件に従って行う。
成膜温度：465 ℃
成膜圧力：0.5torr
成膜ガス：Ｈｅ（ヘリウム）300sccm
Ｓｉ2 Ｈ6 （ジシラン）250sccm
【００２７】
なお、成膜に際して膜中の不純物濃度の管理を徹底的に行うことが重要である。本実施例の場合、非晶質珪素膜１０２中では結晶化を阻害する不純物であるＣ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｓ（硫黄）の濃度はいずれも 5×1018atoms/cm3 未満、Ｏ（酸素）は 1.5×1019atoms/cm3 未満となる様に管理している。
【００２８】
なぜならば各不純物がこれ以上の濃度で存在すると、結晶化の際に悪影響を及ぼし、結晶化後の膜質を低下させる原因となるからである。
【００２９】
本実施例で用いる減圧熱ＣＶＤ炉は、定期的にドライクリーニングを行い、成膜室の清浄化を図っている。ドライクリーニングは、 200〜400 ℃程度に加熱した炉内に 100〜300sccm のＣｌＦ3 （フッ化塩素）ガスを流し、熱分解によって生成したフッ素によって成膜室のクリーニングを行う。
【００３０】
なお、炉内温度300 ℃とし、ＣｌＦ3 （フッ化塩素）ガスの流量を300sccm とした場合、約２μｍ厚の付着物（主に珪素を主成分する）を４時間で完全に除去することができた。
【００３１】
また、非晶質珪素膜１０２中の水素濃度も非常に重要なパラメータであり、水素含有量を低く抑えた方が結晶性の良い膜が得られる様である。そのため、非晶質珪素膜１０２の成膜は減圧熱ＣＶＤ法であることが好ましい。なお、成膜条件を最適化することでプラズマＣＶＤ法を用いることも可能である。
【００３２】
次に、非晶質珪素膜１０２の結晶化工程を行う。結晶化の手段としては本発明者による特開平7-130652号公報記載の技術を用いる。同公報の実施例１および実施例２のどちらの手段でも良いが、本願発明では実施例２に記載した技術内容（特開平8-78329 号公報に詳しい）を利用するのが好ましい。
【００３３】
特開平8-78329 号公報記載の技術は、まず触媒元素の添加領域を選択するマスク絶縁膜１０３を形成する。マスク絶縁膜１０３は触媒元素を添加するために複数箇所の開口部を有している。この開口部の位置によって結晶領域の位置を決定することができる。
【００３４】
そして、非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元素としてニッケル（Ｎｉ）を含有した溶液をスピンコート法により塗布し、Ｎｉ含有層１０４を形成する。なお、触媒元素としてはニッケル以外にも、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等を用いることができる。（図１（Ａ））
【００３５】
また、上記触媒元素の添加工程は、レジストマスクを利用したイオン注入法またはプラズマドーピング法を用いることもできる。この場合、添加領域の占有面積の低減、横成長領域の成長距離の制御が容易となるので、微細化した回路を構成する際に有効な技術となる。
【００３６】
次に、触媒元素の添加工程が終了したら、450 ℃１時間程度の水素出しの後、不活性雰囲気、水素雰囲気または酸素雰囲気中において 500〜700 ℃（代表的には 550〜650 ℃）の温度で 4〜24時間の加熱処理を加えて非晶質珪素膜１０２の結晶化を行う。本実施例では窒素雰囲気で570 ℃14時間の加熱処理を行う。
【００３７】
この時、非晶質珪素膜１０２の結晶化はニッケルを添加した領域１０５で発生した核から優先的に進行し、基板１０１の基板面に対してほぼ平行に成長した結晶領域１０６が形成される。本発明者らはこの結晶領域１０６を横成長領域と呼んでいる。横成長領域は比較的揃った状態で個々の結晶が集合しているため、全体的な結晶性に優れるという利点がある。（図１（Ｂ））
【００３８】
なお、上述の特開平7-130652号公報の実施例１に記載された技術を用いた場合も微視的には横成長領域と呼びうる領域が形成されている。しかしながら、核発生が面内において不均一に起こるので結晶粒界の制御性の面で難がある。
【００３９】
また、上述の結晶化温度及び結晶化時間は非晶質珪素膜１０２の膜質を鑑みて決定されたものである。減圧熱ＣＶＤ法で作製した非晶質珪素膜を特開平8-78329 号公報記載の技術で結晶化する場合、570 ℃以上の温度では自然核発生が生じてしまい、横成長領域の成長を阻害してしまう恐れがある。また、この温度では少なくとも１２時間（好ましくは１４時間）の結晶化時間が必要である。
【００４０】
ましてやプラズマＣＶＤ法により水素含有量の多い条件で作製された非晶質珪素膜は、自然核発生温度がさらに２０℃近くも低いため、それに応じて結晶化温度を決定しなければならない。
【００４１】
なお、これらの知見に関する報告は、本発明者らによる特願平9-78979 号の出願明細書に記載してある。
【００４２】
この様に、本願発明では水素含有量やＣ、Ｎ、Ｏ、Ｓといった不純物元素の含有量を厳しく管理した非晶質珪素膜を出発膜として用い、且つ、その膜質を鑑みて結晶化条件を決定している点にも特徴がある。
【００４３】
結晶化のための加熱処理が終了したら、マスク絶縁膜１０３を除去してパターニングを行い、横成長領域１０６のみでなる島状半導体層（活性層）１０７を形成する。
【００４４】
次に、珪素を含む絶縁膜でなるゲイト絶縁膜１０８を形成する。ゲイト絶縁膜１０８の膜厚は後の熱酸化工程による増加分も考慮して20〜250nm の範囲で調節すれば良い。また、成膜方法は公知の気相法（プラズマＣＶＤ法、スパッタ法等）を用いれば良い。
【００４５】
次に、図１（Ｃ）に示す様に触媒元素（ニッケル）を除去または低減するための加熱処理（触媒元素のゲッタリングプロセス）を行う。この加熱処理は処理雰囲気中にハロゲン元素を含ませ、ハロゲン元素による金属元素のゲッタリング効果を利用するものである。
【００４６】
なお、ハロゲン元素によるゲッタリング効果を十分に得るためには、上記加熱処理を700 ℃を超える温度で行なうことが好ましい。この温度以下では処理雰囲気中のハロゲン化合物の分解が困難となり、ゲッタリング効果が得られなくなる恐れがある。
【００４７】
そのため本実施例ではこの加熱処理を700 ℃を超える温度で行い、好ましくは800 〜1000℃（代表的には950 ℃）とし、処理時間は 0.1〜 6hr、代表的には 0.5〜 1hrとする。
【００４８】
なお、本実施例では酸素雰囲気中に対して塩化水素（ＨＣｌ）を0.5 〜10体積％（本実施例では３体積％）の濃度で含有させた雰囲気中において、950 ℃、30分の加熱処理を行う例を示す。ＨＣｌ濃度を上記濃度以上とすると、活性層１０７の表面に膜厚程度の凹凸が生じてしまうため好ましくない。
【００４９】
また、ハロゲン元素を含む化合物してＨＣｌガスを用いる例を示したが、それ以外のガスとして、代表的にはＨＦ、ＮＦ3 、ＨＢｒ、Ｃｌ2 、ＣｌＦ3 、ＢＣｌ3 、Ｆ2 、Ｂｒ2 等のハロゲンを含む化合物から選ばれた一種または複数種のものを用いることが出来る。
【００５０】
この工程においては活性層１０７中のニッケルが塩素の作用によりゲッタリングされ、揮発性の塩化ニッケルとなって大気中へ離脱して除去されると考えられる。そして、この工程により活性層１０７中のニッケルの濃度は 5×1017atoms/cm3 以下にまで低減される。
【００５１】
なお、本明細書中における各元素の濃度は、ＳＩＭＳ測定結果から得られる最小値をもって定義している。ただし、膜界面等の様に測定誤差の大きい領域における濃度は測定結果として考慮しない。
【００５２】
ただし、上述の 5×1017atoms/cm3 という値はＳＩＭＳ（質量二次イオン分析）測定におけるニッケルの検出下限である。本発明者らが試作したＴＦＴを解析した結果、 1×1018atoms/cm3 以下（好ましくは 5×1017atoms/cm3 以下）ではＴＦＴ特性に対するニッケルの影響は確認されなかった。
【００５３】
また、上記加熱処理により活性層１０７とゲイト絶縁膜１０８の界面では熱酸化反応が進行し、熱酸化膜の分だけゲイト絶縁膜１０８の膜厚は増加する。この様にして熱酸化膜を形成すると、非常に界面準位の少ない半導体／絶縁膜界面を得ることができる。また、活性層端部における熱酸化膜の形成不良（エッジシニング）を防ぐ効果もある。
【００５４】
さらに、上記ハロゲン雰囲気における加熱処理を施した後に、窒素雰囲気中で950 ℃ 1時間程度の加熱処理を行なうことで、ゲイト絶縁膜１０８の膜質の向上を図ることも有効である。
【００５５】
なお、ＳＩＭＳ分析により活性層１０７中にはゲッタリング処理に使用したハロゲン元素が 1×1015〜 1×1020atoms/cm3 の濃度で残存することも確認されている。また、その際、活性層１０７と加熱処理によって形成される熱酸化膜との間に前述のハロゲン元素が高濃度に分布することがＳＩＭＳ分析によって確かめられている。
【００５６】
また、他の元素についてもＳＩＭＳ分析を行った結果、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｓ（硫黄）はいずれも 5×1018atoms/cm3 未満、Ｏ（酸素）は 1.5×1019atoms/cm3 未満であることが確認された。
【００５７】
次に、図示しないアルミニウムを主成分とする金属膜を成膜し、パターニングによって後のゲイト電極の原型１０９を形成する。本実施例では２wt% のスカンジウムを含有したアルミニウム膜を用いる。なお、これ以外にもタンタル膜、導電性を有する珪素膜等を用いることもできる。（図１（Ｄ））
【００５８】
ここで本発明者らによる特開平7-135318号公報記載の技術を利用する。同公報には、陽極酸化により形成した酸化膜を利用して自己整合的にソース／ドレイン領域と低濃度不純物領域とを形成する技術が開示されている。
【００５９】
まず、アルミニウム膜のパターニングに使用したレジストマスク（図示せず）を残したまま３％シュウ酸水溶液中で陽極酸化処理を行い、多孔性の陽極酸化膜１１０を形成する。
【００６０】
この多孔性の陽極酸化膜１１０は時間に比例して膜厚が増加する。また、上面にレジストマスクが残っているのでゲイト電極の原型１０９の側面のみに形成される。なお、特開平7-135318号公報記載の技術では、この膜厚が後に低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域とも呼ばれる）の長さになる。本実施例では膜厚が700 nmとなる様な条件で陽極酸化処理を行う。
【００６１】
次に、図示しないレジストマスクを除去した後、エチレングリコール溶液に３％の酒石酸を混合した電解溶液中で陽極酸化処理を行う。この処理では緻密な無孔性の陽極酸化膜１１１が形成される。なお、多孔性の陽極酸化膜の内部にも電解溶液が浸透するので、その内側にも形成される。
【００６２】
この無孔性の陽極酸化膜１１１は印加する電圧に応じて膜厚が決定する。本実施例では、100 nm程度の膜厚で形成される様に印加電圧を80Ｖとして陽極酸化処理を行う。
【００６３】
そして、上述の２回に渡る陽極酸化処理の後に残ったアルミニウム膜１１２が実質的にゲイト電極として機能する。
【００６４】
こうして図１（Ｅ）の状態が得られたら、次にゲイト電極１１２、多孔性の陽極酸化膜１１０をマスクとしてゲイト絶縁膜１０８をドライエッチング法によりエッチングする。そして、多孔性の陽極酸化膜１１０を除去する。こうして形成されるゲイト絶縁膜１１３の端部は多孔性の陽極酸化膜１１０の膜厚分だけ露出した状態となる。（図２（Ａ））
【００６５】
次に、一導電性を付与する不純物元素の添加工程を行う。不純物元素としてはＮ型ならばＰ（リン）またはＡｓ（砒素）、Ｐ型ならばＢ（ボロン）を用いれば良い。
【００６６】
本実施例では、まず１回目の不純物添加を高加速電圧で行い、ｎ- 領域１１４、１１５を形成する。この時、加速電圧が80keV 程度と高いので不純物元素は活性層表面だけでなく露出したゲイト絶縁膜の端部の下にも添加される。このｎ- 領域１１４、１１５は不純物濃度が 1×1018〜 1×1019atoms/cm3 となる様に調節する。（図２（Ｂ））
【００６７】
さらに、２回目の不純物添加を低加速電圧で行い、ｎ+ 領域１１６、１１７を形成する。この時は加速電圧が10keV 程度と低いのでゲイト絶縁膜がマスクとして機能する。また、このｎ+ 領域１１６、１１７はシート抵抗が 500Ω以下（好ましくは 300Ω以下）となる様に調節する。（図２（Ｃ））
【００６８】
以上の工程で形成された不純物領域は、ｎ+ 領域がソース領域１１６、ドレイン領域１１７となり、ｎ- 領域が低濃度不純物領域１１８となる。また、ゲイト電極直下の領域は不純物元素が添加されず、実質的に真性なチャネル形成領域１１９となる。
【００６９】
なお、低濃度不純物領域１１８はチャネル形成領域１１９とドレイン領域１１７との間にかかる高電界を緩和する効果があり、ＬＤＤ（ライトドープドレイン）領域とも呼ばれる。
【００７０】
以上の様にして活性層が完成したら、ファーネスアニール、レーザーアニール、ランプアニール等の組み合わせによって不純物元素の活性化を行う。それと同時に添加工程で受けた活性層の損傷も修復される。
【００７１】
次に、層間絶縁膜１２０を500 nmの厚さに形成する。層間絶縁膜１２０としては酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、有機性樹脂膜、或いはそれらの積層膜を用いることができる。
【００７２】
なお、有機性樹脂膜としてはポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド等が用いられる。有機性樹脂膜の利点は、（１）成膜方法が簡単である点、（２）容易に膜厚を厚くできる点、（３）比誘電率が低いので寄生容量を低減できる点、（４）平坦性に優れている点などが挙げられる。
【００７３】
次に、コンタクトホールを形成した後、ソース電極１２１、ドレイン電極１２２を形成する。最後に、基板全体を350 ℃の水素雰囲気で１〜２時間加熱し、素子全体の水素化を行うことで膜中（特に活性層中）のダングリングボンド（不対結合手）を終端する。
【００７４】
以上の工程によって、図２（Ｄ）に示す様な構造のＴＦＴを作製することができる。以下に、こうして得られたＴＦＴの特徴について述べる。
【００７５】
（活性層中に含まれる不純物に関する知見）
本実施例の活性層（半導体薄膜）には結晶化を阻害する元素であるＣ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）及びＳ（硫黄）が存在しない、或いは実質的に存在しない点に特徴がある。これは徹底的な不純物（汚染物）管理によってなしうる構成である。
【００７６】
前述の様に、少なくともＣ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）及びＳ（硫黄）のいずれか一つの元素が結晶化の際に膜中に存在すると、触媒元素を利用した結晶化機構に悪影響を与える。
【００７７】
これら不純物元素の代表的な混入経路は基板上への非晶質珪素膜の成膜時が考えられるので、初期成膜時にこれら不純物元素の濃度を極力抑える（好ましくは完全に排除する）ことが、良好な結晶性を確保するためには重要となる。勿論、成膜時以外にも注意を払うことは言うまでもない。
【００７８】
本実施例の場合、非晶質珪素膜の成膜にあたってＣ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）及びＳ（硫黄）の混入を徹底的に避けるので、必然的に最終的な半導体膜中に存在するＣ（炭素）、Ｎ（窒素）及びＳ（硫黄）の濃度は少なくとも 5×1018atoms/cm3 未満（0.01atomic% 未満）、Ｏ（酸素）の濃度は少なくとも 1.5×1019atoms/cm3 未満（0.03atomic% 未満）となる。
【００７９】
なお、純粋に珪素だけからなる半導体膜では珪素の濃度が約 5×1022atoms/cm3 であるので、例えば 5×1018atoms/cm3 の不純物元素は約0.01atomic% の濃度で存在することに相当する。従って、例えば珪素に数％のゲルマニウムを含有させた半導体薄膜などでは「atomic% 」による表示は多少変わってくるが、 5×1018atoms/cm3 という絶対的な濃度は変わるものではない。
【００８０】
また、望ましくは最終的な半導体膜中に存在するＣ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）及びＳ（硫黄）の濃度をＳＩＭＳ分析における検出下限以下、さらに望ましくは完全に存在しない状態とすることが優れた結晶性を得るためには必要であると考える。
【００８１】
（活性層の結晶構造に関する知見）
上記作製工程に従って形成した活性層は、微視的に見れば複数の棒状または偏平棒状結晶が互いに概略平行に特定方向への規則性をもって並んだ結晶構造を有する。このことはＴＥＭ（透過型電子顕微鏡法）による観察で容易に確認することができる。
【００８２】
本発明者らは棒状または偏平棒状結晶同士が接して形成する結晶粒界を 800万倍に拡大したＨＲ−ＴＥＭ写真で確認した。なお、本明細書中において結晶粒界とは、棒状または偏平棒状結晶が接した境界に形成される粒界を指すものと定義する。従って、例えば横成長領域がぶつかりあって形成される様なマクロな意味あいでの粒界とは区別して考える。
【００８３】
ところで前述のＨＲ−ＴＥＭ（高分解能透過型電子顕微鏡法）とは、試料に対して垂直に電子線を照射し、透過電子や弾性散乱電子の干渉を利用して原子・分子配列を評価する手法である。
【００８４】
ＨＲ−ＴＥＭでは結晶格子の配列状態を格子縞として観察することが可能である。従って、結晶粒界を観察することで、結晶粒界における原子同士の結合状態を推測することができる。
【００８５】
本発明者らが得たＴＥＭ写真によれば、異なる二つの結晶粒が結晶粒界で接した状態が明瞭に観察された。またこの時、二つの結晶粒は結晶軸に多少のずれが含まれているものの概略｛１１１｝配向であった。この事は複数の結晶粒を電子線回折により調べて確認した。
【００８６】
なお、多数観察した中には（１−１１）面や（−１１−１）面（書式の都合上（１−１１）などと表記するが、−１の（−）記号は反転を表す論理記号の代わりとして用いている）などもあるはずだが、それら等価な面はまとめて｛１１１｝面と表すことにする。この事について図２を用いて説明する。
【００８７】
図１７（Ａ）は結晶面が｛１１１｝面である結晶粒（結晶軸は〈１１１〉となる）を模式的に表した例である。｛１１１｝である結晶面内には〈１１０〉軸が多方向に含まれる。
【００８８】
図１７（Ａ）に示す様な表記方法は集合的な指数表記の例である。これを厳密な指数表記にすると図１７（Ｂ）、（Ｃ）の様になる。例えば、図１７（Ｂ）に示される結晶軸［１１１］と図１７（Ｃ）に示される結晶軸［−１１１］はどちらも等価であり、〈１１１〉でまとめられる。
【００８９】
以上の様に、厳密な結晶方位（結晶軸）で議論すると様々な捉え方ができるので、簡略化を図るために以下の記載は全て集合的な指数表記で表す。勿論、等価な全ての結晶面では同様の物性が得られる。
【００９０】
ところで、前述の様なＴＥＭ写真による格子縞観察では｛１１１｝面内に｛１１０｝面に対応する格子縞が観察された。なお、｛１１０｝面に対応する格子縞とは、その格子縞に沿って結晶粒を切断した場合に断面に｛１１０｝面が現れる様な格子縞を指している。格子縞がどの様な面に対応するかは、簡易的に格子縞と格子縞の間隔から確認できる。
【００９１】
この時、本発明者らは本願発明の半導体薄膜のＴＥＭ写真を詳細に観察した結果、非常に興味深い知見を得た。写真に見える異なる二つの結晶粒ではどちらにも｛１１０｝面に対応する格子縞が見えていた。そして、互いの格子縞が明らかに平行に走っているのが観察されたのである。
【００９２】
さらに、結晶粒界の存在と関係なく、結晶粒界を横切る様にして異なる二つの結晶粒の格子縞が繋がっている。即ち、結晶粒界を横切る様にして観測される格子縞の殆どが、異なる結晶粒の格子縞であるにも拘らず直線的に連続していることが確認できた。これは任意の結晶粒界で同様であった。
【００９３】
この様な結晶構造は本願発明の結晶性珪素膜の大きな特徴であり、本発明者らが求めた結晶粒界を実現する結晶構造である。
【００９４】
この様な結晶構造（正確には結晶粒界の構造）は、結晶粒界において異なる二つの結晶粒が極めて整合性よく接合していることを示している。即ち、結晶粒界において結晶格子が連続的に連なり、結晶欠陥等に起因するトラップ準位を非常に作りにくい構成となっている。換言すれば、結晶粒界において結晶格子に連続性があるとも言える。
【００９５】
なお、本発明者らはリファレンスとして従来の高温ポリシリコン膜についても電子線回折およびＨＲ−ＴＥＭ観察による解析を行った。その結果、結晶面には規則性がなく、｛１１１｝面、｛１１０｝面｛３１１｝面などが不規則に現れる様なランダムな配向であった。
【００９６】
また、ＴＥＭ写真により異なる二つの結晶粒の格子縞を観察した結果、互いの格子縞は全くバラバラに走っており、結晶粒界で整合性よく連続する様な接合は見つけられなかった。なお、この観察ではちょうど｛１１１｝配向の結晶粒が並ぶ結晶粒界を探し、｛１１０｝に対応する格子縞が見える様な条件で撮影したＴＥＭ写真を調べた。
【００９７】
また、従来の高温ポリシリコンの場合、結晶粒界では格子縞が途切れた部分が多数確認できた。この様な部分では未結合手（結晶欠陥と呼べる）が存在することになり、トラップ準位としてキャリアの移動を阻害する可能性が高い。
【００９８】
なお、上述の様に本願発明の結晶性珪素膜は結晶粒界においても格子が連続性を有しており、この様な結晶欠陥は殆ど確認することができなかった。この点からも本願発明の結晶性珪素膜が従来の高温ポリシコンとは明らかに異なる半導体膜であることが証明されている。
【００９９】
ところで、前述の電子線回折による解析では興味ある知見が得られている。本願発明の半導体薄膜の場合、〈１１１〉入射に対応する回折斑点が比較的きれいに現れ、結晶面が｛１１１｝配向であることは明らかであった。
【０１００】
この時、各斑点は同心円状の広がりを僅かにもっていたが、これは結晶軸まわりにある程度の回転角度の分布をもつためと予想される。その広がりの程度はパターンから見積もっても５°以内であった。
【０１０１】
また、多数観測するうちには回折斑点が部分的に見えない場合があった。おそらくは概略｛１１１｝配向であるものの、わずかに結晶軸がずれているために回折パターンが見えなったものと思われる。
【０１０２】
本発明者らは、結晶面内に殆ど必ず｛１１０｝面が含まれるという事実を踏まえ、おそらく〈１１０〉軸まわりの回転角のずれがその様な現象の原因であろうと推測している。
【０１０３】
（本願発明の半導体薄膜の配向性に関する知見）
本発明者らが開示した特開平7-321339号公報によれば、非晶質珪素膜が結晶化する際、基板と概略平行に成長する棒状または偏平棒状結晶（針状または柱状結晶と呼ぶ場合もある）の成長方向は〈１１１〉軸である。
【０１０４】
即ち、Ｎｉ（ニッケル）を触媒元素として非晶質珪素膜（ａ−Ｓｉ）を結晶化する場合、ＮｉＳｉ2 析出体を媒介として〈１１１〉軸方向に沿って結晶成長する。これはＮｉＳｉ2 とＳｉの結晶面において｛１１１｝面同士が構造的に整合性が良いためと考えられる。
【０１０５】
この時、〈１１１〉軸方向に沿って成長した棒状または偏平棒状結晶の側面（成長方向に対して平行な面）には様々な面が形成されうるが、最も現れやすい面が｛１１０｝面である。これは、側面に形成されうるいくつかの面のうち、｛１１０｝面が最も原子密度が高いためと考えられる。
【０１０６】
こうした理由から、本願発明の様に｛１１１｝面を先頭に成長した結晶粒（〈１１１〉軸方向に沿って成長した結晶粒）では、｛１１０｝面が表面（観察面を意味する）に現れることになる。以上の見解は本発明者らによる平成９年６月６日付けで出願した明細書に記載してある。
【０１０７】
以上の様に、特開平7-130652号公報記載の技術を用いて形成した結晶性珪素膜は、本来ならば概略｛１１０｝配向を示すはずである。ところが、本願発明の結晶性珪素膜は主たる配向面が｛１１１｝面であった。その理由について本発明者らは以下に示す様なモデルを考えた。
【０１０８】
前述の平成９年６月６日付けで出願した明細書に記載された結晶性珪素膜と、本願発明の結晶性珪素膜の最も顕著な相違点は、下地の性質である。即ち、下地がどの様なものであるかが結晶面の配向性を決定する上で非常に重要なパラメータとなっていると考えられる。
【０１０９】
まず、一般的にはSi/SiO2 （珪素／二酸化珪素）界面では｛１１１｝面の安定度が特に高いとされている。これは、界面における珪素膜側の結合手の数に起因していると考えられる。ここで表１に示すのは各面指数に対応する結晶面上において二酸化珪素との結合に預かると思われる結合手の密度である。
【０１１０】
【表１】
【０１１１】
表１によれば、｛１１１｝面は最も結晶面上に結合手密度が小さい。即ち、結合手密度が大きいと二酸化珪素と接合する際に界面付近の結合角がひずみやすく、エネルギー的に不利なため、結合手密度の小さい｛１１１｝面がSi/SiO2 界面に現れるのである。
【０１１２】
しかしながら、石英基板上で特開平7-130652号公報記載の技術を用いて形成した結晶性珪素膜は概略｛１１１｝配向を示しており（平成９年６月６日付け出願の明細書参照）、珪素膜側の結合手密度だけで一義的に配向性が決めるのではない様である。
【０１１３】
そこで、本発明者らは珪素膜側の結合手密度だけでなく、下地側の結合手密度も配向性の決定に大きく関与していると考えた。言うまでもなく下地側の結合手密度は下地の緻密性と密接に関係する。即ち、下地の緻密性とその上に形成される結晶性珪素膜の配向性との間には何らかの相関関係があると推測される。
【０１１４】
本発明者らは下地の緻密性を評価する手段として下地のエッチングレートを調べ、下地の緻密性とその上に形成された半導体薄膜の配向性との相関関係を調べた。なお、下地のエッチングレートは市販のエッチャントであるＬＡＬ５００（フッ化水素酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤の混合物、橋本化成製）を用いて、室温で測定した。その結果を表２に示す。
【０１１５】
【表２】
【０１１６】
表２に示す様に、熱酸化膜、石英、窒化珪素膜といった一般的に緻密と考えられている下地の場合には概略｛１１０｝配向を示す傾向にあった。逆にスパッタ法やプラズマＣＶＤ法で成膜した二酸化珪素膜を下地とした場合には概略｛１１１｝配向を示す傾向が観測された。この傾向はエッチングレートの差がそのまま反映した結果と思われる。
【０１１７】
即ち、下地のエッチングレートが少なくとも40〜50nm/min以下と小さい場合は、その上の結晶性珪素膜が概略｛１１０｝配向を示す傾向にあると言える。逆に言えば、エッチングレートがその値以上（50nm/min以上）であれば本願発明に示す様な概略｛１１１｝配向の結晶性珪素膜が得られると言える。
【０１１８】
下地が緻密であるという事は下地表面における結合手密度が高いことを意味しており、珪素膜の結合手とひずみの小さい接合をなし易い。即ち、下地が緻密である場合には、特に｛１１１｝面で下地と接する必要がなく、珪素膜の配向性に対して下地の束縛力（配向規制力）が緩いと考えられる。
【０１１９】
そのため、下地が石英などの様に非常に緻密な絶縁物である場合、珪素膜は結晶成長の際に下地からの束縛を受けず、本来の配向である概略｛１１０｝配向となると考えられる。
【０１２０】
逆に、本願発明の様にＬＡＬ５００でエッチングレートが50nm/min以上（室温）である様な下地膜の上に結晶性珪素膜を形成した場合、各結晶粒は成長過程において下地の束縛力を受け、最も安定な面で下地と接する様に振る舞う。その結果、結晶性珪素膜の表面（または界面）には、最もひずみの小さい接合をなしうる｛１１１｝面が現れる。
【０１２１】
ここで下地からの束縛を受けた結晶粒が｛１１１｝配向に変化する様子を図２０を用いて説明する。なお、図２０において、棒状または偏平棒状結晶の粒内は実質的に単結晶と見なせるため、ｃ−Ｓｉと記載することにする。
【０１２２】
図２０（Ａ）の場合、結晶成長面（先端の結晶面）は概略〈１１１〉軸に沿っているため、結晶成長面の直後における結晶面（表面または界面）の結晶軸は概略〈１１０〉軸となっていると考えられる。
【０１２３】
ところが、この状態で下地からの束縛を受けると結晶粒が転移（約３５°の回転と予想される）し、結晶面には概略｛１１１｝面が現れる様になる（結晶軸は〈１１１〉軸が現れる）。
【０１２４】
また、図２０（Ｂ）の場合、成長過程において下地からの束縛を受け、基板と平行な方向に対して結晶成長面が約７０°傾いた状態で成長している。この場合、結晶成長面の直後の表面に現れる結晶面は結晶方位の関係から必然的に概略｛１１１｝面となる。
【０１２５】
以上に示してきた様に、特開平7-130652号公報に記載の技術で形成された結晶性珪素膜は下地からの束縛力が緩い強いかという要素のせめぎ合いで、その配向性が決定されると推測される。
【０１２６】
また、ここでは下地に着目して説明を進めたが、特開平7-130652号公報の実施例２に記載された様に横成長領域を形成する場合、非晶質半導体薄膜上に形成されるマスク絶縁膜も配向性に影響を与えると思われる。その場合においても、下地と同様のモデルで配向性が決まると考えられる。
【０１２７】
なお、本発明者らの経験では、これまでの議論は膜厚は80nm程度までの非晶質半導体薄膜に適用しうる。これ以上の膜厚では下地界面やマスク界面からの束縛力を受けにくくなり、ランダムな配向を示す傾向にある。
【０１２８】
また、本発明者らは特開平7-321339号公報に記載した手法に従ってＸ線回折を行い、本願発明の結晶性珪素膜について配向比率を算出した。同公報では下記数１に示す様な算出方法で配向比率を定義している。
【０１２９】
【数１】
【０１３０】
なお、測定では｛２２０｝面として観察されるが、これは｛１１０｝面と等価であることは言うまでもない。上記測定の結果、｛１１１｝面が主たる配向であり、配向比率は０．７以上（典型的には０．９以上）であることが判明した。
【０１３１】
以上に示してきた通り、本願発明の結晶性珪素膜と従来のポリシリコン膜とは全く異なる結晶構造（結晶構成）を有していることが判る。この点からも本願発明の結晶性珪素膜は全く新しい半導体膜であると言える。
【０１３２】
（ＴＦＴの電気特性に関する知見）
上述の様な結晶性珪素膜を活性層として作製したＴＦＴは図４に示す様な電気特性を示す。図４に示すのは横軸にゲイト電圧（Ｖｇ）、縦軸にドレイン電圧（Ｉｄ）の対数をとってプロットしたＮチャネル型ＴＦＴのId-Vg 曲線（Id-Vg 特性）である。なお、電気特性の測定は市販の装置（ヒューレットパッカード社製：型番４１４５Ｂ）を用いて行った。
【０１３３】
図１３において、１０５０は上記工程で得られた活性層を利用したＴＦＴの電気特性であり、１０５１は従来のＴＦＴの電気特性を示している。ここでは従来のＴＦＴとして実施例１においてゲイト絶縁膜形成後の熱処理（ゲッタリングプロセス）を行わなかったＴＦＴを挙げている。
【０１３４】
両方のトランジスタ特性を比較すると、まず同じゲイト電圧でも１０５０で示される特性の方が１桁近く大きいオン電流が流れることが確認できる。なお、オン電流とはＴＦＴがオン状態（図１３においてゲイト電圧が約０〜２０Ｖの範囲）にある時に流れるドレイン電流のことを指す。
【０１３５】
また、１０５０で示される特性の方が優れたサブスレッショルド特性を有していることも確認できる。サブスレッショルド特性とはＴＦＴのスイッチング動作の急峻性を示すパラメータであり、ＴＦＴがオン又はオフ状態にスイッチングする際のId-Vg 曲線の立ち上がりが急峻である程、サブスレッショルド特性は良いと言える。
【０１３６】
なお、本発明で得られるＴＦＴの代表的な電気特性は次に示す様なものであった。
（１）ＴＦＴのスイッチング性能（オン／オフ動作の切り換えの俊敏性）を示すパラメータであるサブスレッショルド係数が、Ｎ型ＴＦＴおよびＰ型ＴＦＴともに60〜100mV/decade（代表的には60〜85mV/decade ）と小さい。なお、このデータ値は単結晶シリコンを用いた絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ（ＩＧＦＥＴ）の場合とほぼ同等である。
（２）ＴＦＴの動作速度の速さを示すパラメータである電界効果移動度（μFE）が、Ｎ型ＴＦＴで200 〜650cm2/Vs （代表的には250 〜300cm2/Vs ）、Ｐ型ＴＦＴで100 〜300cm2/Vs （代表的には150 〜200cm2/Vs ）と大きい。
（３）ＴＦＴの駆動電圧の目安となるパラメータであるしきい値電圧（Ｖth）が、Ｎ型ＴＦＴで-0.5〜1.5 Ｖ、Ｐ型ＴＦＴで-1.5〜0.5 Ｖと小さい。この事は小さい電源電圧で駆動して消費電力を小さくできることを意味している。
【０１３７】
以上の様に、本発明で得られるＴＦＴは極めて優れたスイッチング特性および高速動作特性を有している。
【０１３８】
（本発明のＴＦＴで構成した回路の特性）
次に、本発明者らが本発明で得られるＴＦＴを用いて作製したリングオシレータによる周波数特性を示す。リングオシレータとはＣＭＯＳ構造でなるインバータ回路を奇数段リング状に接続した回路であり、インバータ回路１段あたりの遅延時間を求めるのに利用される。実験に使用したリングオシレータの構成は次の様になっている。
段数：９段、１９段、５１段
ＴＦＴのゲイト絶縁膜（ＧＩ）の膜厚：50nm
ＴＦＴのゲイト長： 0.6μｍ
ＴＦＴのゲイト幅：ＮＴＦＴは10μｍ、ＰＴＦＴは20μｍ
【０１３９】
上記リングオシレータの発振周波数をスペクトラムアナライザーで測定した結果を図１４に示す。図１４において、横軸は電源電圧（ＶDD）、縦軸は発振周波数（ｆosc ）である。図１４が示す様に、ゲイト絶縁膜が９段のリングオシレータにおいて１ＧＨｚ近い発振周波数を実現している。
【０１４０】
図１５に示すのは電源電圧５Ｖで1.042 ＧＨｚの発振周波数を達成した際のスペクトラムアナライザーの出力スペクトルである。横軸には 10 ＭＨｚ〜1.2 ＧＨｚまでの発振周波数をとり、縦軸にはログスケールでとった電圧（出力振幅）をとっている。
【０１４１】
また、実際にＬＳＩ回路のＴＥＧの一つであるシフトレジスタを作製して動作周波数を確認した。その結果、ゲイト絶縁膜の膜厚50nm、ゲイト長 0.6μｍ、電源電圧５Ｖ、段数５０段のシフトレジスタ回路において動作周波数100 ＭＨｚの出力パルスが得られた。
【０１４２】
以上の様なリングシレータおよびシフトレジスタの驚異的なデータは、本発明のＴＦＴが単結晶シリコンを利用したＩＧＦＥＴに匹敵する、若しくは凌駕する性能を有していることを示している。
【０１４３】
それを裏付ける証拠として次の様なデータがある。図１６に示すデータは横軸に電源電圧（ＶDD）、縦軸にＦ／Ｏ＝１（ファンアウト比が１）のインバータの１段当たりの遅延時間（τpd）をとったグラフである（ロジックＬＳＩ技術の革新，前口賢二他，ｐ１０８，株式会社サイエンスフォーラム，1995）。
【０１４４】
なお、図中の様々な曲線（点線で示されるもの）は、単結晶シリコンを利用したＩＧＦＥＴを様々なデザインルールで作製した時のデータであり、いわゆるスケーリング則を示している。
【０１４５】
この図に上述のリングオシレータを用いて得たインバータの遅延時間と電源電圧との関係を当てはめると、図１６において実線で示される曲線となる。注目すべきはチャネル長が 0.5μｍ、ゲイト絶縁膜の膜厚（ｔOX）が11nmのＩＧＦＥＴで作製したインバータよりも、チャネル長が 0.6μｍ、ゲイト絶縁膜の膜厚が50nmのＴＦＴで作製したインバータの方が優れた性能を有している点である。
【０１４６】
この事は本発明者で得られるＴＦＴがＩＧＦＥＴよりも優れた性能を有していることを如実に示している。例えば、上記ＴＦＴを構成するゲイト絶縁膜の膜厚をＩＧＦＥＴの５倍以上としても、性能的に同等もしくはそれ以上のものが得られるのである。即ち、本発明のＴＦＴは同等の特性を動作性能を有するＩＧＦＥＴよりも優れた絶縁耐圧を有していると言える。
【０１４７】
また同時に、本発明のＴＦＴがスケーリング則に従って微細化されればさらに高い性能を実現することが可能である。例えば、リングオシレータを0.2 μｍルールで作製すればスケーリング則によると９ＧＨｚの動作周波数を実現しうると予想される（動作周波数ｆがチャネル長Ｌの二乗に反比例するため）。
【０１４８】
以上の様に、本発明のＴＦＴは極めて優れた特性を有し、そのＴＦＴを用いて形成した半導体回路は１０ＧＨｚ以上の高速動作を実現しうる全く新しいＴＦＴであることが確認された。
【実施例２】
【０１４９】
実施例１では半導体膜として珪素膜を用いる例を示したが、ＳｉX Ｇｅ1-X （０＜Ｘ＜１、好ましくは0.9 ≦Ｘ≦0.99）で示される様にゲルマニウムを１〜１０％含有した珪素膜を用いることも有効である。
【０１５０】
この様な化合物半導体膜を用いた場合、Ｎ型ＴＦＴおよびＰ型ＴＦＴを作製した際にしきい値電圧を小さくできる。また、電界効果移動度（モビリティと呼ばれる）を大きくできる。
【実施例３】
【０１５１】
実施例１では活性層に対して意図的に不純物を添加しないのでチャネル形成領域が真性または実質的に真性となる。なお、実質的に真性であるとは、（１）珪素膜の活性化エネルギーがほぼ1/2 である（フェルミレベルが禁制体のほぼ中央に位置する）こと、（２）スピン密度よりも不純物濃度が低いこと、（３）意図的に不純物を添加していないこと、のいずれかを満たすことである。
【０１５２】
しかし、本願発明のＴＦＴは公知のチャネルドープ技術を利用することも可能である。チャネルドープ技術とは、しきい値制御のために少なくともチャネル形成領域に対して不純物を添加する技術である。
【０１５３】
本願発明はもともとしきい値が非常に小さいので不純物を添加する濃度は非常に微量なもので良い。添加濃度が微量ですむということは、キャリアの移動度を落とさずにしきい値制御が可能となるため非常に好ましい。
【実施例４】
【０１５４】
本実施例では、実施例１に示したハロゲン元素によるゲッタリング効果に加えてリン元素によるゲッタリング効果を得るための構成について説明する。説明には図３を用いる。
【０１５５】
まず、実施例１の工程に従ってハロゲン元素によるゲッタリングプロセスまで行い、図１（Ｃ）の状態を得る。次に、タンタルまたはタンタルを主成分とする材料でなるゲイト電極１１を形成する。
【０１５６】
次に、ゲイト電極１１の表面を陽極酸化することによって陽極酸化膜１２を形成する。陽極酸化膜１２は保護膜として機能する。（図３（Ａ））
【０１５７】
次に、ゲイト電極１１をマスクとしてゲイト絶縁膜１０８をドライエッチング法によりエッチングする。そして、その状態でリンまたは砒素イオン注入法により添加して不純物領域１３、１４を形成する。（図３（Ｂ））
【０１５８】
次に、窒化珪素膜を厚く形成した後、ドライエッチング法によるエッチバックを行い、サイドウォール１５を形成する。そして、サイドウォール１５を形成した後、再びリンまたは砒素イオンを添加してソース領域１６、ドレイン領域１７を形成する。（図３（Ｃ））
【０１５９】
なお、サイドウォール１５の下は２度目のリン元素が添加されず、ソース領域およびドレイン領域よりも低濃度にリン元素を含む一対の低濃度不純物領域１８となる。また、ゲイト電極１１の下は真性または実質的に真性、或いはしきい値制御のために微量の不純物が添加されたチャネル形成領域１９となる。
【０１６０】
こうして図３（Ｃ）の状態が得られたら、４５０〜６５０℃（代表的には６００℃）で８〜２４時間（代表的には１２時間）の加熱処理を行う。
【０１６１】
この加熱処理はリン元素による触媒元素（ここではニッケル）のゲッタリングを目的とした工程であるが、同時に不純物の活性化、活性層が受けたイオン注入時の損傷の回復が行われる。
【０１６２】
この工程では、加熱処理を行うことでチャネル形成領域１９に残存するニッケルがソース／ドレイン領域１６、１７に移動し、そこでゲッタリングされて不活性化する。即ち、チャネル形成領域１９内部に残存するニッケルを除去することが可能である。
【０１６３】
なお、ソース／ドレイン領域１６、１７は導電性を有していれば電極としての機能を果たすのでニッケルの有無が電気特性に影響を与える恐れがない。そのため、ゲッタリングサイトとして機能させうるのである。
【０１６４】
以上の様にして図３（Ｄ）の状態が得られたら、実施例１と同様に層間絶縁膜２０、ソース電極２１、ドレイン電極２２を形成して図３（Ｅ）に示す薄膜トランジスタが完成する。
【０１６５】
なお、本実施例ではゲイト電極としてタンタルを用いているが、導電性を有する結晶性珪素膜を用いても良い。また、低濃度不純物領域の形成方法は本実施例の手段に限定されるものではない。
【０１６６】
本実施例で最も重要な構成は、チャネル形成領域に残存する触媒元素をソース領域およびドレイン領域に移動させてゲッタリングすることにある。これは、リンまたは砒素による金属元素のゲッタリング効果に着目した発明である。
【０１６７】
なお、本実施例ではＮ型ＴＦＴの例を示したが、Ｐ型ＴＦＴの場合、ボロン元素だけではゲッタリング効果が得られないので、リン元素とボロン元素の両方をソース／ドレイン領域に添加することが必要である。
【実施例５】
【０１６８】
本実施例では、実施例１と異なる構造の薄膜トランジスタに本願発明を適用した場合の例について説明する。説明には図４を用いる。
【０１６９】
まず、石英基板３１上にゲイト電極３２を形成する。ゲイト電極３２は後の熱酸化工程に耐えられる様にタンタル、シリコン等の耐熱性の高い電極を利用することが必要である。
【０１７０】
次に、ゲイト電極３２を覆う様にしてゲイト絶縁膜３３を形成する。ゲイト絶縁膜３３はスパッタ法またはプラズマＣＶＤ法で形成する。この際、概略｛１１１｝配向の結晶性珪素膜を得るためには、ゲイト絶縁膜３３の膜質を表２を用いて説明した条件に合わせることが必要である。
【０１７１】
次に、その上には後に活性層となる非晶質珪素膜を50nmの厚さに形成する。そして、実施例１と同様に開口部を有するマスク絶縁膜３５を形成した後、ニッケル含有層３６を形成する。（図４（Ａ））
【０１７２】
こうして図４（Ａ）の状態が得られたら、結晶化のための加熱処理を行い、横成長領域でなる結晶性珪素膜３７を得る。（図４（Ｂ））
【０１７３】
次に、マスク絶縁膜３５を除去してハロゲン元素を含む雰囲気中で加熱処理を行う。条件は実施例１に従えば良い。この工程によって結晶性珪素膜３７中からニッケルがゲッタリングされ、気相中へと除去される。（図４（Ｃ））
【０１７４】
こうしてゲッタリングプロセスが完了したら、パターニングにより横成長領域のみでなる活性層３８を形成し、その上に窒化珪素膜でなるチャネルストッパー３９を形成する。（図４（Ｄ））
【０１７５】
図４（Ｄ）の状態が得られたら、Ｎ型を呈する結晶性珪素膜を形成してパターニングを施し、ソース領域４０、ドレイン領域４１を形成する。さらに、ソース電極４２、ドレイン電極４３を形成する。
【０１７６】
最後に、素子全体に対して水素雰囲気中で加熱処理を行い、図４（Ｅ）に示す様な構造の逆スタガ型ＴＦＴが完成する。なお、本実施例に示した構造は逆スタガ型ＴＦＴの一例であり、本実施例の構造に限定されるものではない。また、他のボトムゲイト型ＴＦＴに適用することも可能である。
【０１７７】
以上の様なボトムゲイト型ＴＦＴの場合、活性層の下地となる絶縁物はゲイト絶縁膜（通常は二酸化珪素膜が用いられる）であるので、必然的に束縛力を受けて｛１１１｝配向になりやすい。
【実施例６】
【０１７８】
本実施例では絶縁表面を有する基板上に本発明によるＴＦＴを形成し、画素マトリクス回路と周辺回路とをモノリシックに構成する例を図５〜７に示す。なお、本実施例ではドライバー回路やロジック回路等の周辺回路の例として、基本回路であるＣＭＯＳ回路を示す。
【０１７９】
まず、石英基板５０上に酸化珪素膜でなる下地膜５１をプラズマＣＶＤ法により形成する。そして、その上に75nm厚の非晶質珪素膜５２、マスク絶縁膜５３を形成し、スピンコート法によりニッケル含有層５４を形成する。これらの工程は実施例１に示した通りである。（図５（Ａ））
【０１８０】
次に、450 ℃１時間程度の水素出しの後、窒素雰囲気中において590 ℃ 8時間の加熱処理を行い、結晶性領域５５〜５８を得る。なお、５５、５６はニッケル添加領域であり、５７、５８は横成長領域である。（図５（Ｂ））
【０１８１】
結晶化のための加熱処理が終了したら、マスク絶縁膜５３を除去してパターニングを行い、横成長領域５７、５８のみでなる島状半導体層（活性層）５９〜６１を形成する。（図５（Ｃ））
【０１８２】
ここで５９はＣＭＯＳ回路を構成するＮ型ＴＦＴの活性層、６０はＣＭＯＳ回路を構成するＰ型ＴＦＴの活性層、６１は画素マトリクス回路を構成するＮ型ＴＦＴ（画素ＴＦＴ）の活性層である。
【０１８３】
活性層５９〜６１を形成したら、その上に珪素を含む絶縁膜でなるゲイト絶縁膜６２を成膜する。そして、次に触媒元素のゲッタリングプロセスを行う。この工程の条件は実施例１に従えば良い。（図５（Ｄ））
【０１８４】
次に、図示しないアルミニウムを主成分とする金属膜を成膜し、パターニングによって後のゲイト電極の原型６３〜６５を形成する。本実施例では２wt% のスカンジウムを含有したアルミニウム膜を用いる。（図６（Ａ））
【０１８５】
次に、実施例１と同様に特開平7-135318号公報記載の技術により多孔性の陽極酸化膜６６〜６８、無孔性の陽極酸化膜６９〜７１、ゲイト電極７２〜７４を形成する。（図６（Ｂ））
【０１８６】
こうして図６（Ｂ）の状態が得られたら、次にゲイト電極７２〜７４、多孔性の陽極酸化膜６６〜６８をマスクとしてゲイト絶縁膜６２をエッチングする。そして、多孔性の陽極酸化膜６６〜６８を除去して図６（Ｃ）の状態を得る。なお、７５〜７７で示されるのは加工後のゲイト絶縁膜である。
【０１８７】
次に、実施例１と同様の手順に従ってＮ型を付与する不純物イオンを２回に分けて添加する。まず１回目の不純物添加を高加速電圧で行い、ｎ- 領域を形成し、次に２回目の不純物添加を低加速電圧で行い、ｎ+ 領域を形成する。
【０１８８】
以上の工程を経て、ＣＭＯＳ回路を構成するＮ型ＴＦＴのソース領域７８、ドレイン領域７９、低濃度不純物領域８０、チャネル形成領域８１が形成される。また、画素ＴＦＴを構成するＮ型ＴＦＴのソース領域８２、ドレイン領域８３、低濃度不純物領域８４、チャネル形成領域８５が画定する。（図６（Ｄ））
【０１８９】
なお、図６（Ｄ）に示す状態ではＣＭＯＳ回路を構成するＰ型ＴＦＴの活性層もＮ型ＴＦＴの活性層と同じ構成となっている。
【０１９０】
次に、Ｎ型ＴＦＴを覆ってレジストマスク８６を設け、Ｐ型を付与する不純物イオン（本実施例ではボロンを用いる）の添加を行う。
【０１９１】
この工程も前述の不純物添加工程と同様に２回に分けて行うが、Ｎ型をＰ型に反転させる必要があるため、前述のＰイオンの添加濃度の数倍程度の濃度のＢ（ボロン）イオンを添加する。
【０１９２】
こうしてＣＭＯＳ回路を構成するＰ型ＴＦＴのソース領域８７、ドレイン領域８８、低濃度不純物領域８９、チャネル形成領域９０が形成される。（図７（Ａ））
【０１９３】
以上の様にして活性層が完成したら、ファーネスアニール、レーザーアニール、ランプアニール等の組み合わせによって不純物イオンの活性化を行う。それと同時に添加工程で受けた活性層の損傷も修復される。
【０１９４】
次に、層間絶縁膜９１として酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜を形成し、コンタクトホールを形成した後、ソース電極９２〜９４、ドレイン電極９５、９６を形成して図７（Ｂ）に示す状態を得る。
【０１９５】
なお、本実施例では画素ＴＦＴのドレイン電極９６を補助容量の下部電極として利用するので、それに対応する様な形状に加工しておく。
【０１９６】
次に、10〜50nmの厚さの窒化珪素膜９７を形成し、その上に補助容量を形成するための容量電極９８を 100nmの厚さに形成する。本実施例では容量電極９８としてチタン膜を用い、ドレイン電極９６との間で補助容量を形成する。
【０１９７】
前述の窒化珪素膜９７は比誘電率が高いので誘電体として好適である。また、容量電極９８としてはチタン膜以外にもアルミニウム膜やクロム膜等を用いても構わない。
【０１９８】
なお、本実施例は反射型液晶表示装置のアクティブマトリクス基板（ＴＦＴ側基板）を作製する例であるので、透過型と違って後に形成される画素電極の下を自由に利用できる（開口率を気にする必要がない）。それ故に上述の様な補助容量の形成が可能となる。
【０１９９】
次に、有機性樹脂膜でなる第２の層間絶縁膜９９を 0.5〜3 μｍの厚さに形成する。そして、層間絶縁膜９９上に導電膜を形成してパターニングにより画素電極１０を形成する。本実施例は反射型の例であるため画素電極１０を構成する導電膜としてアルミニウムを主成分とする材料を用い、画素電極１０に反射膜としての機能を持たせる。
【０２００】
次に、基板全体を350 ℃の水素雰囲気で１〜２時間加熱し、素子全体の水素化を行うことで膜中（特に活性層中）のダングリングボンド（不対結合手）を補償する。以上の工程を経て同一基板上にＣＭＯＳ回路および画素マトリクス回路を作製することができる。
【実施例７】
【０２０１】
本実施例では、実施例６とは異なるＴＦＴ構造を採用した場合の例について説明する。まず、図８（Ａ）は低濃度不純物領域を形成するにあたってサイドウォールを利用する例である。
【０２０２】
この場合、図６（Ａ）に示す状態で無孔性の陽極酸化膜を形成し、ゲイト電極とその陽極酸化膜をマスクとしてゲイト絶縁膜をエッチングする。その状態でｎ- 領域およびｐ- 領域を形成するための不純物添加を行う。
【０２０３】
次に、サイドウォール１００１〜１００３をエッチバック法で形成した後、ｎ+ 領域およびｐ+ 領域を形成するための不純物添加を行う。この様な工程でサイドウォール１００１〜１００３の下には低濃度不純物領域（ｎ- 領域およびｐ- 領域）が形成される。
【０２０４】
また、図８（Ａ）では公知のサリサイド技術を利用して金属シリサイド１００４〜１００６を形成している。シリサイド化するための金属としてはチタン、タンタル、タングステン、モリブデン等を用いることができる。
【０２０５】
また、図８（Ｂ）に示す構成は、ゲイト電極１００７〜１００９が一導電性を付与した結晶性珪素膜で形成されている点に特徴がある。通常、Ｎ型導電性を持たせるが、Ｎ型ＴＦＴとＰ型ＴＦＴとで導電性を異ならせるデュアルゲイト型ＴＦＴとすることも可能である。
【０２０６】
さらに、図８（Ｂ）に示す構造でもサリサイド構造を適用しているが、この場合、ゲイト電極１００７〜１００９の上面にも金属シリサイド１０１０〜１０１２が形成される。
【０２０７】
本実施例に示した構造は、動作速度の速いＴＦＴに適した構造となる様に設計されている。特に、サリサイド構造は数ＧＨｚレベルの動作周波数を実現する上で非常に有効な技術である。
【実施例８】
【０２０８】
本実施例では、実施例６とは異なる構成で補助容量を形成する場合の例について説明する。
【０２０９】
まず、図９（Ａ）は活性層のドレイン領域１０２０を大きめに形成しておき、その一部を補助容量の下部電極として活用する。この場合、ドレイン領域１０２０の上にはゲイト絶縁膜１０２１があり、その上に容量電極１０２２が形成される。この容量電極１０２２はゲイト電極と同一材料で形成される。
【０２１０】
この時、ドレイン領域１０２０のうち補助容量を形成する部分は、予め不純物を添加して導電性を持たせておいても良いし、容量電極１０２２に定電圧をかけて形成される反転層を利用しても良い。
【０２１１】
図９（Ａ）は反射型液晶表示装置の例であるため、画素電極の裏側を最大限に活用して補助容量を形成できる。そのため、非常に大きな容量を確保することができる。勿論、透過型液晶表示装置にも適用できるが、その場合、補助容量の占有面積を大きくしてしまうと開口率が落ちるので注意が必要である。
【０２１２】
次に、図９（Ｂ）は透過型液晶表示装置の例である。図９（Ｂ）の構成ではドレイン電極１０２３を補助容量の下部電極とし、その上に窒化珪素膜１０２４、ブラックマスク１０２５を形成し、ドレイン電極１０２３とブラックマスク１０２５との間で補助容量を形成する。
【０２１３】
この様に、図９（Ｂ）の構成ではブラックマスク１０２５が補助容量の上部電極を兼ねる点が特徴である。
【０２１４】
また、１０２６は画素電極であり、透過型であるので透明導電膜（例えばＩＴＯ膜）を用いる。
【０２１５】
図９（Ｂ）に示す様な構成では、広い面積を占めやすい補助容量をＴＦＴの上に形成することで開口率を広くすることが可能である。また、誘電率の高い窒化珪素膜を25nm程度の薄さで利用できるので、少ない面積で非常に大きな容量を確保することが可能である。
【実施例９】
【０２１６】
本実施例では本願発明を利用して液晶パネルを構成する場合の例を示す。図１０に示すのはアクティブマトリクス型液晶パネルの断面を簡略化した図であり、ドライバー回路やロジック回路を構成する領域にはＣＭＯＳ回路を、画素マトリクス回路を構成する領域には画素ＴＦＴを示している。
【０２１７】
なお、実施例６〜８でＣＭＯＳ回路と画素マトリクス回路の構造（ＴＦＴ構造）に関する説明を既に行ったので、本実施例では必要な箇所のみを説明することにする。
【０２１８】
まず、実施例６に示した作製工程に従って図７（Ｃ）の状態を得る。なお、画素ＴＦＴをマルチゲイト構造とするなどの変更は実施者の自由である。
【０２１９】
そして、アクティブマトリクス基板の準備として配向膜１０３０を形成する。次に、対向基板を用意する。対向基板は、ガラス基板１０３１、透明導電膜１０３２、配向膜１０３３とで構成される。なお、対向基板側には必要に応じてブラックマスクやカラーフィルターが形成されるがここでは省略する。
【０２２０】
こうして用意したアクティブマトリクス基板と対向基板とを公知のセル組み工程によって貼り合わせる。そして、両基板の間に液晶材料１０３４を封入して図１０に示す様な液晶パネルが完成する。
【０２２１】
液晶材料１０３４は液晶の動作モード（ＥＣＢモード、ゲストホストモード等）によって自由に選定することができる。
【０２２２】
また、図７（Ｃ）に示した様なアクティブマトリクス基板の外観を図１１に簡略化して示す。図１１において、１０４０は石英基板、１０４１は画素マトリクス回路、１０４２はソースドライバー回路、１０４３はゲイトドライバー回路、１０４４はロジック回路である。
【０２２３】
ロジック回路１０４４は広義的にはＴＦＴで構成される論理回路全てを含むが、ここでは従来から画素マトリクス回路、ドライバー回路と呼ばれている回路と区別するため、それ以外の信号処理回路（メモリ、Ｄ／Ａコンバータ、パルスジェネレータ等）を指す。
【０２２４】
また、こうして形成された液晶パネルには外部端子としてＦＰＣ（Flexible Print Circuit）端子が取り付けられる。一般的に液晶モジュールと呼ばれるのはＦＰＣを取り付けた状態の液晶パネルである。
【実施例１０】
【０２２５】
本願発明は実施例９に示した液晶表示装置以外にも、アクティブマトリクス型のＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置やＥＣ（エレクトロクロミクス）表示装置等の他の電気光学装置を作製することも可能である。
【実施例１１】
【０２２６】
本実施例では、本発明を利用した電気光学装置を利用する電子デバイス（応用製品）の一例を図１２に示す。本発明を利用した応用製品としてはビデオカメラ、スチルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話等）などが挙げられる。
【０２２７】
図１２（Ａ）は携帯電話であり、本体２００１、音声出力部２００２、音声入力部２００３、表示装置２００４、操作スイッチ２００５、アンテナ２００６で構成される。本発明は表示装置２００４に適用することができる。
【０２２８】
図１２（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示装置２１０２、音声入力部２１０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６で構成される。本発明は表示装置２１０２に適用することができる。
【０２２９】
図１２（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体２２０１、カメラ部２２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表示装置２２０５で構成される。本発明は表示装置２２０５に適用できる。
【０２３０】
図１２（Ｄ）はヘッドマウントディスプレイであり、本体２３０１、表示装置２３０２、バンド部２３０３で構成される。本発明は表示装置２３０２に適用することができる。
【０２３１】
図１２（Ｅ）はリア型プロジェクターであり、本体２４０１、光源２４０２、表示装置２４０３、偏光ビームスプリッタ２４０４、リフレクター２４０５、２４０６、スクリーン２４０７で構成される。本発明は表示装置２４０３に適用することができる。
【０２３２】
図１２（Ｆ）はフロント型プロジェクターであり、本体２５０１、光源２５０２、表示装置２５０３、光学系２５０４、スクリーン２５０５で構成される。本発明は表示装置２５０３に適用することができる。
【０２３３】
以上の様に、本発明の応用範囲は極めて広く、あらゆる分野の表示媒体に適用することが可能である。また、本発明のＴＦＴはＩＣ、ＬＳＩといった半導体回路を構成することもできるので、その様な半導体回路を必要とする製品であれば用途を問わない。
【図面の簡単な説明】
【０２３４】
【図１】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図２】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図３】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図４】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図５】アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図６】アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図７】アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図８】アクティブマトリクス基板の構造を示す図。
【図９】アクティブマトリクス基板の構造を示す図。
【図１０】液晶表示装置の断面を示す図。
【図１１】アクティブマトリクス基板を上面から見た図。
【図１２】電子デバイス（応用製品）の一例を示す図。
【図１３】薄膜トランジスタの電気特性を示す図。
【図１４】リングオシレータの周波数特性を示す図。
【図１５】リングオシレータの出力スペクトルを示す写真。
【図１６】スケーリング則を示す図。
【図１７】結晶の方位関係を模式的に表した図。
【図１８】結晶成長の様子を模式的に表した図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面を有する基板上にプラズマＣＶＤ法によってフッ化水素酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤の混合物に対するエッチングレートが１５０〜２００ｎｍ／ｍｉｎである二酸化珪素膜からなる下地膜を形成し、
前記下地膜上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜を結晶化することによって面方位が概略｛１１１｝配向の結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜をエッチングすることによって島状半導体層を形成し、
前記島状半導体層上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
絶縁表面を有する基板上にスパッタ法によってフッ化水素酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤の混合物に対するエッチングレートが８０〜９０ｎｍ／ｍｉｎである二酸化珪素膜からなる下地膜を形成し、
前記下地膜上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜を結晶化することによって面方位が概略｛１１１｝配向の結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜をエッチングすることによって島状半導体層を形成し、
前記島状半導体層上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
絶縁表面を有する基板上にプラズマＣＶＤ法によってフッ化水素酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤の混合物に対するエッチングレートが１５０〜２００ｎｍ／ｍｉｎである二酸化珪素膜からなる下地膜を形成し、
前記下地膜上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜に選択的に非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元素を添加し、
前記触媒元素を添加した非晶質珪素膜を結晶化することによって面方位が概略｛１１１｝配向の結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜をエッチングすることによって島状半導体層を形成し、
前記島状半導体層上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
絶縁表面を有する基板上にスパッタ法によってフッ化水素酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤の混合物に対するエッチングレートが８０〜９０ｎｍ／ｍｉｎである二酸化珪素膜からなる下地膜を形成し、
前記下地膜上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜に選択的に非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元素を添加し、
前記触媒元素を添加した非晶質珪素膜を結晶化することによって面方位が概略｛１１１｝配向の結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜をエッチングすることによって島状半導体層を形成し、
前記島状半導体層上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の前記結晶性珪素膜中に存在する炭素、窒素及び硫黄の濃度は、それぞれ５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満または０．０１ａｔｏｍｉｃ％未満であり、且つ、膜中に存在する酸素の濃度は１．５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満または０．０３ａｔｏｍｉｃ％未満であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の前記非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元素は、ニッケル、コバルト、鉄、パラジウム、白金、銅又は金の元素であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１】
絶縁表面を有する基板上にプラズマＣＶＤ法によってフッ化水素酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤の混合物に対するエッチングレートが１５０〜２００ｎｍ／ｍｉｎである二酸化珪素膜からなる下地膜を形成し、
前記下地膜上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜を結晶化することによって面方位が概略｛１１１｝配向の結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜をエッチングすることによって島状半導体層を形成し、
前記島状半導体層上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
絶縁表面を有する基板上にスパッタ法によってフッ化水素酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤の混合物に対するエッチングレートが８０〜９０ｎｍ／ｍｉｎである二酸化珪素膜からなる下地膜を形成し、
前記下地膜上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜を結晶化することによって面方位が概略｛１１１｝配向の結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜をエッチングすることによって島状半導体層を形成し、
前記島状半導体層上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
絶縁表面を有する基板上にプラズマＣＶＤ法によってフッ化水素酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤の混合物に対するエッチングレートが１５０〜２００ｎｍ／ｍｉｎである二酸化珪素膜からなる下地膜を形成し、
前記下地膜上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜に選択的に非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元素を添加し、
前記触媒元素を添加した非晶質珪素膜を結晶化することによって面方位が概略｛１１１｝配向の結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜をエッチングすることによって島状半導体層を形成し、
前記島状半導体層上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
絶縁表面を有する基板上にスパッタ法によってフッ化水素酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤の混合物に対するエッチングレートが８０〜９０ｎｍ／ｍｉｎである二酸化珪素膜からなる下地膜を形成し、
前記下地膜上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜に選択的に非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元素を添加し、
前記触媒元素を添加した非晶質珪素膜を結晶化することによって面方位が概略｛１１１｝配向の結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜をエッチングすることによって島状半導体層を形成し、
前記島状半導体層上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の前記結晶性珪素膜中に存在する炭素、窒素及び硫黄の濃度は、それぞれ５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満または０．０１ａｔｏｍｉｃ％未満であり、且つ、膜中に存在する酸素の濃度は１．５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満または０．０３ａｔｏｍｉｃ％未満であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の前記非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元素は、ニッケル、コバルト、鉄、パラジウム、白金、銅又は金の元素であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１５】
【公開番号】特開２００７−２０１４８６（Ｐ２００７−２０１４８６Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５５１５８（Ｐ２００７−５５１５８）
【出願日】平成１９年３月６日（２００７．３．６）
【分割の表示】特願平９−１７３１５１の分割
【原出願日】平成９年６月１３日（１９９７．６．１３）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月６日（２００７．３．６）
【分割の表示】特願平９−１７３１５１の分割
【原出願日】平成９年６月１３日（１９９７．６．１３）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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