JPH09289165A - Semiconductor thin film, manufacture thereof, semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor thin film, manufacture thereof, semiconductor device and manufacture thereof

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Publication number
JPH09289165A
JPH09289165A JP8336338A JP33633896A JPH09289165A JP H09289165 A JPH09289165 A JP H09289165A JP 8336338 A JP8336338 A JP 8336338A JP 33633896 A JP33633896 A JP 33633896A JP H09289165 A JPH09289165 A JP H09289165A
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JP
Japan
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film
silicon film
substrate
region
amorphous silicon
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP8336338A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Shoji Miyanaga
昭治 宮永
Jun Koyama
潤 小山
Kenji Fukunaga
健司 福永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP8336338A priority Critical patent/JPH09289165A/en
Publication of JPH09289165A publication Critical patent/JPH09289165A/en
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  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a semiconductor thin film which is equivalent in crystallinity to a single crystal, by a method wherein a semiconductor thin film possessed of a lateral growth region formed of aggregated columnar or needle crystals nearly parallel with a substrate is irradiated with a laser beam. SOLUTION: Nickel element is held coming into contact with a region 205 of a non-crystal silicon film 203 through the intermediary of an oxide film, hydrogen is expelled, and then a heat treatment is carried out to crystallize the non-crystal silicon film 203. At this point, columnar or needle crystals are grown nearly in parallel with a substrate. Then, a silicon oxide 204 which served as a mask when nickel was selectively introduced is removed, and an obtained crystalline silicon film 207 is irradiated with a laser beam or a light beam of high intensity equivalent in energy to a laser beam. By this setup, crystal grain boundaries are not substantially present, so that the lateral growth region itself can be made to serve as a mono-domain region. Furthermore, columnar or needle crystals are markedly improved in crystallinity.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
絶縁表面を有する基体上に形成された、実質的に単結晶
と見なせる領域(以下、モノドメイン領域と呼ぶ)を有
する半導体薄膜およびその半導体薄膜を活性層とする半
導体装置に関する。特に、結晶性珪素膜で活性層を構成
した薄膜トランジスタに関する。
TECHNICAL FIELD [0001] The invention disclosed in the present specification is:
The present invention relates to a semiconductor thin film having a region (hereinafter referred to as a monodomain region) formed on a substrate having an insulating surface and which can be regarded as a substantially single crystal, and a semiconductor device having the semiconductor thin film as an active layer. In particular, the present invention relates to a thin film transistor having an active layer made of a crystalline silicon film.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、絶縁表面を有する基体上に形成さ
れた薄膜珪素半導体膜(厚さ数百〜数千Å程度)を用い
て薄膜トランジスタ(TFT)を構成する技術が注目さ
れている。薄膜トランジスタはICや液晶表示装置のよ
うな電子デバイスに広く応用されてきている。
2. Description of the Related Art In recent years, a technique for forming a thin film transistor (TFT) by using a thin silicon semiconductor film (having a thickness of several hundreds to several thousands Å) formed on a substrate having an insulating surface has received attention. Thin film transistors have been widely applied to electronic devices such as ICs and liquid crystal display devices.

【0003】薄膜トランジスタの心臓部ともいうべき重
要な部分はチャネル形成領域およびチャネル形成領域と
ソース/ドレイン領域とを接合するジャンクション部分
である。即ち、活性層が最も薄膜トランジスタの性能に
影響を与えると言える。
The important part which should be called the heart of the thin film transistor is a channel forming region and a junction part for joining the channel forming region and the source / drain regions. That is, it can be said that the active layer most affects the performance of the thin film transistor.

【0004】薄膜トランジスタの活性層を構成する半導
体薄膜としては、プラズマCVD法や減圧熱CVD法に
より形成される非晶質珪素膜(アモルファスシリコン
膜)が一般に利用されている。
As a semiconductor thin film forming an active layer of a thin film transistor, an amorphous silicon film (amorphous silicon film) formed by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method is generally used.

【0005】現状においては、非晶質珪素膜を用いた薄
膜トランジスタが実用化されているが、より高速動作を
求められる場合には、結晶性を有した珪素薄膜(結晶性
珪素膜と呼ぶ)を利用した薄膜トランジスタが必要とさ
れる。
At present, a thin film transistor using an amorphous silicon film has been put into practical use, but a silicon thin film having crystallinity (referred to as a crystalline silicon film) is used when higher speed operation is required. A thin film transistor utilized is needed.

【0006】基体上に結晶性珪素膜を形成する方法とし
ては、本出願人による特開平6-232059号公報、特開平6-
244103号公報に記載された技術が公知である。この公報
に記載されている技術は、珪素の結晶化を助長する金属
元素を利用することにより、550℃、4時間程度の加
熱処理によって結晶性の優れた結晶性珪素膜を形成する
ものである。
As a method for forming a crystalline silicon film on a substrate, the applicant of the present invention has disclosed Japanese Patent Laid-Open Nos. 6-232059 and 6-
The technique described in Japanese Patent No. 244103 is known. The technique described in this publication forms a crystalline silicon film having excellent crystallinity by heat treatment at 550 ° C. for about 4 hours by utilizing a metal element that promotes crystallization of silicon. .

【0007】また、特開平7-321339に記載された技術は
上記技術を応用して基体に概略平行な結晶成長を行わす
ものであり、発明者らは形成された結晶化領域を特に横
成長領域(またはラテラル成長領域)と呼んでいる。
Further, the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-321339 applies the above technique to perform crystal growth substantially parallel to the substrate, and the inventors of the present invention particularly laterally grow the formed crystallization region. It is called the area (or lateral growth area).

【0008】係る技術により形成された横成長領域は、
柱状または針状の結晶が進行方向を揃えた状態で集合し
た領域であり、結晶性に優れる特徴を有している。その
ため、この領域を利用して形成した活性層を有する薄膜
トランジスタは高い性能を持つことが判っている。
The lateral growth region formed by such a technique is
It is a region in which columnar or needle-shaped crystals are gathered in a state in which the traveling directions are aligned, and has a characteristic of excellent crystallinity. Therefore, it is known that a thin film transistor having an active layer formed by utilizing this region has high performance.

【0009】しかし、上記技術をもってしても各種演算
回路やメモリー回路等を構成するための薄膜トランジス
タとしては役不足の感がある。これは、その結晶性がい
まだ不足しており、必要とする特性が得られないからで
ある。
However, even with the above technique, there is a feeling that the thin film transistor for forming various arithmetic circuits, memory circuits, etc. is insufficient in its function. This is because the crystallinity is still insufficient and the required properties cannot be obtained.

【0010】例えば、アクティブマトリクス型の液晶表
示装置やパッシブ型の液晶表示装置の周辺回路には、画
素領域に配置された画素TFTを駆動するための駆動回
路や映像信号を取り扱ったり制御する回路、各種情報を
記憶する記憶回路等が必要とされる。
For example, a peripheral circuit of an active matrix type liquid crystal display device or a passive type liquid crystal display device, a driving circuit for driving a pixel TFT arranged in a pixel region, a circuit for handling and controlling a video signal, A memory circuit or the like for storing various kinds of information is required.

【0011】これらの回路の中で、映像信号を取り扱っ
たり制御する回路や各種情報を記憶する記憶回路には、
公知の単結晶ウエハーを用いた集積回路に匹敵する性能
が求められる。従って、基板上に形成される薄膜半導体
を用いてこれら回路を集積化しようとする場合、単結晶
に匹敵する結晶性を有した結晶性珪素膜を基板上に形成
する必要がある。
Among these circuits, a circuit for handling and controlling a video signal and a memory circuit for storing various information are
It is required to have performance comparable to that of an integrated circuit using a known single crystal wafer. Therefore, in order to integrate these circuits using a thin film semiconductor formed on a substrate, it is necessary to form a crystalline silicon film having crystallinity comparable to a single crystal on the substrate.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本明細書で開示する発
明は、絶縁表面を有する基体上に単結晶に匹敵する結晶
性を有するモノドメイン領域を形成することを課題とす
る。そして、そのモノドメイン領域でもって活性層を構
成した半導体装置を得ることを課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the invention disclosed in the present specification is to form a monodomain region having crystallinity comparable to a single crystal on a substrate having an insulating surface. Then, it is an object to obtain a semiconductor device in which an active layer is formed by the monodomain region.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の構成は、絶縁表面を有する基体上に形成された半導体
薄膜であって、前記半導体薄膜はレーザー光または該レ
ーザー光と同等のエネルギーを持つ強光の照射により結
晶性を改善されたモノドメイン領域を有し、前記モノド
メイン領域は前記基体と概略平行な柱状または針状結晶
が複数集合して形成されていることを特徴とする。
The structure of the invention disclosed in the present specification is a semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating surface, wherein the semiconductor thin film is laser light or energy equivalent to the laser light. Having a monodomain region whose crystallinity is improved by irradiation with strong light, wherein the monodomain region is formed by assembling a plurality of columnar or acicular crystals substantially parallel to the substrate. .

【0014】また、他の発明の構成となる半導体装置
は、前記モノドメイン領域のみを活性層として利用する
ものである。このモノドメイン領域の内部には実質的に
結晶粒界が存在しないという特徴がある。
A semiconductor device having a structure of another invention uses only the monodomain region as an active layer. The inside of this monodomain region is characterized in that there is substantially no grain boundary.

【0015】また他の発明の構成は、絶縁表面を有する
基体上に減圧熱CVD法により非晶質珪素膜を成膜する
工程と、前記非晶質珪素膜上に選択的に酸化珪素膜を形
成する工程と、前記非晶質珪素膜に対して結晶化を助長
する金属元素を保持せしめる工程と、加熱処理により前
記非晶質珪素膜の少なくとも一部を結晶性珪素膜に変成
せしめる工程と、前記酸化珪素膜を除去する工程と、前
記非晶質珪素膜および/または前記結晶性珪素膜に対し
てレーザー光または該レーザー光と同等のエネルギーを
持つ強光を照射する工程と、を少なくとも有し、前記レ
ーザー光または該レーザー光と同等のエネルギーを持つ
強光の照射する工程により前記結晶性珪素膜をモノドメ
イン領域に変成せしめることを特徴とする。また、これ
らの工程を経て形成されるモノドメイン領域で活性層を
構成することを特徴とする。
According to another aspect of the invention, there is provided a step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface by a low pressure thermal CVD method, and a silicon oxide film is selectively formed on the amorphous silicon film. A step of forming, a step of holding a metal element that promotes crystallization in the amorphous silicon film, and a step of transforming at least a part of the amorphous silicon film into a crystalline silicon film by heat treatment. At least, a step of removing the silicon oxide film, and a step of irradiating the amorphous silicon film and / or the crystalline silicon film with laser light or strong light having energy equivalent to the laser light. It is characterized in that the crystalline silicon film is transformed into a monodomain region by a step of irradiating with the laser beam or intense light having the same energy as the laser beam. Further, it is characterized in that the active layer is constituted by a mono domain region formed through these steps.

【0016】本発明者らは本発明により得られる横成長
領域を実質的に単結晶と見なせる領域として、その領域
をモノドメイン領域と定義している。モノドメイン領域
の特徴は、その領域内に実質的に結晶粒界が存在せず、
転移や積層欠陥等に起因する結晶欠陥が殆ど存在しない
ことである。
The present inventors defined the lateral growth region obtained by the present invention as a region which can be regarded as a substantially single crystal, and defined that region as a monodomain region. The feature of the monodomain region is that there is substantially no grain boundary in the region,
That is, there are almost no crystal defects caused by dislocations, stacking faults, and the like.

【0017】なお、実質的に結晶粒界が存在しないと
は、結晶粒界が存在したとしても電気的に不活性である
ことを意味している。その様な電気的に不活性な結晶粒
界として、{111}双晶粒界、{111}積層欠陥、
{221}双晶粒界、{221}Twist 双晶粒界などが
報告されている(R.Simokawa and Y.Hayashi:Jpn.J.App
l.Phys. 27 (1987) pp.751〜758 )。
The phrase "substantially free of crystal grain boundaries" means that the crystal grain boundaries are electrically inactive even if they exist. Such electrically inactive grain boundaries include {111} twin grain boundaries, {111} stacking faults,
{221} twin grain boundaries and {221} Twist twin grain boundaries have been reported (R.Simokawa and Y.Hayashi: Jpn.J.App.
l.Phys. 27 (1987) pp.751 to 758).

【0018】本発明者らは、モノドメイン領域に含まれ
る結晶粒界がこれらの電気的に不活性な結晶粒界となっ
ている可能性が高いと推測している。即ち、見た目には
結晶粒界として存在しても、電気的にはキャリアの移動
を阻害する様なことのない不活性な領域であると考えら
れる。
The present inventors presume that the crystal grain boundaries included in the monodomain region are highly likely to be these electrically inactive crystal grain boundaries. That is, it is considered to be an inactive region that does not electrically hinder the movement of carriers even if it appears as grain boundaries.

【0019】ところで、本発明において最も重要な概念
であるモノドメイン領域は以下のような過程で形成され
る。
The monodomain region, which is the most important concept in the present invention, is formed in the following process.

【0020】まず、図1(A)に示す様に選択的に金属
元素を導入した領域101を中心に結晶成長が進行す
る。この時結晶成長する柱状または針状結晶は基体に対
して概略平行な方向に成長していく。
First, as shown in FIG. 1A, crystal growth proceeds around a region 101 into which a metal element is selectively introduced. At this time, the columnar or acicular crystals that grow crystals grow in a direction substantially parallel to the substrate.

【0021】なお、結晶化を助長する金属元素はとして
Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、P
t、Cu、Auから選ばれた一種または複数種類のもの
が用いられるが、ここではNi(ニッケル)を例にと
る。
The metal elements that promote crystallization are Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir and P.
One or a plurality of types selected from t, Cu, and Au are used, but here Ni (nickel) is taken as an example.

【0022】このようにして102で示される様な横成
長領域が形成される。例えば600℃6時間程度の加熱
処理で形成されると横成長幅(図中の距離X)は100
〜200μm程度となる。
In this way, a lateral growth region 102 is formed. For example, when formed by heat treatment at 600 ° C. for about 6 hours, the lateral growth width (distance X in the figure) is 100.
It becomes about 200 μm.

【0023】形成された横成長領域102は図1(A)
に示す様にA〜Hの8つの部分に分割される。この時、
A〜Hはそれぞれが一つの結晶粒であるかのように見え
る。これは、A〜Hが互いにぶつかり合う領域にスリッ
プ等の欠陥が発生し、結晶粒界となるからである。
The formed lateral growth region 102 is shown in FIG.
It is divided into eight parts A to H as shown in FIG. This time,
Each of A to H looks like one crystal grain. This is because a defect such as slip occurs in a region where A to H collide with each other and becomes a crystal grain boundary.

【0024】このA〜Hの領域内の一部分を拡大した簡
略図を図1(B)に示す。図1(B)に示す様に、微視
的に見ると横成長領域は柱状または針状の結晶が複数集
合して形成されており、これが密集しているため巨視的
には図1(A)の様に一つの結晶粒のように見えるので
ある。
FIG. 1B shows a simplified diagram in which a part of the regions A to H is enlarged. As shown in FIG. 1 (B), when viewed microscopically, the lateral growth region is formed by a plurality of columnar or needle-like crystals aggregated, and because these are densely packed, macroscopically FIG. ), It looks like a single crystal grain.

【0025】この柱状または針状の結晶は各々その内部
に結晶粒界を含まない実質的に単結晶と見なせる領域、
即ち、モノドメイン領域となっている。
Each of these columnar or needle-shaped crystals is a region which does not include a grain boundary and can be regarded as a substantially single crystal.
That is, it is a mono-domain area.

【0026】また、個々の結晶はその内部からニッケル
等の不純物元素を排除しつつ成長するため、結晶表面に
は金属シリサイドが形成されており、図1(B)の10
3で示される様な結晶粒界には金属元素が偏析してい
る。
Further, since each crystal grows while excluding the impurity element such as nickel from the inside thereof, metal silicide is formed on the crystal surface, and 10 in FIG. 1 (B) is formed.
The metal element is segregated in the crystal grain boundaries as shown by 3.

【0027】従って、図1(B)の状態では、モノドメ
イン領域が複数集合しただけであり、結晶性は比較的良
いものの、横成長領域そのものがモノドメイン領域とな
っているわけではない。
Therefore, in the state shown in FIG. 1B, a plurality of monodomain regions are simply aggregated and the crystallinity is relatively good, but the lateral growth region itself is not a monodomain region.

【0028】本発明を実現するにはこの横成長領域10
2の結晶性を改善する工程が必要となる。本明細書では
この工程を特に単結晶化工程と呼ぶこととする。
To realize the present invention, this lateral growth region 10 is used.
The step of improving the crystallinity of No. 2 is required. In this specification, this step is particularly referred to as a single crystallization step.

【0029】本発明における単結晶化工程とは、具体的
には得られた結晶性珪素膜に対してレーザー光またはそ
れと同等のエネルギーを持つ強光を照射するものであ
る。
The single crystallization step in the present invention is specifically irradiating the obtained crystalline silicon film with laser light or intense light having energy equivalent to that of laser light.

【0030】まず使用するレーザー光としては紫外領域
のエキシマレーザーを使用することが望ましい。具体的
には、KrFエキシマレーザー(波長248nm)やX
eClエキシマレーザー(波長308nm)等を用いる
ことができる。また、レーザー光ではなく、紫外線ラン
プを用いた強光を照射しても同様の効果を得ることが可
能である。
First, it is desirable to use an excimer laser in the ultraviolet region as the laser light used. Specifically, KrF excimer laser (wavelength 248 nm) and X
An eCl excimer laser (wavelength 308 nm) or the like can be used. Further, the same effect can be obtained by irradiating not the laser light but the strong light using the ultraviolet lamp.

【0031】レーザー光を照射された結晶性珪素膜の被
照射面は局部的に高温に加熱され、珪素膜は瞬間的な溶
融状態となる。しかし、実際には図1(B)に示す様な
柱状または針状結晶の粒界部分103に偏析する金属シ
リサイドが優先的に溶融し、柱状または針状結晶は容易
には溶融しない。
The irradiated surface of the crystalline silicon film irradiated with the laser beam is locally heated to a high temperature, and the silicon film is in an instantaneous molten state. However, actually, the metal silicide segregated in the grain boundary portion 103 of the columnar or needle crystal as shown in FIG. 1B is preferentially melted, and the columnar or needle crystal is not easily melted.

【0032】即ち、図1(B)に示すような構成でなる
横成長領域にレーザー光を照射すると、結晶粒界103
が瞬間的ではあるが優先的に溶融して再結晶化する。な
お、図1(C)において104で示される破線は、図1
(B)における結晶粒界103が一時的に解離してその
後再結合した接合界面である。
That is, when laser light is irradiated to the lateral growth region having the structure shown in FIG.
Although it is instantaneous, it preferentially melts and recrystallizes. Note that the broken line denoted by 104 in FIG.
This is a bonding interface in which the crystal grain boundary 103 in (B) is temporarily dissociated and then recombined.

【0033】その時、結晶粒界103近傍のシリコン格
子は再配列してシリコン同士が整合性良く再結合する。
従って、図1(B)で示すように柱状または針状結晶が
複数集合して形成されていたA〜Hで示される個々の領
域内は、図1(C)に示すように実質的に結晶粒界が存
在しない。
At that time, the silicon lattice in the vicinity of the crystal grain boundary 103 is rearranged and silicon is recombined with good matching.
Therefore, as shown in FIG. 1 (B), the individual regions shown by A to H, which were formed by assembling a plurality of columnar or acicular crystals, are substantially crystalline as shown in FIG. 1 (C). There are no grain boundaries.

【0034】また、さらに針状または柱状結晶の内部に
内在していた転位や積層欠陥といった結晶欠陥はほぼ消
滅してしまうので元々柱状または針状結晶であった部分
の結晶性も著しく改善されたものとなる。
Furthermore, since crystal defects such as dislocations and stacking faults that are internal to the needle-shaped or columnar crystal are almost eliminated, the crystallinity of the originally columnar or needle-shaped crystal is remarkably improved. Will be things.

【0035】この時、A〜Hで示される個々の領域はシ
リコン格子の再配列により体積膨張が生じる。その結
果、図1(A)においてA〜Hの領域がぶつかり合う結
晶粒界(即ち、モノドメイン領域の外縁部)では珪素膜
の隆起が観測される。この珪素膜の隆起は、上記レーザ
ー照射処理を行う場合に見られる特徴の一つである。
At this time, volume expansion occurs in the individual regions A to H due to rearrangement of the silicon lattice. As a result, a ridge of the silicon film is observed at a crystal grain boundary (that is, an outer edge portion of the monodomain region) where the regions A to H collide with each other in FIG. This bulge of the silicon film is one of the features that can be seen when the above laser irradiation process is performed.

【0036】このような結晶粒界に見られる珪素膜の隆
起が発生するような時、結晶粒内の結晶性は良好なもの
となっていることが経験的に判っているが、その理由は
現状において定かではない。
It has been empirically known that the crystallinity in the crystal grains is good when such a protrusion of the silicon film occurs at the crystal grain boundaries. The reason is as follows. Currently uncertain.

【0037】また、この珪素膜の隆起は、例えば非晶質
珪素膜の膜厚が500Åの場合、その高さが500Å程
度となることがSEM観察などから判っている。
Further, it is known from SEM observation that the ridge of the silicon film has a height of about 500 Å when the film thickness of the amorphous silicon film is 500 Å, for example.

【0038】以上の過程を経て形成される結晶性珪素膜
は著しく結晶性が改善されており、単結晶に匹敵する結
晶性を有したモノドメイン領域となっている。
The crystalline silicon film formed through the above process has a remarkably improved crystallinity, and is a monodomain region having a crystallinity comparable to that of a single crystal.

【0039】本発明の構成の一つは上記のようなモノド
メイン領域のみを利用して薄膜トランジスタに代表され
る半導体装置の活性層を構成するものである。
One of the structures of the present invention is to form an active layer of a semiconductor device represented by a thin film transistor by utilizing only the above-mentioned monodomain region.

【0040】図4に示すのは、アクティブマトリクス型
液晶表示装置を作製するにあたって絶縁表面を有する基
体401上にマトリクス状に配置された活性層である。
FIG. 4 shows active layers arranged in a matrix on a substrate 401 having an insulating surface for manufacturing an active matrix type liquid crystal display device.

【0041】なお、402の破線で示される領域はニッ
ケルを選択的に導入するための領域が存在した場所であ
る。また、403は横成長領域が互いにぶつかり合って
形成された結晶粒界が存在した場所である。活性層を形
成した後では確認できないので点線で示すことにする。
The region indicated by the broken line 402 is the place where the region for selectively introducing nickel exists. Further, 403 is a place where a crystal grain boundary formed by the lateral growth regions hitting each other exists. Since it cannot be confirmed after forming the active layer, it is shown by a dotted line.

【0042】図4に示す様に、薄膜トランジスタの活性
層404はニッケル導入領域および結晶粒界を含まない
ようにマトリクス状に形成される。
As shown in FIG. 4, the active layer 404 of the thin film transistor is formed in a matrix so as not to include a nickel introduction region and a crystal grain boundary.

【0043】図4は局部的に見た図であるが、基体40
1上に形成される全ての活性層について同様のことが言
える。即ち、結晶粒界を含まないモノドメイン領域のみ
を利用して数百万もの薄膜トランジスタの活性層を構成
するのである。
FIG. 4 is a view seen locally, but the substrate 40
The same is true for all active layers formed on 1. That is, the active layers of millions of thin film transistors are formed by using only the monodomain regions that do not include grain boundaries.

【0044】以上のような本発明の構成について、以下
に記載する実施例でもって詳細な説明を行う。
The structure of the present invention as described above will be described in detail with reference to the following embodiments.

【0045】[0045]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕本実施例では絶縁表面を有する基体上に形
成された半導体薄膜として結晶性珪素膜を例にとり、結
晶性珪素膜で構成される横成長領域を、さらに結晶性を
高める手段を施してモノドメイン領域とする手段の説明
を行う。この過程の説明には図2を用いる。
[Embodiment 1] In this embodiment, a crystalline silicon film is taken as an example of a semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating surface, and a means for further enhancing the crystallinity of a lateral growth region composed of the crystalline silicon film is provided. The means for applying the mono domain region will be described. FIG. 2 is used to explain this process.

【0046】なお本実施例で用いる結晶化手段は、非晶
質珪素膜に対して結晶化を助長する金属元素であるニッ
ケルの導入を選択的に行い、基体に概略平行な方向に結
晶成長させた結晶性珪素膜を得るものである。この技術
は、前述の様に、特開平7-321339に記載されている。
The crystallization means used in this embodiment selectively introduces nickel, which is a metal element that promotes crystallization, into the amorphous silicon film to grow crystals in a direction substantially parallel to the substrate. To obtain a crystalline silicon film. This technique is described in JP-A-7-321339, as mentioned above.

【0047】まず絶縁表面を有する基体201を用意す
る。本実施例ではガラス基板(石英基板やシリコン基板
であってもよい)上に下地膜として酸化珪素膜202を
3000Åの厚さに成膜する。この酸化珪素膜202は
人工石英ターゲットを用いたスパッタ法により成膜する
(参考資料として人工石英ターゲットの成分表を図12
に示す)。
First, a substrate 201 having an insulating surface is prepared. In this embodiment, a silicon oxide film 202 is formed as a base film on a glass substrate (which may be a quartz substrate or a silicon substrate) to a thickness of 3000 Å. This silicon oxide film 202 is formed by a sputtering method using an artificial quartz target (for reference, the composition table of the artificial quartz target is shown in FIG. 12).
Shown).

【0048】なお、後に非晶質珪素膜を結晶化する際、
下地膜が緻密である方が得られる結晶性珪素膜の結晶性
が良いことが本発明者らの研究により判っている。それ
故に、本実施例では人工石英ターゲットを用いたスパッ
タ法により酸化珪素膜202を成膜したのである。
When the amorphous silicon film is crystallized later,
The present inventors have found that the denser the base film, the better the crystallinity of the obtained crystalline silicon film. Therefore, in this embodiment, the silicon oxide film 202 is formed by the sputtering method using the artificial quartz target.

【0049】また、酸化珪素膜202は表面が極めて平
坦であり、滑らかな状態となる。例えば、その凹凸の高
さは30Å以内、凹凸の幅は100Å以上であり、AF
M(Atomic Force Microscopy )による観察を行っても
凹凸として認識するには困難なレベルとなる。
The surface of the silicon oxide film 202 is extremely flat and smooth. For example, the height of the unevenness is 30 Å or less, the width of the unevenness is 100 Å or more, and the AF
Even when observed with M (Atomic Force Microscopy), the level is difficult to recognize as unevenness.

【0050】次に、非晶質珪素膜203を100 〜750 Å
( 好ましくは150 〜450 Å)の厚さにプラズマCVD
法、スパッタ法または減圧熱CVD法によって成膜す
る。減圧熱CVD法による場合、成膜ガスとしてはジシ
ラン(Si26 )、トリシラン(Si38 )等を用
いれば良い。
Next, the amorphous silicon film 203 is coated with 100 to 750 Å.
Plasma CVD to a thickness (preferably 150 to 450 Å)
Method, sputtering method or low pressure thermal CVD method. When the low pressure thermal CVD method is used, disilane (Si 2 H 6 ), trisilane (Si 3 H 8 ) or the like may be used as the film forming gas.

【0051】非晶質珪素膜203の膜厚を上記膜厚とし
ておくことで後のレーザー光照射による単結晶化工程が
効果的に行われるだけでなく、結晶化により得られる結
晶性珪素膜を半導体装置の活性層とした場合に、オフ電
流の低い半導体装置を作製することができる。
By setting the film thickness of the amorphous silicon film 203 to the above-mentioned film thickness, not only the subsequent single crystallization step by laser light irradiation is effectively performed, but also the crystalline silicon film obtained by crystallization is formed. When it is used as an active layer of a semiconductor device, a semiconductor device with low off current can be manufactured.

【0052】なお、減圧熱CVD法により成膜した非晶
質珪素膜は後の結晶化の際に自然核発生率が小さい。こ
の事は個々の結晶が相互干渉する(ぶつかりあって成長
が止まる)割合が減るため、横成長幅を大きくする上で
望ましい。
The amorphous silicon film formed by the low pressure thermal CVD method has a small natural nucleus generation rate during the subsequent crystallization. This is desirable in order to increase the lateral growth width, since the rate at which individual crystals interfere with each other (collision stops growth) is reduced.

【0053】非晶質珪素膜203を成膜したら、酸素雰
囲気中においてUV光を照射し、非晶質珪素膜203の
表面に極薄い酸化膜(図示せず)を形成する。この酸化
膜は、後にニッケルを導入する際の溶液塗布工程で溶液
の濡れ性を改善するためのものである。(図2(A))
After forming the amorphous silicon film 203, UV light is irradiated in an oxygen atmosphere to form an extremely thin oxide film (not shown) on the surface of the amorphous silicon film 203. This oxide film is for improving the wettability of the solution in the solution applying step when nickel is introduced later. (Fig. 2 (A))

【0054】そして、500 〜1200Åの厚さの酸化珪素膜
204を石英ターゲットを用いたスパッタ法により成膜
し、ニッケルを導入する領域のみを選択的にエッチング
除去する。即ち、この酸化珪素膜204は非晶質珪素膜
203に対してニッケルを選択的に導入するためのマス
クとして機能する。
Then, a silicon oxide film 204 having a thickness of 500 to 1200 Å is formed by a sputtering method using a quartz target, and only the region into which nickel is introduced is selectively removed by etching. That is, the silicon oxide film 204 functions as a mask for selectively introducing nickel into the amorphous silicon film 203.

【0055】酸化珪素膜204によって露呈される領域
205は、紙面に垂直な方向に長手方向を有するスリッ
ト状に形成されている。(図2(B))
The region 205 exposed by the silicon oxide film 204 is formed in a slit shape having a longitudinal direction perpendicular to the paper surface. (FIG. 2 (B))

【0056】次に、所定の濃度でニッケルを含有したニ
ッケル酢酸塩溶液を滴下し、水膜206を形成する。
(図2(C))
Next, a nickel acetate solution containing nickel at a predetermined concentration is dropped to form a water film 206.
(Fig. 2 (C))

【0057】なお、後の加熱工程における不純物の残留
を考慮すると、ニッケル塩溶液としては硝酸ニッケル塩
溶液を用いるのが好ましい。酢酸ニッケル塩溶液を用い
ることも出来るが、酢酸ニッケル塩溶液は炭素を含んで
おり、これが後の加熱工程において炭化して膜中に残留
することが懸念されるからである。
Considering residual impurities in the subsequent heating step, it is preferable to use a nickel nitrate salt solution as the nickel salt solution. This is because the nickel acetate salt solution can be used, but the nickel acetate salt solution contains carbon, which may cause carbonization in the subsequent heating step and remain in the film.

【0058】図2(C)の状態において、スピナーを用
いてスピンコートを行い、非晶質珪素膜203上の領域
205において、図示しない酸化膜を介してニッケル元
素が接して保持された状態とする。
In the state shown in FIG. 2C, spin coating is performed using a spinner, and a nickel element is held in contact with the region 205 on the amorphous silicon film 203 via an oxide film (not shown). To do.

【0059】次に、不活性雰囲気中において450℃、
1時間程度の水素出しを行った後、500〜700℃、
代表的には550〜600℃の温度で4〜8時間の加熱
処理を加えて非晶質珪素膜203の結晶化を行う。ただ
し、ガラス基板上に形成する場合はガラスの耐熱性を考
慮して650℃以下とするのが望ましい。こうして結晶
性珪素膜207が得られる。(図2(D))
Then, at 450 ° C. in an inert atmosphere,
After dehydrogenating for about 1 hour, 500 ~ 700 ℃,
Typically, heat treatment is performed at a temperature of 550 to 600 ° C. for 4 to 8 hours to crystallize the amorphous silicon film 203. However, when it is formed on a glass substrate, it is desirable to set the temperature to 650 ° C. or lower in consideration of the heat resistance of the glass. Thus, the crystalline silicon film 207 is obtained. (Fig. 2 (D))

【0060】ニッケルは205で示される領域におい
て、非晶質珪素膜203に図示しない酸化膜を介して接
して保持された状態から、図示しない酸化膜を通して非
晶質珪素膜203中に拡散し、結晶化を促進する触媒と
して機能する。具体的にはニッケルとシリコンとが反応
してシリサイドを形成し、それが核となって結晶化が進
行する。
In a region indicated by 205, nickel diffuses into the amorphous silicon film 203 from a state in which it is held in contact with the amorphous silicon film 203 via an oxide film not shown, through an oxide film not shown, It functions as a catalyst for promoting crystallization. Specifically, nickel and silicon react with each other to form a silicide, which serves as a nucleus to promote crystallization.

【0061】この時、結晶成長は柱状あるいは針状結晶
が基板に概略平行な方向に進行する。本実施例の場合
は、205で示される領域が図面の手前方向から奥手方
向に長手方向を有するスリット状となっているので、矢
印208で示されるように結晶成長は概略1方向に沿っ
て進行する。この時、結晶成長は数百μm以上に渡って
行わすことができる。
At this time, in the crystal growth, columnar or acicular crystals proceed in a direction substantially parallel to the substrate. In the case of the present embodiment, the region indicated by 205 has a slit shape having a longitudinal direction from the front direction to the back direction in the drawing, so that the crystal growth proceeds substantially along one direction as indicated by an arrow 208. To do. At this time, the crystal growth can be performed over several hundred μm.

【0062】この際、加熱処理により自然核発生が生じ
るとそれぞれで結晶成長した柱状あるいは針状結晶が互
いに干渉し合ってお互いの成長を阻害する。即ち、横成
長領域の成長幅が短くなるため好ましくない。従って、
自然核発生が少なく、導入したニッケルのみが核となる
ような条件とすることが望ましい。
At this time, if natural nucleation occurs due to the heat treatment, the columnar or needle-shaped crystals that have grown crystals interfere with each other and interfere with each other's growth. That is, the growth width of the lateral growth region becomes short, which is not preferable. Therefore,
It is desirable to set the conditions such that the spontaneous nucleation is small and only the introduced nickel becomes the nuclei.

【0063】また、この時導入するニッケル濃度は溶液
塗布工程においてニッケル塩溶液の濃度を調節すること
で容易に制御することができる。
The concentration of nickel introduced at this time can be easily controlled by adjusting the concentration of the nickel salt solution in the solution coating step.

【0064】上記のような横成長領域は、結晶成長の方
向が揃っているため他の結晶の影響をあまり受けない。
そのため、この横成長領域は巨視的には数百μm以上の
大きな結晶粒(グレイン)となって見える。
The lateral growth region as described above is not affected by other crystals so much because the crystal growth directions are aligned.
Therefore, this lateral growth region appears macroscopically as large crystal grains (grains) of several hundred μm or more.

【0065】しかし、微視的に見ると柱状あるいは針状
結晶が密集しているだけであり、個々の結晶はモノドメ
インとなっているものの、全体的には比較的結晶性の優
れた領域を形成しているに過ぎない。即ち、モノドメイ
ン領域として見なすには至らない。
However, microscopically, the columnar or needle-like crystals are only densely packed, and although the individual crystals are monodomains, the regions having relatively excellent crystallinity are generally present. It's just forming. That is, it cannot be regarded as a monodomain region.

【0066】次に、結晶化のための加熱処理が終了した
ら、ニッケルを選択的に導入するためのマスクとなった
酸化珪素膜204を除去する。この工程は、バッファー
ドフッ酸等により容易に行われる。
Next, after the heat treatment for crystallization is completed, the silicon oxide film 204 which serves as a mask for selectively introducing nickel is removed. This step is easily performed with buffered hydrofluoric acid or the like.

【0067】なお、この状態において結晶性珪素膜20
7の表面の凹凸は±30Å以下(好ましくは±20Å以下)
となっている。これは、結晶成長の際に珪素膜表面を酸
化珪素膜204で抑えていることによると考えられる。
In this state, the crystalline silicon film 20
Surface irregularity of 7 is less than ± 30Å (preferably less than ± 20Å)
It has become. It is considered that this is because the surface of the silicon film is suppressed by the silicon oxide film 204 during crystal growth.

【0068】次に、上記工程により得られた結晶性珪素
膜207に対してレーザー光またはそれと同等のエネル
ギーを持つ強光の照射を行う。本実施例では、レーザー
光としてKrFエキシマレーザー(波長248nm)を
用いるが、XeClエキシマレーザー(波長308n
m)を用いても構わない。
Next, the crystalline silicon film 207 obtained in the above step is irradiated with laser light or intense light having energy equivalent to that. In this embodiment, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) is used as the laser light, but a XeCl excimer laser (wavelength 308n) is used.
m) may be used.

【0069】この工程においては横成長領域を構成する
柱状または針状結晶がレーザー光の照射によって局部的
に高温に加熱される。この時、柱状または針状結晶の結
晶粒界(図1(B)の103で示される)に偏析する金
属シリサイド(本実施例の場合はニッケルシリサイド)
が優先的に溶融する。
In this step, the columnar or needle-shaped crystals forming the lateral growth region are locally heated to a high temperature by the irradiation of laser light. At this time, a metal silicide (nickel silicide in this embodiment) segregated at the crystal grain boundaries (shown by 103 in FIG. 1B) of columnar or needle crystals.
Melts preferentially.

【0070】そして、瞬間的に溶融した結晶粒界ではシ
リコン格子の再配列が行われ、シリコン原子同士が整合
性よく再結合する。従って、実質的に結晶粒界が存在し
なくなり、横成長領域そのものをモノドメイン領域とす
ることが可能である。
Then, the silicon lattice is rearranged at the crystal grain boundaries which are instantaneously melted, and the silicon atoms are recombined with good matching. Therefore, the crystal grain boundaries do not substantially exist, and the lateral growth region itself can be used as the monodomain region.

【0071】さらに、針状または柱状結晶の内部に内在
していた転位や積層欠陥といった結晶欠陥はほぼ消滅し
てしまうので元々柱状または針状結晶であった部分の結
晶性も著しく改善されたものとなる。
Furthermore, since crystal defects such as dislocations and stacking faults that are internal to the needle-shaped or columnar crystal are almost eliminated, the crystallinity of the originally columnar or needle-shaped crystal is remarkably improved. Becomes

【0072】こうして得られた結晶性珪素膜208はそ
の内部に実質的に結晶粒界が存在しないモノドメイン領
域で構成され、そのモノドメイン領域内においては単結
晶に匹敵する結晶性を有する。
The crystalline silicon film 208 thus obtained is composed of a monodomain region in which crystal grain boundaries do not substantially exist, and has crystallinity comparable to that of a single crystal in the monodomain region.

【0073】〔実施例2〕本実施例では、実施例1のレ
ーザー光の照射を同等のエネルギーを持つ強光でもって
行う場合の例である。この技術としてはRTA(ラピッ
ド・サーマル・アニール)が公知である。
[Embodiment 2] This embodiment is an example in which the irradiation of the laser light of Embodiment 1 is performed with strong light having the same energy. RTA (Rapid Thermal Annealing) is known as this technique.

【0074】RTAとは、被処理体に対して赤外光や紫
外光等の強光をランプ等により照射する方法である。こ
の特徴として、昇温速度および降温速度が速く、処理時
間が数秒〜数十秒と短いため、実質的に最表面の薄膜の
みを加熱できることである。即ち、例えばガラス基板上
の薄膜のみを1000℃程度の極めて高温でアニールす
ることが可能である。
RTA is a method of irradiating an object to be processed with intense light such as infrared light and ultraviolet light by a lamp or the like. This feature is that the heating rate and the cooling rate are fast, and the processing time is short at several seconds to several tens of seconds, so that only the thin film on the outermost surface can be heated substantially. That is, for example, only a thin film on a glass substrate can be annealed at an extremely high temperature of about 1000 ° C.

【0075】また、処理時間が短いことは製造工程にお
いてスループットを大幅に向上させることを意味してお
り、生産性の面からも非常に有効な手段であると言え
る。
Further, the fact that the processing time is short means that the throughput is greatly improved in the manufacturing process, and it can be said that this is a very effective means from the viewpoint of productivity.

【0076】〔実施例3〕本実施例は、実施例1に示す
工程で得られたモノドメイン領域を用いて薄膜トランジ
スタの活性層を構成する例を示す。なお、本実施例では
トップゲイト型を例にするがボトムゲイト型に適用する
ことも容易である。
[Embodiment 3] This embodiment shows an example in which an active layer of a thin film transistor is formed by using the monodomain region obtained in the step shown in Embodiment 1. In this embodiment, the top gate type is taken as an example, but it can be easily applied to the bottom gate type.

【0077】まず、図3(A)に示す様に、実施例1に
示した工程に従ってモノドメイン領域を含む半導体薄膜
を形成し、パターニングによってモノドメイン領域のみ
で構成される活性層303を形成する。なお、301は
実施例1で説明したように石英基板であり、302は酸
化珪素膜である。
First, as shown in FIG. 3A, a semiconductor thin film including a monodomain region is formed according to the process shown in the first embodiment, and an active layer 303 including only the monodomain region is formed by patterning. . Incidentally, 301 is a quartz substrate as described in the first embodiment, and 302 is a silicon oxide film.

【0078】次に、ゲイト絶縁膜として機能する酸化珪
素膜304を1500Åの厚さにプラズマCVD法で成膜す
る。酸化窒化珪素膜や窒化珪素膜であっても構わない。
Next, a silicon oxide film 304 functioning as a gate insulating film is formed to a thickness of 1500Å by the plasma CVD method. It may be a silicon oxynitride film or a silicon nitride film.

【0079】次にゲイト電極を構成するためのアルミニ
ウム膜305を5000Åの厚さにスパッタ法でもって成膜
する。このアルミニウム膜中には、スカンジウムを0.2
重量%含有させる。なお、アルミニウム以外にタンタ
ル、モリブデン等の他の金属を用いても良い。こうして
図3(A)に示す状態を得る。
Next, an aluminum film 305 for forming a gate electrode is formed to a thickness of 5000Å by a sputtering method. 0.2% scandium is contained in this aluminum film.
% By weight. In addition to aluminum, other metals such as tantalum and molybdenum may be used. Thus, the state shown in FIG. 3A is obtained.

【0080】アルミニウム膜305を成膜したら、その
表面に図示しない極薄い陽極酸化膜を形成する。この陽
極酸化膜は、3%の酒石酸を含んだエチレングリコール
溶液をアンモニア水で中和したものを電解溶液として行
う。即ち、この電解溶液中において、アルミニウム膜3
05を陽極、白金を陰極として陽極酸化を行う。
After forming the aluminum film 305, an extremely thin anodic oxide film (not shown) is formed on the surface thereof. For this anodic oxide film, an ethylene glycol solution containing 3% tartaric acid neutralized with aqueous ammonia is used as an electrolytic solution. That is, in this electrolytic solution, the aluminum film 3
Anodization is performed using 05 as an anode and platinum as a cathode.

【0081】この工程で形成される陽極酸化膜は緻密な
膜質を有し、後に形成されるレジストマスクとの密着性
を向上させるために機能する。なお、この図示しない陽
極酸化膜の膜厚は100Å程度とする。また膜厚は印加
電圧で制御できる。
The anodic oxide film formed in this step has a dense film quality and functions to improve the adhesion to the resist mask formed later. The thickness of the anodic oxide film (not shown) is about 100Å. The film thickness can be controlled by the applied voltage.

【0082】次にアルミニウム膜305をパターニング
し、ゲイト電極の基となる島状のアルミニウム膜のパタ
ーン306を形成する。なおこの際利用したレジストマ
スク(図示せず)はそのまま残存させておく。(図3
(B))
Next, the aluminum film 305 is patterned to form an island-shaped aluminum film pattern 306 which will be the base of the gate electrode. The resist mask (not shown) used at this time is left as it is. (Fig. 3
(B))

【0083】図3(B)に示す状態を得たら、再びアル
ミニウム膜のパターン306を陽極とした陽極酸化を行
う。ここでは、電解溶液として3%のシュウ酸水溶液を
用いる。この陽極酸化工程においては、図示しないレジ
ストマスクが存在するために陽極酸化がアルミニウムの
パターン306の側面のみにおいて進行する。従って、
図3(C)の307で示されるように陽極酸化膜が形成
される。
After obtaining the state shown in FIG. 3B, anodic oxidation is performed again using the aluminum film pattern 306 as an anode. Here, a 3% oxalic acid aqueous solution is used as the electrolytic solution. In this anodizing step, anodization proceeds only on the side surface of the aluminum pattern 306 due to the presence of a resist mask (not shown). Therefore,
An anodic oxide film is formed as indicated by 307 in FIG.

【0084】またこの工程で形成される陽極酸化膜30
7は、多孔質状を有しており、その成長距離も数μmま
で行わせることができる。
Further, the anodic oxide film 30 formed in this step
No. 7 has a porous shape, and its growth distance can be increased up to several μm.

【0085】上記の多孔質状の陽極酸化膜307の膜厚
は7000Åとする。またこの陽極酸化膜307の膜厚
は陽極酸化時間によって制御することができる。
The thickness of the porous anodic oxide film 307 is set to 7,000 Å. The film thickness of the anodic oxide film 307 can be controlled by the anodic oxidation time.

【0086】図3(C)に示す多孔質状の陽極酸化膜3
07を形成したら、図示しないレジストマスクを取り除
く。そして、再度の陽極酸化を行うことにより、緻密な
陽極酸化膜308を形成する。この陽極酸化工程は、前
述の緻密な陽極酸化膜を形成したのと同じ条件で行う。
Porous anodic oxide film 3 shown in FIG. 3 (C)
After forming 07, the resist mask not shown is removed. Then, by performing anodic oxidation again, a dense anodic oxide film 308 is formed. This anodic oxidation process is performed under the same conditions as those for forming the dense anodic oxide film described above.

【0087】ただし、形成する膜厚を800Åとする。
この工程においては、多孔質状の陽極酸化膜307の内
部に電解溶液が進入するために図3(C)に示すように
陽極酸化膜308が形成される。
However, the film thickness to be formed is 800 Å.
In this step, since the electrolytic solution enters the inside of the porous anodic oxide film 307, the anodic oxide film 308 is formed as shown in FIG.

【0088】この陽極酸化膜の膜厚を1500Å以上と
いうように厚くすると、後の不純物イオンの注入工程に
おいて、オフセットゲイト領域を形成することができ
る。
When the thickness of this anodic oxide film is increased to 1500 Å or more, the offset gate region can be formed in the subsequent impurity ion implantation step.

【0089】この緻密な陽極酸化膜308は、後の工程
においてゲイト電極309の表面にヒロックが発生する
ことを抑制するために機能する。
The dense anodic oxide film 308 functions to suppress the generation of hillocks on the surface of the gate electrode 309 in a later step.

【0090】緻密な陽極酸化膜308まで形成したら、
この状態においてソース/ドレイン領域を形成するため
の不純物イオンの注入を行う。ここではNチャネル型の
薄膜トランジスタを作製するためにPイオンの注入を行
う。
After forming the dense anodic oxide film 308,
In this state, impurity ions are implanted to form the source / drain regions. Here, P ions are implanted in order to manufacture an N-channel thin film transistor.

【0091】この工程において、高濃度に不純物が添加
されたソース領域310とドレイン領域311が形成さ
れる。(図3(C))
In this step, the source region 310 and the drain region 311 to which impurities are added at a high concentration are formed. (FIG. 3 (C))

【0092】次に、酢酸とリン酸と硝酸とを混合した混
酸を用いて、多孔質状の陽極酸化膜307を選択的に除
去した後に再度Pイオンのイオン注入を行なう。このイ
オン注入は、先のソース/ドレイン領域を形成する際よ
りも低ドーズ量でもって行なわれる。
Next, using a mixed acid obtained by mixing acetic acid, phosphoric acid, and nitric acid, the porous anodic oxide film 307 is selectively removed, and then P ions are implanted again. This ion implantation is performed with a lower dose amount than when forming the source / drain regions.

【0093】すると、ソース領域310、ドレイン領域
311と比較して不純物濃度の低い、低濃度不純物領域
312、313が形成される。そして314の領域が自
己整合的にチャネル形成領域として形成される。(図3
(D))
As a result, low-concentration impurity regions 312 and 313 having a lower impurity concentration than the source region 310 and the drain region 311 are formed. Then, the region 314 is formed as a channel forming region in a self-aligning manner. (Fig. 3
(D))

【0094】上記の不純物イオンの注入工程の後、レー
ザー光または赤外光または紫外光の照射を行うことによ
って、イオンの注入が行われた領域のアニールを行う。
After the step of implanting the impurity ions, laser light, infrared light, or ultraviolet light is irradiated to anneal the region where the ions are implanted.

【0095】このようにして、ソース領域310、低濃
度不純物領域312、チャネル形成領域314、低濃度
不純物領域313、ドレイン領域311を形成する。こ
こで、低濃度不純物領域313が通常LDD(ライトド
ープドレイン領域)と称される領域である。
Thus, the source region 310, the low concentration impurity region 312, the channel forming region 314, the low concentration impurity region 313, and the drain region 311 are formed. Here, the low-concentration impurity region 313 is a region usually called LDD (lightly doped drain region).

【0096】ここでプラズマ水素化処理を300〜35
0℃の温度範囲で0.5〜1時間行うと効果的である。
この工程により活性層303中には5原子%以下(1×
1021atoms/cm3 以下)、好ましくは1×1015〜1×
1021atoms/cm3 以下の水素が添加される。
Here, the plasma hydrogenation treatment is performed in the range of 300 to 35.
It is effective to perform the treatment in the temperature range of 0 ° C. for 0.5 to 1 hour.
By this step, 5 atomic% or less (1 ×
10 21 atoms / cm 3 or less), preferably 1 × 10 15 to 1 ×
Hydrogen of 10 21 atoms / cm 3 or less is added.

【0097】この水素は活性であるため活性層303中
の珪素の不対結合手または活性層/ゲイト絶縁膜界面の
準位を中和して除去することができる。
Since this hydrogen is active, it can be removed by neutralizing the dangling bonds of silicon in the active layer 303 or the level at the interface of the active layer / gate insulating film.

【0098】こうして図3(D)に示す状態が得られた
ら、次に層間絶縁膜315成膜する。層間絶縁膜315
は、酸化珪素膜、または窒化珪素膜、または酸化窒化珪
素膜、または樹脂膜、またはそれらの膜の積層膜でもっ
て構成される。窒化珪素膜を用いると、前工程で添加し
た水素がデバイス外部へ再放出するのを防ぐことが出来
るので好ましい。
When the state shown in FIG. 3D is obtained in this way, an interlayer insulating film 315 is next formed. Interlayer insulating film 315
Is formed of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a resin film, or a stacked film of these films. It is preferable to use a silicon nitride film because hydrogen added in the previous step can be prevented from being released again to the outside of the device.

【0099】そしてコンタクトホールの形成を行い、ソ
ース電極316とドレイン電極317とを形成する。ア
クティブマトリクス型液晶表示装置において画素TFT
を作製する場合、ゲイト電極309からの取り出し電極
は必要ないが、周辺駆動回路に用いる回路TFTの場
合、ゲイト電極309からの取り出し電極も同時に形成
する必要がある。
Then, contact holes are formed to form a source electrode 316 and a drain electrode 317. Pixel TFT in active matrix type liquid crystal display device
However, in the case of the circuit TFT used in the peripheral drive circuit, the extraction electrode from the gate electrode 309 also needs to be formed at the same time.

【0100】さらに350℃の水素雰囲気中において加
熱処理を行うことにより、素子全体の水素化を行い、図
3(E)に示す薄膜トランジスタを完成させる。
Further, heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere at 350 ° C. to hydrogenate the entire element, thereby completing the thin film transistor shown in FIG.

【0101】このようにして形成された薄膜トランジス
タは、活性層がモノドメイン領域で構成されているた
め、高速動作にも対応できる良好な電界効果移動度を示
す。また、チャネル領域やドレイン接合部に結晶粒界お
よびニッケル化合物等の偏析がないため、信頼性に優れ
た薄膜トランジスタを作製することが出来る。
Since the thin film transistor formed in this manner has an active layer composed of a monodomain region, it exhibits a good field-effect mobility that is compatible with high-speed operation. In addition, since there is no segregation of crystal grain boundaries and nickel compounds in the channel region and the drain junction, a thin film transistor with excellent reliability can be manufactured.

【0102】〔実施例4〕本実施例は実施例3で示した
TFTでもってCMOS構造を形成する例である。図5
〜図7に本実施例の作製工程を示す。なお、本発明によ
り形成される結晶性珪素膜の応用範囲は広く、CMOS
構造を形成する方法は本実施例に限ったものではない。
[Embodiment 4] This embodiment is an example of forming a CMOS structure with the TFT shown in the third embodiment. FIG.
~ Fig. 7 shows a manufacturing process of this embodiment. Note that the crystalline silicon film formed according to the present invention has a wide range of applications, and the CMOS
The method of forming the structure is not limited to this embodiment.

【0103】まず実施例1に示す構成に従って、ガラス
基板501上に酸化珪素膜502を成膜し、その上にモ
ノドメイン領域を有した結晶性珪素膜を得る。そしてそ
れをパターニングすることによりモノドメイン領域のみ
で構成されたNチャネル型TFTの活性層503とPチ
ャネル型TFTの活性層504を得る。
First, according to the structure shown in Example 1, a silicon oxide film 502 is formed on a glass substrate 501, and a crystalline silicon film having a monodomain region is obtained thereon. Then, by patterning it, an active layer 503 of the N-channel type TFT and an active layer 504 of the P-channel type TFT which are composed of only the mono domain region are obtained.

【0104】活性層503、504を形成したら、ゲイ
ト絶縁膜として機能する酸化珪素膜505をプラズマC
VD法で成膜する。厚さは500〜2000Å、代表的
には1000〜1500Åとする。また、ゲイト絶縁膜
としては酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜等の他の絶縁膜を
用いてもよい。
After forming the active layers 503 and 504, the silicon oxide film 505 functioning as a gate insulating film is plasma C
The film is formed by the VD method. The thickness is 500 to 2000Å, typically 1000 to 1500Å. Further, as the gate insulating film, another insulating film such as a silicon oxynitride film or a silicon nitride film may be used.

【0105】こうして図5(A)に示す状態を得る。こ
こでは説明を簡単にするために一組のNチャネル型の薄
膜トランジスタとPチャネル型の薄膜トランジスタとを
形成する例を示す。一般的には同一ガラス基板上に数百
以上の単位でNチャネル型の薄膜トランジスタとPチャ
ネル型の薄膜トランジスタとが形成される。
Thus, the state shown in FIG. 5A is obtained. Here, an example in which a pair of N-channel thin film transistors and P-channel thin film transistors is formed is shown for simplicity of description. Generally, an N-channel type thin film transistor and a P-channel type thin film transistor are formed in units of several hundreds or more on the same glass substrate.

【0106】図5(A)に示す状態を得たら、図5
(B)に示すように後にゲイト電極を構成することにな
るアルミニウム膜506を成膜する。
After obtaining the state shown in FIG.
As shown in (B), an aluminum film 506 which will later form a gate electrode is formed.

【0107】このアルミニウム膜はヒロックやウィスカ
ーの発生を抑制するためにスカンジウムを0.2 wt重量
%含有させる。アルミニウム膜の成膜方法はスパッタ法
や電子ビーム蒸着法を用いて行う。
This aluminum film contains scandium in an amount of 0.2 wt% in order to suppress the generation of hillocks and whiskers. The aluminum film is formed by a sputtering method or an electron beam evaporation method.

【0108】ヒロックやウィスカーというのは、アルミ
ニウムの異常成長に起因する刺状あるいは針状の突起物
のことである。ヒロックやウィスカーの存在は、隣合う
配線間や上限間に離間した配線間においてショートやク
ロスクトークが発生する原因となる。
Hillocks and whiskers are spine-like or needle-like protrusions caused by abnormal growth of aluminum. The presence of hillocks or whiskers causes short circuits or crosstalk between adjacent wirings or between wirings separated by an upper limit.

【0109】アルミニウム膜以外の材料としてはタンタ
ル等の陽極酸化可能な金属を利用することができる。
As a material other than the aluminum film, anodizable metal such as tantalum can be used.

【0110】アルミニウム膜506を成膜したら、電解
溶液中においてアルミニウム膜506を陽極とした陽極
酸化を行い、薄く緻密な陽極酸化膜507を成膜する。
After forming the aluminum film 506, anodization is performed in the electrolytic solution using the aluminum film 506 as an anode to form a thin and dense anodic oxide film 507.

【0111】ここでは、3%の酒石酸を含んだエチレン
グルコール溶液をアンモニアで中和したものを電解溶液
として用いる。この陽極酸化方法を用いると緻密な膜質
を有した陽極酸化膜を得ることができる。またその膜厚
は印加電圧によって制御することができる。
Here, an ethylene glycol solution containing 3% tartaric acid neutralized with ammonia is used as an electrolytic solution. By using this anodizing method, an anodized film having a dense film quality can be obtained. The film thickness can be controlled by the applied voltage.

【0112】ここでは陽極酸化膜507の厚さを100
Å程度とする。この陽極酸化膜507は、後に形成され
るレジストマスクとの密着性を向上させる役割を有して
いる。このようにして図5(B)に示す状態を得る。
Here, the thickness of the anodic oxide film 507 is set to 100.
Å The anodic oxide film 507 has a role of improving the adhesion with a resist mask formed later. Thus, the state shown in FIG. 5B is obtained.

【0113】次にレジストマスク508と509を形成
する。そしてこのレジストマスク508と509を利用
してアルミニウム膜506とその表面の陽極酸化膜50
7をパターニングする。このようにして図5(C)に示
す状態を得る。
Next, resist masks 508 and 509 are formed. Then, using the resist masks 508 and 509, the aluminum film 506 and the anodic oxide film 50 on its surface are formed.
7 is patterned. Thus, the state shown in FIG. 5C is obtained.

【0114】次に3%のシュウ酸水溶液を電解溶液とし
て、この溶液中で残存したアルミニウム膜でなるパター
ン510と511を陽極とした陽極酸化を行う。
Next, using 3% oxalic acid aqueous solution as an electrolytic solution, anodic oxidation is performed with the patterns 510 and 511 made of the aluminum film remaining in this solution as anodes.

【0115】この陽極酸化工程においては、陽極酸化が
残存したアルミニウム膜510と511の側面において
選択的に進行する。これは、アルミニウム膜510と5
11の上面に緻密な陽極酸化膜とレジストマスク508
と509が残存しているからである。
In this anodizing step, the anodizing selectively proceeds on the side surfaces of the aluminum films 510 and 511 where the anodization remains. This is the aluminum film 510 and 5
11, a dense anodic oxide film and a resist mask 508
And 509 remain.

【0116】またこの陽極酸化においては、多孔質状
(ポーラス状)の膜質を有した陽極酸化膜512、51
3が形成される。またこの多孔質状の陽極酸化膜51
2、513は数μm程度まで成長させることができる。
In this anodic oxidation, the anodic oxide films 512 and 51 having a porous (porous) film quality.
3 is formed. Also, this porous anodic oxide film 51
2, 513 can be grown to about several μm.

【0117】本実施例では、この陽極酸化の進行距離、
即ち膜厚は7000Åとする。この陽極酸化の進行距離
によって、後に低濃度不純物領域の長さが決まる。経験
的にこの多孔質状の陽極酸化膜の成長距離は6000Å
〜8000Åとすることが望ましい。こうして図5
(D)に示す状態を得る。
In the present embodiment, this anodic oxidation progress distance,
That is, the film thickness is 7,000 Å. The length of the low-concentration impurity region will be determined later by the progress distance of this anodic oxidation. Empirically, the growth distance of this porous anodic oxide film is 6000Å
It is desirable to set it to ~ 8000Å. FIG.
The state shown in (D) is obtained.

【0118】この状態においてゲイト電極51と52が
画定する。図5(D)に示す状態を得たら、レジストマ
スク508と509を取り除く。
In this state, the gate electrodes 51 and 52 are defined. After obtaining the state shown in FIG. 5D, the resist masks 508 and 509 are removed.

【0119】次に再び3%の酒石酸を含んだエチレング
ルコール溶液をアンモニアで中和したものを電解溶液と
して用いた陽極酸化を行う。この工程においては、電解
溶液が多孔質状の陽極酸化膜512と513の中に侵入
する。この結果、図5(E)の514と515で示され
る緻密な陽極酸化膜が形成される。
Next, anodic oxidation is performed again using an ethylene glycol solution containing 3% tartaric acid neutralized with ammonia as an electrolytic solution. In this step, the electrolytic solution penetrates into the porous anodic oxide films 512 and 513. As a result, dense anodic oxide films 514 and 515 in FIG. 5E are formed.

【0120】この緻密な陽極酸化膜514と515の厚
さは500〜4000Åとする。この膜厚の制御は電圧
印加時間で行なう。なお、先に形成した緻密な陽極酸化
膜507の残存部分はこの陽極酸化膜514と515と
一体化してしまう。
The thickness of the dense anodic oxide films 514 and 515 is set to 500 to 4000 Å. The film thickness is controlled by the voltage application time. The remaining portion of the dense anodic oxide film 507 formed previously is integrated with the anodic oxide films 514 and 515.

【0121】次に、図5(E)に示す状態においてN型
を付与する不純物としてP(リン)イオンを全面にドー
ピングする。
Next, in the state shown in FIG. 5E, the entire surface is doped with P (phosphorus) ions as an impurity imparting N-type conductivity.

【0122】このドーピングは、0.2 〜5×1015/c
2 、好ましくは1〜2×1015/cm2 という高いド
ーズ量で行う。ドーピング方法としてはプラズマドーピ
ング法やイオンドーピング法を用いる。
This doping is 0.2-5 × 10 15 / c
The dose is as high as m 2 , preferably 1 to 2 × 10 15 / cm 2 . A plasma doping method or an ion doping method is used as the doping method.

【0123】この図5(E)に示す工程の結果、高濃度
にPイオンが注入された領域516、517、518、
519が形成される。
As a result of the step shown in FIG. 5 (E), regions 516, 517, 518 where P ions are implanted at a high concentration,
519 is formed.

【0124】次にアルミ混酸を用いて多孔質状の陽極酸
化膜512と513を除去する。この時、陽極酸化膜5
12、513の直下に位置した活性層領域は、イオン注
入されていないため実質的に真性である。
Next, the porous anodic oxide films 512 and 513 are removed using aluminum mixed acid. At this time, the anodic oxide film 5
The active layer regions located directly under 12, 513 are substantially intrinsic because they are not ion-implanted.

【0125】次に、右側のPチャネル型の薄膜トランジ
スタを構成する素子を覆うようにしてレジストマスク5
20を形成する。こうして図6(A)に示す状態を得
る。
Next, the resist mask 5 is formed so as to cover the element forming the right P-channel type thin film transistor.
Form 20. Thus, the state shown in FIG. 6A is obtained.

【0126】図6(A)に示す状態を得たら、図6
(B)に示すように再びPイオンの注入を行う。このP
イオンの注入は、ドーズ量を0.1 〜5×1014/cm
2 、好ましくは0.3 〜1×1014/cm2 という低い値
とする。
After obtaining the state shown in FIG.
As shown in (B), P ions are implanted again. This P
The dose of ion implantation is 0.1 to 5 × 10 14 / cm 3.
2 , preferably a low value of 0.3 to 1 × 10 14 / cm 2 .

【0127】即ち、図6(B)で示す工程で行われるP
イオンの注入はそのドーズ量を図5(E)に示す工程に
おいて行われたドーズ量に比較して低いものとする。
That is, P performed in the step shown in FIG.
The dose of the ion implantation is lower than the dose performed in the step shown in FIG.

【0128】この工程の結果、522と524の領域が
ライトドープされた低濃度不純物領域となる。また、5
21と525の領域は、より高濃度にPイオンが注入さ
れた高濃度不純物領域となる。
As a result of this step, the regions 522 and 524 become lightly doped low concentration impurity regions. Also, 5
The regions 21 and 525 are high-concentration impurity regions in which P ions are implanted at a higher concentration.

【0129】この工程において、521の領域がNチャ
ネル型の薄膜トランジスタのソース領域となる。そして
522と524が低濃度不純物領域、525がドレイン
領域となる。また、523で示される領域は実質的に真
性なチャネル形成領域となる。なお、524で示される
領域が一般にLDD(ライトドープドレイン)領域と称
される領域である。
In this step, the region 521 becomes the source region of the N-channel type thin film transistor. And 522 and 524 become a low concentration impurity region, and 525 becomes a drain region. Further, the region indicated by 523 becomes a substantially intrinsic channel forming region. The region indicated by 524 is a region generally called an LDD (lightly doped drain) region.

【0130】また、特に図示しないが陽極酸化膜514
でイオン注入を遮られた領域がチャネル形成領域523
と低濃度不純物領域522、524との間に存在する。
この領域はオフセットゲイト領域と呼ばれ、陽極酸化膜
514の膜厚分の距離を有する。
Although not shown in particular, the anodic oxide film 514 is not shown.
The region blocked by the ion implantation is the channel forming region 523.
And the low-concentration impurity regions 522 and 524.
This region is called an offset gate region and has a distance corresponding to the film thickness of the anodic oxide film 514.

【0131】オフセットゲイト領域はイオン注入されず
実質的に真性であるが、ゲイト電圧が印加されないため
チャネルを形成せず、電界強度を緩和し、劣化を抑制す
る抵抗成分として機能する。
Although the offset gate region is substantially intrinsic without being ion-implanted, it does not form a channel because a gate voltage is not applied, functions as a resistance component that relaxes the electric field strength and suppresses deterioration.

【0132】ただし、その距離(オフセットゲイト幅)
が短い場合、実効的なオフセットゲイト領域として機能
しない。また、どれだけの距離があれば有効に機能する
かの明確な境界はない。
However, the distance (offset gate width)
Is short, it does not function as an effective offset gate region. Also, there is no clear boundary as to how far away it will work effectively.

【0133】次に、レジストマスク820を除去して、
図6(C)に示すように左側のNチャネル型の薄膜トラ
ンジスタを覆うレジストマスク526を形成する。
Next, the resist mask 820 is removed,
As shown in FIG. 6C, a resist mask 526 which covers the left N-channel thin film transistor is formed.

【0134】次に、図6(C)に示す状態においてP型
を付与する不純物としてB(ボロン)イオンの注入を行
う。ここでは、Bイオンのドーズ量を0.2 〜10×10
15/cm2 、好ましくは1〜2×1015/cm2 程度と
する。このドーズ量は図5(E)に示す工程におけるド
ーズ量と同程度とすることができる。
Next, in the state shown in FIG. 6C, B (boron) ions are implanted as impurities imparting P-type. Here, the dose amount of B ions is 0.2 to 10 × 10.
15 / cm 2 , preferably about 1 to 2 × 10 15 / cm 2 . This dose amount can be approximately the same as the dose amount in the step shown in FIG.

【0135】この工程により形成される527と531
で示される領域は、N型およびP型を付与する不純物を
含むが、実質的に取り出し電極とのコンタクトをとる為
のパッド(以下、コンタクトパッドと呼ぶ)としての機
能しか持たない。即ち、左側のNチャネル型の薄膜トラ
ンジスタと異なり、527、531の領域をソース/ド
レイン領域と明確に区別する。
527 and 531 formed by this process
The region indicated by contains an impurity imparting N-type and P-type, but substantially has only a function as a pad (hereinafter, referred to as a contact pad) for making contact with the extraction electrode. That is, unlike the N-channel thin film transistor on the left side, the regions 527 and 531 are clearly distinguished from the source / drain regions.

【0136】本発明者らはPチャネル型の薄膜トランジ
スタに関して、ソース領域を528で示される領域、ド
レイン領域を530で示される領域として定義してい
る。
The present inventors defined the source region as a region indicated by 528 and the drain region as a region indicated by 530 in the P-channel type thin film transistor.

【0137】これらの領域528、530は実質的に真
性であった領域にBイオンのみを注入して形成されてい
る。そのため、他のイオンが混在しないので不純物濃度
の制御が容易なものとなり、整合性の良いPI接合を実
現できる。また、イオン注入による結晶性の乱れも比較
的小さなもので済む。
These regions 528 and 530 are formed by implanting only B ions into the substantially intrinsic region. Therefore, since other ions do not coexist, the impurity concentration can be easily controlled, and a PI junction with good compatibility can be realized. Further, the disorder of crystallinity due to ion implantation can be relatively small.

【0138】また、陽極酸化膜515を利用してオフセ
ットゲイト領域を形成することもできるが、経験的には
Pチャネル型の薄膜トランジスタは殆ど劣化しないた
め、オフセットゲイト領域を特に設ける必要はない。
Although the offset gate region can be formed using the anodic oxide film 515, empirically, the P-channel type thin film transistor hardly deteriorates. Therefore, it is not necessary to particularly provide the offset gate region.

【0139】こうしてPチャネル型の薄膜トランジスタ
のソース領域528とドレイン領域530が形成され
る。また529の領域は特に不純物が注入されずにチャ
ネル形成領域となる。そして、前述のように527、5
31はそれぞれソース領域528、ドレイン領域530
から電流を取り出すためのコンタクトパッドとなる。
Thus, the source region 528 and the drain region 530 of the P-channel type thin film transistor are formed. Further, the region 529 is a channel forming region without any particular impurity implantation. And, as mentioned above, 527, 5
31 is a source region 528 and a drain region 530, respectively.
It becomes a contact pad for taking out a current from.

【0140】次に、図6(C)に示す工程の終了後、レ
ジストマスク526を取り除き、図6(D)に示す状態
を得る。この状態で注入された不純物の活性化と不純物
イオンが注入された領域のアニールを行うためにレーザ
ー光の照射を行う。
After the step shown in FIG. 6C is completed, the resist mask 526 is removed to obtain the state shown in FIG. 6D. In this state, laser light irradiation is performed to activate the implanted impurities and anneal the regions where the impurity ions are implanted.

【0141】この時、Nチャネル型の薄膜トランジスタ
のソース/ドレイン領域である521と525の組で示
される領域と、Pチャネル型の薄膜トランジスタのソー
ス/ドレイン領域である528と530の組で示される
領域との結晶性の違いがそれ程大きくない状態でレーザ
ー光の照射を行うことができる。
At this time, a region shown by a pair of source / drain regions 521 and 525 of the N-channel type thin film transistor and a region shown by a set of source / drain regions 528 and 530 of the P-channel type thin film transistor. Irradiation with laser light can be performed in a state in which the difference in crystallinity between and is not so large.

【0142】上記結晶性の違いがそれ程大きくないの
は、図6(C)に示す工程においてPチャネル型の薄膜
トランジスタのソース/ドレイン領域528、530が
イオン注入の際に大きな損傷を受けていないからであ
る。
The difference in crystallinity is not so large because the source / drain regions 528 and 530 of the P-channel type thin film transistor are not significantly damaged during ion implantation in the step shown in FIG. 6C. Is.

【0143】従って、図6(D)に示す状態においてレ
ーザー光の照射を行い、2つの薄膜トランジスタのソー
ス/ドレイン領域のアニールを行う場合、そのアニール
効果違いを是正することができる。即ち、得られるNお
よびPチャネル型の薄膜トランジスタの特性の違いを是
正することができる。
Therefore, when laser light irradiation is performed in the state shown in FIG. 6D to anneal the source / drain regions of the two thin film transistors, the difference in annealing effect can be corrected. That is, it is possible to correct the difference in the characteristics of the obtained N-type and P-channel type thin film transistors.

【0144】図6(D)に示す状態を得たら、図7
(A)に示すように層間絶縁膜532を4000Åの厚
さに成膜する。層間絶縁膜532は酸化珪素膜、酸化窒
化珪素膜、窒化珪素膜のいずれでも良く、多層構造とし
ても良い。これら珪化膜の成膜方法は、プラズマCVD
法や熱CVD法を用いればよい。
After obtaining the state shown in FIG.
As shown in (A), an interlayer insulating film 532 is formed to a thickness of 4000Å. The interlayer insulating film 532 may be any of a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, and a silicon nitride film, and may have a multi-layer structure. These silicide films are formed by plasma CVD.
Method or thermal CVD method may be used.

【0145】次にコンタクトホールの形成を行い、Nチ
ャネル型の薄膜トランジスタ(NTFT)のソース電極
533とドレイン電極534を形成する。同時にPチャ
ネル型の薄膜トランジスタ(PTFT)のソース電極5
35とドレイン電極536を形成する。(図7(B))
Next, contact holes are formed to form a source electrode 533 and a drain electrode 534 of an N-channel type thin film transistor (NTFT). At the same time, the source electrode 5 of the P-channel type thin film transistor (PTFT)
35 and the drain electrode 536 are formed. (Fig. 7 (B))

【0146】ここでNチャネル型の薄膜トランジスタの
ドレイン電極534とPチャネル型の薄膜トランジスタ
のドレイン電極536とを接続するようにパターニング
を行い、さらに2つのTFTのゲイト電極同士を接続す
ればCMOS構造が実現される。
Here, patterning is performed so as to connect the drain electrode 534 of the N-channel type thin film transistor and the drain electrode 536 of the P-channel type thin film transistor, and the gate electrodes of the two TFTs are connected to each other to realize a CMOS structure. To be done.

【0147】例えば、本実施例に示すようなCMOS型
の薄膜回路は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置
やアクティブマトリクス型のEL表示装置に利用するこ
とができる。
For example, the CMOS type thin film circuit as shown in this embodiment can be used for an active matrix type liquid crystal display device or an active matrix type EL display device.

【0148】なお、図5(E)、図6(B)、図6
(C)に示す不純物イオンの注入工程において、活性層
がゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素膜505で覆われて
いることは重要である。
Note that FIG. 5 (E), FIG. 6 (B), and FIG.
In the step of implanting impurity ions shown in (C), it is important that the active layer is covered with the silicon oxide film 505 forming the gate insulating film.

【0149】このような状態で不純物イオンの注入を行
うと、活性層表面の荒れや汚染を抑制することができ
る。このことは、歩留りや得られる装置の信頼性を高め
ることに大きな寄与を果たす。
By implanting impurity ions in such a state, it is possible to suppress the surface of the active layer from being roughened or contaminated. This greatly contributes to improving the yield and the reliability of the obtained device.

【0150】〔実施例5〕本実施例では、実施例1で示
す結晶性珪素膜をシリコンウェハー上に形成する例を示
す。この場合、シリコンウェハー表面に絶縁層を設ける
必要があるが、通常熱酸化膜を利用することが多い。
[Embodiment 5] This embodiment shows an example in which the crystalline silicon film shown in Embodiment 1 is formed on a silicon wafer. In this case, it is necessary to provide an insulating layer on the surface of the silicon wafer, but usually a thermal oxide film is often used.

【0151】熱処理の温度範囲は700〜1300℃が
一般的であり、所望の酸化膜厚によって処理時間は変化
する。
The temperature range of the heat treatment is generally 700 to 1300 ° C., and the treatment time varies depending on the desired oxide film thickness.

【0152】また、シリコンウェハーの熱酸化は通常O
2 、O2-H2 O、H2 O、O2-H2燃焼などの雰囲気で
行なわれる。また、HClやCl2 などのハロゲン元素
を添加した雰囲気での酸化も広く実用化されている。
Further, thermal oxidation of a silicon wafer is usually O
2 , O 2 -H 2 O, H 2 O, O 2 -H 2 combustion or the like. Further, oxidation in an atmosphere to which a halogen element such as HCl or Cl 2 is added is also widely used.

【0153】シリコンウェハーはICなどの半導体デバ
イスに欠かせない基体の一つであり、ウェハー上に様々
な半導体素子を形成する技術が生み出されている。
A silicon wafer is one of the essential substrates for semiconductor devices such as ICs, and techniques for forming various semiconductor elements on the wafer have been created.

【0154】本実施例によれば、単結晶に匹敵する結晶
性を備えた結晶性珪素膜を従来のシリコンウェハーを用
いた技術に組み合わせ、結晶性珪素膜の応用範囲をさら
に拡大することができる。
According to this embodiment, a crystalline silicon film having crystallinity comparable to that of a single crystal can be combined with a conventional technique using a silicon wafer to further expand the range of application of the crystalline silicon film. .

【0155】〔実施例6〕本実施例は実施例5の一例と
してシリコンウェハー上に形成されたICの上に、本発
明による結晶性珪素膜を用いたTFTを形成する例を示
す。製造プロセスの概要を図8を用いて説明する。
[Embodiment 6] This embodiment shows an example of Embodiment 5 in which a TFT using a crystalline silicon film according to the present invention is formed on an IC formed on a silicon wafer. The outline of the manufacturing process will be described with reference to FIG.

【0156】図8(A)に示すのは通常のプロセスによ
りシリコンウェハー上に形成されたMOS−FETであ
る。801で示されるのはシリコン基板、802、80
3は素子同士を分離するための絶縁膜であり、一般的に
は熱酸化膜が用いられる。
FIG. 8A shows a MOS-FET formed on a silicon wafer by a normal process. Reference numeral 801 denotes a silicon substrate, 802, 80
Reference numeral 3 is an insulating film for separating the elements from each other, and a thermal oxide film is generally used.

【0157】また、804はソース領域、805はドレ
イン領域であり、シリコン基板801に一導電性を付与
する不純物イオンを注入した後、拡散工程を経て形成さ
れる。シリコン基板801がP型ならN型を付与する不
純物(リン)を、シリコン基板801がN型ならP型を
付与する不純物(ボロン)を注入する。
Reference numeral 804 denotes a source region and 805 denotes a drain region, which are formed through a diffusion process after implanting impurity ions imparting one conductivity type into the silicon substrate 801. If the silicon substrate 801 is P-type, an impurity (phosphorus) that imparts N-type is implanted, and if the silicon substrate 801 is N-type, an impurity (boron) that imparts P-type is implanted.

【0158】また、806で示される領域はチャネル形
成領域である。この領域のシリコン表面にはイオン注入
後の拡散工程で形成される熱酸化膜の一部が膜厚制御を
行なって残され、ゲイト絶縁膜として機能する。807
は一導電型を有する多結晶珪素膜でなるゲイト電極であ
る。
The region indicated by 806 is a channel forming region. A part of the thermal oxide film formed in the diffusion process after ion implantation is left on the silicon surface in this region by controlling the film thickness, and functions as a gate insulating film. 807
Is a gate electrode made of a polycrystalline silicon film having one conductivity type.

【0159】ゲイト電極807は酸化珪素膜等の絶縁膜
808で覆われ、ソース電極809やドレイン電極81
0と電気的に短絡しない構成となっている。(図8
(A))
The gate electrode 807 is covered with an insulating film 808 such as a silicon oxide film, and the source electrode 809 and the drain electrode 81 are formed.
It is configured so as not to be electrically short-circuited with 0. (FIG. 8
(A))

【0160】図8(A)の状態が得られたら、層間絶縁
膜811を成膜する。この層間絶縁膜としては酸化珪素
膜、窒化珪素膜等が用いられる。層間絶縁膜811を成
膜したら、コンタクトホールを形成してドレイン電極か
らの取り出し配線812を形成する。(図8(B))
After the state of FIG. 8A is obtained, an interlayer insulating film 811 is formed. A silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like is used as this interlayer insulating film. After forming the interlayer insulating film 811, a contact hole is formed and a lead wire 812 from the drain electrode is formed. (Fig. 8 (B))

【0161】図8(B)の状態を得たら、CMP(ケミ
カル・メカニカル・ポリッシング)技術などにより研磨
を施し、露出表面の平坦化を行なう。この工程により、
層間絶縁膜811は平坦化され、取り出し配線812の
凸部は無くなる。
After obtaining the state of FIG. 8B, the exposed surface is flattened by polishing by CMP (chemical mechanical polishing) technique or the like. By this process,
The interlayer insulating film 811 is flattened, and the protruding portion of the extraction wiring 812 disappears.

【0162】図8(C)において813は平坦化された
層間絶縁膜、814はその平坦面である。また、815
は凸部の無くなった取り出し配線であり、それと接続し
て取り出し配線816が形成される。
In FIG. 8C, 813 is a flattened interlayer insulating film, and 814 is its flat surface. Also, 815
Is a lead-out wiring without a convex portion, and a lead-out wiring 816 is formed in connection with it.

【0163】次に、層間絶縁膜817を成膜する。この
層間絶縁膜817の上に本発明を適用することができ
る。即ち、層間絶縁膜817上にモノドメイン領域を用
いて形成した活性層を有する薄膜トランジスタを形成す
る。
Next, an interlayer insulating film 817 is formed. The present invention can be applied to this interlayer insulating film 817. That is, a thin film transistor having an active layer formed using a monodomain region is formed over the interlayer insulating film 817.

【0164】まず、実施例1に従ってモノドメイン領域
でなる活性層818を形成する。そして、ゲイト絶縁膜
819を成膜し、次にゲイト電極820を形成する。そ
して、一導電型を付与する不純物を活性層に注入する。
First, according to the first embodiment, the active layer 818 composed of the mono domain region is formed. Then, a gate insulating film 819 is formed, and then a gate electrode 820 is formed. Then, an impurity imparting one conductivity type is injected into the active layer.

【0165】不純物注入が終了したら後に低濃度不純物
領域を形成するためのサイドウォール31を形成する。
サイドウォール821の形成方法は次の工程に従う。
After the impurity implantation is completed, a sidewall 31 for forming a low concentration impurity region is formed later.
The sidewall 821 is formed by the following steps.

【0166】まず、ゲイト電極820を覆って酸化珪素
膜等でなる絶縁膜(図示せず)をゲイト電極820の膜
厚以上に形成する。次に、ドライエッチング法による異
方性エッチングを行い、成膜した絶縁膜を除去すると、
ゲイト電極82の側面のみに絶縁膜が残存する。
First, an insulating film (not shown) made of a silicon oxide film or the like is formed so as to cover the gate electrode 820 and have a thickness equal to or larger than that of the gate electrode 820. Next, anisotropic etching by dry etching is performed to remove the formed insulating film,
The insulating film remains only on the side surface of the gate electrode 82.

【0167】この状態で再度不純物注入を行う。する
と、2度目に不純物を注入された領域はソース領域およ
びドレイン領域となり、サイドウォール821で遮蔽さ
れた領域はソース領域およびドレイン領域と比較して低
濃度の不純物領域となる。不純物注入後は加熱処理やレ
ーザー光の照射等により不純物の活性化を行う。
Impurity implantation is performed again in this state. Then, the region into which the impurities are implanted for the second time becomes a source region and a drain region, and the region shielded by the sidewall 821 becomes an impurity region having a lower concentration than the source region and the drain region. After implanting the impurities, the impurities are activated by heat treatment, laser light irradiation, or the like.

【0168】以上の様にして、活性層を構成したら層間
絶縁膜822として酸化珪素膜または窒化珪素膜を成膜
し、コンタクトホールを形成してソース電極823およ
びドレイン電極824を形成する。
After the active layer is formed as described above, a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed as an interlayer insulating film 822, contact holes are formed, and a source electrode 823 and a drain electrode 824 are formed.

【0169】以上、本実施例で示す様にIC上に本発明
を応用することで、図8(D)のような三次元構造でな
る集積回路を構成することが可能である。本発明によれ
ば、ICの上方に形成されるTFTは単結晶上に形成し
たTFTに匹敵する性能を有するため、IC本来の性能
を損なわず、従来以上の高密度集積化回路を実現するこ
とができる。 〔実施例7〕本実施例では、本発明を応用して作製した
TFTをDRAM(Dynamic RondomAccess Memory)に
応用した例について説明する。説明には図9を用いるこ
ととする。
As described above, by applying the present invention on an IC as shown in this embodiment, an integrated circuit having a three-dimensional structure as shown in FIG. 8D can be formed. According to the present invention, since the TFT formed above the IC has a performance comparable to that of the TFT formed on the single crystal, it is possible to realize a higher density integrated circuit than before without impairing the original performance of the IC. You can [Embodiment 7] In this embodiment, an example in which a TFT manufactured by applying the present invention is applied to a DRAM (Dynamic Rondom Access Memory) will be described. FIG. 9 will be used for the description.

【0170】DRAMは記憶する情報を電荷としてコン
デンサに蓄える形式のメモリである。コンデンサへの情
報としての電荷の出し入れは、コンデンサに直列に接続
されたTFTによって制御される。DRAMの1個のメ
モリセルを構成するTFTとコンデンサの回路を図9
(A)に示す。
The DRAM is a type of memory in which information to be stored is stored in a capacitor as an electric charge. The transfer of charge as information to and from the capacitor is controlled by a TFT connected in series to the capacitor. FIG. 9 shows a circuit of a TFT and a capacitor which constitutes one memory cell of DRAM.
It shows in (A).

【0171】ワード線901によってゲイト信号を与え
られると、903で示されるTFTは導通状態となる。
この状態でビット線902側からコンデンサ904に電
荷が充電されて情報を読み込んだり、充電したコンデン
サから電荷を取り出して情報を読みだしたりする。
When a gate signal is applied by the word line 901, the TFT indicated by 903 becomes conductive.
In this state, the capacitor 904 is charged with electric charges from the bit line 902 side to read information, or the electric charges are taken out from the charged capacitor to read information.

【0172】DRAMの断面構造を図9(B)に示す。
905で示されるのは、石英基板もしくはシリコン基板
でなる基体である。シリコン基板であれば、所謂SOI
構造を構成することができる。
A sectional structure of the DRAM is shown in FIG.
Reference numeral 905 denotes a substrate made of a quartz substrate or a silicon substrate. If it is a silicon substrate, so-called SOI
The structure can be configured.

【0173】上記基体905上には下地膜として酸化珪
素膜906が成膜され、その上には本発明を応用したT
FTが作製される。なお、基体905がシリコン基板で
あれば、下地膜906として熱酸化膜を用いることもで
きる。また、907は実施例1に従って形成されたモノ
ドメイン領域からなる活性層である。
A silicon oxide film 906 is formed as a base film on the substrate 905, and a T film to which the present invention is applied is formed on the silicon oxide film 906.
An FT is created. If the base 905 is a silicon substrate, a thermal oxide film can be used as the base film 906. Reference numeral 907 denotes an active layer formed of the mono domain region formed according to the first embodiment.

【0174】活性層907はゲイト絶縁膜908で覆わ
れ、その上にはゲイト電極909が形成される。そし
て、その上に層間絶縁膜910が積層された後、ソース
電極911が形成される。このソース電極911の形成
と同時にビット線902および912で示される電極が
形成される。また、913は絶縁膜でなる保護膜であ
る。
The active layer 907 is covered with the gate insulating film 908, and the gate electrode 909 is formed thereon. Then, after the interlayer insulating film 910 is laminated thereon, the source electrode 911 is formed. Simultaneously with the formation of the source electrode 911, the electrodes indicated by the bit lines 902 and 912 are formed. Reference numeral 913 is a protective film made of an insulating film.

【0175】この電極912は固定電位を保ち、その下
方に存在する活性層のドレイン領域との間にコンデンサ
904を形成する。即ち、このコンデンサに蓄積された
電荷をTFTにより書き込んだり、読み出したりするこ
とで記憶素子としての機能を有することになる。
This electrode 912 keeps a fixed potential, and a capacitor 904 is formed between the electrode 912 and the drain region of the active layer located therebelow. That is, the electric charge accumulated in this capacitor is written into or read from the TFT to have a function as a memory element.

【0176】DRAMの特徴は1個のメモリを構成する
素子数がTFTとコンデンサだけで非常に少ないので、
高集積密度の大規模メモリを構成するのに適している。
また、価格も低く抑えられるので、現在最も大量に使用
されている。
The feature of the DRAM is that the number of elements constituting one memory is very small with only the TFT and the capacitor.
It is suitable for constructing large-scale memory with high integration density.
In addition, the price is kept low, so it is currently used in the largest amount.

【0177】例えば、シリコン基板上に本発明を応用し
たSOI構造を形成した場合、接合面積が小さいためT
FTのリーク(漏洩)電流を小さく抑えることが出来
る。このことはデータ保持時間に大きく寄与する。
For example, when an SOI structure to which the present invention is applied is formed on a silicon substrate, the junction area is small, so T
The leak current of the FT can be suppressed to a small value. This greatly contributes to the data retention time.

【0178】また、SOI基板上にDRAMセルを形成
した場合の特徴として蓄積容量を小さく設定することが
できるため、低電圧での動作を可能とすることができ
る。
Further, as a feature of the DRAM cell formed on the SOI substrate, since the storage capacitance can be set small, it is possible to operate at a low voltage.

【0179】〔実施例8〕本実施例では、本発明を応用
して作製したTFTをSRAM(Static RondomAccess
Memory )に応用した例について説明する。説明には図
10を用いることとする。
[Embodiment 8] In this embodiment, a TFT manufactured by applying the present invention is used as an SRAM (Static Rondom Access).
Memory) will be described. FIG. 10 will be used for the description.

【0180】SRAMはフリップフロップ等の双安定回
路を記憶素子に用いたメモリであって、双安定回路のO
N−OFFあるいはOFF−ONの2安定状態に対応し
て2進情報値(0または1)を記憶するものである。電
源の供給がある限り記憶が保持される点で有利である。
The SRAM is a memory that uses a bistable circuit such as a flip-flop as a storage element, and is an O of the bistable circuit.
The binary information value (0 or 1) is stored corresponding to the two stable states of N-OFF or OFF-ON. This is advantageous in that memory is retained as long as power is supplied.

【0181】記憶回路はN−MOSやC−MOSで構成
される。図10(A)に示すSRAMの回路は受動負荷
素子に高抵抗を用いた回路である。
The memory circuit is composed of N-MOS and C-MOS. The SRAM circuit shown in FIG. 10A is a circuit using a high resistance as a passive load element.

【0182】11で示されるのはワード線であり、12
はビット線である。13は高抵抗で構成される負荷素子
であり、14で示されるような2組のドライバトランジ
スタと15で示されるような2組のアクセストランジス
タとでSRAMが構成される。
Reference numeral 11 is a word line, and 12
Is a bit line. Reference numeral 13 is a load element composed of a high resistance, and an SRAM is composed of two sets of driver transistors as shown by 14 and two sets of access transistors as shown by 15.

【0183】TFTの断面構造を図10(B)に示す。
石英基板もしくはシリコン基板でなる基体16上に下地
膜として酸化珪素膜17を成膜し、その上に本発明を応
用したTFTを作製することができる。18は実施例1
に従って形成されたモノドメイン領域からなる活性層で
ある。
A sectional structure of the TFT is shown in FIG.
A silicon oxide film 17 is formed as a base film on a substrate 16 made of a quartz substrate or a silicon substrate, and a TFT to which the present invention is applied can be manufactured on the silicon oxide film 17. 18 is Example 1
Is an active layer composed of a monodomain region formed according to the above.

【0184】活性層228はゲイト絶縁膜19で覆わ
れ、その上にはゲイト電極20が形成される。そして、
その上に層間絶縁膜21が積層された後、ソース電極2
2が形成される。このソース電極22の形成と同時にビ
ット線12およびドレイン電極23が形成される。
The active layer 228 is covered with the gate insulating film 19, and the gate electrode 20 is formed thereon. And
After the interlayer insulating film 21 is laminated thereon, the source electrode 2
2 is formed. At the same time when the source electrode 22 is formed, the bit line 12 and the drain electrode 23 are formed.

【0185】その上には再び層間絶縁膜24が積層さ
れ、次に高抵抗負荷としてポリシリコン膜25が形成さ
れる。26は絶縁膜でなる保護膜である。
An interlayer insulating film 24 is laminated again thereon, and then a polysilicon film 25 is formed as a high resistance load. Reference numeral 26 is a protective film made of an insulating film.

【0186】以上のような構成でなるSRAMの特徴
は、高速動作が可能で、信頼性が高くシステムへの組む
込みが容易なことなどである。
The characteristics of the SRAM having the above-mentioned structure are that it can operate at high speed, has high reliability, and can be easily incorporated into a system.

【0187】〔実施例9〕実施例7や実施例8で触れた
ようなSOI構造に関する研究は低消費電力化のブレイ
クスルーとして近年その発達が目覚ましい。本実施例で
は、SOI基板に残された問題と本発明とを対比させ
る。
[Ninth Embodiment] The research on the SOI structure as mentioned in the seventh and eighth embodiments has been remarkable in recent years as a breakthrough of low power consumption. In this embodiment, the problem left on the SOI substrate is compared with the present invention.

【0188】上記問題点を図11にまとめる。図11に
示すように珪素膜中の界面準位や固定電荷のような結晶
性に関するものや、金属汚染やボロン濃度といった外的
なものなどがある。
The above problems are summarized in FIG. As shown in FIG. 11, there are things related to crystallinity such as interface states and fixed charges in the silicon film, and external things such as metal contamination and boron concentration.

【0189】本発明では、結晶性珪素膜に対してレーザ
ー光またはそれと同等のエネルギーを持つ強光を照射す
ることにより、結晶性の改善と結晶同士の再結合(単結
晶化)を行う。
In the present invention, the crystalline silicon film is irradiated with laser light or intense light having an energy equivalent to that of laser light to improve the crystallinity and recombine crystals (single crystallization).

【0190】このレーザーアニールによる効果として
は、パイプ密度、界面準位、固定電荷、貫通転移など結
晶性に悪影響を与える因子を除去または充分減少でき
る。
As the effect of this laser annealing, factors that adversely affect the crystallinity such as pipe density, interface state, fixed charge, and threading transition can be removed or sufficiently reduced.

【0191】さらに、図11中の析出物はシリサイド系
物質であればレーザー光を照射した際に容易に溶融して
消失してしまう。また、酸化物系物質であればレーザー
光の照射による局部的な温度上昇により酸素が再び脱
離、拡散して酸化物が消滅することも期待できる。
Furthermore, if the precipitate in FIG. 11 is a silicide-based substance, it is easily melted and disappears when irradiated with laser light. Further, in the case of an oxide-based substance, it can be expected that oxygen will be desorbed and diffused again due to a local temperature increase due to laser irradiation, and the oxide will disappear.

【0192】〔実施例10〕本実施例では、実施例3の
半導体装置および実施例4のCMOS構造を用いて同一
基体上にアクティブマトリクス領域とこのアクティブマ
トリクス領域を駆動する周辺駆動回路とを集積化した例
を示す。
[Embodiment 10] In this embodiment, the semiconductor device of Embodiment 3 and the CMOS structure of Embodiment 4 are used to integrate an active matrix region and a peripheral drive circuit for driving this active matrix region on the same substrate. An example is shown below.

【0193】集積化されたアクティブマトリクス型の液
晶表示装置を構成する一方の基体は以下ような構成を有
している。即ち、アクティブマトリクス領域には、マト
リクス状に配置された画素のそれぞれにスイッチング用
の薄膜トランジスタが少なくとも一つ配置され、このア
クティブマトリクス領域を駆動するための周辺回路がア
クティブマトリクス領域の周囲に配置されている。そし
てこれらの回路は全て1枚のガラス基板(または石英基
板やシリコン基板)上に集積化されている。
One of the bases constituting the integrated active matrix type liquid crystal display device has the following constitution. That is, in the active matrix area, at least one thin film transistor for switching is arranged in each of the pixels arranged in a matrix, and peripheral circuits for driving the active matrix area are arranged around the active matrix area. There is. All these circuits are integrated on one glass substrate (or quartz substrate or silicon substrate).

【0194】このような構成に本明細書で開示する発明
を利用すると、単結晶上に形成したMOS−FETに匹
敵する性能を有する薄膜トランジスタでもってアクティ
ブマトリクス領域と周辺回路とを構成することができ
る。
When the invention disclosed in this specification is applied to such a structure, the active matrix region and the peripheral circuit can be composed of thin film transistors having performance comparable to that of a MOS-FET formed on a single crystal. .

【0195】即ち、図3で示す薄膜トランジスタでもっ
てアクティブマトリクス領域の画素TFTを構成し、図
5〜図7で示すCMOS構成でもって周辺回路を構成す
る。
That is, the thin film transistor shown in FIG. 3 constitutes the pixel TFT in the active matrix region, and the CMOS circuit shown in FIGS. 5 to 7 constitutes the peripheral circuit.

【0196】アクティブマトリクス領域に配置される薄
膜トランジスタは、画素電極に保持された電荷を所定の
時間でもって維持する必要から、そのオフ電流値を極力
小さくすることが望まれる。
Since it is necessary for the thin film transistor arranged in the active matrix region to maintain the electric charge held in the pixel electrode for a predetermined time, it is desirable to make the off current value as small as possible.

【0197】本発明による薄膜トランジスタはその活性
層がモノドメイン領域で形成されているため、オフ電流
が優先的に流れるパス(電流経路)となりうる結晶粒界
が実質的に存在しない。従って、オフ電流の小さい薄膜
トランジスタを配置することが可能である。
Since the active layer of the thin film transistor according to the present invention is formed in the monodomain region, there is substantially no crystal grain boundary that can serve as a path (current path) through which the off current preferentially flows. Therefore, a thin film transistor with a small off-state current can be provided.

【0198】一方で周辺駆動回路はCMOS回路が多用
される。そしてその特性を高いものとするためには、C
MOS回路を構成するNチャネル型の薄膜トランジスタ
とPチャネル型の薄膜トランジスタとの特性を極力そろ
えることが必要とされる。
On the other hand, a CMOS circuit is often used as the peripheral drive circuit. And in order to improve its characteristics, C
It is necessary to make the characteristics of the N-channel type thin film transistor and the P-channel type thin film transistor forming the MOS circuit uniform as much as possible.

【0199】このような目的のためには、実施例4(図
5〜図7参照)に示したようなCMOS構造が最適なも
のとなる。
For such a purpose, the CMOS structure as shown in Embodiment 4 (see FIGS. 5 to 7) is optimum.

【0200】この様にしてそれぞれの回路に好ましい特
性を有した構成でなる集積化されたアクティブマトリク
ス型の液晶表示装置を得ることができる。
In this way, it is possible to obtain an integrated active matrix type liquid crystal display device having a structure having preferable characteristics for each circuit.

【0201】〔実施例11〕本実施例では実施例3にお
いてゲイト絶縁膜の形成工程を異なるものとした場合の
例について説明する。
[Embodiment 11] In this embodiment, an example in which the step of forming the gate insulating film is different from that in Embodiment 3 will be described.

【0202】まず、実施例1と同様の工程を経てモノド
メイン領域を含む半導体薄膜を形成し、次いでモノドメ
イン領域のみを選択的に利用して半導体装置の活性層を
形成する。
First, a semiconductor thin film including a monodomain region is formed through the same steps as in Example 1, and then only the monodomain region is selectively utilized to form an active layer of a semiconductor device.

【0203】次に、活性層を覆う様にして200 〜1500Å
(本実施例では800 Å)の厚さの珪素を主成分とする絶
縁膜(本実施例では酸化珪素膜)をCVD法またはPV
D法に代表される気相法により成膜する。この時、酸化
珪素膜の膜厚は最終的な絶縁耐圧を考慮して決定すれば
良い。また、酸化珪素膜の代わりに酸化窒化珪素膜や窒
化珪素膜を用いることもできる。
Next, 200 to 1500 Å so as to cover the active layer.
An insulating film (silicon oxide film in this embodiment) having a thickness of (800 Å in this embodiment) containing silicon as a main component is formed by CVD or PV.
A film is formed by a vapor phase method typified by method D. At this time, the thickness of the silicon oxide film may be determined in consideration of the final withstand voltage. Further, a silicon oxynitride film or a silicon nitride film can be used instead of the silicon oxide film.

【0204】酸化珪素膜の成膜が終了したら、ハロゲン
元素を含む雰囲気における加熱処理を行う。この加熱処
理の最大の目的は活性層中に残存するニッケル等の金属
残存物をゲッタリング除去することにある。この加熱処
理は600 〜1100℃の温度範囲で行うことができるが、十
分なゲッタリング効果を得るためには700 ℃を超える温
度(好ましくは800 〜1000℃)で行うことが望ましい。
After forming the silicon oxide film, heat treatment is performed in an atmosphere containing a halogen element. The main purpose of this heat treatment is to remove gettering metal residues such as nickel remaining in the active layer. This heat treatment can be carried out in the temperature range of 600 to 1100 ° C, but it is desirable to carry out at a temperature higher than 700 ° C (preferably 800 to 1000 ° C) in order to obtain a sufficient gettering effect.

【0205】なお、基板としてガラス基板を用いている
場合には耐熱性を考慮して600 〜650 ℃で行う必要があ
る。また、基板として石英基板等の耐熱性の高い材料を
用いる場合にはその上限温度を1100℃(好ましくは1000
℃) 程度まで上げることができる。
When a glass substrate is used as the substrate, it is necessary to perform it at 600 to 650 ° C. in consideration of heat resistance. Further, when a highly heat-resistant material such as a quartz substrate is used as the substrate, the upper limit temperature is 1100 ° C (preferably 1000 ° C).
℃) can be increased.

【0206】本実施例では基板として石英基板を用い、
上記加熱処理を酸素に対して0.5 〜10%(本実施例では
3%)の塩化水素(HCl)を含有した雰囲気において
行う。HCl濃度を上記濃度以上とすると結晶性珪素膜
の膜表面が荒れてしまう。また、この時、処理温度は95
0 ℃とし、処理時間は0.5hr とする。
In this embodiment, a quartz substrate is used as the substrate,
The heat treatment is performed in an atmosphere containing 0.5 to 10% (3% in this embodiment) hydrogen chloride (HCl) with respect to oxygen. If the HCl concentration is higher than the above concentration, the surface of the crystalline silicon film will be roughened. At this time, the processing temperature is 95
The temperature shall be 0 ° C and the treatment time shall be 0.5hr.

【0207】なお、ハロゲン元素を含む雰囲気を形成す
るには、酸素雰囲気中にHCl、HF、HBr、Cl
2 、NF3 、F2 、Br2 から選ばれた一種または複数
種類のガスを添加すれば良い。
To form an atmosphere containing a halogen element, HCl, HF, HBr, Cl are added in an oxygen atmosphere.
One or more kinds of gas selected from 2 , NF 3 , F 2 and Br 2 may be added.

【0208】この工程の結果、ハロゲン元素による金属
元素のゲッタリング作用が働き、活性層中に含まれるニ
ッケルが 1×1017atoms/cm3 以下(好ましくは 1×1016
atoms/cm3 以下、さらに好ましくはスピン密度以下)に
までゲッタリング除去される。なお、上記濃度はSIM
S(質量二次分析)の測定結果から得られる測定値であ
る。
As a result of this step, the gettering action of the metal element by the halogen element works, and the nickel contained in the active layer is 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less (preferably 1 × 10 16).
Gettering is removed up to atoms / cm 3 or less, more preferably spin density or less). The above concentration is SIM
It is a measurement value obtained from the measurement result of S (secondary mass analysis).

【0209】また、活性層と前述の酸化珪素膜との界面
においては熱酸化反応が進行し、200 Å程度の熱酸化膜
が形成される。また、その時、活性層の最終的な膜厚が
200〜300 Å(代表的には250 Å)となる様に設定して
おくとオフ電流を低減する上で効果的である。なお、本
実施例では上記ハロゲン元素を含む雰囲気における加熱
処理に引き続いて窒素雰囲気中、950 ℃1hr 程度の加熱
処理を施すことで熱酸化膜および珪素を主成分とする絶
縁膜の膜質を向上させている。
At the interface between the active layer and the silicon oxide film described above, a thermal oxidation reaction proceeds to form a thermal oxide film of about 200 Å. At that time, the final thickness of the active layer is
Setting it to 200 to 300 Å (typically 250 Å) is effective in reducing the off current. In this embodiment, the heat treatment in the atmosphere containing the halogen element is followed by heat treatment in a nitrogen atmosphere at about 950 ° C. for about 1 hr to improve the film quality of the thermal oxide film and the insulating film containing silicon as a main component. ing.

【0210】ところでニッケルは活性層を構成する結晶
性珪素膜の結晶粒界に偏析していると考えられるが、除
去されることで結晶粒界には未結合手が多数発生する。
この多数の未結合手は950 ℃という加熱処理によって互
いに再結合してトラップ準位等の少ない結晶粒界を形成
する。
By the way, it is considered that nickel is segregated in the crystal grain boundaries of the crystalline silicon film forming the active layer, but when it is removed, many dangling bonds are generated in the crystal grain boundaries.
The large number of dangling bonds are recombined with each other by heat treatment at 950 ° C. to form crystal grain boundaries with few trap levels.

【0211】また、ハロゲン元素を含む雰囲気における
加熱処理を施した結果、活性層とゲイト絶縁膜との界面
付近にはハロゲン元素が高濃度に残留する。SIMS測
定によれば 1×1019〜 1×1020atoms/cm3 の濃度で存在
する。
Further, as a result of the heat treatment in the atmosphere containing the halogen element, the halogen element remains at a high concentration near the interface between the active layer and the gate insulating film. According to SIMS measurement, it exists at a concentration of 1 × 10 19 to 1 × 10 20 atoms / cm 3 .

【0212】さらに、活性層と前述の酸化珪素膜との界
面に形成された熱酸化膜は、前記酸化珪素膜と共にゲイ
ト絶縁膜を構成する。この時、熱酸化膜が形成される際
に活性層界面の欠陥準位や格子間シリコン原子等を減少
させるため、活性層とゲイト絶縁膜との界面状態は非常
に優れたものとなる。
Further, the thermal oxide film formed at the interface between the active layer and the silicon oxide film forms a gate insulating film together with the silicon oxide film. At this time, when the thermal oxide film is formed, the defect level at the interface of the active layer and the interstitial silicon atoms are reduced, so that the interface state between the active layer and the gate insulating film becomes very excellent.

【0213】以上の様に、本実施例に示す加熱処理を行
うことでニッケル等の金属元素を低減することができ
る。ニッケル等の金属元素を低減することは半導体装置
としての信頼性を向上させる上で非常に重要である。ま
た、活性層の結晶状態を改善し、さらに界面状態の良好
なゲイト絶縁膜を形成することができる。
As described above, the metal element such as nickel can be reduced by performing the heat treatment shown in this embodiment. It is very important to reduce the metal element such as nickel in order to improve the reliability as a semiconductor device. Further, the crystalline state of the active layer can be improved, and a gate insulating film having a good interface state can be formed.

【0214】以上の結果、優れた電気特性と高い信頼性
を有する半導体装置を実現することが可能となる。
As a result of the above, it is possible to realize a semiconductor device having excellent electrical characteristics and high reliability.

【0215】〔実施例12〕本実施例は活性層とゲイト
絶縁膜との界面状態を改善することに注目した場合の例
である。特に、基板としてガラス基板を用いる場合にお
いて効果を発揮する技術である。
[Embodiment 12] This embodiment is an example in the case where attention is paid to improving the interface state between the active layer and the gate insulating film. In particular, this is a technique that exhibits effects when a glass substrate is used as the substrate.

【0216】まず、実施例1と同様の工程を経てモノド
メイン領域を含む半導体薄膜を形成し、次いでモノドメ
イン領域のみを選択的に利用して半導体装置の活性層を
形成する。そして、実施例11と同様に200 〜1500Åの
厚さの酸化珪素膜をCVD法またはPVD法により成膜
する。
First, a semiconductor thin film including a monodomain region is formed through the same steps as in Example 1, and then the active layer of the semiconductor device is formed by selectively utilizing only the monodomain region. Then, as in Example 11, a silicon oxide film having a thickness of 200 to 1500Å is formed by the CVD method or the PVD method.

【0217】この状態で500 〜700 ℃(代表的には640
〜650 ℃) の加熱処理を行う。この温度範囲はガラス基
板に歪や反りを生ずることなく熱酸化膜を形成するため
に設定される温度である。また、この加熱処理は酸素の
みの雰囲気でも良いし、ハロゲン元素を含む雰囲気であ
っても良い。また、雰囲気中に水蒸気を含むウェット雰
囲気とすることもできる。
In this state, the temperature is 500 to 700 ° C (typically 640
Heat treatment (~ 650 ℃). This temperature range is a temperature set for forming a thermal oxide film without causing distortion or warpage on the glass substrate. Further, this heat treatment may be performed in an atmosphere containing only oxygen or an atmosphere containing a halogen element. Alternatively, the atmosphere may be a wet atmosphere containing water vapor.

【0218】本実施例の条件で加熱処理を行う場合、0.
5 〜2hr 程度も処理すれば数十Å未満(例えば10〜90
Å)の熱酸化膜が形成される。そして、熱酸化膜の成長
はこの程度の膜厚にほぼ収束する。
[0218] When heat treatment is performed under the conditions of this embodiment,
If it is processed for about 5 to 2 hours, it will be less than several tens of liters (eg
Å) thermal oxide film is formed. Then, the growth of the thermal oxide film is substantially converged to this thickness.

【0219】本発明者らの知見によると、活性層および
ゲイト絶縁膜の極界面付近(界面から活性層側およびゲ
イト絶縁膜側に向かって10〜30Å程度の領域)に固定電
荷や欠陥準位等が集中するため、この領域が活性層とゲ
イト絶縁膜との界面状態を決定するといって過言ではな
い。
According to the knowledge of the present inventors, fixed charges and defect levels are formed in the vicinity of the polar interface between the active layer and the gate insulating film (a region of about 10 to 30 Å from the interface toward the active layer side and the gate insulating film side). It is not an exaggeration to say that this region determines the interface state between the active layer and the gate insulating film, since the above concentration occurs.

【0220】従って、活性層とゲイト絶縁膜との界面状
態を良好なものとするには、活性層界面の僅か10〜30Å
の領域を熱酸化する( 活性層が10〜30Å減じ、新たに20
〜60Åの熱酸化膜が形成される)ことで極界面近傍の固
定電荷や欠陥準位を消滅させれば良いのである。換言す
れば、良好な界面状態を実現するためには僅か数十Å未
満の熱酸化膜が形成できれば十分なのである。
Therefore, in order to obtain a good interface state between the active layer and the gate insulating film, only 10 to 30 Å of the active layer interface is required.
Area is thermally oxidized (active layer is reduced by 10 to 30Å
It is only necessary to eliminate the fixed charges and defect levels near the pole interface by forming a thermal oxide film of ~ 60Å). In other words, it is sufficient to form a thermal oxide film of less than several tens of liters in order to realize a good interface state.

【0221】本発明に対して本実施例の様な熱酸化工程
を組み込むことで、ガラス基板等の様な耐熱性の弱い基
板上にも優れた特性を有する半導体装置を作製すること
が可能となる。
By incorporating the thermal oxidation step as in this embodiment into the present invention, it is possible to manufacture a semiconductor device having excellent characteristics even on a substrate having weak heat resistance such as a glass substrate. Become.

【0222】〔実施例13〕本実施例ではゲイト電極と
して結晶性珪素膜(ポリシリコン膜)を利用した例を示
す。説明には図13を用いる。
[Embodiment 13] This embodiment shows an example in which a crystalline silicon film (polysilicon film) is used as a gate electrode. FIG. 13 is used for the description.

【0223】図13(A)において、1301はガラス
基板、1302は下地膜、1303は実施例1に示す工
程で得られたモノドメイン領域でなる活性層、1304
はゲイト絶縁膜、1305は一導電性を付与したポリシ
リコン膜でなるゲイト電極である。
In FIG. 13A, 1301 is a glass substrate, 1302 is a base film, 1303 is an active layer made of the monodomain region obtained in the process shown in Example 1, 1304.
Is a gate insulating film, and 1305 is a gate electrode made of a polysilicon film having one conductivity.

【0224】次に、この状態で活性層1303に対して
一導電性を付与する不純物イオンの注入を行なう。そし
て、このイオン注入工程により不純物領域1306、1
307が形成される。
Next, in this state, impurity ions for imparting one conductivity type to the active layer 1303 are implanted. Then, the impurity regions 1306, 1 are formed by this ion implantation process.
307 is formed.

【0225】不純物イオンの注入が終了したら、窒化珪
素膜1308を 0.5〜1 μmの厚さに成膜する。成膜方
法は減圧熱CVD法、プラズマCVD法、スパッタ法の
いずれであっても良い。また、窒化珪素膜以外に酸化珪
素膜を用いても良い。
After the implantation of impurity ions is completed, a silicon nitride film 1308 is formed to a thickness of 0.5 to 1 μm. The film forming method may be any of a low pressure thermal CVD method, a plasma CVD method and a sputtering method. Further, a silicon oxide film may be used instead of the silicon nitride film.

【0226】こうして図13(B)の状態が得られる。
図13(B)の状態が得られたら、次に窒化珪素膜13
08をエッチバック法によりエッチングして、ゲイト電
極1305の側壁にのみ残す。こうして残された窒化珪
素膜はサイドウォール1309として機能する。
Thus, the state shown in FIG. 13B is obtained.
After the state of FIG. 13B is obtained, next, the silicon nitride film 13 is formed.
08 is etched by the etch-back method and left only on the side wall of the gate electrode 1305. The silicon nitride film left in this way functions as a sidewall 1309.

【0227】この際、ゲイト絶縁膜1304はゲイト電
極1305およびサイドウォール1309がマスクとな
った領域以外が除去されて図13(C)に示す様な状態
で残存する。
At this time, the gate insulating film 1304 is left in a state as shown in FIG. 13C by removing the regions other than the regions where the gate electrode 1305 and the sidewalls 1309 serve as a mask.

【0228】次に、図13(C)に示す状態で再び不純
物イオンの注入を行なう。この時、ドーズ量は先程のイ
オン注入のドーズ量よりも高めとしておく。このイオン
注入の際、サイドウォール1309の直下の領域131
0、1311はイオン注入が行なわれないので、不純物
イオンの濃度に変化はない。しかし、露出した領域13
12、1313はさらに高濃度の不純物イオンが注入さ
れることになる。
Then, impurity ions are implanted again in the state shown in FIG. At this time, the dose amount is set higher than the dose amount for the ion implantation. At the time of this ion implantation, the region 131 immediately below the sidewall 1309.
0 and 1311 are not ion-implanted, so that the impurity ion concentration does not change. However, the exposed area 13
In 12 and 1313, a higher concentration of impurity ions will be implanted.

【0229】以上の様に2度目のイオン注入を経て、ソ
ース領域1312、ドレイン領域1313およびソース
/ドレイン領域よりも不純物濃度の低い低濃度不純物領
域(LDD領域)1310、1311が形成される。な
お、ゲイト電極1305の直下はアンドープな領域であ
り、チャネル形成領域1314となる。
Through the second ion implantation as described above, low concentration impurity regions (LDD regions) 1310 and 1311 having an impurity concentration lower than that of the source region 1312, the drain region 1313 and the source / drain regions are formed. Immediately below the gate electrode 1305 is an undoped region, which serves as a channel formation region 1314.

【0230】以上の工程を経て図13(C)の状態が得
られたら、300 Åの厚さの図示しないチタン膜を成膜
し、チタン膜とシリコン膜とを反応させる。そして、チ
タン膜を除去した後、ランプアニール等による加熱処理
を行なうことでソース領域1312、ドレイン領域13
13、ゲイト電極1305の露出表面にチタンシリサイ
ド1315〜1317を形成する。(図13(D))
When the state of FIG. 13C is obtained through the above steps, a titanium film (not shown) having a thickness of 300 Å is formed, and the titanium film and the silicon film are reacted with each other. Then, after the titanium film is removed, a heat treatment such as lamp annealing is performed, so that the source region 1312 and the drain region 13 are formed.
13. Titanium silicides 1315 to 1317 are formed on the exposed surface of the gate electrode 1305. (Figure 13 (D))

【0231】なお、上記工程はチタン膜の代わりにタン
タル膜、タングステン膜、モリブデン膜等を用いること
も可能である。
Note that a tantalum film, a tungsten film, a molybdenum film, or the like can be used instead of the titanium film in the above steps.

【0232】次に、層間絶縁膜1318として酸化珪素
膜を5000Åの厚さに成膜し、ソース配線1319、ドレ
イン配線1320、ゲイト配線1321を形成する。こ
うして図13(D)に示す構造のTFTが完成する。
Next, a silicon oxide film is formed as an interlayer insulating film 1318 to a thickness of 5000Å to form a source wiring 1319, a drain wiring 1320, and a gate wiring 1321. Thus, the TFT having the structure shown in FIG. 13D is completed.

【0233】本実施例で示す構造のTFTは、配線とT
FTとの接続がチタンシリサイド1315〜1317を
介して行われるため、良好なオーミックコンタクトを実
現することができる。
The TFT having the structure shown in this embodiment has wiring and T
Since the connection with the FT is made through the titanium silicides 1315 to 1317, good ohmic contact can be realized.

【0234】〔実施例14〕本明細書中における半導体
装置とは、半導体を利用することで機能する装置全般を
指しており、実施例10に示す様な構成でなるアクティ
ブマトリクス型の電気光学装置(液晶表示装置、EL表
示装置、EC表示装置等)およびその様な電気光学装置
を組み込んだ応用製品をもその範疇に含むものとする。
[Embodiment 14] A semiconductor device in this specification refers to all devices that function by using a semiconductor, and an active matrix electro-optical device having a structure as shown in Embodiment 10. (Liquid crystal display devices, EL display devices, EC display devices, etc.) and applied products incorporating such electro-optical devices are also included in the category.

【0235】本実施例では、その応用製品について図例
を挙げて説明する。本発明を利用した半導体装置として
はTVカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビ
ゲーション、プロジェクション(フロント型とリア型が
ある)、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ等が挙
げられる。簡単な説明を図14を用いて行う。
In this embodiment, the applied product will be described with reference to the drawings. Examples of semiconductor devices utilizing the present invention include TV cameras, head mounted displays, car navigations, projections (front and rear types), video cameras, personal computers and the like. A brief description will be given with reference to FIG.

【0236】図14(A)はモバイルコンピュータであ
り、本体2001、カメラ部2002、受像部200
3、操作スイッチ2004、表示装置2005で構成さ
れる。本発明は表示装置2005や装置内部に組み込ま
れる集積化回路等に対して適用される。
FIG. 14A shows a mobile computer, which has a main body 2001, a camera section 2002, and an image receiving section 200.
3, an operation switch 2004, and a display device 2005. The present invention is applied to the display device 2005 and an integrated circuit incorporated in the device.

【0237】図14(B)はヘッドマウントディスプレ
イであり、本体2101、表示装置2102、バンド部
2103で構成される。表示装置2102は比較的小型
のサイズのものが2枚使用される。
FIG. 14B shows a head mounted display, which is composed of a main body 2101, a display device 2102, and a band portion 2103. Two display devices 2102 having a relatively small size are used.

【0238】図14(C)はカーナビゲーションであ
り、本体2101、表示装置2102、操作スイッチ2
103、アンテナ2104で構成される。本発明は表示
装置2102や装置内部の集積化回路等に対して適用で
きる。表示装置2202はモニターとして利用される
が、地図の表示が主な目的なので解像度の許容範囲は比
較的広いと言える。
FIG. 14C shows a car navigation system, which includes a main body 2101, a display device 2102, and operation switches 2.
103 and an antenna 2104. The present invention can be applied to the display device 2102 and an integrated circuit inside the device. The display device 2202 is used as a monitor, but since the main purpose is to display a map, it can be said that the allowable range of resolution is relatively wide.

【0239】図14(D)は携帯電話であり、本体23
01、音声出力部2302、音声入力部2303、表示
装置2304、操作スイッチ2305、アンテナ230
6で構成される。本発明は表示装置2304や装置内部
の集積化回路等に対してに適用できる。
FIG. 14D shows a mobile phone, which is the main body 23.
01, voice output unit 2302, voice input unit 2303, display device 2304, operation switch 2305, antenna 230
6. The present invention can be applied to the display device 2304 and an integrated circuit inside the device.

【0240】図14(E)はビデオカメラであり、本体
2401、表示装置2402、音声入力部2403、操
作スイッチ2404、バッテリー2405、受像部24
06で構成される。本発明は表示装置2402や装置内
部の集積化回路等に対して適用できる。
FIG. 14E shows a video camera, which includes a main body 2401, a display device 2402, a voice input section 2403, operation switches 2404, a battery 2405, and an image receiving section 24.
06. The present invention can be applied to the display device 2402 and an integrated circuit inside the device.

【0241】図14(F)はフロントプロジェクション
であり、本体2501、光源2502、反射型表示装置
2503、光学系(ビームスプリッターや偏光子等が含
まれる)2504、スクリーン2505で構成される。
スクリーン2505は会議や学会発表などのプレゼンテ
ーションに利用される大画面スクリーンであるので、表
示装置2503は高い解像度が要求される。
FIG. 14F shows a front projection, which is composed of a main body 2501, a light source 2502, a reflection type display device 2503, an optical system (including a beam splitter and a polarizer) 2504, and a screen 2505.
Since the screen 2505 is a large screen used for presentations such as conferences and conference presentations, the display device 2503 is required to have high resolution.

【0242】また、本実施例に示した電気光学装置以外
にも、リアプロジェクションやハンディターミナルなど
の携帯型情報端末機器に適用することができる。以上の
様に、本発明の応用範囲は極めて広く、あらゆる分野の
表示媒体に適用することが可能である。
In addition to the electro-optical device shown in this embodiment, it can be applied to portable information terminal equipment such as rear projection and handy terminal. As described above, the application range of the present invention is extremely wide, and the present invention can be applied to display media in all fields.

【0243】[0243]

【発明の効果】本発明の効果として、絶縁表面を有する
基体上に実質的に単結晶と見なせるモノドメイン領域を
形成することが実現できる。そして、単結晶に匹敵する
結晶性を有する結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタ
等の半導体装置の活性層を構成することが可能となる。
As an effect of the present invention, it is possible to realize the formation of a monodomain region which can be regarded as a substantially single crystal on a substrate having an insulating surface. Then, an active layer of a semiconductor device such as a thin film transistor can be formed using a crystalline silicon film having crystallinity comparable to that of a single crystal.

【0244】従って、公知の単結晶ウエハーを用いた集
積回路に匹敵する性能を有した半導体回路を構築するこ
とが実現できる。
Therefore, it is possible to construct a semiconductor circuit having performance comparable to that of an integrated circuit using a known single crystal wafer.

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

【図1】 横成長領域の特徴を示す図FIG. 1 is a diagram showing characteristics of a lateral growth region.

【図2】 モノドメイン領域を有する半導体薄膜の
形成工程を示す図
FIG. 2 is a diagram showing a process for forming a semiconductor thin film having a monodomain region.

【図3】 半導体装置の作製工程を示す図3A to 3D are diagrams showing a manufacturing process of a semiconductor device.

【図4】 モノドメイン領域に形成された活性層を
示す図
FIG. 4 is a diagram showing an active layer formed in a monodomain region.

【図5】 半導体装置の作製工程を示す図5A to 5C are diagrams illustrating a manufacturing process of a semiconductor device.

【図6】 半導体装置の作製工程を示す図FIG. 6 illustrates a manufacturing process of a semiconductor device.

【図7】 半導体装置の作製工程を示す図7A to 7C are diagrams illustrating a manufacturing process of a semiconductor device.

【図8】 半導体装置の作製工程を示す図FIG. 8 is a diagram showing a manufacturing process of a semiconductor device.

【図9】 DRAMの構成を示す図FIG. 9 is a diagram showing a structure of a DRAM.

【図10】 SRAMの構成を示す図FIG. 10 is a diagram showing a configuration of SRAM.

【図11】 SOI構造の問題点を示す図FIG. 11 is a diagram showing a problem of an SOI structure.

【図12】 人工石英ターゲットの成分表を示す図表FIG. 12 is a diagram showing a composition table of an artificial quartz target.

【図13】 半導体装置の作製工程を示す図。13A to 13D are diagrams illustrating a manufacturing process of a semiconductor device.

【図14】 応用製品の例を説明するための図。FIG. 14 is a diagram for explaining an example of an applied product.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ニッケル導入領域 102 横成長領域 103 結晶粒界 104 接合界面 201 ガラス基板 202 酸化珪素膜 203 非晶質珪素膜 204 酸化珪素膜 205 ニッケル導入領域 206 ニッケルを含んだ水膜 207 結晶性珪素膜 208 結晶成長の方向 209 結晶性珪素膜 101 Nickel Introduced Region 102 Lateral Growth Region 103 Crystal Grain Boundary 104 Bonding Interface 201 Glass Substrate 202 Silicon Oxide Film 203 Amorphous Silicon Film 204 Silicon Oxide Film 205 Nickel Introduced Region 206 Water Film Containing Nickel 207 Crystalline Silicon Film 208 Crystal Growth direction 209 crystalline silicon film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/336 H01L 29/78 627G 627E (72)発明者 福永 健司 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication location H01L 21/336 H01L 29/78 627G 627E (72) Inventor Kenji Fukunaga 398 Hase, Atsugi, Kanagawa Stock Company Semiconductor Energy Research Institute

Claims (26)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】絶縁表面を有する基体上に形成された半導
体薄膜であって、 前記半導体薄膜はレーザー光または該レーザー光と同等
のエネルギーを持つ強光の照射により結晶性を改善され
たモノドメイン領域を有し、 前記モノドメイン領域は前記基体と概略平行な柱状また
は針状結晶が複数集合して形成されていることを特徴と
する半導体薄膜。
1. A semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating surface, wherein the semiconductor thin film has a crystallinity improved by irradiation with laser light or strong light having energy equivalent to the laser light. A semiconductor thin film having a region, wherein the monodomain region is formed by collecting a plurality of columnar or acicular crystals substantially parallel to the substrate.
【請求項2】請求項1において、モノドメイン領域には
実質的に結晶粒界が存在しないことを特徴とする半導体
薄膜。
2. The semiconductor thin film according to claim 1, wherein the monodomain region is substantially free of crystal grain boundaries.
【請求項3】絶縁表面を有する基体上に形成された半導
体薄膜であって、 前記半導体薄膜はレーザー光または該レーザー光と同等
のエネルギーを持つ強光の照射により結晶性を改善され
た実質的に結晶粒界が存在しないモノドメイン領域を有
し、 前記モノドメイン領域は前記基体と概略平行な柱状また
は針状結晶が複数集合して形成されていることを特徴と
する半導体薄膜。
3. A semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating surface, the semiconductor thin film being substantially improved in crystallinity by irradiation with laser light or intense light having energy equivalent to the laser light. 1. A semiconductor thin film having a monodomain region in which no crystal grain boundary exists, wherein the monodomain region is formed by collecting a plurality of columnar or needle-like crystals substantially parallel to the substrate.
【請求項4】絶縁表面を有する基体上に減圧熱CVD法
により非晶質珪素膜を成膜する工程と、 前記非晶質珪素膜上に選択的に酸化珪素膜を形成する工
程と、 前記非晶質珪素膜に対して結晶化を助長する金属元素を
保持せしめる工程と、 加熱処理により前記非晶質珪素膜の少なくとも一部を結
晶性珪素膜に変成せしめる工程と、 前記酸化珪素膜を除去する工程と、 前記非晶質珪素膜および/または前記結晶性珪素膜に対
してレーザー光または該レーザー光と同等のエネルギー
を持つ強光を照射して前記結晶性珪素膜をモノドメイン
領域に変成せしめる工程と、 を少なくとも経て作製されることを特徴とする半導体薄
膜。
4. A step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface by a low pressure thermal CVD method, a step of selectively forming a silicon oxide film on the amorphous silicon film, A step of holding a metal element that promotes crystallization in the amorphous silicon film; a step of transforming at least a part of the amorphous silicon film into a crystalline silicon film by heat treatment; And a step of removing the amorphous silicon film and / or the crystalline silicon film with a laser beam or intense light having an energy equivalent to the laser beam to turn the crystalline silicon film into a monodomain region. A semiconductor thin film, which is manufactured through at least the step of transforming.
【請求項5】請求項1乃至請求項4において、モノドメ
イン領域の膜厚は150 〜450 Åであることを特徴とする
半導体薄膜。
5. The semiconductor thin film according to claim 1, wherein the monodomain region has a film thickness of 150 to 450 Å.
【請求項6】請求項1乃至請求項4において、モノドメ
イン領域の外縁部はレーザー光または該レーザー光と同
等のエネルギーを持つ強光の照射により隆起しているこ
とを特徴とする半導体薄膜。
6. The semiconductor thin film according to claim 1, wherein the outer edge portion of the monodomain region is raised by irradiation with laser light or strong light having energy equivalent to that of the laser light.
【請求項7】請求項1乃至請求項4において、モノドメ
イン領域の外縁部の膜厚は前記モノドメイン領域の膜厚
よりも厚いことを特徴とする半導体薄膜。
7. The semiconductor thin film according to claim 1, wherein a film thickness of an outer edge portion of the monodomain region is larger than a film thickness of the monodomain region.
【請求項8】請求項1乃至請求項4において、モノドメ
イン領域を構成する半導体薄膜中には水素が1×1015
〜1×1021atoms/cm3 の濃度で添加されていることを
特徴とする半導体薄膜。
8. The semiconductor thin film forming the monodomain region according to claim 1, wherein hydrogen is 1 × 10 15.
A semiconductor thin film, which is added at a concentration of 1 × 10 21 atoms / cm 3 .
【請求項9】絶縁表面を有する基体上に減圧熱CVD法
により非晶質珪素膜を成膜する工程と、 前記非晶質珪素膜上に選択的に酸化珪素膜を形成する工
程と、 前記非晶質珪素膜に対して結晶化を助長する金属元素を
保持せしめる工程と、 加熱処理により前記非晶質珪素膜の少なくとも一部を結
晶性珪素膜に変成せしめる工程と、 前記酸化珪素膜を除去する工程と、 前記非晶質珪素膜および/または前記結晶性珪素膜に対
してレーザー光または該レーザー光と同等のエネルギー
を持つ強光を照射する工程と、 を少なくとも有し、 前記レーザー光または該レーザー光と同等のエネルギー
を持つ強光を照射する工程により前記結晶性珪素膜をモ
ノドメイン領域に変成せしめることを特徴とする半導体
薄膜の作製方法。
9. A step of forming an amorphous silicon film by a low pressure thermal CVD method on a substrate having an insulating surface, a step of selectively forming a silicon oxide film on the amorphous silicon film, A step of holding a metal element that promotes crystallization in the amorphous silicon film; a step of transforming at least a part of the amorphous silicon film into a crystalline silicon film by heat treatment; And a step of irradiating the amorphous silicon film and / or the crystalline silicon film with laser light or strong light having an energy equivalent to the laser light. Alternatively, a method for manufacturing a semiconductor thin film is characterized in that the crystalline silicon film is transformed into a monodomain region by a step of irradiating strong light having an energy equivalent to that of the laser light.
【請求項10】請求項9において、結晶性珪素膜は前記
基体と概略平行な柱状または針状結晶が複数集合して形
成されることを特徴とする半導体薄膜の作製方法。
10. The method for producing a semiconductor thin film according to claim 9, wherein the crystalline silicon film is formed by assembling a plurality of columnar or acicular crystals substantially parallel to the substrate.
【請求項11】請求項9において、基体として人工石英
ターゲットを用いたスパッタ法により成膜された酸化珪
素膜を有する石英基板もしくは表面に熱酸化膜を形成し
たシリコン基板を用いることを特徴とする半導体薄膜の
作製方法。
11. The quartz substrate according to claim 9, wherein the substrate is a quartz substrate having a silicon oxide film formed by a sputtering method using an artificial quartz target or a silicon substrate having a thermal oxide film formed on the surface thereof. Method for manufacturing semiconductor thin film.
【請求項12】請求項9において、結晶化を助長する金
属元素はとしてFe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、
Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種または
複数種類のものが用いられることを特徴とする半導体薄
膜の作製方法。
12. The metal element for promoting crystallization according to claim 9, wherein Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd,
A method of manufacturing a semiconductor thin film, wherein one or more kinds selected from Os, Ir, Pt, Cu, and Au are used.
【請求項13】絶縁表面を有する基体上に形成された半
導体薄膜でなる活性層を有する半導体装置であって、 前記半導体薄膜はレーザー光または該レーザー光と同等
にエネルギーを持つ強光の照射により結晶性を改善され
たモノドメイン領域を有し、 前記モノドメイン領域は前記基体と概略平行な柱状また
は針状結晶が複数集合して形成され、 前記活性層は前記モノドメイン領域のみで構成されるこ
とを特徴とする半導体装置。
13. A semiconductor device having an active layer formed of a semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating surface, wherein the semiconductor thin film is irradiated with laser light or intense light having energy equivalent to the laser light. A monodomain region having improved crystallinity, wherein the monodomain region is formed by assembling a plurality of columnar or acicular crystals substantially parallel to the substrate, and the active layer is composed of only the monodomain region. A semiconductor device characterized by the above.
【請求項14】請求項13において、活性層には実質的
に結晶粒界が存在しないことを特徴とする半導体装置。
14. The semiconductor device according to claim 13, wherein the active layer has substantially no crystal grain boundaries.
【請求項15】絶縁表面を有する基体上に形成された半
導体薄膜でなる活性層を有する半導体装置であって、 前記半導体薄膜はレーザー光または該レーザー光と同等
にエネルギーを持つ強光の照射により結晶性を改善され
たモノドメイン領域を有し、 前記モノドメイン領域は前記基体と概略平行な柱状また
は針状結晶が複数集合して形成され、 前記モノドメイン領域のみで構成される前記活性層には
実質的に結晶粒界が存在しないことを特徴とする半導体
装置。
15. A semiconductor device having an active layer made of a semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating surface, wherein the semiconductor thin film is irradiated with laser light or intense light having energy equivalent to the laser light. A monodomain region having improved crystallinity, wherein the monodomain region is formed by collecting a plurality of columnar or needle-like crystals substantially parallel to the substrate, and the active layer is composed of only the monodomain region. Is a semiconductor device characterized by having substantially no crystal grain boundaries.
【請求項16】絶縁表面を有する基体上に減圧熱CVD
法により非晶質珪素膜を成膜する工程と、 前記非晶質珪素膜上に選択的に酸化珪素膜を形成する工
程と、 前記非晶質珪素膜に対して結晶化を助長する金属元素を
保持せしめる工程と、 加熱処理により前記非晶質珪素膜の少なくとも一部を結
晶性珪素膜に変成せしめる工程と、 前記酸化珪素膜を除去する工程と、 前記非晶質珪素膜および/または前記結晶性珪素膜に対
してレーザー光または該レーザー光と同等のエネルギー
持つ強光を照射して前記結晶性珪素膜をモノドメイン領
域に変成せしめる工程と、 を少なくとも経て作製され、前記モノドメイン領域のみ
で活性層が構成されることを特徴とする半導体装置。
16. Low pressure thermal CVD on a substrate having an insulating surface.
A step of forming an amorphous silicon film by a method, a step of selectively forming a silicon oxide film on the amorphous silicon film, and a metal element that promotes crystallization of the amorphous silicon film. A step of holding the amorphous silicon film, a step of transforming at least a part of the amorphous silicon film into a crystalline silicon film by heat treatment, a step of removing the silicon oxide film, and a step of removing the amorphous silicon film and / or the amorphous silicon film. A step of irradiating the crystalline silicon film with a laser beam or strong light having an energy equivalent to that of the laser beam to transform the crystalline silicon film into a monodomain region. A semiconductor device characterized in that an active layer is formed of.
【請求項17】絶縁表面を有する基体上に減圧熱CVD
法により非晶質珪素膜を成膜する工程と、 前記非晶質珪素膜上に選択的に酸化珪素膜を形成する工
程と、 前記非晶質珪素膜に対して結晶化を助長する金属元素を
保持せしめる工程と、 加熱処理により前記非晶質珪素膜の少なくとも一部を結
晶性珪素膜に変成せしめる工程と、 前記酸化珪素膜を除去する工程と、 前記非晶質珪素膜および/または前記結晶性珪素膜に対
してレーザー光または該レーザー光と同等のエネルギー
持つ強光を照射して前記結晶性珪素膜をモノドメイン領
域に変成せしめる工程と、 前記モノドメイン領域のみを用いて活性層を形成する工
程と、 前記活性層を覆って珪素を主成分とする絶縁膜を気相法
により成膜する工程と、 ハロゲン元素を含む雰囲気における加熱処理により前記
活性層中の前記結晶化を助長する金属元素をゲッタリン
グ除去すると共に前記活性層と前記珪素を主成分とする
絶縁膜との界面に熱酸化膜を形成する工程と、 窒素雰囲気中における加熱処理により前記熱酸化膜を含
めた前記珪素を主成分とする絶縁膜の膜質を改善する工
程と、 を少なくとも経て作製されることを特徴とする半導体装
置。
17. Low pressure thermal CVD on a substrate having an insulating surface.
A step of forming an amorphous silicon film by a method, a step of selectively forming a silicon oxide film on the amorphous silicon film, and a metal element that promotes crystallization of the amorphous silicon film. A step of holding the amorphous silicon film, a step of transforming at least a part of the amorphous silicon film into a crystalline silicon film by heat treatment, a step of removing the silicon oxide film, and a step of removing the amorphous silicon film and / or the amorphous silicon film. A step of irradiating the crystalline silicon film with a laser beam or strong light having an energy equivalent to the laser beam to transform the crystalline silicon film into a monodomain region, and forming an active layer using only the monodomain region. A step of forming, an step of forming an insulating film containing silicon as a main component so as to cover the active layer by a vapor phase method, and a heat treatment in an atmosphere containing a halogen element to promote the crystallization in the active layer. A step of forming a thermal oxide film on an interface between the active layer and the insulating film containing silicon as a main component while gettering and removing the group element; and the silicon including the thermal oxide film by heat treatment in a nitrogen atmosphere. And a step of improving the film quality of an insulating film containing as a main component.
【請求項18】請求項17において、前記珪素を主成分
とする絶縁膜および熱酸化膜でなる積層膜はゲイト絶縁
膜として機能し、 前記活性層と前記ゲイト絶縁膜との界面付近にはハロゲ
ン元素が高濃度に存在することを特徴とする半導体装
置。
18. The stacked film according to claim 17, wherein the laminated film including an insulating film containing silicon as a main component and a thermal oxide film functions as a gate insulating film, and a halogen is provided near an interface between the active layer and the gate insulating film. A semiconductor device characterized in that the element is present in a high concentration.
【請求項19】請求項13乃至請求項17において、活
性層の膜厚は150 〜450 Åであることを特徴とする半導
体装置。
19. The semiconductor device according to claim 13, wherein the thickness of the active layer is 150 to 450 Å.
【請求項20】請求項13乃至請求項17において、活
性層の内部には水素が1×1015〜1×1021atoms/cm
3 の濃度で添加されていることを特徴とする半導体装
置。
20. In any one of claims 13 to 17, hydrogen is contained in the active layer in an amount of 1 × 10 15 to 1 × 10 21 atoms / cm 3.
A semiconductor device characterized by being added at a concentration of 3 .
【請求項21】シリコン基板上に集積化されたICの上
方に形成された半導体薄膜でなる活性層を有する半導体
装置であって、 前記半導体薄膜はレーザー光または該レーザー光と同等
にエネルギーを持つ強光の照射により結晶性を改善され
たモノドメイン領域を有し、 前記モノドメイン領域は前記基体と概略平行な柱状また
は針状結晶が複数集合して形成され、 前記モノドメイン領域のみで構成される前記活性層には
実質的に結晶粒界が存在しないことを特徴とする半導体
装置。
21. A semiconductor device having an active layer made of a semiconductor thin film formed above an IC integrated on a silicon substrate, wherein the semiconductor thin film has a laser beam or energy equivalent to the laser beam. It has a mono-domain region whose crystallinity is improved by irradiation of strong light, and the mono-domain region is formed by collecting a plurality of columnar or needle-like crystals substantially parallel to the substrate, and is composed of only the mono-domain region A semiconductor device characterized in that the active layer has substantially no crystal grain boundaries.
【請求項22】半導体薄膜でなる活性層を有する半導体
装置を作製するにあたって、 絶縁表面を有する基体上に減圧熱CVD法により非晶質
珪素膜を成膜する工程と、 前記非晶質珪素膜上に選択的に酸化珪素膜を形成する工
程と、 前記非晶質珪素膜に対して結晶化を助長する金属元素を
保持せしめる工程と、 加熱処理により前記非晶質珪素膜の少なくとも一部を結
晶性珪素膜に変成せしめる工程と、 前記酸化珪素膜を除去する工程と、 前記非晶質珪素膜および/または前記結晶性珪素膜に対
してレーザー光または該レーザー光と同等のエネルギー
持つ強光を照射する工程と、 を少なくとも有し、 前記レーザー光または該レーザー光と同等のエネルギー
持つ強光を照射する工程により前記結晶性珪素膜をモノ
ドメイン領域に変成せしめ、 前記モノドメイン領域のみを用いて活性層を構成するこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。
22. In manufacturing a semiconductor device having an active layer made of a semiconductor thin film, a step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface by a low pressure thermal CVD method, and the amorphous silicon film. A step of selectively forming a silicon oxide film thereon, a step of holding a metal element that promotes crystallization in the amorphous silicon film, and a step of heating at least part of the amorphous silicon film. A step of transforming into a crystalline silicon film, a step of removing the silicon oxide film, and a laser beam or strong light having an energy equivalent to the laser beam with respect to the amorphous silicon film and / or the crystalline silicon film. And a step of irradiating the crystalline silicon film into a monodomain region by the step of irradiating the laser beam or intense light having an energy equivalent to the laser beam, The method for manufacturing a semiconductor device characterized by forming the active layer by using only the serial monodomain region.
【請求項23】半導体薄膜でなる活性層を有する半導体
装置を作製するにあたって、 絶縁表面を有する基体上に減圧熱CVD法により非晶質
珪素膜を成膜する工程と、 前記非晶質珪素膜上に選択的に酸化珪素膜を形成する工
程と、 前記非晶質珪素膜に対して結晶化を助長する金属元素を
保持せしめる工程と、 加熱処理により前記非晶質珪素膜の少なくとも一部を結
晶性珪素膜に変成せしめる工程と、 前記酸化珪素膜を除去する工程と、 前記非晶質珪素膜および/または前記結晶性珪素膜に対
してレーザー光または該レーザー光と同等のエネルギー
持つ強光を照射して前記結晶性珪素膜をモノドメイン領
域に変成せしめる工程と、 前記モノドメイン領域のみを用いて活性層を形成する工
程と、 前記活性層を覆って珪素を主成分とする絶縁膜を気相法
により成膜する工程と、 ハロゲン元素を含む雰囲気における加熱処理により前記
活性層中の前記結晶化を助長する金属元素をゲッタリン
グ除去すると共に前記活性層と前記珪素を主成分とする
絶縁膜との界面に熱酸化膜を形成する工程と、 窒素雰囲気中における加熱処理により前記熱酸化膜を含
めた前記珪素を主成分とする絶縁膜の膜質を改善する工
程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
23. In manufacturing a semiconductor device having an active layer made of a semiconductor thin film, a step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface by a low pressure thermal CVD method, and the amorphous silicon film. A step of selectively forming a silicon oxide film thereon, a step of holding a metal element that promotes crystallization in the amorphous silicon film, and a step of heating at least part of the amorphous silicon film. A step of transforming into a crystalline silicon film, a step of removing the silicon oxide film, and a laser beam or strong light having an energy equivalent to the laser beam with respect to the amorphous silicon film and / or the crystalline silicon film. Irradiation to transform the crystalline silicon film into a monodomain region, a step of forming an active layer using only the monodomain region, and an insulating layer containing silicon as a main component to cover the active layer. By a vapor phase method, and by heat treatment in an atmosphere containing a halogen element to gettering and removing the metal element that promotes the crystallization in the active layer, and the active layer and the silicon as a main component. A step of forming a thermal oxide film at the interface with the insulating film; and a step of improving the film quality of the silicon-based insulating film including the thermal oxide film by heat treatment in a nitrogen atmosphere. A method for manufacturing a characteristic semiconductor device.
【請求項24】請求項22または請求項23において、
結晶性珪素膜は前記基体と概略平行な柱状または針状結
晶が複数集合して形成されることを特徴とする半導体装
置の作製方法。
24. In Claim 22 or Claim 23,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the crystalline silicon film is formed by collecting a plurality of columnar or needle-like crystals that are substantially parallel to the substrate.
【請求項25】請求項22または請求項23において、
基体として表面に人工石英ターゲットを用いたスパッタ
法により成膜された酸化珪素膜を有した石英基板もしく
は表面に熱酸化膜を形成したシリコン基板を用いること
を特徴とする半導体装置の作製方法。
25. In Claim 22 or Claim 23,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a quartz substrate having a silicon oxide film formed on a surface thereof by a sputtering method using an artificial quartz target or a silicon substrate having a thermal oxide film formed on a surface thereof is used as a substrate.
【請求項26】請求項22または請求項23において、
結晶化を助長する金属元素はとしてFe、Co、Ni、
Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから
選ばれた一種または複数種類のものが用いられることを
特徴とする半導体装置の作製方法。
26. In Claim 22 or Claim 23,
Metal elements that promote crystallization include Fe, Co, Ni,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein one or more kinds selected from Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, and Au are used.
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