JP2000188404A - Manufacture of thin film transistor - Google Patents

Manufacture of thin film transistor

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JP2000188404A
JP2000188404A JP2000026875A JP2000026875A JP2000188404A JP 2000188404 A JP2000188404 A JP 2000188404A JP 2000026875 A JP2000026875 A JP 2000026875A JP 2000026875 A JP2000026875 A JP 2000026875A JP 2000188404 A JP2000188404 A JP 2000188404A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To lower temperature for and shorten time required for amorphous silicon crystallization by forming a semiconductor film containing silicon in contact with catalyst for accelerating crystallization, crystallizing the semiconductor film by heating, implanting phosphorus in the crystallized semiconductor film and performing heat annealing. SOLUTION: A base film 31 of silicon oxide is formed on a substrate 30 by sputtering, and a mask 32A and 32B is formed using heat-resistant photoresist. The substrate 30 is placed in plasma 33, and a plasma process is performed. Thereafter, the mask is removed, and an amorphous silicon film is formed by CVD. Further, continuous annealing is performed to accelerate crystallization, and the substrate is patterned to form insular silicon regions 34A and 34B. To selectively perform plasma processing to obtain particularly high-mobility TFT, mask material is placed only in areas where a channel formation region is formed to prevent plasma from being applied thereto.

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、薄膜状の絶縁ゲイ
ト型電界効果トランジスタ(薄膜トランジスタもしくは
TFT)等の薄膜デバイスに用いられる結晶性半導体を
得る方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for obtaining a crystalline semiconductor used for a thin film device such as a thin film insulated gate field effect transistor (thin film transistor or TFT).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、薄膜状の絶縁ゲイト型電界効果ト
ランジスタ(TFT)等の薄膜デバイスに用いられる結
晶性シリコン半導体薄膜は、プラズマCVD法や熱CV
D法で形成されたアモルファスシリコン膜を電気炉等の
装置の中で600℃以上の温度で12時間以上の長時間
にわたって結晶化させて作製された。特に十分な特性
(高い電解効果移動度や高い信頼性)を得るためにはよ
り長時間の熱処理が求められていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, a crystalline silicon semiconductor thin film used for a thin film device such as a thin film insulated gate field effect transistor (TFT) is manufactured by a plasma CVD method or a thermal CV method.
The amorphous silicon film formed by the method D was crystallized in a device such as an electric furnace at a temperature of 600 ° C. or more for a long time of 12 hours or more. In particular, a longer heat treatment has been required to obtain sufficient characteristics (high electrolytic effect mobility and high reliability).

【0003】[0003]

【発明が解決しようする課題】しかしながら、このよう
な従来の方法は多くの課題を抱えていた。1つはスルー
プットが低く、したがって、コストが高くなることであ
る。例えば、この結晶化工程に24時間の時間を要する
ものとすると、基板1枚当たりの処理時間を2分とすれ
ば720枚の基板を同時に処理しなければならなかっ
た。しかしながら、例えば、通常使用される管状炉で
は、1度に処理できる基板の枚数は50枚がせいぜい
で、1つの装置(反応管)だけを使用した場合には1枚
当たり30分も時間がかかってしまった。すなわち、1
枚当たりの処理時間を2分とするには、反応管を15本
も使用しなければならなかった。このことは投資規模が
拡大することと、その投資の減価償却が大きく、製品の
コストに跳ね返ることを意味していた。
However, such a conventional method has many problems. One is lower throughput and therefore higher cost. For example, assuming that the crystallization step requires 24 hours, if the processing time per substrate is 2 minutes, 720 substrates must be processed simultaneously. However, for example, in a commonly used tubular furnace, at most 50 substrates can be processed at a time, and when only one apparatus (reaction tube) is used, it takes 30 minutes per substrate. I have. That is, 1
In order to achieve a processing time of 2 minutes per sheet, as many as 15 reaction tubes had to be used. This meant that the size of the investment would increase, and that the investment would be significantly depreciated, which would return to the cost of the product.

【0004】もう1つの問題は、熱処理の温度であっ
た。通常、TFTの作製に用いられる基板は石英ガラス
のような純粋な酸化珪素からなるものと、コーニング社
7059番(以下、コーニング7059という)のよう
な無アルカリのホウ珪酸ガラスに大別される。このう
ち、前者は、耐熱性が優れており、通常の半導体集積回
路のウェファープロセスと同じ取扱いができるため、温
度に関しては何ら問題がない。しかしながら、そのコス
トが高く、基板面積の増加と共に指数関数的に急激に増
大する。したがって、現在のところ、比較的小面積のT
FT集積回路にのみ使用されている。
[0004] Another problem was the temperature of the heat treatment. In general, substrates used for manufacturing TFTs are roughly classified into those made of pure silicon oxide such as quartz glass and non-alkali borosilicate glass such as Corning No. 7059 (hereinafter referred to as Corning 7059). Among them, the former has excellent heat resistance and can be handled in the same manner as a wafer process of a normal semiconductor integrated circuit, so that there is no problem regarding the temperature. However, its cost is high, and it increases exponentially rapidly as the substrate area increases. Therefore, at present, a relatively small area T
Used only for FT integrated circuits.

【0005】一方、無アルカリガラスは、石英に比べれ
ばコストは十分に低いが、耐熱性の点で問題があり、一
般に歪み点が550〜650℃程度、特に入手しやすい
材料では600℃以下であるので、600℃の熱処理で
は基板に不可逆的な収縮やソリという問題が生じた。特
に基板が対角10インチを越えるような大きなものでは
顕著であった。以上のような理由から、シリコン半導体
膜の結晶化に関しては、550℃以下、4時間以内とい
う熱処理条件がコスト削減に不可欠とされていた。本発
明はこのような条件をクリアする半導体の作製方法およ
び、そのような半導体を用いた半導体装置の作製方法を
提供することを目的とする。
On the other hand, alkali-free glass has a sufficiently low cost as compared with quartz, but has a problem in terms of heat resistance, and generally has a strain point of about 550 to 650 ° C. Therefore, the heat treatment at 600 ° C. caused a problem of irreversible shrinkage and warpage of the substrate. In particular, it was remarkable for a large substrate having a diagonal exceeding 10 inches. For the above reasons, regarding crystallization of a silicon semiconductor film, a heat treatment condition of 550 ° C. or lower and within 4 hours has been indispensable for cost reduction. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor which satisfies such a condition and a method for manufacturing a semiconductor device using such a semiconductor.

【0006】[0006]

【発明を解決するための手段】本発明は、基板に絶縁被
膜を形成する工程と、前記絶縁被膜をプラズマにさらす
工程と、前記工程後、前記絶縁被膜上にアモルファス状
態のシリコン膜を形成する工程と、前記シリコン膜を4
00℃〜600℃で処理する工程を有することを特徴と
する。また、本発明は 基板上に絶縁被膜を形成する工
程と、前記絶縁被膜をマスク材によって選択的に被覆す
る工程と、基板をプラズマにさらす工程と、前記工程
後、前記絶縁被膜上にアモルファス状態のシリコン膜を
形成する工程と、前記シリコン膜を400℃〜600℃
で処理する工程と、前記シリコン膜を選択的にエッチン
グする工程とを有する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises a step of forming an insulating film on a substrate, a step of exposing the insulating film to plasma, and forming an amorphous silicon film on the insulating film after the step. Process and the silicon film
It is characterized by having a step of processing at 00 ° C to 600 ° C. Also, the present invention provides a step of forming an insulating film on a substrate, a step of selectively covering the insulating film with a mask material, a step of exposing the substrate to plasma, and an amorphous state on the insulating film after the step. Forming a silicon film at 400 ° C. to 600 ° C.
And a step of selectively etching the silicon film.

【0007】さらに、本発明は、薄膜トランジスタを作
製する工程において、基板上に絶縁被膜を形成する工程
と、前記絶縁被膜をマスク材によって選択的に被覆する
工程と、基板をプラズマにさらす工程と、前記工程後、
前記絶縁被膜上にアモルファス状態のシリコン膜を形成
する工程と、前記シリコン膜を400℃〜600℃で処
理する工程と、前記シリコン膜を選択的にエッチングす
る工程と、先にマスク材で被覆された部分を薄膜トラン
ジスタのチャネル形成領域とする工程とを有することを
特徴とする。
Further, the present invention provides a method of forming a thin film transistor, comprising: forming an insulating film on a substrate; selectively covering the insulating film with a mask material; and exposing the substrate to plasma. After the above steps,
A step of forming an amorphous silicon film on the insulating film, a step of treating the silicon film at 400 ° C. to 600 ° C., a step of selectively etching the silicon film, and a step of first covering the silicon film with a mask material. Making the portion formed a channel formation region of a thin film transistor.

【0008】本発明人は鋭意研究を重ねた上、上記課題
を解決する方法を見出した。本発明人は、基板上に、基
板からの不純物が半導体層に侵入するのを防止するため
の下地の絶縁層を形成した後、一度、プラズマ中にこの
絶縁層をさらし、その後にアモルファスシリコンを堆積
し、熱結晶化することによって、その後に堆積したシリ
コン半導体膜が著しく結晶化しやすくなることを発見し
た。
The present inventor has made intensive studies and found a method for solving the above problems. The inventor of the present invention formed a base insulating layer on a substrate to prevent impurities from the substrate from entering the semiconductor layer, exposed the insulating layer once to plasma, and then formed amorphous silicon. It has been discovered that by depositing and thermally crystallization, a subsequently deposited silicon semiconductor film is significantly more easily crystallized.

【0009】これは以下のように説明される。従来、6
00℃程度の熱結晶化にかように長時間が要されたの
は、1つには結晶核の発生に時間がかかるためであっ
た。この時間のことを、本発明人は潜伏時間と呼ぶ。本
発明人の観察では、24時間の結晶化工程のうち、最初
の6時間には全く核が形成されず、したがって、ほとん
どアモルファスの状態である。次の6時間の間に核が自
然に発生し、その後に結晶化が始まる。すなわち、従来
の方法では、6〜12時間の潜伏時間を要していた。し
かしながら、このようにして発生した核は極めて無秩序
で、核の密度は場所によってさまざまであった。したが
って、極めて結晶化が進行している領域があるかと思え
ば、全く結晶化が見られない領域もあった。さらに、時
間を重ねると、この結晶化が見られなかった領域にも核
が発生し、あるいは、結晶化した領域が拡がって、次第
に基板全面が結晶化するようになる。このようにして、
基板全面が結晶化するには、さらに12時間以上の時間
が必要であった。
This is explained as follows. Conventionally, 6
The reason why a long time was required as in the case of thermal crystallization at about 00 ° C. was, in part, because it took time to generate crystal nuclei. This time is called the incubation time by the present inventors. According to the observations made by the present inventors, no nuclei are formed at all in the first 6 hours of the crystallization step of 24 hours, and therefore, they are almost in an amorphous state. Nuclei spontaneously develop during the next 6 hours, after which crystallization begins. That is, the conventional method required a latency of 6 to 12 hours. However, the nuclei generated in this way were highly disordered, and the density of the nuclei varied from place to place. Therefore, if there is a region where crystallization is extremely advanced, there is a region where crystallization is not observed at all. Further, as time elapses, nuclei are generated in the region where crystallization is not observed, or the crystallized region is expanded, and the entire surface of the substrate is gradually crystallized. In this way,
It took more than 12 hours to crystallize the entire surface of the substrate.

【0010】プラズマで下地の絶縁膜を処理すると結晶
核を発生させる触媒というべき物質が形成される。結晶
核を発生させる触媒とは、例えば、プラズマのダメージ
によって生じた電荷や欠陥、あるいはチャンバーや基板
を構成する材料の被着物等である。具体的には、ニッケ
ル、鉄、コバルト、白金という触媒作用を有する材料が
特に顕著に効果を有することが明らかになった。このよ
うな触媒によって、結晶核の発生が容易となり、潜伏時
間が短縮される。また、この触媒物質の量が多いと、結
晶核が多数発生する。このことは、例えば、プラズマの
処理時間を長くすると、得られる結晶の粒径が微細にな
り、結晶核の密度が高いことから推測される。
[0010] When the underlying insulating film is treated with plasma, a substance called a catalyst for generating crystal nuclei is formed. The catalyst for generating a crystal nucleus is, for example, an electric charge or a defect caused by plasma damage, or an adherend of a material constituting a chamber or a substrate. Specifically, it has been clarified that nickel, iron, cobalt, and platinum, which have catalytic effects, have a particularly remarkable effect. Such a catalyst facilitates generation of crystal nuclei and shortens the incubation time. When the amount of the catalyst substance is large, a large number of crystal nuclei are generated. This is presumed from the fact that, for example, when the plasma treatment time is lengthened, the grain size of the obtained crystal becomes fine and the density of crystal nuclei is high.

【0011】さらに、注目すべきは結晶核の発生密度が
極めて均等であることである。このことは、本発明によ
って結晶化させたシリコン膜の表面を軽くエッチングし
て観察することによっても知ることができる。プラズマ
処理後にアモルファスシリコン膜を堆積し、550℃で
4時間の熱処理をおこなった試料を、フッ硝酸によっ
て、少しエッチングして、光学顕微鏡、電子顕微鏡等で
表面を観察すると、クレーターのような穴がほぼ等間隔
で出来ていることがわかる。この穴は、エッチングされ
やすい材料が存在していた箇所と考えられ、すなわち、
シリコン膜中の結晶核の密度を示すものである。したが
って、結晶核を発生させる触媒もこの穴と同じ密度(濃
度)で分布していたものと推測される。
Further, it should be noted that the generation density of crystal nuclei is extremely uniform. This can also be known by lightly etching and observing the surface of the silicon film crystallized according to the present invention. After plasma treatment, an amorphous silicon film was deposited, and the sample that had been heat-treated at 550 ° C. for 4 hours was slightly etched with hydrofluoric nitric acid, and the surface was observed with an optical microscope, an electron microscope, etc. It can be seen that they are made at substantially equal intervals. This hole is considered to be where the material that was susceptible to etching was present, ie
It shows the density of crystal nuclei in a silicon film. Therefore, it is presumed that the catalyst for generating the crystal nuclei was also distributed at the same density (concentration) as the holes.

【0012】プラズマ処理は、特に平行平板型のプラズ
マ発生装置においておこなうと良好な結果が得られる。
また、平行平板型以外にも、例えば陽光柱放電を利用す
るチャンバーにおいても、基板に適当なバイアスを印加
することによって良好な結果が得られる。いずれの場合
にも、プラズマ発生のための電極にニッケル、鉄、コバ
ルトを用いていると良好な結果が得られた。さらに、プ
ラズマ処理の際には基板を100〜500℃に加熱する
と結晶化が容易であった。具体的には200℃以上に加
熱することが好ましい。これは上記の触媒物質が高温で
得られやすいからである。
Good results can be obtained when the plasma treatment is performed in a parallel plate type plasma generator.
In addition to the parallel plate type, for example, in a chamber using positive column discharge, good results can be obtained by applying an appropriate bias to the substrate. In each case, good results were obtained when nickel, iron or cobalt was used for the electrode for plasma generation. In addition, crystallization was easy when the substrate was heated to 100 to 500 ° C. during the plasma treatment. Specifically, it is preferable to heat to 200 ° C. or higher. This is because the above-mentioned catalyst material is easily obtained at a high temperature.

【0013】なお、プラズマを発生させる雰囲気として
は、窒素、酸素、アルゴン、ネオン、クリプトンを含む
雰囲気で、これらの割合が10体積%以上であった場合
には特に好ましい結果が得られ、これらのガスを希釈し
て用いる場合には水素もしくはヘリウムで希釈すること
が好ましかった。また、特に良好な結果が得られたシリ
コン膜は真性、または実質的に真性で、公知の2次イオ
ン質量分析(SIMS)法によって、異元素を分析した
ところ、炭素、酸素、窒素の濃度はいずれも1×1019
cm-3以下であった。
The plasma is generated in an atmosphere containing nitrogen, oxygen, argon, neon, and krypton, and particularly preferable results are obtained when the proportion is 10% by volume or more. When diluting the gas, it is preferable to dilute it with hydrogen or helium. Further, the silicon film from which particularly good results were obtained is intrinsic or substantially intrinsic. When a different element is analyzed by a known secondary ion mass spectrometry (SIMS) method, the concentrations of carbon, oxygen, and nitrogen are as follows. Each is 1 × 10 19
cm -3 or less.

【0014】本発明は下地絶縁膜の表面をプラズマ処理
するのであるが、一度、プラズマ処理した基板を大気に
さらすとゴミや水分等が付着し、これがシリコン膜の結
晶性に悪影響を与える。すなわち基板内のばらつきが大
きくなる。このような問題を避けるためには、閉ざされ
た系の中で成膜やプラズマ処理をおこない、少なくとも
プラズマ処理された基板を大気にさらすことなく連続的
にアモルファスシリコン膜の成膜がおこなえるような環
境とすることが必要である。さらには、プラズマ処理す
る前には基板または絶縁被膜の表面を十分に清浄な状態
にすることが好ましく、例えば、紫外線照射やオゾン処
理、もしくは紫外線照射とオゾン処理を組み合わせるこ
とによって、表面に存在する炭素や有機物等を除去する
ことが好ましい。
According to the present invention, the surface of the base insulating film is subjected to plasma treatment. However, once the substrate subjected to the plasma treatment is exposed to the air, dust, moisture and the like adhere to the substrate, which adversely affects the crystallinity of the silicon film. That is, variations within the substrate increase. In order to avoid such a problem, film formation or plasma processing is performed in a closed system, and at least the amorphous silicon film can be continuously formed without exposing at least the plasma-processed substrate to the atmosphere. It is necessary to have an environment. Further, it is preferable that the surface of the substrate or the insulating film is sufficiently cleaned before the plasma treatment. For example, the surface is present on the surface by ultraviolet irradiation or ozone treatment, or a combination of ultraviolet irradiation and ozone treatment. It is preferable to remove carbon, organic substances, and the like.

【0015】[0015]

【実施例】〔実施例1〕 本実施例は、コーニング70
59ガラス基板上の平面状のアモルファスシリコン膜を
結晶化させる方法について記述する。まず、基板上にR
Fスパッタ法によってによって、厚さ2000Åの下地
酸化珪素膜を堆積した。そして、この酸化珪素膜を窒素
プラズマ中で処理した。プラズマ処理装置は平行平板型
の装置で、その概要を図1に示す。なお、電極にはニッ
ケル合金を用いた。 チャンバー・・11、ガス導入系・・12、排気系・・
・13 RF電源・・・14、電極・・15、16、基板・・・
・17 RFプラズマ・・18
[Embodiment 1] This embodiment uses a Corning 70
A method for crystallizing a planar amorphous silicon film on a 59 glass substrate will be described. First, R
A 2000-mm-thick silicon oxide underlayer was deposited by the F sputtering method. Then, the silicon oxide film was processed in a nitrogen plasma. The plasma processing apparatus is a parallel plate type apparatus, and its outline is shown in FIG. Note that a nickel alloy was used for the electrode. Chamber 11, gas introduction system 12, exhaust system
· 13 RF power source ··· 14, electrodes ··· 15 and 16, substrate
・ 17 RF plasma ・ ・ 18

【0016】プラズマ処理の条件は以下の通りである。 RFパワー 20Wもしくは60W 反応ガス 窒素(流量は100SCCM) 反応時間 5分 基板温度 200℃ 反応圧力 10Pa (到達真空度は10-3Pa以
下)
The conditions for the plasma treatment are as follows. RF power 20 W or 60 W Reaction gas Nitrogen (flow rate is 100 SCCM) Reaction time 5 minutes Substrate temperature 200 ° C Reaction pressure 10 Pa (The ultimate vacuum is 10 -3 Pa or less)

【0017】その後、プラズマCVD法によって厚さ1
500Åのアモルファスシリコン膜を形成した。そし
て、430℃で1時間、水素出しをおこなった後、50
0〜580℃で、10分〜8時間の固相成長をおこなっ
た。
After that, a thickness of 1
A 500 ° amorphous silicon film was formed. After dehydrogenation at 430 ° C. for 1 hour, 50
Solid phase growth was performed at 0 to 580 ° C for 10 minutes to 8 hours.

【0018】なお、例えば、図5に示すような2つ以上
のチャンバーを有する装置において、上記の工程を連続
的におこなってもよい。特に上記の方法では、下地酸化
珪素膜をプラズマ処理した後、一度、大気にさらしてか
らアモルファスシリコンの成膜をおこなう。本発明は表
面の状態に敏感なものであるので、大気にさらされてい
る際に、ゴミなどが基板に付着すると得られる結晶性シ
リコン膜の特性にばらつきを生じさせる原因となる。
Note that, for example, in an apparatus having two or more chambers as shown in FIG. 5, the above steps may be continuously performed. In particular, in the above method, after the underlying silicon oxide film is subjected to plasma treatment, the film is once exposed to the atmosphere and then the amorphous silicon film is formed. Since the present invention is sensitive to the state of the surface, dust or the like adheres to the substrate when exposed to the air, which causes variations in the characteristics of the obtained crystalline silicon film.

【0019】図5の装置について簡単に説明すると、チ
ャンバー501はスパッタ装置であり、2つの電極(サ
ンプルホルダー)502と503(バッキングプレー
ト)にRF電源504より電力を供給してプラズマを発
生させる。それぞれの電極の上には、試料の基板506
とターゲット505が置かれてあり、この場合、ターゲ
ットは酸化珪素である。このチャンバーには、酸素/ア
ルゴンの混合ガスを導入するガス系507と窒素ガスを
導入するガス系508が設けられ、酸化珪素の成膜中に
は前者より、また、プラズマ処理中には後者よりガスが
供給される。509は排気系である。
The apparatus shown in FIG. 5 will be briefly described. The chamber 501 is a sputtering apparatus, and generates power by supplying power from an RF power supply 504 to two electrodes (sample holders) 502 and 503 (backing plate). On each electrode, a sample substrate 506 is placed.
And a target 505, in which case the target is silicon oxide. This chamber is provided with a gas system 507 for introducing a mixed gas of oxygen / argon and a gas system 508 for introducing a nitrogen gas. The gas system 507 is used during the film formation of silicon oxide, and the gas system 508 is used during the plasma processing. Gas is supplied. 509 is an exhaust system.

【0020】チャンバー521は平行平板型プラズマC
VD装置であり、2つの電極522と523にRF電源
524より電力を供給してプラズマを発生させる。電極
522の上には、試料の基板525が置かれてある。こ
のチャンバーには、シラン/水素の混合ガスを導入する
ガス系526が設けられ、プラズマ反応によって生成し
た被膜が基板525上に形成される。図には示されてい
ないが、これらのチャンバーにおいては基板が適当な温
度にまで加熱される機構となっている。この2つのプラ
ズマチャンバーの間には、予備室510が設けられ、そ
の中には基板511が置かれている。
The chamber 521 is a parallel plate type plasma C
This is a VD device that generates power by supplying power from an RF power source 524 to two electrodes 522 and 523. A sample substrate 525 is placed on the electrode 522. In this chamber, a gas system 526 for introducing a mixed gas of silane / hydrogen is provided, and a film generated by the plasma reaction is formed on the substrate 525. Although not shown in the figures, these chambers have a mechanism for heating the substrate to an appropriate temperature. A preliminary chamber 510 is provided between the two plasma chambers, and a substrate 511 is placed in the preliminary chamber 510.

【0021】図5の装置では、チャンバー501で酸化
珪素のスパッタ成膜を終了した後、チャンバー内の雰囲
気を窒素にして、引き続き窒素プラズマ処理とする。こ
のときには酸化珪素のターゲットが存在していると、ス
パッタリングによってさらに酸化珪素膜が堆積すること
となる。この問題を避けるためには、RFパワーを低く
するか、酸化珪素ターゲットがプラズマに触れないよう
にすればよい。幸いなことに、スパッタリングに必要な
RFパワーは100W以上であるのに対し、後で述べる
が、プラズマ処理に最適なパワーは60W以下、好まし
くは20Wであるので、窒素プラズマ処理中に酸化珪素
の堆積が生じることはほとんどなかった。しかし、より
安全を期すためには、酸化珪素成膜用のチャンバーとプ
ラズマ処理用のチャンバーとアモルファスシリコン用の
チャンバーをそれぞれ独立に設けることである。このよ
うにして成膜したアモルファスシリコン膜も上記の条件
で固相結晶化される。
In the apparatus shown in FIG. 5, after the sputter deposition of silicon oxide is completed in the chamber 501, the atmosphere in the chamber is changed to nitrogen, and nitrogen plasma processing is subsequently performed. At this time, if a silicon oxide target is present, a silicon oxide film is further deposited by sputtering. In order to avoid this problem, the RF power may be reduced or the silicon oxide target may not be exposed to plasma. Fortunately, the RF power required for sputtering is 100 W or more, but as will be described later, the optimum power for plasma processing is 60 W or less, preferably 20 W. Deposition rarely occurred. However, in order to further enhance safety, it is necessary to provide a chamber for forming a silicon oxide film, a chamber for plasma processing, and a chamber for amorphous silicon independently of each other. The amorphous silicon film thus formed is also solid-phase crystallized under the above conditions.

【0022】固相結晶成長終了後、Ar+ レーザーラマ
ン法によって、結晶化の度合いを評価した。その結果を
図6、図7に示す。いずれも縦軸は標準試料(シリコン
単結晶)のラマンピークの強度を1としたときの相対強
度である。プラズマ処理をおこなわなかった試料では5
80℃以下、8時間以内ではいかなる結晶化もなかっ
た。しかしながら、プラズマ処理をおこなった試料で
は、RFパワーが20Wのものでも60Wのものでもい
ずれも結晶化したことが観察された。
After completion of the solid phase crystal growth, the degree of crystallization was evaluated by the Ar + laser Raman method. The results are shown in FIGS. In each case, the vertical axis represents the relative intensity when the Raman peak intensity of the standard sample (silicon single crystal) is set to 1. 5 for the sample without plasma treatment
There was no crystallization within 8 hours at 80 ° C. or less. However, it was observed that the sample subjected to the plasma treatment crystallized regardless of whether the RF power was 20 W or 60 W.

【0023】注意深く観察すると結晶化の進行はRFパ
ワーに依存することがわかる。すなわち、低パワー(2
0W)では、比較的結晶化は進行しにくい。550℃で
結晶化するには少なくとも1時間アニールすることが必
要である。すなわち、潜伏時間は1時間である。しか
し、その後は急激に結晶化が進行し、2時間のアニール
でほぼ飽和状態となる。ラマンのピークは標準試料であ
るシリコン単結晶のものと同程度にまで結晶化が進行し
たことが分かる。
Upon careful observation, it can be seen that the progress of crystallization depends on the RF power. That is, low power (2
0W), crystallization is relatively difficult to proceed. Annealing is required for at least one hour to crystallize at 550 ° C. That is, the incubation time is one hour. However, thereafter, crystallization rapidly progresses and becomes almost saturated by annealing for 2 hours. It can be seen that the Raman peak has been crystallized to the same extent as that of the silicon single crystal as the standard sample.

【0024】一方、高パワー(60W)のものでは、比
較的結晶化しやすい。例えば、4時間のアニールでは、
既に480℃で結晶化が観察され、550℃のアニール
でも10分で結晶化(潜伏時間10分)し、1時間で飽
和状態となることがわかる。しかし、結晶化の度合いは
低く、ラマン強度は低パワー(20W)のものの70%
弱である。
On the other hand, with a high power (60 W), crystallization is relatively easy. For example, in annealing for 4 hours,
Crystallization has already been observed at 480 ° C., and it can be seen that crystallization (latent time 10 minutes) occurs in 10 minutes even after annealing at 550 ° C., and that saturation occurs in 1 hour. However, the degree of crystallization is low, and the Raman intensity is 70% of that of low power (20 W).
It is weak.

【0025】この相違は結晶核発生密度の相違として説
明できる。すなわち、低パワーの条件では触媒物質の濃
度が低いため核の密度が低い。そのため、結晶化温度は
高く、かつ、時間も長くなる。しかし、核の密度が小さ
いために結晶性が良好であり、ラマン強度は強い。一
方、高パワーの条件では触媒物質の濃度が高く、核の密
度も高いために結晶化しやすい。しかし、そのために他
の核の妨害も受けやすく、結晶性は良くない。しかし、
いずれの場合もプラズマ処理をおこなわなかった場合に
比較すると低温で短時間の結晶化を達成することができ
た。これがプラズマ処理の効果であることは明らかであ
る。本実施例では、触媒物質の濃度を制御する方法とし
て、RFパワーを制御する場合を取り上げたが、その他
にプラズマ処理時の圧力やガスの種類、成分、試料の温
度、処理時間等の要素も重要な制御項目である。
This difference can be explained as a difference in crystal nucleus generation density. That is, under low power conditions, the density of the nuclei is low because the concentration of the catalyst substance is low. Therefore, the crystallization temperature is high and the time is long. However, since the nucleus density is low, the crystallinity is good and the Raman intensity is strong. On the other hand, under the condition of high power, the concentration of the catalyst substance is high and the density of the nuclei is high, so that crystallization is easy. However, it is susceptible to interference of other nuclei, and the crystallinity is not good. But,
In each case, crystallization was able to be achieved at a low temperature for a short time as compared with the case where the plasma treatment was not performed. This is clearly the effect of the plasma treatment. In the present embodiment, as a method of controlling the concentration of the catalytic substance, the case of controlling the RF power is taken up. This is an important control item.

【0026】〔実施例2〕 本実施例はプラズマによる
下地酸化膜の処理を選択的におこなうことによって、選
択的に結晶化をおこなう方法に関するものである。図2
にその方法を示す。基板(コーニング7059)21上
に厚さ2000Åの酸化珪素膜22をスパッタ法によっ
て形成し、さらに、耐熱性フォトレジスト24をスピン
コートし、これをパターニングした。そして、この基板
を実施例1と同様に窒素プラズマ中にさらし、下地酸化
膜の露出した部分23をプラズマ処理した。プラズマ処
理の条件としてはRFパワーを60Wとした以外は実施
例1と同一の条件とした。(図2(A))
[Embodiment 2] This embodiment relates to a method for selectively performing crystallization by selectively performing a treatment of a base oxide film with plasma. FIG.
Shows the method. A 2000-nm-thick silicon oxide film 22 was formed on a substrate (Corning 7059) 21 by sputtering, and a heat-resistant photoresist 24 was spin-coated and patterned. Then, the substrate was exposed to nitrogen plasma as in Example 1, and the exposed portion 23 of the underlying oxide film was subjected to plasma processing. The conditions for the plasma treatment were the same as those in Example 1 except that the RF power was set to 60 W. (Fig. 2 (A))

【0027】このとき、基板は200℃以上の温度に保
持されるので、マスク材としては、少なくともそれに耐
えるだけの耐熱性があることが望まれる。また、マスク
材は除去する際に、プラズマを使用しないで除去できる
ことが望ましい。マスク材として耐熱性のフォトレジス
トを用いることは、これらの点で好ましい。また、窒化
チタン、酸化珪素、窒化珪素等の無機材料も使用でき
る。
At this time, since the substrate is kept at a temperature of 200 ° C. or higher, it is desired that the mask material has at least heat resistance enough to withstand it. It is desirable that the mask material can be removed without using plasma when removing the mask material. It is preferable in these respects to use a heat-resistant photoresist as a mask material. In addition, inorganic materials such as titanium nitride, silicon oxide, and silicon nitride can also be used.

【0028】その後、減圧CVD法によって、厚さ15
00Åのアモルファスシリコン膜25を堆積し、続い
て、550℃で4時間のアニールをおこない、結晶化を
おこなった。この結果、先のプラズマ処理の際にマスク
材で覆われていなかった部分を中心として結晶化が進行
し、結晶性シリコン26が観察された。この結晶性シリ
コンは、マスク材で覆われた部分へも拡大し、約5μm
程度進行した。それ以外のマスク材で覆われていた領域
では結晶化は観察されなかった。
After that, a thickness of 15
An amorphous silicon film 25 having a thickness of 00 ° was deposited, followed by annealing at 550 ° C. for 4 hours to perform crystallization. As a result, crystallization progressed centering on a portion not covered with the mask material during the previous plasma treatment, and crystalline silicon 26 was observed. This crystalline silicon expands to a portion covered with the mask material, and has a thickness of about 5 μm.
Advanced. No crystallization was observed in the other areas covered with the mask material.

【0029】注目すべきことは、プラズマ処理をおこな
った箇所とその周辺の5μmの箇所の結晶性を比較した
際に、後者の方が前者よりも良好な結晶性が得られたと
いうことであった。これは前者では、複数の核が独立に
結晶を成長させ、それらが衝突して結晶成長を制約する
のに対し、後者には核がなく、結晶成長の方向が1方向
であり、いかなる結晶成長の制約も無いからである。
It should be noted that when comparing the crystallinity of the plasma treated portion with the surrounding 5 μm portion, the latter obtained better crystallinity than the former. Was. This is because in the former, a plurality of nuclei grow crystals independently and they collide and restrict crystal growth, whereas in the latter, there are no nuclei, the direction of crystal growth is one direction, and any crystal growth This is because there is no restriction.

【0030】〔実施例3〕 本実施例は、特に高移動度
のTFTを得るために、プラズマ処理を選択的におこな
った場合である。具体的にはTFTのチャネル形成領域
(島状半導体領域のソースとドレインの中間の領域で、
ゲイト電極の下に存在する領域)を作製する部分にのみ
マスク材を形成し、プラズマが当たらないようにしたも
のである。ただし、実施例2にも示したように、結晶化
が進行する領域は、アニール温度・時間にも依存する
が、数〜10μmであるので、チャネル長、チャネル幅
がいずれも大きなものは適当でない。
[Embodiment 3] In this embodiment, a plasma treatment is selectively performed to obtain a TFT having particularly high mobility. Specifically, a channel formation region of a TFT (an intermediate region between a source and a drain of an island-shaped semiconductor region,
A mask material is formed only on a portion where a region (below the gate electrode) is to be formed, so that plasma is not applied. However, as shown in Example 2, the region in which crystallization progresses depends on the annealing temperature and time, but since it is several to 10 μm, it is not appropriate that the channel length and channel width are both large. .

【0031】プラズマ処理では、プラズマの衝撃によっ
て下地の酸化珪素表面に欠陥が生じ、また、様々な被着
物が付着する。このような欠陥・被着物の一部は、本発
明の結晶核を発生させる触媒となる一方、TFTのチャ
ネル形成領域に存在するとリーク電流の原因となる。ま
た、高い移動度を得んとすれば結晶性が良好なものが好
ましく、実施例2に示したように、プラズマ処理された
部分よりも、その周辺の方が良好である。図3を用いて
本実施例の工程を説明する。
In the plasma treatment, defects are generated on the surface of the underlying silicon oxide due to the impact of the plasma, and various adherends adhere. Some of such defects / deposits serve as a catalyst for generating the crystal nuclei of the present invention, but when present in the channel forming region of the TFT, they cause a leak current. Further, in order to obtain a high mobility, it is preferable that the crystallinity is good, and as shown in Example 2, the periphery thereof is better than the portion subjected to the plasma treatment. The process of this embodiment will be described with reference to FIG.

【0032】基板(コーニング7059)30上に酸化
珪素の下地膜31(厚さ2000Å)をスパッタ法によ
って形成した。そして、耐熱性フォトレジストを用いて
マスク32A、32Bを形成した。マスクの大きさはチ
ャネルの大きさと同じで、いずれも5μm×15μmと
した。あるいはこのマスクのパターニングにはゲイト配
線のパターニングを用いてもよい。後で示すようにアモ
ルファスシリコン膜をパターニングしてから結晶化をお
こなうので、同じ効果が得られる。そして、基板をプラ
ズマ33中に置き、図3(A)に示すようにプラズマ処
理をおこなった。用いたプラズマ処理装置は実施例1と
同じである。処理条件は以下の通り。 RFパワー 60W 反応ガス 窒素(流量は100SCCM) 反応時間 5分 基板温度 200℃ 反応圧力 10Pa (到達真空度は10-3Pa以
下)
On a substrate (Corning 7059) 30, a silicon oxide base film 31 (thickness 2000 °) was formed by a sputtering method. Then, masks 32A and 32B were formed using a heat-resistant photoresist. The size of the mask was the same as the size of the channel, and each was 5 μm × 15 μm. Alternatively, the patterning of the gate wiring may be used for the patterning of the mask. Since the crystallization is performed after patterning the amorphous silicon film as described later, the same effect can be obtained. Then, the substrate was placed in the plasma 33, and plasma processing was performed as shown in FIG. The used plasma processing apparatus is the same as in the first embodiment. The processing conditions are as follows. RF power 60 W Reaction gas Nitrogen (flow rate is 100 SCCM) Reaction time 5 minutes Substrate temperature 200 ° C Reaction pressure 10 Pa (The ultimate vacuum degree is 10 -3 Pa or less)

【0033】プラズマ処理後、マスク32A、32Bは
除去した。その後、減圧CVD法によってアモルファス
シリコン膜を厚さ1500Å形成した。原料ガスとして
はモノシラン(SiH4 )を用いた。さらに、連続的に
550℃で4時間アニールをおこない、結晶化を進行さ
せた。次に、これをパターニングして、島状シリコン領
域34A、34Bを形成した。さらに、プラズマCVD
法によってゲイト絶縁膜として厚さ1000Åの酸化珪
素膜35を形成した。原料ガスはTEOS(テトラ・エ
トキシ・シラン)と酸素を用いた。そして、N型のポリ
シリコンを減圧CVD法によって堆積し、これをパター
ニングしてゲイト配線・電極36A、36Bを形成し
た。(図3(B))
After the plasma processing, the masks 32A and 32B were removed. Thereafter, an amorphous silicon film having a thickness of 1500 ° was formed by a low pressure CVD method. Monosilane (SiH 4 ) was used as a source gas. Further, annealing was continuously performed at 550 ° C. for 4 hours to promote crystallization. Next, this was patterned to form island-shaped silicon regions 34A and 34B. Furthermore, plasma CVD
A silicon oxide film 35 having a thickness of 1000 ° was formed as a gate insulating film by the method. As source gas, TEOS (tetraethoxy silane) and oxygen were used. Then, N-type polysilicon was deposited by a low-pressure CVD method, and this was patterned to form gate wiring / electrodes 36A and 36B. (FIG. 3 (B))

【0034】次に、プラズマドーピング法によって不純
物ドープをおこなった。ドーピングガスとしては、N型
にはフォスフィン(PH3 )を、P型にはジボラン(B
2 6 )を用いた。加速電圧は、フォスフィンは80k
eV、ジボランは65keVとした。さらに550℃で
4時間アニールすることによって、不純物の活性化をお
こない、不純物領域37を形成した。活性化にはレーザ
ーアニールもしくはフラッシュランプアニールのような
光エネルギーを使用する方法も用いることができる。
(図3(C))
Next, impurity doping was performed by a plasma doping method. As doping gas, phosphine (PH 3 ) is used for N-type, and diborane (B) is used for P-type.
2 H 6 ). The accelerating voltage is 80k for phosphine
eV and diborane were 65 keV. Further, the impurity was activated by annealing at 550 ° C. for 4 hours, thereby forming the impurity region 37. For the activation, a method using light energy such as laser annealing or flash lamp annealing can also be used.
(FIG. 3 (C))

【0035】最後に、通常のTFT作製と同様に層間絶
縁物38として、厚さ5000Åの酸化珪素膜を堆積
し、これにコンタクトホールを形成してソース領域、ド
レイン領域に配線・電極39A、39Bを形成した。
(図3(D)) 出来上がったTFT回路を上方から見た図を図3(E)
に示す。図の一点鎖線の断面が図3(A)〜(D)であ
る。得られたTFTの電解効果移動度はNチャネル型で
40〜60cm2 /Vs、Pチャネル型で30〜50c
2 /Vsであった。
Finally, a 5000-nm-thick silicon oxide film is deposited as an interlayer insulator 38 in the same manner as in the normal TFT fabrication, and contact holes are formed in the silicon oxide film to form wiring / electrodes 39A and 39B in the source and drain regions. Was formed.
(FIG. 3 (D)) FIG. 3 (E) shows a view of the completed TFT circuit viewed from above.
Shown in FIGS. 3A to 3D are cross-sectional views taken along a dashed line in FIG. The field effect mobility of the obtained TFT is 40 to 60 cm 2 / Vs for the N channel type, and 30 to 50 c / s for the P channel type.
m 2 / Vs.

【0036】〔実施例4〕 本実施例は、アルミニウム
ゲイトのTFT作製を本発明を用いておこなった場合で
ある。図4を用いて本実施例の工程を説明する。基板
(コーニング7059)40上に酸化珪素の下地膜41
(厚さ2000Å)をスパッタ法によって形成した。そ
して、基板をプラズマ42中に置き、図4(A)に示す
ようにプラズマ処理をおこなった。もちいたプラズマ処
理装置は実施例1と同じものである。処理条件は以下の
通り。 RFパワー 20W 反応ガス アルゴン(流量は100SCCM) 反応時間 5分 基板温度 200℃ 反応圧力 10Pa (到達真空度は10-3Pa以
下)
[Embodiment 4] In this embodiment, a TFT of aluminum gate is manufactured by using the present invention. The process of this embodiment will be described with reference to FIG. A silicon oxide base film 41 on a substrate (Corning 7059) 40
(Thickness: 2000 mm) was formed by sputtering. Then, the substrate was placed in the plasma 42, and plasma processing was performed as shown in FIG. The plasma processing apparatus used is the same as that of the first embodiment. The processing conditions are as follows. RF power 20 W Reaction gas Argon (flow rate is 100 SCCM) Reaction time 5 minutes Substrate temperature 200 ° C Reaction pressure 10 Pa (The ultimate vacuum degree is 10 -3 Pa or less)

【0037】その後、減圧CVD法によってアモルファ
スシリコン膜43を厚さ1500Å形成した。原料ガス
としてはモノシラン(SiH4 )を用いた。さらに、5
50℃で4時間アニールをおこない、結晶化を進行させ
た。(図4(B)) そして、これをパターニングして、島状シリコン領域4
4を形成した。さらに、プラズマCVD法によってゲイ
ト絶縁膜として厚さ1000Åの酸化珪素膜45を形成
した。原料ガスはTEOS(テトラ・エトキシ・シラ
ン)と酸素を用いた。そして、1%のシリコンを含むア
ルミニウム膜(厚さ5000Å)をスパッタ法によって
堆積し、これをパターニングしてゲイト配線・電極46
を形成した。(図4(C))
Thereafter, an amorphous silicon film 43 was formed to a thickness of 1500 ° by a low pressure CVD method. Monosilane (SiH 4 ) was used as a source gas. In addition, 5
Annealing was performed at 50 ° C. for 4 hours to progress crystallization. (FIG. 4B) Then, this is patterned to form an island-shaped silicon region 4.
4 was formed. Further, a silicon oxide film 45 having a thickness of 1000 ° was formed as a gate insulating film by a plasma CVD method. As source gas, TEOS (tetraethoxy silane) and oxygen were used. Then, an aluminum film (thickness 5000 °) containing 1% silicon is deposited by a sputtering method, and is patterned to form a gate wiring / electrode 46.
Was formed. (FIG. 4 (C))

【0038】次に、基板を3%の酒石酸のエチレングリ
コール溶液に浸し、白金を陰極として、アルミニウム配
線46を陽極とし、これに電流を流して陽極酸化をおこ
なった。電流は最初は、2V/分で電圧が上昇するよう
に印加し、220Vに達したところで電圧を一定とし、
電流が10μA/m2 以下になったところで電流を停止
した。この結果、厚さ2000Åの陽極酸化物47が形
成された。(図4(D))
Next, the substrate was immersed in a 3% solution of tartaric acid in ethylene glycol, anodized by passing a current through the aluminum wiring 46 as an anode using platinum as a cathode. The current is initially applied so that the voltage increases at 2 V / min, and when it reaches 220 V, the voltage is made constant.
The current was stopped when the current became 10 μA / m 2 or less. As a result, an anodic oxide 47 having a thickness of 2000 ° was formed. (FIG. 4 (D))

【0039】次に、プラズマドーピング法によって不純
物ドープをおこなった。ドーピングガスとしては、N型
にはフォスフィン(PH3 )を、P型にはジボラン(B
2 6 )を用いた。加速電圧は、フォスフィンは80k
eV、ジボランは65keVとした。さらにこれをレー
ザーアニールすることによって、不純物の活性化をおこ
ない、不純物領域48を形成した。使用したレーザー
は、KrFレーザー(波長248nm)で、250〜3
00mJ/cm2 のエネルギー密度のレーザー光を5シ
ョット照射した。(図4(E))
Next, impurity doping was performed by a plasma doping method. As doping gas, phosphine (PH 3 ) is used for N-type, and diborane (B) is used for P-type.
2 H 6 ). The accelerating voltage is 80k for phosphine
eV and diborane were 65 keV. Further, this was laser-annealed to activate the impurity, thereby forming an impurity region 48. The laser used was a KrF laser (wavelength 248 nm), 250 to 3
Five shots of a laser beam having an energy density of 00 mJ / cm 2 were irradiated. (FIG. 4E)

【0040】最後に、通常のTFT作製と同様に層間絶
縁物49として、厚さ5000Åの酸化珪素膜を堆積
し、これにコンタクトホールを形成してソース領域、ド
レイン領域に配線・電極50A、50Bを形成した。
(図3(F)) 得られたTFTの電解効果移動度はNチャネル型で40
〜60cm2 /Vs、Pチャネル型で30〜50cm2
/Vsであった。また、このTFTを用いて作製された
シフトレジスタではドレイン電圧17Vで6MHz、2
0Vで11MHzでの動作が確認された。
Finally, a 5000-nm-thick silicon oxide film is deposited as an interlayer insulator 49 in the same manner as in the normal TFT fabrication, and contact holes are formed in the silicon oxide film to form wiring / electrodes 50A, 50B in the source and drain regions. Was formed.
(FIG. 3 (F)) The field effect mobility of the obtained TFT is 40 for the N-channel type.
6060 cm 2 / Vs, 30 to 50 cm 2 for P-channel type
/ Vs. A shift register manufactured using this TFT has a drain voltage of 17 V, 6 MHz,
Operation at 11 MHz at 0 V was confirmed.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上、述べたように、本発明はアモルフ
ァスシリコン結晶化の低温化、短時間化を促進するとい
う意味で画期的なものであり、また、そのための設備、
装置、手法は極めて一般的で、かつ量産性に優れたもの
であるので、産業にもたらす利益は図りしえないもので
ある。
As described above, the present invention is epoch-making in that it promotes lowering the temperature and shortening the time of crystallization of amorphous silicon.
Since the apparatus and the method are very general and excellent in mass productivity, the profits brought to the industry are invaluable.

【0042】例えば、従来の固相成長法においては、少
なくとも24時間のアニールが必要とされたために、1
枚当たりの基板処理時間を2分とすれば、アニール炉は
15本も必要とされたのであるが、本発明によって、4
時間以内に短縮することができたので、アニール炉の数
を1/6以下に削減することができる。このことによる
生産性の向上、設備投資額の削減は、基板処理コストの
低下につながり、ひいてはTFT価格の低下とそれによ
る新規需要の喚起につながるものである。このように本
発明は工業上、有益であり、特許されるにふさわしいも
のである。
For example, in the conventional solid-phase growth method, at least 24 hours of annealing were required,
Assuming that the substrate processing time per substrate is 2 minutes, as many as 15 annealing furnaces were required.
Since the number of annealing furnaces can be reduced to less than 1/6, the number of annealing furnaces can be reduced to 1/6 or less. Improvement in productivity and reduction in capital investment due to this leads to a reduction in substrate processing cost, which in turn leads to a reduction in TFT price and thus a new demand. Thus, the present invention is industrially useful and deserves a patent.

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

【図1】 本発明を実施する装置の例を示す。(実施
例1参照)
FIG. 1 shows an example of an apparatus for implementing the present invention. (See Example 1)

【図2】 実施例2の工程を示す。(選択的に結晶化
する例)
FIG. 2 shows the steps of Example 2. (Example of selective crystallization)

【図3】 実施例3によるTFTの作製工程図(断面
図)を示す。
FIG. 3 shows a manufacturing process diagram (cross-sectional view) of a TFT according to Example 3.

【図4】 実施例4によるTFTの作製工程図(断面
図)を示す。
FIG. 4 shows a manufacturing process diagram (cross-sectional view) of a TFT according to Example 4.

【図5】 本発明を実施する装置の例を示す。(実施
例1参照)
FIG. 5 shows an example of an apparatus for implementing the present invention. (See Example 1)

【図6】 実施例1によってえられたシリコン膜のラ
マン散乱強度のアニール時間依存性を示す。(ピーク比
は、標準試料(単結晶シリコン)のラマン散乱強度を1
としたときの相対強度)
FIG. 6 shows the dependence of the Raman scattering intensity of the silicon film obtained in Example 1 on the annealing time. (The peak ratio is the Raman scattering intensity of the standard sample (single crystal silicon) is 1
Relative strength when

【図7】 実施例1によってえられたシリコン膜のラ
マン散乱強度のアニール温度依存性を示す。(ピーク比
は、標準試料(単結晶シリコン)のラマン散乱強度を1
としたときの相対強度)
FIG. 7 shows the annealing temperature dependence of the Raman scattering intensity of the silicon film obtained in Example 1. (The peak ratio is the Raman scattering intensity of the standard sample (single crystal silicon) is 1
Relative strength when

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11・・・チャンバー 12・・・ガス導
入系 13・・・排気系 14・・・RF電
源 15、16・・・電極 17・・・基板
(試料) 18・・・RFプラズマ 21・・・基板 22・・・下地酸
化珪素膜 23・・・プラズマ処理された面 24・・・マスク
材 25・・・アモルファスシリコン膜 26・・・結晶化
シリコン膜 27・・・結晶化していないシリコン膜 30・・・基板 31・・・下地酸
化珪素膜 32・・・マスク材 33・・・プラズ
マ 34・・・結晶性シリコン領域 35・・・ゲイト
絶縁膜(酸化珪素) 36・・・ゲイト電極(N型シリコン) 37・・・不純物領域(ソース、ドレイン) 38・・・層間絶縁物 39・・・ソース
電極、ドレイン電極 40・・・基板 41・・・下地酸
化珪素膜 42・・・プラズマ 43・・・アモル
ファスシリコン領域 44・・・結晶性シリコン領域 45・・・ゲイト
絶縁膜(酸化珪素) 46・・・ゲイト電極(アルミニウム) 47・・・陽極酸化物(酸化アルミニウム) 48・・・不純物領域(ソース、ドレイン) 49・・・層間絶縁物 50・・・ソース
電極、ドレイン電極 501・・・スパッタチャンバー 502・・・電極
(試料側) 503・・・電極(ターゲット側) 504・・・RF
電源 505・・・ターゲット 506・・・試料
(基板) 507・・・ガス(酸素/Ar)系 508・・・ガス
(窒素)系 509・・・排気系 510・・・予備
室 511・・・試料(基板) 521・・・プラ
ズマCVDチャンバー 522・・・電極(試料側) 523・・・電極
(対向側) 524・・・RF電源 525・・・試料
(基板) 526・・・ガス(シラン/水素)系 527・・・
排気系
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Chamber 12 ... Gas introduction system 13 ... Exhaust system 14 ... RF power supply 15, 16 ... Electrode 17 ... Substrate (sample) 18 ... RF plasma 21 ... Substrate 22 ... underlying silicon oxide film 23 ... plasma-treated surface 24 ... mask material 25 ... amorphous silicon film 26 ... crystallized silicon film 27 ... non-crystallized silicon film 30. ··· Substrate 31 ··· Underlying silicon oxide film 32 ··· Mask material 33 ··· Plasma 34 ··· Crystalline silicon region 35 ··· Gate insulating film (silicon oxide) 36 ··· Gate electrode (N-type) 37) Impurity region (source, drain) 38 ... Interlayer insulator 39 ... Source electrode, drain electrode 40 ... Substrate 41 ... Underlying silicon oxide film 42 ... Plasma 43 ... Amorphous silicon region 44 crystalline silicon region 45 gate insulating film (silicon oxide) 46 gate electrode (aluminum) 47 anodic oxide (aluminum oxide) 48 impurity region (source) , Drain) 49 ... interlayer insulator 50 ... source electrode, drain electrode 501 ... sputter chamber 502 ... electrode (sample side) 503 ... electrode (target side) 504 ... RF
Power source 505 Target 506 Sample (substrate) 507 Gas (oxygen / Ar) system 508 Gas (nitrogen) system 509 Exhaust system 510 Preliminary chamber 511 Sample (substrate) 521: Plasma CVD chamber 522: Electrode (sample side) 523: Electrode (opposite side) 524: RF power supply 525: Sample (substrate) 526: Gas (silane) / Hydrogen) system 527 ...
Exhaust system

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹村 保彦 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Yasuhiko Takemura 398 Hase, Atsugi-shi, Kanagawa Inside Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】シリコンを含む半導体膜を、前記半導体膜
の結晶化を助長する触媒に接して形成し、 加熱により前記半導体膜を結晶化させ、結晶性半導体膜
とし、 前記結晶性半導体膜にリンを導入し、熱アニールするこ
とを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
1. A semiconductor film containing silicon is formed in contact with a catalyst for promoting crystallization of the semiconductor film, and the semiconductor film is crystallized by heating to form a crystalline semiconductor film. A method for manufacturing a thin film transistor, wherein phosphorus is introduced and thermal annealing is performed.
【請求項2】チャネル形成領域、ソース領域およびドレ
イン領域を有する薄膜トランジスタの作製方法であっ
て、 シリコンを含む半導体膜を、前記半導体膜の結晶化を助
長する触媒に接して形成し、 加熱により前記半導体膜を結晶化させ、結晶性半導体膜
とし、 前記結晶性半導体膜のソース領域およびドレイン領域に
リンを導入した後、熱アニールすることを特徴とする薄
膜トランジスタの作製方法。
2. A method for manufacturing a thin film transistor having a channel formation region, a source region, and a drain region, comprising: forming a semiconductor film containing silicon in contact with a catalyst that promotes crystallization of the semiconductor film; A method for manufacturing a thin film transistor, comprising: crystallizing a semiconductor film to form a crystalline semiconductor film; introducing phosphorus into a source region and a drain region of the crystalline semiconductor film; and performing thermal annealing.
【請求項3】半導体膜を形成する工程であって、前記半
導体膜の第1の部分を前記半導体膜の結晶化を助長する
触媒に接して形成する工程と、 加熱により前記半導体膜の第1の部分から一方向に結晶
化させ、結晶性半導体膜とする工程と、 前記結晶性半導体膜にリンを導入し、熱アニールする工
程と、を有することを特徴とする薄膜トランジスタの作
製方法。
Forming a first portion of the semiconductor film in contact with a catalyst that promotes crystallization of the semiconductor film; and heating the first portion of the semiconductor film by heating. And a step of introducing phosphorus into the crystalline semiconductor film and thermally annealing the crystalline semiconductor film to form a crystalline semiconductor film.
【請求項4】チャネル形成領域、ソース領域およびドレ
イン領域を有する薄膜トランジスタの作製方法であっ
て、 半導体膜を形成する工程であって、前記半導体膜の第1
の部分を前記半導体膜の結晶化を助長する触媒に接して
形成する工程と、 加熱により前記半導体膜を前記第1の部分から一方向に
結晶化させ、結晶性半導体膜とする工程と、 前記結晶性半導体膜の前記ソース領域および前記ドレイ
ン領域にリンを導入した後、熱アニールすることを特徴
とする薄膜トランジスタの作製方法。
4. A method for manufacturing a thin film transistor having a channel formation region, a source region, and a drain region, the method comprising: forming a semiconductor film;
Forming a portion in contact with a catalyst that promotes crystallization of the semiconductor film; and heating the semiconductor film in one direction from the first portion to form a crystalline semiconductor film; A method for manufacturing a thin film transistor, comprising: introducing phosphorus into the source region and the drain region of a crystalline semiconductor film and performing thermal annealing.
【請求項5】半導体膜を形成する工程であって、前記半
導体膜の第1の部分を前記半導体膜の結晶化を助長する
触媒に接して形成する工程と、 加熱により前記半導体膜の第1の部分から第2の部分へ
水平に結晶化を進行させ、結晶性半導体膜とする工程
と、 前記結晶性半導体膜にリンを導入し、熱アニールする工
程と、を有することを特徴とする薄膜トランジスタの作
製方法。
5. A step of forming a semiconductor film, comprising: forming a first portion of the semiconductor film in contact with a catalyst for promoting crystallization of the semiconductor film; and heating the first portion of the semiconductor film by heating. A thin film transistor comprising: a step of horizontally promoting crystallization from a portion to a second portion to form a crystalline semiconductor film; and a step of introducing phosphorus into the crystalline semiconductor film and thermally annealing. Method of manufacturing.
【請求項6】チャネル形成領域、ソース領域およびドレ
イン領域を有する薄膜トランジスタの作製方法であっ
て、 半導体膜を形成する工程であって、前記半導体膜の第1
の部分を前記半導体膜の結晶化を助長する触媒に接して
形成する工程と、 加熱により前記半導体膜を前記第1の部分から第2の部
分へ水平に結晶化を進行させ、結晶性半導体膜とする工
程と、 前記結晶性半導体膜の前記ソース領域および前記ドレイ
ン領域にリンを導入した後、熱アニールすることを特徴
とする薄膜トランジスタの作製方法。
6. A method for manufacturing a thin film transistor having a channel formation region, a source region, and a drain region, the method comprising: forming a semiconductor film;
Forming a portion in contact with a catalyst that promotes crystallization of the semiconductor film; and causing the semiconductor film to horizontally crystallize from the first portion to the second portion by heating to form a crystalline semiconductor film. And a thermal annealing after introducing phosphorus into the source region and the drain region of the crystalline semiconductor film.
【請求項7】前記半導体膜は、アモルファスシリコン膜
であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一に
記載の薄膜トランジスタの作製方法。
7. The method according to claim 1, wherein the semiconductor film is an amorphous silicon film.
【請求項8】前記半導体膜は、真性または実質的に真性
であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一に
記載の薄膜トランジスタの作製方法。
8. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein said semiconductor film is intrinsic or substantially intrinsic.
【請求項9】前記熱アニールは、550℃で4時間行わ
れることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一に記
載の薄膜トランジスタの作製方法。
9. The method according to claim 1, wherein the thermal annealing is performed at 550 ° C. for 4 hours.
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JP2002203796A (en) * 2000-07-07 2002-07-19 Applied Materials Inc Deposition of amorphous silicon film by high-density plasma hdp-cvd at low temperature
WO2005077525A1 (en) * 2004-02-12 2005-08-25 The University Of Tokyo Crystalline thin film and method for producing same

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