JP2001035787A - Crystalline semiconductor thin film and manufacture thereof, and semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

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

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JP2001035787A
JP2001035787A JP11199655A JP19965599A JP2001035787A JP 2001035787 A JP2001035787 A JP 2001035787A JP 11199655 A JP11199655 A JP 11199655A JP 19965599 A JP19965599 A JP 19965599A JP 2001035787 A JP2001035787 A JP 2001035787A
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semiconductor thin
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久 大谷
Yoshie Takano
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for forming a single-crystal semiconductor thin film or a substantially single-crystal semiconductor thin film. SOLUTION: A catalyst element for promoting crystallization of an amorphous semiconductor thin film is added to the amorphous semiconductor thin film, and heat treatment is performed on the film so as to obtain a crystalline semiconductor thin film 102. After the crystalline semiconductor thin film 102 is irradiated with ultraviolet light or infrared light, it is subjected to heat treatment at 900-1,200 deg.C in a reducing atmosphere. By this process, the surface of a crystalline semiconductor thin film 104 is markedly planarized, and defects in grain boundaries or crystal grains are eliminated, and thus a single-crystal semiconductor thin film or a substantially single-crystal semiconductor thin film is obtained.

Description

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

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】 本発明は半導体薄膜を利用
した半導体装置に関する技術であり、特に結晶性珪素膜
を利用した薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:
TFT)で構成する半導体装置及びその作製方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technology related to a semiconductor device using a semiconductor thin film, and in particular, to a thin film transistor (Thin Film Transistor) using a crystalline silicon film.
(TFT) and a method for manufacturing the same.

【0002】 なお、本明細書において、半導体装置と
は半導体特性を利用して機能する装置全般を指すもので
ある。従って、TFTの如き単体の半導体素子のみなら
ず、TFTを有する電気光学装置や半導体回路及びそれ
らを搭載した電子機器も半導体装置である。
[0002] Note that in this specification, a semiconductor device generally refers to a device that functions by utilizing semiconductor characteristics. Therefore, not only a single semiconductor element such as a TFT, but also an electro-optical device and a semiconductor circuit having a TFT and an electronic device equipped with them are also semiconductor devices.

【0003】[0003]

【従来の技術】近年、アクティブマトリクス型液晶表示
装置の様な電気光学装置に用いられるTFTの開発が活
発に進められている。
2. Description of the Related Art In recent years, TFTs used for electro-optical devices such as active matrix type liquid crystal display devices have been actively developed.

【0004】アクティブマトリクス型液晶表示装置は、
同一基板上に画素マトリクス回路とドライバー回路とを
設けたモノリシック型表示装置である。また、さらにγ
補正回路、メモリ回路、クロック発生回路等のロジック
回路を内蔵したシステムオンパネルの開発も進められて
いる。
An active matrix type liquid crystal display device is
This is a monolithic display device provided with a pixel matrix circuit and a driver circuit on the same substrate. In addition, γ
Development of a system-on-panel incorporating a logic circuit such as a correction circuit, a memory circuit, and a clock generation circuit is also in progress.

【0005】この様なドライバー回路やロジック回路は
高速動作を行う必要があるので、活性層として非晶質珪
素膜(アモルファスシリコン膜)を用いることは不適当
である。そのため、現状では結晶性珪素膜(単結晶シリ
コン膜又はポリシリコン膜)を活性層としたTFTが検
討されている。
Since such driver circuits and logic circuits need to operate at high speed, it is inappropriate to use an amorphous silicon film (amorphous silicon film) as an active layer. Therefore, at present, a TFT using a crystalline silicon film (single-crystal silicon film or polysilicon film) as an active layer is being studied.

【0006】本出願人は、ガラス基板上に結晶性珪素膜
を得るための技術として特開平7−130652号公報
記載の技術を開示している。同公報記載の技術は、非晶
質珪素膜に対して結晶化を助長する触媒元素を添加し、
加熱処理を行うことで結晶性珪素膜を得るものである。
The present applicant has disclosed a technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-130652 as a technique for obtaining a crystalline silicon film on a glass substrate. The technology described in the publication adds a catalyst element that promotes crystallization to an amorphous silicon film,
A crystalline silicon film is obtained by performing a heat treatment.

【0007】この技術は触媒元素の作用により非晶質珪
素膜の結晶化温度を50〜100 ℃も引き下げることが可能
であり、結晶化に要する時間も 1/5〜1/10にまで低減す
ることができる。
According to this technique, the crystallization temperature of the amorphous silicon film can be lowered by 50 to 100 ° C. by the action of a catalytic element, and the time required for crystallization is reduced to 1/5 to 1/10. be able to.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、TFT
で組む回路に対して従来のLSIに匹敵する回路性能を
要求される様になってくると、これまでの技術で形成さ
れた結晶性珪素膜では、仕様を満たすに十分な性能を有
するTFTを作製することが困難な状況になってきた。
SUMMARY OF THE INVENTION However, TFT
When circuit performance comparable to that of conventional LSIs is required for the circuits assembled in the above, the crystalline silicon film formed by the conventional technology requires a TFT having sufficient performance to meet the specifications. It has become difficult to fabricate.

【0009】本願発明では単結晶半導体薄膜又は実質的
な単結晶半導体薄膜を実現するための技術を提供するこ
とを課題とする。なお、実質的な単結晶半導体薄膜と
は、結晶粒界や欠陥等のキャリアの移動を阻害する障壁
として機能する部分をなくした多結晶半導体薄膜の如き
結晶性半導体薄膜を指す。
An object of the present invention is to provide a technique for realizing a single crystal semiconductor thin film or a substantially single crystal semiconductor thin film. Note that a substantial single crystal semiconductor thin film refers to a crystalline semiconductor thin film such as a polycrystalline semiconductor thin film in which a portion functioning as a barrier that hinders the movement of carriers such as crystal grain boundaries and defects is eliminated.

【0010】そして、本願発明の単結晶半導体薄膜又は
実質的な単結晶半導体薄膜をチャネル形成領域として有
する高性能なTFTを実現させ、そのTFTで組まれた
回路を有する高性能な半導体装置を提供することを課題
とする。
Further, a high-performance TFT having the single-crystal semiconductor thin film or substantially single-crystal semiconductor thin film of the present invention as a channel forming region is realized, and a high-performance semiconductor device having a circuit assembled by the TFT is provided. The task is to

【0011】なお、本明細書中では単結晶半導体薄膜、
多結晶半導体薄膜及び微結晶半導体薄膜等の結晶性を有
する半導体薄膜をまとめて結晶性半導体薄膜と呼ぶ。
In this specification, a single crystal semiconductor thin film,
Semiconductor thin films having crystallinity, such as a polycrystalline semiconductor thin film and a microcrystalline semiconductor thin film, are collectively called a crystalline semiconductor thin film.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本願発明を実施するため
の構成の一つは、 非晶質半導体薄膜上の一部又は全部
の領域に対して当該非晶質半導体薄膜の結晶化を助長す
る触媒元素を添加する工程と、第1熱処理を行い、前記
非晶質半導体薄膜の一部又は全部の領域を結晶性半導体
薄膜に変化させる工程と、前記結晶性半導体薄膜に対し
て還元雰囲気中で900〜1200℃の第2熱処理を行
う工程と、を有することを特徴とする。
One of the structures for carrying out the present invention promotes crystallization of the amorphous semiconductor thin film in a part or all of the region on the amorphous semiconductor thin film. A step of adding a catalytic element, a step of performing a first heat treatment to change a part or the entire region of the amorphous semiconductor thin film into a crystalline semiconductor thin film, and a step of reducing the crystalline semiconductor thin film in a reducing atmosphere. Performing a second heat treatment at 900 to 1200 ° C.

【0013】上記構成において、第2熱処理は結晶性半
導体薄膜の表面に形成された自然酸化膜(例えば酸化珪
素膜)が還元される温度であれば良く、具体的には90
0〜1200℃(好ましくは1000〜1100℃)の
温度範囲で行われる。また、処理時間は少なくとも3分
以上、3分〜1時間、代表的には10分〜1時間が好ま
しい。これは第2熱処理による効果を発揮するために必
要な時間である。
In the above structure, the second heat treatment may be performed at a temperature at which a natural oxide film (for example, a silicon oxide film) formed on the surface of the crystalline semiconductor thin film is reduced.
The reaction is performed in a temperature range of 0 to 1200 ° C (preferably 1000 to 1100 ° C). Further, the processing time is preferably at least 3 minutes or more, 3 minutes to 1 hour, typically 10 minutes to 1 hour. This is the time required to exhibit the effect of the second heat treatment.

【0014】なお、第2熱処理は結晶性半導体薄膜を島
状に加工してから行っても良い。また、熱処理手段はフ
ァーネスアニール(電熱炉で行うアニール)で行う。
Note that the second heat treatment may be performed after the crystalline semiconductor thin film is processed into an island shape. The heat treatment is performed by furnace annealing (annealing performed in an electric furnace).

【0015】本願発明の特徴は、まず特開平7−130
652号公報に記載された技術を利用して結晶性半導体
薄膜を形成し、その結晶性半導体薄膜に対して900〜
1200℃の還元雰囲気中(代表的には水素雰囲気)で
熱処理を行う点にある。
The features of the present invention are as follows.
No. 652, a crystalline semiconductor thin film is formed, and the crystalline semiconductor thin film is formed in a thickness of 900 to 900 nm.
The heat treatment is performed in a reducing atmosphere (typically, a hydrogen atmosphere) at 1200 ° C.

【0016】この工程にはまず結晶性半導体薄膜の表面
を平坦化する効果がある。これは表面エネルギーを最小
化しようとする半導体原子の増速表面拡散の結果であ
る。また、同時にこの工程は結晶粒界や結晶粒内に存在
する欠陥を著しく低減するといった効果をも有する。こ
れは水素による未結合手の終端効果と、水素による不純
物の除去効果及びそれに伴う半導体原子同士の再結合と
による。そのため、これらの効果を効率良く発揮させる
ためには、上述の様な処理時間が必要となる。
This step has the effect of first planarizing the surface of the crystalline semiconductor thin film. This is the result of enhanced surface diffusion of semiconductor atoms in an attempt to minimize surface energy. At the same time, this step also has an effect of remarkably reducing crystal grain boundaries and defects existing in crystal grains. This is due to the effect of terminating dangling bonds by hydrogen, the effect of removing impurities by hydrogen, and the resulting recombination of semiconductor atoms. Therefore, in order to exhibit these effects efficiently, the processing time as described above is required.

【0017】従って、この還元雰囲気中における熱処理
工程はファーネスアニールで行う必要がある。紫外光又
は赤外光を照射することによって熱処理を行うと再結晶
化が非平衡状態で進行するため結晶粒界における結晶格
子の連続性を損なうので好ましくない。その点、ファー
ネスアニールならば平衡状態で再結晶化が進行するので
その様な問題を避けることができる。
Therefore, the heat treatment step in the reducing atmosphere needs to be performed by furnace annealing. When heat treatment is performed by irradiating ultraviolet light or infrared light, recrystallization proceeds in a non-equilibrium state, and thus the continuity of a crystal lattice at a crystal grain boundary is deteriorated. On the other hand, in the case of furnace annealing, such a problem can be avoided because recrystallization proceeds in an equilibrium state.

【0018】また、他の発明の構成は、 非晶質半導体
薄膜上の一部又は全部の領域に対して当該非晶質半導体
薄膜の結晶化を助長する触媒元素を添加する工程と、第
1熱処理を行い、前記非晶質半導体薄膜の一部又は全部
の領域を結晶性半導体薄膜に変化させる工程と、第2熱
処理として前記結晶性半導体薄膜に対して紫外光又は赤
外光を照射する工程と、前記結晶性半導体薄膜に対して
還元雰囲気中で900〜1200℃の第3熱処理を行う
工程と、を有することを特徴とする。
In another aspect of the present invention, a step of adding a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous semiconductor thin film to a part or all of the region on the amorphous semiconductor thin film, A step of performing a heat treatment to change a part or the entire region of the amorphous semiconductor thin film into a crystalline semiconductor thin film, and a step of irradiating the crystalline semiconductor thin film with ultraviolet light or infrared light as a second heat treatment And performing a third heat treatment at 900 to 1200 ° C. in a reducing atmosphere on the crystalline semiconductor thin film.

【0019】この構成は結晶性半導体薄膜を形成した後
に紫外光又は赤外光を照射することによって結晶性の改
善を行うことに特徴がある。なお、ここで言う結晶性の
改善とは結晶粒内や結晶粒界に存在する欠陥及び準位の
低減を指す。
This structure is characterized in that the crystallinity is improved by irradiating ultraviolet light or infrared light after forming the crystalline semiconductor thin film. Here, the improvement in crystallinity refers to a reduction in defects and levels existing in crystal grains and crystal grain boundaries.

【0020】この場合、紫外光を用いる場合はエキシマ
レーザー光又は紫外光ランプから発する光を用いればよ
く、赤外光を用いる場合は赤外光ランプから発する光を
用いれば良い。
In this case, when ultraviolet light is used, excimer laser light or light emitted from an ultraviolet lamp may be used, and when infrared light is used, light emitted from an infrared lamp may be used.

【0021】ただし、紫外光又は赤外光を照射する際は
光のエネルギーに注意が必要である。なぜならばここで
結晶性珪素膜を加熱しすぎると結晶粒界における結晶格
子の連続性が損なわれる可能性があるからである。実験
によれば膜面温度が600〜800℃であれば結晶格子
の連続性を損なうことなく結晶性を改善することができ
る。例えば、エキシマレーザーエネルギーに置き換える
と100〜300mJ/cm2で照射すれば良い。
However, when irradiating ultraviolet light or infrared light, it is necessary to pay attention to the energy of the light. This is because if the crystalline silicon film is heated too much here, the continuity of the crystal lattice at the crystal grain boundaries may be impaired. According to experiments, when the film surface temperature is 600 to 800 ° C., the crystallinity can be improved without impairing the continuity of the crystal lattice. For example, irradiation with excimer laser energy may be performed at 100 to 300 mJ / cm 2 .

【0022】この平坦化の効果は結晶性にエキシマレー
ザー紫外光を照射した場合に非常に有効である。
This flattening effect is very effective when the crystal is irradiated with excimer laser ultraviolet light.

【0023】エキシマレーザーを照射すると、半導体膜
は表面から瞬時に溶融し、その後基板への熱伝導のため
溶融した半導体膜は基板側から冷却し凝固する。この凝
固過程において再結晶化し、大粒径の結晶性半導体膜と
なる。しかし、いったん溶融させるため、体積膨張がお
こるため半導体膜表面に凹凸(リッジ)が生ずる。トッ
プゲート型のTFTの場合には、凹凸のある表面がゲー
ト絶縁膜との界面となるため、素子特性が大きく左右さ
れる。
When the semiconductor film is irradiated with an excimer laser, the semiconductor film is instantaneously melted from the surface, and then the semiconductor film is cooled and solidified from the substrate side due to heat conduction to the substrate. During this solidification process, it is recrystallized to form a crystalline semiconductor film having a large grain size. However, once melted, volume expansion occurs, so that irregularities (ridges) occur on the surface of the semiconductor film. In the case of a top-gate type TFT, the device characteristics are greatly affected because the uneven surface is an interface with the gate insulating film.

【0024】以下に、本発明人による実験結果を用い
て、本発明の高温アニールの効果を説明する。
Hereinafter, the effect of the high-temperature annealing of the present invention will be described with reference to experimental results by the present inventors.

【0025】まず、実験手順を説明する。石英基板に非
晶質珪素膜を厚さ50nm成膜した。成膜には、減圧CV
D法を用い、成膜ガスとして、ジシラン(Si26
(流量250sccm)、ヘリウム(He)(流量300sc
cm)とした。基板温度465℃、成膜時の圧力は0.5
torrとした。
First, the experimental procedure will be described. An amorphous silicon film having a thickness of 50 nm was formed on a quartz substrate. For film formation, reduced pressure CV
Using method D, disilane (Si 2 H 6 )
(Flow rate 250sccm), helium (He) (flow rate 300sccm)
cm). Substrate temperature 465 ° C., pressure during film formation is 0.5
torr.

【0026】非晶質珪素膜表面をバッファードフッ酸で
エッチングして自然酸化膜や汚染物を除去した。つぎ
に、XeClエキシマレーザー光を照射して、非晶質珪
素膜を結晶化した。レーザー照射時の雰囲気は大気中で
あり、また基板温度は室温とし、レーザーエネルギー密
度は400mJ/cm2 であり、レーザー光のパルス幅は1
50nsecである。
The surface of the amorphous silicon film was etched with buffered hydrofluoric acid to remove a natural oxide film and contaminants. Next, XeCl excimer laser light was irradiated to crystallize the amorphous silicon film. The atmosphere at the time of laser irradiation is air, the substrate temperature is room temperature, the laser energy density is 400 mJ / cm 2 , and the pulse width of the laser light is 1
50 nsec.

【0027】そして、結晶性珪素膜を高温アニール処理
した。高温アニール処理の条件は以下のようにした。雰
囲気は100%の水素とし、真空度は700torr、アニ
ール温度は1000℃、アニール時間は25分とした。
なお高温アニール処理前に、結晶性珪素膜をフッ酸でウ
ェットエッチング処理して、表面の自然酸化膜や汚染物
を除去した。
Then, the crystalline silicon film was subjected to a high-temperature annealing treatment. The conditions for the high-temperature annealing treatment were as follows. The atmosphere was 100% hydrogen, the degree of vacuum was 700 torr, the annealing temperature was 1000 ° C., and the annealing time was 25 minutes.
Before the high-temperature annealing, the crystalline silicon film was wet-etched with hydrofluoric acid to remove a natural oxide film and contaminants on the surface.

【0028】高温アニールの効果を確認するため、高温
アニール前後の結晶性珪素膜の表面をSEMで観察し
た、図10に高温アニール前の観察写真を、図11に高
温アニール後の観察写真を示す。図10、図11からも
明らかなように、表面形状が高温アニール前後で明らか
に異なっている。
In order to confirm the effect of the high-temperature annealing, the surface of the crystalline silicon film before and after the high-temperature annealing was observed by SEM. FIG. 10 shows an observation photograph before the high-temperature annealing, and FIG. 11 shows an observation photograph after the high-temperature annealing. . As is clear from FIGS. 10 and 11, the surface shapes are clearly different before and after high-temperature annealing.

【0029】更に珪素膜の表面形状をAFM(原子間力
顕微鏡)でも観察した。図11に高温アニール前の結晶
性珪素膜のAFMによる観察像を示し、図12に高温ア
ニール後の結晶性珪素膜のAFMによる観察像を示す。
なお、観察範囲は図11、図12とも1.5μm×1.
5μmの矩形の領域である。
Further, the surface shape of the silicon film was also observed by AFM (atomic force microscope). FIG. 11 shows an AFM observation image of the crystalline silicon film before high-temperature annealing, and FIG. 12 shows an AFM observation image of the crystalline silicon film after high-temperature annealing.
The observation range was 1.5 μm × 1.
This is a rectangular area of 5 μm.

【0030】図11、図12から明らかなように、高温
アニールの前後で結晶性珪素膜の表面形状は明らかに異
なっている。高温アニール前・後とも結晶性珪素膜表面
に凹凸があるが、高温アニール前では凸部が急峻でその
頂部は尖っており、全体的に鋸歯状を呈している。この
ような凸部を有する表面がゲート絶縁膜とチャネル形成
領域の界面となると、素子の特性に非常に悪影響を及ぼ
すと考えられる。対照的に、高温アニール後の凸部はな
めらかであり、頂部は丸みを帯びているため、ゲート絶
縁膜/チャネル形成領域界面特性は高温アニール前より
も改善される。
As is clear from FIGS. 11 and 12, the surface shape of the crystalline silicon film before and after the high-temperature annealing is clearly different. Before and after the high-temperature annealing, the surface of the crystalline silicon film has irregularities, but before the high-temperature annealing, the projections are steep and the tops are sharp, and the entire surface has a saw-tooth shape. It is considered that when the surface having such a convex portion becomes the interface between the gate insulating film and the channel formation region, the characteristics of the element are extremely adversely affected. In contrast, the convexities after the high-temperature annealing are smooth and the tops are rounded, so that the interface characteristics of the gate insulating film / channel formation region are improved as compared to before the high-temperature annealing.

【0031】図9〜図13に示す観察像からでも、高温
アニールよって結晶化珪素膜の表面が平坦化、平滑化さ
れることが理解できるが、更に、高温アニール前後の表
面形状の差異を定量化するため、AFM像の高さのHist
ogram(ヒストグラム)分布を算出した。更にこのHisto
gram分布のBearing Ratio曲線を算出した。BearingRati
o曲線とはHistogram分布の累積度数を示すカーブであ
る。
From the observation images shown in FIGS. 9 to 13, it can be understood that the surface of the crystallized silicon film is flattened and smoothed by the high-temperature annealing. Hist of the height of the AFM image
The ogram (histogram) distribution was calculated. Furthermore this Histo
The Bearing Ratio curve of the gram distribution was calculated. BearingRati
The o curve is a curve indicating the cumulative frequency of the histogram distribution.

【0032】図14、図15にAFM像の高さのヒスト
グラムとBearing Ratio曲線を示す。図14は高温アニ
ール前のデータであり、ヒストグラムのピッチはおよそ
0.16nmである。図15は高温アニール後のデータで
あり、ヒストグラムのピッチはおよそ0.20nmであ
る。
FIGS. 14 and 15 show a histogram of the height of the AFM image and a bearing ratio curve. FIG. 14 shows data before high-temperature annealing, and the pitch of the histogram is about 0.16 nm. FIG. 15 shows data after high-temperature annealing, and the pitch of the histogram is about 0.20 nm.

【0033】AFMによる測定領域は1.5μm×1.
5μmである。Bearing Ratio曲線とはヒストグラムのデ
ータの累積度数を表した曲線である。図14、図15の
曲線は高さの最大値から累積したものであり、最大値か
ら任意の高さの面積が全面積に占める割合(%)を示し
ている。また、図14、図15において、グラフ中の点
線で示す水平線はP−V値(Peak to Valley、高さの最
大値と最小値の差分)の1/2の値を示す。
The measurement area by AFM is 1.5 μm × 1.
5 μm. The bearing ratio curve is a curve representing the cumulative frequency of the data of the histogram. The curves in FIGS. 14 and 15 are accumulated from the maximum value of the height, and show the ratio (%) of the area of an arbitrary height from the maximum value to the total area. In FIGS. 14 and 15, a horizontal line indicated by a dotted line in the graph indicates a half value of the PV value (Peak to Valley, the difference between the maximum value and the minimum value of the height).

【0034】更に、高温アニール前後の珪素膜におい
て、それぞれ10の領域(1.5μm×1.5μmの矩形
の領域)でAFM像を観察し、各観察領域での2-1(P
−V値)におけるBearing Ratioを算出した。各観察領
域におけるBearing Ratioとその統計データを図16に
示す。
Further, in the silicon film before and after the high-temperature annealing, an AFM image was observed in ten regions (a rectangular region of 1.5 μm × 1.5 μm), and 2 −1 (P
-V value) was calculated. FIG. 16 shows the bearing ratio and the statistical data in each observation region.

【0035】図14、図15の曲線を比較すると、高温
アニール前の高さ分布は低部側に偏っているが、高温ア
ニール後ではその偏りが高いほうへシフトして、ヒスト
グラムはP−Vの1/2の位置に対して対称的になって
いる。このことはBearing Ratio曲線から容易に理解で
きる。
Comparing the curves in FIGS. 14 and 15, the height distribution before the high-temperature annealing is biased toward the lower part, but after the high-temperature annealing, the bias shifts to the higher side, and the histogram shows the PV. Are symmetrical with respect to the half of the position. This can be easily understood from the Bearing Ratio curve.

【0036】高さが2-1(P−V)におけるBearing Ra
tioは図14では約20%であり、図15では約51%
である。即ち、高さが最高値から2-1(P−V値)の範
囲にある領域の面積が全面積に占める割合は、高温アニ
ール前は約20%であるのに対して、高温アニール後は
約51%である。この割合の違いからも、高温アニール
によって、尖っていた頂部が丸みを帯びて、珪素膜の表
面が平滑にされたことが理解できる。
Bearing Ra at a height of 2 -1 (PV)
The tio is about 20% in FIG. 14 and about 51% in FIG.
It is. That is, the ratio of the area of the region whose height is in the range of 2 −1 (PV value) from the maximum value to the total area is about 20% before the high-temperature annealing, and after the high-temperature annealing. It is about 51%. From this difference in the ratio, it can be understood that the sharp top is rounded and the surface of the silicon film is smoothed by the high-temperature annealing.

【0037】そこで本発明では、結晶性珪素膜の表面形
状を2-1(P−V値)におけるBearing Ratioで定量化
し、実験結果から2-1(P−V値)におけるBearing Ra
tio、即ち所定の観察領域において、高さが最大値から
-1(P−V値)の範囲にある領域が占める割合は、高
温アニール前の膜では6〜28%の範囲にあり、高温ア
ニール後の膜は29〜72%と推定される。
[0037] Therefore, in the present invention, Rolling Bearings in the crystalline silicon film on the surface shape 2 -1 quantified by Rolling Bearings Ratio of (P-V value), 2 -1 (P-V value) from the experimental results Ra
The ratio occupied by the region whose height is in the range of 2 −1 (PV value) from the maximum value to the tio, that is, the predetermined observation region, is in the range of 6 to 28% in the film before the high-temperature annealing. The film after annealing is estimated to be 29-72%.

【0038】なお、このBearing Ratioの範囲は図16
の統計データから設定したものであり、2-1(P−V
値)におけるBearing Ratioの平均値±3σから算出し
た値である。また、Bearing Ratioは高さの最大値から
累積した値である。
The range of the bearing ratio is shown in FIG.
2 -1 (P-V
Value) is a value calculated from the average ± 3σ of the Bearing Ratio in (Value). The bearing ratio is a value accumulated from the maximum height.

【0039】以上述べたように、本発明では、エキシマ
レーザーなど紫外光によって結晶化された結晶性半導体
膜は表面が溶融されて結晶化されるため、所定の領域に
対して高さが最大値から最大値と最小値の差分の1/2
の範囲にある領域が占める割合は6〜28%となるが、
この結晶性半導体膜を高温アニールよって処理すること
により、この領域の占める割合が29〜72%へと変化
し、膜表面の凸部の頂部を緩やかにすることができる。
As described above, in the present invention, the crystalline semiconductor film crystallized by ultraviolet light such as excimer laser has its surface melted and crystallized. 1/2 of the difference between the maximum and minimum values from
The area occupied by the area is 6 to 28%,
By treating the crystalline semiconductor film by high-temperature annealing, the proportion of this region changes to 29 to 72%, and the tops of the projections on the film surface can be made gentle.

【0040】以上述べた実験は非晶質珪素膜にエキシマ
レーザーを照射した例であるが、本発明の結晶性珪素膜
に照射した場合もほぼ同様な表面形状になると考えられ
る。本発明では高温アニール前のBearing Ratioは実験
結果よりも大きくなると考えられ、高温アニール後のBe
aring Ratioは29〜72%、代表的には35〜60%
の範囲にあると予測される。
The experiment described above is an example in which an amorphous silicon film is irradiated with an excimer laser, but it is considered that the same surface shape is obtained when the crystalline silicon film of the present invention is irradiated. In the present invention, the bearing ratio before high-temperature annealing is considered to be larger than the experimental result,
aring Ratio is 29-72%, typically 35-60%
Is expected to be in the range.

【0041】また、他の発明の構成は、 非晶質半導体
薄膜上の一部又は全部の領域に対して当該非晶質半導体
薄膜の結晶化を助長する触媒元素を添加する工程と、第
1熱処理を行い、前記非晶質半導体薄膜の一部又は全部
の領域を結晶性半導体薄膜に変化させる工程と、前記結
晶性半導体薄膜に対してハロゲン元素を含む還元雰囲気
中で第2熱処理を行う工程と、を有することを特徴とす
るものである。
In another aspect of the present invention, a step of adding a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous semiconductor thin film to a part or all of the region on the amorphous semiconductor thin film, Performing a heat treatment to change a part or all of the amorphous semiconductor thin film into a crystalline semiconductor thin film; and performing a second heat treatment on the crystalline semiconductor thin film in a reducing atmosphere containing a halogen element. And having the following.

【0042】この構成において第2熱処理は900〜1
200℃の温度で行われる。この工程はハロゲン元素に
よる金属元素のゲッタリング作用を狙ったものであり、
非晶質半導体薄膜の結晶化に利用した触媒元素をハロゲ
ン化して除去することを目的としている。
In this configuration, the second heat treatment is 900 to 1
It is performed at a temperature of 200 ° C. This step aims at the gettering action of the metal element by the halogen element,
It is an object of the present invention to halogenate and remove a catalyst element used for crystallization of an amorphous semiconductor thin film.

【0043】[0043]

【発明の実施の形態】以上の構成からなる本願発明の実
施形態について、以下に記載する実施例でもって詳細な
説明を行うこととする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention having the above configuration will be described in detail with reference to the following examples.

【0044】[0044]

【実施例】〔実施例1〕 本実施例では、本願発明を実
施して基板上にTFTを作製する工程について説明す
る。説明には図1を用いる。
[Embodiment 1] In this embodiment, a process of manufacturing a TFT on a substrate by implementing the present invention will be described. FIG. 1 is used for the description.

【0045】まず、基板101として石英基板を用意し
た。基板101としては耐熱性の高い材料を選択しなけ
ればならない。石英基板の代わりにシリコン基板、セラ
ミックス基板、結晶化ガラス基板等の耐熱性の高い材料
を用いることもできる。
First, a quartz substrate was prepared as the substrate 101. As the substrate 101, a material having high heat resistance must be selected. Instead of a quartz substrate, a highly heat-resistant material such as a silicon substrate, a ceramic substrate, a crystallized glass substrate, or the like can be used.

【0046】ただし、石英基板を用いる場合は下地膜を
設けても設けなくても良いが、他の材料を用いる時は下
地膜として絶縁膜を設けることが好ましい。絶縁膜とし
ては、酸化珪素膜(SiOx )、窒化珪素膜(Six N
y )、酸化窒化珪素膜(SiOx Ny )、窒化アルミニ
ウム膜(AlxNy)のいずれか若しくはそれらの積層膜
を用いると良い。
When a quartz substrate is used, a base film may or may not be provided. However, when another material is used, an insulating film is preferably provided as a base film. As the insulating film, a silicon oxide film (SiOx), a silicon nitride film (Six N
y), a silicon oxynitride film (SiOxNy), an aluminum nitride film (AlxNy), or a laminated film thereof.

【0047】また、耐熱性金属層と酸化珪素膜とを積層
した下地膜を用いると放熱効果が大幅に高まるので有効
である。放熱効果は上述の窒化アルミニウム膜と酸化珪
素膜との積層構造でも十分な効果を示す。
It is effective to use a base film in which a heat-resistant metal layer and a silicon oxide film are laminated, since the heat radiation effect is greatly increased. The heat dissipation effect is sufficient even with the above-described laminated structure of the aluminum nitride film and the silicon oxide film.

【0048】こうして絶縁表面を有する基板101が準
備できたら、特開平7−130652号公報に記載され
た技術を利用して30nm厚の結晶性珪素膜102を形成
した。詳細な手段については同公報に記載してあるので
概略のみを説明する。
After the substrate 101 having the insulating surface was thus prepared, a crystalline silicon film 102 having a thickness of 30 nm was formed by utilizing the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-130652. Since detailed means are described in the publication, only an outline will be described.

【0049】まず本実施例では成膜ガスとしてジシラン
(Si26)を用いた。減圧熱CVD法により20〜6
0nm厚の非晶質珪素膜を形成した。この時、膜中に混入
するC(炭素)、N(窒素)及びO(酸素)といった不
純物の濃度を徹底的に管理することが重要である。これ
らの不純物が多く存在すると結晶化の進行が妨げられる
からである。
First, in this embodiment, disilane (Si 2 H 6 ) was used as a film forming gas. 20 to 6 by low pressure thermal CVD
An amorphous silicon film having a thickness of 0 nm was formed. At this time, it is important to thoroughly control the concentration of impurities such as C (carbon), N (nitrogen) and O (oxygen) mixed in the film. This is because the presence of many of these impurities hinders the progress of crystallization.

【0050】本出願人は炭素濃度および窒素の濃度が5
×1018atoms/cm3以下(好ましくは1×1018atoms/cm3
下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm3以下、さらに好
ましくは2×1017atoms/cm3以下)、酸素の濃度が1.5×10
19atoms/cm3以下(好ましくは5×1018atoms/cm3以下、さ
らに好ましくは1×1018atoms/cm3以下)となる様に不純
物濃度を管理した。また、金属元素は1×1017atoms/cm3
なる様に管理した。成膜段階でこの様な濃度管理をして
おけば、外部汚染さえ防げば、TFT作製工程中に不純
物濃度が増加する様なことはない。なお、上記濃度はSI
MS(質量二次イオン分析)の最低濃度領域における値であ
る。
Applicants have reported that the carbon and nitrogen
Less than × 10 18 atoms / cm 3 (preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, more preferably 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, more preferably 2 × 10 17 atoms / cm 3 or less) Concentration is 1.5 × 10
The impurity concentration was controlled so as to be 19 atoms / cm 3 or less (preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less). The metal element was controlled to be 1 × 10 17 atoms / cm 3 . If such concentration control is performed at the film formation stage, as long as external contamination is prevented, the impurity concentration will not increase during the TFT manufacturing process. The above concentration is SI
It is the value in the lowest concentration region of MS (mass secondary ion analysis).

【0051】非晶質珪素膜を成膜したら、非晶質珪素膜
の全面(全部の領域)に対して非晶質珪素膜の結晶化を
助長する触媒元素を添加した。具体的には、10ppmの
酢酸ニッケル塩溶液をスピンコート法により塗布し、4
50℃1時間程度の水素出しを行った。
After the formation of the amorphous silicon film, a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous silicon film was added to the entire surface (all regions) of the amorphous silicon film. Specifically, a 10 ppm nickel acetate solution is applied by spin coating,
Dehydrogenation was performed at 50 ° C. for about 1 hour.

【0052】そしてその後、不活性雰囲気、水素雰囲気
または酸素雰囲気において500〜700℃(代表的に
は550〜650℃)の温度で4〜24時間の加熱処理
を加えて結晶性珪素膜102を得た。この結晶性珪素膜
102にはニッケルが1×10 18〜1×1019atoms/cm
3の濃度で残存する。(図1(A))
After that, an inert atmosphere and a hydrogen atmosphere
Or 500 to 700 ° C. in an oxygen atmosphere (typically,
Is 550 to 650 ° C) for 4 to 24 hours
Was added to obtain a crystalline silicon film 102. This crystalline silicon film
102 is 1 × 10 nickel 18~ 1 × 1019atoms / cm
ThreeAt a concentration of. (Fig. 1 (A))

【0053】なお、厳密に言うとスピンコートした時点
では非晶質珪素膜中にニッケルは添加されていない。し
かし、その後の水素だし工程でニッケルが非晶質珪素膜
中へと容易に拡散するので実質的には添加工程と考えて
良い。
Strictly speaking, nickel was not added to the amorphous silicon film at the time of spin coating. However, nickel can be easily diffused into the amorphous silicon film in the subsequent hydrogen pouring step, so that it can be considered as a substantial addition step.

【0054】なお、減圧熱CVD法で形成した非晶質珪
素膜と同等の膜質が得られるのであればプラズマCVD
法を用いても良い。また、非晶質珪素膜の代わりに非晶
質珪素膜中にゲルマニウムを含有させたシリコンゲルマ
ニウム(SixxGe1-x (0<X<1)で表される)等の非晶質半
導体薄膜を用いても良い。その場合、シリコンゲルマニ
ウム中に含まれるゲルマニウムは5atomic%以下となる
様にしておくことが望ましい。
Incidentally, if a film quality equivalent to that of an amorphous silicon film formed by a low pressure thermal CVD method can be obtained, plasma CVD is used.
Method may be used. Also, an amorphous semiconductor thin film such as silicon germanium (expressed as Si x xGe 1-x (0 <X <1)) containing germanium in the amorphous silicon film instead of the amorphous silicon film May be used. In this case, it is desirable that germanium contained in silicon germanium be 5 atomic% or less.

【0055】また、ニッケル以外にもコバルト(C
o)、鉄(Fe)、パラジウム(Pd)、白金(P
t)、銅(Cu)、金(Au)といった格子侵入型の触
媒元素またはゲルマニウム(Ge)、鉛(Pb)、錫
(Sn)といった格子置換型(または溶融型)の触媒元
素から選ばれた一種または複数種を用いることもでき
る。
In addition to nickel, cobalt (C
o), iron (Fe), palladium (Pd), platinum (P
t), a lattice intrusion type catalyst element such as copper (Cu) or gold (Au) or a lattice substitution type (or fusion type) catalyst element such as germanium (Ge), lead (Pb) or tin (Sn). One or more types can be used.

【0056】こうして図1(A)の状態が得られたら、
次に紫外光又は赤外光を結晶性珪素膜102に対して照
射した。本実施例ではXeClを励起ガスとしたエキシマレ
ーザー照射によって熱処理を行った。エキシマレーザー
のビーム形状は線状ビームであっても良いが、処理の均
一性を高めるには面状ビームであることが望ましい。
(図1(B))
When the state shown in FIG. 1A is obtained,
Next, the crystalline silicon film 102 was irradiated with ultraviolet light or infrared light. In this embodiment, the heat treatment was performed by excimer laser irradiation using XeCl as an excitation gas. The beam shape of the excimer laser may be a linear beam, but is preferably a planar beam in order to improve the uniformity of the processing.
(FIG. 1 (B))

【0057】この時のレーザーエネルギーは100〜2
50mJ/cm2の条件で行うことが望ましい。エネルギーが
強すぎると結晶粒界における結晶格子の連続性が損なわ
れてしまう可能性がある。なお、この紫外光又は赤外光
を照射する工程は省略しても構わない。
The laser energy at this time is 100 to 2
It is desirable to carry out under the condition of 50 mJ / cm 2 . If the energy is too strong, the continuity of the crystal lattice at the crystal grain boundaries may be impaired. Note that the step of irradiating the ultraviolet light or the infrared light may be omitted.

【0058】こうして結晶性が改善された結晶性珪素膜
103を得た。次に、還元雰囲気中で900〜1200
℃(好ましくは1000〜1150℃)の温度範囲の熱
処理工程を行った。本実施例では水素雰囲気中で105
0℃、20分の加熱処理を行った。(図1(C))
Thus, a crystalline silicon film 103 having improved crystallinity was obtained. Next, 900 to 1200 in a reducing atmosphere.
The heat treatment step was performed in a temperature range of ° C (preferably 1000 to 1150 ° C). In this embodiment, 105
Heat treatment was performed at 0 ° C. for 20 minutes. (Fig. 1 (C))

【0059】還元雰囲気としては水素雰囲気、アンモニ
ア雰囲気、水素又はアンモニアを含む不活性雰囲気(水
素と窒素又は水素とアルゴンの混合雰囲気など)が望ま
しいが、不活性雰囲気でも結晶性珪素膜の表面の平坦化
は可能である。しかし、還元作用を利用して自然酸化膜
の還元を行うとエネルギーの高いシリコン原子が多く発
生し、結果的に平坦化効果が高まるので好ましい。
The reducing atmosphere is preferably a hydrogen atmosphere, an ammonia atmosphere, or an inert atmosphere containing hydrogen or ammonia (such as a mixed atmosphere of hydrogen and nitrogen or a mixture of hydrogen and argon). However, even in the inert atmosphere, the surface of the crystalline silicon film is flat. Is possible. However, it is preferable to reduce the natural oxide film by utilizing the reducing action, since many silicon atoms having high energy are generated, and as a result, the flattening effect is enhanced.

【0060】ただし、特に注意が必要なのは雰囲気中に
含まれる酸素又は酸素化合物(例えばOH基)の濃度を
10ppm以下(好ましくは1ppm以下)にしておくことで
ある。さもないと水素による還元反応が起こらなくなっ
てしまう。
However, it is particularly necessary to keep the concentration of oxygen or oxygen compounds (for example, OH groups) contained in the atmosphere at 10 ppm or less (preferably 1 ppm or less). Otherwise, the reduction reaction by hydrogen will not occur.

【0061】こうして結晶性珪素膜104を得た。結晶
性珪素膜104は900〜1200℃という高い温度に
おける水素熱処理によって非常に表面が平坦化された。
また、高い温度で熱処理されるので、結晶粒内には殆ど
積層欠陥等が存在しなかった。この点については後述す
る。
Thus, a crystalline silicon film 104 was obtained. The surface of the crystalline silicon film 104 was extremely flattened by a hydrogen heat treatment at a high temperature of 900 to 1200 ° C.
Further, since the heat treatment was performed at a high temperature, there were almost no stacking faults or the like in the crystal grains. This will be described later.

【0062】こうして実質的に単結晶と見なせる結晶性
珪素膜104が得られたら、次に結晶性珪素膜104を
パターニングして活性層105を形成した。なお、本実
施例では活性層を形成する前に水素雰囲気中での熱処理
を行っているが、活性層を形成した後に行うこともでき
る。その場合、パターン化されていることによって結晶
性珪素膜に発生する応力が緩和されるため好ましい。
When the crystalline silicon film 104 substantially regarded as a single crystal was obtained, the crystalline silicon film 104 was patterned to form an active layer 105. In this embodiment, the heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere before forming the active layer. However, the heat treatment may be performed after forming the active layer. In that case, it is preferable that the patterning reduces the stress generated in the crystalline silicon film.

【0063】そして熱酸化工程を行って活性層105の
表面に10nm厚の酸化珪素膜106を形成した。この酸
化珪素膜106はゲート絶縁膜として機能する。また、
活性層は5nmの厚さだけ膜減りするため膜厚は30nmと
なった。最終的に5〜40nm厚の活性層(特にチャネル
形成領域)が残る様に、熱酸化による膜減りを考慮して
非晶質珪素膜(出発膜)の膜厚を決定しておくことが必
要である。
Then, a silicon oxide film 106 having a thickness of 10 nm was formed on the surface of the active layer 105 by performing a thermal oxidation step. This silicon oxide film 106 functions as a gate insulating film. Also,
The thickness of the active layer was 30 nm because the thickness of the active layer was reduced by 5 nm. It is necessary to determine the film thickness of the amorphous silicon film (starting film) in consideration of film reduction due to thermal oxidation so that an active layer (particularly, a channel forming region) having a thickness of 5 to 40 nm is finally left. It is.

【0064】ゲート絶縁膜106を形成したら、その上
に導電性を有する多結晶珪素膜を形成し、パターニング
によりゲート配線107を形成した。(図1(D))
After the gate insulating film 106 was formed, a polycrystalline silicon film having conductivity was formed thereon, and a gate wiring 107 was formed by patterning. (Fig. 1 (D))

【0065】なお、本実施例ではゲート配線としてN型
導電性を持たせた多結晶珪素膜を利用するが、材料はこ
れに限定されるものではない。特に、ゲート配線の抵抗
を下げるにはタンタル、タンタル合金又はタンタルと窒
化タンタルとの積層膜を用いることも有効である。さら
に低抵抗なゲート配線を狙うならば銅や銅合金を用いて
も有効である。
In this embodiment, a polycrystalline silicon film having N-type conductivity is used as the gate wiring, but the material is not limited to this. In particular, it is effective to use tantalum, a tantalum alloy, or a stacked film of tantalum and tantalum nitride to reduce the resistance of the gate wiring. If a low-resistance gate wiring is aimed at, it is effective to use copper or a copper alloy.

【0066】図1(D)の状態が得られたら、N型導電
性又はP型導電性を付与する不純物を添加して不純物領
域108を形成した。この時の不純物濃度は後のLDD
領域の不純物濃度を鑑みて決定した。本実施例では1×
1018atoms/cm3の濃度で砒素を添加したが、不純物も
濃度も本実施例に限定される必要はない。
When the state shown in FIG. 1D was obtained, an impurity imparting N-type conductivity or P-type conductivity was added to form an impurity region 108. At this time, the impurity concentration is
It was determined in consideration of the impurity concentration in the region. In this embodiment, 1 ×
Although arsenic was added at a concentration of 10 18 atoms / cm 3 , neither the impurity nor the concentration need be limited to this embodiment.

【0067】次に、ゲート配線107の表面に5〜10
nm程度の薄い酸化珪素膜109を形成した。これは熱酸
化法やプラズマ酸化法を用いて形成すれば良い。この酸
化珪素膜109の形成には、次のサイドウォール形成工
程でエッチングストッパーとして機能させる目的があ
る。
Next, 5 to 10
A thin silicon oxide film 109 of about nm was formed. This may be formed using a thermal oxidation method or a plasma oxidation method. The purpose of forming the silicon oxide film 109 is to function as an etching stopper in the next sidewall formation step.

【0068】エッチングストッパーとなる酸化珪素膜1
09を形成したら、窒化珪素膜を形成してエッチバック
を行い、サイドウォール110を形成した。こうして図
1(E)の状態を得た。
Silicon oxide film 1 serving as etching stopper
After the formation of 09, a silicon nitride film was formed and etched back to form a sidewall 110. Thus, the state shown in FIG.

【0069】なお、本実施例ではサイドウォールとして
窒化珪素膜を用いたが、多結晶珪素膜や非晶質珪素膜を
用いることもできる。勿論、ゲート配線の材料が変われ
ば、それに応じてサイドウォールとして用いることので
きる材料も変わることは言うまでもない。
Although the silicon nitride film is used as the side wall in this embodiment, a polycrystalline silicon film or an amorphous silicon film may be used. Needless to say, if the material of the gate wiring changes, the material that can be used as the sidewall changes accordingly.

【0070】次に、再び先程と同一導電型の不純物を添
加した。この時に添加する不純物濃度は先程の工程より
も高い濃度とした。本実施例では不純物として砒素を用
い、濃度は1×1021atoms/cm3とするがこれに限定す
る必要はない。この不純物の添加工程によりソース領域
111、ドレイン領域112、LDD領域113及びチ
ャネル形成領域114が画定した。(図1(F))
Next, impurities of the same conductivity type as above were added again. The concentration of the impurity added at this time was higher than that in the previous step. In the present embodiment, arsenic is used as an impurity and the concentration is 1 × 10 21 atoms / cm 3 , but it is not necessary to limit to this. The source region 111, the drain region 112, the LDD region 113, and the channel formation region 114 were defined by the impurity doping process. (FIG. 1 (F))

【0071】こうして各不純物領域が形成されたらファ
ーネスアニール、レーザーアニール又はランプアニール
等の熱処理により不純物の活性化を行った。
After the formation of each impurity region, the impurities were activated by heat treatment such as furnace annealing, laser annealing or lamp annealing.

【0072】次に、ゲート配線107、ソース領域11
1及びドレイン領域112の表面に形成された酸化珪素
膜を除去し、それらの表面を露呈させた。そして、5nm
程度のコバルト膜(図示せず)を形成して熱処理工程を
行った。この熱処理によりコバルトとシリコンとの反応
が起こり、シリサイド層(コバルトシリサイド層)11
5が形成された。(図1(G))
Next, the gate wiring 107 and the source region 11
The silicon oxide films formed on the surfaces of the first and drain regions 112 were removed to expose those surfaces. And 5nm
A heat treatment process was performed after forming a cobalt film (not shown) to a degree. This heat treatment causes a reaction between cobalt and silicon, and the silicide layer (cobalt silicide layer) 11
5 was formed. (Fig. 1 (G))

【0073】この技術は公知のサリサイド技術である。
従って、コバルトの代わりにチタンやタングステンを用
いても構わないし、熱処理条件等は公知技術を参考にす
れば良い。本実施例では赤外光を照射して熱処理工程を
行った。
This technique is a known salicide technique.
Therefore, titanium or tungsten may be used instead of cobalt, and the heat treatment conditions and the like may be referred to a known technique. In this embodiment, the heat treatment step was performed by irradiating infrared light.

【0074】こうしてシリサイド層115を形成した
ら、コバルト膜を除去した。その後、1μm厚の層間絶
縁膜116を形成した。層間絶縁膜116としては、酸
化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜又は樹脂膜(ポ
リイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、
ベンゾシクロブテン(BCB)等)を用いれば良い。ま
た、これらの絶縁膜を自由な組み合わせで積層しても良
い。
After the formation of the silicide layer 115, the cobalt film was removed. Thereafter, an interlayer insulating film 116 having a thickness of 1 μm was formed. As the interlayer insulating film 116, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or a resin film (polyimide, acrylic, polyamide, polyimide amide,
Benzocyclobutene (BCB) or the like may be used. Further, these insulating films may be stacked in any combination.

【0075】次に、層間絶縁膜116にコンタクトホー
ルを形成してアルミニウムを主成分とする材料でなるソ
ース配線117及びドレイン配線118を形成した。最
後に素子全体に対して水素雰囲気中で300℃2時間の
ファーネスアニールを行い、水素化を完了した。
Next, a contact hole was formed in the interlayer insulating film 116 to form a source wiring 117 and a drain wiring 118 made of a material containing aluminum as a main component. Finally, the entire device was subjected to furnace annealing at 300 ° C. for 2 hours in a hydrogen atmosphere to complete hydrogenation.

【0076】こうして、図1(G)に示す様なTFTが
得られた。なお、本実施例で説明した構造は一例であっ
て本願発明を適用しうるTFT構造はこれに限定されな
い。従って、公知のあらゆる構造のTFTに対して適用
可能である。また、結晶性珪素膜104を形成した以降
の工程における数値条件も本実施例に限定される必要は
ない。さらには、公知のチャネルドープ工程(しきい値
電圧を制御するための不純物添加工程)を本実施例のど
こかに導入してもなんら問題はない。
Thus, a TFT as shown in FIG. 1 (G) was obtained. The structure described in this embodiment is an example, and the TFT structure to which the present invention can be applied is not limited to this. Therefore, the present invention can be applied to any known TFT. Also, the numerical conditions in the steps after the formation of the crystalline silicon film 104 need not be limited to the present embodiment. Furthermore, there is no problem if a known channel doping step (an impurity adding step for controlling a threshold voltage) is introduced somewhere in this embodiment.

【0077】また、本実施例では出発膜である非晶質珪
素膜を成膜する段階で徹底的にC、N、Oといった不純
物の濃度を管理しているため、完成したTFTの活性層
中に含まれる各不純物濃度は、炭素及び窒素の濃度が5×
1018atoms/cm3以下(好ましくは1×1018atoms/cm3
下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm3以下、さらに好
ましくは2×1017atoms/cm3以下)、酸素の濃度が1.5×10
19atoms/cm3以下(好ましくは5×1018atoms/cm3以下、さ
らに好ましくは1×1018atoms/cm3以下)のままであっ
た。また、金属元素は1×1017atoms/cm3以下であった。
In this embodiment, since the concentrations of impurities such as C, N, and O are thoroughly controlled at the stage of forming the amorphous silicon film as the starting film, the active layer of the completed TFT is formed. The concentration of each impurity contained in the
Oxygen concentration of 10 18 atoms / cm 3 or less (preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, more preferably 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, more preferably 2 × 10 17 atoms / cm 3 or less) But 1.5 × 10
It remained at 19 atoms / cm 3 or less (preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less). The metal element was 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less.

【0078】また、本願発明はトップゲート構造に限ら
ず、逆スタガ型TFTに代表されるボトムゲート構造に
対しても容易に適用することが可能であることは言うま
でもない。
It is needless to say that the present invention can be easily applied not only to a top gate structure but also to a bottom gate structure represented by an inverted staggered TFT.

【0079】また、本実施例ではNチャネル型TFTを
例にとって説明したが、公知技術と組み合わせればPチ
ャネル型TFTを作製することも容易である。さらに公
知技術を組み合わせれば同一基板上にNチャネル型TF
TとPチャネル型TFTとを形成して相補的に組み合わ
せ、CMOS回路を形成することも可能である。
In this embodiment, an N-channel TFT has been described as an example. However, it is easy to manufacture a P-channel TFT by combining with a known technique. Furthermore, if known technologies are combined, an N-channel type TF can be formed on the same substrate.
It is also possible to form a CMOS circuit by forming and combining T and P-channel TFTs complementarily.

【0080】さらに、図1(G)の構造においてドレイ
ン配線118と電気的に接続する画素電極(図示せず)
を公知の手段で形成すればアクティブマトリクス型表示
装置の画素スイッチング素子を形成することも容易であ
る。
Further, in the structure of FIG. 1G, a pixel electrode (not shown) electrically connected to the drain wiring 118
Is formed by known means, it is easy to form a pixel switching element of an active matrix display device.

【0081】即ち、本願発明は液晶表示装置やEL(エ
レクトロルミネッセンス)表示装置などのアクティブマ
トリクス型の電気光学装置を作製する際にも実施するこ
とが可能である。
That is, the present invention can be applied to the manufacture of an active matrix type electro-optical device such as a liquid crystal display device or an EL (electroluminescence) display device.

【0082】〔活性層の結晶構造に関する知見〕 上記
作製工程に従って形成した活性層は、微視的に見れば複
数の針状又は棒状の結晶(以下、棒状結晶と略記する)
が集まって並んだ結晶構造を有していると考えられる。
このことはTEM(透過型電子顕微鏡法)による観察で
容易に確認することができる。更に、結晶粒界における
結晶格子の連続性が非常に高い結晶構造を有しているこ
とも予測される。
[Knowledge on Crystal Structure of Active Layer] The active layer formed in accordance with the above-described manufacturing process has a plurality of needle-like or rod-like crystals (hereinafter abbreviated as rod-like crystals) when viewed microscopically.
Are considered to have a crystal structure arranged in a row.
This can be easily confirmed by observation with a TEM (transmission electron microscope). Further, it is also expected that the crystal lattice has a crystal structure in which continuity of the crystal lattice is very high.

【0083】この結晶粒界の連続性は電子線回折、X線
回折を利用して確認することができる。結晶格子の連続
性が高い結晶性珪素でなる活性層の表面(チャネルを形
成する部分)が結晶軸に多少のずれが含まれているもの
の主たる配向面が{110}面でり、{110}面に対
応する回折斑点がきれいに現れているが、各斑点は同心
円上に分布を持つことになる。
The continuity of the crystal grain boundaries can be confirmed by using electron diffraction and X-ray diffraction. Although the surface (portion forming a channel) of the active layer made of crystalline silicon having a high continuity of the crystal lattice includes a slight shift in the crystal axis, the main orientation plane is {110} plane, and {110}. Diffraction spots corresponding to the surface appear clearly, but each spot has a distribution on concentric circles.

【0084】その様子を模式的に図8に示す。図8
(A)は電子線回折パターンの一部を模式的に示した図
である。図8(A)において、1201で示される複数
の輝点は〈110〉入射に対応する回折スポットであ
る。複数の回折スポット1201は電子線照射エリアの
中心点1202を中心にして同心円上に分布している。
FIG. 8 schematically shows this state. FIG.
(A) is a diagram schematically showing a part of an electron beam diffraction pattern. In FIG. 8A, a plurality of bright points 1201 are diffraction spots corresponding to <110> incidence. The plurality of diffraction spots 1201 are distributed concentrically around the center point 1202 of the electron beam irradiation area.

【0085】ここで、点線で囲まれた領域1203を拡
大したものを図8(B)に示す。図8(B)に示す様
に、照射エリアの中心点1202に対して回折スポット
1201が分布(ゆらぎ)を持っていることが判る。
Here, FIG. 8B shows an enlarged area 1203 surrounded by a dotted line. As shown in FIG. 8B, it can be seen that the diffraction spot 1201 has a distribution (fluctuation) with respect to the center point 1202 of the irradiation area.

【0086】電子線照射エリアの中心点1202から回
折スポット1201に対して引いた接線1204と、電
子線照射エリアの中心点1202と回折スポットの中心
点1205とを結ぶ線分とがなす角は2°以下になる。
この時、接線は2本引けるので、回折スポット1201
の広がりは結局±2°以内の範囲に収まることになる。
An angle formed by a tangent 1204 drawn from the center point 1202 of the electron beam irradiation area to the diffraction spot 1201 and a line connecting the center point 1202 of the electron beam irradiation area and the center point 1205 of the diffraction spot is 2 ° or less.
At this time, since two tangent lines can be drawn, the diffraction spot 1201
Spread is within the range of ± 2 ° after all.

【0087】この傾向は実際の電子線回折パターンの全
域で見受けられ、全体としては±2°以内(典型的には
±1.5°以内、好ましくは±0.5°以内)に収まってい
る。回折スポットが分布を持つとはこの様なことを指し
ている。
This tendency is observed in the entire region of the actual electron diffraction pattern, and is generally within ± 2 ° (typically within ± 1.5 °, preferably within ± 0.5 °). The fact that the diffraction spot has a distribution indicates such a situation.

【0088】また、この様な回折スポットの分布は、同
一の結晶軸を有する個々の結晶粒が互いに結晶軸周りに
回転した配置で集合している際に現れることが知られて
いる。即ち、ある結晶面内に含まれる特定の軸(軸Aと
呼ぶ)と、隣接する他の結晶面内に含まれる軸Aと等価
な軸(軸Bと呼ぶ)とがなす角を回転角と呼ぶと、その
回転角に相当する分だけ回折スポットの現れる位置がず
れるのである。
It is known that such a distribution of diffraction spots appears when individual crystal grains having the same crystal axis are gathered in an arrangement rotated about the crystal axis. That is, the angle formed by a specific axis (called axis A) included in a certain crystal plane and an axis equivalent to axis A (called axis B) included in another adjacent crystal plane is defined as a rotation angle. In other words, the position where the diffraction spot appears is shifted by an amount corresponding to the rotation angle.

【0089】従って、複数の結晶粒が互いにある回転角
を持った位置関係で集合している場合、個々の結晶粒が
示す回折スポットの集合体として一つの電子線回折パタ
ーンを観察することができる。
Therefore, when a plurality of crystal grains are aggregated in a positional relationship having a certain rotation angle, one electron beam diffraction pattern can be observed as an aggregate of diffraction spots indicated by individual crystal grains. .

【0090】±2°以内(典型的には±1.5°以内、好
ましくは±0.5°以内)の範囲で回折スポットが広がり
を持つ場合、隣接する結晶粒の間では等価な軸がなす回
転角の絶対値が4°以内(典型的には3°以内、好まし
くは1°以内)であることを意味している。
When the diffraction spot has a spread within a range of ± 2 ° (typically ± 1.5 °, preferably ± 0.5 °), the rotation angle of an equivalent axis between adjacent crystal grains is set. It means that the absolute value is within 4 ° (typically within 3 °, preferably within 1 °).

【0091】なお、結晶軸が〈110〉軸の場合、結晶
面内に含まれる等価な軸としては〈111〉軸が挙げら
れるが、本願発明の結晶性半導体薄膜では〈111〉軸
同士が70.5(又は70.4という説もある)の回転
角をもって接した結晶粒界が多く見られる。この場合も
等価な軸が70.5°±2°の回転角をもっていると考
えられる。
When the crystal axis is the <110> axis, the <111> axis can be mentioned as an equivalent axis included in the crystal plane, but in the crystalline semiconductor thin film of the present invention, the <111> axes are 70 There are many crystal grain boundaries in contact with a rotation angle of 0.5 (or 70.4). Also in this case, it is considered that the equivalent axis has a rotation angle of 70.5 ° ± 2 °.

【0092】即ち、このような場合には、結晶粒の間で
は、等価な軸又は等価な軸に対して70.5°の回転関
係にある軸がなす回転角の絶対値が4°以内(典型的に
は3°以内、好ましくは1°以内)であるとも言える。
That is, in such a case, the absolute value of the rotation angle between the crystal grains formed by the equivalent axis or the axis having a rotational relationship of 70.5 ° with respect to the equivalent axis is within 4 ° ( (Typically within 3 °, preferably within 1 °).

【0093】また、結晶粒界をHR−TEM(高分解能
透過型電子顕微鏡法)により観察して、結晶粒界におい
て結晶格子に連続性があることを確認することもでき
る。HR−TEMでは、観察される格子縞が結晶粒界に
おいて連続的に繋がっているか、否かが容易に確認でき
る。
Further, by observing the crystal grain boundaries by HR-TEM (high-resolution transmission electron microscopy), it is possible to confirm that the crystal lattice has continuity at the crystal grain boundaries. With HR-TEM, it can be easily confirmed whether or not the observed lattice fringes are continuously connected at the crystal grain boundaries.

【0094】なお、結晶粒界における結晶格子の連続性
は、その結晶粒界が「平面状粒界」と呼ばれる粒界であ
ることに起因する。本明細書における平面状粒界の定義
は、「Characterization of High-Efficiency Cast-Si
Solar Cell Wafersby MBIC Measurement;Ryuichi Shim
okawa and Yutaka Hayashi,Japanese Journal of Appl
ied Physics vol.27,No.5,pp.751-758,1988」に記載
された「Planar boundary 」である。
The continuity of the crystal lattice at the crystal grain boundaries is caused by the fact that the crystal grain boundaries are grain boundaries called “planar grain boundaries”. The definition of the planar grain boundary in this specification is `` Characterization of High-Efficiency Cast-Si
Solar Cell Wafersby MBIC Measurement; Ryuichi Shim
okawa and Yutaka Hayashi, Japanese Journal of Appl
ied Physics vol.27, No.5, pp.751-758, 1988 ".

【0095】上記論文によれば、平面状粒界には双晶粒
界、特殊な積層欠陥、特殊なtwist 粒界などが含まれ
る。この平面状粒界は電気的に不活性であるという特徴
を持つ。即ち、結晶粒界でありながらキャリアの移動を
阻害するトラップとして機能しないため、実質的に存在
しないと見なすことができる。
According to the above-mentioned paper, the planar grain boundaries include twin grain boundaries, special stacking faults, special twist grain boundaries, and the like. This planar grain boundary is characterized by being electrically inactive. In other words, since it is a crystal grain boundary but does not function as a trap that hinders the movement of carriers, it can be considered that it does not substantially exist.

【0096】特に結晶軸(結晶面に垂直な軸)が〈11
0〉軸である場合、{211}双晶粒界はΣ3の対応粒
界とも呼ばれる。Σ値は対応粒界の整合性の程度を示す
指針となるパラメータであり、Σ値が小さいほど整合性
の良い粒界であることが知られている。
In particular, when the crystal axis (the axis perpendicular to the crystal plane) is <11
In the case of the <0> axis, the {211} twin grain boundaries are also called corresponding grain boundaries of {3}. The Σ value is a parameter serving as a guideline indicating the degree of consistency of the corresponding grain boundaries, and it is known that the smaller the Σ value, the better the grain boundaries of consistency.

【0097】本出願人が本願発明の方法を実施して得た
結晶性珪素膜は、結晶粒界の殆ど(90%以上、典型的
には95%以上)がΣ3の対応粒界、即ち{211}双
晶粒界にすることができる。
In the crystalline silicon film obtained by the present applicant by carrying out the method of the present invention, most (90% or more, typically 95% or more) of the crystal grain boundaries are the corresponding grain boundaries of Σ3, that is, {. It can be a 211 ° twin grain boundary.

【0098】二つの結晶粒の間に形成された結晶粒界に
おいて、両方の結晶の面方位が{110}である場合、
{111}面に対応する格子縞がなす角をθとすると、
θ=70.5°の時にΣ3の対応粒界となることが知られて
いる。
In the grain boundary formed between two crystal grains, when the plane orientation of both crystals is {110},
Assuming that the angle formed by the lattice fringes corresponding to the {111} plane is θ,
It is known that when θ = 70.5 °, the corresponding grain boundary becomes Σ3.

【0099】本願発明の結晶性珪素膜は、結晶粒界にお
いて隣接する結晶粒の各格子縞が約70.5°の角度を
もって連続した、即ち結晶粒界が{211}双晶粒界で
ある結晶性珪素膜とであるという結論に辿り着いた。
The crystalline silicon film according to the present invention has a crystal grain boundary in which each lattice fringe of adjacent crystal grains is continuous at an angle of about 70.5 °, that is, the crystal grain boundary is a {211} twin grain boundary. It came to the conclusion that it was a crystalline silicon film.

【0100】なお、θ= 38.9 °の時にはΣ9の対応粒
界となるが、この様な他の結晶粒界も存在した。
When θ = 38.9 °, a corresponding grain boundary of Σ9 was obtained, but such other crystal grain boundaries also existed.

【0101】この様な対応粒界は、同一面方位の結晶粒
間にしか形成されない。即ち、結晶性珪素膜は面方位が
概略{110}で揃っている場合に初めて、広範囲に渡
ってこの様な対応粒界が形成される。
Such a corresponding grain boundary is formed only between crystal grains having the same plane orientation. That is, such a corresponding grain boundary is formed over a wide range only when the plane orientation of the crystalline silicon film is approximately {110}.

【0102】この様な結晶構造(正確には結晶粒界の構
造)は、結晶粒界において異なる二つの結晶粒が極めて
整合性よく接合していることを示している。即ち、結晶
粒界において結晶格子が連続的に連なり、結晶欠陥等に
起因するトラップ準位を非常に作りにくい構成となって
いる。従って、この様な結晶構造を有する結晶性半導体
薄膜は実質的に結晶粒界が存在しないと見なすことがで
きる。
Such a crystal structure (accurately, a structure of a crystal grain boundary) indicates that two different crystal grains are bonded to each other with extremely high consistency at the crystal grain boundary. That is, the crystal lattice is continuously connected at the crystal grain boundary, and it is very difficult to form a trap level due to a crystal defect or the like. Therefore, it can be considered that the crystalline semiconductor thin film having such a crystal structure has substantially no crystal grain boundary.

【0103】またさらに、図1(C)に示す還元雰囲気
における熱処理工程によって結晶粒内に存在する欠陥が
殆ど消滅させることができる。これはこの熱処理工程の
前後で欠陥数が大幅に低減されていることから確認でき
る。
Further, defects present in crystal grains can be almost completely eliminated by the heat treatment step in a reducing atmosphere shown in FIG. This can be confirmed from the fact that the number of defects is significantly reduced before and after this heat treatment step.

【0104】この欠陥数の差は電子スピン共鳴分析(El
ectron Spin Resonance :ESR)によってスピン密度
の差として測定される。実施例1の作製工程によって、
結晶性珪素膜のスピン密度は少なくとも 5×1017spins/
cm3 以下(好ましくは 3×1017spins/cm3 以下)とする
ことができる。ただし、この測定値は現存する測定装置
の検出限界に近いので、実際のスピン密度はさらに低い
と予想される。
The difference in the number of defects was determined by electron spin resonance analysis (El
ectron Spin Resonance (ESR). According to the manufacturing process of the first embodiment,
The spin density of the crystalline silicon film is at least 5 × 10 17 spins /
cm 3 or less (preferably 3 × 10 17 spins / cm 3 or less). However, since this measured value is close to the detection limit of existing measuring devices, the actual spin density is expected to be lower.

【0105】また、この熱処理工程は還元雰囲気、特に
水素雰囲気で行われるので僅かに残った欠陥も水素終端
されて不活性化している。従って、結晶粒内の欠陥は実
質的に存在しないと見なしてよいと考える。
Further, since this heat treatment step is performed in a reducing atmosphere, particularly in a hydrogen atmosphere, slight residual defects are terminated by hydrogen and inactivated. Therefore, it is considered that defects in crystal grains may be regarded as substantially absent.

【0106】以上の事から、本願発明を実施することで
得られた結晶性半導体薄膜は結晶粒内及び結晶粒界が実
質的に存在しないため、単結晶半導体薄膜又は実質的な
単結晶半導体薄膜と考えて良い。
As described above, since the crystalline semiconductor thin film obtained by carrying out the present invention has substantially no inside of the crystal grains and no crystal grain boundary, the single crystal semiconductor thin film or the substantially single crystal semiconductor thin film is obtained. You can think.

【0107】〔TFTの電気特性に関する知見〕 上述
した粒界の連続性の高い結晶性珪素膜で作製されたTF
Tは純粋な単結晶珪素を用いたMOSFETに匹敵する
電気特性を示す。
[Knowledge Regarding Electrical Characteristics of TFT] The TF formed of the crystalline silicon film having a high continuity of the grain boundaries described above.
T indicates an electrical characteristic comparable to a MOSFET using pure single crystal silicon.

【0108】(1)スイッチング性能(オン/オフ動作
切り換えの俊敏性)の指標となるサブスレッショルド係
数が、Nチャネル型TFTおよびPチャネル型TFTと
もに60〜100mV/decade(代表的には60〜85mV/decade )
と小さい。(2)TFTの動作速度の指標となる電界効
果移動度(μFE)が、Nチャネル型TFTで 200〜65
0cm2/Vs (代表的には300〜500cm2/Vs )、Pチャネル
型TFTで100〜300cm2/Vs (代表的には 150〜200cm2/
Vs )と大きくすることが可能である。(3)TFTの
駆動電圧の指標となるしきい値電圧(Vth)が、Nチ
ャネル型TFTで-0.5〜1.5 V、Pチャネル型TFTで
-1.5〜0.5 Vと小さくすることができる。
(1) The sub-threshold coefficient which is an index of the switching performance (the agility of switching on / off operation) is 60 to 100 mV / decade (typically 60 to 85 mV) for both the N-channel TFT and the P-channel TFT. / decade)
And small. (2) The field effect mobility (μFE) which is an index of the operation speed of the TFT is 200 to 65 for the N-channel type TFT.
0 cm 2 / Vs (typically 300~500cm2 / Vs), 100~300cm in P-channel type TFT 2 / Vs (typically 150~200Cm2 /
Vs). (3) The threshold voltage (Vth), which is an index of the driving voltage of the TFT, is -0.5 to 1.5 V for an N-channel TFT, and the threshold voltage (Vth) for a P-channel TFT.
It can be reduced to -1.5 to 0.5 V.

【0109】以上の様に、極めて優れたスイッチング特
性および高速動作特性が実現可能であることが確認され
ている。
As described above, it has been confirmed that extremely excellent switching characteristics and high-speed operation characteristics can be realized.

【0110】〔回路特性に関する知見〕 例えば、リン
グオシレータによる周波数特性が上げられる。。リング
オシレータとはCMOS構造でなるインバータ回路を奇
数段リング状に接続した回路であり、インバータ回路1
段あたりの遅延時間を求めるのに利用される。リングオ
シレータの構成は次の様になっている。 段数:9段T
FTのゲイト絶縁膜の膜厚:30nm及び50nm TFTのゲ
イト長: 0.6μmこの様なリングオシレータによって発
振周波数は最大値で1.04GHzとすることができる。
[Knowledge on Circuit Characteristics] For example, the frequency characteristics of a ring oscillator can be improved. . The ring oscillator is a circuit in which inverter circuits having a CMOS structure are connected in an odd-numbered stage ring shape.
Used to determine the delay time per stage. The configuration of the ring oscillator is as follows. Number of steps: 9 steps T
FT gate insulating film thickness: 30 nm and 50 nm TFT gate length: 0.6 μm With such a ring oscillator, the oscillation frequency can be set to a maximum value of 1.04 GHz.

【0111】またLSI回路のTEGの一つであるシフ
トレジスタを作製して動作周波数は、ゲイト絶縁膜の膜
厚30nm、ゲイト長 0.6μm、電源電圧5V、段数50段
のシフトレジスタ回路の場合では、100 MHzの出力パ
ルスを発生させることが可能である。
A shift register, which is one of the TEGs of the LSI circuit, is manufactured and operated at a frequency of 30 nm for a gate insulating film, a gate length of 0.6 μm, a power supply voltage of 5 V, and a shift register circuit having 50 stages. , 100 MHz output pulse can be generated.

【0112】以上の様なリングオシレータおよびシフト
レジスタの驚異的なデータは、上述した連続性のある結
晶粒界をもつ結晶性珪素を用いたTFTが単結晶シリコ
ンを利用したIGFETに匹敵する、若しくは凌駕する
性能を有していることを示している。
The surprising data of the ring oscillator and the shift register as described above indicate that the TFT using crystalline silicon having a continuous grain boundary is comparable to the IGFET using single crystal silicon, or It shows that it has superior performance.

【0113】(実施例2) 実施例1では非晶質珪素膜
の全面(全部の領域)に対して結晶化を助長する触媒元
素を添加しているが、一部の領域に対して選択的に添加
する方法をとっても良い。その場合には、特開平7−1
30652号公報の実施例2に記載の手段を用いた。
(Example 2) In Example 1, a catalytic element for promoting crystallization is added to the entire surface (entire region) of the amorphous silicon film. May be added. In that case, Japanese Patent Laid-Open No. 7-1
The means described in Example 2 of Japanese Patent No. 30652 was used.

【0114】概略的には、非晶質珪素膜を成膜したら選
択的に絶縁膜を設け、その絶縁膜をマスクとして結晶化
を助長する触媒元素を添加した。具体的には酸化珪素膜
でなるマスクを設けた後、酢酸ニッケル塩溶液をスピン
コート法により塗布して水素だし工程(条件は実施例1
と同様)を行った。
In general, after an amorphous silicon film is formed, an insulating film is selectively provided, and a catalytic element for promoting crystallization is added using the insulating film as a mask. Specifically, after providing a mask made of a silicon oxide film, a nickel acetate solution is applied by a spin coating method to produce hydrogen (the conditions are the same as those in Example 1).
Same as above).

【0115】この状態で結晶化のための熱処理工程を行
うと、ニッケルと直接接触する部分から結晶化が開始さ
れ、マスクの下に潜り込む様な形で結晶化が進行した。
これにより基板とほぼ平行な方向に結晶成長した結晶領
域を得ることができた。本出願人はこの様な特徴を有す
る結晶領域を横成長領域と呼んでいる。この横成長領域
はニッケルが直接添加されないので、結晶化後に含まれ
るニッケル濃度が1×1018〜5×1018atoms/cm3
度と、直接触れて結晶化した場合に較べて1桁程度低
い。
When a heat treatment step for crystallization was performed in this state, crystallization was started from a portion which was in direct contact with nickel, and crystallization proceeded under the mask.
As a result, a crystal region in which the crystal was grown in a direction substantially parallel to the substrate could be obtained. The present applicant calls a crystal region having such characteristics a lateral growth region. Since nickel is not directly added to the lateral growth region, the concentration of nickel contained after crystallization is about 1 × 10 18 to 5 × 10 18 atoms / cm 3, which is about an order of magnitude lower than in the case where crystallization is performed by direct contact. .

【0116】従って、パターニングによって横成長領域
のみを島状に残し、それをTFTの活性層とすることで
ニッケルの如き触媒元素の含有量の少ない活性層を得る
ことができた。
Therefore, an active layer having a small content of a catalytic element such as nickel could be obtained by leaving only the lateral growth region in an island shape by patterning and using it as an active layer of a TFT.

【0117】本実施例の場合、まず結晶化工程までは上
述の手段で行い、形成された結晶性珪素膜(実際にはニ
ッケルが添加された部分と横成長領域のみが結晶化し、
その他の部分は非晶質のままである)を得た。この結晶
構造は、微視的には実施例1と同様であるが、個々の棒
状結晶が巨視的には特定の方向性もって並んでいる点が
実施例1と異なる。
In the case of this embodiment, first, the crystallization step is performed by the above-described means, and the formed crystalline silicon film (actually, only the nickel-added portion and the lateral growth region are crystallized.
The other portions remain amorphous). This crystal structure is microscopically the same as in Example 1, but differs from Example 1 in that individual rod-shaped crystals are macroscopically arranged with a specific direction.

【0118】そして、実施例1で説明した図1(B)〜
図1(G)までの工程を経てTFTを形成した。こうし
て形成されたTFT及びその様なTFTで組まれた回路
は実施例1と同様の優れた電気特性を示すものであっ
た。
FIGS. 1B to 1C described in the first embodiment.
Through the steps up to FIG. 1G, a TFT was formed. The TFT thus formed and a circuit formed by such a TFT exhibited excellent electrical characteristics similar to those of the first embodiment.

【0119】(実施例3) 本実施例では、実施例1又
は実施例2において900〜1200℃の水素アニール
工程を行う前に結晶性珪素膜中から珪素の結晶化を助長
する触媒元素(ニッケルを例にとる)を除去する工程を
行う場合の例について説明する。
(Embodiment 3) In this embodiment, before performing the hydrogen annealing step at 900 to 1200 ° C. in Embodiment 1 or 2, a catalytic element (nickel Will be described below.

【0120】本実施例の場合、膜中のニッケルを除去す
るためにハロゲン元素のゲッタリング作用を利用した。
これはハロゲン元素とニッケルとが化合することで揮発
性のハロゲン化ニッケルになることを利用した技術であ
る。この技術は結晶性珪素膜をハロゲン元素を含む雰囲
気中に置き、700〜1150℃(代表的には950〜
1100℃)の熱処理工程を0.5〜8時間程度行うと
いう構成から成り立つ。
In the present embodiment, the gettering action of a halogen element is used to remove nickel from the film.
This is a technique that utilizes the fact that a halogen element and nickel combine to form a volatile nickel halide. In this technique, a crystalline silicon film is placed in an atmosphere containing a halogen element, and is heated to 700 to 1150 ° C. (typically, 950 to 1150 ° C.).
(1100 ° C.) for about 0.5 to 8 hours.

【0121】本実施例では酸素と塩化水素とを混合した
ガス中に処理基板を置き、950℃1時間の熱処理工程
を行った。この工程により結晶性珪素膜中に残存するニ
ッケル濃度を1×1017atoms/cm3以下にまで低減する
ことができた。なお、1×101 7atoms/cm3付近はSI
MS(質量二次イオン分析)の測定下限であるため、実
際には1×1014atoms/cm3〜1×1016atoms/cm3くら
いの濃度で存在すると予想される。
In this example, the processing substrate was placed in a gas mixture of oxygen and hydrogen chloride, and the heat treatment was performed at 950 ° C. for 1 hour. By this step, the concentration of nickel remaining in the crystalline silicon film could be reduced to 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less. Incidentally, 1 × 10 1 7 atoms / cm 3 near the SI
Since it is the lower limit of measurement of MS (mass secondary ion analysis), it is actually expected that it exists at a concentration of about 1 × 10 14 atoms / cm 3 to 1 × 10 16 atoms / cm 3 .

【0122】また、このハロゲン元素によるゲッタリン
グ工程は900〜1200℃の温度で行う水素アニール
工程の前に行っても後に行っても良い。さらに、水素ア
ニール工程とゲッタリング工程とを兼ねることも可能で
ある。その場合、水素雰囲気中に0.1〜5wt%のハロ
ゲン化水素(代表的には塩化水素)を混合した雰囲気中
で900〜1200℃の熱処理工程を行えば良い。還元
雰囲気中でハロゲン元素によるゲッタリングを行うと、
結晶性珪素膜が酸化されないので酸化珪素膜の異常成長
といった問題は全く起こらない。
Further, the gettering step using the halogen element may be performed before or after the hydrogen annealing step performed at a temperature of 900 to 1200 ° C. Further, the hydrogen annealing step and the gettering step can be combined. In this case, the heat treatment step may be performed at 900 to 1200 ° C. in an atmosphere in which 0.1 to 5 wt% of hydrogen halide (typically, hydrogen chloride) is mixed in a hydrogen atmosphere. When gettering with halogen elements in a reducing atmosphere,
Since the crystalline silicon film is not oxidized, no problem such as abnormal growth of the silicon oxide film occurs.

【0123】本実施例を採用することで、結晶性珪素膜
中から触媒元素を除去又は低減することができる。触媒
元素の濃度は1×1017atoms/cm3以下にまで低減され
るので、触媒元素の存在によってTFT特性(特にオフ
電流値)がばらつく様なことを防ぐことができる。
By adopting this embodiment, the catalytic element can be removed or reduced from the crystalline silicon film. Since the concentration of the catalytic element is reduced to 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less, it is possible to prevent the TFT characteristics (in particular, the off-current value) from being varied due to the presence of the catalytic element.

【0124】(実施例4) 本実施例では、実施例1又
は実施例2において900〜1200℃の水素アニール
工程を行う前に結晶性珪素膜中から珪素の結晶化を助長
する触媒元素(ニッケルを例にとる)を除去するに際し
て実施例3とは異なる手段を用いる場合について説明す
る。
(Embodiment 4) In the present embodiment, before performing the hydrogen annealing step at 900 to 1200 ° C. in Embodiment 1 or 2, a catalytic element (nickel The following describes a case in which means different from that of the third embodiment is used when removing the third embodiment.

【0125】説明には図2を用いる。まず、実施例2に
示された工程を経て非晶質珪素膜の結晶化を行った。具
体的には石英基板201上に非晶質珪素膜(図示せず)
を形成し、その上に酸化珪素膜でなるマスク202を形
成した。そして、その状態でニッケル塩をスピンコート
して結晶化のための熱処理工程を行った。本実施例では
熱処理条件を570℃14時間とした。この熱処理工程
(結晶化工程)によって横成長領域203を得た。(図
2(A))
FIG. 2 is used for the description. First, the amorphous silicon film was crystallized through the steps described in Example 2. Specifically, an amorphous silicon film (not shown) is formed on a quartz substrate 201.
Was formed, and a mask 202 made of a silicon oxide film was formed thereon. Then, in this state, a heat treatment step for crystallization was performed by spin-coating a nickel salt. In this embodiment, the heat treatment was performed at 570 ° C. for 14 hours. The lateral growth region 203 was obtained by this heat treatment step (crystallization step). (Fig. 2 (A))

【0126】次に、マスク202をそのままマスクとし
て活用して15族から選ばれた元素(本実施例ではリ
ン)を添加した。添加方法はイオン注入法、プラズマド
ーピング法、気相拡散法など公知のどの様な手段を用い
ても構わない。(図2(B))
Next, an element selected from Group 15 (phosphorus in this embodiment) was added using the mask 202 as a mask. Any known method such as an ion implantation method, a plasma doping method, or a gas phase diffusion method may be used. (FIG. 2 (B))

【0127】こうしてマスク202の開孔部によって露
呈した結晶性珪素膜中にリンが添加された領域204が
形成された。本実施例ではこの領域を便宜上ゲッタリン
グ領域と呼ぶことにする。ゲッタリング領域204に含
まれるリン濃度は1×1019〜1×1021atoms/cm3
なる様に添加量を調節した。
Thus, a region 204 to which phosphorus was added was formed in the crystalline silicon film exposed through the opening of the mask 202. In this embodiment, this region is referred to as a gettering region for convenience. The addition amount was adjusted so that the concentration of phosphorus contained in the gettering region 204 was 1 × 10 19 to 1 × 10 21 atoms / cm 3 .

【0128】ゲッタリング領域204を形成した後、5
50〜750℃(好ましくは600〜650℃)の温度
範囲で2〜24時間(好ましくは8〜12時間)の熱処
理を行うことでゲッタリング工程がなされる。本実施例
では600℃12時間の熱処理工程を行った。(図2
(C))
After forming the gettering region 204, 5
The gettering step is performed by performing a heat treatment in a temperature range of 50 to 750 ° C (preferably 600 to 650 ° C) for 2 to 24 hours (preferably 8 to 12 hours). In this embodiment, a heat treatment step at 600 ° C. for 12 hours was performed. (Figure 2
(C))

【0129】その結果、横成長領域203に含まれてい
たニッケルはゲッタリング領域204で捉えられ(ゲッ
タリングされ)、ニッケル濃度の大幅に低減された横成
長領域205が得られた。この横成長領域205中に含
まれるニッケル濃度は、1×1017atoms/cm3以下であ
った。ただし、実施例3でも述べた様に1×1017atom
s/cm3付近はSIMS(質量二次イオン分析)の測定下
限であるため、実際には1×1016atoms/cm3以下くら
いまでは低減されていると予想される。
As a result, nickel contained in the lateral growth region 203 was caught (gettered) in the gettering region 204, and a lateral growth region 205 with a significantly reduced nickel concentration was obtained. The concentration of nickel contained in the lateral growth region 205 was 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less. However, as described in the third embodiment, 1 × 10 17 atom
Since the vicinity of s / cm 3 is the lower limit of measurement by SIMS (Secondary Mass Ion Analysis), it is actually expected to be reduced to about 1 × 10 16 atoms / cm 3 or less.

【0130】次に、パターニングを施して横成長領域2
05のみでなる活性層206、207を形成した。そし
て、水素雰囲気中において1050℃1時間の熱処理工
程を行い、活性層表面の平坦化と結晶性の改善とを行っ
た。勿論、熱処理条件は本実施例に限定されない。
Next, patterning is performed to form a lateral growth region 2.
Active layers 206 and 207 composed of only 05 were formed. Then, a heat treatment step at 1050 ° C. for 1 hour was performed in a hydrogen atmosphere to flatten the active layer surface and improve the crystallinity. Of course, the heat treatment conditions are not limited to this embodiment.

【0131】活性層を形成してから水素アニールを行っ
たのは、ゲッタリング領域が残ったまま800℃を超え
る熱処理を行うと、リンが横成長領域の方へと逆拡散し
てしまうからである。本実施例の様にゲッタリング領域
を完全に除去してから水素アニールを行った方が、チャ
ネル形成領域にリンが混入しないので望ましい。
The reason why hydrogen annealing was performed after the active layer was formed was that if heat treatment was performed at 800 ° C. with the gettering region remaining, phosphorus would diffuse back into the lateral growth region. is there. It is preferable to perform hydrogen annealing after completely removing the gettering region as in this embodiment, since phosphorus is not mixed into the channel formation region.

【0132】こうして図2(D)の状態を得たら、後は
実施例1に示した作製工程に従ってTFTを作製すれば
良い。勿論、公知の他の手段によりTFTを作製しても
本願発明の効果を損ねるものではない。
After the state shown in FIG. 2D is obtained, the TFT may be manufactured according to the manufacturing process described in the first embodiment. Of course, even if the TFT is manufactured by other known means, the effect of the present invention is not spoiled.

【0133】また、図2(D)の工程(水素アニール工
程)を行う前に結晶性珪素膜(またはパターニング後の
活性層)に対して紫外光又は赤外光を照射する工程を行
っても構わない。その場合には実施例1に示した様に、
結晶粒界における結晶格子の連続性を壊さない様に注意
する必要がある。
Before the step (D) of FIG. 2D (hydrogen annealing step), a step of irradiating the crystalline silicon film (or the active layer after patterning) with ultraviolet light or infrared light may be performed. I do not care. In that case, as shown in Example 1,
Care must be taken not to break the continuity of the crystal lattice at the grain boundaries.

【0134】また、ゲッタリング工程(図2(B)及び
図2(C))を行う前に図2(D)の熱処理工程を行っ
ても構わない。その場合には一旦マスク202を除去し
てから水素アニールを行い、その後でマスクを形成し直
してゲッタリング工程を行う必要がある。
Further, before performing the gettering step (FIGS. 2B and 2C), the heat treatment step of FIG. 2D may be performed. In this case, it is necessary to perform hydrogen gettering after removing the mask 202 once, and then perform a gettering step by re-forming the mask.

【0135】(実施例5) 本実施例ではリンを用いて
触媒元素(本実施例ではニッケル)をゲッタリングする
上で、ソース領域及びドレイン領域を利用する場合の例
について説明する。説明には図3を用いる。
Embodiment 5 In this embodiment, an example in which a source region and a drain region are used for gettering a catalytic element (nickel in this embodiment) using phosphorus will be described. FIG. 3 is used for the description.

【0136】まず実施例1の作製工程に従ってNチャネ
ル型TFT301及びPチャネル型TFT302を形成
した。Pチャネル型TFTの作製工程例については実施
例1で説明していないが、構造はNチャネル型TFTと
同一であるので、活性層に添加する不純物の導電型を1
3族から選ばれた元素(代表的にはボロン)に変えれば
良い。
First, an N-channel TFT 301 and a P-channel TFT 302 were formed according to the manufacturing process of the first embodiment. Although an example of a manufacturing process of a P-channel TFT is not described in Embodiment 1, since the structure is the same as that of an N-channel TFT, the conductivity type of the impurity added to the active layer is 1
What is necessary is just to change to the element (typically, boron) selected from Group III.

【0137】こうして図3(A)の状態を得た。Nチャ
ネル型TFT301のソース領域303及びドレイン領
域304は5×1020atoms/cm3の濃度でリンが添加さ
れて形成されている。また、Pチャネル型TFT302
のソース領域305及びドレイン領域306は5×10
20atoms/cm3の濃度のリンと1.5×1021atoms/cm3
濃度のボロンとが添加されている。
Thus, the state shown in FIG. 3A was obtained. The source region 303 and the drain region 304 of the N-channel TFT 301 are formed by adding phosphorus at a concentration of 5 × 10 20 atoms / cm 3 . Also, a P-channel type TFT 302
Source region 305 and drain region 306 are 5 × 10
Phosphorus at a concentration of 20 atoms / cm 3 and boron at a concentration of 1.5 × 10 21 atoms / cm 3 are added.

【0138】次に図3(A)の状態で500〜650
℃、1〜12時間(本実施例では500℃1時間)の熱
処理工程(ゲッタリング工程)を行った。この時、ソー
ス領域303、305及びドレイン領域304、306
が各々ゲッタリング領域として機能した。Pチャネル型
TFT305側では、リンよりもボロンの濃度の方が高
いにも関わらず良好にニッケルをゲッタリングすること
が可能であった。
Next, 500 to 650 in the state of FIG.
A heat treatment step (gettering step) was performed at 1 ° C. for 1 to 12 hours (500 ° C. for 1 hour in this embodiment). At this time, the source regions 303 and 305 and the drain regions 304 and 306
Each functioned as a gettering region. On the P-channel type TFT 305 side, it was possible to getter nickel well despite the fact that the concentration of boron was higher than that of phosphorus.

【0139】このゲッタリング工程では、ゲート配線直
下のチャネル形成領域から隣接するソース領域及びドレ
イン領域に向かって、ニッケルが移動してゲッタリング
される。そのため、チャネル形成領域中のニッケル濃度
は1×1017atoms/cm3以下(おそらくは1×1016ato
ms/cm3以下)にまで低減された。
In this gettering step, nickel is moved and gettered from the channel formation region immediately below the gate wiring to the adjacent source and drain regions. Therefore, the nickel concentration in the channel formation region is 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less (probably 1 × 10 16 ato
ms / cm 3 or less).

【0140】なお、本実施例に示したゲッタリング工程
は実施例1〜実施例4のどの実施例とも組み合わせるこ
とが可能である。
The gettering process shown in this embodiment can be combined with any of the first to fourth embodiments.

【0141】(実施例6) 本実施例では、本願発明に
よって作製された反射型液晶表示装置の例を図4に示
す。画素TFT(画素スイッチング素子)の作製方法や
セル組工程は公知の手段を用いれば良いので詳細な説明
は省略する。
Embodiment 6 In this embodiment, an example of a reflection type liquid crystal display device manufactured according to the present invention is shown in FIG. A well-known means may be used for a method of manufacturing a pixel TFT (pixel switching element) and a cell assembling step, and a detailed description thereof will be omitted.

【0142】図4(A)において11は絶縁表面を有す
る基板(酸化珪素膜を設けたセラミックス基板)、12
は画素マトリクス回路、13はソースドライバー回路、
14はゲイトドライバー回路、15は対向基板、16は
FPC(フレキシブルプリントサーキット)、17は信
号処理回路である。信号処理回路17としては、D/A
コンバータ、γ補正回路、信号分割回路などの従来IC
で代用していた様な処理を行う回路を形成することがで
きる。勿論、ガラス基板上にICチップを設けて、IC
チップ上で信号処理を行うことも可能である。
In FIG. 4A, reference numeral 11 denotes a substrate having an insulating surface (ceramic substrate provided with a silicon oxide film);
Is a pixel matrix circuit, 13 is a source driver circuit,
14 is a gate driver circuit, 15 is a counter substrate, 16 is an FPC (flexible printed circuit), and 17 is a signal processing circuit. As the signal processing circuit 17, D / A
Conventional ICs such as converters, gamma correction circuits, and signal division circuits
Thus, a circuit for performing the processing similar to the above can be formed. Of course, an IC chip is provided on a glass
It is also possible to perform signal processing on a chip.

【0143】さらに、本実施例では液晶表示装置を例に
挙げて説明しているが、アクティブマトリクス型の表示
装置であればEL(エレクトロルミネッセンス)表示装
置やEC(エレクトロクロミックス)表示装置に本願発
明を適用することも可能であることは言うまでもない。
Further, in this embodiment, a liquid crystal display device is described as an example. However, if the display device is an active matrix type display device, the present invention is applied to an EL (electroluminescence) display device and an EC (electrochromics) display device. It goes without saying that the invention can be applied.

【0144】ここで図4(A)のドライバー回路13、
14を構成する回路の一例を図4(B)に示す。なお、
TFT部分については既に実施例1で説明しているの
で、ここでは必要箇所のみの説明を行う。
Here, the driver circuit 13 shown in FIG.
FIG. 4B shows an example of a circuit constituting the circuit 14. In addition,
Since the TFT portion has already been described in the first embodiment, only necessary portions will be described here.

【0145】図4(B)において、401、402はN
チャネル型TFT、403はPチャネル型TFTであ
り、401と403のTFTでCMOS回路を構成して
いる。404は窒化珪素膜/酸化珪素膜/樹脂膜の積層
膜でなる絶縁層、その上にはチタン配線405が設けら
れ、前述のCMOS回路とTFT402とが電気的に接
続されている。チタン配線はさらに樹脂膜でなる絶縁層
406で覆われている。二つの絶縁層404、406は
平坦化膜としての機能も有している。
In FIG. 4B, reference numerals 401 and 402 denote N.
A channel TFT 403 is a P-channel TFT, and a TFT 401 and a TFT 403 constitute a CMOS circuit. Reference numeral 404 denotes an insulating layer formed of a laminated film of a silicon nitride film / silicon oxide film / resin film, on which a titanium wiring 405 is provided, and the above-described CMOS circuit and the TFT 402 are electrically connected. The titanium wiring is further covered with an insulating layer 406 made of a resin film. The two insulating layers 404 and 406 also have a function as a planarization film.

【0146】また、図4(A)の画素マトリクス回路1
2を構成する回路の一部を図4(C)に示す。図4
(C)において、407はダブルゲート構造のNチャネ
ル型TFTでなる画素TFTであり、画素領域内に大き
く広がる様にしてドレイン配線408が形成されてい
る。なお、ダブルゲート構造以外にシングルゲート構造
やトリプルゲート構造などを採用しても構わない。
Also, the pixel matrix circuit 1 shown in FIG.
FIG. 4C shows a part of the circuit constituting the second circuit. FIG.
In FIG. 4C, reference numeral 407 denotes a pixel TFT formed of an N-channel TFT having a double gate structure, and a drain wiring 408 is formed so as to largely spread in a pixel region. Note that a single gate structure, a triple gate structure, or the like may be employed in addition to the double gate structure.

【0147】その上には絶縁層404が設けられ、その
上にチタン配線405が設けられている。この時、絶縁
層404の一部には凹部が落とし込み部が形成され、最
下層の窒化シリコン及び酸化シリコンのみが残される。
これによりドレイン配線408とチタン配線405との
間で補助容量が形成される。
An insulating layer 404 is provided thereon, and a titanium wiring 405 is provided thereon. At this time, a recess is formed in a part of the insulating layer 404, and only the lowermost silicon nitride and silicon oxide are left.
Thus, an auxiliary capacitance is formed between the drain wiring 408 and the titanium wiring 405.

【0148】また、画素マトリクス回路内に設けられた
チタン配線405はソース・ドレイン配線と後の画素電
極との間において電界遮蔽効果をもたらす。さらに、複
数設けられた画素電極間の隙間ではブラックマスクとし
ても機能する。
Further, the titanium wiring 405 provided in the pixel matrix circuit has an electric field shielding effect between the source / drain wiring and the subsequent pixel electrode. Further, in a gap between a plurality of provided pixel electrodes, it also functions as a black mask.

【0149】そして、チタン配線405を覆って絶縁層
406が設けられ、その上に反射性導電膜でなる画素電
極409が形成される。勿論、画素電極409の表面に
反射率を上げるための工夫をなしても構わない。
Then, an insulating layer 406 is provided to cover the titanium wiring 405, and a pixel electrode 409 made of a reflective conductive film is formed thereon. Of course, the surface of the pixel electrode 409 may be devised to increase the reflectance.

【0150】また、実際には画素電極409の上に配向
膜や液晶層が設けられるが、ここでの説明は省略する。
Although an alignment film and a liquid crystal layer are actually provided on the pixel electrode 409, the description is omitted here.

【0151】本願発明を用いて以上の様な構成でなる反
射型液晶表示装置を作製することができる。勿論、公知
の技術と組み合わせれば容易に透過型液晶表示装置を作
製することもできる。さらに、公知の技術と組み合わせ
ればアクティブマトリクス型のEL表示装置も容易に作
製することができる。
By using the present invention, a reflection type liquid crystal display device having the above configuration can be manufactured. Of course, a transmission type liquid crystal display device can be easily manufactured by combining with a known technique. Further, an active matrix EL display device can be easily manufactured by combining with a known technique.

【0152】また、図面では区別していないが画素マト
リクス回路を構成する画素TFTと、ドライバー回路や
信号処理回路を構成するCMOS回路とでゲート絶縁膜
の膜厚を異ならせることも可能である。
Although not distinguished in the drawings, the thickness of the gate insulating film can be made different between the pixel TFT forming the pixel matrix circuit and the CMOS circuit forming the driver circuit and the signal processing circuit.

【0153】画素マトリクス回路ではTFTに印加され
る駆動電圧が高いので50〜200nm程度の膜厚のゲー
ト絶縁膜が必要である。一方、ドライバー回路や信号処
理回路ではTFTに印加される駆動電圧は低く、逆に高
速動作が求められるのでゲート絶縁膜の膜厚を3〜30
nm程度と画素TFTよりも薄くすることが有効である。
In the pixel matrix circuit, since the driving voltage applied to the TFT is high, a gate insulating film having a thickness of about 50 to 200 nm is required. On the other hand, in a driver circuit or a signal processing circuit, a driving voltage applied to a TFT is low, and a high-speed operation is required.
It is effective to make it as thin as about nm and smaller than the pixel TFT.

【0154】(実施例7) 上記実施例によって作製さ
れた液晶表示装置には、TN液晶以外にも様々な液晶を
用いることが可能である。例えば、1998, SID, "Charac
teristics and Driving Scheme of Polymer-Stabilized
Monostable FLCD ExhibitingFast Response Time and
High Contrast Ratio with Gray-Scale Capability" by
H. Furue et al.や、1997, SID DIGEST, 841, "A Full
-Color ThresholdlessAntiferroelectric LCD Exhibiti
ng Wide Viewing Angle with Fast Response Time" by
T. Yoshida et al.や、1996, J. Mater. Chem. 6(4), 6
71-673, "Thresholdless antiferroelectricity in liq
uid crystals and its application todisplays" by S.
Inui et al.や、米国特許第5594569 号に開示された液
晶を用いることが可能である。
(Embodiment 7) Various liquid crystals other than the TN liquid crystal can be used in the liquid crystal display device manufactured by the above embodiment. For example, 1998, SID, "Charac
teristics and Driving Scheme of Polymer-Stabilized
Monostable FLCD ExhibitingFast Response Time and
High Contrast Ratio with Gray-Scale Capability "by
H. Furue et al., 1997, SID DIGEST, 841, "A Full
-Color ThresholdlessAntiferroelectric LCD Exhibiti
ng Wide Viewing Angle with Fast Response Time "by
T. Yoshida et al., 1996, J. Mater. Chem. 6 (4), 6
71-673, "Thresholdless antiferroelectricity in liq
uid crystals and its application todisplays "by S.
The liquid crystal disclosed in Inui et al. And US Pat. No. 5,594,569 can be used.

【0155】ある温度域において反強誘電相を示す液晶
を反強誘電性液晶という。反強誘電性液晶を有する混合
液晶には、電場に対して透過率が連続的に変化する電気
光学応答特性を示す、無しきい値反強誘電性混合液晶と
呼ばれるものがある。この無しきい値反強誘電性混合液
晶は、V字型の電気光学応答特性を示すものがあり、そ
の駆動電圧が約±2.5V程度(セル厚約1μm〜2μ
m)のものも見出されている。
A liquid crystal exhibiting an antiferroelectric phase in a certain temperature range is called an antiferroelectric liquid crystal. As a mixed liquid crystal having an antiferroelectric liquid crystal, there is a so-called thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal exhibiting an electro-optical response characteristic in which transmittance changes continuously with an electric field. This thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal has a V-shaped electro-optical response characteristic, and its driving voltage is about ± 2.5 V (cell thickness is about 1 μm to 2 μm).
m) have also been found.

【0156】ここで、V字型の電気光学応答を示す無し
きい値反強誘電性混合液晶の印加電圧に対する光透過率
の特性を示す例を図9に示す。図9に示すグラフの縦軸
は透過率(任意単位)、横軸は印加電圧である。なお、
液晶表示装置の入射側の偏光板の透過軸は、液晶表示装
置のラビング方向にほぼ一致する無しきい値反強誘電性
混合液晶のスメクティック層の法線方向とほぼ平行に設
定されている。また、出射側の偏光板の透過軸は、入射
側の偏光板の透過軸に対してほぼ直角(クロスニコル)
に設定されている。
Here, FIG. 9 shows an example showing characteristics of light transmittance with respect to applied voltage of a thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal exhibiting a V-shaped electro-optical response. The vertical axis of the graph shown in FIG. 9 is the transmittance (arbitrary unit), and the horizontal axis is the applied voltage. In addition,
The transmission axis of the polarizing plate on the incident side of the liquid crystal display device is set substantially parallel to the normal direction of the smectic layer of the thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal, which substantially matches the rubbing direction of the liquid crystal display device. The transmission axis of the exit-side polarizing plate is substantially perpendicular to the transmission axis of the incidence-side polarizing plate (crossed Nicols).
Is set to

【0157】図9に示されるように、このような無しき
い値反強誘電性混合液晶を用いると、低電圧駆動かつ階
調表示が可能となることがわかる。
As shown in FIG. 9, it is understood that the use of such a thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal enables low-voltage driving and gradation display.

【0158】このような低電圧駆動の無しきい値反強誘
電性混合液晶をアナログドライバを有する液晶表示装置
に用いた場合には、画像信号のサンプリング回路の電源
電圧を、例えば、5V〜8V程度に抑えることが可能と
なる。よって、ドライバの動作電源電圧を下げることが
でき、液晶表示装置の低消費電力化および高信頼性が実
現できる。
When such a low-voltage driven thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal is used in a liquid crystal display device having an analog driver, the power supply voltage of the image signal sampling circuit is, for example, about 5 V to 8 V. It becomes possible to suppress to. Therefore, the operating power supply voltage of the driver can be reduced, and low power consumption and high reliability of the liquid crystal display device can be realized.

【0159】また、このような低電圧駆動の無しきい値
反強誘電性混合液晶をデジタルドライバを有する液晶表
示装置に用いた場合にも、D/A変換回路の出力電圧を
下げることができるので、D/A変換回路の動作電源電
圧を下げることができ、ドライバの動作電源電圧を低く
することができる。よって、液晶表示装置の低消費電力
化および高信頼性が実現できる。
Also, when such a low-voltage driven thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal is used in a liquid crystal display device having a digital driver, the output voltage of the D / A conversion circuit can be reduced. , The operating power supply voltage of the D / A conversion circuit, and the operating power supply voltage of the driver can be lowered. Therefore, low power consumption and high reliability of the liquid crystal display device can be realized.

【0160】よって、このような低電圧駆動の無しきい
値反強誘電性混合液晶を用いることは、比較的LDD領
域(低濃度不純物領域)の幅が小さなTFT(例えば、
0nm〜500nmまたは0nm〜200nm)を用い
る場合においても有効である。
Therefore, the use of such a low-voltage driven thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal can prevent the use of a TFT (for example, a TFT having a relatively small LDD region (low-concentration impurity region)).
(0 nm to 500 nm or 0 nm to 200 nm) is also effective.

【0161】また、一般に、無しきい値反強誘電性混合
液晶は自発分極が大きく、液晶自体の誘電率が高い。こ
のため、無しきい値反強誘電性混合液晶を液晶表示装置
に用いる場合には、画素に比較的大きな保持容量が必要
となってくる。よって、自発分極が小さな無しきい値反
強誘電性混合液晶を用いるのが好ましい。また、液晶表
示装置の駆動方法を線順次駆動とすることにより、画素
への階調電圧の書き込み期間(ピクセルフィードピリオ
ド)を長くし、保持容量が小くてもそれを補うようにし
てもよい。
In general, the thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal has a large spontaneous polarization and a high dielectric constant of the liquid crystal itself. Therefore, when a thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal is used for a liquid crystal display device, a relatively large storage capacitance is required for a pixel. Therefore, it is preferable to use a thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal having a small spontaneous polarization. Further, by making the driving method of the liquid crystal display device line-sequential driving, the writing period (pixel feed period) of the gray scale voltage to the pixel may be lengthened to compensate for the small storage capacitance. .

【0162】なお、このような無しきい値反強誘電性混
合液晶を用いることによって低電圧駆動が実現されるの
で、液晶表示装置の低消費電力が実現される。
Since low-voltage driving is realized by using such a thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal, low power consumption of the liquid crystal display device is realized.

【0163】なお、図9に示すような電気光学特性を有
する液晶であれば、いかなるものも本発明の液晶表示装
置の表示媒体として用いることができる。
Any liquid crystal having electro-optical characteristics as shown in FIG. 9 can be used as the display medium of the liquid crystal display of the present invention.

【0164】(実施例8) 本願発明は従来のIC技術
全般に適用することが可能である。即ち、現在市場に流
通している全ての半導体回路に適用できる。例えば、ワ
ンチップ上に集積化されたRISCプロセッサ、ASI
Cプロセッサ等のマイクロプロセッサに適用しても良い
し、D/Aコンバータ等の信号処理回路から携帯機器
(携帯電話、PHS、モバイルコンピュータ)用の高周
波回路に適用しても良い。
(Embodiment 8) The present invention can be applied to all conventional IC technologies. That is, the present invention can be applied to all semiconductor circuits currently on the market. For example, RISC processor, ASI integrated on one chip
The invention may be applied to a microprocessor such as a C processor, or may be applied to a signal processing circuit such as a D / A converter to a high-frequency circuit for a portable device (mobile phone, PHS, mobile computer).

【0165】図5に示すのは、マイクロプロセッサの一
例である。マイクロプロセッサは典型的にはCPUコア
21、RAM22、クロックコントローラ23、キャッ
シュメモリ24、キャッシュコントローラ25、シリア
ルインターフェース26、I/Oポート27等から構成
される。
FIG. 5 shows an example of a microprocessor. The microprocessor typically includes a CPU core 21, a RAM 22, a clock controller 23, a cache memory 24, a cache controller 25, a serial interface 26, an I / O port 27, and the like.

【0166】勿論、図5に示すマイクロプロセッサは簡
略化した一例であり、実際のマイクロプロセッサはその
用途によって多種多様な回路設計が行われる。
Of course, the microprocessor shown in FIG. 5 is a simplified example, and an actual microprocessor is designed for various circuits depending on the application.

【0167】しかし、どの様な機能を有するマイクロプ
ロセッサであっても中枢として機能するのはIC(Inte
grated Circuit)28である。IC28は半導体チップ
29上に形成された集積化回路をセラミック等で保護し
た機能回路である。
However, even if a microprocessor having any function functions as a center, it is an IC (Integer).
grated circuit) 28. The IC 28 is a functional circuit in which an integrated circuit formed on the semiconductor chip 29 is protected by ceramic or the like.

【0168】そして、その半導体チップ29上に形成さ
れた集積化回路を構成するのが本願発明の構造を有する
Nチャネル型TFT30、Pチャネル型TFT31であ
る。なお、基本的な回路はCMOS回路を最小単位とし
て構成することで消費電力を抑えることができる。
The integrated circuit formed on the semiconductor chip 29 is composed of the N-channel TFT 30 and the P-channel TFT 31 having the structure of the present invention. Note that power consumption can be suppressed by configuring a basic circuit with a CMOS circuit as a minimum unit.

【0169】また、本実施例に示したマイクロプロセッ
サは様々な電子機器に搭載されて中枢回路として機能す
る。代表的な電子機器としてはパーソナルコンピュー
タ、携帯型情報端末機器、その他あらゆる家電製品が挙
げられる。また、車両(自動車や電車等)の制御用コン
ピュータなども挙げられる。
The microprocessor shown in this embodiment is mounted on various electronic devices and functions as a central circuit. Representative electronic devices include personal computers, portable information terminal devices, and all other home appliances. Further, a computer for controlling a vehicle (an automobile, a train, or the like) is also included.

【0170】(実施例9)本願発明を実施して形成され
たCMOS回路や画素マトリクス回路は様々な電気光学
装置(アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ、アク
ティブマトリクス型ELディスプレイ、アクティブマト
リクス型ECディスプレイ)に用いることができる。即
ち、それら電気光学装置を表示媒体として組み込んだ電
子機器全てに本願発明を実施できる。
(Embodiment 9) A CMOS circuit and a pixel matrix circuit formed by implementing the present invention are used for various electro-optical devices (active matrix type liquid crystal display, active matrix type EL display, active matrix type EC display). be able to. That is, the invention of the present application can be applied to all electronic devices incorporating such electro-optical devices as display media.

【0171】その様な電子機器としては、ビデオカメ
ラ、デジタルカメラ、プロジェクター(リア型またはフ
ロント型)、ヘッドマウントディスプレイ(ゴーグル型
ディスプレイ)、カーナビゲーション、パーソナルコン
ピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯
電話または電子書籍等)などが挙げられる。それらの一
例を図6及び図7に示す。
Examples of such electronic devices include a video camera, a digital camera, a projector (rear or front type), a head mounted display (goggle type display), a car navigation, a personal computer, and a portable information terminal (mobile computer, mobile phone). Or an electronic book). Examples of these are shown in FIGS.

【0172】図6(A)はパーソナルコンピュータであ
り、本体2001、画像入力部2002、表示装置20
03、キーボード2004で構成される。本願発明を画
像入力部2002、表示装置2003やその他の信号制
御回路に適用することができる。
FIG. 6A shows a personal computer, which includes a main body 2001, an image input section 2002, and a display device 20.
03, a keyboard 2004. The present invention can be applied to the image input unit 2002, the display device 2003, and other signal control circuits.

【0173】図6(B)はビデオカメラであり、本体2
101、表示装置2102、音声入力部2103、操作
スイッチ2104、バッテリー2105、受像部210
6で構成される。本願発明を表示装置2102、音声入
力部2103やその他の信号制御回路に適用することが
できる。
FIG. 6B shows a video camera,
101, display device 2102, audio input unit 2103, operation switch 2104, battery 2105, image receiving unit 210
6. The present invention can be applied to the display device 2102, the audio input unit 2103, and other signal control circuits.

【0174】図6(C)はモバイルコンピュータ(モー
ビルコンピュータ)であり、本体2201、カメラ部2
202、受像部2203、操作スイッチ2204、表示
装置2205で構成される。本願発明は表示装置220
5やその他の信号制御回路に適用できる。
FIG. 6C shows a mobile computer (mobile computer), which includes a main body 2201 and a camera section 2.
202, an image receiving unit 2203, operation switches 2204, and a display device 2205. The present invention relates to a display device 220.
5 and other signal control circuits.

【0175】図6(D)はゴーグル型ディスプレイであ
り、本体2301、表示装置2302、アーム部230
3で構成される。本発明は表示装置2302やその他の
信号制御回路に適用することができる。
FIG. 6D shows a goggle type display, which includes a main body 2301, a display device 2302, and an arm 230.
3 The present invention can be applied to the display device 2302 and other signal control circuits.

【0176】図6(E)はプログラムを記録した記録媒
体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであ
り、本体2401、表示装置2402、スピーカ部24
03、記録媒体2404、操作スイッチ2405で構成
される。なお、この装置は記録媒体としてDVD(Di
gital Versatile Disc)、CD等
を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネット
を行うことができる。本発明は表示装置2402やその
他の信号制御回路に適用することができる。
FIG. 6E shows a player that uses a recording medium (hereinafter, referred to as a recording medium) on which a program is recorded, and includes a main body 2401, a display device 2402, and a speaker unit 24.
03, a recording medium 2404, and operation switches 2405. This device uses a DVD (Di) as a recording medium.
A digital versatile disc), a CD, and the like can be used for music appreciation, movie appreciation, games, and the Internet. The present invention can be applied to the display device 2402 and other signal control circuits.

【0177】図6(F)はデジタルカメラであり、本体
2501、表示装置2502、接眼部2503、操作ス
イッチ2504、受像部(図示しない)で構成される。
本願発明を表示装置2502やその他の信号制御回路に
適用することができる。
FIG. 6F shows a digital camera, which comprises a main body 2501, a display device 2502, an eyepiece section 2503, operation switches 2504, and an image receiving section (not shown).
The present invention can be applied to the display device 2502 and other signal control circuits.

【0178】図7(A)はフロント型プロジェクターで
あり、表示装置2601、スクリーン2602で構成さ
れる。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用
することができる。
FIG. 7A shows a front type projector, which comprises a display device 2601 and a screen 2602. The present invention can be applied to a display device and other signal control circuits.

【0179】図7(B)はリア型プロジェクターであ
り、本体2701、表示装置2702、ミラー270
3、スクリーン2704で構成される。本発明は表示装
置やその他の信号制御回路に適用することができる。
FIG. 7B shows a rear type projector, which includes a main body 2701, a display device 2702, and a mirror 270.
3. It is composed of a screen 2704. The present invention can be applied to a display device and other signal control circuits.

【0180】なお、図7(C)は、図7(A)及び図7
(B)中における表示装置2601、2702の構造の
一例を示した図である。表示装置2601、2702
は、光源光学系2801、ミラー2802、2805〜
2807、ダイクロイックミラー2803、2804、
光学レンズ2808、2809、2811、液晶表示装
置2810、投射光学系2812で構成される。投射光
学系2812は、投射レンズを備えた光学系で構成され
る。本実施例は液晶表示装置2810を三つ使用する三
板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式で
あってもよい。また、図7(C)中において矢印で示し
た光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有す
るフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、IR
フィルム等の光学系を設けてもよい。
Note that FIG. 7 (C) is similar to FIG. 7 (A) and FIG.
FIG. 3B is a diagram illustrating an example of the structure of the display devices 2601 and 2702 in FIG. Display devices 2601, 2702
Are light source optical system 2801, mirror 2802, 2805
2807, dichroic mirrors 2803, 2804,
It comprises optical lenses 2808, 2809, 2811, a liquid crystal display device 2810, and a projection optical system 2812. The projection optical system 2812 is configured by an optical system having a projection lens. In this embodiment, an example of a three-panel type using three liquid crystal display devices 2810 has been described. However, the present invention is not particularly limited, and may be a single-panel type. In addition, the practitioner may appropriately place an optical lens, a film having a polarizing function, a film for adjusting a phase difference, an IR light on an optical path indicated by an arrow in FIG.
An optical system such as a film may be provided.

【0181】また、図7(D)は、図7(C)中におけ
る光源光学系2801の構造の一例を示した図である。
本実施例では、光源光学系2801は、光源2813、
2814、合成プリズム2815、コリメータレンズ2
816、2820、レンズアレイ2817、2818、
偏光変換素子2819で構成される。なお、図7(D)
に示した光源光学系は光源を2つ用いたが、光源を3〜
4つ、あるいはそれ以上用いてもよく、勿論、光源を1
つ用いてもよい。また、光源光学系に実施者が適宜、光
学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調
節するフィルム、IRフィルム等を設けてもよい。
FIG. 7D is a diagram showing an example of the structure of the light source optical system 2801 in FIG. 7C.
In this embodiment, the light source optical system 2801 includes a light source 2813,
2814, synthetic prism 2815, collimator lens 2
816, 2820, lens arrays 2817, 2818,
A polarization conversion element 2819 is provided. FIG. 7D
The light source optical system shown in (2) uses two light sources.
Four or more light sources may be used.
One may be used. Further, the practitioner may appropriately provide an optical lens, a film having a polarizing function, a film for adjusting a phase difference, an IR film, or the like to the light source optical system.

【0182】以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて
広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能で
ある。また、本実施例の電子機器は実施例1〜8のどの
ような組み合わせからなる構成を用いても実現すること
ができる。
As described above, the applicable range of the present invention is extremely wide, and the present invention can be applied to electronic devices in various fields. Further, the electronic apparatus of the present embodiment can be realized by using a configuration composed of any combination of the first to eighth embodiments.

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

【図1】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。FIG. 1 illustrates a manufacturing process of a thin film transistor.

【図2】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。FIG. 2 illustrates a manufacturing process of a thin film transistor.

【図3】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。FIG. 3 illustrates a manufacturing process of a thin film transistor.

【図4】 電気光学装置の構成を示す図。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an electro-optical device.

【図5】 半導体回路の構成を示す図。FIG. 5 illustrates a structure of a semiconductor circuit.

【図6】 電子機器の構成を示す図。FIG. 6 illustrates a structure of an electronic device.

【図7】 電子機器の構成を示す図。FIG. 7 illustrates a structure of an electronic device.

【図8】 電子線回折パターンを模式的に示した図。FIG. 8 is a view schematically showing an electron diffraction pattern.

【図9】 無しきい値反強誘電性混合液晶の特性図。FIG. 9 is a characteristic diagram of a thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal.

【図10】 高温アニール前の結晶性珪素膜表面のSE
M観察写真。
FIG. 10: SE on the surface of a crystalline silicon film before high-temperature annealing
M observation photograph.

【図11】 高温アニール後の結晶性珪素膜表面のSE
M観察写真。
FIG. 11 SE on the surface of a crystalline silicon film after high-temperature annealing
M observation photograph.

【図12】 高温アニール前の結晶性珪素膜表面のAF
M像。
FIG. 12: AF of crystalline silicon film surface before high-temperature annealing
M image.

【図13】 高温アニール後の結晶性珪素膜表面のAF
M像。
FIG. 13: AF on the surface of a crystalline silicon film after high-temperature annealing
M image.

【図14】 高温アニール前のAFM像の高さのHistog
ram(ヒストグラム)分布、Bearing Ratio曲線。
FIG. 14: Histog of AFM image height before high-temperature annealing
ram (histogram) distribution, bearing ratio curve.

【図15】 高温アニール後のAFM像の高さのHistog
ram(ヒストグラム)分布、Bearing Ratio曲線。
FIG. 15: Histog of AFM image height after high temperature annealing
ram (histogram) distribution, bearing ratio curve.

【図16】 P−Vの1/2におけるBearing Ratioの
統計データ。
FIG. 16 shows statistical data of a bearing ratio at 1/2 of PV.

フロントページの続き Fターム(参考) 5F052 AA02 AA11 AA27 BA07 BB04 BB05 BB07 CA08 DA02 DB02 EA11 EA12 EA13 EA15 EA16 FA06 FA24 HA01 JA01 JA04 5F110 AA01 AA18 BB02 CC02 CC08 DD03 DD13 DD14 DD15 DD17 EE09 EE31 FF02 FF23 GG02 GG13 GG17 GG25 GG33 GG47 GG54 HJ01 HJ04 HJ23 HL03 HM15 NN02 PP03 PP06 PP10 PP13 PP23 PP29 PP34 PP35 PP38 QQ11 QQ28 Continued on front page F-term (reference) GG47 GG54 HJ01 HJ04 HJ23 HL03 HM15 NN02 PP03 PP06 PP10 PP13 PP23 PP29 PP34 PP35 PP38 QQ11 QQ28

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭素及び窒素の含有量が5×1018atom
s/cm3以下且つ酸素の含有量が1.5×1019atoms/cm3
以下であり、 主たる配向面が{110}面であり、 隣接する結晶粒
の間では等価な軸又は等価な軸に対して70.5°の回
転関係にある軸とがなす回転角の絶対値が4°以内であ
り、 膜厚が5〜40nmであり、 単結晶又は実質的に
単結晶であることを特徴とする結晶性半導体薄膜。
1. The carbon and nitrogen content is 5 × 10 18 atom
s / cm 3 or less and the oxygen content is 1.5 × 10 19 atoms / cm 3
The main orientation plane is the {110} plane, and the absolute value of the rotation angle between the adjacent crystal grains and an equivalent axis or an axis having a rotational relationship of 70.5 ° with respect to the equivalent axis Is less than 4 °, has a thickness of 5 to 40 nm, and is a single crystal or substantially a single crystal.
【請求項2】 炭素及び窒素の含有量が1×1018atom
s/cm3以下且つ酸素の含有量が5×1018atoms/cm3以下
であり、 主たる配向面が{110}面であり、 隣接
する結晶粒の間では等価な軸又は等価な軸に対して7
0.5°の回転関係にある軸とがなす回転角の絶対値が
4°以内であり、 膜厚が5〜40nmであり、 単結晶又は実質的に単結晶であることを特徴とする結晶
性半導体薄膜。
2. The carbon and nitrogen content is 1 × 10 18 atom
s / cm 3 or less and the oxygen content is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less, the main orientation plane is {110} plane, and an equivalent axis or an equivalent axis between adjacent crystal grains. 7
A crystal characterized by having an absolute value of a rotation angle formed by an axis having a rotation relationship of 0.5 ° within 4 °, a film thickness of 5 to 40 nm, and being a single crystal or substantially a single crystal Semiconductor thin film.
【請求項3】 炭素及び窒素の含有量が5×1018atom
s/cm3以下且つ酸素の含有量が1.5×1019atoms/cm3
以下であり、 主たる配向面が{110}面であり、 隣接する結晶粒の間では等価な軸又は等価な軸に対して
70.5°の回転関係にある軸とがなす回転角の絶対値
が4°以内であり、 膜厚が5〜40nmであり、 単結晶又は実質的に単結晶
である半導体薄膜を有し、 前記半導体薄膜をチャネル形成領域として含む薄膜トラ
ンジスタで構成された回路を有することを特徴とする半
導体装置。
3. The carbon and nitrogen content is 5 × 10 18 atoms.
s / cm 3 or less and the oxygen content is 1.5 × 10 19 atoms / cm 3
The main orientation plane is the {110} plane, and the absolute value of the rotation angle between the adjacent crystal grains and an equivalent axis or an axis having a rotational relationship of 70.5 ° with respect to the equivalent axis Is within 4 °, has a thickness of 5 to 40 nm, has a semiconductor thin film of single crystal or substantially single crystal, and has a circuit including a thin film transistor including the semiconductor thin film as a channel formation region. A semiconductor device characterized by the above-mentioned.
【請求項4】 炭素及び窒素の含有量が1×1018atom
s/cm3以下且つ酸素の含有量が5×1018atoms/cm3以下
であり、 主たる配向面が{110}面であり、 隣接する結晶粒の間では等価な軸又は等価な軸に対して
70.5°の回転関係にある軸とがなす回転角の絶対値
が4°以内であり、 個々の結晶粒が互いに回転角をもって接し且つ当該回転
角の絶対値が4°以内であり、 膜厚が5〜40nmであり、 単結晶又は実質的に単結晶である半導体薄膜を有し、 前記半導体薄膜をチャネル形成領域として含む薄膜トラ
ンジスタで構成された回路を有することを特徴とする半
導体装置。
4. A carbon and nitrogen content of 1 × 10 18 atom
s / cm 3 or less and the oxygen content is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less, the main orientation plane is {110} plane, and an equivalent axis or an equivalent axis between adjacent crystal grains. The absolute value of the rotation angle formed by the axis having a rotation relationship of 70.5 ° is within 4 °, the individual crystal grains contact each other at a rotation angle, and the absolute value of the rotation angle is within 4 °, A semiconductor device having a thickness of 5 to 40 nm, a semiconductor thin film that is single crystal or substantially single crystal, and a circuit including a thin film transistor including the semiconductor thin film as a channel formation region.
【請求項5】 非晶質半導体薄膜上の一部又は全部の領
域に対して当該非晶質半導体薄膜の結晶化を助長する触
媒元素を添加する工程と、 第1熱処理を行い、前記非晶質半導体薄膜の一部又は全
部の領域を結晶性半導体薄膜に変化させる工程と、 前記結晶性半導体薄膜に対して還元雰囲気中で900〜
1200℃の第2熱処理を行う工程と、 を有することを特徴とする結晶性半導体薄膜の作製方
法。
5. A step of adding a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor thin film to a part or all of the region on the amorphous semiconductor thin film, and performing a first heat treatment, Changing part or all of the region of the crystalline semiconductor thin film into a crystalline semiconductor thin film;
Performing a second heat treatment at 1200 ° C., and a method for manufacturing a crystalline semiconductor thin film.
【請求項6】 非晶質半導体薄膜上の一部又は全部の領
域に対して当該非晶質半導体薄膜の結晶化を助長する触
媒元素を添加する工程と、 第1熱処理を行い、前記非晶質半導体薄膜の一部又は全
部の領域を結晶性半導体薄膜に変化させる工程と、 前記結晶性半導体薄膜に対してハロゲン元素を含む還元
雰囲気中で第2熱処理を行う工程と、 を有することを特徴とする結晶性半導体薄膜の作製方
法。
6. A step of adding a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor thin film to a part or all of the region on the amorphous semiconductor thin film, and performing a first heat treatment, Converting a part or the entire region of the crystalline semiconductor thin film into a crystalline semiconductor thin film; and performing a second heat treatment on the crystalline semiconductor thin film in a reducing atmosphere containing a halogen element. For producing a crystalline semiconductor thin film.
【請求項7】 請求項6において、 前記第2熱処理は900〜1200℃で行われることを
特徴とする結晶性半導体薄膜の作製方法。
7. The method for manufacturing a crystalline semiconductor thin film according to claim 6, wherein the second heat treatment is performed at 900 to 1200 ° C.
【請求項8】 請求項5乃至請求項7のいずれか1項に
おいて、 前記第2熱処理は酸素又は酸素化合物の濃度を10ppm
以下とした還元雰囲気中で行われることを特徴とする結
晶性半導体薄膜の作製方法。
8. The method according to claim 5, wherein in the second heat treatment, the concentration of oxygen or an oxygen compound is 10 ppm.
A method for producing a crystalline semiconductor thin film, which is performed in a reducing atmosphere described below.
【請求項9】 非晶質半導体薄膜上の一部又は全部の領
域に対して当該非晶質半導体薄膜の結晶化を助長する触
媒元素を添加する工程と、 第1熱処理を行い、前記非晶質半導体薄膜の一部又は全
部の領域を結晶性半導体薄膜に変化させる工程と、 第2熱処理として前記結晶性半導体薄膜に対して紫外光
又は赤外光を照射する工程と、 前記結晶性半導体薄膜に対して還元雰囲気中で900〜
1200℃の第3熱処理を行う工程と、 を有することを特徴とする結晶性半導体薄膜の作製方
法。
9. A step of adding a catalyst element for promoting crystallization of the amorphous semiconductor thin film to a part or all of the region on the amorphous semiconductor thin film; Converting a part or the entire region of the crystalline semiconductor thin film into a crystalline semiconductor thin film; irradiating the crystalline semiconductor thin film with ultraviolet light or infrared light as a second heat treatment; 900 ~ in a reducing atmosphere
Performing a third heat treatment at 1200 ° C., and a method for manufacturing a crystalline semiconductor thin film.
【請求項10】 非晶質半導体薄膜上の一部又は全部の
領域に対して当該非晶質半導体薄膜の結晶化を助長する
触媒元素を添加する工程と、 第1熱処理を行い、前記非晶質半導体薄膜の一部又は全
部の領域を結晶性半導体薄膜に変化させる工程と、 第2熱処理として前記結晶性半導体薄膜に対して紫外光
又は赤外光を照射する工程と、 前記結晶性半導体薄膜に対してハロゲン元素を含む還元
雰囲気中で第3熱処理を行う工程と、 を有することを特徴とする結晶性半導体薄膜の作製方
法。
10. A step of adding a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous semiconductor thin film to a part or all of the region on the amorphous semiconductor thin film; Converting a part or the entire region of the crystalline semiconductor thin film into a crystalline semiconductor thin film; irradiating the crystalline semiconductor thin film with ultraviolet light or infrared light as a second heat treatment; Performing a third heat treatment in a reducing atmosphere containing a halogen element on the crystalline semiconductor thin film.
【請求項11】 請求項10において、前記第3熱処理
は900〜1200℃で行われることを特徴とする結晶
性半導体薄膜の作製方法。
11. The method according to claim 10, wherein the third heat treatment is performed at 900 to 1200 ° C.
【請求項12】 請求項9乃至請求項11において、前
記第3熱処理は酸素又は酸素化合物の濃度を10ppm以
下とした還元雰囲気中で行われることを特徴とする結晶
性半導体薄膜の作製方法。
12. The method for manufacturing a crystalline semiconductor thin film according to claim 9, wherein the third heat treatment is performed in a reducing atmosphere in which the concentration of oxygen or an oxygen compound is 10 ppm or less.
【請求項13】 非晶質半導体薄膜上の一部又は全部の
領域に対して当該非晶質半導体薄膜の結晶化を助長する
触媒元素を添加する工程と、 第1熱処理を行い、前記非晶質半導体薄膜の一部又は全
部の領域を結晶性半導体薄膜に変化させる工程と、 前記結晶性半導体薄膜に対して還元雰囲気中で900〜
1200℃の第2熱処理を行う工程と、 を経て形成された薄膜トランジスタを有することを特徴
とする半導体装置の作製方法。
13. A step of adding a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous semiconductor thin film to a part or all of the region on the amorphous semiconductor thin film; Changing part or all of the region of the crystalline semiconductor thin film into a crystalline semiconductor thin film;
Performing a second heat treatment at 1200 ° C .; and a thin film transistor formed through the following steps.
【請求項14】 非晶質半導体薄膜上の一部又は全部の
領域に対して当該非晶質半導体薄膜の結晶化を助長する
触媒元素を添加する工程と、 第1熱処理を行い、前記非晶質半導体薄膜の一部又は全
部の領域を結晶性半導体薄膜に変化させる工程と、 前記結晶性半導体薄膜に対してハロゲン元素を含む還元
雰囲気中で第2熱処理を行う工程と、 を経て形成された薄膜トランジスタを有することを特徴
とする半導体装置の作製方法。
14. A step of adding a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor thin film to a part or all of the region on the amorphous semiconductor thin film, and performing a first heat treatment, Changing a part or all of the region of the crystalline semiconductor thin film into a crystalline semiconductor thin film; and performing a second heat treatment on the crystalline semiconductor thin film in a reducing atmosphere containing a halogen element. A method for manufacturing a semiconductor device, including a thin film transistor.
【請求項15】 請求項14において、前記第2熱処理
は900〜1200℃で行われることを特徴とする半導
体装置の作製方法。
15. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14, wherein the second heat treatment is performed at 900 to 1200 ° C.
【請求項16】 請求項13乃至請求項15において、
前記第2熱処理は酸素又は酸素化合物の濃度を10ppm
以下とした還元雰囲気中で行われることを特徴とする結
晶性半導体薄膜の作製方法。
16. The method according to claim 13, wherein
In the second heat treatment, the concentration of oxygen or an oxygen compound is 10 ppm.
A method for producing a crystalline semiconductor thin film, which is performed in a reducing atmosphere described below.
【請求項17】 非晶質半導体薄膜上の一部又は全部の
領域に対して当該非晶質半導体薄膜の結晶化を助長する
触媒元素を添加する工程と、 第1熱処理を行い、前記非晶質半導体薄膜の一部又は全
部の領域を結晶性半導体薄膜に変化させる工程と、 第2熱処理として前記結晶性半導体薄膜に対して紫外光
又は赤外光を照射する工程と、 前記結晶性半導体薄膜に対して還元雰囲気中で900〜
1200℃の第3熱処理を行う工程と、 を経て形成された薄膜トランジスタを有することを特徴
とする半導体装置の作製方法。
17. A step of adding a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous semiconductor thin film to a part or all of the region on the amorphous semiconductor thin film, Converting a part or the entire region of the crystalline semiconductor thin film into a crystalline semiconductor thin film; irradiating the crystalline semiconductor thin film with ultraviolet light or infrared light as a second heat treatment; 900 ~ in a reducing atmosphere
Performing a third heat treatment at 1200 ° C .; and a thin film transistor formed therethrough.
【請求項18】 非晶質半導体薄膜上の一部又は全部の
領域に対して当該非晶質半導体薄膜の結晶化を助長する
触媒元素を添加する工程と、 第1熱処理を行い、前記非晶質半導体薄膜の一部又は全
部の領域を結晶性半導体薄膜に変化させる工程と、 第2熱処理として前記結晶性半導体薄膜中に対して紫外
光又は赤外光を照射する工程と、 前記結晶性半導体薄膜に対してハロゲン元素を含む還元
雰囲気中で第3熱処理を行う工程と、 を経て形成された薄膜トランジスタを有することを特徴
とする半導体装置の作製方法。
18. A step of adding a catalyst element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor thin film to a part or all of the region on the amorphous semiconductor thin film, and performing a first heat treatment, Converting a part or the entire region of the crystalline semiconductor thin film into a crystalline semiconductor thin film; irradiating the crystalline semiconductor thin film with ultraviolet light or infrared light as a second heat treatment; Performing a third heat treatment on the thin film in a reducing atmosphere containing a halogen element; and a thin film transistor formed through the steps of:
【請求項19】 請求項18において、前記第3熱処理
は900〜1200℃で行われることを特徴とする半導
体装置の作製方法。
19. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 18, wherein the third heat treatment is performed at 900 to 1200 ° C.
【請求項20】 請求項17乃至請求項19において、
前記第3熱処理は酸素又は酸素化合物の濃度を10ppm
以下とした還元雰囲気中で行われることを特徴とする結
晶性半導体薄膜の作製方法。
20. The method according to claim 17, wherein
In the third heat treatment, the concentration of oxygen or oxygen compound is 10 ppm.
A method for producing a crystalline semiconductor thin film, which is performed in a reducing atmosphere described below.
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