JP2002009287A - Semiconductor device and manufacturing method of the semiconductor device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provdie an inexpensive semiconductor device by forming a crystalline semiconductor in a low temperature process. SOLUTION: A metal film 2 in which the most adjacent inter-atomic distance Dm between metal elements is 1.00<=Dm/Dsi<=1.20 to the most adjacent inter- atomic distance Dsi of silicon is formed on a substrate 1, and a crystalline silicon film 3 with the hydrogen and halogen content to silicon of 0.01-3 atom.% is formed thereon by vapor phase growth of mixture gas containing silicon, and at least hydrogen and a halogen element.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体薄膜を用い
た平面表示装置用薄膜トランジスタや、太陽電池、各種
センサー、高周波発振器、超高速デバイス、電子回路素
子、電子顕微鏡、電子ビーム露光装置などに適用される
半導体装置およびその製造方法に関する。また、前記半
導体を部品として含む電子機器などに適用される半導体
装置およびその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is applied to a thin film transistor for a flat panel display device using a semiconductor thin film, a solar cell, various sensors, a high-frequency oscillator, an ultra-high-speed device, an electronic circuit element, an electron microscope, an electron beam exposure apparatus, and the like. And a method of manufacturing the same. In addition, the present invention relates to a semiconductor device applied to an electronic device or the like including the semiconductor as a component and a method for manufacturing the same.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、絶縁性基板上に薄膜トランジスタ
（ＴＦＴと略す）を形成し、そのＴＦＴで液晶表示装置
を駆動するノート型パソコンが量産販売されている。さ
らに、エレクトロニクスルミネッセンス、プラズマ、フ
ィールド・エミッションなどの大面積表示デバイス駆動
用へもＴＦＴは搭載されつつある。ＴＦＴを用いると表
示品質は高く、消費電力の少ない表示装置を実現でき
る。このＴＦＴとしては、水素化非晶質珪素薄膜トラン
ジスタが、1976年にSpearらにより発表されて以来、大
面積化と高精細化に向けてＴＦＴの改善が行われてき
た。特に大面積でかつ高精細な液晶表示装置を実現する
ためには、ガラス基板上に低温で高移動度を有する珪素
膜の開発が必要である。このような珪素薄膜の成膜方法
として、一般には、特開平7−１６１６３５号公報に開
示されているように約５５０℃で減圧ＣＶＤ法を使い、
非晶質珪素膜を堆積し、約６００℃で２０時間から１０
０時間アニールし多結晶珪素膜を形成する固相成長方法
や、日経ＢＰ社発行の「フラットパネルディスプレイ」
1991年pp141-142にあるように減圧ＣＶＤ法やプラズマ
気相成長法により非晶質珪素膜を堆積した後、XeClエキ
シマレーザアニールを用いるアニール法や、Jpn.J. App
l., Phys., Vol.37(1998)pp7193-7197で開示されたよう
に非晶質珪素膜を気相成長し、ニッケルを溶かした有機
溶剤を非晶質珪素膜に塗布し、５００℃でアニールする
Metal-Induced 結晶化法や、特開平１１-３５４４４８
号公報や、東芝技術公開集Vol.17-26pp1-10(発行番号９
９-０４４６)で開示されているように、プラズマ気相成
長法により非晶質珪素膜を堆積後、絶縁膜や、レジスト
をマスク層として形成し、一部に開口を設け、ニッケル
を成膜し、常圧窒素雰囲気中約５５０℃で約１０時間ア
ニールし、結晶化の後、ニッケルをゲッター法により除
去する方法や、さらに、Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 3 6
(1997)pp5029-5032で開示された前述の方法に基板に水
平方向に電界を印加しながら、５００℃でアニールする
方法により多結晶珪素膜の成長方法が注目されている。
しかしながら、固相成長方法は、アニール温度が約６０
０℃と高く、またアニール時間が長いために、安価なガ
ラス基板が使えず、石英基板を用いなければならず、大
面積化には不利である。また、エキシマレーザアニール
は、レーザのメンテナンスや結晶の均一性や大面積化が
大変であり、また結晶化するレーザ密度の条件が狭く最
適条件マージンが狭いため、コストが高くなるという欠
点がある。さらに、ニッケル（Ni）溶液塗布による多結
晶珪素膜の成長方法では、用いている有機溶媒の成分
や、同時に用いている珪素化合物の成分が珪素膜へ混入
し、トランジスタ特性を劣化させるという問題がある。
また、レジストや、絶縁膜をマスクとし、ニッケル(Ni)
膜を堆積し、その後アニールする方法は、プロセス温度
が依然として５５０℃以上であり、ニッケル(Ni)の珪素
膜への拡散や、膜中に残留する熱応力により形成される
捕獲準位のためにトランジスタ特性の信頼性に問題があ
り、また、一体化する他の機能デバイスとのプロセス整
合性が悪いという問題があった。2. Description of the Related Art In recent years, notebook personal computers in which a thin film transistor (abbreviated as TFT) is formed on an insulating substrate and a liquid crystal display device is driven by the TFT have been mass-produced and sold. Further, TFTs are also being mounted for driving large-area display devices such as electronic luminescence, plasma, and field emission. When a TFT is used, a display device with high display quality and low power consumption can be realized. As a TFT, since a hydrogenated amorphous silicon thin film transistor was announced by Spear et al. In 1976, the TFT has been improved for a larger area and higher definition. In particular, in order to realize a large-area and high-definition liquid crystal display device, it is necessary to develop a silicon film having a low mobility and a high mobility on a glass substrate. As a method for forming such a silicon thin film, a vacuum CVD method is generally used at about 550 ° C. as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-161635.
An amorphous silicon film is deposited, and is deposited at about 600 ° C. for 20 hours to 10 hours.
Solid-phase growth method to form polycrystalline silicon film by annealing for 0 hour, "Flat panel display" issued by Nikkei BP
As described in 1991, pp 141-142, after depositing an amorphous silicon film by low pressure CVD or plasma vapor deposition, annealing using XeCl excimer laser annealing, Jpn.J. App.
l., Phys., Vol. 37 (1998) pp 7193-7197, an amorphous silicon film is vapor-phase grown, and an organic solvent in which nickel is dissolved is applied to the amorphous silicon film, and 500 ° C. Anneal with
Metal-Induced crystallization method and JP-A-11-354448
And Toshiba Technical Publications Vol.17-26pp1-10 (Issue No. 9
9-0446), an amorphous silicon film is deposited by a plasma vapor deposition method, then an insulating film or a resist is formed as a mask layer, an opening is partially formed, and nickel is formed. Then, annealing is performed at about 550 ° C. for about 10 hours in a nitrogen atmosphere at normal pressure, and after crystallization, nickel is removed by a getter method, and further, Jpn. J. Appl. Phys. Vol.
(1997) Attention has been paid to a method of growing a polycrystalline silicon film by annealing at 500 ° C. while applying an electric field in a horizontal direction to the substrate in the above method disclosed in pp5029-5032.
However, the solid phase growth method requires an annealing temperature of about 60
Since the temperature is as high as 0 ° C. and the annealing time is long, an inexpensive glass substrate cannot be used, and a quartz substrate must be used, which is disadvantageous for increasing the area. Excimer laser annealing has disadvantages in that it is difficult to maintain the laser, to make the crystal uniform and to have a large area, and to increase the cost because the laser density conditions for crystallization are narrow and the optimum condition margin is narrow. Further, the method of growing a polycrystalline silicon film by applying a nickel (Ni) solution has a problem that components of an organic solvent used and a component of a silicon compound used at the same time are mixed into the silicon film, thereby deteriorating transistor characteristics. is there.
Also, using a resist or insulating film as a mask, nickel (Ni)
The method of depositing the film and then annealing it is because the process temperature is still 550 ° C. or higher, and nickel (Ni) is diffused into the silicon film and the trap level formed by the thermal stress remaining in the film. There is a problem in reliability of transistor characteristics and a problem of poor process consistency with other integrated functional devices.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来の
問題を解決するため、大面積化が可能なガラス基板上に
堆積可能な低温成長方法を用いて極めて高性能な結晶性
珪素膜（ポリシリコン膜と呼ぶ）を安価に実現する構成
とその製造方法を提供することにある。結晶性珪素膜と
は、ラマン分光法による結晶珪素のラマンシフト量５２
０cm^-1の強度Ｉ（５２０）と非晶質珪素のラマンシフト
量４８０cm^-1の強度Ｉ（４８０）との関係で示される結
晶化率Ｉ（５２０）/[Ｉ(５２０)+Ｉ(４８０)]が０．８
以上の珪素膜であり、そのような珪素膜は１０cm²/(V・
sec)以上の移動度を有する。一方、回路の応答性は結晶
性珪素膜の移動度に比例することは公知である。したが
って、本発明による結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを形成
することにより、絶縁性基板上に高速ロジック回路を実
現できる。しかも表示部のスイッチング素子と駆動回路
を前述のＴＦＴで一体形成することにより「スイッチ・
オン・パネル」に適応可能な製造方法を提供できる。こ
こでパネルとは、液晶表示装置、有機エレクトロルミネ
ッセンス表示装置、冷電子放出素子表示装置等をいう。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present invention provides an extremely high-performance crystalline silicon film using a low-temperature growth method that can be deposited on a glass substrate capable of increasing the area. (Referred to as a polysilicon film) at a low cost and a method of manufacturing the same. The crystalline silicon film refers to a Raman shift amount 52 of crystalline silicon determined by Raman spectroscopy.
0cm intensity I (520) and the crystallization rate represented by the relationship between the intensity I (480) of the Raman shift 480 cm ^-1 of the amorphous silicon I (520) / [I ( 520) of ^-1 + I (480 )] Is 0.8
The above silicon film has a thickness of 10 cm ² / (V ·
sec) or higher. On the other hand, it is known that the responsiveness of a circuit is proportional to the mobility of a crystalline silicon film. Therefore, a high-speed logic circuit can be realized on an insulating substrate by forming a TFT using the crystalline silicon film according to the present invention. In addition, by forming the switching element of the display unit and the driving circuit integrally with the TFT described above, the "switch /
It is possible to provide a manufacturing method applicable to “on panel”. Here, the panel refers to a liquid crystal display device, an organic electroluminescence display device, a cold electron emission device display device, or the like.

【０００４】[0004]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の第１番目の半導体装置は、基板上に、金属
薄膜とその上の珪素膜を含む半導体装置であって、前記
珪素膜は少なくとも水素とハロゲンを含み、前記珪素膜
は前記金属薄膜と接触しており、かつ前記珪素膜を構成
する珪素と前記金属薄膜を構成する金属元素とは格子整
合性を有することを特徴とする。本発明において、格子
整合性は、金属薄膜を構成する金属元素間の最隣接原子
間距離Dmが、珪素の最隣接原子間距離Dsiに対して1.00
≦Dm/Dsi≦1.20の範囲を保持することが好ましい。また
金属元素は、ニッケル（Ni）、コバルト（Co）、クロム
（Cr）、鉄（Fe）、銅（Cu）、錫（Sn）、パナジウム
（Pd）白金（Pt）及びタングステン（W）から選ばれる
少なくとも一つであることがこのましい。In order to achieve the above object, a first semiconductor device of the present invention is a semiconductor device including a metal thin film and a silicon film thereon on a substrate, wherein the silicon film Contains at least hydrogen and halogen, the silicon film is in contact with the metal thin film, and silicon forming the silicon film and a metal element forming the metal thin film have lattice matching. . In the present invention, the lattice matching is such that the distance Dm between the nearest neighbors of the metal elements constituting the metal thin film is 1.00 with respect to the distance Dsi between the nearest neighbors of silicon.
It is preferable to maintain the range of ≦ Dm / Dsi ≦ 1.20. The metal element is selected from nickel (Ni), cobalt (Co), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu), tin (Sn), panadium (Pd), platinum (Pt) and tungsten (W). It is good to be at least one.

【０００５】次に本発明の第２番目の半導体装置は、基
板上に形成された金属薄膜と前記金属上に珪素と少なく
とも水素とハロゲンと、Ｖ族あるいはIII族元素を含む
ドーピング珪素膜が形成され、前記積層膜は対向形状を
具備し、前記対向形状積層膜に珪素と少なくとも水素と
ハロゲンを含む珪素膜の電極が形成されていることを特
徴とする。Next, in a second semiconductor device of the present invention, a metal thin film formed on a substrate and a doped silicon film containing silicon, at least hydrogen, halogen, and a group V or group III element are formed on the metal. The laminated film has a facing shape, and an electrode of a silicon film containing silicon, at least hydrogen and halogen is formed on the facing shape laminated film.

【０００６】次に本発明の半導体装置の製造方法は、基
板上に、金属薄膜を形成し、前記金属薄膜上に珪素膜を
形成する半導体装置の製造方法であって、前記珪素膜を
構成する珪素と前記金属薄膜を構成する金属元素とは格
子整合性を有する金属を選択して分子堆積法により金属
薄膜を形成し、次いで少なくとも水素とハロゲンを含む
珪素膜を化学気相成長法により形成することを特徴とす
る。Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device in which a metal thin film is formed on a substrate and a silicon film is formed on the metal thin film, wherein the silicon film is formed. Silicon and a metal element constituting the metal thin film are selected from metals having lattice matching to form a metal thin film by a molecular deposition method, and then a silicon film containing at least hydrogen and halogen is formed by a chemical vapor deposition method. It is characterized by the following.

【０００７】[0007]

【発明の実施の形態】本発明で用いる金属は、珪素と格
子整合性がよいために結晶性珪素膜の結晶核の形成を促
進する。さらにハロゲンは、珪素膜の過剰で弱い結合の
珪素や水素を脱離させる。したがって低温で結晶性珪素
膜を実現できる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The metal used in the present invention promotes the formation of crystal nuclei of a crystalline silicon film because of its good lattice matching with silicon. Further, the halogen desorbs silicon and hydrogen which are excessive and weakly bonded in the silicon film. Therefore, a crystalline silicon film can be realized at a low temperature.

【０００８】本発明の一実施形態は、半導体基板、石英
基板、またはガラス基板上と、最隣接原子間距離Dmが、
珪素の最隣接原子間距離Dsiに対して１．００≦Dm/Dsi
≦１．２０である金属薄膜と、前記金属薄膜上に形成さ
れた珪素薄膜と、然る珪素薄膜は、少なくともハロゲン
と水素を含み、前記珪素膜の水素濃度は珪素に対して、
０．０１％から３％原子濃度であり、かつハロゲン元素
の濃度は珪素に対して０．０１％から３％原子濃度とす
ることが好ましい。また他の構成では、基板と基板上に
形成された絶縁膜と、絶縁膜上に形成された金属と、前
記金属はその最隣接原子間距離Dmが、珪素の最隣接原子
間距離Dsiに対して１．００≦Dm/Dsi≦１．２０であ
り、前記金属上に形成された珪素膜と、前記珪素膜は少
なくともハロゲンと水素を含み、前記珪素膜の水素濃度
は珪素に対して、０．０１％から３％原子濃度であり、
かつハロゲン元素濃度は珪素に対して０．０１％から３
％原子濃度であることが好ましい。In one embodiment of the present invention, a distance Dm between a nearest atom and a semiconductor substrate, a quartz substrate, or a glass substrate is defined as:
1.00 ≦ Dm / Dsi with respect to the distance Dsi between the nearest atoms of silicon
≦ 1.20, a silicon thin film formed on the metal thin film, and the silicon thin film contain at least halogen and hydrogen, and the hydrogen concentration of the silicon film is
The concentration is preferably 0.01% to 3% atomic concentration, and the concentration of the halogen element is preferably 0.01% to 3% atomic concentration with respect to silicon. In another configuration, a substrate and an insulating film formed on the substrate, a metal formed on the insulating film, and the metal have a distance Dm between their nearest neighbors to the distance Dsi between their nearest neighbors of silicon. 1.00 ≦ Dm / Dsi ≦ 1.20, the silicon film formed on the metal, the silicon film contains at least halogen and hydrogen, and the hydrogen concentration of the silicon film is 0 with respect to silicon. From 0.01% to 3% atomic concentration,
And the halogen element concentration is 0.01% to 3% with respect to silicon.
% Atomic concentration is preferred.

【０００９】この実施の形態により、珪素結晶核の形成
に影響を与えるガラス成分の鉛、あるいは硼素など不純
物を低減でき珪素結晶核の形成を促進できる。According to this embodiment, impurities such as lead or boron in the glass component which affect the formation of silicon crystal nuclei can be reduced, and the formation of silicon crystal nuclei can be promoted.

【００１０】また別の実施形態は、基板と前記基板上に
形成された金属を含む第１の珪素膜と、前記金属はその
最隣接原子間距離Dmが、珪素の最隣接原子間距離Dsiに
対して１．００≦Dm/Dsi≦１．２０であり、前記金属を
含む第１の珪素膜上に形成された第２の珪素膜であっ
て、記第２の珪素膜は少なくともハロゲンと水素を含
み、水素濃度は珪素に対して、０．０１％から３％原子
濃度であり、かつハロゲン元素濃度は珪素に対して０．
０１％から３％原子濃度としてもよい。この例では、金
属量が珪素膜との結合量により制限されることにより、
結晶性珪素膜の金属の拡散量を低減でき、薄型の薄膜ト
ランジスタに極めて有効である。In still another embodiment, the distance between the nearest neighbor atom Dm of the silicon and the first silicon film containing the metal formed on the substrate is the same as that of the first silicon film containing the metal. 1.00 ≦ Dm / Dsi ≦ 1.20, and a second silicon film formed on the first silicon film containing the metal, wherein the second silicon film has at least halogen and hydrogen. , The hydrogen concentration is 0.01% to 3% atomic concentration with respect to silicon, and the halogen element concentration is 0.1% with respect to silicon.
The atomic concentration may be from 01% to 3%. In this example, since the amount of metal is limited by the amount of bonding with the silicon film,
The amount of metal diffusion in the crystalline silicon film can be reduced, which is extremely effective for thin-film transistors.

【００１１】また別の実施形態は、基板と前記基板上に
形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された金属を
含む第１の珪素膜と、前記金属はその最隣接原子間距離
Dmが、珪素の最隣接原子間距離Dsiに対して１．００≦D
m/Dsi≦１．２０であり、前記金属を含む第１の珪素膜
上に形成された第２の珪素膜でであって、記第２の珪素
膜は少なくともハロゲンと水素を含み、水素濃度は珪素
に対して、０．０１％から３％原子濃度であり、かつハ
ロゲン元素濃度は珪素に対して０．０１％から３％原子
濃度としてもよい。珪素結晶核の形成に影響を与えるガ
ラス成分の鉛、あるいは硼素など不純物を低減でき珪素
結晶核の形成を促進でき、しかも金属量が珪素膜との結
合量により制限されることにより、結晶性珪素膜の金属
の拡散量を低減でき、薄型の薄膜トランジスタに極めて
有効な構成である。[0011] In another embodiment, a substrate, an insulating film formed on the substrate, a first silicon film containing a metal formed on the insulating film, and a metal having a distance between nearest neighbor atoms.
Dm is 1.00 ≦ D with respect to the distance Dsi between the nearest atoms of silicon.
m / Dsi ≦ 1.20, a second silicon film formed on the first silicon film containing the metal, wherein the second silicon film contains at least halogen and hydrogen, and has a hydrogen concentration of May be 0.01% to 3% atomic concentration with respect to silicon, and the halogen element concentration may be 0.01% to 3% atomic concentration with respect to silicon. Impurities such as lead or boron in the glass component that affect the formation of silicon crystal nuclei can be reduced, and the formation of silicon crystal nuclei can be promoted. In addition, since the amount of metal is limited by the amount of bonding with the silicon film, crystalline silicon can be reduced. This structure is very effective for thin thin film transistors because the amount of metal diffusion in the film can be reduced.

【００１２】また別の実施形態は、基板上に最隣接原子
間距離Dmが、珪素の最隣接原子間距離Dsiに対して１．
００≦Dm/Dsi≦１．２０である金属薄膜を成膜する工程
と、前記金属薄膜上に少なくともハロゲンと水素を含む
珪素膜を形成する工程とを含んでもよい。In another embodiment, the distance Dm between the nearest atoms on the substrate is 1.
The method may include forming a metal thin film satisfying 00 ≦ Dm / Dsi ≦ 1.20, and forming a silicon film containing at least halogen and hydrogen on the metal thin film.

【００１３】また別の実施形態は、基板上に絶縁膜を形
成する工程と、前記絶縁膜上に最隣接原子間距離Dmが、
珪素の最隣接原子間距離Dsiに対して１．００≦Dm/Dsi
≦１．２０である金属薄膜を形成する工程と、前記金属
薄膜上に少なくともハロゲンと水素を含む珪素膜を形成
する工程とを含んでもよい。In another embodiment, a step of forming an insulating film on a substrate and a step of forming a distance Dm between nearest neighbor atoms on the insulating film,
1.00 ≦ Dm / Dsi with respect to the distance Dsi between the nearest atoms of silicon
A step of forming a metal thin film satisfying ≦ 1.20 and a step of forming a silicon film containing at least halogen and hydrogen on the metal thin film may be included.

【００１４】本発明の実施形態によれば、珪素膜の膜厚
とともに結晶性が向上し、しかも金属元素の影響は、膜
厚とともに減少するため、膜厚約５００nm以上の領域に
チャネルが形成される薄膜トランジスタでは、オフ電流
の低い良好なスイッチング特性を実現できる。According to the embodiment of the present invention, the crystallinity is improved with the thickness of the silicon film, and the influence of the metal element is reduced with the thickness. Therefore, a channel is formed in a region having a thickness of about 500 nm or more. With such a thin film transistor, good switching characteristics with low off-state current can be realized.

【００１５】また別の実施形態は、基板上に非晶質珪素
膜を成膜し、係る珪素膜上に最隣接原子間距離Dmが、珪
素の最隣接原子間距離Dsiに対して１．００≦Dm/Dsi≦
１．２０である金属薄膜を成膜した後、４００℃から５
００℃の温度で、窒素雰囲気中でアニールを行い金属を
珪素膜に拡散させ、下地の珪素膜の表面近傍に金属を含
む第１の珪素膜を形成し、然る後に、王水で拡散以外の
金属薄膜を除去し、然る後に前記第１の珪素膜上に少な
くともハロゲンと水素を含む混合ガスを材料として気相
成長法で、珪素膜を成長し、珪素を含むガスとハロゲン
元素を含むガスの流量比を制御し、珪素膜の水素濃度を
珪素に対して、０．０１％から３％原子濃度、かつハロ
ゲン元素濃度を珪素に対して０．０１％から３％原子濃
度とすることにより、結晶性珪素膜を形成する。この例
では、プロセス温度が約５００℃ではあるが、ガラス基
板の歪温度は約７５０℃であるため適用可能であり、金
属量が珪素膜との結合量により制限されることにより、
結晶性珪素膜の金属の拡散量を低減でき、薄型結晶性珪
素膜の製造方法を提供できる。In another embodiment, an amorphous silicon film is formed on a substrate, and the distance Dm between the nearest atoms on the silicon film is 1.00 to the distance Dsi between the nearest atoms of silicon. ≦ Dm / Dsi ≦
After depositing a metal thin film of 1.20,
Annealing is performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 00 ° C. to diffuse the metal into the silicon film, to form a first silicon film containing the metal near the surface of the underlying silicon film. Then, a silicon film is grown on the first silicon film by a vapor phase growth method using a mixed gas containing at least halogen and hydrogen as a material, and the first silicon film contains a gas containing silicon and a halogen element. The gas flow ratio is controlled so that the hydrogen concentration of the silicon film is 0.01% to 3% atomic concentration with respect to silicon and the halogen element concentration is 0.01% to 3% atomic concentration with respect to silicon. As a result, a crystalline silicon film is formed. In this example, although the process temperature is about 500 ° C., it is applicable because the strain temperature of the glass substrate is about 750 ° C., and the amount of metal is limited by the amount of bonding with the silicon film.
The amount of metal diffusion in the crystalline silicon film can be reduced, and a method for manufacturing a thin crystalline silicon film can be provided.

【００１６】また別の実施形態は、基板上に予め絶縁膜
を形成し、然る後に非晶質珪素膜を成膜し、係る珪素膜
上に最隣接原子間距離Dmが、珪素の最隣接原子間距離Ds
iに対して１．００≦Dm/Dsi≦１．２０である金属薄膜
を成膜した後、４００℃から５００℃の温度で、窒素雰
囲気中でアニールを行い、金属を珪素膜に拡散させ珪素
膜に結晶核を形成し、然る後に、王水で拡散以外の表面
の金属薄膜を除去し、前記第１の珪素膜上に少なくとも
ハロゲンと水素を含む混合ガスを材料として気相成長法
で、第２の珪素膜を成長させる。珪素を含むガスとハロ
ゲン元素を含むガスの流量比を制御し、珪素膜の水素濃
度を珪素に対して、０．０１％から３％原子濃度、かつ
ハロゲン濃度を珪素に対して０．０１％から３％原子濃
度とすることにより、結晶性珪素膜を製造する。この実
施形態によれば、珪素結晶核の形成に影響を与えるガラ
ス成分の鉛、あるいは硼素など不純物を低減でき珪素結
晶核の形成を促進でき、しかも金属量が珪素膜との結合
量により制限されることにより、結晶性珪素膜の金属の
拡散量を低減でき、薄膜トランジスタに適用できる薄型
結晶性珪素膜の製造方法を提供できる。In still another embodiment, an insulating film is formed on a substrate in advance, and then an amorphous silicon film is formed. Interatomic distance Ds
After forming a metal thin film satisfying 1.00 ≦ Dm / Dsi ≦ 1.20 with respect to i, annealing is performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 400 ° C. to 500 ° C. to diffuse the metal into the silicon film, A crystal nucleus is formed in the film, and thereafter, the metal thin film on the surface other than the diffusion is removed with aqua regia, and a gas mixture containing at least halogen and hydrogen is used as a material on the first silicon film by a vapor growth method. Then, a second silicon film is grown. The flow rate ratio between the gas containing silicon and the gas containing a halogen element is controlled so that the hydrogen concentration of the silicon film is 0.01% to 3% atomic concentration with respect to silicon, and the halogen concentration is 0.01% with respect to silicon. The crystalline silicon film is manufactured by setting the atomic concentration to 3%. According to this embodiment, it is possible to reduce the impurities such as lead or boron in the glass component which affect the formation of the silicon crystal nucleus, to promote the formation of the silicon crystal nucleus, and to limit the amount of metal by the amount of bonding to the silicon film. Accordingly, the amount of metal diffusion in the crystalline silicon film can be reduced, and a method for manufacturing a thin crystalline silicon film applicable to a thin film transistor can be provided.

【００１７】また別の実施形態は、前記の薄膜トランジ
スタの応用であり、その構成は基板上に形成された最隣
接原子間距離Dmが、珪素の最隣接原子間距離Dsiに対し
て１．００≦Dm/Dsi≦１．２０である金属上に形成され
た珪素膜で、係る珪素膜は少なくとも水素とハロゲンを
含み、珪素膜の水素濃度を珪素に対して、０．０１％か
ら３％原子濃度、かつハロゲン濃度を珪素に対して０．
０１％から３％原子濃度であり、係る珪素膜を活性層と
し、前記珪素膜上にゲート絶縁膜とゲート電極が形成さ
れ、前記積層膜を挟んで対向する電極を形成する。この
例により厚膜の結晶性珪素膜を活性層とする高移動度薄
膜トランジスタを提供できる。Still another embodiment is an application of the above-mentioned thin film transistor, and the configuration is such that the distance Dm between the nearest atoms formed on the substrate is 1.00 ≦ the distance Dsi between the nearest atoms of silicon. A silicon film formed on a metal satisfying Dm / Dsi ≦ 1.20, wherein the silicon film contains at least hydrogen and halogen, and the hydrogen concentration of the silicon film is 0.01% to 3% atomic concentration with respect to silicon. , And a halogen concentration of 0.1 with respect to silicon.
The silicon film is an active layer having an atomic concentration of 01% to 3%, a gate insulating film and a gate electrode are formed on the silicon film, and electrodes facing each other with the laminated film interposed therebetween are formed. According to this example, a high mobility thin film transistor using a thick crystalline silicon film as an active layer can be provided.

【００１８】また別の実施形態は、基板上に形成された
最隣接原子間距離Dmが、珪素の最隣接原子間距離Dsiに
対して１．００≦Dm/Dsi≦１．２０である金属薄膜と前
記金属上に珪素と少なくとも水素とハロゲンと、Ｖ族あ
るいはIII族元素を含むドーピング珪素膜が形成され、
前記積層膜は対向形状を具備し、前記対向形状の積層膜
に少なくとも水素とハロゲンを含む珪素膜が形成され、
前記珪素膜の水素とハロゲンの含有量はともに０．０１
％から３％であり、前記珪素膜上にゲート絶縁膜が形成
され、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する。こ
れにより、金属は結晶性珪素膜の核形成の促進効果だけ
ではなく、電極として作用し、簡易な工程で安価な高易
度薄膜トランジスタを実現できる。Still another embodiment is directed to a metal thin film in which the distance Dm between the nearest atoms formed on the substrate is 1.00 ≦ Dm / Dsi ≦ 1.20 with respect to the distance Dsi between the nearest atoms of silicon. And a doped silicon film containing silicon, at least hydrogen, halogen, and a group V or group III element is formed on the metal,
The stacked film has a facing shape, a silicon film containing at least hydrogen and halogen is formed in the facing shape of the laminated film,
The hydrogen content and the halogen content of the silicon film are both 0.01
% To 3%, wherein a gate insulating film is formed on the silicon film, and a gate electrode is formed on the gate insulating film. As a result, the metal acts not only as an effect of promoting the nucleation of the crystalline silicon film but also as an electrode, thereby realizing an inexpensive high-easiness thin film transistor with a simple process.

【００１９】本発明の別の実施形態は、基板上に形成さ
れた珪素膜で、下地に金属薄膜と、金属薄膜を含み、係
る金属薄膜上に前記珪素膜は形成され、係る珪素膜は少
なくとも水素とハロゲンを含み、大面積が可能なガラス
基板上に低温で高性能な結晶性珪素膜を安価に実現でき
る。Another embodiment of the present invention is a silicon film formed on a substrate, including a metal thin film and a metal thin film as a base, wherein the silicon film is formed on the metal thin film, and the silicon film is at least A low-temperature, high-performance crystalline silicon film on a glass substrate containing hydrogen and halogen and having a large area can be realized at low cost.

【００２０】次に、別の実施形態は、基板上に形成され
た絶縁膜と絶縁膜上の金属薄膜と、前記金属薄膜上に形
成された珪素膜で、前記珪素膜は少なくともハロゲンと
水素を含み、絶縁膜を具備することにより珪素結晶核の
形成に影響を与えるガラス成分の鉛、あるいは硼素など
不純物の珪素膜への混入を抑制し、高性能な結晶性珪素
膜を実現できる。Next, another embodiment is an insulating film formed on a substrate, a metal thin film on the insulating film, and a silicon film formed on the metal thin film, wherein the silicon film contains at least halogen and hydrogen. Including the insulating film, it is possible to suppress the incorporation of impurities such as lead or boron in the glass component, which affect the formation of silicon crystal nuclei, into the silicon film, thereby realizing a high-performance crystalline silicon film.

【００２１】次に、別の実施形態は、基板上に第１の珪
素膜が形成され、第１の珪素膜の表面近傍には金属成分
が含まれ、前記第１の珪素膜の上に、第２の珪素膜が形
成され、前記第２の珪素膜は少なくとも水素とハロゲン
を含み、金属量が第１の珪素膜との結合量により制限さ
れるために、結晶性珪素膜の金属の拡散量を制限し、薄
型の高性能な結晶性珪素膜を実現できる。Next, in another embodiment, a first silicon film is formed on a substrate, a metal component is contained near a surface of the first silicon film, and a first silicon film is formed on the first silicon film. A second silicon film is formed, and the second silicon film contains at least hydrogen and halogen, and the amount of metal is limited by the amount of bonding with the first silicon film. By limiting the amount, a thin high-performance crystalline silicon film can be realized.

【００２２】また別の実施形態は、基板上に絶縁膜が形
成され、前記絶縁膜上に第１の珪素膜が形成され、前記
第１の珪素膜の表面近傍には金属成分が含まれ、前記第
１の珪素膜上に、第２の珪素膜が形成され、前記第２の
珪素膜は少なくとも水素とハロゲンを含み、ガラス基板
からの不純物を低減し、かつ結晶性珪素膜の金属の拡散
量を低減し、薄型の高性能な結晶性珪素膜を実現でき
る。In another embodiment, an insulating film is formed on a substrate, a first silicon film is formed on the insulating film, and a metal component is contained near a surface of the first silicon film; A second silicon film is formed on the first silicon film, the second silicon film contains at least hydrogen and halogen, reduces impurities from a glass substrate, and diffuses a metal of the crystalline silicon film. The amount can be reduced, and a thin, high-performance crystalline silicon film can be realized.

【００２３】別の実施形態は、金属はその金属元素の最
隣接原子間距離Dmが、珪素の最隣接原子間距離Dsiに対
して1．00≦Dm/Dsi≦1．20であり、下地の金属と珪素膜
の格子整合性を良好とすることにより、珪素結晶核の形
成を容易にさせ、高性能な結晶性珪素膜を実現できる。In another embodiment, the metal is such that the distance Dm between the nearest neighbors of the metal element is 1.00 ≦ Dm / Dsi ≦ 1.20 with respect to the distance Dsi between the nearest neighbors of silicon. By improving the lattice matching between the metal and the silicon film, formation of silicon crystal nuclei is facilitated, and a high-performance crystalline silicon film can be realized.

【００２４】次に、別の実施形態は、ハロゲンは少なく
ともフッ素、臭素、塩素のいずれか１つを含み、ハロゲ
ンにより、珪素膜の過剰で弱い不安定な結合の珪素や水
素を脱離させ、高品質な結晶性珪素膜を実現できる。Next, in another embodiment, the halogen contains at least one of fluorine, bromine and chlorine, and the halogen removes excessive weak and unstable bonds of silicon and hydrogen in the silicon film, A high-quality crystalline silicon film can be realized.

【００２５】次に、別の実施形態は珪素膜に含まれる水
素濃度は、０．０１％から３％原子濃度し、珪素膜の水
素濃度を制御することにより高品質な結晶性珪素膜を実
現できる。Next, another embodiment realizes a high-quality crystalline silicon film by controlling the hydrogen concentration of the silicon film by adjusting the hydrogen concentration of the silicon film to an atomic concentration of 0.01% to 3%. it can.

【００２６】次に別の実施形態は、珪素膜のハロゲン元
素濃度を０．０１％から３％原子濃度と、珪素膜のハロ
ゲン濃度を制御することにより高品質な結晶性珪素膜を
実現できる。Next, in another embodiment, a high-quality crystalline silicon film can be realized by controlling the halogen element concentration of the silicon film from 0.01% to 3% atomic concentration and controlling the halogen concentration of the silicon film.

【００２７】次に別の実施形態は、金属はニッケル（N
i）、コバルト（Co）、クロム（Cr）、鉄（Fe）、銅（C
u）、錫（Sn）、パナジウム（Pd）白金（Pt）、タング
ステン（W）の少なくとも１つの金属を含み、これらの
金属元素の最隣接原子間距離Dmは、珪素の最隣接原子間
距離Dsiに対して１．００≦Dm/Dsi≦１．２０を有し、
金属と珪素膜の格子整合性を良好とすることにより、珪
素結晶核の形成を容易にさせ、高性能な結晶性珪素膜を
実現できる。In another embodiment, the metal is nickel (N
i), cobalt (Co), chromium (Cr), iron (Fe), copper (C
u), tin (Sn), panadium (Pd), platinum (Pt), and tungsten (W), and the distance Dm between the nearest atoms of these metal elements is the distance Dsi between the nearest atoms of silicon. 1.00 ≦ Dm / Dsi ≦ 1.20,
By improving the lattice matching between the metal and the silicon film, formation of silicon crystal nuclei is facilitated, and a high-performance crystalline silicon film can be realized.

【００２８】次に別の実施形態は、絶縁膜は少なくとも
窒素かあるいは酸素を含み、これら成分を含む絶縁膜を
具備することにより珪素結晶核の形成に影響を与えるガ
ラス成分の鉛、あるいは硼素など不純物の珪素膜への混
入を抑制し、高性能な結晶性珪素膜を実現できる。Next, in another embodiment, the insulating film contains at least nitrogen or oxygen, and by providing an insulating film containing these components, a glass component such as lead or boron which affects the formation of silicon crystal nuclei is provided. Impurity is prevented from being mixed into the silicon film, and a high-performance crystalline silicon film can be realized.

【００２９】更に別の実施形態は、水素とハロゲンを含
む珪素膜の膜厚が０．０１〜２μｍの範囲であることが
好ましい。また、金属薄膜の膜厚が０．００１〜０．５
μｍの範囲であることが好ましい。In still another embodiment, the thickness of the silicon film containing hydrogen and halogen is preferably in the range of 0.01 to 2 μm. Further, the thickness of the metal thin film is 0.001 to 0.5.
It is preferably in the range of μm.

【００３０】次に別の実施形態は、基板上に金属薄膜を
形成する工程と、前記金属薄膜上に、少なくとも水素と
ハロゲンを含む珪素膜を形成する工程とを含み、大面積
が可能なガラス基板上に低温で高性能な結晶性珪素膜を
安価に製造できる。Next, another embodiment includes a step of forming a metal thin film on a substrate, and a step of forming a silicon film containing at least hydrogen and halogen on the metal thin film. A low-temperature, high-performance crystalline silicon film can be manufactured on a substrate at low cost.

【００３１】次に別の実施形態は、基板上に絶縁膜を形
成する工程と、前記絶縁膜上に金属薄膜を形成する工程
と、前記金属薄膜上に、少なくとも水素とハロゲンを含
む珪素膜を形成する工程を含み、ガラス基板からの不純
物を低減し、薄型の高性能な結晶性珪素膜を製造でき
る。Next, another embodiment includes a step of forming an insulating film on a substrate, a step of forming a metal thin film on the insulating film, and a step of forming a silicon film containing at least hydrogen and halogen on the metal thin film. Including a forming step, impurities from a glass substrate can be reduced, and a thin, high-performance crystalline silicon film can be manufactured.

【００３２】次に別の実施形態は、基板上に第１の珪素
膜を形成する工程と、前記第１の珪素膜に金属を含む領
域を形成する工程と、前記金属薄膜を含み、少なくとも
水素とハロゲンを含む第２の珪素膜を形成する工程を含
み、金属量が第１の珪素膜との結合量により制限される
ために、結晶性珪素膜の金属の拡散量を制限し、薄型の
高性能な結晶性珪素膜を製造できる。Next, in another embodiment, a step of forming a first silicon film on a substrate, a step of forming a region containing a metal in the first silicon film, Forming a second silicon film containing silicon and halogen. Since the amount of metal is limited by the amount of bonding with the first silicon film, the amount of metal diffusion in the crystalline silicon film is limited. A high-performance crystalline silicon film can be manufactured.

【００３３】次に別の実施形態は、基板上に絶縁膜を形
成する工程と、前記絶縁膜上に第１の珪素膜を形成する
工程と、前記第１の珪素膜に金属を含む領域を形成する
工程と、前記金属薄膜を含み、少なくとも水素とハロゲ
ンを含む第２の珪素膜を形成する工程を含み、珪素結晶
核の形成に影響を与えるガラス成分の鉛、あるいは硼素
など不純物を低減でき珪素結晶核の形成を促進でき、し
かも金属量が珪素膜との結合量により制限されることに
より、結晶性珪素膜の金属の拡散量を低減でき、薄型の
高性能な結晶性珪素膜を製造できる。Next, in another embodiment, a step of forming an insulating film on a substrate, a step of forming a first silicon film on the insulating film, and a step of forming a region containing a metal in the first silicon film are performed. And forming a second silicon film containing at least hydrogen and halogen, including the metal thin film, and can reduce impurities such as lead or boron of a glass component which affects formation of silicon crystal nuclei. Since the formation of silicon crystal nuclei can be promoted, and the amount of metal is limited by the amount of bonding to the silicon film, the amount of metal diffusion in the crystalline silicon film can be reduced, and a thin, high-performance crystalline silicon film can be manufactured. it can.

【００３４】次に別の実施形態は、金属薄膜成膜後熱処
理を行い、第１の珪素膜に金属を含む領域を形成し、然
る後に表面の金属をエッチングする工程を含むことによ
り、金属量を第１の珪素膜との結合量により結晶性珪素
膜の金属の拡散量を制限し、薄型の高性能な結晶性珪素
膜を製造できる。Next, another embodiment includes a step of performing a heat treatment after forming a metal thin film, forming a region containing a metal in the first silicon film, and then etching the metal on the surface. The amount of diffusion of the metal in the crystalline silicon film is limited by the amount of bonding with the first silicon film, and a thin, high-performance crystalline silicon film can be manufactured.

【００３５】別の実施形態は、第１の珪素膜が非晶質珪
素膜であることにより、第１の非晶質珪素膜上に金属薄
膜を形成し、熱処理することにより金属を珪素膜に拡散
させ、金属量を珪素膜との結合量により制限し、薄型の
高性能な結晶性珪素膜を製造できる。In another embodiment, the first silicon film is an amorphous silicon film, a metal thin film is formed on the first amorphous silicon film, and the metal is changed to the silicon film by heat treatment. By diffusion, the amount of metal is limited by the amount of bonding to the silicon film, and a thin, high-performance crystalline silicon film can be manufactured.

【００３６】別の実施形態は、熱処理工程は４００℃か
ら５００℃であることにより、金属を第１の珪素膜表面
に拡散させ、金属量を珪素膜との結合量により制限し、
薄型の高性能な結晶性珪素膜を製造できる。In another embodiment, the heat treatment step is performed at a temperature of 400 ° C. to 500 ° C., so that the metal is diffused on the surface of the first silicon film, and the amount of the metal is limited by the amount of bonding with the silicon film.
A thin, high-performance crystalline silicon film can be manufactured.

【００３７】別の実施形態は、珪素膜を活性層とし、然
る後に絶縁膜を形成することにより、高速な薄膜トラン
ジスタを製造できある。In another embodiment, a high-speed thin film transistor can be manufactured by using a silicon film as an active layer and then forming an insulating film.

【００３８】別の実施形態は、基板上に形成された金属
薄膜と前記金属上に珪素と少なくとも水素とハロゲン
と、Ｖ族あるいはIII族元素を含むドーピング珪素膜が
形成され、前記積層膜は対向形状を具備し、前記対向形
状積層膜に珪素と少なくとも水素とハロゲンを含む珪素
膜の電極を形成することにより、金属薄膜は、結晶性薄
膜の促進効果だけではなく、電極として作用し、簡易な
工程で安価な高移動度薄膜トランジスタを実現できる。
前記においてＶ族元素は、リン（P）、砒素（As）、ア
ンチモンのいずれか１種であり、結晶性珪素膜を活性層
とするｎチャネル薄膜トランジスタのソース・ドレイン
電極においてオーミック接触を改善し、しかもソース・
ドレイン電極上に結晶核を形成し、係る結晶核より、基
板に平行な方向に結晶性珪素膜を成長させることによ
り、大面積基板上に高移動度薄膜トランジスタを安価に
実現できる。またIII族元素は、硼素（B）、インジウム
（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）のいずれか１種であり、結
晶性珪素膜を活性層とするｐチャネル薄膜トランジスタ
のソース・ドレイン電極においてオーミック接触を改善
し、しかもソース・ドレイン電極上に結晶核を形成し、
係る結晶核より、基板に平行な方向に結晶性珪素膜を成
長させることにより、大面積基板上に高移動度薄膜トラ
ンジスタを安価に実現できる。In another embodiment, a metal thin film formed on a substrate and a doped silicon film containing silicon, at least hydrogen, halogen, and a group V or group III element are formed on the metal, and the laminated film is opposed to the laminated film. By forming an electrode of a silicon film containing silicon, at least hydrogen and halogen on the opposed-shape laminated film, the metal thin film not only has an effect of promoting the crystalline thin film but also acts as an electrode, and has a simple shape. An inexpensive high mobility thin film transistor can be realized in the process.
In the above, the group V element is any one of phosphorus (P), arsenic (As), and antimony, and improves ohmic contact at source / drain electrodes of an n-channel thin film transistor having a crystalline silicon film as an active layer; And the source
By forming a crystal nucleus on the drain electrode and growing a crystalline silicon film from the crystal nucleus in a direction parallel to the substrate, a high-mobility thin film transistor on a large-area substrate can be realized at low cost. The group III element is one of boron (B), indium (In), and gallium (Ga), and improves ohmic contact at the source / drain electrodes of a p-channel thin film transistor having a crystalline silicon film as an active layer. And form crystal nuclei on the source / drain electrodes,
By growing a crystalline silicon film in a direction parallel to the substrate from such a crystal nucleus, a high mobility thin film transistor can be realized on a large-area substrate at low cost.

【００３９】別の実施形態は、金属はニッケル（Ni）、
コバルト（Co）、クロム（Cr）、鉄（Fe）、銅（Cu）、
錫（Sn）、パナジウム（Pd）白金（Pt）、タングステン
（W）の少なくとも１つの金属を含み、これらの金属元
素の最隣接原子間距離Dmは、珪素の最隣接原子間距離Ds
iに対して１．００≦Dm/Dsi≦１．２０を有し、金属と
珪素膜の格子整合性を良好とすることにより、珪素結晶
核の形成を容易にならしめ、高性能な結晶性珪素膜を成
長し、大面積基板上に高移動度薄膜トランジスタを安価
に実現できる。In another embodiment, the metal is nickel (Ni),
Cobalt (Co), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu),
It contains at least one metal of tin (Sn), panadium (Pd), platinum (Pt), and tungsten (W), and the distance Dm between the nearest atoms of these metal elements is the distance Ds between the nearest atoms of silicon.
It has 1.00 ≦ Dm / Dsi ≦ 1.20 with respect to i, and improves the lattice matching between the metal and the silicon film, thereby facilitating the formation of silicon crystal nuclei and achieving high-performance crystallinity. By growing a silicon film, a high mobility thin film transistor can be realized on a large area substrate at low cost.

【００４０】[0040]

【実施例】以下実施例を用いて本発明をさらに具体的に
説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定して解釈
されるものではない。The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. The present invention is not construed as being limited to the following examples.

【００４１】[実施例１]図1（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説
明する。半導体基板、石英基板、あるいはガラス基板１
上に（図1（Ａ））、スパッタ蒸着法、あるいは、電子
ビーム蒸着法、あるいは抵抗加熱蒸着法により、最隣接
原子間距離Dmが、珪素の最隣接原子間距離Dsiに対して
１．００≦Dm/Dsi≦１．２０である膜厚１０nmの金属薄
膜２を成膜した（図1（Ｂ））。[Embodiment 1] A description will be given with reference to FIGS. 1 (A) to 1 (C). Semiconductor substrate, quartz substrate, or glass substrate 1
As shown in FIG. 1 (A), the distance Dm between the nearest neighbors is 1.00 to the distance Dsi between the nearest neighbors of silicon by a sputter deposition method, an electron beam deposition method, or a resistance heating deposition method. A metal thin film 2 having a thickness of 10 nm satisfying ≦ Dm / Dsi ≦ 1.20 was formed (FIG. 1B).

【００４２】金属元素として上記条件を満たす金属を表
１に示す。Table 1 shows metals satisfying the above conditions as metal elements.

【００４３】[0043]

【表１】 [Table 1]

【００４４】これらの金属は、結晶の珪素と最近接原子
間距離が近いために堆積される珪素との境界で格子不整
合による歪が少なく結晶核形成を促進する効果を有して
いた。前記金属膜上に、珪素と少なくともハロゲンと水
素を含む混合ガス、例えば、シラン（ＳｉＨ₄）あるい
は、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）と４弗化珪素（ＳｉＦ₄）を
含む混合ガスを用いてプラズマ気相成長法により珪素膜
３を膜厚２μｍで成膜した（図1（Ｃ））。より具体的
には基板温度２５０℃、高周波電力密度０．３Ｗ／ｃｍ
²で結晶性珪素膜を実現できた。ここで、ハロゲン元素
を含む４弗化珪素（ＳｉＦ₄）は、高周波放電中の電子
により放電分解され、活性弗素、活性３弗化珪素とな
り、珪素膜中の弱い結合の水素や、正規の位置にない珪
素を脱離した。そのため、珪素の安定構造が構築され、
結晶性珪素膜を実現できることを発明者は見い出した。
結晶性珪素膜の評価法としては、Ｘ線回折、ラマン分光
法が知られている。Ｘ線回折法は、膜厚が１０００ｎｍ
以下の薄い膜に関しては感度が悪く、１０００ｎｍ以下
の珪素膜に対しては後者のラマン分光法が結晶性珪素膜
の結晶化率を判断するのには有効である。図２に結晶性
珪素膜のラマン分光スペクトルを示す。横軸は、ラマン
シフト量であり、縦軸は強度を示す。結晶珪素は、５２
０ｃｍ^-1に急峻なピークを持ち、一方非晶質珪素は４８
０ｃｍ^-1にブロードなピークを持つことは知られてい
る。結晶珪素のラマンシフトのピーク強度Ｉ（５２０）
と非晶質珪素のラマンシフトのピーク強度Ｉ（４８０）
とするとき、下記数１に示すような算出方法で、珪素の
結晶化率を定義している。 (数1) 結晶化率＝[ピーク強度Ｉ(520)]/[ピーク強度Ｉ(520)+
ピーク強度Ｉ(480)] プラズマ気相成膜条件を制御し、例えば、４弗化珪素
（ＳｉF₄）を５ＳＣＣＭと固定し、シラン(ＳｉＨ₄)お
よび水素（Ｈ₂）のガス流量を変え、珪素膜の水素濃度
を０．０００１％原子濃度から１０%原子濃度とすると
きの結晶化率を図３に示す。図３のように、珪素膜の水
素濃度を０．０１％から３％原子濃度のとき結晶化率は
０．８以上となることを見い出した。一方、シラン（Ｓ
ｉＨ₄）を１ＳＣＣＭ、水素を２００ＳＣＣＭとすると
き、４弗化珪素のガス流量を０．０１ＳＣＣＭから１０
０ＳＣＣＭと変化させ珪素膜の濃度を０．０００１％原
子濃度から１０%原子濃度とするときの結晶化率を図４
に示す。These metals have an effect of promoting crystal nucleation with little distortion due to lattice mismatch at the boundary between silicon of the crystal and silicon deposited because the distance between the nearest atoms is short. Plasma is formed on the metal film by using a mixed gas containing silicon, at least halogen and hydrogen, for example, a mixed gas containing silane (SiH ₄ ) or disilane (Si ₂ H ₆ ) and silicon tetrafluoride (SiF ₄ ). A silicon film 3 was formed to a thickness of 2 μm by a vapor phase growth method (FIG. 1C). More specifically, the substrate temperature is 250 ° C., and the high frequency power density is 0.3 W / cm.
^{2. A} crystalline silicon film was realized in ² . Here, silicon tetrafluoride (SiF ₄ ) containing a halogen element is discharge-decomposed by electrons in a high-frequency discharge, becomes active fluorine and active silicon trifluoride, and has weak bonding hydrogen in the silicon film and a normal position. Silicon that did not exist was desorbed. Therefore, a stable structure of silicon is built,
The inventor has found that a crystalline silicon film can be realized.
X-ray diffraction and Raman spectroscopy are known as methods for evaluating a crystalline silicon film. According to the X-ray diffraction method, the film thickness is 1000 nm.
The sensitivity is poor for the following thin films, and the latter Raman spectroscopy is effective for judging the crystallization ratio of the crystalline silicon film for the silicon film of 1000 nm or less. FIG. 2 shows a Raman spectrum of the crystalline silicon film. The horizontal axis indicates the amount of Raman shift, and the vertical axis indicates the intensity. The crystalline silicon is 52
0 cm ^-1 has a sharp peak, while amorphous silicon has a peak of 48 cm ^-1.
It is known to have a broad peak at 0 cm ^-1 . Raman shift peak intensity I (520) of crystalline silicon
And Raman shift peak intensity I of amorphous silicon (480)
In this case, the crystallization ratio of silicon is defined by a calculation method as shown in Expression 1 below. (Equation 1) Crystallization rate = [Peak intensity I (520)] / [Peak intensity I (520) +
Peak intensity I (480)] The plasma vapor deposition conditions were controlled, for example, silicon tetrafluoride (SiF ₄ ) was fixed at 5 SCCM, and the gas flow rates of silane (SiH ₄ ) and hydrogen (H ₂ ) were changed. FIG. 3 shows the crystallization ratio when the hydrogen concentration of the silicon film is changed from 0.0001% atomic concentration to 10% atomic concentration. As shown in FIG. 3, it has been found that the crystallization ratio is 0.8 or more when the hydrogen concentration of the silicon film is 0.01% to 3% atomic concentration. On the other hand, silane (S
When iH ₄ ) is 1 SCCM and hydrogen is 200 SCCM, the gas flow rate of silicon tetrafluoride is changed from 0.01 SCCM to 10 SCCM.
FIG. 4 shows the crystallization ratio when the concentration of the silicon film is changed from 0.0001% atomic concentration to 10% atomic concentration by changing the concentration to 0 SCCM.
Shown in

【００４５】図４のように、珪素膜のハロゲン元素であ
る弗素濃度を０．０１％原子濃度から３％原子濃度とす
るとき結晶化率は０．８以上となることを見い出した。
本発明では、シラン（ＳｉＨ₄）を用いて説明したが、
ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）でも、同様の結晶性珪素膜を実現
できた。As shown in FIG. 4, it has been found that when the concentration of fluorine, which is a halogen element in the silicon film, is changed from 0.01% atomic concentration to 3% atomic concentration, the crystallization ratio becomes 0.8 or more.
The present invention has been described using silane (SiH ₄ ).
A similar crystalline silicon film could be realized with disilane (Si ₂ H ₆ ).

【００４６】また、ハロゲンガスとしては、シリコン系
ハロゲンガスが望ましく、４弗化珪素（ＳｉＦ₄）の他
に、３弗化塩素（ＣｌＦ₃）、ジクロロシラン（ＳｉＨ₂
Ｃｌ₂）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ₃）、４塩化珪
素（ＳｉＣｌ₄）でも４弗化珪素（ＳｉＦ₄）と同様の効
果を有していた。シリコン系ハロゲンガス以外のハロゲ
ン化合物では、珪素膜にハロゲン元素以外の元素が残存
し、捕獲準位を形成し移動度の劣化をもたらす。As the halogen gas, a silicon-based halogen gas is desirable, and in addition to silicon tetrafluoride (SiF ₄ ), chlorine trifluoride (ClF ₃ ), dichlorosilane (SiH ₂₎
Cl ₂ ), trichlorosilane (SiHCl ₃ ) and silicon tetrachloride (SiCl ₄ ) also had the same effect as silicon tetrafluoride (SiF ₄ ). In a halogen compound other than the silicon-based halogen gas, an element other than the halogen element remains in the silicon film, forming a trap level and deteriorating the mobility.

【００４７】[実施例２]図５（Ａ）〜（Ｄ）を用いて説
明する。半導体基板、石英基板、あるいはガラス基板１
上に（図５（Ａ））、電気絶縁膜４を堆積した（図５
（Ｂ））。絶縁膜４は、珪素結晶核の形成に影響を与え
るガラス成分の鉛、あるいは硼素など不純物を低減でき
るという効果を有していた。絶縁膜としては、窒化珪素
膜（ＳｉＮ）、あるいは酸化窒素珪素膜（ＳｉＯＮ）、
または二酸化珪素膜（ＳｉＯ₂）を用いた。窒化珪素膜
（ＳｉＮ）は、たとえばシラン（ＳｉＨ₄）、アンモニ
ア（ＮＨ₃）、窒素（Ｎ₂）を含む混合ガスを用いてプラ
ズマ気相成長法により成膜した。例えば窒化珪素膜の成
膜条件としては、シラン（ＳｉＨ₄）流量５０ＳＣＣ
Ｍ、アンモニア（ＮＨ₃）流量１００ＳＣＣＭ、窒素
（Ｎ₂）流量５０ＳＣＣＭで、基板温度３００℃、高周
波電力０．５Ｗ／ｃｍ²で約３００ｎｍの膜厚に成膜し
た。絶縁膜として酸化窒素珪素膜（ＳｉＯＮ）は、シラ
ン（ＳｉＨ₄）流量３０ＳＣＣＭ、亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）
流量２０ＳＣＣＭ、アンモニア（ＮＨ₃）流量３０ＳＣ
ＣＭで基板温度３００℃、高周波電力０．３Ｗ／ｃｍ²
で約３００ｎｍの膜厚で成膜した。二酸化珪素膜の場合
は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）流量１００ＳＣ
ＣＣＭ、酸素（Ｏ₂）流量１０ＳＣＣＭ、基板温度３５
０℃、高周波電力密度０．２Ｗ／ｃｍ²で約３００ｎｍ
の膜厚で成膜した。[Embodiment 2] A description will be given with reference to FIGS. 5 (A) to 5 (D). Semiconductor substrate, quartz substrate, or glass substrate 1
On top (FIG. 5A), an electrical insulating film 4 was deposited (FIG. 5A).
(B)). The insulating film 4 has an effect that impurities such as glass component lead or boron which affect formation of silicon crystal nuclei can be reduced. As an insulating film, a silicon nitride film (SiN) or a silicon oxide nitrogen film (SiON),
Alternatively, a silicon dioxide film (SiO ₂ ) was used. The silicon nitride film (SiN) was formed by a plasma vapor deposition method using a mixed gas containing, for example, silane (SiH ₄ ), ammonia (NH ₃ ), and nitrogen (N ₂ ). For example, the conditions for forming the silicon nitride film include a silane (SiH ₄ ) flow rate of 50 SCC.
M, a film thickness of about 300 nm was formed at a substrate temperature of 300 ° C. and a high frequency power of 0.5 W / cm ² at an ammonia (NH ₃ ) flow rate of 100 SCCM and a nitrogen (N ₂ ) flow rate of 50 SCCM. As an insulating film, a silicon oxide silicon oxide film (SiON) has a silane (SiH ₄ ) flow rate of 30 SCCM and nitrous oxide (N ₂ O).
Flow rate 20 SCCM, ammonia (NH ₃ ) flow rate 30 SC
Substrate temperature 300 ° C, high frequency power 0.3W / cm ^{2 in} CM
To form a film having a thickness of about 300 nm. In the case of a silicon dioxide film, the flow rate of tetraethoxysilane (TEOS) is 100 SC.
CCM, oxygen (O ₂ ) flow rate 10 SCCM, substrate temperature 35
Approx. 300 nm at 0 ° C. and high frequency power density of 0.2 W / cm ²
With a film thickness of

【００４８】次に絶縁膜４上に、前述の実施例１と同様
な工程で、金属薄膜２（図５（Ｃ））と珪素膜３を形成
することにより結晶性珪素膜を実現できた（図５
（Ｄ））。Next, a crystalline silicon film can be realized by forming a metal thin film 2 (FIG. 5C) and a silicon film 3 on the insulating film 4 in the same process as in the first embodiment (FIG. 5C). FIG.
(D)).

【００４９】[実施例３]図６（Ａ）〜（Ｆ）を用いて説
明する。ガラス基板１に（図６（Ａ））、非晶質珪素膜
５を気相成長法により約３０ｎｍの膜厚に堆積した（図
６（Ｂ））。膜条件としては、例えばシラン（Ｓｉ
Ｈ₄）流量３０ＳＣＣＭ、基板温度２５０℃、高周波電
力密度０．１Ｗ／ｃｍ²であった。[Embodiment 3] Description will be made with reference to FIGS. 6 (A) to 6 (F). An amorphous silicon film 5 was deposited on a glass substrate 1 (FIG. 6A) to a thickness of about 30 nm by a vapor phase growth method (FIG. 6B). As the film conditions, for example, silane (Si
H ₄ ) The flow rate was 30 SCCM, the substrate temperature was 250 ° C., and the high frequency power density was 0.1 W / cm ² .

【００５０】次にスパッタ蒸着法または電子ビーム蒸着
法、または抵抗加熱蒸着法により、最隣接原子間距離Dm
が、珪素の最隣接原子間距離Dsiに対して１．００≦Dm/
Dsi≦１．２０である約１０ｎｍの膜厚の金属薄膜２を
成膜した（図６（Ｃ））。Next, the distance Dm between the nearest neighbor atoms is determined by sputtering evaporation, electron beam evaporation, or resistance heating evaporation.
Is 1.00 ≦ Dm /
A metal thin film 2 having a thickness of about 10 nm with Dsi ≦ 1.20 was formed (FIG. 6C).

【００５１】然る後に、基板温度４５０℃で、約８時間
熱処理を行った。望ましくは、窒素雰囲気で常圧の熱処
理がよかった。この熱処理を行うことにより各金属の拡
散定数に応じて非晶質珪素膜に金属が拡散し、金属によ
っては、珪素との合金（シリサイド）６が形成できた
（図６（Ｄ））。次に珪素に含まれない過剰な金属２を
エッチングにより除去した。こうして第１の珪素膜７が
形成できた（図６（Ｅ））。この工程では、第１の珪素
膜に含まれる金属のみ結晶核形成に寄与するので、後述
の第２の珪素膜８への前記金属の拡散を低減できた。Thereafter, heat treatment was performed at a substrate temperature of 450 ° C. for about 8 hours. Desirably, a heat treatment at normal pressure in a nitrogen atmosphere was preferred. By performing this heat treatment, the metal diffused into the amorphous silicon film according to the diffusion constant of each metal, and depending on the metal, an alloy (silicide) 6 with silicon could be formed (FIG. 6D). Next, excess metal 2 not contained in silicon was removed by etching. Thus, the first silicon film 7 was formed (FIG. 6E). In this step, only the metal contained in the first silicon film contributes to the formation of crystal nuclei, so that the diffusion of the metal into the second silicon film 8 described below could be reduced.

【００５２】次に、前記第１の珪素膜７上に、珪素と少
なくともハロゲンと水素を含む混合ガス、例えば、シラ
ン（ＳｉＨ₄）あるいは、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）と４弗
化珪素（ＳｉＦ₄）を含む混合ガスを用いてプラズマ気
相成長法により第２の珪素膜８を膜厚１００ｎｍで成膜
した（図６（Ｆ））。より具体的には基板温度２５０
℃、高周波電力密度０．３Ｗ／ｃｍ²とすると、第１の
珪素膜に含まれる金属の最近接原子間距離に応じた結晶
核から、膜厚方向に結晶粒を成長できた。本実施例で
は、実施例１に比べ工程数は増えるものの、金属量を制
限できるために薄型薄膜トランジスタ、センサーなど薄
型機能デバイスの作製に極めて有効であった。Next, a mixed gas containing silicon, at least halogen and hydrogen, for example, silane (SiH ₄ ) or disilane (Si ₂ H ₆ ) and silicon tetrafluoride (SiF) is formed on the first silicon film 7. _A second silicon film 8 having a thickness of 100 nm was formed by a plasma vapor deposition method using a mixed gas containing ₄ ) (FIG. 6F). More specifically, the substrate temperature 250
When the temperature and the high-frequency power density were 0.3 W / cm ² , crystal grains could be grown in the film thickness direction from crystal nuclei corresponding to the distance between the nearest atoms of the metal contained in the first silicon film. In the present embodiment, although the number of steps is increased as compared with the first embodiment, the amount of metal can be limited, so that it was extremely effective for manufacturing thin functional devices such as thin thin film transistors and sensors.

【００５３】[実施例４]図７（Ａ）〜（Ｇ）を用いて説
明する。半導体基板、石英基板、あるいはガラス基板１
上に（図７（Ａ））、電気絶縁膜４を堆積した（図７
（Ｂ））。絶縁膜４は、珪素結晶核の形成に影響を与え
るガラス成分の鉛、あるいは硼素など不純物を低減でき
るという効果を有する。絶縁膜４としては、窒化珪素膜
（ＳｉＮ）、あるいは酸化窒素珪素膜（ＳｉＯＮ）、ま
たは二酸化珪素膜（ＳｉＯ₂）を用いることができる。
窒化珪素膜（ＳｉＮ）は、たとえばシラン（Ｓｉ
Ｈ₄）、アンモニア（ＮＨ₃）、窒素（Ｎ₂）を含む混合
ガスを用いてプラズマ気相成長法により成膜した。例え
ば成膜条件としては、シラン（ＳｉＨ₄）流量５０ＳＣ
ＣＭ、アンモニア（ＮＨ₃）流量１００ＳＣＣＭ、窒素
（Ｎ₂）流量５０ＳＣＣＭで、基板温度３００℃、高周
波電力０．３Ｗ／ｃｍ²で約３００ｎｍの膜厚に成膜し
た。絶縁膜４として酸化窒素珪素膜（ＳｉＯＮ）は、シ
ラン（ＳｉＨ₄）流量３０ＳＣＣＭ、亜酸化窒素（Ｎ
₂Ｏ）流量２０ＳＣＣＭ、アンモニア（ＮＨ₃）流量３０
ＳＣＣＭで基板温度３００℃、高周波電力０．３Ｗ／ｃ
ｍ²で約３００ｎｍの膜厚に成膜した。二酸化珪素膜の
場合は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）流量１００
ＳＣＣＣＭ、酸素（Ｏ₂）流量１０ＳＣＣＭ、基板温度
３５０℃、高周波電力密度０．２Ｗ／ｃｍ²で約３００
ｎｍの膜厚に成膜した。[Embodiment 4] Description will be made with reference to FIGS. 7 (A) to 7 (G). Semiconductor substrate, quartz substrate, or glass substrate 1
On top (FIG. 7A), an electrical insulating film 4 was deposited (FIG. 7A).
(B)). The insulating film 4 has an effect that impurities such as lead or boron as a glass component that affects the formation of silicon crystal nuclei can be reduced. As the insulating film 4, a silicon nitride film (SiN), a silicon nitride oxide film (SiON), or a silicon dioxide film (SiO ₂ ) can be used.
The silicon nitride film (SiN) is made of, for example, silane (Si
A film was formed by a plasma vapor deposition method using a mixed gas containing H ₄ ), ammonia (NH ₃ ), and nitrogen (N ₂ ). For example, as a film forming condition, a silane (SiH ₄ ) flow rate of 50 SC
The film was formed to a thickness of about 300 nm at a substrate temperature of 300 ° C. and a high frequency power of 0.3 W / cm ² at a flow rate of CM, ammonia (NH ₃ ) flow rate of 100 SCCM, and nitrogen (N ₂ ) flow rate of 50 SCCM. As the insulating film 4, a silicon oxide (SiON) film is formed of a silane (SiH ₄ ) having a flow rate of 30 SCCM and a nitrous oxide (N).
₂ O) flow rate 20 SCCM, ammonia (NH ₃ ) flow rate 30
SCCM substrate temperature 300 ℃, high frequency power 0.3W / c
The film was formed to a thickness of about 300 nm at m ² . In the case of a silicon dioxide film, tetraethoxysilane (TEOS) flow rate 100
SCCCM, oxygen (O ₂ ) flow rate 10 SCCM, substrate temperature 350 ° C., high frequency power density 0.2 W / cm ² , about 300
The film was formed to a thickness of nm.

【００５４】次に、前記絶縁膜４上に、非晶質珪素膜５
を気相成長法により約３０ｎｍ堆積した（図７
（Ｃ））。成膜条件としては、例えばシラン（Ｓｉ
Ｈ₄）流量３０ＳＣＣＭ、基板温度２５０℃、高周波電
力密度０．１Ｗ／ｃｍ²であった。次に、スパッタ蒸着
法、あるいは、電子ビーム蒸着法、あるいは抵抗加熱蒸
着法により、最隣接原子間距離Dmが、珪素の最隣接原子
間距離Dsiに対して１．００≦Dm/Dsi≦１．２０である
約１０ｎｍの膜厚の金属薄膜２を成膜した。Next, an amorphous silicon film 5 is formed on the insulating film 4.
Was deposited to a thickness of about 30 nm by a vapor deposition method (FIG. 7).
(C)). As the film forming conditions, for example, silane (Si
H ₄ ) The flow rate was 30 SCCM, the substrate temperature was 250 ° C., and the high frequency power density was 0.1 W / cm ² . Next, by a sputter deposition method, an electron beam deposition method, or a resistance heating deposition method, the distance Dm between the nearest atoms is 1.00 ≦ Dm / Dsi ≦ 1 with respect to the distance Dsi between the nearest atoms of silicon. A metal thin film 2 having a thickness of about 10 nm, which is 20, was formed.

【００５５】然る後に、基板温度４５０℃で、約８時間
熱処理を行った。望ましくは窒素雰囲気中、常圧の熱処
理がよい。この熱処理を行うことにより各金属の拡散定
数に応じて非晶質珪素膜に金属が拡散し、金属によって
は、珪素との合金（シリサイド）６が形成された（図７
（Ｅ））。次に珪素に含まれない過剰な金属をエッチン
グにより除去した。こうして第１の珪素膜７が形成でき
た（図７（Ｆ））。この工程では、第１の珪素膜７に含
まれる金属のみ結晶核形成に寄与するので、後述の第２
の珪素膜８への前記金属の拡散を低減できた。Thereafter, a heat treatment was performed at a substrate temperature of 450 ° C. for about 8 hours. Desirably, heat treatment at normal pressure in a nitrogen atmosphere is performed. By performing this heat treatment, the metal diffuses into the amorphous silicon film in accordance with the diffusion constant of each metal, and depending on the metal, an alloy (silicide) 6 with silicon is formed (FIG. 7).
(E)). Next, excess metal not included in silicon was removed by etching. Thus, the first silicon film 7 was formed (FIG. 7F). In this step, only the metal contained in the first silicon film 7 contributes to the formation of crystal nuclei.
The diffusion of the metal into the silicon film 8 was reduced.

【００５６】次に、前記第１の珪素膜７上に、珪素と少
なくともハロゲンと水素を含む混合ガス、例えば、シラ
ン（ＳｉＨ₄）あるいは、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）と４弗
化珪素（ＳｉＦ₄）を含む混合ガスを用いてプラズマ気
相成長法により第２の珪素膜８を成膜した（図７
（Ｇ））。より具体的には、基板温度２５０℃、高周波
電力密度０．３Ｗ／ｃｍ²から０．５Ｗ／ｃｍ²とする
と、第１の珪素膜に含まれる金属の最近接原子間距離に
応じた結晶核から、膜厚方向に結晶粒を成長できた。本
実施例では、実施例３より工程はさらに増えるものの、
基板上に絶縁膜を設けることによりガラス成分の不純物
の珪素膜への混入を抑制でき、さらに薄型機能デバイス
作製により有効であった。Next, a mixed gas containing silicon, at least halogen and hydrogen, for example, silane (SiH ₄ ) or disilane (Si ₂ H ₆ ) and silicon tetrafluoride (SiF) is formed on the first silicon film 7. The second silicon film 8 was formed by a plasma vapor deposition method using a mixed gas containing ₄ ).
(G)). More specifically, when the substrate temperature is 250 ° C. and the high-frequency power density is from 0.3 W / cm ² to 0.5 W / cm ² , the crystal nuclei corresponding to the distance between the nearest atoms of the metal contained in the first silicon film are formed. As a result, crystal grains could be grown in the film thickness direction. In this embodiment, although the number of steps is further increased as compared with the embodiment 3,
By providing an insulating film on the substrate, the contamination of the glass component impurities into the silicon film could be suppressed, and this was more effective for producing a thin functional device.

【００５７】[実施例５]図８に本発明を用いた機能デバ
イスとしてスタガード型薄膜トランジスタの構成への実
施例の構成を示す。一般にスタガード型薄膜トランジス
タは、逆スタガード型薄膜トランジスタ（図示せず）に
比べて作製マスク数が少なくしたがって作製が容易であ
るという特徴がある。[Embodiment 5] FIG. 8 shows the configuration of an embodiment in which a staggered thin film transistor is used as a functional device using the present invention. In general, a staggered thin film transistor has a feature in that the number of masks to be manufactured is smaller than that of an inverted staggered thin film transistor (not shown), and therefore, it is easy to manufacture.

【００５８】本発明を用いた製造方法は、実施例２に記
載したように絶縁膜基板１上に絶縁膜４を約３００ｎｍ
の膜厚で堆積した。然る後にスパッタ蒸着法、あるい
は、電子ビーム蒸着法、あるいは抵抗加熱蒸着法によ
り、最隣接原子間距離Dmが、珪素の最隣接原子間距離Ds
iに対して１．００〜１．２０である金属薄膜２を３０
０ｎｍ成膜した。ｎチャネル薄膜トランジスタの場合に
は、ソース・ドレイン電極オーミック接触改善用として
Ｖ属元素、望ましくはホスフィン（ＰＨ₃）とシラン
（ＳｉＨ₄）と４弗化珪素（ＳｉＦ₄）の混合ガスを用い
てリンドープ結晶性珪素膜９を３ｎｍの膜厚で成膜し
た。然る後にフォトリソグラフィにより対向するソース
・ドレイン電極を形成した。上記リンドープ結晶性珪素
膜には結晶核が形成されている。金属薄膜２上にシラン
（ＳｉＨ₄）と４弗化珪素（ＳｉＦ₄）を含む混合ガスを
用いて気相成長法により珪素膜を堆積することにより、
堆積膜厚とともに、膜に平行方向に結晶が成長し、結晶
性珪素膜３を形成した。次に真空を破ることなくゲート
絶縁膜１０、例えば二酸化珪素膜をテトラエトキシシラ
ン（ＴＥＯＳ）と酸素の混合ガスを用いて気相成長法に
より３００ｎｍの膜厚で堆積した。その後、ゲート電極
用金属、例えばチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）
を堆積し、フォトリソグラフィを行い、エッチングする
ことによりゲート電極１１が形成できた。このように結
晶性珪素膜は下地の一部に、最隣接原子間距離Dmが珪素
の最隣接原子間距離Dsiに対して１．００〜１．２０で
ある金属を含めば実現できた。本発明では、ＴＦＴのチ
ャネル部には金属を含まないので、薄い結晶性珪素膜で
もオフ電流を低減できるという特徴がある。In the manufacturing method using the present invention, as described in the second embodiment, the insulating film 4 is formed on the insulating film substrate 1 by about 300 nm.
It deposited with the film thickness of. Then, the distance Dm between the nearest neighbors of the silicon is changed to the distance Ds between the nearest neighbors of silicon by the sputter deposition method, the electron beam deposition method, or the resistance heating deposition method.
The metal thin film 2 which is 1.00 to 1.20 with respect to i is 30
0 nm was formed. In the case of an n-channel thin-film transistor, a phosphorus-doped element is used to improve ohmic contact between the source and drain electrodes by using a group V element, preferably a mixed gas of phosphine (PH ₃ ), silane (SiH ₄ ) and silicon tetrafluoride (SiF ₄ ). A crystalline silicon film 9 was formed with a thickness of 3 nm. Thereafter, opposing source / drain electrodes were formed by photolithography. Crystal nuclei are formed in the phosphorus-doped crystalline silicon film. By depositing a silicon film on the metal thin film 2 by a vapor phase growth method using a mixed gas containing silane (SiH ₄ ) and silicon tetrafluoride (SiF ₄ ),
Crystals grew in the direction parallel to the film thickness along with the deposited film thickness, and a crystalline silicon film 3 was formed. Next, a gate insulating film 10, for example, a silicon dioxide film was deposited to a thickness of 300 nm by a vapor deposition method using a mixed gas of tetraethoxysilane (TEOS) and oxygen without breaking vacuum. Then, a metal for a gate electrode, for example, titanium (Ti) and aluminum (Al)
Was deposited, photolithography was performed, and etching was performed, whereby the gate electrode 11 was formed. As described above, the crystalline silicon film can be realized by including, in a part of the base, a metal having a distance Dm between the nearest neighbor atoms of 1.00 to 1.20 with respect to the distance Dsi between the nearest neighbor atoms of silicon. The present invention has a feature that off-current can be reduced even in a thin crystalline silicon film because a metal is not included in a channel portion of a TFT.

【００５９】[実施例６]図９に実施例１によるコプラナ
ー型薄膜トランジスタの製造方法を示す。ガラス基板１
上に、最隣接原子間距離Dmが珪素の最隣接原子間距離Ds
iに対して、１．００≦Dm/Dsi≦１．２０である金属を
約１０ｎｍの膜厚で成膜した。然る後に、前記金属膜上
に、珪素と少なくともハロゲンと水素を含む混合ガス、
例えば、シラン（ＳｉＨ₄）あるいは、ジシラン（Ｓｉ₂
Ｈ₆）と４弗化珪素（ＳｉＦ₄）を含む混合ガスを用いて
プラズマ気相成長法により珪素膜３を成膜した。より具
体的には基板温度２００℃から３００℃、高周波電力密
度０．１W/cm²から０．５W/cm²で結晶性珪素膜を約２μ
ｍの膜厚で成膜した。前記結晶性珪素膜３上に、ゲート
絶縁膜１０を約３００ｎｍ気相成長法により成膜した。
例えば、ゲート絶縁膜として二酸化珪素膜を成膜する場
合には、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）と酸素の混
合ガスを用いて気相成長法により堆積した。次にゲート
電極用金属１１、例えばチタン（Ｔｉ）、アルミニウム
（Ａｌ）の複合膜を蒸着した。然る後にフォトリソグラ
フィを行い、エッチングによりゲート電極１１を形成し
た。次に、ソース・ドレイン電極オーミック接触改善の
ために、ソース・ドレイン電極部にイオンドーピングを
行った。例えばｎチャネルＴＦＴの場合には、ホスフィ
ン（ＰＨ₃）ガスを用いてイオンドーピングにより、ド
ーズ量1×10¹⁹atoms/cm³以上のドーピングを行った。次
に、ＴＦＴの保護膜１２を堆積し、各電極部に応じてコ
ンタクトホールを形成し、電極用金属を蒸着し、エッチ
ングすることにより所望のソース電極１３、ドレイン電
極１４、ゲート電極１５が形成できた。なお、ｐチャネ
ルＴＦＴの場合には、ボロン(B₂H₆)ガスを用いてイオン
ドーピングにより、ドーズ量1×10¹⁹atoms/cm³以上のド
ーピングを行えばよい。[Embodiment 6] FIG. 9 shows a method of manufacturing a coplanar thin film transistor according to Embodiment 1. Glass substrate 1
Above, the distance Dm between the nearest neighbors is the distance Ds between the nearest neighbors of silicon.
A metal satisfying 1.00 ≦ Dm / Dsi ≦ 1.20 with respect to i was formed with a thickness of about 10 nm. Thereafter, on the metal film, a mixed gas containing silicon, at least halogen and hydrogen,
For example, silane (SiH ₄ ) or disilane (Si ₂
A silicon film 3 was formed by a plasma vapor deposition method using a mixed gas containing H ₆ ) and silicon tetrafluoride (SiF ₄ ). More specifically, at a substrate temperature of 200 ° C. to 300 ° C. and a high frequency power density of 0.1 W / cm ² to 0.5 W / cm ² , the crystalline silicon film is
m was formed. A gate insulating film 10 was formed on the crystalline silicon film 3 by a vapor growth method of about 300 nm.
For example, when a silicon dioxide film is formed as a gate insulating film, deposition is performed by a vapor deposition method using a mixed gas of tetraethoxysilane (TEOS) and oxygen. Next, a gate electrode metal 11, for example, a composite film of titanium (Ti) and aluminum (Al) was deposited. Thereafter, photolithography was performed, and the gate electrode 11 was formed by etching. Next, in order to improve the ohmic contact of the source / drain electrodes, ion doping was performed on the source / drain electrode portions. For example, in the case of an n-channel TFT, doping with a dose of 1 × 10 ¹⁹ atoms / cm ³ or more is performed by ion doping using a phosphine (PH ₃ ) gas. Next, a protective film 12 for the TFT is deposited, a contact hole is formed in accordance with each electrode portion, a metal for an electrode is deposited and etched to form a desired source electrode 13, drain electrode 14, and gate electrode 15 did it. In the case of a p-channel TFT, doping with a dose of 1 × 10 ¹⁹ atoms / cm ³ or more may be performed by ion doping using boron (B ₂ H ₆ ) gas.

【００６０】このようにして本発明により結晶性珪素膜
を製造することによりＣＭＯＳも実現できる。本発明で
作製した薄膜トランジスタの移動度は、５００℃の低温
にも拘わらず移動度は１０ｃｍ²/ (V・ｓｅｃ)以上であ
る。上記２つの薄膜トランジスタでは、実施例１および
実施例４を用いた結晶性珪素膜で説明したが、他の方法
でも同様に高移動度の薄膜トランジスタを実現できる。By manufacturing a crystalline silicon film according to the present invention, a CMOS can be realized. The mobility of the thin film transistor manufactured according to the present invention is 10 cm ² / (V · sec) or more despite the low temperature of 500 ° C. In the two thin film transistors described above, the crystalline silicon film is used in Embodiments 1 and 4, but a thin film transistor having high mobility can be realized by other methods.

【００６１】上記実施例では、珪素膜の製造方法として
プラズマ気相成長法を用いたが、ここでのプラズマ気相
成長法とは高周波数１３．５６ＭＨｚの通常のプラズマ
気相成長法から、２．４５ＧＨｚのマイクロ波プラズマ
気相成長法、またコイルにより反応室へ高周波を誘導す
る誘導結合型プラズマ気相成長法等を含むものであるこ
とは言うまでもない。In the above embodiment, the plasma vapor deposition method was used as a method for producing a silicon film. However, the plasma vapor deposition method here is different from the normal plasma vapor deposition method having a high frequency of 13.56 MHz. Needless to say, the method includes a microwave plasma vapor deposition of .45 GHz, an inductively coupled plasma vapor deposition in which a high frequency is induced into a reaction chamber by a coil, and the like.

【００６２】さらに本発明の金属は、最隣接原子間距離
Dmが、珪素の最隣接原子間距離Dsiに対して１．００〜
１．２０である金属であり、その平面形状に限定される
ものではなく、全面あるいはアイランド状を有していて
も、薄膜トランジスタのチャネルの位置に応じて平面形
状は形成すればよい。Further, in the metal of the present invention, the distance between the nearest neighbor atoms is
Dm is 1.00 to the distance Dsi between the nearest neighbors of silicon.
The metal is 1.20, and is not limited to the planar shape. The planar shape may be formed depending on the position of the channel of the thin film transistor even if the metal has an entire surface or an island shape.

【００６３】また本発明による結晶性珪素は、少なくと
も金属に接する領域のみ水素濃度が０．０１％から３％
原子濃度であり、かつハロゲン濃度が０．０１％から３
％原子濃度であればよく、膜厚方向では水素濃度および
ハロゲン濃度が一定でなくても含まれる。The crystalline silicon according to the present invention has a hydrogen concentration of at least 0.01% to 3% only in a region in contact with a metal.
Atomic concentration and halogen concentration of 0.01% to 3%
% Atomic concentration, which is included in the film thickness direction even if the hydrogen concentration and the halogen concentration are not constant.

【００６４】上記実施例では、結晶性珪素膜として、不
純物の少ない真性半導体として説明したが、本発明は真
性半導体に限定されるものではなく、例えばＶ属元素を
含むガスと珪素を含むガスとハロゲンガスを用いればn⁺
ドーピング結晶性珪素膜を実現できる。またIII族元素
を含むガスと珪素を含むガスとハロゲンガスを用いれば
P⁺ドーピング結晶性珪素膜も実現できる。In the above embodiment, the crystalline silicon film is described as an intrinsic semiconductor having few impurities. However, the present invention is not limited to an intrinsic semiconductor. For example, a gas containing a group V element and a gas containing silicon may be used. If halogen gas is used, n ⁺
A doped crystalline silicon film can be realized. Also, if a gas containing a group III element, a gas containing silicon, and a halogen gas are used,
P ⁺ -doped crystalline silicon films can also be realized.

【００６５】[0065]

【発明の効果】以上のように、本発明の半導体装置は、
安価で大判化が可能なガラス基板上を用いて、５００℃
以下の低温プロセスで、結晶性珪素膜を実現できる。し
たがって、本発明の半導体により表示用スイッチング素
子と駆動回路のＴＦＴを作製することによりシステム・
オン・パネルを安価に提供できる。さらに、本半導体を
用いて、半導体回路や、各種センサー、太陽電池、それ
らを搭載した電子機器を低価格で実現できる。As described above, the semiconductor device of the present invention has the following features.
500 ° C. on a glass substrate that is inexpensive and can be large-sized
A crystalline silicon film can be realized by the following low-temperature process. Therefore, by manufacturing the switching element for display and the TFT of the driving circuit using the semiconductor of the present invention, the system
On-panel can be provided at low cost. Furthermore, using this semiconductor, a semiconductor circuit, various sensors, a solar cell, and an electronic device equipped with them can be realized at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の実施例1の半導体装置の製造工程を示
す図FIG. 1 is a diagram showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図２】同、結晶性珪素膜のラマン分光スペクトルFIG. 2 shows a Raman spectrum of the crystalline silicon film.

【図３】同、ラマン分光により求めた珪素膜の結晶化率
の水素濃度依存性FIG. 3 shows the hydrogen concentration dependence of the crystallization ratio of a silicon film obtained by Raman spectroscopy.

【図４】同、ラマン分光により求めた珪素膜の結晶化率
の弗素濃度依存性FIG. 4 shows the dependence of the crystallization ratio of a silicon film obtained by Raman spectroscopy on the fluorine concentration.

【図５】本発明の実施例２の半導体装置の製造工程を示
す図FIG. 5 is a diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention;

【図６】本発明の実施例３の半導体装置の製造工程を示
す図FIG. 6 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;

【図７】本発明の実施例４のによる半導体装置の製造工
程を示す図FIG. 7 is a diagram showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図８】本発明の実施例５で得られた薄膜トランジスタ
の構成を示す図FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a thin film transistor obtained in Example 5 of the present invention.

【図９】本発明の実施例６で得られた薄膜トランジスタ
の構成を示す図FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a thin film transistor obtained in Example 6 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 基板 ２ 金属薄膜 ３ 珪素膜 ４ 電気絶縁膜 ５ 非晶質珪素膜 ６ 第１の珪素膜 ７ 金属薄膜（合金薄膜） ８ 第２の珪素膜 ９ ドーピング珪素膜 １０ ゲート絶縁膜 １１ ゲート電極 １２ 電気絶縁膜 １３ ソース電極 １４ ドレイン電極 １５ 電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Metal thin film 3 Silicon film 4 Electric insulating film 5 Amorphous silicon film 6 First silicon film 7 Metal thin film (alloy thin film) 8 Second silicon film 9 Doped silicon film 10 Gate insulating film 11 Gate electrode 12 Electricity Insulating film 13 Source electrode 14 Drain electrode 15 Electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１８Ａ ６１８Ｆ (72)発明者 山下 資浩 香川県高松市古新町８番地の１ 松下寿電 子工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F052 AA11 CA10 DB03 GB05 5F058 BA05 BB07 BC02 BC08 BC11 BF07 BF23 BF29 BF30 5F110 AA17 BB02 BB04 CC02 CC05 DD02 DD03 DD05 DD12 DD13 DD14 DD15 DD17 DD24 EE03 EE04 EE14 EE38 FF02 FF29 GG02 GG06 GG12 GG13 GG24 GG33 GG35 GG42 GG45 GG51 HJ01 HJ04 HJ12 HK02 HK04 HK05 HK09 HK14 HK21 HK25 HK26 HK32 HK33 HK40 QQ11──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. ⁷ Identification FI FI Theme Court ゛ (Reference) H01L 29/78 618A 618F (72) Inventor Yoshihiro Yamashita 8 Furushinmachi, Takamatsu City, Kagawa Prefecture 1 Hisako Matsushita F-term in Industrial Co., Ltd. (reference) GG33 GG35 GG42 GG45 GG51 HJ01 HJ04 HJ12 HK02 HK04 HK05 HK09 HK14 HK21 HK25 HK26 HK32 HK33 HK40 QQ11

Claims (36)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】基板上に、金属薄膜とその上の珪素膜を含
む半導体装置であって、前記珪素膜は少なくとも水素と
ハロゲンを含み、前記珪素膜は前記金属薄膜と接触して
おり、かつ前記珪素膜を構成する珪素と前記金属薄膜を
構成する金属元素とは格子整合性を有することを特徴と
する半導体装置。1. A semiconductor device comprising a metal thin film and a silicon film thereon formed on a substrate, wherein the silicon film contains at least hydrogen and halogen, the silicon film is in contact with the metal thin film, and A semiconductor device, wherein silicon forming the silicon film and a metal element forming the metal thin film have lattice matching. 【請求項２】格子整合性は、金属薄膜を構成する金属元
素間の最隣接原子間距離Dmが、珪素の最隣接原子間距離
Dsiに対して1.00≦Dm/Dsi≦1.20の範囲を保持すること
である請求項1に記載の半導体装置。2. The lattice matching is that the distance Dm between the nearest atoms between metal elements constituting the metal thin film is the distance between the nearest atoms of silicon.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a range of 1.00 ≦ Dm / Dsi ≦ 1.20 is maintained with respect to Dsi. 【請求項３】ハロゲンはフッ素、臭素及び塩素から選ば
れる少なくとも一つである請求項1に記載の半導体装
置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the halogen is at least one selected from fluorine, bromine and chlorine. 【請求項４】珪素膜に含まれる水素濃度は、０．０１％
〜３％原子濃度の範囲である請求項1又は2に記載の半導
体装置。4. The concentration of hydrogen contained in a silicon film is 0.01%
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the concentration is in the range of 3 to 3%. 【請求項５】珪素膜のハロゲン元素濃度は０．０１％〜
３％原子濃度の範囲である請求項1又は３に記載の半導
体装置。5. The method according to claim 1, wherein the concentration of the halogen element in the silicon film is 0.01% or more.
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the concentration is in a range of 3% atomic concentration. 【請求項６】金属元素は、ニッケル（Ni）、コバルト
（Co）、クロム（Cr）、鉄（Fe）、銅（Cu）、錫（S
n）、パナジウム（Pd）白金（Pt）及びタングステン
（W）から選ばれる少なくとも一つである請求項1に記載
の半導体装置。6. The metal element includes nickel (Ni), cobalt (Co), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu), tin (S
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is at least one selected from n), panadium (Pd), platinum (Pt), and tungsten (W). 【請求項７】基板と金属薄膜の間に、さらに電気絶縁膜
を形成した請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装
置。7. The semiconductor device according to claim 1, further comprising an electric insulating film formed between the substrate and the metal thin film. 【請求項８】基板と金属薄膜の間に、さらに非晶質珪素
膜を形成した請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装
置。8. The semiconductor device according to claim 1, wherein an amorphous silicon film is further formed between the substrate and the metal thin film. 【請求項９】基板と金属薄膜の間に、さらに電気絶縁膜
と非晶質珪素膜をこの順番で形成した請求項１〜６のい
ずれかに記載の半導体装置。9. The semiconductor device according to claim 1, wherein an electrical insulating film and an amorphous silicon film are further formed in this order between the substrate and the metal thin film. 【請求項１０】水素とハロゲンを含む珪素膜の膜厚が
０．０１〜２μｍの範囲である請求項1〜９のいずれか
に記載の半導体装置。10. The semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon film containing hydrogen and halogen has a thickness of 0.01 to 2 μm. 【請求項１１】金属薄膜の膜厚が０．００１〜０．５μ
ｍの範囲である請求項1〜９のいずれかに記載の半導体
装置。11. The metal thin film has a thickness of 0.001 to 0.5 μm.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the range is m. 【請求項１２】電気絶縁膜は、窒素または酸素を含む珪
素膜である請求項７又は９に記載の半導体装置。12. The semiconductor device according to claim 7, wherein the electric insulating film is a silicon film containing nitrogen or oxygen. 【請求項１３】電気絶縁膜は、窒化珪素膜（ＳｉＮ）、
酸化窒素珪素膜（ＳｉＯＮ）及び二酸化珪素膜（ＳｉＯ
₂）から選ばれる少なくとも一つである請求項1０に記載
の半導体装置。13. An electric insulating film, comprising: a silicon nitride film (SiN);
Nitric oxide silicon film (SiON) and silicon dioxide film (SiO
The semiconductor device according to claim 10, wherein the semiconductor device is at least one selected from ₂ ). 【請求項１４】基板上に、金属薄膜を形成し、前記金属
薄膜上に珪素膜を形成する半導体装置の製造方法であっ
て、前記珪素膜を構成する珪素と前記金属薄膜を構成す
る金属元素とは格子整合性を有する金属を選択して分子
堆積法により金属薄膜を形成し、次いで少なくとも水素
とハロゲンを含む珪素膜を化学気相成長法により形成す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。14. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a metal thin film is formed on a substrate and a silicon film is formed on the metal thin film, wherein the silicon forming the silicon film and the metal element forming the metal thin film are provided. Forming a metal thin film by a molecular deposition method by selecting a metal having lattice matching, and then forming a silicon film containing at least hydrogen and halogen by a chemical vapor deposition method. . 【請求項１５】格子整合性は、金属薄膜を構成する金属
元素間の最隣接原子間距離Dmが、珪素の最隣接原子間距
離Dsiに対して1.00≦Dm/Dsi≦1.20の範囲を保持するこ
とである請求項1２に記載の半導体装置の製造方法。15. The lattice matching is such that the distance Dm between the nearest atoms between metal elements constituting the metal thin film is in a range of 1.00 ≦ Dm / Dsi ≦ 1.20 with respect to the distance Dsi between the nearest atoms of silicon. 13. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein: 【請求項１６】金属元素は、ニッケル（Ni）、コバルト
（Co）、クロム（Cr）、鉄（Fe）、銅（Cu）、錫（S
n）、パナジウム（Pd）白金（Pt）及びタングステン
（W）から選ばれる少なくとも一つである請求項1２に記
載の半導体装置の製造方法。16. The metal element includes nickel (Ni), cobalt (Co), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu), tin (S
13. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the method is at least one selected from n), panadium (Pd), platinum (Pt), and tungsten (W). 【請求項１７】金属薄膜の分子堆積法が、スパッタ蒸着
法、電子ビーム蒸着法及び抵抗加熱蒸着法から選ばれる
少なくとも一つの方法である請求項1２に記載の半導体
装置の製造方法。17. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the molecular deposition method of the metal thin film is at least one method selected from a sputter deposition method, an electron beam deposition method, and a resistance heating deposition method. 【請求項１８】化学気相成長法が、少なくとも水素とハ
ロゲンを含む混合ガスを用いたプラズマ気相成長法であ
る請求項1２に記載の半導体装置の製造方法。18. The method according to claim 12, wherein the chemical vapor deposition is a plasma vapor deposition using a mixed gas containing at least hydrogen and halogen. 【請求項１９】ハロゲンはフッ素、臭素及び塩素から選
ばれる少なくとも一つである請求項1２に記載の半導体
装置の製造方法。19. The method according to claim 12, wherein the halogen is at least one selected from fluorine, bromine and chlorine. 【請求項２０】珪素膜に含まれる水素濃度は、０．０１
％〜３％原子濃度の範囲である請求項1２に記載の半導
体装置の製造方法。20. The hydrogen concentration contained in the silicon film is 0.01%.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the atomic concentration is in a range of% to 3%. 【請求項２１】珪素膜のハロゲン元素濃度は０．０１％
〜３％原子濃度の範囲である請求項1２に記載の半導体
装置の製造方法。21. A silicon element having a halogen element concentration of 0.01%.
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the concentration is in a range of from 3 to 3%. 【請求項２２】基板と金属薄膜の間に、さらに電気絶縁
膜を形成した請求項1２に記載の半導体装置の製造方
法。22. The method according to claim 12, further comprising forming an electrical insulating film between the substrate and the metal thin film. 【請求項２３】基板と金属薄膜の間に、さらに非晶質珪
素膜を形成した請求項1２に記載の半導体装置の製造方
法。23. The method according to claim 12, further comprising forming an amorphous silicon film between the substrate and the metal thin film. 【請求項２４】基板と金属薄膜の間に、さらに電気絶縁
膜と非晶質珪素膜をこの順番で形成した請求項1２に記
載の半導体装置の製造方法。24. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein an electrical insulating film and an amorphous silicon film are further formed in this order between the substrate and the metal thin film. 【請求項２５】電気絶縁膜は、窒素または酸素を含む珪
素膜である請求項２０または２２に記載の半導体装置の
製造方法。25. The method according to claim 20, wherein the electric insulating film is a silicon film containing nitrogen or oxygen. 【請求項２６】電気絶縁膜は、窒化珪素膜（ＳｉＮ）、
酸化窒素珪素膜（ＳｉＯＮ）及び二酸化珪素膜（ＳｉＯ
₂）から選ばれる少なくとも一つである請求項２３に記
載の半導体装置の製造方法。26. An electric insulating film, comprising: a silicon nitride film (SiN);
Nitric oxide silicon film (SiON) and silicon dioxide film (SiO
24. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 23, wherein the method is at least one selected from ₂ ). 【請求項２７】金属薄膜成膜後熱処理を行い、非晶質珪
素膜に金属を拡散させて合金薄膜を形成し、然る後に表
面の金属をエッチングする請求項２１又は２２に記載の
半導体装置の製造方法。27. The semiconductor device according to claim 21, wherein a heat treatment is performed after the formation of the metal thin film, the metal is diffused into the amorphous silicon film to form an alloy thin film, and then the metal on the surface is etched. Manufacturing method. 【請求項２８】熱処理を４００℃〜５００℃の温度範囲
で行う請求項２５に記載の半導体装置の製造方法。28. The method according to claim 25, wherein the heat treatment is performed in a temperature range of 400 ° C. to 500 ° C. 【請求項２９】基板上に形成された金属薄膜と前記金属
上に珪素と少なくとも水素とハロゲンと、Ｖ族あるいは
III族元素を含むドーピング珪素膜が形成され、前記積
層膜は対向形状を具備し、前記対向形状積層膜に珪素と
少なくとも水素とハロゲンを含む珪素膜の電極が形成さ
れていることを特徴とする半導体装置。29. A metal thin film formed on a substrate, and silicon, at least hydrogen, halogen, V group or
A doped silicon film containing a group III element is formed, the laminated film has a facing shape, and an electrode of a silicon film containing silicon, at least hydrogen and halogen is formed on the facing shape laminated film. Semiconductor device. 【請求項３０】Ｖ族元素は、リン（P）、砒素（As）及
びアンチモンから選ばれる少なくとも一つである請求項
２７に記載の半導体装置。30. The semiconductor device according to claim 27, wherein the group V element is at least one selected from phosphorus (P), arsenic (As), and antimony. 【請求項３１】III族元素は、硼素（B）、インジウム
（Ｉｎ）及びガリウム（Ｇａ）から選ばれる少なくとも
一つである請求項２７に記載の半導体装置。31. The semiconductor device according to claim 27, wherein the group III element is at least one selected from boron (B), indium (In), and gallium (Ga). 【請求項３２】金属はその金属元素の最隣接原子間距離
Dmが、珪素の最隣接原子間距離Dsiに対して1.00≦Dm/Ds
i≦1.20の範囲である請求項２７に記載の半導体装置。32. The metal is a distance between nearest neighbor atoms of the metal element.
Dm is 1.00 ≦ Dm / Ds with respect to the distance Dsi between the nearest neighbors of silicon.
28. The semiconductor device according to claim 27, wherein i ≦ 1.20. 【請求項３３】ハロゲンは少なくともフッ素、臭素及び
塩素から選ばれる少なくとも一つである請求項２７に記
載の半導体装置。33. The semiconductor device according to claim 27, wherein the halogen is at least one selected from fluorine, bromine and chlorine. 【請求項３４】珪素膜に含まれる水素濃度は、０．０１
％から３％原子濃度であるから選ばれる少なくとも一つ
である請求項２７に記載の半導体装置。34. The concentration of hydrogen contained in a silicon film is 0.01%.
28. The semiconductor device according to claim 27, which is at least one selected from an atomic concentration of 3% to 3%. 【請求項３５】珪素膜のハロゲン元素濃度は０．０１％
から３％原子濃度であるから選ばれる少なくとも一つで
ある請求項２７に記載の半導体装置。35. A silicon element having a halogen element concentration of 0.01%.
28. The semiconductor device according to claim 27, which is at least one selected from the group having an atomic concentration of 3% to 3%. 【請求項３６】金属はニッケル（Ni）、コバルト（C
o）、クロム（Cr）、鉄（Fe）、銅（Cu）、錫（Sn）、
パナジウム（Pd）白金（Pt）及びタングステン（W）か
ら選ばれる少なくとも一つである請求項２７に記載の半
導体装置。36. The metal is nickel (Ni), cobalt (C
o), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu), tin (Sn),
28. The semiconductor device according to claim 27, wherein the semiconductor device is at least one selected from the group consisting of vanadium (Pd), platinum (Pt), and tungsten (W).