JP2000353666A - Semiconductor thin film and manufacture thereof - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体工業におけ
る半導体薄膜素子、及びその製造方法に関するもので、
低温で溶融する基板の表面への、高性能半導体薄膜の低
温形成技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor thin film device in the semiconductor industry and a method for manufacturing the same.
The present invention relates to a technique for forming a high-performance semiconductor thin film at a low temperature on a surface of a substrate that melts at a low temperature.
【０００２】特に、ガラス基板等の表面に作製される、
アクティブマトリックス方式の液晶ディスプレイ等に用
いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）及びその製造方法
に関する。In particular, it is formed on the surface of a glass substrate or the like.
The present invention relates to a thin film transistor (TFT) used for an active matrix type liquid crystal display and the like and a method for manufacturing the same.
【０００３】[0003]
【従来の技術】アクティブマトリックス方式の液晶ディ
スプレイにおいて、用いられるトランジスタとしては、
各画素をスイッチングするための画素トランジスタ、及
び、表示する画像情報に基づく制御信号を各画素トラン
ジスタに送る周辺回路の高移動度制御トランジスタがあ
る。従来、この中で画素トランジスタについては、水素
化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を活性層としたＴＦ
Ｔが用いられ、その製造方法としてはプラズマ化学的気
相成長法（ＰＣＶＤ）が適用されていた。このａ−Ｓ
ｉ：Ｈ ＴＦＴは、３００℃程度の基板温度で製造でき
るので、安価な透光性ガラス基板が使用できる利点があ
る。しかしながら、ｎ型のＴＦＴの移動度が１ｃｍ2/Ｖ
ｓと小さく、さらにｐ型のＴＦＴについては実用的な移
動度が得られず、制御トランジスタとして適用できない
という欠点があり、ＩＣチップとして作製したトランジ
スタを基板上に実装していた。2. Description of the Related Art In an active matrix type liquid crystal display, transistors used include:
There is a pixel transistor for switching each pixel, and a high mobility control transistor of a peripheral circuit that sends a control signal based on image information to be displayed to each pixel transistor. Conventionally, among these, a pixel transistor has a TF using hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) as an active layer.
T was used, and as its manufacturing method, a plasma-enhanced chemical vapor deposition (PCVD) was applied. This a-S
Since the i: H TFT can be manufactured at a substrate temperature of about 300 ° C., there is an advantage that an inexpensive translucent glass substrate can be used. However, the mobility of the n-type TFT is 1 cm 2 / V
For a p-type TFT having a small s and a p-type TFT, practical mobility cannot be obtained, and the transistor cannot be used as a control transistor. Therefore, a transistor manufactured as an IC chip is mounted on a substrate.
【０００４】一方、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）
を活性層とするＴＦＴは、ｎ型，ｐ型ともに移動度が大
きく、制御トランジスタにも適用できるという利点があ
る。しかし、通常ｐｏｌｙ−Ｓｉは、減圧ＣＶＤ法によ
る成膜など、６００℃以上の高温の工程が必要であり、
安価なガラス基板が適用できないという課題があった。On the other hand, polycrystalline silicon (poly-Si)
Has an advantage that it has a high mobility for both n-type and p-type and can be applied to a control transistor. However, poly-Si usually requires a high-temperature step of 600 ° C. or more, such as film formation by a reduced pressure CVD method.
There is a problem that an inexpensive glass substrate cannot be applied.
【０００５】近年、低温作製ｐｏｌｙ−Ｓｉ（低温ｐｏ
ｌｙ−Ｓｉ）技術の研究開発が活発に行われ、実用化が
進められている。その一つは、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜での吸収
が極めて大きい紫外線領域の波長のエキシマレーザー光
を、パルス状にａ−Ｓｉ：Ｈ膜に照射することにより、
急激に加熱溶融・冷却させることで再結晶させて多結晶
膜を製造する方法（特許：２７２５６６９等）である。
この方法は６００℃以下の低温で高移動度のＴＦＴを形
成することができるが、レーザを使用するため、大面積
にかつ生産性よく形成することが困難である。また、一
般にａ−Ｓｉ：Ｈ膜中には１０ａｔｏｍ%以上の水素が
含まれており、そのままでは、エキシマレーザー光の急
激な加熱による水素の突沸が原因と考えられるｐｏｌｙ
−Ｓｉ薄膜の剥離や表面の荒れが発生するため、予め膜
中の水素を脱離させる熱処理工程を追加しなければなら
ないという課題があった。これらの課題を解決すべく、
低温ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の製造について、以下のような技
術が提案されている。In recent years, low-temperature poly-Si (low-temperature po
The research and development of the ly-Si) technology is being actively carried out, and its practical application is being promoted. One is to irradiate the a-Si: H film in a pulsed manner with an excimer laser beam having a wavelength in the ultraviolet region where absorption in the a-Si: H film is extremely large.
This is a method for producing a polycrystalline film by recrystallization by rapid heating, melting and cooling (Patent: 2725669, etc.).
This method can form a TFT having a high mobility at a low temperature of 600 ° C. or lower, but it is difficult to form a TFT over a large area with high productivity because a laser is used. Further, generally, the a-Si: H film contains 10 atom% or more of hydrogen, and as it is, poly is considered to be caused by bumping of hydrogen due to rapid heating of excimer laser light.
-Since the peeling of the Si thin film and the roughening of the surface occur, there has been a problem that a heat treatment step for desorbing hydrogen in the film must be added in advance. In order to solve these issues,
The following techniques have been proposed for producing a low-temperature poly-Si film.
【０００６】ＰＣＶＤ法によるａ−Ｓｉ：Ｈ膜で必要と
なる脱水素処理を行わずに結晶性シリコン膜を形成する
方法として、まず最初にスパッタ法により非晶質シリコ
ン膜を形成し、これをレーザー等のエネルギー線を照射
して結晶化させ、その上にスパッタ法で結晶性シリコン
膜を成長させる方法が、特開平５−１８２９０８号公報
に記載されている。As a method of forming a crystalline silicon film without performing a dehydrogenation treatment required for an a-Si: H film by a PCVD method, first, an amorphous silicon film is formed by a sputtering method, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-182908 discloses a method of crystallization by irradiating an energy beam such as a laser and growing a crystalline silicon film thereon by sputtering.
【０００７】高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Induct
ive Coupled Plasma）を用いたプラズマ分解によって分
解された原料ガスを用いた、化学気相成長プロセスによ
る結晶性シリコン膜の製造については、特開平１０−２
６５２１２号公報，及び特開平１１−７４２０４号公報
に記載されている。この方法では、例えば、ＩＣＰを発
生するための電極（アンテナ）（文献：管井秀朗：応用
物理，Ｖｏｌ．６３，Ｎｏ．６，１９９４年，ｐｐ．５
５９〜５６７）により、高周波電力を投入して原料ガス
の高密度プラズマを発生させ、原料ガスを分解・高励起
にして成膜を行うものである。特開平１０−２６５２１
２号公報では、高周波電力を８００Ｗ以上とすること
で、導電率が一桁以上高い多結晶シリコン薄膜が得ら
れ、圧力が５０ｍＴｏｒｒよりも高いと、膜の導電率は
激減し、微結晶あるいは多結晶シリコン薄膜は得られな
いことが示されている。High frequency inductively coupled plasma (ICP: Induct)
Production of a crystalline silicon film by a chemical vapor deposition process using a source gas decomposed by plasma decomposition using ive coupled plasma is disclosed in
65212 and JP-A-11-74204. In this method, for example, an electrode (antenna) for generating an ICP (document: Hideaki Kanai: Applied Physics, Vol. 63, No. 6, 1994, pp. 5)
59 to 567), high-frequency power is applied to generate high-density plasma of the source gas, and the source gas is decomposed and highly excited to form a film. JP-A-10-26521
In Japanese Patent Publication No. 2, a high-frequency power of 800 W or more can provide a polycrystalline silicon thin film having an electric conductivity higher by one digit or more. It is shown that a crystalline silicon thin film cannot be obtained.
【０００８】基板へのシリコン薄膜の蒸着において、基
板に水素，希ガス，シリコンを含有したガスのいずれか
のイオンを照射し、蒸着されるシリコン原子に対してこ
れらイオンの運動量を付加しつつ等価的に基板温度を上
げ、結晶性シリコン膜の製造を行う方法について、特開
平１０−６０６４７号公報に記載されている。In the deposition of a silicon thin film on a substrate, the substrate is irradiated with ions of any of hydrogen, a rare gas, and a gas containing silicon, and the momentum of these ions is added to the deposited silicon atoms while adding the momentum. Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-60647 discloses a method of manufacturing a crystalline silicon film by raising the substrate temperature.
【０００９】蒸着時に結晶成長を促進する触媒を、Ｓｉ
の溶融温度以上に加熱し、原料ガスの分子の一部を加熱
した触媒に接触させて分解し、ＣＶＤによる成膜と基板
上での結晶成長を行う、触媒ＣＶＤ法によるシリコン薄
膜の形成について、特開平８−２５０４３８号公報に記
載されている。この方法では、飛来する種の一部は高温
になり、基板表面があたかも高温であるかのように振る
舞い、多結晶シリコンが低い基板温度で生成されるとさ
れている。実際には、原料ガスはシリコン（Ｓｉ）化合
物のガスと他の物質の混合ガスであり、触媒は供給され
る電力により加熱される。そして、該触媒に供給する電
力を触媒体温度がシリコン溶融温度以上に高いものとす
る触媒に対する供給電力の条件、シリコン薄膜を生成す
る反応室の圧力を低圧とする圧力条件，および原料ガス
における他の物質のガスのシリコン化合物のガスに対す
る割合を大きくする原料ガスの混合比の条件を、堆積種
により生成されるシリコン薄膜が多結晶性の薄膜となる
程度のものとすることで、低温度の基板に多結晶性のシ
リコン薄膜を生成する。A catalyst that promotes crystal growth during deposition is Si
Heating above the melting temperature of, a part of the molecules of the raw material gas is brought into contact with the heated catalyst to decompose it and perform film formation by CVD and crystal growth on the substrate. It is described in JP-A-8-250438. In this method, some of the flying species become hot, and the substrate surface behaves as if it were hot, and polycrystalline silicon is generated at a low substrate temperature. Actually, the raw material gas is a mixed gas of a silicon (Si) compound gas and another substance, and the catalyst is heated by the supplied electric power. Then, the power supplied to the catalyst is set such that the catalyst body temperature is higher than the silicon melting temperature, the power supply conditions for the catalyst, the pressure conditions for lowering the pressure of the reaction chamber for forming the silicon thin film, and By increasing the mixing ratio of the source gas to increase the ratio of the gas of the substance to the gas of the silicon compound so that the silicon thin film generated by the deposited species becomes a polycrystalline thin film, A polycrystalline silicon thin film is formed on a substrate.
【００１０】このような触媒元素を、非晶質シリコン中
に添加して、加熱処理等を行い、ガラス基板が耐えられ
る温度で結晶性シリコン膜を製造する方法が、特開平６
−２６７９８９号公報等に記載されている。触媒として
は、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｐｔ（特開平６−２４４１０３
号公報）や、Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐ，Ａ
ｓ，Ｓｂ，VIII族元素，IIIb族元素，IVb元素，Vb族元
素（特開平７−１３５１７４号公報）、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐ
ｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ａｇ（特開平８−６９９６７号公報）
が示されている。また、添加する方法としては、触媒元
素を含む膜の形成（特開平６−２４４１０３号公報）や
スピンコート（特開平７−１３５１７４号公報）、配線
材料に含有させること（特開平９−２６０６７０号公
報）により、非晶質シリコン表面に触媒元素を付与し、
その後の加熱処理などにより膜中に添加する方法が示さ
れている。A method for producing a crystalline silicon film at a temperature that a glass substrate can withstand by adding such a catalytic element to amorphous silicon and performing a heat treatment or the like is disclosed in
-267989. As the catalyst, Ni, Fe, Co, Pt (JP-A-6-244103)
Publication), Pd, Cu, Au, In, Sn, P, A
s, Sb, Group VIII element, Group IIIb element, Element IVb, Group Vb element (JP-A-7-135174), Ru, Rh, P
d, Os, Ir, Ag (JP-A-8-69967)
It is shown. In addition, as a method of addition, formation of a film containing a catalyst element (JP-A-6-244103), spin coating (JP-A-7-135174), and inclusion in a wiring material (JP-A-9-260670). Publication), a catalytic element is provided on the surface of amorphous silicon,
It shows a method of adding to the film by a subsequent heat treatment or the like.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】上記のような方法を採
用した場合、ガラス基板が適用できる温度で結晶性シリ
コン膜を製造することは可能と考えられるが、それぞれ
の技術について、以下のような課題があった。When the above method is adopted, it is considered possible to manufacture a crystalline silicon film at a temperature at which a glass substrate can be applied. There were challenges.
【００１２】触媒ＣＶＤ法（特開平８−２５０４３８号
公報）については、気相中の熱分解で生じた活性種（ラ
ジカル）のみで成膜を行う。明細書に記載されているよ
うに、基板温度を高くせずに結晶性のシリコン膜を形成
するために、分解だけでなく熱触媒に接触させること
で、一部のラジカルの温度（運動エネルギー）を十分に
上げようとしている。このような効果を得るため、熱触
媒が１７００〜１８００℃と極めて高い温度になるよう
に電力を投入しなければならないという課題がある。In the catalytic CVD method (JP-A-8-250438), a film is formed only by active species (radicals) generated by thermal decomposition in a gas phase. As described in the specification, in order to form a crystalline silicon film without increasing the substrate temperature, not only decomposition but also contact with a thermal catalyst, the temperature of some radicals (kinetic energy) Is trying to raise enough. In order to obtain such an effect, there is a problem that electric power must be supplied so that the temperature of the thermal catalyst becomes extremely high, 1700 to 1800 ° C.
【００１３】この課題は、液晶ディスプレイのような大
面積の基板にシリコン膜を形成する場合、より顕著にな
る。さらに、この様な高温の熱触媒からの輻射熱に対し
て、装置の構造物や安価なガラス基板などの温度上昇を
防がなければならない、という課題がある。This problem becomes more pronounced when a silicon film is formed on a large-area substrate such as a liquid crystal display. Further, there is a problem that it is necessary to prevent a rise in the temperature of the structure of the apparatus or an inexpensive glass substrate with respect to radiant heat from such a high-temperature thermal catalyst.
【００１４】結晶成長を促進させる触媒元素を非晶質シ
リコンに添加して結晶成長を行う方法（特開平７−２６
７９８９号公報等）に関して、触媒効果を示す種々の元
素が開示されているが、特に効果的な例としてＮｉを用
いた場合に５８０℃〜４５０℃という温度でシリコン膜
の結晶化が開始されることが、特開平６−２４４１０３
号公報等に開示され、生産性等の観点で５５０℃程度が
最適であることが特開平７−１３５１７４号公報等に開
示されている。しかし、特開平７−１３５１７４号公報
等に記載されているように、触媒元素が活性層に存在す
る量が少ない方が好ましいこと、さらに、結晶化を促進
するためにエキシマレーザー等の強力光を照射すること
等、従来のエキシマレーザーによる結晶化技術と比較し
て、さらに製造工程が増えてしまうという課題があっ
た。例えば触媒元素の活性層中での存在量を低減するた
めの処理として、選択的に触媒元素を導入する（特許２
７９１８５８号）、塩化水素雰囲気中で５５０℃，１０
〜６０分の処理により触媒元素の除去を行う（特開平１
０−１３５４７６号公報）等が開示されているが、いず
れも製造工程が増加しており、使用する材料やＴＦＴの
構造が制限されてしまうとともに、生産性が低下すると
いう課題がある。A method of growing a crystal by adding a catalytic element for promoting crystal growth to amorphous silicon (Japanese Patent Laid-Open No. 7-26)
No. 7989), various elements exhibiting a catalytic effect are disclosed. As a particularly effective example, when Ni is used, crystallization of a silicon film is started at a temperature of 580 ° C. to 450 ° C. Is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-244103.
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-135174 discloses that the temperature of about 550 ° C. is optimal from the viewpoint of productivity and the like. However, as described in JP-A-7-135174 and the like, it is preferable that the amount of the catalyst element present in the active layer is small, and further, in order to promote crystallization, strong light such as an excimer laser is used. There is a problem that the number of manufacturing steps is further increased as compared with a conventional crystallization technique using an excimer laser such as irradiation. For example, as a treatment for reducing the abundance of the catalytic element in the active layer, the catalytic element is selectively introduced (Patent 2
No. 793858), 550 ° C., 10 in a hydrogen chloride atmosphere.
The catalyst element is removed by a treatment for about 60 minutes.
No. 0-135476) are disclosed, but all of them have an increase in the number of manufacturing steps, and there are problems in that the materials to be used and the structure of the TFT are restricted, and the productivity is reduced.
【００１５】ＰＣＶＤにおいて、原料ガスを予め熱触媒
を通して加熱し、それをプラズマ発生部に供給する方法
（特開平１０−３１０８６７号公報）については、触媒
ＣＶＤ法と異なり、ガスが分解・励起される場所から、
プラズマや基板表面及びその近傍の様な膜形成に寄与す
る領域まで距離があるため、分解・励起されたガス分子
を有効に利用できないという課題があった。従って、使
用できるガスや成膜対象が限られ、ダイヤモンドライク
カーボンや炭化物・窒化物・酸化物の絶縁膜のような保
護膜の形成の例が開示されているだけに留まっている。In PCVD, a method of heating a raw material gas through a thermal catalyst in advance and supplying it to a plasma generator (Japanese Patent Laid-Open No. 10-310867) is different from the catalytic CVD method in that the gas is decomposed and excited. From the place,
Since there is a distance to a region contributing to film formation, such as plasma or the substrate surface and its vicinity, there is a problem that gas molecules decomposed and excited cannot be used effectively. Therefore, usable gases and film-forming targets are limited, and only examples of formation of a protective film such as diamond-like carbon or an insulating film of carbide, nitride, or oxide are disclosed.
【００１６】ＩＣＰを用いたＰＣＶＤにより結晶性シリ
コン膜を形成する方法（特開平１０−２６５２１２号公
報，特開平１１−７４２０４号公報）は、高周波の誘導
結合による原料ガスの高密度プラズマを発生させること
で、従来の平行平板高周波ＰＣＶＤよりも原料ガスの分
解・励起を活発に行い、結晶性のシリコン膜を形成する
ものである。しかし得られた膜について、ラマン分光法
で確認されたものは、微結晶であり（特開平１０−２６
５２１２号公報）、電気特性で確認されたものは光導電
性が大きい（特開平１１−７４２０４号公報）等、結晶
性や膜質として十分なものが得られていないという課題
があった。これらの課題は、いずれの技術も原料ガスの
高分解・高励起を主眼とした技術であり、結晶化の促進
や膜中の水素濃度の低減のための手段が不足しているこ
とに起因するものと考えられる。In the method of forming a crystalline silicon film by PCVD using ICP (Japanese Patent Laid-Open Nos. 10-265212 and 11-74204), high-density plasma of a source gas is generated by high-frequency inductive coupling. Thus, decomposition and excitation of the source gas are performed more actively than in the conventional parallel plate high-frequency PCVD to form a crystalline silicon film. However, the film obtained was confirmed by Raman spectroscopy to be microcrystals (Japanese Patent Laid-Open No. 10-26).
No. 5212), and those which have been confirmed in terms of electric characteristics have a problem that sufficient crystallinity and film quality are not obtained, such as high photoconductivity (Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-74204). These problems are all technologies that focus on high decomposition and high excitation of the source gas, and are caused by the lack of means for promoting crystallization and reducing the hydrogen concentration in the film. It is considered something.
【００１７】シリコンを含んだ分子と加速したイオンを
気相中で衝突させて、シリコンを含んだ分子に運動量を
与え、結晶性のシリコン膜の形成を行う方法は、衝突に
より運動量を与えるために照射するイオンとしては、衝
突断面積が大きくシリコン分子より重いイオンが好まし
いため、特開平１０−６０６４７号公報に記載されてい
るように、Ｘｅイオンを用いる。このＸｅは高価である
とともに、気相中でシリコンを含んだ分子と衝突せず、
運動エネルギー，もしくは運動量を失わずに、成膜中の
膜に照射した場合、膜中に欠陥やＸｅの混入等が発生
し、膜質を低下させるという課題があった。A method of forming a crystalline silicon film by colliding silicon-containing molecules with accelerated ions in the gas phase to impart momentum to the silicon-containing molecules is described in US Pat. As the ion to be irradiated, an ion having a large collision cross-sectional area and heavier than a silicon molecule is preferable, and thus Xe ion is used as described in JP-A-10-60647. This Xe is expensive and does not collide with molecules containing silicon in the gas phase,
When irradiating a film during film formation without losing kinetic energy or momentum, there is a problem in that defects or Xe are mixed in the film, thereby deteriorating the film quality.
【００１８】スパッタ法により非晶質シリコン膜を形成
し、レーザー等のエネルギー線を照射して結晶化させ、
その上にスパッタ法で結晶性シリコン膜を成長させる方
法は、水素の含有量が少ないが、シリコン膜の形成工程
を２段階に分けて行わなければならず、さらにこの工程
中にレーザー等の照射で結晶化させなければならないた
め、工程が複雑になり生産性が悪いという課題がある。An amorphous silicon film is formed by a sputtering method, and is crystallized by irradiating an energy ray such as a laser.
The method of growing a crystalline silicon film thereon by sputtering has a low hydrogen content, but the silicon film formation process must be performed in two stages, and furthermore, during this process, irradiation with laser or the like is performed. In this case, there is a problem that the process is complicated and productivity is low.
【００１９】本発明は、以上のような従来技術の課題を
解決し、より品質の優れた結晶性シリコン膜を低温で形
成する製造方法及びその製造装置と、特性・信頼性の優
れたＴＦＴを提供することを目的とする。The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and provides a manufacturing method and apparatus for forming a crystalline silicon film of higher quality at a low temperature, and a TFT having excellent characteristics and reliability. The purpose is to provide.
【００２０】[0020]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体薄膜装置は、基板表面に半導体
薄膜を作製した半導体薄膜装置において、前記基板と半
導体薄膜の界面近傍に、結晶成長を促進させる触媒元素
を含有した原子層を形成し、前記界面近傍に前記触媒元
素の濃度のピークとなる層を形成し、結晶性半導体薄膜
中、及び該薄膜外に前記触媒元素を含有させることを特
徴とするものである。また、本発明の半導体薄膜装置の
製造方法により、基板温度を高温にすることなく、結晶
性のよい高品質の半導体薄膜装置を製造することができ
る。In order to achieve the above object, a semiconductor thin film device according to the present invention comprises a semiconductor thin film device having a semiconductor thin film formed on a substrate surface. Forming an atomic layer containing a catalytic element that promotes the formation of a layer having a peak of the concentration of the catalytic element in the vicinity of the interface, and including the catalytic element in a crystalline semiconductor thin film and outside the thin film. It is characterized by the following. Further, according to the method for manufacturing a semiconductor thin film device of the present invention, a high quality semiconductor thin film device having good crystallinity can be manufactured without increasing the substrate temperature.
【００２１】本発明の半導体薄膜装置、又はその製造方
法においては、成膜時に基板の温度を１００℃〜６００
℃とすることにより、ガラス等の安価な基板の使用が可
能となり好ましい。また、基板として透光性基板を用い
ることは、透過型液晶ディスプレイ等、光を透過させる
製品を製造する上で好ましい。In the semiconductor thin film device or the method of manufacturing the same according to the present invention, the temperature of the substrate is set at 100 ° C. to 600 ° C. during film formation.
By setting the temperature to ° C, an inexpensive substrate such as glass can be used, which is preferable. Use of a light-transmitting substrate as the substrate is preferable in manufacturing a product that transmits light, such as a transmissive liquid crystal display.
【００２２】本発明の構成又は本発明方法において、基
板表面の一部もしくは全面に絶縁層，導体層の少なくと
も一種類以上が形成され、前記絶縁膜あるいは導体膜の
上に、結晶性の半導体薄膜が形成されていることは、安
価なガラス等の基板上に半導体装置を製造する場合に、
ガラスなどの基板からの不純物の影響等を低減するとと
もに、例えばボトムゲート型ＴＦＴ等の様に半導体装置
の構造を目的に応じて多様に設計にできるため好まし
い。In the structure of the present invention or the method of the present invention, at least one kind of an insulating layer and a conductive layer is formed on a part or the entire surface of a substrate, and a crystalline semiconductor thin film is formed on the insulating film or the conductive film. Is formed, when manufacturing a semiconductor device on a substrate such as inexpensive glass,
It is preferable because the influence of impurities from a substrate such as glass can be reduced, and the structure of the semiconductor device can be variously designed according to the purpose, such as a bottom gate type TFT.
【００２３】本発明の構成において、半導体薄膜が微結
晶シリコン薄膜であるという好ましい構成によれば、ａ
−Ｓｉ：Ｈ膜と比較してＴＦＴの電界効果移動度を高い
ものとできるため好ましい。また、半導体薄膜が多結晶
シリコン薄膜であるという好ましい構成によれば、ＴＦ
Ｔの電界効果移動度をより高いものとすることができ
る。さらに、半導体薄膜の厚さが、５ｎｍ以上２００ｎ
ｍ以下とすることは、エッチングや成膜を追加すること
なくそのままの膜厚でＴＦＴに適用することができ、好
ましい。In a preferred embodiment of the present invention, wherein the semiconductor thin film is a microcrystalline silicon thin film, a
This is preferable because the field-effect mobility of the TFT can be higher than that of the -Si: H film. According to a preferred configuration in which the semiconductor thin film is a polycrystalline silicon thin film, TF
The field effect mobility of T can be made higher. Further, the thickness of the semiconductor thin film is 5 nm or more and 200 n
The value of m or less is preferable because it can be applied to a TFT with the same film thickness without additional etching or film formation.
【００２４】本発明の発明者らは、触媒元素を利用して
非晶質基板が溶融しない温度条件で基板表面に結晶性半
導体薄膜を作製する方法として、半導体薄膜の作製皇帝
の前にあらかじめ基板表面に触媒元素層を蒸着などによ
り形成しておくことが効果的であることを新たに見いだ
して、本発明に至ったものである。さらに、基板表面に
形成する触媒元素層をスパッタ蒸着で形成した場合に
は、その後の半導体薄膜、ゲート絶縁膜、さらにはゲー
ト電極までをスパッタ蒸着により作製でき、作製装置の
真空雰囲気を保持しながら、高品質の半導体薄膜基板を
提供する事が可能になることを新たに見いだしたことに
より本発明に至ったものである。The inventors of the present invention have proposed a method for producing a crystalline semiconductor thin film on a substrate surface at a temperature at which an amorphous substrate does not melt using a catalytic element. The present inventors have newly found that it is effective to form a catalyst element layer on the surface by vapor deposition or the like, and have reached the present invention. Furthermore, when the catalyst element layer formed on the substrate surface is formed by sputter deposition, the subsequent semiconductor thin film, gate insulating film, and even the gate electrode can be manufactured by sputter deposition, while maintaining the vacuum atmosphere of the manufacturing apparatus. The present invention has been accomplished by newly finding that it is possible to provide a high-quality semiconductor thin film substrate.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】以下、実施例を用いて本発明をさ
らに具体的に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
【００２６】第１図は本発明に係る半導体薄膜装置の第
１実施例の概略図である。まず、ガラス等の基板：１上
に、スパッタ法により酸化シリコンなどの被膜：２を５
０〜３００ｎｍの膜厚で形成（第２図（ａ））する。な
お、この被膜：２の形成方法は、プラズマＣＶＤ法，常
圧ＣＶＤ，蒸着法，減圧ＣＶＤ法等、他の手段でもよ
い。この被膜の表面に、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｐｔや、Ｐ
ｄ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，VIII族
元素，IIIb族元素，IVb元素，Vb族元素、Ｒｕ，Ｒｈ，
Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ａｇ等の薄膜、あるいはこれらを含
む薄膜による触媒元素層：９をスパッタ蒸着法により形
成（第２図（ｂ））する。なおこの触媒元素層：９の形
成にはスピンコートなどの方法も使用できる。FIG. 1 is a schematic view of a first embodiment of a semiconductor thin film device according to the present invention. First, a film 2 made of silicon oxide or the like is formed on a substrate 1 made of glass or the like by a sputtering method.
It is formed with a film thickness of 0 to 300 nm (FIG. 2A). The method for forming the coating film 2 may be other means such as a plasma CVD method, a normal pressure CVD method, a vapor deposition method, and a low pressure CVD method. Ni, Fe, Co, Pt, P
d, Cu, Au, In, Sn, P, As, Sb, Group VIII element, IIIb element, IVb element, Vb element, Ru, Rh,
A catalyst element layer 9 of a thin film of Pd, Os, Ir, Ag, or a thin film containing these is formed by a sputter deposition method (FIG. 2B). In addition, a method such as spin coating can be used for forming the catalyst element layer 9.
【００２７】その後、結晶性シリコン膜などの半導体薄
膜：３を、１０〜５０ｎｍの膜厚で形成する（図２
（ｃ））。この半導体薄膜：３中、および被膜：２中に
触媒元素を分布させるために加熱処理を施す。この加熱
処理は、半導体薄膜の形成前、形成中、あるいは形成後
のどの行程で行ってもよい。また、半導体薄膜：３の膜
厚は、この範囲に限られたものではなく、ＴＦＴの構造
や他の工程との整合性等に応じ、５〜２００ｎｍの範囲
で設定する。なお必要に応じて、半導体薄膜：３がシリ
コンの場合には、４５０〜６００℃の熱処理や、エキシ
マレーザーの照射等を行ってもよい。半導体薄膜：３の
形成後の、基板、被膜、あるいは半導体薄膜中の触媒元
素の濃度の分布を図２（ｄ）で示している。さらに、図
３では、この積層構造における触媒元素濃度の、表面か
ら深さ方向への分布の様子を示した。この図でわかるよ
うに、本発明の作製プロセスにより形成した薄膜半導体
基板においては、触媒元素の濃度が薄膜半導体基板の内
部でピークとなる分布を持つ。もちろんこのピークにお
ける触媒元素濃度の絶対値よりも大きな濃度値を持つ部
分が他にあってもよいが、少なくとも一カ所で、近傍の
濃度よりも相対的に大きな濃度となる層が存在すること
が特徴である。Thereafter, a semiconductor thin film 3 such as a crystalline silicon film is formed to a thickness of 10 to 50 nm (FIG. 2).
(C)). Heat treatment is performed to distribute the catalytic element in the semiconductor thin film 3 and the coating 2. This heat treatment may be performed before, during, or after the formation of the semiconductor thin film. The thickness of the semiconductor thin film 3 is not limited to this range, but is set in the range of 5 to 200 nm in accordance with the structure of the TFT and the consistency with other processes. If the semiconductor thin film 3 is silicon, heat treatment at 450 to 600 ° C. or irradiation with an excimer laser may be performed as necessary. FIG. 2D shows the distribution of the concentration of the catalytic element in the substrate, the film, or the semiconductor thin film after the formation of the semiconductor thin film: 3. Further, FIG. 3 shows the distribution of the concentration of the catalytic element in the stacked structure from the surface to the depth direction. As can be seen from this figure, in the thin film semiconductor substrate formed by the manufacturing process of the present invention, the distribution of the concentration of the catalytic element has a peak inside the thin film semiconductor substrate. Of course, there may be other portions having a concentration value larger than the absolute value of the catalyst element concentration at this peak, but at least one portion may have a layer having a concentration relatively higher than the concentration in the vicinity. It is a feature.
【００２８】次いで、酸化シリコン膜などの絶縁層：７
を、５０〜３００ｎｍの膜厚で形成する。絶縁層：７の
形成方法は、スパッタ法，常圧ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ
法，蒸着法，減圧ＣＶＤ法等、他の手段でもよい。次い
で、Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｔａ等からなる金属膜をス
パッタ蒸着法により、５０〜３００ｎｍの膜厚で形成
し、フォトリソによりパターニングされたフォトレジス
トをマスクとして金属膜をエッチングすることにより、
ゲート電極：８を形成する。なお、ゲート電極材料とし
ては金属膜に限らず、シリコン膜でもよい。Next, an insulating layer such as a silicon oxide film: 7
Is formed with a thickness of 50 to 300 nm. The insulating layer 7 is formed by sputtering, normal pressure CVD, or plasma CVD.
Other means such as a method, a vapor deposition method, and a low pressure CVD method may be used. Next, a metal film made of Ti, Mo, W, Al, Ta, or the like is formed to a thickness of 50 to 300 nm by a sputter deposition method, and the metal film is etched by using a photoresist patterned by photolithography as a mask.
A gate electrode 8 is formed. The gate electrode material is not limited to a metal film, but may be a silicon film.
【００２９】このゲート電極：８をマスクとして、不純
物を含むイオンを注入し、ソース：５／ドレイン：６領
域となる不純物ドーピング層を形成する。このドーピン
グ層の形成は、例えばｎ型層の形成では、水素希釈５％
ＰＨ3をイオン源ガスとしたイオンドーピングで行
う。イオンドーピングを適用する場合の条件は、加速電
圧：５〜１００ｋＶ，総イオン注入量：１０14〜１０16
ｃｍ-2とする。これらの条件は、マスクの厚さや、形成
するドーピング層の厚さ等の構成により、適宜最適な条
件やガス濃度を選択する。また、ｐ型層の形成では、イ
オン源ガスとして、水素希釈５％ Ｂ2Ｈ6等を用いたイ
オンドーピングにより行う。なお、イオンドーピング法
では、ドーパントとなる不純物と水素が同時に注入され
るため、水素による注入欠陥の補償や、活性化・結晶化
の促進が行われ、低い温度で低抵抗のドーピング層が形
成される。なお、本実施例において、注入される領域の
絶縁層を除去してイオンの注入を行っているが、注入さ
れる領域の表面にも絶縁層を残し、イオンの注入を行っ
てもよい。その場合は、膜厚などの条件にもよるが、イ
オンの加速電圧は、１０ｋＶ以上とすることが好まし
い。Using the gate electrode 8 as a mask, ions containing impurities are implanted to form an impurity doping layer having a source: 5 / drain: 6 region. This doping layer is formed, for example, in the case of forming an n-type layer by hydrogen dilution 5%.
This is performed by ion doping using PH 3 as an ion source gas. The conditions for applying ion doping are as follows: acceleration voltage: 5 to 100 kV, total ion implantation amount: 10 14 to 10 16
cm -2 . For these conditions, optimal conditions and gas concentrations are appropriately selected according to the thickness of the mask, the thickness of the doping layer to be formed, and the like. The formation of the p-type layer is performed by ion doping using hydrogen diluted 5% B 2 H 6 or the like as an ion source gas. In addition, in the ion doping method, impurities serving as a dopant and hydrogen are implanted at the same time, so that implantation defects are compensated by hydrogen and activation / crystallization is promoted, so that a low-resistance doping layer is formed at a low temperature. You. In this embodiment, the ion implantation is performed by removing the insulating layer in the region to be implanted. However, the ion implantation may be performed by leaving the insulating layer on the surface of the region to be implanted. In that case, the acceleration voltage of the ions is preferably 10 kV or more, depending on the conditions such as the film thickness.
【００３０】次いで、層間絶縁膜となる酸化シリコン膜
を、スパッタ法，常圧ＣＶＤ法，プラズマＣＶＤ法等に
より、１００〜５００ｎｍの膜厚で形成し、ソース／ド
レイン領域への電極コンタクトを取るために層間絶縁膜
を、フォトリソ・エッチングにより開孔し、ソース／ド
レイン電極を形成して、薄膜トランジスタを作製する。Next, a silicon oxide film serving as an interlayer insulating film is formed to a thickness of 100 to 500 nm by a sputtering method, a normal pressure CVD method, a plasma CVD method, or the like, so as to make electrode contact with the source / drain regions. Next, an interlayer insulating film is opened by photolithographic etching to form source / drain electrodes, thereby manufacturing a thin film transistor.
【００３１】本発明の一実施例として、ガラス基板をス
パッタ蒸着装置の蒸着試料台に装着し、まず基板被膜と
してスパッタ蒸着法で非晶質酸化シリコン被膜を形成し
た。その後引き続き、触媒元素材料を装着したターゲッ
トを用い、同一真空容器内でのスパッタ蒸着により触媒
元素層を形成した。蒸着中の基板加熱を行わない場合
と、加熱して６００℃以下に温度制御した場合を比較し
たが、この後行程の半導体薄膜の形成温度により最適な
加熱条件があることを経験的に見いだした。このように
して形成した触媒元素層の表面に、さらに引き続き結晶
性シリコン薄膜を、基板を６００℃以下に加熱しながら
スパッタ蒸着した。そしてさらにこの結晶性シリコンの
表面に、ゲート絶縁層とすべく非晶質酸化シリコン薄膜
を同一真空容器内でスパッタ蒸着した。As an embodiment of the present invention, a glass substrate was mounted on a deposition sample table of a sputter deposition apparatus, and first, an amorphous silicon oxide film was formed as a substrate film by a sputter deposition method. Subsequently, a catalyst element layer was formed by sputter deposition in the same vacuum vessel using a target on which the catalyst element material was mounted. A comparison was made between the case where the substrate was not heated during vapor deposition and the case where the temperature was controlled to 600 ° C. or less by heating. It was empirically found that there was an optimum heating condition depending on the semiconductor thin film formation temperature in the subsequent process. . On the surface of the catalyst element layer thus formed, a crystalline silicon thin film was further deposited by sputtering while heating the substrate to 600 ° C. or lower. Further, on the surface of the crystalline silicon, an amorphous silicon oxide thin film was sputter-deposited in the same vacuum vessel as a gate insulating layer.
【００３２】以上のように形成した結晶性シリコン薄膜
の結晶性は、Ｘ線回折法，電子線回折法，ラマン分光
法，透過電子顕微鏡観察，紫外線反射法，可視・紫外光
吸収法等のうちの一つ、あるいは複数により規定され
る。また、膜の水素の含有量は、二次イオン質量分析
法，赤外吸収法などにより規定される。The crystallinity of the crystalline silicon thin film formed as described above can be determined by X-ray diffraction, electron beam diffraction, Raman spectroscopy, transmission electron microscope observation, ultraviolet reflection, visible / ultraviolet light absorption, etc. Is defined by one or more. Further, the hydrogen content of the film is determined by a secondary ion mass spectrometry, an infrared absorption method, or the like.
【００３３】本発明に係るこのような半導体薄膜の製造
方法により、ボトムゲート型ＴＦＴ薄膜トランジスタの
ような半導体薄膜装置も、同様に高性能、簡便に、低温
条件で作成することが可能となる。第４図は本発明によ
る半導体薄膜装置における第２の実施例としてボトムゲ
ート型薄膜トランジスタの製造プロセスを示す概略図で
ある。According to the method for manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention, a semiconductor thin film device such as a bottom gate TFT thin film transistor can be similarly manufactured with high performance and under low temperature conditions. FIG. 4 is a schematic view showing a manufacturing process of a bottom gate type thin film transistor as a second embodiment in the semiconductor thin film device according to the present invention.
【００３４】まず、ガラス等の基板：１上に、スパッタ
蒸着、常圧ＣＶＤ法等により絶縁被膜：２として酸化シ
リコン膜を１００〜５００ｎｍの膜厚で形成した後（図
４(a)）、Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｔａ等からなる金属
膜を１００〜５００ｎｍの膜厚で形成し、フォトリソに
よりパターニングされたフォトレジストをマスクとして
金属膜をエッチングすることにより、ゲート電極：８を
形成する（図４（ｂ））。First, a silicon oxide film having a thickness of 100 to 500 nm is formed as an insulating film 2 on a substrate 1 made of glass or the like by sputtering deposition, normal pressure CVD or the like (FIG. 4A). A metal film made of Ti, Mo, W, Al, Ta, or the like is formed to a thickness of 100 to 500 nm, and the metal film is etched using a photoresist patterned by photolithography as a mask to form a gate electrode 8. (FIG. 4 (b)).
【００３５】次いで、スパッタ蒸着、常圧ＣＶＤ等によ
り、ゲート絶縁層：７として酸化シリコン膜を、５０〜
３００ｎｍの膜厚で形成（図４（ｃ））する。なお、酸
化シリコン膜の形成方法は、スパッタ法，プラズマＣＶ
Ｄ法，熱蒸着法，減圧ＣＶＤ法等、他の手段でもよい。
この絶縁層表面に触媒元素層を、同様の蒸着法により形
成する。（図４(d)）触媒元素としては、実施例で示し
たものと同様の元素を選択する。Next, a silicon oxide film as a gate insulating layer 7 was formed by sputtering evaporation, atmospheric pressure CVD, etc.
It is formed with a thickness of 300 nm (FIG. 4C). Note that the silicon oxide film is formed by a sputtering method or a plasma CV method.
Other means such as a D method, a thermal evaporation method, and a low pressure CVD method may be used.
A catalytic element layer is formed on the surface of the insulating layer by the same vapor deposition method. (FIG. 4 (d)) As the catalyst element, the same element as that shown in the embodiment is selected.
【００３６】次いで、半導体薄膜：３として結晶性シリ
コン膜を、１０〜５０ｎｍの膜厚で形成する（図４
（ｅ））。膜厚は、この範囲に限られたものではなく、
ＴＦＴの構造や他の工程との整合性等に応じ、５〜２０
０ｎｍの範囲で設定する。なお必要に応じて、結晶性シ
リコン膜の結晶性を改善するために４５０〜６００℃の
熱処理や、エキシマレーザーの照射等を行う。Next, a crystalline silicon film having a thickness of 10 to 50 nm is formed as the semiconductor thin film 3 (FIG. 4).
(E)). The film thickness is not limited to this range,
5 to 20 depending on the structure of the TFT and compatibility with other processes, etc.
Set in the range of 0 nm. Note that heat treatment at 450 to 600 ° C., irradiation with excimer laser, and the like are performed as necessary to improve the crystallinity of the crystalline silicon film.
【００３７】次いで、フォトリソによりパターニングさ
れたフォトレジストをマスクとして、不純物を含むイオ
ンを結晶性シリコン薄膜に注入し、ソース／ドレイン領
域となる不純物ドーピング層を形成する。このドーピン
グ層の形成は、例えばｎ型層の形成では水素希釈５％
ＰＨ3をイオン源ガスとしたイオンドーピングで行う。
イオンドーピングを適用する場合の条件は、加速電圧：
５〜１００ｋＶ，総イオン注入量：１０14〜１０16ｃｍ
-2とする。これらの条件はマスクの厚さや形成するドー
ピング層の厚さ等の構成により、適宜最適な条件やガス
濃度を選択する。また、ｐ型層の形成ではイオン源ガス
として、水素希釈５％ Ｂ2Ｈ6等を用いたイオンドーピ
ングにより行う。なお、イオンドーピング法では、ドー
パントとなる不純物と水素が同時に注入されるため、水
素による注入欠陥の補償や、活性化・結晶化の促進が行
われ、低い温度で低抵抗のドーピング層が形成される。
なお、本実施例では、イオンドーピングのマスクとして
フォトレジストを用いているが、シリコン薄膜上に酸化
シリコン膜や窒化シリコン膜を形成し、これらの膜とフ
ォトレジストをマスクとしてもよい。Next, using the photoresist patterned by photolithography as a mask, ions containing impurities are implanted into the crystalline silicon thin film to form impurity doped layers serving as source / drain regions. This doping layer is formed by, for example, hydrogen dilution 5% in the formation of an n-type layer.
This is performed by ion doping using PH 3 as an ion source gas.
The conditions for applying ion doping are the accelerating voltage:
5 to 100 kV, total ion implantation amount: 10 14 to 10 16 cm
-2 . For these conditions, optimal conditions and gas concentrations are appropriately selected depending on the thickness of the mask, the thickness of the doping layer to be formed, and the like. The p-type layer is formed by ion doping using hydrogen diluted 5% B 2 H 6 or the like as an ion source gas. In addition, in the ion doping method, impurities serving as a dopant and hydrogen are implanted at the same time, so that implantation defects are compensated by hydrogen and activation / crystallization is promoted, so that a low-resistance doping layer is formed at a low temperature. You.
Although a photoresist is used as a mask for ion doping in this embodiment, a silicon oxide film or a silicon nitride film may be formed on a silicon thin film, and these films and the photoresist may be used as a mask.
【００３８】次いで、層間絶縁膜：１１となる酸化シリ
コン膜を、スパッタ法，プラズマＣＶＤ法，常圧ＣＶＤ
法等により、１００〜５００ｎｍの膜厚で形成し、ソー
ス：５／ドレイン：６領域への電極コンタクトを取るた
めに層間絶縁膜を、フォトリソ・エッチングにより開孔
し、電極を形成して、ＴＦＴを完成させる。Next, a silicon oxide film serving as an interlayer insulating film: 11 is formed by sputtering, plasma CVD, or normal pressure CVD.
In order to make an electrode contact with the source: 5 / drain: 6 region, the interlayer insulating film is opened by photolithographic etching to form an electrode, and an electrode is formed. To complete.
【００３９】以上のような方法を採用することにより、
ガラス基板が適用できる温度範囲で、結晶性が優れた半
導体薄膜を形成することができる。従って、アクティブ
マトリックス方式の液晶ディスプレイ等のように大面積
ガラス基板に薄膜トランジスタを作製する場合において
も、特性、信頼性の優れた薄膜トランジスタを作製する
ことが可能となる。By adopting the above method,
A semiconductor thin film with excellent crystallinity can be formed in a temperature range in which a glass substrate can be used. Therefore, even when a thin film transistor is manufactured over a large-area glass substrate such as an active matrix liquid crystal display, a thin film transistor having excellent characteristics and reliability can be manufactured.
【００４０】また、成膜時に基板の加熱を行なえば、触
媒元素による低温結晶化の効果を促進し、より結晶性の
優れた半導体薄膜の形成ができるので、より良好な特性
を示す薄膜トランジスタを作製することができる。加熱
の温度は、本実施例のように基板としてガラス基板を用
いる場合には、１００〜６００℃であるのが好ましく、
さらには、ガラスの歪みを最小限にすることや酸化膜の
特性を向上させる点で３００〜５００℃がより好まし
い。Further, when the substrate is heated during the film formation, the effect of low-temperature crystallization by the catalytic element is promoted, and a semiconductor thin film having more excellent crystallinity can be formed. can do. When a glass substrate is used as the substrate as in this embodiment, the heating temperature is preferably 100 to 600 ° C.
Further, the temperature is more preferably 300 to 500 ° C. from the viewpoint of minimizing the distortion of the glass and improving the characteristics of the oxide film.
【００４１】[0041]
【発明の効果】以上説明したように、前記本発明の構成
によれば、高性能の低温形成薄膜トランジスタなどの半
導体薄膜装置を製造することができる。従って、アクテ
ィブマトリックス方式の液晶ディスプレイ等のように大
面積のガラス基板に薄膜トランジスタを作製する場合に
おいても、特性、信頼性の優れた薄膜トランジスタを生
産性よく作製することが可能となる。As described above, according to the configuration of the present invention, a semiconductor thin film device such as a high performance low temperature formed thin film transistor can be manufactured. Therefore, even when a thin film transistor is manufactured on a glass substrate having a large area such as an active matrix liquid crystal display, a thin film transistor having excellent characteristics and reliability can be manufactured with high productivity.
【００４２】また、本発明の構成又は本発明方法におい
て、原料としてシリコンターゲット材料を用い、スパッ
タ蒸着法により結晶性シリコン半導体薄膜を形成すれ
ば、層間絶縁層、基板の被膜、絶縁層、および触媒元素
層、さらにはゲート電極の形成を同一のスパッタ蒸着プ
ロセスで行うことができ、製造プロセスを簡便にして、
液晶ディスプレイなどに必要なシリコンＴＦＴを製造す
ることが可能となる。また、本発明の半導体薄膜形成方
法において、薄膜蒸着時に水素ガスあるいは不活性気体
を利用することで、成膜速度や結晶性をより制御でき
る。In the structure of the present invention or the method of the present invention, if a crystalline silicon semiconductor thin film is formed by a sputter deposition method using a silicon target material as a raw material, an interlayer insulating layer, a substrate coating, an insulating layer, and a catalyst can be formed. The element layer, and further the formation of the gate electrode can be performed by the same sputter deposition process, simplifying the manufacturing process,
It is possible to manufacture a silicon TFT required for a liquid crystal display or the like. Further, in the method of forming a semiconductor thin film of the present invention, a film forming rate and crystallinity can be more controlled by utilizing a hydrogen gas or an inert gas during thin film deposition.
【００４３】さらに、本発明の構成又は本発明方法にお
いては、成膜時に基板の温度を１００℃〜６００℃とす
ることにより、ガラス等の安価な基板の使用が可能とな
る。また、本発明の構成又は本発明方法において、基板
として透光性基板を用いることは、透過型液晶ディスプ
レイ等、光を透過させる製品を製造できる。また、本発
明の構成においては、得られた半導体薄膜に含まれる水
素を１０ａｔｏｍ%以下とすることで、作成する半導体
膜及び半導体装置の特性・信頼性の向上や、さらにレー
ザー再結晶化等の高品質化が必要な場合に、脱水素処理
が不要となる。Further, in the structure of the present invention or the method of the present invention, by setting the temperature of the substrate at 100 ° C. to 600 ° C. at the time of film formation, an inexpensive substrate such as glass can be used. In the structure of the present invention or the method of the present invention, by using a light-transmitting substrate as the substrate, a product that transmits light, such as a transmissive liquid crystal display, can be manufactured. Further, in the structure of the present invention, the hydrogen contained in the obtained semiconductor thin film is set to 10 atom% or less, thereby improving the characteristics and reliability of the semiconductor film and the semiconductor device to be formed, and further improving the properties of laser recrystallization and the like. When high quality is required, dehydrogenation is not required.
【００４４】また、本発明の構成又は本発明方法におい
て、基板上の一部もしくは全面に絶縁膜，導体膜の少な
くとも一種類以上を形成し、前記絶縁膜あるいは導体膜
の上に、結晶性の半導体薄膜を形成することで、安価な
ガラス等の基板上に半導体装置を製造する場合に、ガラ
スなどの基板からの不純物の影響等を低減できるととも
に、例えばボトムゲート型ＴＦＴ等の様に半導体装置の
構造を目的に応じて多様に設計できる。また、本発明の
構成において、半導体薄膜が微結晶シリコン薄膜である
という好ましい構成によれば、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜と比較し
てＴＦＴの電界効果移動度を高いものとする事ができる
とともに、再結晶化等の高品質化が必要な場合に脱水素
処理が不要となる。また、本発明の構成において、半導
体薄膜が多結晶シリコン薄膜であるという好ましい構成
によれば、ＴＦＴの電界効果移動度をより高いものとす
ることができる。In the structure of the present invention or the method of the present invention, at least one kind of an insulating film and a conductive film is formed on a part or the whole surface of the substrate, and a crystalline film is formed on the insulating film or the conductive film. By forming a semiconductor thin film, when manufacturing a semiconductor device on an inexpensive substrate such as glass, it is possible to reduce the influence of impurities from the substrate such as glass and the like. Can be designed in various ways according to the purpose. Further, in the configuration of the present invention, according to the preferred configuration in which the semiconductor thin film is a microcrystalline silicon thin film, the field effect mobility of the TFT can be increased as compared with the a-Si: H film, and When high quality such as recrystallization is required, dehydrogenation treatment becomes unnecessary. Further, in the configuration of the present invention, according to the preferred configuration in which the semiconductor thin film is a polycrystalline silicon thin film, the field effect mobility of the TFT can be further increased.
【００４５】また、本発明の構成又は本発明方法におい
て、半導体薄膜の厚さを５ｎｍ以上２００ｎｍ以下とす
ることにより、そのままＴＦＴの活性層として適用でき
るという効果がある。In the structure of the present invention or the method of the present invention, when the thickness of the semiconductor thin film is 5 nm or more and 200 nm or less, there is an effect that the semiconductor thin film can be directly used as an active layer of a TFT.
【図１】本発明にかかる半導体薄膜装置の実施例の概略
図FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of a semiconductor thin film device according to the present invention.
【図２】本発明に係る半導体薄膜装置の一例であるＴＦ
Ｔの製造方法の一部工程概略図FIG. 2 is an example of a semiconductor thin film device according to the present invention, TF.
Schematic diagram of some steps in the method of manufacturing T
【図３】本発明にかかる半導体薄膜装置の深さ方向の触
媒元素濃度分布の概略図FIG. 3 is a schematic diagram of a catalyst element concentration distribution in a depth direction of a semiconductor thin film device according to the present invention.
【図４】本発明にかかるボトムゲート型薄膜トランジス
タの製造方法の一部行程概略図FIG. 4 is a partial schematic process diagram of a method of manufacturing a bottom gate thin film transistor according to the present invention.
１ 基板 ２ 被膜 ３ 半導体薄膜 ４ 半導体薄膜・基板界面 ５ ソース ６ ドレイン ７ 絶縁層 ８ ゲート電極 ９ 触媒元素層 １０ 触媒元素分布 １１ 層間絶縁膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Coating 3 Semiconductor thin film 4 Semiconductor thin film / substrate interface 5 Source 6 Drain 7 Insulating layer 8 Gate electrode 9 Catalytic element layer 10 Catalytic element distribution 11 Interlayer insulating film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西谷 幹彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 吉田 哲久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 高瀬 道彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 澁谷 宗裕 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 後藤 真志 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F045 AA08 AA19 AB03 AB40 AD05 AD06 AD07 AD08 AD09 AD10 AF02 AF07 BB07 BB12 CA15 DA52 DA58 HA16 HA17 5F052 AA02 AA11 BB07 DA01 DB07 EA11 FA06 JA01 JA02 5F110 AA01 AA17 BB01 CC02 CC08 DD02 DD13 DD17 DD24 EE03 EE04 EE44 FF02 FF28 GG02 GG13 GG14 GG25 GG32 GG33 GG43 GG53 HJ01 HJ04 HJ13 NN02 NN23 NN34 NN35 PP01 PP03 PP34 QQ11 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Mikihiko Nishitani 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Pref.Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 72) Inventor Michihiko Takase 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Munehiro Shibuya 1006 Odaka Kadoma, Kadoma City Osaka Pref. 1006 Kazuma Kadoma Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.F-term (reference) BB01 CC02 CC08 DD02 DD13 DD17 DD24 EE03 EE04 EE44 FF02 FF28 GG02 GG13 GG14 GG25 GG32 GG33 GG43 GG 53 HJ01 HJ04 HJ13 NN02 NN23 NN34 NN35 PP01 PP03 PP34 QQ11
Claims (9)
長を促進させる触媒元素を含有した原子層を形成し、前
記原子層の中に前記触媒元素の濃度のピークとなる層を
形成し、前記半導体薄膜中または半導体薄膜外に前記触
媒元素を含有させることを特徴とする半導体薄膜の製造
方法。An atomic layer containing a catalytic element for promoting crystal growth is formed near an interface between a substrate and a semiconductor thin film, and a layer having a peak concentration of the catalytic element is formed in the atomic layer. A method for producing a semiconductor thin film, wherein the catalyst element is contained in or outside the semiconductor thin film.
長を促進させる触媒元素を含有した原子層と、前記原子
層の中に前記触媒元素の濃度のピークとなる層を有し、
前記半導体薄膜中または半導体薄膜外に前記触媒元素を
含有させることを特徴とする半導体薄膜。2. An atomic layer containing a catalytic element for promoting crystal growth near an interface between a substrate and a semiconductor thin film, and a layer having a peak concentration of the catalytic element in the atomic layer.
A semiconductor thin film comprising the catalyst element contained in or outside the semiconductor thin film.
１０ａｔｏｍ%以下の水素を含み、さらに触媒元素とし
て少なくともＮｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｐｔ、Ｐｄ，Ｃｕ，Ａ
ｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，
Ｏｓ，Ｉｒ，Ａｇのうちの一種を含有した微結晶シリコ
ンあるいは多結晶シリコンであり、該結晶性の半導体薄
膜を活性層とすることを特徴とする請求項２に記載の半
導体薄膜。3. A semiconductor thin film formed on a substrate contains hydrogen having a content of 10 atom% or less, and at least Ni, Fe, Co, Pt, Pd, Cu, A as a catalytic element.
u, In, Sn, P, As, Sb, Ru, Rh, Pd,
The semiconductor thin film according to claim 2, wherein the semiconductor thin film is microcrystalline silicon or polycrystalline silicon containing one of Os, Ir, and Ag, and the crystalline semiconductor thin film is used as an active layer.
の一部もしくは全面に絶縁膜，導体膜の少なくとも一種
類以上の被膜が形成され、前記被膜の上に、結晶性の半
導体薄膜が形成されていることを特徴とする請求項２に
記載の半導体薄膜。4. A light-transmitting substrate is used as a substrate, and at least one or more films of an insulating film and a conductor film are formed on a part or the entire surface of the substrate, and a crystalline semiconductor thin film is formed on the film. The semiconductor thin film according to claim 2, wherein is formed.
ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導
体薄膜。5. A semiconductor thin film having a thickness of 5 nm or more and 200
3. The semiconductor thin film according to claim 2, wherein the thickness is not more than nm.
成長を促進させる触媒元素、あるいは該元素を含有した
原子層を形成する工程と、該工程の後、半導体薄膜の構
成元素を含む原料を減圧下で放電分解して基板に照射し
て薄膜を形成する工程とを用いることにより、６００℃
以下に制御した前記基板上に結晶性の半導体薄膜を形成
することを特徴とする、請求項１に記載の半導体薄膜の
製造方法。6. A step of forming a catalyst element for promoting crystal growth or an atomic layer containing the element on a substrate surface arranged in a vacuum apparatus, and after the step, a raw material containing constituent elements of a semiconductor thin film And forming a thin film by irradiating the substrate with a discharge under reduced pressure to form a thin film.
The method according to claim 1, wherein a crystalline semiconductor thin film is formed on the substrate controlled as follows.
空容器からなる真空装置内において、前記真空容器内に
配置された前記基板表面に、結晶成長を促進させる前記
触媒元素、あるいは該元素を含有した原子層を形成する
工程と、前記半導体薄膜の構成元素を含む原料を減圧下
で放電分解し、電子密度が1010〜1013個／cm-3のプラズ
マを発生させ、該プラズマ中のイオン及びラジカルを前
記基板に照射して薄膜を形成する工程とを、同一の真空
装置で引き続き処理することを特徴とする請求項６に記
載の半導体薄膜の製造方法。7. In a vacuum apparatus comprising a vacuum vessel connected to a gas inlet and a vacuum exhaust port, the catalyst element for promoting crystal growth on the surface of the substrate disposed in the vacuum vessel, or the catalyst element. Forming an atomic layer containing, and discharging and decomposing the raw material containing the constituent elements of the semiconductor thin film under reduced pressure to generate a plasma having an electron density of 10 10 to 10 13 / cm -3. 7. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 6, wherein the step of irradiating the substrate with ions and radicals to form a thin film is successively performed in the same vacuum apparatus.
置し、結晶成長を促進させる前記触媒元素、あるいは該
元素を含有した原料を含むプラズマを発生させ、該プラ
ズマと前記基板設置台の間に電圧を印加する事により、
前記触媒元素を基板に注入して該元素を含有した原子層
を形成することを特徴とする請求項６に記載の半導体薄
膜の製造方法。8. Placing the substrate on a substrate mounting table in a vacuum vessel, generating a plasma containing the catalyst element for promoting crystal growth, or a raw material containing the element, and forming the plasma on the substrate mounting table. By applying a voltage in between,
The method according to claim 6, wherein the catalytic element is injected into a substrate to form an atomic layer containing the element.
置し、結晶成長を促進させる前記触媒元素、あるいは該
元素を含有した原料を、スパッタ蒸着法により前記基板
表面に薄膜蒸着し、前記触媒元素を含有した原子層を形
成することを特徴とする、請求項６に記載の半導体薄膜
の製造方法。9. The method according to claim 9, wherein the substrate is placed on a substrate mounting table in a vacuum vessel, and the catalyst element for promoting crystal growth or a raw material containing the element is thin-film deposited on the surface of the substrate by a sputter deposition method. The method for producing a semiconductor thin film according to claim 6, wherein an atomic layer containing a catalytic element is formed.
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