JP2000031057A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JP2000031057A
JP2000031057A JP10197849A JP19784998A JP2000031057A JP 2000031057 A JP2000031057 A JP 2000031057A JP 10197849 A JP10197849 A JP 10197849A JP 19784998 A JP19784998 A JP 19784998A JP 2000031057 A JP2000031057 A JP 2000031057A
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正生 守口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a catalyst element in a crystal silicon film by opening an insulating thin film, exposing an amorphous silicon film, adding the catalyst element promoting the crystallization of the amorphous silicon film, selectively leaving it only in an opening, and obtaining the crystal silicon film in crystal growth from the opening to a periphery. SOLUTION: An insulating thin film 104 is installed on an amorphous silicon film 103 formed on a substrate 101. The opening 100 is formed in the prescribed area of the insulating thin film 104 and a part of the amorphous silicon film 103 is exposed. A catalyst element 105 promoting the crystallization of the amorphous silicon film 103 is added on a surface. Then, only the catalyst element existing on the insulating thin film 104 is selectively removed. The amorphous silicon film 103 is crystal-grown from the opening 100 to the peripheral area, namely, in a direction parallel to the surface of the substrate 101 by heating it so as to obtain a crystal silicon film 103b. The active area (element area) of a semiconductor device is formed in the area of the crystal silicon film 103b.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、さらに詳しく言えば、非晶質ケイ素膜の結
晶化によって得られた結晶性ケイ素膜を活性領域とす
る、半導体装置の製造方法に関する。本発明は特に、絶
縁表面を有する基板上に設けられた電界効果型薄膜トラ
ンジスタ(TFT)を用いた半導体装置の製造に有効で
あり、具体的にはアクティブマトリクス型液晶表示装
置、密着型イメージセンサ、三次元ICなどの製造に適
用できる。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device using a crystalline silicon film obtained by crystallization of an amorphous silicon film as an active region. About. The present invention is particularly effective for manufacturing a semiconductor device using a field effect thin film transistor (TFT) provided on a substrate having an insulating surface, and specifically, an active matrix liquid crystal display device, a contact image sensor, It can be applied to the manufacture of three-dimensional ICs and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、大型で高解像度の液晶表示装置や
高速で高解像度の密着型イメージセンサ、或いは高性能
な三次元ICなどへの実現に向けて、ガラス等の絶縁基
板上や絶縁膜上に、高性能な半導体素子を形成する試み
がなされている。これらの装置に用いられる半導体素子
には、従来は薄膜状のケイ素半導体を用いるのが一般的
である。薄膜状ケイ素半導体は、非晶質ケイ素半導体
(a−Si)と、結晶性を有するケイ素半導体と、の2
つに大別される。
2. Description of the Related Art In recent years, large-scale, high-resolution liquid crystal display devices, high-speed, high-resolution contact image sensors, or high-performance three-dimensional ICs have been developed. In addition, attempts have been made to form high-performance semiconductor devices. Conventionally, a thin film silicon semiconductor is generally used as a semiconductor element used in these devices. The thin-film silicon semiconductor includes two types of amorphous silicon semiconductor (a-Si) and crystalline silicon semiconductor.
It is roughly divided into two.

【0003】これらのうちで、非晶質ケイ素半導体は、
製造温度が低く、気相法で比較的容易に製造することが
可能で量産性に富むので、最も一般的に用いられてい
る。しかし、非晶質ケイ素半導体における導電性等の物
性は、結晶性を有するケイ素半導体の特性に比べて劣
る。このため、今後、より高速に動作できる半導体装置
を形成するためには、結晶性を有するケイ素半導体から
なる半導体装置の製造方法の確立が、強く求められてい
る。
Of these, amorphous silicon semiconductors are:
It is most commonly used because it has a low production temperature, can be produced relatively easily by a gas phase method, and has high mass productivity. However, physical properties such as conductivity of an amorphous silicon semiconductor are inferior to those of a crystalline silicon semiconductor. Therefore, in order to form a semiconductor device that can operate at higher speed in the future, it is strongly required to establish a method for manufacturing a semiconductor device made of a crystalline silicon semiconductor.

【0004】結晶性を有するケイ素半導体としては、多
結晶ケイ素や微結晶ケイ素などが知られている。これら
の結晶性を有する薄膜状ケイ素半導体を得る方法として
は、(1)成膜時に結晶性を有する膜を直接に成膜す
る、(2)まず非晶質半導体膜を成膜し、それに強光
(例えばレーザ光)を照射して、そのエネルギーによっ
て結晶性を有させる、(3)まず非晶質半導体膜を成膜
し、それに熱エネルギーを加えることにより、結晶性を
有させる、などの方法が知られている。
Polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, and the like are known as silicon semiconductors having crystallinity. As a method for obtaining a thin film silicon semiconductor having such crystallinity, (1) a film having crystallinity is directly formed at the time of film formation, (2) an amorphous semiconductor film is formed first, Irradiation of light (for example, laser light) to give crystallinity by its energy, (3) First, an amorphous semiconductor film is formed, and thermal energy is applied thereto to give crystallinity. Methods are known.

【0005】しかし、(1)の方法では、成膜工程と同
時に結晶化が進行するので、大粒径の結晶性ケイ素を得
るにはケイ素膜の厚膜化が不可欠であって、良好な半導
体物性を有する膜を基板上の全面に渡って均一に成膜す
ることが、技術上困難である。また、結晶性膜の成膜温
度が約600℃以上と高いので、安価なガラス基板が使
用できないというコストの間題がある。
However, in the method (1), the crystallization proceeds simultaneously with the film formation step, so that it is necessary to increase the thickness of the silicon film in order to obtain crystalline silicon having a large grain size. It is technically difficult to form a film having physical properties uniformly over the entire surface of the substrate. Further, since the film forming temperature of the crystalline film is as high as about 600 ° C. or more, there is a cost problem that an inexpensive glass substrate cannot be used.

【0006】また、(2)の方法は、溶融固化過程の結
品化現象を利用するために小粒径ながら粒界が良好に処
理されて、高品質な結晶性ケイ素膜が得られる。しか
し、この方法に対して現時点で最も一般的に使用されて
いるエキシマレーザを例にとると、レーザ光の照射面積
が小さくスループットが低いという問題点を有してい
る。更に、より深刻な間題点として、大面積基板の全面
を均一に処理するためにはレーザの安定性が充分ではな
く、均一な結晶性を有するケイ素膜を得ることが難し
い。このため、同一基板上に均一な特性の複数の半導体
素子を形成することが、困難である。
In the method (2), a grain boundary is favorably treated in spite of a small grain size in order to utilize a product-solidification phenomenon in a melt-solidification process, and a high-quality crystalline silicon film is obtained. However, taking an excimer laser, which is most commonly used at present, for this method as an example, there is a problem that the irradiation area of the laser beam is small and the throughput is low. Further, as a more serious problem, in order to uniformly treat the entire surface of a large-area substrate, laser stability is not sufficient, and it is difficult to obtain a silicon film having uniform crystallinity. Therefore, it is difficult to form a plurality of semiconductor elements having uniform characteristics on the same substrate.

【0007】更に(3)の方法は、上述の(1)或いは
(2)の方法に比較して、より大面積の基板に対応でき
るという利点を有する。しかし、結晶化に際しては約6
00℃以上の高温で数十時間に及ぶ加熱処理を行う必要
がある。従って、安価なガラス基板の使用及びスループ
ットの向上を実現するためには、加熱温度を下げる必要
があるが、その上で更に短時間での結晶化を実現するに
は、相反する問題点を同時に解決する必要がある。ま
た、(3)の方法では、固相結晶化現象を利用するため
に、結晶粒は基板面に平行に拡がり、数μmの粒径を持
つものさえ現れる。しかし、その過程で、成長した結晶
粒同士がぶつかり合って、粒界が形成される。形成され
た粒界は、キャリアに対するトラップ準位として作用
し、形成される半導体装置(例えばTFT)の移動度を
低下させる大きな原因となっている。
Further, the method (3) has an advantage that it can be applied to a substrate having a larger area than the method (1) or (2). However, in crystallization, about 6
It is necessary to perform heat treatment at a high temperature of 00 ° C. or more for several tens of hours. Therefore, in order to use an inexpensive glass substrate and to improve the throughput, it is necessary to lower the heating temperature. However, in order to realize crystallization in a shorter time, conflicting problems must be solved simultaneously. Need to be resolved. In the method (3), since the solid phase crystallization phenomenon is used, the crystal grains spread in parallel to the substrate surface, and even those having a particle size of several μm appear. However, in the process, the grown crystal grains collide with each other to form grain boundaries. The formed grain boundary acts as a trap level for carriers, and is a major cause of lowering the mobility of a formed semiconductor device (for example, a TFT).

【0008】上記の(3)の方法を応用して、より低温
且つ短時間の加熱処理で高品質で均一な結晶性を有する
ケイ素膜を製造する方法が、特開平9−171964号
公報や特開平9−312259号公報に提案されてい
る。
A method of producing a silicon film having high quality and uniform crystallinity by heating at a lower temperature and for a shorter time by applying the above method (3) is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-171964. It is proposed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-313259.

【0009】これらに開示されている方法では、非晶質
ケイ素膜の表面にニッケル等の金属元素を微量に導入さ
せ、その後に加熱することで、約600℃以下の低温に
おける数時間程度の処理時間で、結晶化を実現してい
る。このメカニズムは、まず金属元素を核とした結晶核
の発生が早期に起こり、その後にその金属元素が触媒と
なって結晶成長を促し、結晶化が急激に進行するという
ものである。その意味で、このような作用を有する金属
元素を、本願明細書では「触媒元素」と称する。通常の
固相成長法で結晶化した非晶質ケイ素膜が双晶構造であ
るのに対して、これらの触媒元素によって結晶化が助長
されて結晶成長した結晶性ケイ素膜は、何本もの柱状結
晶で構成されており、それぞれの柱状結晶の内部は、単
結晶に近い状態となっている。
In the methods disclosed therein, a minute amount of a metal element such as nickel is introduced onto the surface of the amorphous silicon film, and thereafter, the treatment is performed at a low temperature of about 600 ° C. or less for about several hours. In time, crystallization is realized. This mechanism is such that crystal nuclei having a metal element as a nucleus occur early, and then the metal element acts as a catalyst to promote crystal growth, whereby crystallization proceeds rapidly. In that sense, a metal element having such an action is referred to as a “catalytic element” in the present specification. Whereas the amorphous silicon film crystallized by the ordinary solid phase growth method has a twin structure, the crystalline silicon film grown by the crystallization promoted by these catalytic elements has many columnar structures. It is composed of crystals, and the inside of each columnar crystal is in a state close to a single crystal.

【0010】更に、このような触媒元素を非晶質ケイ素
膜の一部に選択的に導入して加熱することで、他の部分
を非晶質ケイ素膜の状態として残したまま、触媒元素が
導入された領域のみを選択的に結晶化できる。また、そ
の上で、加熱時間を更に延長すれば、その選択導入領域
から横方向(すなわち、基板表面に平行な方向)に、結
晶成長を行わせることができる。すなわち、この方法で
は、選択的な触媒元素の導入により、結晶成長の方向及
び結晶粒界の存在状態を制御している。
Further, by selectively introducing such a catalytic element into a part of the amorphous silicon film and heating it, the catalytic element can be removed while leaving the other part in an amorphous silicon film state. Only the introduced region can be selectively crystallized. Further, if the heating time is further extended, crystal growth can be performed in a lateral direction (that is, in a direction parallel to the substrate surface) from the selective introduction region. In other words, in this method, the direction of crystal growth and the state of the crystal grain boundaries are controlled by selectively introducing a catalytic element.

【0011】このような横方向結晶成長領域の内部で
は、成長方向がほぼ一方向に揃った柱状結晶が密に隣接
して存在しており、触媒元素が直接に導入されランダム
に結晶核の発生が起こった領域に比べて、結晶性が良好
な領域となっている。そして、そのような良好な結晶性
を有する横方向結晶成長領域のケイ素膜を活性領域とし
て、高性能な半導体素子を得ることができる。
Within such a lateral crystal growth region, columnar crystals whose growth directions are substantially aligned in one direction are closely adjacent to each other, and the catalyst element is directly introduced to randomly generate crystal nuclei. This is a region having good crystallinity as compared with the region where the occurrence has occurred. Then, a high-performance semiconductor device can be obtained by using the silicon film in such a lateral crystal growth region having good crystallinity as an active region.

【0012】ここで、触媒元素の選択導入方法として、
特開平9−171964号公報では、非晶質ケイ素膜上
に選択導入を行うためのマスク膜を形成した上で、触媒
元素の塩を溶かせた水溶液を基板表面に塗布し、その後
にスピン乾燥することで、触媒元素の選択導入を行う。
そして、その後にマスク膜を除去し、結晶化のための熱
処理を行っている。また、特開平9−312259号公
報では、特開平9−171964号公報と同様に、非晶
質ケイ素膜上に選択導入を行うためのマスク膜を形成し
た上で触媒元素の塩を溶かせた水溶液を基板表面に塗布
し、その後にスピン乾燥して触媒元素の選択導入を行う
が、特開平9−171964号公報とは異なってその後
にマスク膜を除去せず、そのままの状態で結晶化のため
の熱処理を行っている。
Here, as a selective introduction method of the catalyst element,
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-171964, after forming a mask film for selective introduction on an amorphous silicon film, an aqueous solution in which a salt of a catalyst element is dissolved is applied to the substrate surface, and then spin-dried. Thus, selective introduction of the catalyst element is performed.
After that, the mask film is removed, and heat treatment for crystallization is performed. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-313259, similarly to Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-171964, an aqueous solution in which a mask film for performing selective introduction on an amorphous silicon film and a salt of a catalyst element are dissolved is formed. Is applied to the substrate surface and then spin-dried to selectively introduce a catalyst element. However, unlike JP-A-9-171964, the mask film is not removed thereafter, and crystallization is performed as it is. Heat treatment.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
触媒元素を用いたケイ素膜の結晶化方法は非常に有効な
ものであるが、以下の問題点が残されている。
However, although the above-described method of crystallizing a silicon film using a catalytic element is very effective, the following problems remain.

【0014】触媒元素は、非晶質ケイ素膜の結晶化には
大きく貢献するが、結晶化後には、主に結晶粒界に偏在
して結晶性ケイ素膜中に残留する。半導体装置の活性領
域(素子領域)を構成する結晶性ケイ素膜中にこれら触
媒元素が多量に存在していることは、これらの半導体装
置を用いた電気電子装置の信頼性や電気的安定性を阻害
するものであり、もちろん好ましいことでない。
[0014] The catalyst element greatly contributes to the crystallization of the amorphous silicon film, but after the crystallization, it remains mainly in the crystal grain boundary and remains in the crystalline silicon film. The presence of a large amount of these catalytic elements in the crystalline silicon film that constitutes the active region (element region) of a semiconductor device impairs the reliability and electrical stability of an electronic device using these semiconductor devices. It is an inhibitor and of course not preferred.

【0015】特に、ニッケル、コバルト、白金など非晶
質ケイ素膜の結晶化を促す触媒として効率よく作用する
元素は、ケイ素中においてバンドギャップの中央付近に
不純物準位を形成する。従って、これらの触媒元素を利
用して結晶化したケイ素膜を用いてTFTを製造する
と、結晶化ケイ素膜の中に残存している触媒元素の影響
として、主にTFTのオフ動作時におけるリーク電流の
増大や信頼性の低下などの現象が現れる。すなわち、上
述の触媒元素は、形成されるTFT素子において、チャ
ネル領域の結晶性を向上させることによって電界効果移
動度やオン電流或いはオン電流の立ち上がり係数(S係
数)などの電流駆動能力を向上させるが、その代償とし
て、オフ特性及び信頼性を悪化させる。
In particular, elements such as nickel, cobalt, and platinum, which efficiently act as catalysts for promoting crystallization of an amorphous silicon film, form impurity levels near the center of the band gap in silicon. Therefore, when a TFT is manufactured using a silicon film crystallized using these catalyst elements, the effect of the catalyst element remaining in the crystallized silicon film is mainly due to the leakage current during the OFF operation of the TFT. Phenomena such as increase in reliability and decrease in reliability appear. That is, the above-described catalyst element improves the current driving capability such as the field-effect mobility, the on-current, or the on-current rise coefficient (S coefficient) in the TFT element to be formed by improving the crystallinity of the channel region. However, as a cost, the off characteristic and the reliability are deteriorated.

【0016】ここで、触媒元素を用いる方法は、大別し
て2通りに分けられる。その1つは、非晶質ケイ素膜に
全面的に触媒元素を添加して結晶成長させる方法であ
り、もう1つは、非晶質ケイ素膜に選択的に触媒元素を
添加し、その領域をまず結晶化してシード領域とした上
で、そのシード領域の周辺部を横方向に結晶成長させる
方法である。
Here, the method using a catalyst element is roughly classified into two types. One is to add a catalytic element to the entire surface of the amorphous silicon film to grow crystals, and the other is to selectively add the catalytic element to the amorphous silicon film and First, after crystallizing into a seed region, a peripheral portion of the seed region is laterally crystal-grown.

【0017】前者では、触媒元素によるランダムな核発
生によって結晶化が進行し、結晶粒界部には、結晶化に
用いられた触媒元素が残留する。このため、得られるケ
イ素膜中の触媒元素の濃度は、必然的に高くなる。これ
に対して後者では、効率的に触媒元素が作用すれば、触
媒元素は成長先端に偏在した状態で結晶化を促進させる
ため、結晶化後の領域には、理想的には触媒元素が存在
しない。実際には、この横方向に結晶成長したケイ素膜
領域からも触媒元素は検出されるが、その濃度は、前者
の方法により得られるケイ素膜より1桁以上も低い値と
なっている。
In the former case, crystallization proceeds due to random nucleation by the catalytic element, and the catalytic element used for crystallization remains in the crystal grain boundary. For this reason, the concentration of the catalyst element in the obtained silicon film necessarily increases. In the latter case, on the other hand, if the catalytic element acts efficiently, the catalytic element promotes crystallization in a state of being unevenly distributed at the growth tip, so that the catalytic element ideally exists in the region after crystallization. do not do. Actually, the catalytic element is also detected from the silicon film region where the crystal grows in the lateral direction, but the concentration is at least one digit lower than that of the silicon film obtained by the former method.

【0018】従って、触媒元素のケイ素膜中の濃度低減
を考えると、触媒元素の選択導入後に横方向結晶成長さ
せる後者の方法(選択導入方法)が、非常に有効とな
る。先に述べた特開平9−171964号公報及び特開
平9−312259号公報は、何れもこの選択導入方法
を利用したものであり、先述のように、触媒元素の選択
導入をマスク膜を使用して行っている。
Therefore, considering the reduction of the concentration of the catalyst element in the silicon film, the latter method (selective introduction method) of laterally growing the crystal after the selective introduction of the catalyst element is very effective. The above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-171964 and 9-313259 both use this selective introduction method. As described above, the selective introduction of the catalyst element is performed using a mask film. Have gone.

【0019】ここで、特開平9−171964号公報で
は、マスク膜上に触媒元素の塩を含む水溶液を塗布し、
マスク膜を除去した後に加熱処理を行っている。しか
し、このように水溶液を塗布してスピン乾燥させた状態
の触媒元素は、基板表面に十分に吸着しておらず、その
後の水洗浄だけで除去される。すなわち、マスク膜の材
料に係わらず(フォトレジストマスク膜であっても酸化
ケイ素マスク膜であっても)、マスク膜の除去工程にお
いて、添加したはずの触媒元素も一緒に除去されてしま
う。このため、この特開平9−171964号公報に記
載されている方法で結晶化を行うことは、実際には困難
である。
Here, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-171964, an aqueous solution containing a salt of a catalytic element is applied on a mask film,
After removing the mask film, heat treatment is performed. However, the catalyst element in the state where the aqueous solution is applied and spin-dried is not sufficiently adsorbed on the substrate surface, and is removed only by the subsequent water washing. That is, regardless of the material of the mask film (whether a photoresist mask film or a silicon oxide mask film), in the mask film removing step, the catalyst element that should have been added is also removed. For this reason, it is actually difficult to perform crystallization by the method described in JP-A-9-171964.

【0020】上記の点を解決するために、触媒元素をス
パッタリングや蒸着などの薄膜形成法を利用して添加す
ることも可能ではあるが、レジストマスク膜を使用する
場合には、ケイ素膜の表面に直接にレジストが付着し
て、好ましくない汚染を生じさせ得る。また、活性領域
の表面が曝された状態で加熱処理が加えられるため、熱
処理工程において、活性領域が汚染される可能性が高く
なる。一般的なコプレーナ構造の電界効果トランジスタ
素子では、このケイ素膜表面が、トランジスタの駆動に
重要な役割を果たすチャネル面となるために、ケイ素膜
の表面状態は非常に重要であり、できる限りクリーンに
保つ必要がある。
In order to solve the above problems, it is possible to add a catalytic element by using a thin film forming method such as sputtering or vapor deposition. However, when a resist mask film is used, the surface of the silicon film may be added. Can directly attach resist and cause undesirable contamination. Further, since the heat treatment is performed in a state where the surface of the active region is exposed, the possibility that the active region is contaminated in the heat treatment step is increased. In a general coplanar field-effect transistor device, the surface of the silicon film is very important because the surface of the silicon film serves as a channel surface that plays an important role in driving the transistor. Need to keep.

【0021】一方、特開平9−312259号公報の方
法では、触媒元素の水溶液を塗布して乾燥させた後に、
酸化ケイ素膜などのマスク膜を残したままの状態で加熱
処理を行うため、活性領域の表面汚染は少なくなる。し
かし、この状態で得られる横方向に結晶成長したケイ素
膜中の触媒元素は、依然として比較的に高い濃度であっ
て、十分な素子特性が得られない。
On the other hand, according to the method disclosed in JP-A-9-313259, after an aqueous solution of a catalyst element is applied and dried,
Since the heat treatment is performed while a mask film such as a silicon oxide film is left, surface contamination of the active region is reduced. However, the catalyst element in the silicon film grown in the lateral direction obtained in this state is still at a relatively high concentration, and sufficient device characteristics cannot be obtained.

【0022】加えて、上述したように、素子の性能の向
上や安定且つ高信頼性の素子特性を得るためには、活性
領域の表面をクリーンに保ち、実際に電界効果トランジ
スタのチャネル界面となる活性領域におけるケイ素膜と
ゲート絶縁膜との界面の特性を良好にすることが、非常
に重要である。従来の一般的なコプレーナ構造の電界効
果トランジスタ素子において、この目的を簡便に達成す
るには、活性領域のケイ素膜とゲート絶縁膜とを、大気
中に曝さずに連続して成膜する方法が有効である。しか
し、上述のような触媒元素を用いた結晶化方法を採用し
た場合には、触媒元素導入工程が必要であることから、
ケイ素膜とゲート絶縁膜とを連続して形成することは原
理的に難しく、従来技術では実現することができない。
In addition, as described above, in order to improve the performance of the device and obtain stable and highly reliable device characteristics, the surface of the active region is kept clean and actually becomes the channel interface of the field effect transistor. It is very important to improve the characteristics of the interface between the silicon film and the gate insulating film in the active region. In a conventional general field effect transistor device having a coplanar structure, in order to easily achieve this purpose, a method of continuously forming a silicon film and a gate insulating film in an active region without exposing the film to the air is used. It is valid. However, when a crystallization method using a catalyst element as described above is employed, a catalyst element introduction step is necessary,
It is difficult in principle to form a silicon film and a gate insulating film continuously, and it cannot be realized by conventional techniques.

【0023】本発明は、上述したような触媒元素を用い
てケイ素膜を結晶化する際に生ずる問題点を克服するた
めになされたものであって、その目的は、得られる結晶
性ケイ素膜中の触媒元素濃度の低減や、清浄な活性領域
表面及び良好なチャネル界面特性の確保などを実現し得
る半導体装置の製造方法であって、非常に高性能で且つ
高信頼性の半導体装置を、絶縁表面を有する基板上に歩
留まり良く製造できる半導体装置の製造方法を提供する
こと、である。
The present invention has been made in order to overcome the problems that occur when crystallizing a silicon film using the above-described catalytic element. A method of manufacturing a semiconductor device capable of realizing a reduction in the concentration of a catalytic element of the above, securing a clean active region surface and good channel interface characteristics, and the like. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device which can be manufactured with high yield on a substrate having a surface.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、絶縁表面を有する基板上に非晶質ケイ素膜を
形成する工程と、該非晶質ケイ素膜の上に絶縁性薄膜を
堆積し、該絶縁性薄膜の所定の領域に開口部を形成し
て、該非晶質ケイ素膜の一部を該開口部を通じて露出さ
せる工程と、該非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒
元素を該絶縁性薄膜及び該非晶質ケイ素膜の上に添加す
る工程と、該添加された触媒元素のうちで該絶縁性薄膜
の上に存在する触媒元素のみを選択的に除去する工程
と、加熱処理を行い、該非晶質ケイ素膜の結晶成長を、
該触媒元素が添加導入された領域からその周辺領域へ向
かって、該基板の表面に対して平行な横方向に行わせ、
結晶性ケイ素膜領域を得る工程と、該結晶性ケイ素膜領
域を用いて半導体装置の活性領域を形成する工程と、を
包含しており、そのことによって、上記の目的が達成さ
れる。
According to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface and a step of depositing an insulating thin film on the amorphous silicon film Forming an opening in a predetermined region of the insulating thin film and exposing a part of the amorphous silicon film through the opening; and forming a catalyst element for promoting crystallization of the amorphous silicon film. A step of adding on the insulating thin film and the amorphous silicon film, a step of selectively removing only a catalyst element present on the insulating thin film among the added catalyst elements, and a heat treatment. The crystal growth of the amorphous silicon film,
From the region where the catalytic element is added and introduced to the peripheral region, in a lateral direction parallel to the surface of the substrate,
The method includes the steps of obtaining a crystalline silicon film region and forming an active region of a semiconductor device using the crystalline silicon film region, thereby achieving the above object.

【0025】好ましくは、前記絶縁性薄膜は、前記加熱
処理による前記非晶質ケイ素膜の横方向結晶成長後に、
形成される半導体装置のゲート絶縁膜として使用され
る。
Preferably, the insulating thin film is formed after lateral crystal growth of the amorphous silicon film by the heat treatment.
It is used as a gate insulating film of a semiconductor device to be formed.

【0026】好ましくは、前記非晶質ケイ素膜及びその
上に形成される前記絶縁性薄膜は、大気中に曝されるこ
となく連続して成膜される。
Preferably, the amorphous silicon film and the insulating thin film formed thereon are continuously formed without being exposed to the air.

【0027】好ましくは、前記絶縁性薄膜の上に存在す
る前記触媒元素のみを選択的に除去する工程は、該絶縁
性薄膜の表面をライトエッチングして該触媒元素をリフ
トオフにより取り除く工程を含む。
Preferably, the step of selectively removing only the catalyst element present on the insulating thin film includes a step of light etching a surface of the insulating thin film to remove the catalyst element by lift-off.

【0028】ある実施形態では、前記絶縁性薄膜の表面
の前記ライトエッチング時のエッチャントとして、前記
ケイ素膜及び前記触媒元素は実質的にエッチングせずに
該絶縁性薄膜のみをエッチングする材料を使用する。
In one embodiment, a material that etches only the insulating thin film without substantially etching the silicon film and the catalyst element is used as an etchant during the light etching of the surface of the insulating thin film. .

【0029】例えば、前記絶縁性薄膜として酸化ケイ素
膜或いは窒化ケイ素膜を用いて、前記ライトエッチング
時のエッチャントとして低濃度フッ化水素酸を用いるこ
とができる。
For example, a silicon oxide film or a silicon nitride film can be used as the insulating thin film, and low-concentration hydrofluoric acid can be used as an etchant for the light etching.

【0030】前記非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する前
記触媒元素として、Ni,Co,Pd,Pt,Cu,A
g,Au,In,Sn,Al,及びSbからなるグルー
プより選ばれた少なくとも一種の元素が用いられ得る。
Ni, Co, Pd, Pt, Cu, A are used as the catalyst element for promoting crystallization of the amorphous silicon film.
At least one element selected from the group consisting of g, Au, In, Sn, Al, and Sb can be used.

【0031】好ましくは、前記触媒元素を前記絶縁性薄
膜及び前記非晶質ケイ素膜の上に添加する工程は、該触
媒元素が金属状態にある状態で薄膜形成することにより
行う。
Preferably, the step of adding the catalyst element on the insulating thin film and the amorphous silicon film is performed by forming a thin film in a state where the catalyst element is in a metal state.

【0032】好ましくは、前記添加された触媒元素の表
面濃度を、全反射蛍光X線分析法により、約1×1013
atoms/cm2〜約2×1014atoms/cm2の範囲内に制御す
る。
Preferably, the surface concentration of the added catalyst element is determined to be about 1 × 10 13 by total reflection X-ray fluorescence analysis.
Control is performed within the range of atoms / cm 2 to about 2 × 10 14 atoms / cm 2 .

【0033】好ましくは、前記横方向結晶成長の方向と
形成される半導体装置におけるキャリアの移動方向とが
略平行となるように、前記活性領域を形成する。
Preferably, the active region is formed such that the direction of the lateral crystal growth is substantially parallel to the direction of carrier movement in the formed semiconductor device.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】本発明の具体的な実施形態の説明
に先立って、まず、本発明に至る過程で本願発明者らが
行った検討結果を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Prior to the description of a specific embodiment of the present invention, first, the results of a study conducted by the inventors of the present invention in the process leading to the present invention will be described.

【0035】本発明によれば、ガラスなどの絶縁基板上
に形成された非晶質ケイ素膜上に絶縁性薄膜を設け、そ
の絶縁性薄膜の所定の領域を開口して非晶質ケイ素膜の
一部を露呈した後に、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長す
る触媒元素を絶縁性薄膜及び非晶質ケイ素膜上に添加す
る。その後、絶縁性薄膜上に存在する触媒元素のみを選
択的に除去する。そして、加熱処理を行って、非晶質ケ
イ素膜を触媒元素が添加導入された領域からその周辺領
域へ、横方向(すなわち、基板表面に対して平行な方
向)に結晶成長させる。これによって得られた横方向結
晶成長領域のケイ素膜を用いて、半導体装置の活性領域
(素子領域)を形成する。このようにすることで、横方
向に結晶成長した領域のケイ素膜中の触媒元素は大きく
低減され、また、活性領域となる横方向成長領域のケイ
素膜表面もクリーンに保たれる。この理由を以下に述べ
る。
According to the present invention, an insulating thin film is provided on an amorphous silicon film formed on an insulating substrate such as glass, and a predetermined region of the insulating thin film is opened to form an amorphous silicon film. After partially exposing, a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is added onto the insulating thin film and the amorphous silicon film. Thereafter, only the catalyst element existing on the insulating thin film is selectively removed. Then, a heat treatment is performed to grow the amorphous silicon film in a lateral direction (that is, in a direction parallel to the substrate surface) from the region where the catalytic element is added and introduced to the peripheral region. An active region (element region) of the semiconductor device is formed using the silicon film in the lateral crystal growth region obtained as described above. By doing so, the catalytic element in the silicon film in the region where the crystal has grown in the lateral direction is greatly reduced, and the surface of the silicon film in the lateral growth region that is to be the active region is also kept clean. The reason will be described below.

【0036】本願発明者らの検討に依れば、横成長領域
のケイ素膜の触媒元素濃度を低減できない原因として、
ケイ素膜の横方向成長領域の先端より先の領域(すなわ
ち、触媒元素による成長が及んでいない非晶質領域)に
も、触媒元素が存在していることを見い出した。
According to the study by the inventors of the present invention, the reason why the catalyst element concentration of the silicon film in the lateral growth region cannot be reduced is as follows.
It has been found that the catalytic element is also present in the region beyond the tip of the lateral growth region of the silicon film (that is, in the amorphous region that has not been grown by the catalytic element).

【0037】従来の触媒元素の導入法では、特開平9−
312259号公報のように、主に酸化ケイ素膜をマス
ク膜として触媒元素を基板全面に対して導入し、その後
に結晶化のための加熱処理を行う。このときの様子を、
図5(a)及び(b)を参照して説明する。図中で、5
01が基板、502が非晶質ケイ素膜、503が酸化ケ
イ素によるマスク膜、504が表面に添加された触媒元
素である。図5(a)は、結晶化のための加熱処理直前
の状態を示し、図5(b)は、ケイ素膜502の結晶化
のための加熱処理時の状態を示す。
In the conventional method for introducing a catalyst element, Japanese Patent Application Laid-Open No.
As described in Japanese Patent No. 312259, a catalytic element is introduced over the entire surface of a substrate mainly using a silicon oxide film as a mask film, and then a heat treatment for crystallization is performed. At this time,
This will be described with reference to FIGS. In the figure, 5
01 is a substrate, 502 is an amorphous silicon film, 503 is a mask film of silicon oxide, and 504 is a catalytic element added to the surface. FIG. 5A shows a state immediately before heat treatment for crystallization, and FIG. 5B shows a state during heat treatment for crystallization of the silicon film 502.

【0038】加熱処理時には、非晶質ケイ素膜502の
うちで触媒元素504が接している導入領域(非晶質ケ
イ素膜502のうちでマスク膜503の開口部500に
相当する領域)がまず結晶化されて、シード領域502
aとなる。更に、シード領域502aから横方向(矢印
505の方向)へ結晶成長が進み、横方向結晶成長領域
502bが形成される。
At the time of the heat treatment, an introduction region of the amorphous silicon film 502 where the catalyst element 504 is in contact (a region corresponding to the opening 500 of the mask film 503 in the amorphous silicon film 502) is first crystallized. The seed region 502
a. Further, crystal growth proceeds in the lateral direction (the direction of arrow 505) from seed region 502a, and lateral crystal growth region 502b is formed.

【0039】一方、マスク膜(酸化ケイ素膜)503の
上に存在する触媒元素504は、矢印506で示すよう
に酸化ケイ素膜503を拡散して、下層のケイ素膜50
2に達している。このとき、本来は、酸化ケイ素膜50
3の中における触媒元素の拡散係数の値は、ケイ素膜5
02の中における拡散係数値に比べて非常に小さい。し
かし、実際には、その拡散係数の値からは考えられない
ような触媒元素の酸化ケイ素膜503への拡散が発生し
ており、触媒元素504は、横方向結晶成長領域502
bや結晶成長が及んでいない領域502cの表面にも達
する。この結果、本来は触媒元素504が存在しない
(存在してはならない)領域にも、触媒元素504が存
在することになる。このようなことが起こると、触媒元
素504を選択導入して横方向成長させている効果やそ
の有効性が、大きく損なわれてしまうことになる。
On the other hand, the catalyst element 504 existing on the mask film (silicon oxide film) 503 diffuses through the silicon oxide film 503 as shown by an arrow 506, and
2 has been reached. At this time, originally, the silicon oxide film 50
3, the value of the diffusion coefficient of the catalytic element is
02, which is very small compared to the diffusion coefficient value. However, in actuality, the diffusion of the catalytic element into the silicon oxide film 503, which cannot be considered from the value of the diffusion coefficient, occurs.
b and the surface of the region 502c where the crystal growth is not reached. As a result, the catalyst element 504 also exists in a region where the catalyst element 504 does not originally exist (should not exist). If this occurs, the effect of introducing the catalyst element 504 selectively and growing in the lateral direction and its effectiveness will be greatly impaired.

【0040】そこで、本願発明では、選択導入のための
マスク膜上に存在する触媒元素を、結晶化のための加熱
処理前に除去する。これによって、マスク膜上から触媒
元素が拡散してくる現象は、発生しなくなる。そのた
め、活性領域となる横成長領域におけるケイ素膜中の触
媒元素濃度が、低減される。更に、マスク膜として用い
る酸化ケイ素膜などの膜中にも全く触媒元素が存在しな
いクリーンな状態のまま、活性領域となるケイ素膜表面
が覆われて加熱処理が行われるため、活性領域の表面状
態も汚染のない良好な状態に保つことができる。また、
加熱処理の際に熱処理炉に入れる基板上の全体的な触媒
元素量を大きく低減することができるので、触媒元素に
よる熱処理炉の汚染を低減することもできる。
Therefore, in the present invention, the catalytic element present on the mask film for selective introduction is removed before the heat treatment for crystallization. As a result, the phenomenon that the catalytic element diffuses from the mask film does not occur. Therefore, the concentration of the catalyst element in the silicon film in the lateral growth region serving as the active region is reduced. Furthermore, since the surface of the silicon film serving as an active region is covered and subjected to heat treatment in a clean state in which no catalytic element is present even in a film such as a silicon oxide film used as a mask film, the surface state of the active region Can also be kept in good condition without contamination. Also,
Since the total amount of the catalytic element on the substrate to be put into the heat treatment furnace during the heat treatment can be greatly reduced, the contamination of the heat treatment furnace by the catalyst element can also be reduced.

【0041】従って、本発明を用いることにより、結晶
化工程における汚染や触媒元素による素子特性の不良発
生が大きく低減され、製造歩留まりが大きく向上する。
また、形成される半導体装置の高性能化が図れて、その
信頼性も大きく向上する。
Therefore, by using the present invention, contamination in the crystallization step and occurrence of defective device characteristics due to catalytic elements are greatly reduced, and the production yield is greatly improved.
Further, the performance of the semiconductor device to be formed can be improved, and the reliability thereof can be greatly improved.

【0042】触媒元素選択導入のためのマスク膜として
用いた絶縁性薄膜は、ケイ素膜結晶化のための加熱処理
工程後、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として、その
まま用いることが望ましい。本発明においては、従来技
術の方法と異なり、結晶化工程において触媒元素の導入
マスク膜として用いる絶縁性薄膜上には触媒元素が存在
せず、熱処理工程中の絶縁性薄膜中への触媒元素の拡散
も生じない。このため、結晶化工程後においても絶縁性
薄膜中には触媒元素が存在せず、クリーンな状態であ
る。従って、該絶縁性薄膜を、薄膜トランジスタのゲー
ト絶縁膜としてそのまま使用することが可能になる。こ
れによって、活性領域となるケイ素膜表面が大気中に曝
される回数が低減されてその汚染が低減されると共に、
マスク膜の除去工程、活性領域表面の洗浄工程、或いは
新たなゲート絶縁膜の形成工程が省略或いは短縮され、
製造工程が簡略化される。また、結晶化のための熱処理
工程の際に、絶縁性薄膜も引き締められて、緻密で固定
電荷密度の低い良好な絶縁膜となることから、高晶質な
ゲート絶縁膜を特別な熱処理工程を追加することなく得
ることが可能になる。
The insulating thin film used as a mask film for selective introduction of a catalytic element is preferably used as it is as a gate insulating film of a thin film transistor after a heat treatment step for crystallization of a silicon film. In the present invention, unlike the method of the prior art, the catalytic element does not exist on the insulating thin film used as the mask film for introducing the catalytic element in the crystallization step, and the catalytic element is introduced into the insulating thin film during the heat treatment step. No diffusion occurs. Therefore, even after the crystallization step, no catalytic element is present in the insulating thin film, and the insulating thin film is in a clean state. Therefore, the insulating thin film can be used as it is as a gate insulating film of a thin film transistor. As a result, the number of times the silicon film surface serving as the active region is exposed to the air is reduced, and the contamination is reduced.
A mask film removing process, an active region surface cleaning process, or a new gate insulating film forming process is omitted or shortened,
The manufacturing process is simplified. In addition, during the heat treatment process for crystallization, the insulating thin film is also tightened, resulting in a dense and good insulating film with a low fixed charge density. It can be obtained without adding.

【0043】更に、このようにマスク膜として用いた絶
縁性薄膜をそのままゲート絶縁膜として利用する場合に
は、非晶質ケイ素膜と該絶縁性薄膜とを、大気中に曝す
ことなく、連続して成膜することが、より望ましい。す
なわち、後に活性領域となる非晶質ケイ素膜と後にゲー
ト絶縁膜となる絶縁性薄膜とを、大気中に曝すことなく
連続して成膜することで、電界効果トランジスタにとっ
て最も重要な界面である活性層/ゲート絶縁膜のチャネ
ル界面が、非常にクリーンで且つ界面準位密度の低い理
想的な界面状態で得られる。その結果、トランジスタ特
性が向上且つ安定すると共に、信頼性も大きく向上させ
ることができる。
Further, when the insulating thin film used as the mask film is used as it is as the gate insulating film, the amorphous silicon film and the insulating thin film are continuously exposed without being exposed to the air. It is more desirable to form the film by using the above method. In other words, the amorphous silicon film that will later become the active region and the insulating thin film that will later become the gate insulating film are continuously formed without being exposed to the air, and are the most important interfaces for the field effect transistor. The channel interface between the active layer and the gate insulating film can be obtained in an ideal interface state which is very clean and has a low interface state density. As a result, the transistor characteristics can be improved and stabilized, and the reliability can be greatly improved.

【0044】絶縁性薄膜上に存在する触媒元素のみを選
択的に除去する工程としては、絶縁性薄膜表面をライト
エッチングし、触媒元素をリフトオフにより取り除くこ
とが望ましい。触媒元素自身をエッチングするような方
法で触媒元素の除去を行うと、絶縁性薄膜上に存在する
触媒元素だけでなく、選択導入部にて非晶質ケイ素膜と
接して存在している必要な触媒元素まで、一緒に除去さ
れ得る。一方、触媒元素自身をエッチングするエッチャ
ントを利用した場合には、実際には絶縁性薄膜上に存在
する触媒元素が全て除去されず、ある程度の量の触媒元
素がエッチング残さとして残存し得る。
In the step of selectively removing only the catalyst element present on the insulating thin film, it is desirable to perform light etching on the surface of the insulating thin film and remove the catalyst element by lift-off. When the catalytic element is removed by a method such as etching the catalytic element itself, not only the catalytic element present on the insulating thin film but also the amorphous silicon film that is present in contact with the amorphous silicon film at the selective introduction part is required. Even catalytic elements can be removed together. On the other hand, when an etchant for etching the catalyst element itself is used, the catalyst element actually present on the insulating thin film is not entirely removed, and a certain amount of the catalyst element may remain as an etching residue.

【0045】本発明の効果を十分に得るためには、基板
表面に添加された触媒元素を、絶縁性薄膜上においての
み、ほぼ完全に取り除く必要があるが、このためには、
触媒元素を添加した後に、その下の絶縁性薄膜表面をラ
イトエッチングすることが非常に有効である。これによ
って、絶縁性薄膜上に存在する触媒元素のみを、いわゆ
るリフトオフにより効率的且つ確実に取り除くことがで
きる。
In order to sufficiently obtain the effects of the present invention, the catalytic element added to the substrate surface must be almost completely removed only on the insulating thin film.
It is very effective to light-etch the surface of the insulating thin film thereunder after adding the catalytic element. As a result, only the catalyst element present on the insulating thin film can be efficiently and reliably removed by so-called lift-off.

【0046】この際、絶縁性薄膜表面をライトエッチン
グする際のエッチャントを、適切に選択することが重要
である。具体的には、このエッチャントとして、ケイ素
膜及び触媒元素はエッチングせずに絶縁性薄膜のみをエ
ッチングするような材料を用いる必要がある。このよう
なエッチャントを用いることで、選択導入部のケイ素膜
上に存在する触媒元素は残したままで、絶縁性薄膜上の
触媒元素のみを、絶縁性薄膜とともにほぼ完全に取り除
くことができる。
At this time, it is important to appropriately select an etchant for lightly etching the surface of the insulating thin film. Specifically, it is necessary to use, as the etchant, a material that etches only the insulating thin film without etching the silicon film and the catalyst element. By using such an etchant, only the catalyst element on the insulating thin film can be almost completely removed together with the insulating thin film, while leaving the catalyst element present on the silicon film in the selective introduction part.

【0047】さらに具体的には、絶縁性薄膜として酸化
ケイ素膜或いは窒化ケイ素膜を用いて、その表面をライ
トエッチングするエッチャントとして低濃度フッ化水素
酸を用いることが望ましい。
More specifically, it is desirable to use a silicon oxide film or a silicon nitride film as the insulating thin film and to use low-concentration hydrofluoric acid as an etchant for light-etching the surface.

【0048】代表的な触媒元素であるニッケルを例にと
ると、フッ化水素酸に対しては、シリサイド化合物状態
では可溶であってエッチングされるが、メタル状態(原
子状態)で存在する場合にはエッチングされない。その
他の触媒元素も、ほぼ同様の傾向を示す。一方、本発明
においては、触媒元素を添加した後に熱処理工程を全く
経ずに絶縁性薄膜上の触媒元素の除去を行うため、この
除去工程(ライトエッチング工程)の実施時には、触媒
元素は全くシリサイド化しておらず、原子状態で存在し
ている。従って、ライトエッチング工程においてフッ化
水素酸をエッチャントとして用いると、添加された触媒
元素はエッチングされない。また、ケイ素膜自身もフッ
化水素酸に対してエッチング耐性が強く、ほとんどエッ
チングされない。これに対して、マスク膜となると絶縁
性薄膜として酸化ケイ素膜或いは窒化ケイ素膜を用いる
と、これらはフッ化水素酸に対してエッチングされると
共に、半導体であるケイ素膜に与える影響も最も少なく
て済む。
Taking nickel, which is a typical catalytic element, as an example, hydrofluoric acid is soluble and etched in a silicide compound state, but is present in a metal state (atomic state). Is not etched. Other catalyst elements show almost the same tendency. On the other hand, in the present invention, the catalyst element on the insulating thin film is removed without any heat treatment step after the addition of the catalyst element. Therefore, when the removal step (light etching step) is performed, the catalyst element is completely silicide. It has not been converted and exists in an atomic state. Therefore, when hydrofluoric acid is used as an etchant in the light etching step, the added catalytic element is not etched. Further, the silicon film itself has a strong etching resistance to hydrofluoric acid and is hardly etched. On the other hand, when a silicon oxide film or a silicon nitride film is used as an insulating thin film as a mask film, they are etched against hydrofluoric acid and have the least effect on a silicon film as a semiconductor. I'm done.

【0049】ここで、酸化ケイ素膜は、フッ化水素酸に
対して非常に大きいエッチングレートを有する。本発明
では、絶縁性薄膜表面をライトエッチングすることで絶
縁性薄膜を残して熱処理工程を行い、その絶縁性薄膜を
更にゲート絶縁膜として利用するが、エッチングが過剰
であると、絶縁性薄膜上の表面荒れが大きくなって、最
終的にゲート絶縁膜として機能すべきマスク膜(絶縁性
薄膜)が無くなってしまうこともあり得る。従って、特
に酸化ケイ素膜を用いる場合には、低濃度フッ化水素酸
を用いて、酸化ケイ素膜のエッチングレートが約10n
m/分以下となるようにすることが望ましい。具体的に
は、液中のフッ化水素の濃度が約1%以下であるフッ化
水素酸を用いるのが良い。
Here, the silicon oxide film has a very large etching rate with respect to hydrofluoric acid. In the present invention, a heat treatment step is performed while lightly etching the surface of the insulating thin film to leave the insulating thin film, and the insulating thin film is further used as a gate insulating film. The surface roughness of the gate insulating film may become so large that the mask film (insulating thin film) that should ultimately function as a gate insulating film may disappear. Therefore, especially when a silicon oxide film is used, the etching rate of the silicon oxide film is about 10 n using low concentration hydrofluoric acid.
m / min or less. Specifically, it is preferable to use hydrofluoric acid in which the concentration of hydrogen fluoride in the liquid is about 1% or less.

【0050】本発明における触媒元素として、Ni,C
o,Pd,Pt,Cu、Ag,Au,In,Sn,A
l,或いはSbを利用することができる。これらから選
ばれた1種或いは複数種類の元素であれば、微量で結晶
化助長の効果を奏する。
Ni, C is used as a catalyst element in the present invention.
o, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, In, Sn, A
1 or Sb can be used. One or a plurality of elements selected from these elements have a trace effect to promote crystallization.

【0051】特に、触媒元素としてNiを用いた場合
に、最も顕著な効果を得ることができる。この理由につ
いては、次のようなモデルを考えられる。触媒元素は単
独では作用せず、ケイ素膜と結合してシリサイド化する
ことで結晶成長に作用する。そのときの結晶構造が、非
晶質ケイ素膜の結晶化時に一種の鋳型のように作用し
て、非晶質ケイ素膜の結晶化を促すと考えられる。この
とき、Niは2つのSiと結合してNiSi2と表され
るシリサイドを形成する。このNiSi2は螢石型の結
晶構造を示すが、その結晶構造は、単結晶ケイ素の結晶
構造であるダイヤモンド構造と非常に類似したものであ
る。しかも、NiSi 2はその格子定数が5.406Å
であり、結晶シリコンのダイヤモンド構造における格子
定数5.430Åに非常に近い値を持つ。従って、Ni
Si2は、非晶質ケイ素膜を結晶化させるための鋳型と
しては最も適したものであり、本発明における触媒元素
としては、特にNiを用いるのが最も望ましい。
Particularly, when Ni is used as a catalyst element
The most remarkable effect can be obtained. For this reason
Then, the following model can be considered. The catalyst element is simple
It does not act alone, it combines with the silicon film and turns into silicide
This has an effect on crystal growth. The crystal structure at that time is non-
Acts like a template when crystallizing a crystalline silicon film.
Therefore, it is considered that the crystallization of the amorphous silicon film is promoted. this
Sometimes, Ni combines with two Sis to form NiSiTwoIs represented
Is formed. This NiSiTwoIs a fluorite-shaped knot
Shows a single crystal silicon structure.
The structure is very similar to the diamond structure
You. Moreover, NiSi TwoHas a lattice constant of 5.406Å
And the lattice in the diamond structure of crystalline silicon
It has a value very close to the constant 5.430 °. Therefore, Ni
SiTwoIs a mold for crystallizing the amorphous silicon film
Is the most suitable for the catalyst element of the present invention.
In particular, it is most preferable to use Ni.

【0052】ニッケルを代表とするこれらの触媒元素を
絶縁性薄膜及び非晶質ケイ素膜上に添加する工程は、こ
れらの触媒元素がシリサイド化合物や塩状態ではなく金
属状態にある状態で、その薄膜を形成することにより行
うことが望ましい。これは、以下の理由による。
The step of adding these catalyst elements typified by nickel onto the insulating thin film and the amorphous silicon film is performed in a state where these catalyst elements are not in the silicide compound or salt state but in the metal state. It is desirable to carry out by forming. This is for the following reason.

【0053】本発明においては、先に述べたように、絶
縁性薄膜として酸化ケイ素膜を用いると共に、その表面
をライトエッチングする際のエッチャントとして低濃度
フッ化水素酸を用いることが最適である。このとき、シ
リサイド化合物は、フッ化水素酸にエッチングされて除
去されてしまう。また、特開平9−312259号公報
のように触媒元素の塩の水溶液を基板表面に塗布して乾
燥させる方法では、基板表面に塩状態で触媒元素が析出
して単に存在しているという状態なので、フッ化水素酸
洗浄のみならず水洗浄のみによっても除去されてしま
う。従って、これらの手法を本発明に適用することはで
きない。本発明においては、絶縁性薄膜のライトエッチ
ングの際に、導入部のケイ素膜に添加された触媒元素が
除去されずに確実にケイ素膜表面に吸着している必要が
あり、そのためには、上記のように、ニッケルを代表と
する触媒元素が金属状態である状態でその薄膜を絶縁性
薄膜及び非晶質ケイ素膜上に形成し、それによって触媒
元素を添加することが望ましい。
In the present invention, as described above, it is optimal to use a silicon oxide film as the insulating thin film and use low-concentration hydrofluoric acid as an etchant for light-etching the surface. At this time, the silicide compound is removed by etching with hydrofluoric acid. Further, in the method of applying and drying an aqueous solution of a salt of a catalyst element on the substrate surface as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-313259, since the catalyst element is simply present in a salt state deposited on the substrate surface. It is removed not only by hydrofluoric acid cleaning but also by water cleaning alone. Therefore, these techniques cannot be applied to the present invention. In the present invention, at the time of light etching of the insulating thin film, it is necessary that the catalytic element added to the silicon film at the introduction portion is securely adsorbed on the silicon film surface without being removed. It is desirable to form the thin film on the insulating thin film and the amorphous silicon film in a state where the catalytic element represented by nickel is in a metallic state as described above, and to thereby add the catalytic element.

【0054】この際、基板表面に添加される触媒元素濃
度は、全反射蛍光X線分析法により、約1×1013atom
s/cm2〜約2×1014atoms/cm2の範囲内に制御されるこ
とが望ましい。一般に触媒元素を薄膜形成することによ
り導入する方法では、特開平9−312259号公報の
ように触媒元素の塩の水溶液を基板表面に塗布して乾燥
させることによって導入する方法に比べて、その導入量
を極微量に制御することが難しい。これに対して全反射
蛍光X線分析法は、非破壊で基板表面のみを高感度(検
出下限値は約1×1010atoms/cm2以下)で分析できる
ので、本発明における触媒元素の添加量を管理するため
に最適な方法である。そして、触媒元素の表面添加量を
上述のように約1×1013atoms/cm2〜約2×1014ato
ms/cm2の範囲内に制御することにより、非晶質ケイ素膜
の十分な横方向結晶成長が行われると共に、それを用い
て形成される半導体素子において、触媒元素による顕著
なリーク電流の増大や信頼性の低下などの悪影響も見ら
れなくなる。
At this time, the concentration of the catalyst element added to the substrate surface was determined to be about 1 × 10 13 atoms by total reflection X-ray fluorescence analysis.
It is desirable to control within the range of s / cm 2 to about 2 × 10 14 atoms / cm 2 . In general, the method of introducing a catalyst element by forming a thin film is more effective than the method of introducing an aqueous solution of a salt of a catalyst element onto a substrate surface by drying it, as in JP-A-9-313259. It is difficult to control the amount to a very small amount. On the other hand, the total reflection X-ray fluorescence analysis can analyze only the substrate surface without destruction with high sensitivity (the lower limit of detection is about 1 × 10 10 atoms / cm 2 or less). It is the best way to manage the quantity. Then, the surface element addition amount of the catalyst element is set to about 1 × 10 13 atoms / cm 2 to about 2 × 10 14 ato as described above.
By controlling within the range of ms / cm 2 , sufficient lateral crystal growth of the amorphous silicon film is performed, and in a semiconductor device formed using the same, a remarkable increase in leakage current due to a catalytic element is performed. And no adverse effects such as reduced reliability.

【0055】更に、本発明においては、より高い移動度
を有し且つより高性能な半導体装置を実現するために、
触媒元素によるケイ素膜の結晶成長方向と半導体装置に
おけるキャリアの移動方向とが略平行となるように、半
導体装置を構成する(具体的には、その活性領域におけ
るチャネル領域やソース/ドレイン領域を配置する)こ
とが望ましい。このように構成することで、キャリアの
移動に際してトラップとなる結晶粒界は、その移動方向
には理論上は存在しないことになり、より高移動度を有
する半導体装置が得られるようになる。実際には、横方
向結晶成長領域において、ある程度の柱状結品の曲がり
や分岐が生じているが、上記のような構成にすることに
より、キャリア移動方向に対する結晶粒界などのトラッ
プ量は、確実に減少する。
Further, in the present invention, in order to realize a semiconductor device having higher mobility and higher performance,
The semiconductor device is configured such that the crystal growth direction of the silicon film by the catalytic element and the carrier movement direction in the semiconductor device are substantially parallel (specifically, the channel region and the source / drain region in the active region are arranged. Is desirable. With such a configuration, a crystal grain boundary serving as a trap when carriers move is theoretically not present in the moving direction, so that a semiconductor device having higher mobility can be obtained. Actually, a certain amount of bending or branching of the columnar product occurs in the lateral crystal growth region, but by adopting the above-described configuration, the trap amount such as the crystal grain boundary in the carrier moving direction can be ensured. To decrease.

【0056】以下では、以上のような検討結果に基づい
て達成された本願発明の幾つかの具体的な実施形態を、
添付の図面を参照して説明する。
In the following, some specific embodiments of the present invention achieved based on the above-described examination results are described.
This will be described with reference to the accompanying drawings.

【0057】(第1の実施形態)本発明の第1の実施形
態では、ガラス基板上に複数のnチャネル型TFT(n
型TFT)を製造する工程に、本発明を適用する。本実
施形態のn型TFTは、アクティブマトリクス型液晶表
示装置のドライバ回路や画素部分はもちろんのこと、一
般の薄膜集積回路を構成する素子としても利用すること
ができる。以下の本実施形態の説明では、それらの代表
として、基板上に数十万個から数百万個のn型TFTを
特に均一に製造する必要がある液晶表示装置用アクティ
ブマトリクス基板の画素駆動用n型TFT120を例に
とって、説明を行う。
(First Embodiment) In a first embodiment of the present invention, a plurality of n-channel TFTs (n
The present invention is applied to a process of manufacturing a TFT. The n-type TFT of the present embodiment can be used not only as a driver circuit and a pixel portion of an active matrix liquid crystal display device but also as an element constituting a general thin film integrated circuit. In the following description of the present embodiment, as a representative thereof, for driving a pixel of an active matrix substrate for a liquid crystal display device, it is necessary to particularly uniformly manufacture hundreds of thousands to millions of n-type TFTs on a substrate. The description will be made by taking the n-type TFT 120 as an example.

【0058】図1(a)〜(e)は、本実施形態で説明
するアクティブマトリクス基板上の画素TFTの製造工
程の概要を示す平面図である。実際には前述のように数
十万個以上のTFTが構成されるが、本実施形態では、
3行×4列の12個のTFTに簡略化して、説明を行
う。また、図2(a)〜(f)は、図1に示す12個の
TFTのうちの任意の1つのTFT120の製造工程を
示す断面図であって、(a)から(f)への順に従っ
て、製造工程が順次進行する。なお、図2では、触媒元
素導入部100とTFT120の活性領域(チャネル領
域及びソース/ドレイン領域)の配置方向との間の位置
関係が、図1におけるTFT120の配置方向に対して
90度異なっているが、これは説明を行い易くするため
であって、この位置関係の如何によって本発明の効果が
損われることはない。
FIGS. 1A to 1E are plan views showing an outline of a process of manufacturing a pixel TFT on an active matrix substrate described in the present embodiment. Actually, hundreds of thousands or more TFTs are configured as described above, but in the present embodiment,
The description will be simplified to 12 TFTs in 3 rows × 4 columns. 2A to 2F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of an arbitrary one of the twelve TFTs 120 shown in FIG. 1, in which order from (a) to (f). , The manufacturing process proceeds sequentially. In FIG. 2, the positional relationship between the catalytic element introduction portion 100 and the arrangement direction of the active region (channel region and source / drain region) of the TFT 120 differs from the arrangement direction of the TFT 120 in FIG. 1 by 90 degrees. However, this is for ease of explanation, and the effect of the present invention is not impaired by this positional relationship.

【0059】本実施形態の製造方法では、まず図2
(a)に示すように、ガラス基板101の上に、例えば
スパッタリング法によって、厚さ約300nmの酸化ケ
イ素からなる下地膜102を形成する。この酸化ケイ素
膜102は、ガラス基板101からの不純物の拡散を防
ぐために設けられる。次に、減圧CVD法或いはプラズ
マCVD法によって、厚さ約25nm〜約100nm、
例えば約50nmの真性(I型)非晶質ケイ素膜(a−
Si膜)103を、下地膜102の上に成膜する。更に
その上には、酸化ケイ素膜或いは窒化ケイ素膜等からな
る絶縁性薄膜104を堆積する。
In the manufacturing method of this embodiment, first, FIG.
As shown in FIG. 1A, a base film 102 made of silicon oxide and having a thickness of about 300 nm is formed on a glass substrate 101 by, for example, a sputtering method. The silicon oxide film 102 is provided to prevent diffusion of impurities from the glass substrate 101. Next, by a low pressure CVD method or a plasma CVD method, the thickness is about 25 nm to about 100 nm,
For example, an intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-
A (Si film) 103 is formed on the base film 102. Further thereon, an insulating thin film 104 made of a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited.

【0060】本発明においては、この絶縁性薄膜104
は、後の触媒元素導入時のマスク膜及びTFTのゲート
絶縁膜として機能するものである。本実施形態において
は、この絶縁性薄膜104を酸化ケイ素膜とし、具体的
にはTEOS(TetraEthoxy Ortho
Silicate)を原料として、酸素とともにRFプ
ラズマCVD法で分解・堆積する。更に、本実施形態で
は、マルチチェンバ型プラズマCVD装置を用いて、基
板101を大気中に出すことなく、前述のa−Si膜1
03と酸化ケイ素膜104とを連続して成膜する。
In the present invention, the insulating thin film 104
Functions as a mask film and a gate insulating film of a TFT when a catalytic element is introduced later. In the present embodiment, the insulating thin film 104 is a silicon oxide film, specifically, TEOS (TetraEthoxy Ortho).
(Silicate) as a raw material together with oxygen to be decomposed and deposited by an RF plasma CVD method. Further, in the present embodiment, the a-Si film 1 described above is used without exposing the substrate 101 to the atmosphere using a multi-chamber plasma CVD apparatus.
03 and the silicon oxide film 104 are continuously formed.

【0061】酸化ケイ素膜(マスク膜)104の厚さ
は、約10nm〜約50nmであることが望ましい。酸
化ケイ素膜104が上記の範囲よりも薄いと、触媒元素
の導入工程において、導入された触媒元素は酸化ケイ素
膜(マスク膜)104を拡散して通過して、下層のケイ
素膜103における望ましくない領域にまで到達する可
能性がある。一方、上記の範囲より酸化ケイ素膜104
が厚いと、後にゲート絶縁膜として用いることが困難と
なる。本実施形態では、酸化ケイ素膜104の厚さを約
30nmとしている。
The thickness of the silicon oxide film (mask film) 104 is preferably about 10 nm to about 50 nm. If the silicon oxide film 104 is thinner than the above range, in the step of introducing the catalyst element, the introduced catalyst element diffuses and passes through the silicon oxide film (mask film) 104 and is undesirable in the lower silicon film 103. There is a possibility to reach the area. On the other hand, from the above range, the silicon oxide film 104
If it is thick, it will be difficult to use it later as a gate insulating film. In the present embodiment, the thickness of the silicon oxide film 104 is about 30 nm.

【0062】次に、a−Si膜103の上の酸化ケイ素
膜(マスク膜)104をパターニングして開口部(スル
ーホール)100を形成し、所定のマスクパターンを得
る。ここで、図2(a)に示すように、マスク膜104
の開口部(スルーホール)100を介して、スリット状
にa−Si膜103が露呈される。この状態を複数のT
FTに対して総括的に上面から見ると、a−Si膜10
3は、マスク膜104に複数本設けられたスルーホール
(開口部)100の底部にスリット状に露呈しており、
a−Si膜103のその他の部分はマスクされている。
Next, the silicon oxide film (mask film) 104 on the a-Si film 103 is patterned to form an opening (through hole) 100 to obtain a predetermined mask pattern. Here, as shown in FIG.
The a-Si film 103 is exposed in the form of a slit through the opening (through hole) 100. This state is referred to as multiple T
When viewed generally from the top with respect to the FT, the a-Si film 10
Reference numeral 3 denotes a slit exposed at the bottom of a plurality of through holes (openings) 100 provided in the mask film 104.
Other portions of the a-Si film 103 are masked.

【0063】その後に、図2(a)に示すように、上記
で得られた構成の上面に、ニッケル膜(ニッケル薄膜)
105を、スパッタリング法により形成する。ニッケル
膜105は、マスク膜104の開口部100では、その
底部に露呈しているa−Si膜103の表面に形成され
て、a−Si膜103に接することになる(参照番号1
05a)。このとき、基板表面に形成されるニッケル膜
105(105a)の表面濃度(添加されるニッケルの
表面濃度)を全反射蛍光X線分析法によって管理し、好
ましくは約1×1013atoms/cm2〜約2×1014atoms/c
m2の範囲内に制御する。本実施形態では、スパッタリン
グ時の圧力を通常よりも大きくし、DCパワーを極めて
低く制御することにより、ニッケル膜105の表面濃度
を、典型的には約5×1013atoms/cm2に設定する。こ
の状態で基板表面に形成されるニッケル膜105は、実
際には単原子層以下の密度であって、もはや膜とは言い
難い。
Thereafter, as shown in FIG. 2A, a nickel film (nickel thin film) is formed on the upper surface of the structure obtained above.
105 is formed by a sputtering method. In the opening 100 of the mask film 104, the nickel film 105 is formed on the surface of the a-Si film 103 exposed at the bottom thereof and comes into contact with the a-Si film 103 (reference numeral 1).
05a). At this time, the surface concentration (the surface concentration of the added nickel) of the nickel film 105 (105a) formed on the substrate surface is managed by total reflection X-ray fluorescence analysis, and is preferably about 1 × 10 13 atoms / cm 2. ~ About 2 × 10 14 atoms / c
controlled within a range of m 2. In this embodiment, the surface concentration of the nickel film 105 is typically set to about 5 × 10 13 atoms / cm 2 by setting the pressure during sputtering higher than usual and controlling the DC power extremely low. . In this state, the nickel film 105 formed on the substrate surface has a density of a monoatomic layer or less, and is hardly a film.

【0064】次に、基板101を低濃度フッ化水素酸に
浸し、マスク膜104の表面をライトエッチングする。
本実施形態では、約0.5%のフッ化水素酸に約30秒
間浸すことによって、上記のライトエッチング処理を行
う。このライトエッチング処理により、マスク膜104
は5nm程度エッチングされるが、それに伴って、マス
ク膜104の上に存在していたニッケル膜105がリフ
トオフされて完全に除去される。一方、領域100でケ
イ素膜103と接して存在しているニッケル膜105a
は、このライトエッチング処理では除去されないため、
図2(b)に示すように、基板101の上において、領
域100で露呈している部分のa−Si膜103の上の
みに、選択的にニッケル膜105aが存在することにな
る。
Next, the substrate 101 is immersed in low-concentration hydrofluoric acid, and the surface of the mask film 104 is lightly etched.
In the present embodiment, the above-described light etching treatment is performed by immersion in about 0.5% hydrofluoric acid for about 30 seconds. By this light etching process, the mask film 104 is formed.
Is etched by about 5 nm, and accordingly, the nickel film 105 existing on the mask film 104 is lifted off and completely removed. On the other hand, the nickel film 105a existing in contact with the silicon film 103 in the region 100
Is not removed by this light etching process,
As shown in FIG. 2B, the nickel film 105a is selectively present only on the portion of the a-Si film 103 exposed in the region 100 on the substrate 101.

【0065】この後に、このようにニッケルの選択導入
処理(ニッケル膜105aの選択的な形成処理)が実施
された基板101に対して、不活性雰囲気下、例えば窒
素雰囲気にて、約540℃〜約620℃の温度で数時間
から数十時間の加熱処理を施す。本実施形態では、一例
として約580℃にて約6時間の加熱処理を行う。この
加熱処理において、ニッケル膜105aと接している領
域100のa−Si膜103において、ニッケルを核と
したランダムな結晶核発生が起きて結晶化が進行し、シ
ード領域としての結晶性ケイ素膜103aが形成される
(図2(c)参照)。その後に、領域100の結晶性ケ
イ素膜103a(すなわちシード領域103a)からそ
の周辺領域に向かって、矢印106で示すように、横方
向(基板101の表面と平行な方向)に結晶成長が行わ
れる。この際に、マスク膜104の上にはニッケルが全
く存在しない状態となっているため、この矢印106に
よって示される横方向結晶成長は、マスク膜104を介
した拡散に起因するニッケルによるものではなく、領域
100に形成されたニッケル膜105aからのニッケル
のみに基づいて、行われる。また、上記の加熱処理工程
中に、後のチャネル面となる横方向結晶成長領域103
bの表面は、ニッケルを含まない清浄な酸化ケイ素膜1
04で常時覆われた状態となっており、活性領域への汚
染を極力防止することができる。
Thereafter, the substrate 101 on which the selective introduction of nickel (selective formation of the nickel film 105a) has been performed is subjected to an inert atmosphere, for example, a nitrogen atmosphere at about 540 ° C. The heat treatment is performed at a temperature of about 620 ° C. for several hours to several tens hours. In this embodiment, as an example, the heat treatment is performed at about 580 ° C. for about 6 hours. In this heat treatment, random crystal nuclei with nickel as nuclei occur in the a-Si film 103 in the region 100 in contact with the nickel film 105a, and crystallization proceeds, and the crystalline silicon film 103a as a seed region is formed. Is formed (see FIG. 2C). Thereafter, crystal growth is performed in a lateral direction (a direction parallel to the surface of the substrate 101) from the crystalline silicon film 103a in the region 100 (that is, the seed region 103a) to a peripheral region thereof, as indicated by an arrow 106. . At this time, since there is no nickel on the mask film 104, the lateral crystal growth indicated by the arrow 106 is not caused by nickel caused by diffusion through the mask film 104. This is performed based on only the nickel from the nickel film 105a formed in the region 100. In addition, during the above-described heat treatment step, the lateral crystal growth region 103 serving as a later channel surface is formed.
The surface of b is a clean silicon oxide film 1 containing no nickel.
04 is always covered, and contamination of the active region can be prevented as much as possible.

【0066】ここで、図1(a)を参照すると、ニッケ
ルが選択導入された線状の領域(導入領域)100(シ
ード領域103a)に挟まれた領域では、矢印106の
ように横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜103bが形
成されるが、最終的には、別々の導入領域100より成
長してきた横成長結晶性ケイ素膜103b同士がぶつか
り合って、結晶粒界103dを形成する。また、最も外
側に存在する線状導入領域100から外側に向かっても
同様の横方向結晶成長が起こるが、その成長が到達しな
い領域は、そのまま非晶質ケイ素膜領域103cとして
残る。すなわち、図1と図2とを対応させて考えれば、
図2(f)にて形成されるTFT120は、図1(a)
では最も右側に描かれている列のTFTの一つに相当
し、図2(a)などにおける導入領域100は、図1
(a)での最も右側に描かれているラインに相当する。
従って、図2において、紙面上の左側には、実際には別
の導入領域及びそこから横方向に成長してくる結晶性領
域が存在するが、右側には、その他の導入領域が存在し
ていない。
Here, referring to FIG. 1A, in a region sandwiched between linear regions (introduction regions) 100 (seed regions 103a) into which nickel has been selectively introduced, as shown by an arrow 106, a lateral direction crystal is formed. Although the grown crystalline silicon film 103b is formed, the laterally grown crystalline silicon films 103b grown from the separate introduction regions 100 finally collide with each other to form a crystal grain boundary 103d. The same lateral crystal growth occurs from the outermost linear introduction region 100 to the outside, but the region where the growth does not reach remains as the amorphous silicon film region 103c. That is, if FIG. 1 and FIG.
The TFT 120 formed in FIG.
1 corresponds to one of the TFTs in the column drawn on the rightmost side, and the introduction region 100 in FIG.
It corresponds to the line drawn on the rightmost side in (a).
Therefore, in FIG. 2, another introduction region and a crystalline region that grows laterally from the introduction region actually exist on the left side of the drawing, but other introduction regions exist on the right side. Absent.

【0067】なお、後に活性領域が形成される横方向成
長領域103bの中のニッケル元素濃度は、SIMS測
定によると、典型的には約5×1016atoms/cm3であ
る。この値は、従来技術によって得られる値に比べて十
分に低い。
The concentration of nickel in the lateral growth region 103b where an active region is to be formed later is typically about 5 × 10 16 atoms / cm 3 according to SIMS measurement. This value is sufficiently lower than the value obtained by the prior art.

【0068】次に、ケイ素膜103の不要な部分を除去
して、素子間分離を行う。この際に、マスク膜として用
いたケイ素膜103の上の酸化ケイ素膜104も、同様
にそのまま残す。すなわち、これによって、横方向結晶
化領域103bを用いて後にTFT120の活性領域
(ソース/ドレイン領域及びチャネル領域)となる島状
の結晶性ケイ素膜103iを形成するとともに、酸化ケ
イ素膜104も同様にパターニングして、第1のゲート
絶縁膜104iを形成する(図1(b)及び(c)、並
びに図2(d)参照)。
Next, unnecessary portions of the silicon film 103 are removed to perform element isolation. At this time, the silicon oxide film 104 on the silicon film 103 used as the mask film is also left as it is. That is, thereby, the island-shaped crystalline silicon film 103i which will be the active region (source / drain region and channel region) of the TFT 120 later is formed using the lateral crystallization region 103b, and the silicon oxide film 104 is similarly formed. By patterning, a first gate insulating film 104i is formed (see FIGS. 1B and 1C and FIG. 2D).

【0069】ここで、後のTFT120のチャネル界面
は、高品質な横方向結晶成長ケイ素膜103i(103
b)とマスク膜として用いた酸化ケイ素膜104iとの
間の界面として形成される。すなわち、本実施形態での
チャネル界面は、大気に全く触れずに連続成膜されたも
のであり、更に結晶化のための高温熱処理が加えられて
いるため、界面が清浄であると共に優れた界面特性を有
する。また、第1のゲート絶縁膜104iも加熱処理に
より緻密化されており、バルク特性も非常に良好であ
る。
Here, the channel interface of the later TFT 120 is formed by a high-quality lateral crystal growth silicon film 103i (103).
It is formed as an interface between b) and the silicon oxide film 104i used as the mask film. In other words, the channel interface in the present embodiment is a film formed continuously without any exposure to the air, and is subjected to a high-temperature heat treatment for crystallization, so that the interface is clean and excellent. Has characteristics. In addition, the first gate insulating film 104i is also densified by heat treatment, and has very good bulk characteristics.

【0070】次に、活性領域となる島状結晶性ケイ素膜
103i、及び島状の第1のゲート絶縁膜104iを覆
うように、厚さ約20nm〜約130nm、典型的には
約70nmの酸化ケイ素膜を、第2のゲート絶縁膜10
7として成膜する。酸化ケイ素膜107は、例えばTE
OSを原料として、酸素とともに基板温度約150℃〜
約600℃、好ましくは約300℃〜約450℃で、R
FプラズマCVD法によって分解・堆積する。或いは、
TEOSを原料として、オゾンガスとともに基板温度を
約350℃〜約600℃、好ましくは約400℃〜約5
50℃で、減圧CVD法或いは常圧CVD法によって形
成してもよい。この第2のゲート絶縁膜107は、ケイ
素膜103iの側面と後のゲートラインとの間のリーク
防止のために、設けられる、ゲート絶縁膜のトータルな
厚さは、最終的には第1のゲート絶縁膜104iの厚さ
(例えば約25nm=ライトエッチング処理により約5
nm目減りしている)と、第2のゲート絶縁膜107の
厚さ(例えば約70nm)との和(上記の例では約95
nm)で得られる。
Next, an oxidized film having a thickness of about 20 nm to about 130 nm, typically about 70 nm, is formed so as to cover the island-shaped crystalline silicon film 103i serving as an active region and the island-shaped first gate insulating film 104i. A silicon film is formed on the second gate insulating film 10
7 is formed. The silicon oxide film 107 is made of, for example, TE
Using OS as a raw material, substrate temperature is about 150 ° C with oxygen.
At about 600C, preferably about 300C to about 450C, R
Decompose and deposit by F plasma CVD method. Or,
Using TEOS as a raw material, the substrate temperature is set to about 350 ° C. to about 600 ° C., preferably about 400 ° C. to about 5 ° C., together with ozone gas.
It may be formed at 50 ° C. by a low pressure CVD method or a normal pressure CVD method. The second gate insulating film 107 is provided for preventing leakage between the side surface of the silicon film 103i and a gate line to be formed later. The thickness of the gate insulating film 104i (for example, about 25 nm = about 5 nm by light etching)
of the second gate insulating film 107 (for example, about 70 nm) (about 95 nm in the above example).
nm).

【0071】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ約400nm〜約800nm、例えば約600nm
のアルミニウム膜を成膜する。そして、このアルミニウ
ム膜をパターニングして、ゲート電極108を形成す
る。更に、このアルミニウムからなるゲート電極108
の表面を陽極酸化して、その表面に酸化物層109を形
成する(図2(e)参照)。ゲート電極108は、平面
的にはゲートバスライン118を同時に構成しており、
この状態を平面的に見ると、図1(d)のような状態と
なっている。
Subsequently, by a sputtering method,
Thickness of about 400 nm to about 800 nm, for example about 600 nm
Is formed. Then, the aluminum film is patterned to form a gate electrode 108. Further, the gate electrode 108 made of aluminum is used.
Is anodized to form an oxide layer 109 on the surface (see FIG. 2E). The gate electrode 108 simultaneously constitutes the gate bus line 118 in plan view,
When this state is viewed in a plan view, the state is as shown in FIG.

【0072】陽極酸化は、典型的には、酒石酸が約1%
〜約5%含まれたエチレングリコール溶液中で行い、最
初は電流を一定に保ったまま印加電圧を約220Vまで
上げ、その状態で約1時間保持して終了させる。これに
よって得られる酸化物層109の厚さは、約200nm
である。なお、この酸化物層109の厚さは、後のイオ
ンドーピング工程において形成されるオフセットゲート
領域の厚さに相当しており、オフセットゲート領域の長
さを、上記の陽極酸化工程で決めることができる。
Anodization is typically carried out with tartaric acid at about 1%
The operation is performed in an ethylene glycol solution containing about 5%. At first, the applied voltage is increased to about 220 V while the current is kept constant, and the state is maintained for about 1 hour to end the operation. The resulting oxide layer 109 has a thickness of about 200 nm.
It is. Note that the thickness of the oxide layer 109 corresponds to the thickness of an offset gate region formed in a later ion doping step, and the length of the offset gate region can be determined in the above-described anodic oxidation step. it can.

【0073】次に、イオンドーピング法によって、ゲー
ト電極108とその周囲の酸化物層109とをマスクと
して、活性領域103iに不純物(リン)を注入する。
具体的には、ドーピングガスとしてフォスフィン(PH
3)を用い、加速電圧を約60kV〜約90kV、例え
ば約80kV、ドーズ量を約1×1015cm-2〜約8×1
15cm-2、例えば約2×1015cm-2とする。この工程に
より、活性領域103iのうちで不純物が注入された領
域111及び112は、後にTFT120のソース/ド
レイン領域となる。一方、ゲート電極108及びその周
囲の酸化層109にマスクされて不純物が注入されない
領域110は、後にTFT120のチャネル領域とな
る。
Next, an impurity (phosphorus) is implanted into the active region 103i by ion doping using the gate electrode 108 and the surrounding oxide layer 109 as a mask.
Specifically, phosphine (PH) is used as a doping gas.
3 ), the acceleration voltage is about 60 kV to about 90 kV, for example, about 80 kV, and the dose is about 1 × 10 15 cm −2 to about 8 × 1.
0 15 cm -2 , for example, about 2 × 10 15 cm -2 . By this step, the regions 111 and 112 into which the impurities are implanted in the active region 103i become source / drain regions of the TFT 120 later. On the other hand, a region 110 which is masked by the gate electrode 108 and the surrounding oxide layer 109 and into which impurities are not implanted becomes a channel region of the TFT 120 later.

【0074】その後、図2(e)に示すように、レーザ
光113の照射によってアニールを行い、イオン注入し
た不純物の活性化を行うと同時に、上記の不純物導入工
程で結晶性が劣化した部分の結晶性を改善させる。具体
的には、例えばXeC1エキシマレーザ(波長308n
m、パルス幅約40nsec)を用いて、エネルギー密
度を約150J/cm2〜約400J/cm2、好ましくは約20
0J/cm2〜約300J/cm2として、1ヶ所に対して各10
回ずつの照射を行う。こうして形成されたn型不純物
(リン)領域111及び112のシート抵抗は、典型的
には約200Ω/□〜約800Ω/□である。
After that, as shown in FIG. 2E, annealing is performed by irradiation with a laser beam 113 to activate the ion-implanted impurities, and at the same time, a portion where the crystallinity is deteriorated in the above-described impurity introducing step. Improves crystallinity. Specifically, for example, a XeC1 excimer laser (wavelength 308n)
m, a pulse width of about 40 nsec) and an energy density of about 150 J / cm 2 to about 400 J / cm 2 , preferably about 20 J / cm 2.
As 0 J / cm 2 ~ about 300 J / cm 2, each with respect to one place 10
Irradiate each time. The sheet resistance of the n-type impurity (phosphorus) regions 111 and 112 thus formed is typically about 200 Ω / □ to about 800 Ω / □.

【0075】続いて、厚さ600nm程度の酸化ケイ素
膜或いは窒化ケイ素膜を、層間絶縁膜114として形成
する。酸化ケイ素膜を用いる場合には、TEOSを原料
とし、TEOSと酸素とのプラズマCVD法、或いはT
EOSとオゾンとの減圧CVD法或いは常圧CVD法に
よって形成すれば、段差被覆性に優れた良好な層間絶縁
膜114が得られる。また、SiH4とNH3とを原料ガ
スとしてプラズマCVD法で成膜された窒化ケイ素膜を
用いれば、活性領域103iとゲート絶縁膜104iと
の間の界面に水素原子が供給されて、TFT特性を劣化
させる不対結合手を低減する効果がある。
Subsequently, a silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of about 600 nm is formed as the interlayer insulating film 114. When a silicon oxide film is used, TEOS is used as a raw material, and plasma CVD of TEOS and oxygen or TOS
When formed by low-pressure CVD or normal-pressure CVD of EOS and ozone, a good interlayer insulating film 114 having excellent step coverage can be obtained. Further, when a silicon nitride film formed by a plasma CVD method using SiH 4 and NH 3 as source gases is used, hydrogen atoms are supplied to the interface between the active region 103i and the gate insulating film 104i, and the TFT characteristics are reduced. Has the effect of reducing dangling bonds that degrade.

【0076】次に、層間絶縁膜114にコンタクトホー
ルを形成して、金属材料、例えば、窒化チタンとアルミ
ニウムとの二層膜によって、TFT120のソース電極
・配線115を形成する。窒化チタン膜は、アルミニウ
ムの半導体層への拡散を防止するバリア膜として、設け
られる。本実施形態におけるTFT120は画素電極を
スイッチングする素子を想定しているので、もう一方の
ドレイン電極には、ITOなど透明導電膜からなる画素
電極116を設ける。すなわち、図1(e)において、
ソースバスライン115を介してビデオ信号が供給さ
れ、ゲートバスライン118のゲート信号に基づいて、
画素電極116に必要な電荷が書き込まれる。
Next, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 114, and a source electrode / wiring 115 of the TFT 120 is formed using a metal material, for example, a two-layer film of titanium nitride and aluminum. The titanium nitride film is provided as a barrier film for preventing diffusion of aluminum into the semiconductor layer. Since the TFT 120 in this embodiment is assumed to be an element for switching a pixel electrode, the other drain electrode is provided with a pixel electrode 116 made of a transparent conductive film such as ITO. That is, in FIG.
A video signal is supplied via the source bus line 115, and based on the gate signal of the gate bus line 118,
The necessary charges are written to the pixel electrodes 116.

【0077】最後に、約1気圧の水素雰囲気で約350
℃、約30分間のアニール処理を行って、図2(f)に
示すTFT120を完成させる。更に、必要に応じて、
TFT120を保護する目的で、TFT120の上に窒
化ケイ素膜などからなる保護膜を設けてもよい。
Finally, a hydrogen atmosphere of about 1 atm.
Annealing is performed at about 30 ° C. for about 30 minutes to complete the TFT 120 shown in FIG. In addition, if necessary,
For the purpose of protecting the TFT 120, a protective film made of a silicon nitride film or the like may be provided on the TFT 120.

【0078】以上のように製造した本実施形態のn型T
FT120は、典型的には、電界効果移動度が約100
cm-2/Vs、閾値電圧が約2.5Vと非常に高性能であ
るにもかかわらず、繰り返し測定やバイアス印加或いは
温度ストレスなどによる耐久性試験を行ってもほとんど
特性劣化は見られず、従来のものと比べて非常に信頼性
が高い。また、触媒元素が特に問題となるTFTオフ領
域でのリーク電流は、従来の約10pA〜約15pAと
いう値に比べて、触媒元素を用いない場合と同等の約5
pA程度にまで低減され、製造歩留まりを大きく向上す
ることができた。そして、本実施形態に基づいて製造さ
れたn型TFT120を使用して形成された液晶表示用
アクティブマトリクス基板を実際に点灯評価したとこ
ろ、画素欠陥も極めて少なく、コントラスト比の高い高
表示品位の液晶パネルが得られた。
The n-type T of this embodiment manufactured as described above
FT 120 typically has a field effect mobility of about 100
Despite the extremely high performance of cm -2 / Vs and the threshold voltage of about 2.5 V, even if the durability test is performed by repeated measurement, bias application, temperature stress, etc., almost no characteristic deterioration is observed. Very reliable compared to conventional ones. In addition, the leakage current in the TFT off region where the catalytic element is particularly problematic is about 5 pA, which is the same as when no catalytic element is used, as compared with the conventional value of about 10 pA to about 15 pA.
It was reduced to about pA, and the production yield was able to be greatly improved. Then, when an active matrix substrate for liquid crystal display formed using the n-type TFT 120 manufactured according to the present embodiment was actually evaluated for lighting, a high-definition liquid crystal having very few pixel defects and a high contrast ratio was obtained. A panel was obtained.

【0079】なお、本実施形態では、n型TFT120
の製造工程を、アクティブマトリクス基板の画素電極を
例として説明しているが、本実施形態のn型TFT12
0は、薄膜集積回路などにも簡単に応用できる。例え
ば、その場合には、ゲート電極108の上にもコンタク
トホールを形成して、必要とする配線を施せばよい。
In this embodiment, the n-type TFT 120
Is described using the pixel electrode of the active matrix substrate as an example.
0 can be easily applied to a thin film integrated circuit and the like. For example, in that case, a contact hole may be formed also on the gate electrode 108 and a necessary wiring may be provided.

【0080】(第2の実施形態)本発明の第2の実施形
態では、ガラス基板上に、複数のnチャネル型TFT
(n型TFT)とpチャネル型TFT(p型TFT)と
を相補型に構成したCMOS回路を製造する工程に、本
発明を適用する。本実施形態のCMOS回路を構成する
n型TFT及びp型TFTは、アクティブマトリクス型
液晶表示装置の周辺駆動回路はもちろんのこと、一般の
薄膜集積回路を構成する素子としても利用することがで
きる。以下の本実施形態の説明では、それらの代表とし
て、液晶表示装置用アクティブマトリクス基板の周辺駆
動回路用CMOS回路を構成するn型TFT及びp型T
FTを例にとって、説明を行う。
(Second Embodiment) In a second embodiment of the present invention, a plurality of n-channel TFTs are formed on a glass substrate.
The present invention is applied to a process of manufacturing a CMOS circuit in which an (n-type TFT) and a p-channel type TFT (p-type TFT) are configured to be complementary. The n-type TFT and the p-type TFT constituting the CMOS circuit of this embodiment can be used not only as a peripheral driving circuit of an active matrix type liquid crystal display device but also as an element constituting a general thin film integrated circuit. In the following description of the present embodiment, an n-type TFT and a p-type TFT forming a CMOS circuit for a peripheral drive circuit of an active matrix substrate for a liquid crystal display device are representative thereof.
The description will be made using FT as an example.

【0081】図3は、本実施形態で説明するCMOS回
路を構成するn型TFT221及びp型TFT222の
製造工程の概要を示す平面図である。また、図4(a)
〜(f)は、図3の線4−4に沿った断面図であって、
(a)から(f)への順に従って、n型TFT221及
びp型TFT222の製造工程が順次進行する。
FIG. 3 is a plan view showing the outline of the manufacturing process of the n-type TFT 221 and the p-type TFT 222 constituting the CMOS circuit described in this embodiment. FIG. 4 (a)
4F are cross-sectional views taken along line 4-4 in FIG.
The manufacturing process of the n-type TFT 221 and the p-type TFT 222 sequentially proceeds in the order from (a) to (f).

【0082】本実施形態の製造方法では、まず図4
(a)に示すように、ガラス基板201の上に、例えば
CVD法やPVD法によって、厚さ約300nmの酸化
ケイ素からなる下地膜202を形成する。この酸化ケイ
素膜202は、ガラス基板201からの不純物の拡散を
防ぐために設けられる。次に、マルチチャンバ型プラズ
マCVD装置を用いて、厚さ約25nm〜約100n
m、例えば約35nmの真性(I型)非晶質ケイ素膜
(a−Si膜)203を、下地膜202の上に成膜す
る。更に、基板を大気中に曝すことなく、下地膜202
の上に連続的に、酸化ケイ素膜204を同じくプラズマ
CVD法によって形成する。このとき、プラズマCVD
プロセスにおける成膜ガスとしては、典型的には、a−
Si膜203の堆積にはSiH4ガスを用い、酸化ケイ
素膜204の堆積にはSiH4ガスとN2Oガスとの混合
ガスを用いる。
In the manufacturing method of this embodiment, first, FIG.
As shown in FIG. 1A, a base film 202 made of silicon oxide having a thickness of about 300 nm is formed on a glass substrate 201 by, for example, a CVD method or a PVD method. This silicon oxide film 202 is provided to prevent diffusion of impurities from the glass substrate 201. Next, using a multi-chamber type plasma CVD apparatus, the thickness is about 25 nm to about 100 n.
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-Si film) 203 of m, for example, about 35 nm is formed on the base film 202. Further, without exposing the substrate to the atmosphere,
A silicon oxide film 204 is formed continuously by the plasma CVD method. At this time, plasma CVD
As a film forming gas in the process, typically, a-
SiH 4 gas is used for depositing the Si film 203, and a mixed gas of SiH 4 gas and N 2 O gas is used for depositing the silicon oxide film 204.

【0083】次に、酸化ケイ素膜204をパターニング
して開口部(スルーホール)200を設けて、所定のマ
スクパターンを得る。ここで、図4(a)に示すよう
に、マスク膜204の開口部(スルーホール)200を
介して、スリット状にa−Si膜203が露呈される。
この状態を上面から見ると、a−Si膜203は、マス
ク膜204に設けられたスルーホール(開口部)200
の底部にスリット状に露呈しており、a−Si膜203
のその他の部分はマスクされている。
Next, the silicon oxide film 204 is patterned to provide openings (through holes) 200 to obtain a predetermined mask pattern. Here, as shown in FIG. 4A, the a-Si film 203 is exposed in a slit shape through the opening (through hole) 200 of the mask film 204.
When this state is viewed from above, the a-Si film 203 has a through hole (opening) 200 provided in the mask film 204.
Is exposed in a slit shape at the bottom of the a-Si film 203.
Other parts of are masked.

【0084】その後に、図4(a)に示すように、上記
で得られた構成の上面に、ニッケル膜(ニッケル薄膜)
205を、薄膜蒸着する。ニッケル膜205は、マスク
膜204の開口部200では、その底部に露呈している
a−Si膜203の表面に形成されて、a−Si膜20
3に接することになる(参照番号205a)。
Thereafter, as shown in FIG. 4A, a nickel film (nickel thin film) is formed on the upper surface of the structure obtained above.
205 is thin film deposited. The nickel film 205 is formed on the surface of the a-Si film 203 exposed at the bottom of the opening 200 of the mask film 204, and
3 (reference number 205a).

【0085】このニッケルの蒸着プロセスでは、蒸着ソ
ースと基板との間の距離を通常よりも大きくして、蒸着
レートを低くすることで、ニッケル膜205の厚さを制
御する。具体的には、全反射蛍光X線分析法によって、
形成されるニッケル膜205(205a)の表面濃度
(添加されるニッケルの表面濃度)が約1×1013atom
s/cm2〜約2×1014atoms/cm2の範囲内、例えば約3×
1013atoms/cm2になるように制御する。
In the nickel deposition process, the thickness of the nickel film 205 is controlled by making the distance between the deposition source and the substrate larger than usual and lowering the deposition rate. Specifically, by total reflection X-ray fluorescence analysis,
The surface concentration (the surface concentration of nickel to be added) of the formed nickel film 205 (205a) is about 1 × 10 13 atom
s / cm 2 to about 2 × 10 14 atoms / cm 2 , for example, about 3 ×
It is controlled to be 10 13 atoms / cm 2 .

【0086】次に、基板201を低濃度フッ化水素酸に
浸し、マスク膜204の表面をライトエッチングする。
本実施形態では、約0.5%のフッ化水素酸に約30秒
間浸すことによって、上記のライトエッチング処理を行
う。このライトエッチング処理により、マスク膜204
は5nm程度エッチングされるが、それに伴って、マス
ク膜204の上に存在していたニッケル膜205がリフ
トオフされて完全に除去される。一方、領域200でケ
イ素膜203と接して存在しているニッケル膜205a
は、このライトエッチング処理では除去されないため、
図4(b)に示すように、基板201の上において、領
域200で露呈している部分のa−Si膜203の上の
みに、選択的にニッケル膜205aが存在することにな
る。
Next, the substrate 201 is immersed in low-concentration hydrofluoric acid, and the surface of the mask film 204 is lightly etched.
In the present embodiment, the above-described light etching treatment is performed by immersion in about 0.5% hydrofluoric acid for about 30 seconds. By this light etching process, the mask film 204 is formed.
Is etched by about 5 nm, and accordingly, the nickel film 205 existing on the mask film 204 is lifted off and completely removed. On the other hand, the nickel film 205a existing in contact with the silicon film 203 in the region 200
Is not removed by this light etching process,
As shown in FIG. 4B, the nickel film 205a is selectively present only on the portion of the a-Si film 203 that is exposed in the region 200 on the substrate 201.

【0087】この後に、このようにニッケルの選択導入
処理(ニッケル膜205aの選択的な形成処理)が実施
された基板201に対して、不活性雰囲気下、例えば窒
素雰囲気にて、約540℃〜約620℃の温度で数時間
から数十時間の加熱処理を施す。本実施形態では、一例
として約580℃にて約5時間の加熱処理を行う。この
加熱処理において、ニッケル膜205aと接している領
域200のa−Si膜203においては、a−Si膜2
03の表面に添加されたニッケルを核として、基板20
1に垂直な方向にa−Si膜203の結晶化が進行し、
シード領域としての結晶性ケイ素膜203aが形成され
る(図4(c)参照)。その後に、領域200の結晶性
ケイ素膜203a(すなわちシード領域203a)から
その周辺領域に向かって、矢印206で示すように、横
方向(基板201の表面と平行な方向)に結晶成長が行
われる。この際に、マスク膜204の上にはニッケルが
全く存在しない状態となっているため、この矢印206
によって示される横方向結晶成長は、マスク膜204を
介した拡散に起因するニッケルによるものではなく、領
域200に形成されたニッケル膜205aからのニッケ
ルのみに基づいて、行われる。また、上記の加熱処理工
程中に、後のチャネル面となる横方向結晶成長領域20
3bの表面は、ニッケルを含まない清浄な酸化ケイ素膜
204で常時覆われた状態となっており、活性領域への
汚染を極力防止することができる。
Thereafter, the substrate 201 on which the selective introduction of nickel (selective formation of the nickel film 205a) has been performed is subjected to a temperature of about 540 ° C. in an inert atmosphere, for example, a nitrogen atmosphere. The heat treatment is performed at a temperature of about 620 ° C. for several hours to several tens hours. In this embodiment, as an example, the heat treatment is performed at about 580 ° C. for about 5 hours. In this heat treatment, in the a-Si film 203 in the region 200 in contact with the nickel film 205a, the a-Si film 2
03 with the nickel added to the surface of the substrate 20
The crystallization of the a-Si film 203 proceeds in a direction perpendicular to 1;
A crystalline silicon film 203a is formed as a seed region (see FIG. 4C). Thereafter, as shown by an arrow 206, crystal growth is performed in a lateral direction (a direction parallel to the surface of the substrate 201) from the crystalline silicon film 203a (that is, the seed region 203a) in the region 200 to the peripheral region. . At this time, since no nickel is present on the mask film 204, the arrow 206
Is performed not based on nickel caused by diffusion through the mask film 204, but based only on nickel from the nickel film 205a formed in the region 200. In addition, during the above-mentioned heat treatment step, the lateral crystal growth region 20 which will be a later channel surface is formed.
The surface of 3b is always covered with a clean silicon oxide film 204 containing no nickel, so that contamination of the active region can be prevented as much as possible.

【0088】ここで、図3を参照すると、ニッケルが選
択導入された線状の領域(導入領域)200(シード領
域203a)の周囲の領域では、矢印206のように横
方向結晶成長した結晶性ケイ素膜203bが形成される
が、その成長が到達しない領域は、そのまま非晶質ケイ
素膜領域203cとして残る。
Here, referring to FIG. 3, in a region around a linear region (introduction region) 200 (seed region 203 a) into which nickel is selectively introduced, crystallinity that has grown in the lateral direction as indicated by an arrow 206. Although the silicon film 203b is formed, the region where the growth does not reach remains as the amorphous silicon film region 203c.

【0089】また、本実施形態における横方向結晶成長
の成長距離(図3の線4−4’上における成長距離)
は、約60μmである。また、後に活性領域が形成され
る横方向成長領域203bの中のニッケル元素濃度は、
SIMS測定によると、典型的には約5×1016atoms/
cm3である。この値は、従来技術によって得られる値に
比べて十分に低い。
The growth distance of the lateral crystal growth in this embodiment (growth distance on line 4-4 'in FIG. 3)
Is about 60 μm. The nickel element concentration in the lateral growth region 203b where an active region is to be formed later is:
According to SIMS measurements, typically about 5 × 10 16 atoms /
cm 3. This value is sufficiently lower than the value obtained by the prior art.

【0090】次に、ケイ素膜203の不要な部分を除去
して、素子間分離を行う。この際に、マスク膜として用
いたケイ素膜203の上の酸化ケイ素膜204も、同様
にそのまま残す。すなわち、これによって、横方向結晶
化領域203bを用いて後にn型TFT221及びp型
TFT222の活性領域(ソース/ドレイン領域及びチ
ャネル領域)となる島状の結晶性ケイ素膜203n及び
203pを形成するとともに、酸化ケイ素膜204も同
様にパターニングし、図4(d)に示すように、第1の
ゲート絶縁膜204n及び204pを形成する。
Next, unnecessary portions of the silicon film 203 are removed to perform element isolation. At this time, the silicon oxide film 204 on the silicon film 203 used as the mask film is also left as it is. That is, thereby, island-shaped crystalline silicon films 203n and 203p which become active regions (source / drain regions and channel regions) of the n-type TFT 221 and the p-type TFT 222 later are formed using the lateral crystallization region 203b. The silicon oxide film 204 is similarly patterned to form first gate insulating films 204n and 204p as shown in FIG.

【0091】ここで、後のn型TFT221及びp型T
FT222のチャネル界面は、高品質な横方向結晶成長
ケイ素膜203n或いは203pとマスク膜として用い
た酸化ケイ素膜204n或いは204pとの間の界面と
して、形成される。すなわち、本実施形態でのチャネル
界面は、大気に全く触れずに連続成膜されたものであ
り、更に結晶化のための高温熱処理が加えられているた
め、界面が清浄であると共に優れた界面特性を有する。
また、第1のゲート絶縁膜204n及び204pも加熱
処理により緻密化されており、バルク特性も非常に良好
である。
Here, the later-described n-type TFT 221 and p-type TFT
The channel interface of the FT 222 is formed as an interface between the high-quality lateral crystal growth silicon film 203n or 203p and the silicon oxide film 204n or 204p used as a mask film. In other words, the channel interface in the present embodiment is a film formed continuously without any exposure to the air, and is subjected to a high-temperature heat treatment for crystallization, so that the interface is clean and excellent. Has characteristics.
The first gate insulating films 204n and 204p are also densified by heat treatment, and have very good bulk characteristics.

【0092】次に、活性領域となる島状結晶性ケイ素膜
203n及び203p、及び島状の第1のゲート絶縁膜
204n及び204pを覆うように、厚さ約20nm〜
約130nm、典型的には約40nmの酸化ケイ素膜
を、第2のゲート絶縁膜207として成膜する。酸化ケ
イ素膜207は、例えばTEOSを原料として、酸素と
ともに基板温度約150℃〜約600℃、好ましくは約
300℃〜約450℃で、RFプラズマCVD法によっ
て分解・堆積する。或いは、TEOSを原料として、オ
ゾンガスとともに基板温度を約350℃〜約600℃、
好ましくは約400℃〜約550℃で、減圧CVD法或
いは常圧CVD法によって形成してもよい。この第2の
ゲート絶縁膜207は、ケイ素膜203n及び203p
の側面と後のゲートラインとの間のリーク防止のため
に、設けられる。
Next, a thickness of about 20 nm to cover the island-shaped crystalline silicon films 203n and 203p serving as active regions and the island-shaped first gate insulating films 204n and 204p.
A silicon oxide film with a thickness of about 130 nm, typically about 40 nm, is formed as the second gate insulating film 207. The silicon oxide film 207 is decomposed and deposited by RF plasma CVD at a substrate temperature of about 150 ° C. to about 600 ° C., preferably about 300 ° C. to about 450 ° C., for example, using TEOS as a raw material together with oxygen. Alternatively, using TEOS as a raw material, the substrate temperature is set to about 350 ° C. to about 600 ° C. together with ozone gas,
Preferably, it may be formed at about 400 ° C. to about 550 ° C. by a low pressure CVD method or a normal pressure CVD method. The second gate insulating film 207 includes silicon films 203n and 203p
In order to prevent a leak between the side surface of the semiconductor device and a gate line to be formed later.

【0093】ゲート絶縁膜のトータルな厚さは、最終的
には第1のゲート絶縁膜204n或いは204pの厚さ
(例えば約15nm=ライトエッチング処理により約5
nm目減りしている)と、第2のゲート絶縁膜207の
厚さ(例えば約40nm)との和(上記の例では約55
nm)で得られる。
The total thickness of the gate insulating film finally becomes the thickness of the first gate insulating film 204n or 204p (for example, about 15 nm = about 5 nm by light etching).
of the second gate insulating film 207 (for example, about 40 nm) (about 55 nm in the above example).
nm).

【0094】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ約400nm〜約800nm、例えば約500nm
のアルミニウム膜(約0.1%〜約2%のシリコンを含
む)を成膜する。そして、このアルミニウム膜をパター
ニングして、図4(e)に示すようにゲート電極208
n及び208pを形成する。
Subsequently, by the sputtering method,
Thickness of about 400 nm to about 800 nm, for example about 500 nm
Of an aluminum film (containing about 0.1% to about 2% silicon) is formed. Then, this aluminum film is patterned to form a gate electrode 208 as shown in FIG.
n and 208p are formed.

【0095】次に、イオンドーピング法によって、ゲー
ト電極208n及び208pをマスクとして、活性領域
203n及び203pに不純物(リン及びホウ素)をそ
れぞれ注入する。具体的には、ドーピングガスとしてフ
ォスフィン(PH3)及びジボラン(B26)を用い
て、リンのドープ時には、加速電圧を約60kV〜約9
0kV、例えば約80kV、ドーズ量を約1×1015cm
-2〜約8×1015cm-2、例えば約2×1015cm-2とし、
ホウ素のドープ時には、加速電圧を約40kV〜約80
kV、例えば約65kV、ドーズ量を約1×1015cm-2
〜約8×1015cm -2、例えば約5×1015cm-2とする。
この工程により、活性領域203n及び203pのうち
で不純物が注入された領域211n及び212nと21
1p及び212pとは、後にTFT221及び222の
ソース/ドレイン領域となる。一方、ゲート電極208
n及び208pにマスクされて不純物が注入されない領
域210n及び210pは、後にTFT221及び22
2のチャネル領域となる。
Next, the gate is formed by an ion doping method.
Active regions using the electrodes 208n and 208p as masks.
Impurities (phosphorus and boron) are added to 203n and 203p.
Inject each. Specifically, the doping gas
OSPHIN (PHThree) And diborane (BTwoH6)
When doping with phosphorus, the accelerating voltage is about 60 kV to about 9 kV.
0 kV, for example, about 80 kV, and the dose amount is about 1 × 10Fifteencm
-2~ 8 × 10Fifteencm-2For example, about 2 × 10Fifteencm-2age,
When boron is doped, the acceleration voltage is set to about 40 kV to about 80 kV.
kV, for example, about 65 kV, and the dose amount is about 1 × 10Fifteencm-2
~ 8 × 10Fifteencm -2For example, about 5 × 10Fifteencm-2And
By this step, the active regions 203n and 203p
211n and 212n and 21n,
1p and 212p are later referred to as TFTs 221 and 222.
It becomes a source / drain region. On the other hand, the gate electrode 208
n and 208p are masked by regions where impurities are not implanted.
Regions 210n and 210p are later referred to as TFTs 221 and 22p.
2 channel region.

【0096】ここで、本実施形態では、図3からわかる
ように、ケイ素膜の結晶成長方向206とTFT221
及び222におけるキャリアの移動方向(ソース領域2
11n或いは211pからドレイン領域212n或いは
212pへの向き)がお互いに平行になるように、TF
T221及び222の活性領域に含まれる各領域を配置
する。これにより、キャリアに対するケイ素膜中の欠陥
や結晶粒界などのトラップ密度が低減されて、より高移
動度のTFT221及び222が得られる。
In this embodiment, as can be seen from FIG. 3, the crystal growth direction 206 of the silicon film and the TFT 221 are different.
And 222 (in the source region 2)
TF so that their directions (from 11n or 211p to the drain region 212n or 212p) are parallel to each other.
Each region included in the active region of T221 and T221 is arranged. This reduces the trap density of defects or crystal grain boundaries in the silicon film with respect to carriers, so that TFTs 221 and 222 having higher mobility can be obtained.

【0097】その後、図4(e)に示すように、レーザ
光213の照射によってアニールを行い、イオン注入し
た不純物の活性化を行うと同時に、上記の不純物導入工
程で結晶性が劣化した部分の結晶性を改善させる。具体
的には、例えばXeClエキシマレーザ(波長308n
m、パルス幅約40nsec)を用いて、エネルギー密
度を約150J/cm2〜約400J/cm2、好ましくは約20
0J/cm2〜約300J/cm2、典型的には約250J/cm2
して、1ヶ所に対して各10回ずつの照射を行う。
Then, as shown in FIG. 4E, annealing is performed by irradiation with a laser beam 213 to activate the ion-implanted impurities and, at the same time, to remove the portions whose crystallinity has deteriorated in the impurity introduction step. Improves crystallinity. Specifically, for example, a XeCl excimer laser (wavelength 308n)
m, a pulse width of about 40 nsec) and an energy density of about 150 J / cm 2 to about 400 J / cm 2 , preferably about 20 J / cm 2.
Irradiation is performed 10 times at one location, each at 0 J / cm 2 to about 300 J / cm 2 , typically about 250 J / cm 2 .

【0098】続いて、図4(f)に示すように、厚さ6
00nm程度の酸化ケイ素膜を、例えばプラズマCVD
法によって層間絶縁膜214として形成する。次に、層
間絶縁膜214にコンタクトホールを形成して、金属材
料、例えば、窒化チタンとアルミニウムとの二層膜によ
って、TFTのソース電極・配線217、218、及び
219を形成する。最後に、約1気圧の水素雰囲気で約
350℃、約30分間のアニール処理を行って、図4
(f)に示すTFT221及び222を完成させる。更
に、必要に応じて、TFT221及び222を保護する
目的で、TFT221及び222の上に窒化ケイ素膜な
どからなる保護膜を設けてもよい。
Subsequently, as shown in FIG.
A silicon oxide film of about 00 nm is formed by plasma CVD, for example.
It is formed as an interlayer insulating film 214 by a method. Next, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 214, and source electrodes / wirings 217, 218, and 219 of the TFT are formed using a metal material, for example, a two-layer film of titanium nitride and aluminum. Finally, annealing is performed at about 350 ° C. for about 30 minutes in a hydrogen atmosphere of about 1 atm.
The TFTs 221 and 222 shown in FIG. Further, if necessary, a protective film made of a silicon nitride film or the like may be provided on the TFTs 221 and 222 for the purpose of protecting the TFTs 221 and 222.

【0099】以上の実施形態に従って製造したCMOS
回路を構成するn型TFT221及びp型TFT222
の各々は、典型的には、n型TFT221における電界
効果移動度が約130cm-2/Vs〜約160cm-2/V
s、閾値電圧が約1V〜約2V、一方、p型TFT22
2における電界効果移動度が約90cm-2/Vs〜約1
20cm-2/Vs、閾値電圧が約−2V〜約−3Vであ
って、非常に良好な特性を示す。更に、n型TFT22
1及びp型TFT222がこのように高性能であるにも
かかわらず、繰り返し測定やバイアス印加或いは温度ス
トレスなどによる耐久性試験を行ってもほとんど特性劣
化は見られず、従来のものと比べて非常に信頼性が高
い。また、触媒元素が特に間題となるTFTオフ領域で
のリーク電流は、従来の約10pA〜約15pAという
値に比べて、n型TFT221で約5pA、p型TFT
222で約3pAと低減され、製造歩留まりを大きく向
上することができた。
The CMOS manufactured according to the above embodiment
N-type TFT 221 and p-type TFT 222 constituting a circuit
Typically have a field effect mobility of about 130 cm −2 / Vs to about 160 cm −2 / V in the n-type TFT 221.
s, the threshold voltage is about 1V to about 2V, while the p-type TFT 22
2 has a field effect mobility of about 90 cm −2 / Vs to about 1
20 cm -2 / Vs and a threshold voltage of about -2 V to about -3 V, showing very good characteristics. Further, the n-type TFT 22
Although the 1-type and p-type TFTs 222 have such high performance, there is almost no deterioration in characteristics even after repeated measurement, durability test by bias application or temperature stress. Highly reliable. In addition, the leakage current in the TFT off region where the catalytic element is particularly problematic is about 5 pA for the n-type TFT 221 and about 5 pA for the p-type TFT in comparison with the conventional value of about 10 pA to about 15 pA.
222 was reduced to about 3 pA, and the manufacturing yield was able to be greatly improved.

【0100】以上では、本発明に基づく2つの実施形態
を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定
されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種
の変形が可能である。
Although the two embodiments based on the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. It is.

【0101】例えば、上記の2つの実施形態において
は、マスク膜となる酸化ケイ素膜をそのままTFTのゲ
ート絶縁膜として用いたが、結晶化工程後にマスク膜を
除去し、新たにゲート絶縁膜を成膜し直しても、結晶化
工程中におけるニッケルのマスク膜上からの拡散はな
く、ケイ素膜表面の汚染も抑えられることから、本発明
の効果を得ることができる。また、マスク膜としては、
酸化ケイ素膜の他に窒化ケイ素膜を用いても、同様の効
果が得られる。更に、結晶化を助長する不純物金属元素
としては、ニッケル以外にコバルト、パラジウム、白
金、銅、銀、金、インジウム、スズ、アルミニウム、或
いはアンチモンを用いても、同様の効果が得られる。
For example, in the above two embodiments, the silicon oxide film serving as the mask film is used as it is as the gate insulating film of the TFT. However, after the crystallization step, the mask film is removed and a new gate insulating film is formed. Even if the film is re-formed, there is no diffusion of nickel from above the mask film during the crystallization step, and contamination of the silicon film surface is suppressed, so that the effects of the present invention can be obtained. Also, as the mask film,
Similar effects can be obtained by using a silicon nitride film in addition to the silicon oxide film. Further, the same effect can be obtained by using cobalt, palladium, platinum, copper, silver, gold, indium, tin, aluminum, or antimony in addition to nickel as the impurity metal element that promotes crystallization.

【0102】また、本発明の応用としては、液晶表示用
アクティブマトリクス型基板以外に、例えば、密着型イ
メージセンサ、ドライバ内蔵型のサーマルヘッド、有機
系EL等を発光素子としたドライバ内蔵型の光書き込み
素子や表示素子、更には三次元ICなどが考えられる。
これらの素子に本発明を適用することで、その高速化や
高解像度化などの高性能化が実現される。
The present invention is applied to, for example, a contact-type image sensor, a thermal head with a built-in driver, a light with a built-in driver using an organic EL as a light emitting element, in addition to the active matrix type substrate for liquid crystal display. A writing element, a display element, and a three-dimensional IC can be considered.
By applying the present invention to these elements, higher performance such as higher speed and higher resolution can be realized.

【0103】更に本発明は、上述の実施形態で説明した
MOS型トランジスタに限らず、結晶性半導体を素子構
成材料としたバイポーラトランジスタや静電誘導トラン
ジスタをはじめとして、幅広く半導体プロセス全般に応
用することができる。
Further, the present invention is not limited to the MOS transistors described in the above embodiments, but is widely applied to all semiconductor processes including bipolar transistors and electrostatic induction transistors using a crystalline semiconductor as an element constituting material. Can be.

【0104】[0104]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、リーク電流が少なく安定した特性を有する高性能半
導体素子が実現でき、更に、それを用いることによっ
て、集積度の高い高性能な半導体装置が、簡便な製造ブ
ロセスにて得られる。また、その製造工程における良品
率が大きく向上して、商品の低コスト化を図すことがで
きる。
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a high-performance semiconductor device having a stable characteristic with a small leakage current. A semiconductor device can be obtained by a simple manufacturing process. In addition, the non-defective product rate in the manufacturing process is greatly improved, and the cost of the product can be reduced.

【0105】特に、液晶表示装置においては、アクティ
ブマトリクス基板に要求される画素スィッチングTFT
のスィッチング特性の向上、或いは周辺駆動回路部を構
成するTFTに要求される高性能化及び高集積化などの
要求を同時に満足して、同一基板上にアクティブマトリ
クス部と周辺駆動回路部とが構成されているドライバモ
ノリシック型アクティブマトリクス基板を、実現するこ
とができる。これによって、モジュールのコンパクト
化、高性能化、低コスト化などが、実現される。
In particular, in a liquid crystal display device, a pixel switching TFT required for an active matrix substrate is used.
The active matrix section and the peripheral drive circuit section are formed on the same substrate, simultaneously satisfying the requirements of the improvement of the switching characteristics of the TFT or the high performance and the high integration required for the TFT constituting the peripheral drive circuit section. The driver monolithic type active matrix substrate described above can be realized. As a result, downsizing, higher performance, lower cost, and the like of the module are realized.

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

【図1】(a)〜(e)は、本発明の第1の実施形態に
おけるn型TFTの製造工程の概要を示す平面図であ
る。
FIGS. 1A to 1E are plan views schematically showing a manufacturing process of an n-type TFT according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)〜(f)は、本発明の第1の実施形態に
おけるn型TFTの製造工程を順に示す断面図である。
FIGS. 2A to 2F are cross-sectional views sequentially illustrating a manufacturing process of an n-type TFT according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施形態におけるCMOS回路
を構成するn型及びp型TFTの製造工程の概要を示す
平面図である。
FIG. 3 is a plan view schematically showing a manufacturing process of n-type and p-type TFTs constituting a CMOS circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図4】(a)〜(f)は、図3の線4−4における断
面図であって、本発明の第2の実施形態におけるCMO
S回路を構成するn型及びp型TFTについて、その製
造工程を順に示す断面図である。
4 (a) to 4 (f) are cross-sectional views taken along line 4-4 in FIG. 3 and show a CMO according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing steps of the n-type and p-type TFTs constituting the S circuit in order.

【図5】(a)及び(b)は、従来技術による触媒元素
を用いた結晶化方法の問題点を説明するための模式的な
断面図である。
FIGS. 5A and 5B are schematic cross-sectional views for explaining a problem of a conventional crystallization method using a catalytic element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100、200 開口部(スルーホール) 101、201 基板 102、202 下地膜 103、203 ケイ素膜 103a、203a シード領域 103b、203b 横方向結晶成長領域 104、204 マスク膜(第1のゲート絶縁膜) 105、205 ニッケル膜(触媒元素膜) 106、206 結晶成長方向 107、207 第2のゲート絶縁膜 108、208n、208p ゲート電極 109 陽極酸化層 110、210n、210p チャネル領域 111、211n、211p ソース領域 112、212n、212p ドレイン領域 113、213 レーザ光 114、214 層間絶縁膜 115 ソース電極 116 画素電極 118 ゲートバスライン 125 ソースバスライン 120 nチャネル型TFT(n型TFT) 217、218、219 電極・配線 221 nチャネル型TFT(n型TFT) 222 pチャネル型TFT(p型TFT) 100, 200 Opening (through-hole) 101, 201 Substrate 102, 202 Underlayer 103, 203 Silicon film 103a, 203a Seed region 103b, 203b Lateral crystal growth region 104, 204 Mask film (first gate insulating film) 105 , 205 Nickel film (catalytic element film) 106, 206 Crystal growth direction 107, 207 Second gate insulating film 108, 208n, 208p Gate electrode 109 Anodized layer 110, 210n, 210p Channel region 111, 211n, 211p Source region 112 , 212n, 212p Drain region 113, 213 Laser light 114, 214 Interlayer insulating film 115 Source electrode 116 Pixel electrode 118 Gate bus line 125 Source bus line 120 N-channel TFT (n-type TFT) 217, 218 219 electrodes and wiring 221 n-channel type TFT (n-type TFT) 222 p-channel type TFT (p-type TFT)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守口 正生 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 坂本 弘美 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 5F052 AA11 DA02 EA03 EA15 FA06 GB05  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Masao Moriguchi 22-22, Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (72) Inventor Hiromi Sakamoto 22-22, Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka F-term (for reference) 5F052 AA11 DA02 EA03 EA15 FA06 GB05

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁表面を有する基板上に非晶質ケイ素
膜を形成する工程と、 該非晶質ケイ素膜の上に絶縁性薄膜を堆積し、該絶縁性
薄膜の所定の領域に開口部を形成して、該非晶質ケイ素
膜の一部を該開口部を通じて露出させる工程と、 該非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を該絶縁
性薄膜及び該非晶質ケイ素膜の上に添加する工程と、 該添加された触媒元素のうちで該絶縁性薄膜の上に存在
する触媒元素のみを選択的に除去する工程と、 加熱処理を行い、該非晶質ケイ素膜の結晶成長を、該触
媒元素が添加導入された領域からその周辺領域へ向かっ
て、該基板の表面に対して平行な横方向に行わせ、結晶
性ケイ素膜領域を得る工程と、 該結晶性ケイ素膜領域を用いて半導体装置の活性領域を
形成する工程と、を包含する、半導体装置の製造方法。
A step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, depositing an insulating thin film on the amorphous silicon film, and forming an opening in a predetermined region of the insulating thin film. Forming and exposing a portion of the amorphous silicon film through the opening; and adding a catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon film to the insulating thin film and the amorphous silicon film. A step of selectively removing only the catalyst element present on the insulating thin film out of the added catalyst elements; and performing a heat treatment to increase the crystal growth of the amorphous silicon film. From the region where the catalytic element is added and introduced toward the peripheral region, in a lateral direction parallel to the surface of the substrate to obtain a crystalline silicon film region, and using the crystalline silicon film region Forming an active region of a semiconductor device. Manufacturing method of the device.
【請求項2】 前記絶縁性薄膜は、前記加熱処理による
前記非晶質ケイ素膜の横方向結晶成長後に、形成される
半導体装置のゲート絶縁膜として使用される、請求項1
に記載の半導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the insulating thin film is used as a gate insulating film of a semiconductor device formed after laterally growing the amorphous silicon film by the heat treatment.
13. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 5.
【請求項3】 前記非晶質ケイ素膜及びその上に形成さ
れる前記絶縁性薄膜は、大気中に曝されることなく連続
して成膜される、請求項1或いは2に記載の半導体装置
の製造方法。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the amorphous silicon film and the insulating thin film formed thereon are continuously formed without being exposed to the air. Manufacturing method.
【請求項4】 前記絶縁性薄膜の上に存在する前記触媒
元素のみを選択的に除去する工程は、該絶縁性薄膜の表
面をライトエッチングして該触媒元素をリフトオフによ
り取り除く工程を含む、請求項1から3の何れか一つに
記載の半導体装置の製造方法。
4. The step of selectively removing only the catalyst element present on the insulating thin film includes a step of light etching a surface of the insulating thin film to remove the catalyst element by lift-off. Item 4. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of Items 1 to 3.
【請求項5】 前記絶縁性薄膜の表面の前記ライトエッ
チング時のエッチャントとして、前記ケイ素膜及び前記
触媒元素は実質的にエッチングせずに該絶縁性薄膜のみ
をエッチングする材料を使用する、請求項4に記載の半
導体装置の製造方法。
5. A material that etches only the insulating thin film without substantially etching the silicon film and the catalyst element as an etchant during the light etching of the surface of the insulating thin film. 5. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 4.
【請求項6】 前記絶縁性薄膜として酸化ケイ素膜或い
は窒化ケイ素膜を用い、前記ライトエッチング時のエッ
チャントとして低濃度フッ化水素酸を用いる、請求項4
或いは5に記載の半導体装置の製造方法。
6. The method according to claim 4, wherein a silicon oxide film or a silicon nitride film is used as the insulating thin film, and low concentration hydrofluoric acid is used as an etchant at the time of the light etching.
Alternatively, the method of manufacturing a semiconductor device according to 5.
【請求項7】 前記非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する
前記触媒元素として、Ni,Co,Pd,Pt,Cu,
Ag,Au,In,Sn,Al,及びSbからなるグル
ープより選ばれた少なくとも一種の元素を用いる、請求
項1から6の何れか一つに記載の半導体装置の製造方
法。
7. The catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon film includes Ni, Co, Pd, Pt, Cu,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein at least one element selected from the group consisting of Ag, Au, In, Sn, Al, and Sb is used.
【請求項8】 前記触媒元素を前記絶縁性薄膜及び前記
非晶質ケイ素膜の上に添加する工程は、該触媒元素が金
属状態にある状態で薄膜形成することにより行う、請求
項1から7の何れか一つに記載の半導体装置の製造方
法。
8. The method according to claim 1, wherein the step of adding the catalyst element on the insulating thin film and the amorphous silicon film is performed by forming a thin film in a state where the catalyst element is in a metal state. 13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
【請求項9】 前記添加された触媒元素の表面濃度を、
全反射蛍光X線分析法により、約1×1013atoms/cm2
〜約2×1014atoms/cm2の範囲内に制御する、請求項
1から8の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法。
9. The surface concentration of the added catalyst element is defined as
Approximately 1 × 10 13 atoms / cm 2 by total reflection X-ray fluorescence analysis
9. The method according to claim 1, wherein the control is performed within a range of about 2 × 10 14 atoms / cm 2 .
【請求項10】 前記横方向結晶成長の方向と形成され
る半導体装置におけるキャリアの移動方向とが略平行と
なるように、前記活性領域を形成する、請求項1から9
の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法。
10. The active region is formed so that a direction of the lateral crystal growth and a moving direction of carriers in a semiconductor device to be formed are substantially parallel to each other.
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
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