JP2001135574A - Method of fabrication for semiconductor device - Google Patents

Method of fabrication for semiconductor device

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JP2001135574A
JP2001135574A JP31948199A JP31948199A JP2001135574A JP 2001135574 A JP2001135574 A JP 2001135574A JP 31948199 A JP31948199 A JP 31948199A JP 31948199 A JP31948199 A JP 31948199A JP 2001135574 A JP2001135574 A JP 2001135574A
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silicon film
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To control a trace of catalytic element. SOLUTION: An a-Si film 3 is formed on a glass substrate 1, a thin oxide film 4 is formed thereon and nickel 5 is introduced, as a catalytic element, through the thin oxide film 4. After removing the thin oxide film 4 where a large quantity of nickel 5 exists, the a-Si film 3 is crystallized by heat treatment. After phosphorus 8 is doped except an active region, nickel 5 diffused into a crystalline silicon film 3a' is attracted into a phosphorus doped crystalline silicon film 3b. A channel region is formed using the crystalline silicon film 3a' thus obtained. A trace of nickel 5 introduced into the a-Si film 3 is controlled by growing the a-Si film 3 epitaxially after the thin oxide film 4 is removed and leaving only a trace of nickel 5 introduced through the thin oxide film 4 in the a-Si film 3.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置の製
造方法に関し、さらに詳しくは、非晶質ケイ素膜を結晶
化した結晶性ケイ素膜を活性領域とする半導体装置の製
造方法に関する。特に、この発明は、絶縁表面を有する
基板上に設けられた薄膜トランジスタ(TFT)を用いた
半導体装置に有効であり、アクティブマトリックス型の
液晶表示装置,密着型イメージセンサ,三次元IC(集積
回路)等に利用できる。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device using a crystalline silicon film obtained by crystallizing an amorphous silicon film as an active region. In particular, the present invention is effective for a semiconductor device using a thin film transistor (TFT) provided on a substrate having an insulating surface, and includes an active matrix liquid crystal display device, a contact image sensor, and a three-dimensional IC (integrated circuit). Etc. can be used.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、大型で高解像度の液晶表示装置や
高速で高解像度の密着型イメージセンサや三次元IC等
への実現に向けて、ガラス等の絶縁基板上や絶縁膜上に
高性能な半導体素子を形成する試みがなされている。上
記各装置に用いられる半導体素子には、薄膜状のケイ素
半導体を用いるのが一般的である。薄膜状のケイ素半導
体としては、非晶質ケイ素(a‐Si(アモルファス・シ
リコン))半導体からなるものと結晶性を有するケイ素半
導体からなるものの2つに大別される。
2. Description of the Related Art In recent years, large-scale, high-resolution liquid crystal display devices, high-speed, high-resolution contact-type image sensors, and three-dimensional ICs have been developed to achieve high performance on insulating substrates or insulating films such as glass. Attempts have been made to form various semiconductor devices. In general, a thin-film silicon semiconductor is used for a semiconductor element used in each of the above apparatuses. Thin-film silicon semiconductors are broadly classified into two types: amorphous silicon (a-Si (amorphous silicon)) semiconductors and crystalline silicon semiconductors.

【0003】上記非晶質ケイ素半導体は、作製温度が低
く、気相法で比較的容易に作製することが可能で量産性
に富むために、最も一般的に用いられている。ところ
が、導電性等の物性が結晶性を有するケイ素半導体に比
べて劣るため、今後より高速特性を得るためには、結晶
性を有するケイ素半導体からなる半導体装置の作製方法
の確立が強く求められている。尚、結晶性を有するケイ
としては、多結晶ケイ素や微結晶ケイ素等が知られてい
る。
The above-mentioned amorphous silicon semiconductor is most commonly used because it has a low production temperature, can be relatively easily produced by a gas phase method, and has high mass productivity. However, since physical properties such as conductivity are inferior to crystalline silicon semiconductors, in order to obtain higher speed characteristics in the future, it is strongly required to establish a method for manufacturing a semiconductor device made of crystalline silicon semiconductor. I have. Note that polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, and the like are known as crystalline silicon.

【0004】これら結晶性を有する薄膜状のケイ素半導
体を得る方法としては、 (1) 成膜時に結晶性を有する膜を直接成膜する。 (2) 非晶質の半導体膜を成膜しておき、レーザ光のエ
ネルギーによって結晶性を有せしめる。 (3) 非晶質の半導体膜を成膜しておき、熱エネルギー
を加えることによって結晶性を有せしめる。等の方法が
知られている。
As a method of obtaining a silicon semiconductor in the form of a thin film having crystallinity, (1) a film having crystallinity is directly formed at the time of film formation. (2) An amorphous semiconductor film is formed, and crystallinity is imparted by the energy of laser light. (3) An amorphous semiconductor film is formed and crystallinity is imparted by applying thermal energy. And other methods are known.

【0005】しかしながら、(1)の方法においては成膜
工程と同時に結晶化が進行する。したがって、大粒径の
結晶性ケイ素を得るにはケイ素膜の厚膜化が不可欠であ
り、良好な半導体物性を有する膜を基板上に全面に渡っ
て均一に成膜することが技術上困難である。
However, in the method (1), crystallization proceeds simultaneously with the film forming step. Therefore, in order to obtain crystalline silicon having a large grain size, it is necessary to increase the thickness of the silicon film, and it is technically difficult to uniformly form a film having good semiconductor properties over the entire surface of the substrate. is there.

【0006】また、(2)の方法においては、溶融固化過
程の結晶化現象を利用するために、粒界が良好に処理さ
れて、小粒径ながら高品質な結晶性ケイ素膜が得られ
る。ところが、現在最も一般的に使用されているエキシ
マレーザを例にとっても、未だ十分な安定性を有するも
のが得られていない。したがって、大面積基板の全面を
均一に処理するのは困難であり、ハード面での更なる技
術向上が望まれる。
In the method (2), since the crystallization phenomenon in the melt-solidification process is used, the grain boundaries are favorably treated, and a high-quality crystalline silicon film having a small grain size can be obtained. However, an excimer laser, which is currently most commonly used, has not yet been obtained with sufficient stability. Therefore, it is difficult to uniformly treat the entire surface of a large-area substrate, and further technical improvement in hardware is desired.

【0007】また、(3)の方法においては、(1),(2)
の方法に比して基板内の均一性や安定性の点においては
有利である。しかしながら、600℃で30時間程度の
長時間に渡る加熱処理が必要であり、処理時間が長く、
スループットが低いという問題がある。さらに、この方
法においては、結晶構造が双晶構造となるために、一つ
の結晶粒は数μmと比較的大きいのであるが、結晶粒内
に多数の双晶欠陥を含み、上記(2)の方法に比べて結晶
性は劣る。結晶性を向上させる方法として、さらに10
00℃程度で酸素雰囲気にて加熱処理を施すような手法
も用いられてはいる。ところが、その場合には安価なガ
ラス基板は使用できなくなり、また、そうして得られた
素子特性もTFTにおいて電界効果移動度100cm2/V
s程度の低いものである。
In the method (3), (1), (2)
This method is advantageous in terms of uniformity and stability in the substrate as compared with the above method. However, heat treatment at 600 ° C. for a long time of about 30 hours is necessary, and the treatment time is long,
There is a problem that the throughput is low. Further, in this method, since the crystal structure becomes a twin structure, one crystal grain is relatively large as several μm. The crystallinity is inferior to the method. As a method for improving crystallinity, 10
A technique of performing heat treatment in an oxygen atmosphere at about 00 ° C. has also been used. However, in that case, an inexpensive glass substrate cannot be used, and the device characteristics thus obtained also show a field effect mobility of 100 cm 2 / V in the TFT.
s low.

【0008】上述の方法に対して、上記(3)の方法を改
善し、高品質な結晶性ケイ素膜を得る方法が特開平7‐
135174号公報および特開平10‐256155号
公報で提案されている。これらの方法においては、非晶
質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を利用すること
によって、加熱温度の低温化および処理時間の短縮を図
り、結晶性の向上を図っている。具体的には、非晶質ケ
イ素膜の表面にニッケルやパラジウム等の金属元素を微
量に導入させ、しかる後に加熱を行うものである。
A method for obtaining a high-quality crystalline silicon film by improving the above method (3) with respect to the above method is disclosed in
It is proposed in JP-A-135174 and JP-A-10-256155. In these methods, the use of a catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon film reduces the heating temperature and shortens the processing time, thereby improving the crystallinity. Specifically, a minute amount of a metal element such as nickel or palladium is introduced into the surface of the amorphous silicon film, and then heating is performed.

【0009】この低温結晶化のメカニズムは、先ず金属
元素を核とした結晶核発生が早期に起こり、その後その
金属元素が触媒となって結晶成長を助長し、結晶化が急
激に進行することで理解される。そういった意味で、以
後これらの金属元素を触媒元素と言う。これらの触媒元
素によって結晶化が助長されて結晶成長した結晶性ケイ
素膜は、通常の固相成長法(上記(3)の方法)で結晶化し
た結晶性ケイ素膜の一つの粒内が双晶構造であって多数
の結晶欠陥を有しているのに対して、その粒内は何本も
の柱状結晶ネットワークで構成されており、夫々の柱状
結晶内部は略理想的な単結晶状態となっている。
The mechanism of this low-temperature crystallization is that crystal nucleus generation with a metal element as a nucleus occurs at an early stage, and then the metal element acts as a catalyst to promote crystal growth, and crystallization proceeds rapidly. Understood. In that sense, these metal elements are hereinafter referred to as catalyst elements. Crystalline silicon films grown by the promotion of crystallization by these catalyst elements are formed by twinning in one grain of the crystalline silicon film crystallized by the ordinary solid phase growth method (method (3) above). While the structure has many crystal defects, the inside of the grains is composed of a number of columnar crystal networks, and the interior of each columnar crystal becomes an almost ideal single crystal state. I have.

【0010】さらに、上記各公報においては、非晶質ケ
イ素膜の一部に選択的に触媒元素を導入して加熱するこ
とで、他の部分を非晶質ケイ素膜の状態として残したま
ま、触媒元素が導入された領域のみを選択的に結晶化
し、そして更に、加熱時間を延長することで、その導入
領域から横方向(基板と平行な方向)に結晶成長を行わせ
ている。この横方向結晶成長領域の内部では、成長方向
が略一方向に揃った柱状結晶がひしめき合っており、触
媒元素が直接導入されてランダムに結晶核の発生が起こ
った領域に比べて結晶性がさらに良好になっている。し
たがって、この横方向結晶成長領域の結晶性ケイ素膜を
半導体装置の活性領域に用いることによって、半導体装
置の高性能化が行える。
Further, in each of the above publications, a catalyst element is selectively introduced into a part of the amorphous silicon film and heated to leave the other part in the state of the amorphous silicon film. By selectively crystallizing only the region into which the catalytic element has been introduced, and further extending the heating time, crystal growth is performed in a lateral direction (a direction parallel to the substrate) from the introduced region. Inside the lateral crystal growth region, columnar crystals whose growth directions are substantially aligned in one direction are tied together, and the crystallinity is further improved as compared with the region where the catalyst element is directly introduced and crystal nuclei are generated randomly. It's getting better. Therefore, the performance of the semiconductor device can be improved by using the crystalline silicon film in the lateral crystal growth region for the active region of the semiconductor device.

【0011】上記特開平7‐135174号公報及び特
開平10‐256155号公報は、共に、選択的に触媒
元素を導入する場合における非晶質ケイ素膜への触媒元
素の導入方法に関するものでり、触媒元素を溶かした溶
液を非晶質ケイ素膜表面にスピン塗布することによって
触媒元素の導入を行っている。この方法では、溶液の濃
度を任意にコントロールすることによって、非晶質ケイ
素膜への触媒元素の導入量を容易に制御可能である。ま
た、極微量の触媒元素を比較的正確に制御して非晶質ケ
イ素膜に導入できるメリットもある。しかしながら、そ
の場合、非晶質ケイ素膜表面は疎水性であるために溶媒
として水やアルコール類などを用いた場合には溶液が弾
かれてしまい、安定した塗布ができなくなる。そのた
め、これらの公報においては、非晶質ケイ素膜の表面を
薄膜酸化し、表面を親水性とした後に、触媒元素溶液の
スピン塗布を行っている。
The above-mentioned JP-A-7-135174 and JP-A-10-256155 both relate to a method for introducing a catalytic element into an amorphous silicon film when a catalytic element is selectively introduced, The catalyst element is introduced by spin-coating a solution of the catalyst element on the surface of the amorphous silicon film. In this method, the amount of the catalyst element introduced into the amorphous silicon film can be easily controlled by arbitrarily controlling the concentration of the solution. There is also an advantage that a very small amount of a catalyst element can be relatively accurately controlled and introduced into the amorphous silicon film. However, in this case, since the surface of the amorphous silicon film is hydrophobic, when water or alcohol is used as a solvent, the solution is repelled, and stable coating cannot be performed. Therefore, in these publications, after the surface of the amorphous silicon film is oxidized in a thin film to make the surface hydrophilic, spin coating of a catalyst element solution is performed.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平7‐135174号公報および特開平10‐256
155号公報に開示されているような高品質な結晶性ケ
イ素膜を得る方法には、以下のような問題がある。
However, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 7-135174 and Hei 10-256 describe above.
The method for obtaining a high-quality crystalline silicon film as disclosed in JP-A-155-155 has the following problems.

【0013】すなわち、上述したように、触媒元素を導
入することによって非晶質ケイ素膜を結晶化するので、
加熱温度の低温化や加熱時間の短縮化を図ることがで
き、結晶化後に得られるケイ素膜の結晶性は他の従来の
結晶化方法に比べて明らかに優れてはいる。しかしなが
ら、上記金属類を主とする触媒元素が半導体中に多量に
存在していることは、これら半導体を用いた装置の信頼
性や電気的安定性を阻害するものであり、決して好まし
いことでない。
That is, as described above, since the amorphous silicon film is crystallized by introducing the catalytic element,
The heating temperature can be lowered and the heating time can be reduced, and the crystallinity of the silicon film obtained after crystallization is clearly superior to other conventional crystallization methods. However, the presence of a large amount of the above-mentioned metal-based catalyst elements in a semiconductor impairs the reliability and electrical stability of a device using such a semiconductor, and is by no means preferable.

【0014】したがって、上記のニッケル等の結晶化を
助長する触媒元素は、非晶質ケイ素を結晶化させる際に
は必要であるが、結晶化したケイ素中には極力含まれな
いようにすることが望ましい。そのためには、触媒元素
として結晶性ケイ素中で不活性な傾向の強いものを選ぶ
と同時に、結晶化に必要な触媒元素の量を極力少なく
し、最低限の量で結晶化を行う必要がある。そして、そ
のためには、上記触媒元素の添加量を精密に制御して導
入する必要があり、その際の処理法における触媒元素の
添加量の基板内の均一性や基板間の安定性(再現性)を確
保することが不可欠である。
Therefore, the above-mentioned catalytic element for promoting crystallization, such as nickel, is necessary when crystallizing amorphous silicon, but should be contained as little as possible in the crystallized silicon. Is desirable. To do so, it is necessary to select a catalyst element that has a strong tendency to be inactive in crystalline silicon as well as minimize the amount of the catalyst element required for crystallization and perform crystallization with the minimum amount. . In order to do so, it is necessary to control the amount of addition of the above-mentioned catalyst element precisely and introduce it. ) Is essential.

【0015】しかも、この方法では、非晶質ケイ素膜の
結晶化を触媒元素に依存して行う訳であるから、逆に言
うと、触媒元素の導入量がばらつけば、結晶状態もそれ
を反映してばらつくことになり、それを活性領域とする
半導体素子の特性もばらつくことになる。現在、これら
が、この触媒元素による結晶化方法における最大の問題
点となっている訳である。
In addition, in this method, the crystallization of the amorphous silicon film is performed depending on the catalytic element. Conversely, if the amount of the introduced catalytic element varies, the crystal state also changes. Thus, the characteristics will vary, and the characteristics of the semiconductor element using the active region as the active region will also vary. At present, these are the biggest problems in the crystallization method using this catalytic element.

【0016】さて、非晶質ケイ素膜の表面近傍のみに効
率的に極微量のニッケルを導入する方法としては、上記
特開平7‐135174号公報および特開平10‐25
6155号公報の場合のように、非晶質ケイ素膜表面に
触媒元素を溶かした溶液をスピナーによって塗布する方
法がある。この方法によれば、上記溶液中のニッケル濃
度を制御することによって非晶質ケイ素膜中に導入され
るニッケル量を容易に管理でき、結晶化に必要最小限の
量の触媒元素の添加が可能になる。
As a method for efficiently introducing a trace amount of nickel only to the vicinity of the surface of an amorphous silicon film, the above-mentioned JP-A-7-135174 and JP-A-10-25 have been disclosed.
As in the case of JP-A-6155, there is a method in which a solution in which a catalytic element is dissolved is applied to the surface of an amorphous silicon film by a spinner. According to this method, the amount of nickel introduced into the amorphous silicon film can be easily controlled by controlling the concentration of nickel in the solution, and a minimum amount of catalyst element necessary for crystallization can be added. become.

【0017】しかしながら、上記公報に開示された結晶
性ケイ素膜を得る方法における最大の問題点として、基
板内の均一性がよくないことが挙げられる。この方法で
は、触媒元素が例えばニッケルの場合には溶質として硝
酸ニッケルや酢酸ニッケルなどのニッケル塩を用い、そ
れを溶かす溶媒としては水やエタノール等を用いてい
る。この溶液を非晶質ケイ素膜表面にスピンコートする
訳であるが、実際にはスピンコートではなくスピンによ
る乾燥工程で触媒元素が非晶質ケイ素膜表面に析出して
いるのである。したがって、この方法では塗布というイ
メージではなく、非晶質ケイ素膜表面にイオン状であっ
た触媒元素を析出させて置いていくというイメージの方
が正しい。
However, one of the biggest problems in the method for obtaining a crystalline silicon film disclosed in the above publication is that the uniformity in the substrate is not good. In this method, when the catalyst element is, for example, nickel, a nickel salt such as nickel nitrate or nickel acetate is used as a solute, and water, ethanol, or the like is used as a solvent for dissolving it. This solution is spin-coated on the surface of the amorphous silicon film, but actually, the catalyst element is deposited on the surface of the amorphous silicon film by a spin-drying process instead of spin coating. Therefore, in this method, the image of depositing and depositing the ionic catalyst element on the surface of the amorphous silicon film rather than the image of coating is more correct.

【0018】よって、上述の方法においては、上記溶液
の乾燥むらが、そのまま触媒元素導入量、さらには加熱
によって得られる結晶性ケイ素膜の結晶性の不均一性に
現れる。ここで言う不均一性は、スピナーの影響による
マクロ的な不均一性と、乾燥工程の際の微小な(μmオー
ダー)水滴残りによるミクロ的な不均一性の両方を含ん
でいる。特に後者のミクロ的な不均一性は、触媒元素を
選択導入する際などパターン段差がある基板に対してよ
り顕著に現れる。実際に、この方法を用いた場合におけ
る実際の触媒元素添加量のマクロ的なばらつきは、12
7mm角基板において±20%程度もあり、さらに長辺4
00mm以上の大型基板では±40%程度に拡大される。
この値はただ単に表面添加濃度のマクロ的ばらつきであ
り、結晶状態のばらつきは他の要因でさらに拡大され
る。すなわち、表面添加濃度のマクロ的ばらつきは、上
記ミクロ的なばらつきに加えて、ダスト等のパーティク
ルに対して非常に敏感であり、微小なダストが基板表面
に存在すると必ずと言って良いほど塗りむらができ、結
晶成長のむらが発生するのである。
Therefore, in the above-mentioned method, the uneven drying of the solution appears as it is in the amount of the introduced catalyst element and further, the non-uniformity of the crystallinity of the crystalline silicon film obtained by heating. The nonuniformity referred to here includes both macroscopic nonuniformity due to the influence of the spinner and microscopic nonuniformity due to minute (μm order) remaining water droplets during the drying process. In particular, the latter microscopic non-uniformity appears more remarkably on a substrate having a pattern step, such as when a catalyst element is selectively introduced. Actually, when this method is used, the macroscopic variation in the actual amount of the catalyst element added is 12
There is about ± 20% on 7 mm square substrate, and the long side 4
For a large substrate of 00 mm or more, it is expanded to about ± 40%.
This value is simply a macro-variation in the surface addition concentration, and the variability in the crystal state is further enlarged by other factors. That is, in addition to the above-mentioned micro-variation, the macro-variation in the surface addition concentration is very sensitive to particles such as dust, and the coating unevenness is so large that it is almost always necessary that fine dust exists on the substrate surface. This leads to uneven crystal growth.

【0019】また、上述の方法においては、非晶質ケイ
素膜表面に滴下された触媒元素を含む溶液が、スピナー
によって如何ほど均一に表面に接したまま乾燥されたか
が最大のポイントとなるため、非晶質ケイ素膜表面に対
するその溶液の濡れ性が重要になる。したがって、濡れ
性向上のために非晶質ケイ素膜表面を薄膜酸化するなど
の工程が必要となり、余分な工程が増えるだけでなく、
触媒元素導入量を支配するパラメータがさらに増えるた
めに、処理法自体の安定性も低くなる。
Also, in the above-mentioned method, the most important point is how much the solution containing the catalyst element dropped on the surface of the amorphous silicon film is dried while being in contact with the surface by the spinner. The wettability of the solution to the surface of the crystalline silicon film becomes important. Therefore, a process such as thin film oxidation of the amorphous silicon film surface is required to improve wettability, and not only an extra process is increased,
Since the parameters governing the amount of catalyst element introduced further increase, the stability of the treatment method itself also decreases.

【0020】さらに、上記触媒元素による結晶化方法の
メカニズムとしては、先ず、加熱処理によって触媒元素
と非晶質ケイ素膜との間でシリサイド反応が生じ、それ
を結晶核として結晶成長が起きている。しかしながら、
溶液をスピン塗布する方法では、触媒元素は金属原子状
では無く中途半端なイオン結晶(塩)状態で存在してお
り、このシリサイド反応が不安定となって、結晶核の発
生や結晶成長も不安定となる。さらには、触媒元素と反
応すべき非晶質ケイ素膜との間にスピン塗布の際の濡れ
性向上のために形成された薄い酸化膜が存在しており、
これが更にシリサイド反応を不安定にさせ、結晶核の発
生や結晶成長を不安定化させるのである。
Further, as a mechanism of the crystallization method using the catalyst element, first, a silicide reaction occurs between the catalyst element and the amorphous silicon film by heat treatment, and crystal growth occurs using the silicide reaction as a crystal nucleus. . However,
In the method of spin-coating the solution, the catalytic element is not in the form of metal atoms but exists in an incomplete ionic crystal (salt) state, and this silicide reaction becomes unstable, so that generation of crystal nuclei and crystal growth are also not possible. Become stable. Furthermore, between the catalytic element and the amorphous silicon film to be reacted, there is a thin oxide film formed for improving wettability during spin coating,
This further destabilizes the silicide reaction, destabilizing generation of crystal nuclei and crystal growth.

【0021】したがって、上記特開平7‐135174
号公報および特開平10‐256155号公報に記載さ
れているような結晶性ケイ素膜を得る方法においては、
触媒元素添加量の基板内の不均一性が大きく、さらには
微小パーティクル等による結晶成長むらも局所的に発生
し、また結晶核発生が不安定でもあり、当然のことなが
ら基板面内および基板間での均一性や再現性の高い安定
した結晶成長はできない。
Therefore, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-135174
In the method for obtaining a crystalline silicon film as described in JP-A-10-256155 and JP-A-10-256155,
The addition amount of the catalyst element in the substrate is largely non-uniform, and the crystal growth unevenness due to minute particles and the like is locally generated, and the generation of crystal nuclei is also unstable. Crystal growth with high uniformity and high reproducibility cannot be achieved.

【0022】すなわち、液晶表示装置のアクティブマト
リックス基板のように一つの基板上に数十万個のTFT
を均一性よく作製することは、上述の方法では非常に困
難なのである。特に、液晶表示用のアクティブマトリッ
クス基板の製造工程においては、装置の低コスト化や大
面積化の要望に従って、主流は400mm角以上の大型基
板に移ってきている。このような大型基板に対しては、
上記各公報に記載された方法では全く対応不可能であ
り、上記各公報に記載された方法にとって代わる均一性
および安定性に優れた半導体装置の製造方法が要求され
ている。
That is, hundreds of thousands of TFTs are formed on one substrate such as an active matrix substrate of a liquid crystal display device.
It is very difficult to fabricate with good uniformity by the above-mentioned method. In particular, in the manufacturing process of an active matrix substrate for a liquid crystal display, the mainstream has shifted to a large substrate of 400 mm square or more in accordance with a demand for lower cost and larger area of the device. For such large substrates,
The methods described in the above publications cannot cope at all, and there is a demand for a method of manufacturing a semiconductor device having excellent uniformity and stability, which can replace the methods described in the above publications.

【0023】そこで、この発明の目的は、触媒元素を用
いた加熱処理によって非晶質ケイ素膜を結晶化処理する
薄膜ケイ素半導体の作製において、 (1)触媒元素の量を制御して導入し、その量を最小限の
量とする。 (2)基板面に均一性よく触媒元素を導入し、大面積基板
に対応可能とする。 (3)生産性の高い方法とする。 (4)熱処理で得られる結晶性よりさらに高い結晶性を得
る。ことによって、特性ばらつきの少ない安定した特性
を有する集積度の高い高性能半導体装置を簡便な製造プ
ロセスで得ることができる半導体装置の製造方法を提供
することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a thin-film silicon semiconductor in which an amorphous silicon film is crystallized by a heat treatment using a catalytic element. Minimize that amount. (2) A catalyst element is introduced into the substrate surface with good uniformity so that a large-area substrate can be handled. (3) Use a method with high productivity. (4) Higher crystallinity than that obtained by heat treatment is obtained. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of obtaining a highly integrated high-performance semiconductor device having stable characteristics with small characteristic variations by a simple manufacturing process.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第1の発明の半導体装置の製造方法は、絶縁表面を
有する基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、上記
非晶質ケイ素膜の表面を薄膜酸化して薄膜酸化膜を形成
する工程と、上記薄膜酸化膜を通して上記非晶質ケイ素
膜に結晶化を促進する触媒元素を導入する工程と、上記
薄膜酸化膜を除去する工程と、加熱処理を施して上記非
晶質ケイ素膜を結晶化させる工程と、上記結晶化によっ
て得られた結晶性ケイ素膜を用いて半導体装置のチャネ
ル領域を形成する工程を備えたことを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface; Forming a thin oxide film by thinly oxidizing the surface of the silicon film, introducing a catalytic element that promotes crystallization to the amorphous silicon film through the thin oxide film, and removing the thin oxide film A step of performing a heat treatment to crystallize the amorphous silicon film, and a step of forming a channel region of a semiconductor device using the crystalline silicon film obtained by the crystallization. And

【0025】上記構成によれば、非晶質ケイ素膜の表面
に形成された薄膜酸化膜を通して上記非晶質ケイ素膜に
触媒元素が導入された後、表面や内部に多くの上記触媒
元素が存在している上記薄膜酸化膜が除去される。した
がって、上記非晶質ケイ素膜中には上記薄膜酸化膜を通
して導入された分の微量の触媒元素のみが残り、上記触
媒元素の導入量が上記非晶質ケイ素膜の結晶化を促進す
るのに必要な極微量に且つ精度よく制御される。
According to the above configuration, after the catalytic element is introduced into the amorphous silicon film through the thin oxide film formed on the surface of the amorphous silicon film, a large amount of the catalytic element exists on the surface or inside. The thin oxide film is removed. Therefore, only a trace amount of the catalyst element introduced through the thin oxide film remains in the amorphous silicon film, and the introduction amount of the catalyst element promotes crystallization of the amorphous silicon film. It is controlled to the required minimum amount and with high precision.

【0026】また、第2の発明の半導体装置の製造方法
は、絶縁表面を有する基板上に非晶質ケイ素膜を形成す
る工程と、上記非晶質ケイ素膜の表面を薄膜酸化して薄
膜酸化膜を形成する工程と、上記薄膜酸化膜を通して上
記非晶質ケイ素膜の一部に結晶化を促進する触媒元素を
選択的に導入する工程と、上記薄膜酸化膜を除去する工
程と、加熱処理を施して上記触媒元素が導入された領域
からその周辺領域へ向って上記基板と平行に上記非晶質
ケイ素膜を結晶化させる工程と、上記結晶化によって得
られた結晶性ケイ素膜を用いて半導体装置のチャネル領
域を形成する工程を備えたことを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface; A step of forming a film, a step of selectively introducing a catalyst element that promotes crystallization to a part of the amorphous silicon film through the thin oxide film, a step of removing the thin oxide film, and a heat treatment Crystallizing the amorphous silicon film in parallel with the substrate from the region in which the catalytic element is introduced to the peripheral region thereof by using the crystalline silicon film obtained by the crystallization. A step of forming a channel region of the semiconductor device is provided.

【0027】上記構成によれば、上記第1の発明の場合
と同様に、表面や内部に多くの触媒元素が存在している
上記薄膜酸化膜が除去されて、上記非晶質ケイ素膜に対
する上記触媒元素の導入量が上記非晶質ケイ素膜の結晶
化を促進するのに必要な極微量に且つ精度よく制御され
る。
According to the above configuration, as in the case of the first invention, the thin oxide film having a large number of catalytic elements on its surface or inside is removed, and the above-mentioned amorphous silicon film is removed. The introduction amount of the catalyst element is controlled to a very small amount necessary for promoting the crystallization of the amorphous silicon film and accurately.

【0028】さらに、上記触媒元素が導入された非晶質
ケイ素膜の結晶化が、導入領域からその周辺領域へ向っ
て上記基板と平行に行われる。その結果、この横方向結
晶成長領域の内部では成長方向が略一方向に揃った柱状
結晶がひしめき合っており、上記第1の発明の場合のよ
うに、上記触媒元素が直接導入されてランダムに結晶核
の発生が起こった場合に比して結晶性が良好になる。し
たがって、この横方向結晶成長領域の結晶性ケイ素膜を
半導体装置のチャネル領域に用いることによって、半導
体装置の高性能化が図られる。
Further, the crystallization of the amorphous silicon film into which the catalyst element has been introduced is performed in parallel with the substrate from the introduction region to the peripheral region. As a result, within the lateral crystal growth region, columnar crystals whose growth directions are substantially aligned in one direction are crowded. As in the case of the first aspect, the catalyst element is directly introduced and the The crystallinity becomes better than when nucleation occurs. Therefore, by using the crystalline silicon film in the lateral crystal growth region for the channel region of the semiconductor device, the performance of the semiconductor device can be improved.

【0029】また、上記第1の発明および第2の発明の
半導体装置の製造方法は、上記非晶質ケイ素膜に対する
上記薄膜酸化膜を通しての触媒元素導入を、上記触媒元
素を含むターゲットを用いたスパッタリング法によって
上記薄膜酸化膜上からスパッタリングすることによって
行うことが望ましい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first and second aspects of the present invention, the catalyst element is introduced into the amorphous silicon film through the thin oxide film using a target containing the catalyst element. It is desirable that the sputtering be performed by sputtering from the above thin oxide film.

【0030】上記構成によれば、触媒元素導入は上記薄
膜酸化膜上からのスパッタリングによって行われるの
で、CVD法や蒸着法に比して深い位置まで均一にデポ
ジション原子が入り込む。その結果、上記触媒元素の一
部が、上記薄膜酸化膜を通り越して上記非晶質ケイ素膜
まで均一に導入される。
According to the above configuration, since the introduction of the catalytic element is performed by sputtering from above the thin film oxide film, the deposition atoms enter even deeper than in the CVD or vapor deposition method. As a result, a part of the catalyst element is uniformly introduced through the thin oxide film to the amorphous silicon film.

【0031】また、上記第1の発明および第2の発明の
半導体装置の製造方法は、上記スパッタリング時におけ
るスパッタリングパワーをコントロールすることによっ
て、上記非晶質ケイ素膜に対する触媒元素の導入量を制
御することが望ましい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first and second aspects of the present invention, the amount of a catalytic element introduced into the amorphous silicon film is controlled by controlling the sputtering power during the sputtering. It is desirable.

【0032】上記スパッタリング法によれば、低パワー
領域において、パワーによって膜中に打ち込まれるデポ
ジション原子の深さが変化する。したがって、上記構成
によれば、この現象を利用して、上記非晶質ケイ素膜に
入り込む触媒元素の量が簡単に且つ精度よく制御され
る。
According to the above-mentioned sputtering method, in a low power region, the depth of a deposition atom implanted in a film by power changes. Therefore, according to the above configuration, the amount of the catalyst element entering the amorphous silicon film is easily and accurately controlled by utilizing this phenomenon.

【0033】また、上記第1の発明および第2の発明の
半導体装置の製造方法は、上記非晶質ケイ素膜表面の薄
膜酸化を、上記非晶質ケイ素膜の結晶化が始まる温度以
下の温度で、上記薄膜酸化が処理時間に対して酸化膜厚
が飽和するような方法で行うことが望ましい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first and second aspects of the present invention, the thin film oxidation of the surface of the amorphous silicon film may be performed at a temperature lower than a temperature at which crystallization of the amorphous silicon film starts. It is desirable that the thin film oxidation be performed in such a manner that the oxide film thickness is saturated with respect to the processing time.

【0034】上記構成によれば、処理時間に対して酸化
膜厚が飽和するような方法で上記薄膜酸化が行われる。
したがって、上記飽和状態に至る所定時間まで薄膜酸化
を行うことによって、基板内および基板間における薄膜
酸化膜の膜厚が常に一定に保たれる。その結果、上記触
媒元素の導入量制御が安定して行われ、その精度が向上
して均―性がより一層高められる。
According to the above configuration, the thin film oxidation is performed in such a manner that the oxide film thickness is saturated with respect to the processing time.
Therefore, by performing the thin-film oxidation for a predetermined time to reach the above-mentioned saturation state, the thickness of the thin-film oxide film within the substrate and between the substrates is always kept constant. As a result, the control of the introduction amount of the catalyst element is performed stably, the accuracy is improved, and the uniformity is further improved.

【0035】また、上記第1の発明および第2の発明の
半導体装置の製造方法は、上記非晶質ケイ素膜表面の薄
膜酸化を、硫酸,過酸化水素およびオゾン水のうち少な
くとも一つから成る液体に上記非晶質ケイ素膜表面を浸
すことによって行うことが望ましい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first and second aspects of the present invention, the thin-film oxidation of the surface of the amorphous silicon film comprises at least one of sulfuric acid, hydrogen peroxide and ozone water. It is desirable to carry out by immersing the surface of the amorphous silicon film in a liquid.

【0036】上記構成によれば、上記非晶質ケイ素膜の
活性な表面のみの反応であるため、酸化が進行して酸化
膜が形成されると同時に、酸化反応も低下する。その結
果、処理時間に対して上記薄膜酸化膜の膜厚が飽和する
ことになる。さらに、上記非晶質ケイ素膜の表面に付着
しているパーティクル等が洗浄される。
According to the above configuration, since the reaction is performed only on the active surface of the amorphous silicon film, oxidation proceeds to form an oxide film, and at the same time, the oxidation reaction decreases. As a result, the thickness of the thin oxide film becomes saturated with respect to the processing time. Further, particles and the like adhering to the surface of the amorphous silicon film are washed.

【0037】また、上記第1の発明および第2の発明の
半導体装置の製造方法は、上記非晶質ケイ素膜表面の薄
膜酸化を、酸素雰囲気下において上記非晶質ケイ素膜表
面にUV光を照射することによって行うことが望まし
い。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first and second inventions, the thin film oxidation of the surface of the amorphous silicon film may be performed by applying UV light to the surface of the amorphous silicon film in an oxygen atmosphere. It is desirable to perform the irradiation.

【0038】上記構成によれば、上記非晶質ケイ素膜の
活性な表面反応を利用するため、酸化が進行するに従っ
て酸化膜厚が飽和することになる。さらに、上記非晶質
ケイ素膜表面を上記液体に浸す方法に比べて、より緻密
な薄膜酸化膜が形成される。したがって、バリア効果が
高く、上記非晶質ケイ素膜に導入される触媒元素量がよ
り低く制御可能になる。
According to the above configuration, since the active surface reaction of the amorphous silicon film is used, the thickness of the oxide film becomes saturated as the oxidation proceeds. Further, a denser thin oxide film is formed as compared with the method of immersing the surface of the amorphous silicon film in the liquid. Therefore, the barrier effect is high, and the amount of the catalytic element introduced into the amorphous silicon film can be controlled to be lower.

【0039】また、上記第1の発明および第2の発明の
半導体装置の製造方法は、上記薄膜酸化膜の除去を、上
記触媒元素および非晶質ケイ素膜はエッチングされず、
酸化ケイ素膜のみが選択的にエッチングされるようなエ
ッチャントを用いたエッチングによって行うことが望ま
しい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first and second aspects of the present invention, the thin film oxide film is removed, the catalyst element and the amorphous silicon film are not etched,
It is preferable to perform the etching by using an etchant in which only the silicon oxide film is selectively etched.

【0040】上記構成によれば、上記薄膜酸化膜が除去
される際に、上記非晶質ケイ素膜に導入されている触媒
元素が除去されたり、上記非晶質ケイ素膜がエッチング
されて上記触媒元素もエッチバックされることがない。
こうして、上記非晶質ケイ素膜に対して目的とする結晶
化が行われる。
According to the above configuration, when the thin oxide film is removed, the catalyst element introduced into the amorphous silicon film is removed, or the amorphous silicon film is etched to remove the catalyst element. Elements are not etched back.
Thus, the target crystallization is performed on the amorphous silicon film.

【0041】また、上記第1の発明および第2の発明の
半導体装置の製造方法は、上記エッチャントとして、少
なくともフッ化水素酸を用いることが望ましい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first and second aspects of the present invention, it is preferable that at least hydrofluoric acid is used as the etchant.

【0042】上記構成によれば、フッ化水素酸によっ
て、上記薄膜酸化膜のみが選択的にエッチングされる。
その際に、上記フッ化水素酸はケイ素膜への汚染も極め
て少なく、上記薄膜酸化膜中の触媒元素が非晶質ケイ素
膜へ再付着することもない。
According to the above configuration, only the thin oxide film is selectively etched by hydrofluoric acid.
At this time, the hydrofluoric acid causes very little contamination of the silicon film, and the catalyst element in the thin oxide film does not adhere to the amorphous silicon film again.

【0043】また、上記第1の発明および第2の発明の
半導体装置の製造方法は、上記触媒元素として、少なく
ともニッケル元素を用いることが望ましい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first and second inventions, it is desirable to use at least a nickel element as the catalyst element.

【0044】上記構成によれば、ニッケル元素が形成す
るシリサイドNiSi2は螢石型の結晶構造を示して、そ
の結晶構造は単結晶ケイ素のダイヤモンド構造と非常に
類似している。しかも、シリサイドNiSi2の格子定数
は結晶シリコン(ダイヤモンド構造)の格子定数に非常に
近い。したがって、シリサイドNiSi2は、上記非晶質
ケイ素膜を結晶化させるための最高の鋳型として機能し
て、上記非晶質ケイ素膜の結晶化が促される。
According to the above structure, the silicide NiSi 2 formed by the nickel element has a fluorite type crystal structure, and the crystal structure is very similar to the diamond structure of single crystal silicon. Moreover, the lattice constant of silicide NiSi 2 is very close to the lattice constant of crystalline silicon (diamond structure). Therefore, silicide NiSi 2 functions as the best template for crystallizing the amorphous silicon film, and crystallization of the amorphous silicon film is promoted.

【0045】また、上記第1の発明の半導体装置の製造
方法は、上記薄膜酸化膜が除去された後の非晶質ケイ素
膜表面におけるニッケル濃度を、1×1012atoms/cm2
以上且つ1×1013atoms/cm2以下に成すことが望まし
い。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect of the present invention, the nickel concentration on the surface of the amorphous silicon film after the removal of the thin oxide film is set to 1 × 10 12 atoms / cm 2.
It is desirable that the density be equal to or more than 1 × 10 13 atoms / cm 2 .

【0046】上記構成によれば、ニッケル濃度が1×1
12atoms/cm2以上であるから上記非晶質ケイ素膜に対
して十分な結晶成長が行われる。さらに、1×1013at
oms/cm2以下であるから、結晶化後にシリサイドとして
上記結晶性ケイ素膜中に偏在する領域が多くなって半導
体素子の特性に悪影響を及ぼすことはない。
According to the above configuration, the nickel concentration is 1 × 1
Since it is 0 12 atoms / cm 2 or more, sufficient crystal growth is performed on the amorphous silicon film. 1 × 10 13 at
Since it is not more than oms / cm 2 , the region which is unevenly distributed in the crystalline silicon film as silicide after crystallization does not increase and does not adversely affect the characteristics of the semiconductor element.

【0047】また、上記第2の発明の半導体装置の製造
方法は、上記薄膜酸化膜が除去された後の非晶質ケイ素
膜表面のニッケル導入領域におけるニッケル濃度を、1
×1013atoms/cm2以上且つ1×1014atoms/cm2以下に
成すことが望ましい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the second aspect of the present invention, the nickel concentration in the nickel-introduced region on the surface of the amorphous silicon film after the removal of the thin oxide film is reduced to 1%.
It is desirable that the density be at least × 10 13 atoms / cm 2 and at most 1 × 10 14 atoms / cm 2 .

【0048】上記構成によれば、ニッケル濃度が1×1
13atoms/cm2以上であるから上記非晶質ケイ素膜に対
して十分な結晶成長が行われる。さらに、1×1014at
oms/cm2以下であるから、結晶化後にシリサイドとして
上記結晶性ケイ素膜中に偏在する領域が多くなって半導
体素子の特性に悪影響を及ぼすことはない。
According to the above configuration, the nickel concentration is 1 × 1
Since it is 0 13 atoms / cm 2 or more, sufficient crystal growth is performed on the amorphous silicon film. Furthermore, 1 × 10 14 at
Since it is not more than oms / cm 2 , the region which is unevenly distributed in the crystalline silicon film as silicide after crystallization does not increase and does not adversely affect the characteristics of the semiconductor element.

【0049】[0049]

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。 <第1実施の形態>本実施の形態においては、ガラス基
板上にN型TFTを作製する際の工程にこの発明を適用
した場合について説明する。本実施の形態におけるTF
Tは、アクティブマトリックス型の液晶表示装置のドラ
イバ回路や画素部分は勿論のこと、薄膜集積回路を構成
する素子としても利用することができる。本実施の形態
においては、それらの代表として、基板上に数十万から
数百万のN型TFTを特に均一に作製する必要がある液
晶表示装置用のアクティブマトリックス基板の画素駆動
用TFTを例にとって説明を行う。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments. <First Embodiment> In this embodiment, a case where the present invention is applied to a process for manufacturing an N-type TFT on a glass substrate will be described. TF in the present embodiment
T can be used not only as a driver circuit and a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display device but also as an element constituting a thin film integrated circuit. In the present embodiment, a typical example is a TFT for driving a pixel of an active matrix substrate for a liquid crystal display device in which hundreds of thousands to several millions of N-type TFTs need to be particularly uniformly formed on a substrate. To explain.

【0050】図1は、本実施の形態におけるアクティブ
マトリックス基板上の画素TFTの製造工程の概要を示
す平面図である。実際には前述のごとく数十万個以上の
TFTによって構成されるのであるが、本実施の形態に
おいては、3行×4列の12個のTFTに簡略して説明
を行う。図2および図3は、図1(e)におけるA‐A'矢
視断面に相当する製造工程断面図であり、図2(a)から
図3(g)の順に従って画素TFTの作製工程が進行す
る。
FIG. 1 is a plan view showing an outline of a manufacturing process of a pixel TFT on an active matrix substrate in the present embodiment. Actually, as described above, it is composed of hundreds of thousands or more TFTs, but in the present embodiment, the description will be simplified to 12 TFTs of 3 rows × 4 columns. 2 and 3 are cross-sectional views showing a manufacturing process corresponding to a cross section taken along the line AA ′ in FIG. 1 (e). The manufacturing process of the pixel TFT is performed in the order of FIG. 2 (a) to FIG. proceed.

【0051】先ず、図2(a)に示すように、ガラス基板
1上に、例えばスパッタリング法によって厚さ300nm
〜500nm程度の酸化ケイ素2からなる下地膜を形成す
る。この酸化ケイ素膜2は、ガラス基板1からの不純物
の拡散を防ぐために設けられる。次に、プラズマCVD
(化学蒸着)法によって、厚さ20nm〜80nm(例えば3
0nm)の真性(I型)の非晶質ケイ素膜(a‐Si膜)3を成
膜する。本実施の形態においては、平行平板式のプラズ
マCVD装置を用いて、SiH4ガスとH2ガスとを材料
ガスとして用い、基板加熱温度を200℃〜400℃と
し、RF(高周波)パワーのパワー密度を10mW/cm2
100mW/cm2として行った。
First, as shown in FIG. 2 (a), a 300 nm-thick
A base film made of silicon oxide 2 having a thickness of about 500 nm is formed. This silicon oxide film 2 is provided to prevent diffusion of impurities from the glass substrate 1. Next, plasma CVD
According to the (chemical vapor deposition) method, the thickness is 20 nm to 80 nm (for example, 3 nm).
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-Si film) 3 having a thickness of 0 nm is formed. In this embodiment, a parallel plate type plasma CVD apparatus is used, SiH 4 gas and H 2 gas are used as material gases, the substrate heating temperature is set to 200 ° C. to 400 ° C., and the power of RF (high frequency) power is set. Density of 10mW / cm 2 ~
The operation was performed at 100 mW / cm 2 .

【0052】次に、図2(a)に示すように、得られたa
‐Si膜3の表面を薄膜酸化し、薄膜酸化膜4を形成す
る。この薄膜酸化膜4の形成には、濃硫酸と過酸化水素
水とを1:1に混合した液体を100℃から150℃に
加熱し、そこに半導体積層基板を浸けることによって行
う。処理時間は5分程度であり、これ以上長く処理を続
けても略酸化膜厚は飽和状態となる。このようにして形
成された薄膜酸化膜4の膜厚は20Å〜30Å程度であ
る。
Next, as shown in FIG.
-The surface of the Si film 3 is thin-film oxidized to form a thin-film oxide film 4. The thin oxide film 4 is formed by heating a liquid obtained by mixing concentrated sulfuric acid and hydrogen peroxide solution at a ratio of 1: 1 from 100 ° C. to 150 ° C., and immersing the semiconductor laminated substrate therein. The processing time is about 5 minutes, and even if the processing is continued for a longer time, the substantially oxide film thickness becomes saturated. The thickness of the thin oxide film 4 thus formed is about 20 ° to 30 °.

【0053】そして、この上からニッケル5を微量だけ
添加する。このニッケル5の微量添加は、純ニッケル
(99.9%以上)のターゲットを用い、DCスパッタリ
ングにより行う。具体的には、DCパワーが100W程
度という極低パワーによって、基板搬送速度を2000
mm/minにまで高めてスパッタリング処理を行う。スパッ
タリングガスとしてはアルゴンを用い、純ニッケルター
ゲットに対するスパッタリング時のガス圧力を10Pa
以上に上げることで、ニッケルの極低濃度スパッタリン
グが可能となる。
Then, a small amount of nickel 5 is added from above. This small amount of nickel 5 is pure nickel
(99.9% or more) by DC sputtering using a target. Specifically, a very low DC power of about 100 W increases the substrate transfer speed to 2000
Sputtering process is performed up to mm / min. Argon was used as a sputtering gas, and the gas pressure during sputtering on a pure nickel target was 10 Pa.
With the above, extremely low concentration sputtering of nickel becomes possible.

【0054】このようにしてスパッタリングされたニッ
ケル5は、図2(a)においては薄膜のように表現されて
いるが、実際には単原子層程度かそれ以下の状態であっ
て、とても膜と呼べる状態ではない。具体的には、DC
パワー40W、アルゴンガス圧18Paの条件でスパッ
タリングを行ったところ、a‐Si3(薄膜酸化膜4)表
面上のニッケル濃度は4×1013atoms/cm2程度であっ
た。この場合のニッケル濃度は全反射蛍光X線分析(T
RXRF)法によって行っているが、深さ方向の分解能
は100Å程度であるので、上層の薄膜酸化膜4だけで
なく下層のa‐Si膜3の一部も測定に含まれる。この
とき、スパッタリングされたニッケル5は、大部分が薄
膜酸化膜4表面あるいは薄膜酸化膜4中に存在している
が、その一部にはスパッタリングによって下層のa‐S
i膜3表面に入り込んでいるものも存在している。すな
わち、この段階では、模式的には図2(a)のような状態
になっているのである。
The nickel 5 sputtered in this manner is represented as a thin film in FIG. 2A, but is actually in a state of about a monoatomic layer or less, and is very thin. Not in a callable state. Specifically, DC
When sputtering was performed under the conditions of a power of 40 W and an argon gas pressure of 18 Pa, the nickel concentration on the surface of a-Si3 (thin oxide film 4) was about 4 × 10 13 atoms / cm 2 . The nickel concentration in this case was determined by total reflection X-ray fluorescence analysis (T
Although the measurement is performed by the RXRF method, since the resolution in the depth direction is about 100 °, not only the upper thin film oxide film 4 but also a part of the lower a-Si film 3 are included in the measurement. At this time, most of the sputtered nickel 5 exists on the surface of the thin oxide film 4 or in the thin oxide film 4, but a part of the lower a-S
Some of them enter the surface of the i-film 3. That is, at this stage, the state is schematically as shown in FIG.

【0055】次に、図2(b)に示すように、上記薄膜酸
化膜4を除去する。薄膜酸化膜4の除去に関しては、a
‐Siおよびニッケルと十分なエッチング選択比のある
フッ化水素酸、具体的にはフッ化アンモニウムを含むバ
ッファードフッ酸(BHF)を用いる。この工程によっ
て、薄膜酸化膜4表面あるいは薄膜酸化膜4中に存在し
ている大量のニッケル5が、上記薄膜酸化膜4と共にリ
フトオフされて除去されるのである。そして、図2(b)
に示すように、a‐Si膜3表面には、スパッタリング
によって到達した一部のニッケル5しか残らないことに
なる。この段階で、さらにTRXRF法によってa‐S
i3表面上のニッケル濃度を測定すると、5×1012ato
ms/cm2程度であり、直接のスパッタリングによるニッケ
ル添加と比較して約一桁の濃度低下を図れることが分か
る。また、この段階でのニッケル濃度の基板内均一性を
320mm×400mm角の基板内で調べると、±10%程
度であり、非常に良好である。
Next, as shown in FIG. 2B, the thin oxide film 4 is removed. Regarding the removal of the thin oxide film 4, a
-Use hydrofluoric acid having a sufficient etching selectivity with Si and nickel, specifically, buffered hydrofluoric acid (BHF) containing ammonium fluoride. By this step, a large amount of nickel 5 existing on the surface of or in the thin film oxide film 4 is lifted off together with the thin film oxide film 4 and removed. Then, FIG. 2 (b)
As shown in the figure, only a part of the nickel 5 reached by sputtering remains on the surface of the a-Si film 3. At this stage, a-S
When the nickel concentration on the i3 surface is measured, 5 × 10 12 ato
It is about ms / cm 2 , and it can be seen that the concentration can be reduced by about one digit compared to nickel addition by direct sputtering. Further, when the uniformity of the nickel concentration in the substrate at this stage is examined in a substrate of 320 mm × 400 mm square, it is about ± 10%, which is very good.

【0056】さらに、これを、例えば窒素雰囲気等の不
活性雰囲気下において加熱処理を行う。この加熱処理に
おいては、昇温中にa‐Si膜3中の水素離脱を行う第
1ステップの熱処理を行い、その後さらに高温での第2
ステップの熱処理によってa‐Si膜3の結晶化を行
う。具体的には、第1ステップの加熱処理として450
℃〜530℃で1時間〜2時間のアニール処理を行い、
第2ステップの加熱処理としては530℃〜650℃で
2時間〜8時間のアニール処理を行う。本実施の形態に
おいては、一例として480℃にて1時間の第1ステッ
プの熱処理を行った後、550℃で4時間の第2ステッ
プの熱処理を行った。この加熱処理によって、a‐Si
膜3の表面に添加されたニッケル5のシリサイド化が起
こり、それを核としてa‐Si膜3の結晶化が行われ
て、結晶性ケイ素膜3aが形成されると同時に、ニッケ
ル5は結晶性ケイ素膜3a中に拡散する。ここで形成さ
れる結晶性ケイ素膜3aの結晶平均粒径は3μm〜5μm
程度である。
Further, this is subjected to a heat treatment in an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere. In this heat treatment, a heat treatment of a first step for desorbing hydrogen in the a-Si film 3 is performed during the temperature rise, and then a second heat treatment at a higher temperature is performed.
The a-Si film 3 is crystallized by the heat treatment in the step. Specifically, as the heat treatment of the first step, 450
C. to 530.degree. C. for 1 hour to 2 hours,
As the heat treatment in the second step, annealing is performed at 530 ° C. to 650 ° C. for 2 hours to 8 hours. In this embodiment, as an example, the first step heat treatment is performed at 480 ° C. for 1 hour, and then the second step heat treatment is performed at 550 ° C. for 4 hours. By this heat treatment, a-Si
The silicidation of the nickel 5 added to the surface of the film 3 occurs, and the a-Si film 3 is crystallized using the silicidation as a nucleus to form a crystalline silicon film 3a. It diffuses into the silicon film 3a. The average crystal grain size of the crystalline silicon film 3a formed here is 3 μm to 5 μm.
It is about.

【0057】次に、図2(c)に示すように、レーザ光6
を照射することによって結晶性ケイ素膜3aの結晶性を
助長する。このときのレーザ光6としては、XeClエキ
シマレーザ(波長308nm、パルス幅40nsec)を用い
た。レーザ光の照射条件は、照射時に半導体積層体を2
00℃〜450℃(例えば400℃)に加熱し、エネルギ
ー密度250〜450mJ/cm2(例えば350mJ/cm2)で
照射した。ビームサイズは、ガラス基板1の表面で15
0mm×1mmの長尺形状となるように成型されており、長
尺方向に対して垂直方向に0.05mmのステップ幅で順
次走査を行った。すなわち、結晶性ケイ素膜3aの任意
の一点において計20回のレーザ照射が行われることに
なる。この工程によって、結晶性ケイ素膜3a中に微小
な残存非晶質領域が残っていたとしても、それらは結晶
化領域の良好な結晶性(柱状結晶成分)を反映して完全に
結晶化される。また、結晶内に含まれていた転位などの
結晶欠陥は、さらに大きく低減される。その結果、さら
に高品質な結晶性ケイ素膜3a'が得られるのである。
Next, as shown in FIG.
Irradiation promotes the crystallinity of the crystalline silicon film 3a. At this time, a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 nsec) was used as the laser beam 6. The irradiation conditions of the laser beam are as follows.
00 was heated to ° C. to 450 ° C. (e.g., 400 ° C.), and irradiated with an energy density of 250~450mJ / cm 2 (e.g., 350mJ / cm 2). The beam size is 15 on the surface of the glass substrate 1.
It was molded so as to have a long shape of 0 mm × 1 mm, and was sequentially scanned in a direction perpendicular to the long direction at a step width of 0.05 mm. That is, laser irradiation is performed 20 times in total at an arbitrary point on the crystalline silicon film 3a. By this step, even if minute residual amorphous regions remain in the crystalline silicon film 3a, they are completely crystallized by reflecting the good crystallinity (columnar crystal component) of the crystallized region. . In addition, crystal defects such as dislocations contained in the crystal are further reduced. As a result, a higher quality crystalline silicon film 3a 'can be obtained.

【0058】次に、上記結晶性ケイ素膜3a'上に酸化ケ
イ素膜あるいは窒化ケイ素膜等の絶縁性薄膜を堆積し、
パターニングを行って図2(d)に示すようなマスク7を
形成する。本実施の形態においては、絶縁性薄膜として
酸化ケイ素膜を用い、TEOS(テトラ・エトキシ・オル
ソ・シリケート)を原料とし、酸素と共にRFプラズマC
VD法によって分解・堆積した。マスク7の厚さは、1
00nm〜400nmであることが望ましく、本実施の形態
においては、上記酸化ケイ素膜の厚さを150nmとし
た。このときの状態を上方から見ると、図1(a)に示す
ように、結晶性ケイ素膜3a'の一部がマスク7によって
島状に覆われた状態になっている。
Next, an insulating thin film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited on the crystalline silicon film 3a ',
By performing patterning, a mask 7 as shown in FIG. 2D is formed. In the present embodiment, a silicon oxide film is used as an insulating thin film, TEOS (tetraethoxyorthosilicate) is used as a raw material, and RF plasma
Decomposed and deposited by VD method. The thickness of the mask 7 is 1
The thickness is desirably from 00 nm to 400 nm, and in the present embodiment, the thickness of the silicon oxide film is set to 150 nm. When this state is viewed from above, as shown in FIG. 1A, a part of the crystalline silicon film 3a 'is covered with the mask 7 in an island shape.

【0059】次に、この状態で、図2(d)に示すよう
に、半導体積層体上方からリン8を全面にイオンドーピ
ングする。その場合の上記リン8のドーピング条件とし
ては、加速電圧を5kV〜10kVとし、ドーズ量を5×
1015cm-2〜1×1016cm-2とする。この工程によっ
て、露呈している領域の結晶性ケイ素膜3a'にリン8が
注入され、リンドープされた結晶性ケイ素領域3bが形
成される。一方、マスク7によって覆われている領域の
結晶性ケイ素膜3a'には、リン8はドーピングされな
い。尚、上方から見た図1(a)に続く次の工程の図1(b)
においては、後にTFT素子となる領域とマスク7に覆
われた領域の結晶性ケイ素膜3a'とリンドープ結晶性ケ
イ素領域3bとの関係を明確にするために、後にTFT
活性領域となる領域9を示してある。尚、後に形成され
るTFT活性領域9は、この段階ではマスク7に完全に
覆われた状態となっている。
Next, in this state, as shown in FIG. 2D, phosphorus 8 is ion-doped over the entire surface of the semiconductor laminate from above. In this case, the doping condition of the phosphorus 8 is as follows: the accelerating voltage is 5 kV to 10 kV, and the dose is 5 ×
10 15 cm -2 to 1 × 10 16 cm -2 . By this step, phosphorus 8 is implanted into the exposed crystalline silicon film 3a 'to form a phosphorus-doped crystalline silicon region 3b. On the other hand, the crystalline silicon film 3a 'in the region covered by the mask 7 is not doped with phosphorus 8. In addition, FIG. 1 (b) of the next step following FIG. 1 (a) viewed from above.
In order to clarify the relationship between the crystalline silicon film 3a 'and the phosphorus-doped crystalline silicon region 3b in the region to be a TFT element later and the region covered with the mask 7,
The region 9 to be the active region is shown. Note that the TFT active region 9 to be formed later is completely covered with the mask 7 at this stage.

【0060】そして、この状態で、例えば窒素雰囲気等
の不活性雰囲気下において580℃〜700℃の温度で
数時間から数十時間の加熱処理を施す。本実施の形態に
おいては、一例として600℃で12時間の加熱処理を
行った。この加熱処理によって、図2(d)において矢印
(A)で示す方向に、リンドープ結晶性ケイ素領域3b中
のリンが結晶性ケイ素膜3a'中に拡散したニッケル5を
引き寄せるのである。その結果、結晶性ケイ素膜3a'に
おけるニッケル濃度は更に低減する。その場合における
結晶性ケイ素膜3a'中の実際のニッケル濃度を二次イオ
ン質量分析法(SIMS)によって測定したところ、測定
限界レベルの5×1016atoms/cm3程度にまで低減され
ていた。ちなみに、この工程前の結晶性ケイ素膜3a'中
ニッケル濃度は、5×1017atoms/cm3程度であった。
ところが、その場合の初期における結晶性ケイ素膜3a'
中のニッケル濃度が1×1018atoms/cm3以上である
と、この工程を行っても十分に低濃度化できないのであ
る。
In this state, a heat treatment is performed at a temperature of 580 ° C. to 700 ° C. for several hours to tens of hours in an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere. In this embodiment, as an example, heat treatment is performed at 600 ° C. for 12 hours. By this heat treatment, the arrow in FIG.
In the direction shown by (A), the phosphorus in the phosphorus-doped crystalline silicon region 3b attracts the nickel 5 diffused into the crystalline silicon film 3a '. As a result, the nickel concentration in the crystalline silicon film 3a 'further decreases. When the actual nickel concentration in the crystalline silicon film 3a 'in that case was measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS), it was reduced to a measurement limit level of about 5 × 10 16 atoms / cm 3 . Incidentally, the nickel concentration in the crystalline silicon film 3a 'before this step was about 5 × 10 17 atoms / cm 3 .
However, in that case, the crystalline silicon film 3a '
If the nickel concentration is 1 × 10 18 atoms / cm 3 or more, the concentration cannot be reduced sufficiently even by performing this step.

【0061】次に、上記マスク7として用いた酸化ケイ
素膜をエッチング除去する。エッチャントとしては、下
層のケイ素膜3と十分に選択性のある1:10バッファ
ードフッ酸(BHF)を用い、ウェットエッチングによっ
て行う。
Next, the silicon oxide film used as the mask 7 is removed by etching. The etching is performed by wet etching using 1:10 buffered hydrofluoric acid (BHF), which is sufficiently selective with the underlying silicon film 3.

【0062】その後、不要な部分のケイ素膜3を除去し
て素子間分離を行う。すなわち、この工程によって、図
1(b)に示すような配置で、少なくとも結晶性ケイ素膜
3a'に、後にTFTの活性領域(ソース/ドレイン領域お
よびチャネル領域)となる島状の結晶性ケイ素膜9が形
成され、図1(c)および図3(e)の状態が得られる。
Thereafter, unnecessary portions of the silicon film 3 are removed to perform element isolation. That is, by this step, in an arrangement as shown in FIG. 1B, at least the crystalline silicon film 3a 'is formed into an island-shaped crystalline silicon film which will later become an active region (source / drain region and channel region) of the TFT. 9 are formed, and the state shown in FIGS. 1C and 3E is obtained.

【0063】次に、上記活性領域となる結晶性ケイ素膜
9を覆うように、厚さ20nm〜150nm(ここでは10
0nm)の酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜10として成膜す
る。上記酸化ケイ素膜の形成には、ここでは上記TEO
Sを原料とし、酸素と共に基板温度150℃〜600℃
(好ましくは300℃〜450℃)で、RFプラズマCV
D法で分解・堆積して行った。あるいは、上記TEOS
を原料としてオゾンガスと共に減圧CVD法もしくは常
圧CVD法によって、基板温度を350℃〜600℃
(好ましくは400℃〜550℃)で形成しても差し支え
ない。ゲート絶縁膜10の成膜後、ゲート絶縁膜10自
身のバルク特性および結晶性ケイ素膜/ゲート絶縁膜の
界面特性を向上するために、不活性ガス雰囲気下で40
0℃〜600℃で1時間〜4時間のアニールを行う。
Next, a thickness of 20 nm to 150 nm (here, 10 nm) is covered so as to cover the crystalline silicon film 9 serving as the active region.
A silicon oxide film (0 nm) is formed as the gate insulating film 10. In order to form the silicon oxide film, here, the TEO is used.
S as raw material, substrate temperature 150 ℃ -600 ℃ with oxygen
(Preferably 300 ° C. to 450 ° C.) and RF plasma CV
Decomposition and deposition were performed by Method D. Alternatively, the above TEOS
Substrate temperature is reduced to 350 ° C. to 600 ° C. by a low pressure CVD method or a normal pressure CVD method together with ozone gas.
(Preferably 400 ° C. to 550 ° C.). After the formation of the gate insulating film 10, in order to improve the bulk characteristics of the gate insulating film 10 itself and the interface characteristics between the crystalline silicon film and the gate insulating film, the gate insulating film 10 is subjected to an inert gas atmosphere.
Anneal at 0 ° C. to 600 ° C. for 1 hour to 4 hours.

【0064】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ400nm〜800nm(例えば600nm)のアルミニウ
ムを成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニング
してゲート電極11を形成する。さらに、このアルミニ
ウムの電極の表面を陽極酸化して表面に酸化物層12を
形成する。この状態が図3(f)に相当する。上記ゲート
電極11は、平面的にはゲートバスライン22をも同時
に構成しており、この状態を平面的に見ると、図1(d)
に示すような状態になっている。上記陽極酸化は、酒石
酸が1%〜5%含まれたエチレングリコール溶液中で行
い、最初一定電流で220Vまで電圧を上げ、その状態
で1時間保持して終了させる。得られた酸化物層12の
厚さは200nmである。尚、この酸化物層12は、後の
イオンドーピング工程において、オフセットゲート領域
を形成する厚さになるので、オフセットゲート領域の長
さを上記陽極酸化工程で決めることができる。
Subsequently, by the sputtering method,
An aluminum film having a thickness of 400 nm to 800 nm (for example, 600 nm) is formed. Then, the gate electrode 11 is formed by patterning the aluminum film. Further, the surface of the aluminum electrode is anodized to form an oxide layer 12 on the surface. This state corresponds to FIG. The gate electrode 11 also constitutes a gate bus line 22 at the same time in plan view. When this state is viewed in plan view, FIG.
It is in the state as shown in. The anodization is performed in an ethylene glycol solution containing tartaric acid at 1% to 5%, and the voltage is first increased to 220 V at a constant current, and the state is maintained for one hour to complete the process. The thickness of the obtained oxide layer 12 is 200 nm. Since the oxide layer 12 has a thickness to form an offset gate region in a later ion doping process, the length of the offset gate region can be determined in the anodic oxidation process.

【0065】次に、イオンドーピング法によって、上記
ゲート電極11とその周囲の酸化物層12とをマスクと
して上記活性領域に不純物(リン)を注入する。ドーピン
グガスとしてフォスフィン(PH3)を用い、加速電圧を
60kV〜90kV(例えば80kV)、ドーズ量を1×1
15cm-2〜8×1015cm-2(例えば2×1015cm-2)とす
る。この工程によって、不純物が注入された領域13と
領域14とは後にTFTのソース/ドレイン領域とな
り、ゲート電極11およびその周囲の酸化物層12にマ
スクされて不純物が注入されない領域15は、後にTF
Tのチャネル領域となる。
Next, an impurity (phosphorus) is implanted into the active region by ion doping using the gate electrode 11 and the oxide layer 12 around the gate electrode 11 as a mask. Phosphine (PH 3 ) is used as the doping gas, the acceleration voltage is 60 kV to 90 kV (for example, 80 kV), and the dose is 1 × 1.
0 15 cm −2 to 8 × 10 15 cm −2 (for example, 2 × 10 15 cm −2 ). By this step, the region 13 and the region 14 into which impurities are implanted later become source / drain regions of the TFT, and the region 15 which is masked by the gate electrode 11 and the oxide layer 12 therearound and into which the impurity is not implanted is later formed by TF
It becomes a T channel region.

【0066】その後、図3(f)に示すように、レーザ光
16を照射してアニールを行い、イオン注入した不純物
の活性化を行うと同時に、上記の不純物導入工程で結晶
性が劣化した部分の結晶性を改善させる。その際に、使
用するレーザとしてはXeClエキシマレーザ(波長30
8nm、パルス幅40nsec)を用い、エネルギー密度15
0〜400mJ/cm2(好ましくは200〜250mJ/cm2)
で照射を行う。こうして形成されたN型不純物(リン)領
域13,14のシート抵抗は、200Ω/□〜600Ω/
□である。
Then, as shown in FIG. 3 (f), annealing is performed by irradiating a laser beam 16 to activate the ion-implanted impurities, and at the same time, the portions where the crystallinity is deteriorated in the above-described impurity introducing step. To improve the crystallinity of At that time, a XeCl excimer laser (wavelength 30) was used as a laser.
8 nm, pulse width 40 nsec) and energy density 15
0 to 400 mJ / cm 2 (preferably 200 to 250 mJ / cm 2 )
Irradiation. The sheet resistance of the N-type impurity (phosphorus) regions 13 and 14 thus formed is 200 Ω / □ to 600 Ω /
□.

【0067】続いて、図3(g)に示すように、厚さ60
0nm程度の酸化ケイ素膜あるいは窒化ケイ素膜等の層間
絶縁膜17を形成する。尚、上記酸化ケイ素膜を用いる
場合には、TEOSを原料として、上記TEOSと酸素
とのプラズマCVD法、若しくは、オゾンとの減圧CV
D法や常圧CVD法によって形成すれば、段差被覆性に
優れた良好な層間絶縁膜が得られる。また、SiH4とN
3とを原料ガスとしてプラズマCVD法で成膜された
窒化ケイ素膜を用いれば、活性領域/ゲート絶縁膜の界
面へ水素原子を供給し、TFT特性を劣化させる不対結
合手を低減する効果がある。
Subsequently, as shown in FIG.
An interlayer insulating film 17 such as a silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of about 0 nm is formed. When using the silicon oxide film, TEOS is used as a raw material, and the above-mentioned plasma CVD method of TEOS and oxygen, or a decompression CV of ozone is used.
When formed by the method D or the normal pressure CVD method, a good interlayer insulating film having excellent step coverage can be obtained. Also, SiH 4 and N
If a silicon nitride film formed by plasma CVD using H 3 as a source gas is used, hydrogen atoms are supplied to the interface between the active region and the gate insulating film to reduce dangling bonds that degrade TFT characteristics. There is.

【0068】次に、上記層間絶縁膜17にコンタクトホ
ールを形成して、金属材料(例えば窒化チタンとアルミ
ニウムとの二層膜)によってTFTのソース電極・配線1
8を形成する。窒化チタン膜は、アルミニウムが半導体
層に拡散するのを防止するのを目的としたバリア膜とし
て設けられる。このTFT20は、画素電極をスイッチ
ングする素子であるので、もう一方のドレイン電極には
ITO(インジュウム錫酸化物)等の透明導電膜からなる
画素電極19を設ける。すなわち、図1(e)において、
ソースバスライン21およびソース電極・配線18を介
してビデオ信号が供給され、ゲートバスライン24およ
びゲート電極11からのゲート信号に基づいて画素電極
19に必要な電荷が書き込まれるのである。そして最後
に、1気圧の水素雰囲気下において、350℃で1時間
のァニールを行い、図1(e)および図3(g)に示すTFT
20を完成させる。さらに、必要に応じて、TFT20
を保護する目的で、TFT20上に窒化ケイ素膜等から
なる保護膜を設けてもよい。
Next, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 17 and the source electrode / wiring 1 of the TFT is made of a metal material (for example, a two-layer film of titanium nitride and aluminum).
8 is formed. The titanium nitride film is provided as a barrier film for preventing aluminum from diffusing into the semiconductor layer. Since the TFT 20 is an element for switching a pixel electrode, the other drain electrode is provided with a pixel electrode 19 made of a transparent conductive film such as ITO (indium tin oxide). That is, in FIG.
A video signal is supplied via the source bus line 21 and the source electrode / wiring 18, and necessary charges are written to the pixel electrodes 19 based on the gate signals from the gate bus line 24 and the gate electrode 11. Finally, annealing is performed at 350 ° C. for 1 hour in a hydrogen atmosphere of 1 atm, and the TFT shown in FIG. 1 (e) and FIG.
Complete 20. Further, if necessary, the TFT 20
For the purpose of protecting the TFT, a protective film made of a silicon nitride film or the like may be provided on the TFT 20.

【0069】本実施の形態に従って作製したTFTは、
電界効果移動度が150cm2/Vs程度,闇値電圧が2V程
度と非常に高性能であるにも拘らず、基板内での特性ば
らつきが、電界効果移動度で土10%程度、閾値電圧で
±0.2V程度(基板として400mm×320mmのサイズ
を用い、基板内30点測定の結果)と非常に良好であっ
た。これに対して、従来法によって作成された場合に
は、ニッケル濃度の基板内ばらつきが大きく、その結
果、結晶性がばらつき、電界効果移動度のばらつきは土
50%程度と非常に大きく、閾値電圧も2±0.5V〜
2±1.0Vの範囲で大きくばらつく。
The TFT manufactured according to the present embodiment is
Despite the extremely high performance of the field effect mobility of about 150 cm 2 / Vs and the dark value voltage of about 2 V, the characteristic variation in the substrate is about 10% in the field effect mobility and about 10% in the threshold voltage. The result was very good, about ± 0.2 V (result of measuring 30 points in the substrate using a size of 400 mm × 320 mm as the substrate). On the other hand, when prepared by the conventional method, the variation in nickel concentration in the substrate is large, as a result, the crystallinity varies, and the variation in the field effect mobility is as large as about 50% of the soil. Also 2 ± 0.5V ~
It greatly varies in the range of 2 ± 1.0V.

【0070】したがって、本実施の形態によれば、特に
TFTの特性ばらつき改善に大きな効果があることが分
る。また、繰り返し測定やバイアスや温度ストレスによ
る耐久性試験を行っても殆どTFTの特性劣化は見られ
ず、従来のTFTと比べて非常に信頼性が高い。また、
触媒元素が特に問題となるTFTオフ領域でのリーク電
流の増大およびばらつきは、異常点が無く、触媒元素を
用いない場合と同等の数pA程度にまで低減でき、製造
歩留まりを大きく向上することができる。
Therefore, according to the present embodiment, it can be seen that there is a great effect particularly on the improvement in the characteristic variation of the TFT. Further, even if a durability test is performed by repeated measurement or bias or temperature stress, almost no deterioration in TFT characteristics is observed, and the reliability is extremely high as compared with the conventional TFT. Also,
The increase and variation of the leakage current in the TFT off region where the catalytic element is particularly problematic can be reduced to about several pA, which is the same as when no catalytic element is used, without any abnormal point, and the production yield can be greatly improved. it can.

【0071】さらに、本実施の形態に基づいて作製され
た液晶表示用アクティブマトリックス基板を実際に点灯
評価したところ、従来法によって作成したものに比べて
表示むらが小さく、TFTリークによる画素欠陥も極め
て少なく、コントラスト比の高い高表示品位の液晶パネ
ルを得ることができた。
Furthermore, when an active matrix substrate for a liquid crystal display manufactured according to the present embodiment was actually evaluated for lighting, display unevenness was smaller than that manufactured by a conventional method, and pixel defects due to TFT leak were extremely small. It was possible to obtain a high-quality liquid crystal panel with a low contrast and a high contrast ratio.

【0072】上述のごとく、本実施の形態においては、
ガラス基板1上に酸化ケイ素2及びa‐Si膜3を成膜
する。そして、a‐Si膜3の表面に薄膜酸化膜4を形
成し、極低パワーのDCスパッタリングによって、薄膜
酸化膜4を通してa‐Si膜3に触媒元素としてのニッ
ケル5を4×1013atoms/cm2程度の濃度で導入する。
そして、大量のニッケル5が存在している薄膜酸化膜4
を除去した後に加熱処理を施し、a‐Si膜3中でのニ
ッケル5のシリサイド化およびそれを核としたa‐Si
膜3の結晶化を行う。さらに、レーザ光6を照射して上
記結晶化を助長させて高品質な結晶性ケイ素膜3a'を得
る。そして、活性領域9となる領域を含む領域にマスク
7を形成し、リン8をイオンドーピングした後加熱処理
を行い、結晶性ケイ素膜3a'中に拡散したニッケル5を
リンドープ結晶性ケイ素領域3b中に引き寄せる。こう
して、結晶性ケイ素膜3a'のニッケル濃度をさらに低減
するのである。以後、得られた低ニッケル濃度の結晶性
ケイ素膜3a'を用いて半導体装置の能動(チャネル)領域
を形成するのである。
As described above, in the present embodiment,
A silicon oxide 2 and an a-Si film 3 are formed on a glass substrate 1. Then, a thin oxide film 4 is formed on the surface of the a-Si film 3, and nickel 5 as a catalytic element is added to the a-Si film 3 through the thin oxide film 4 by 4 × 10 13 atoms / cm. Introduce at a concentration of about cm 2 .
Then, the thin oxide film 4 in which a large amount of nickel 5 exists
Is removed, and a heat treatment is performed to form silicide of nickel 5 in the a-Si film 3 and a-Si
The crystallization of the film 3 is performed. Further, the crystallization is promoted by irradiating a laser beam 6 to obtain a high-quality crystalline silicon film 3a '. Then, a mask 7 is formed in a region including a region to be the active region 9, and a heat treatment is performed after ion doping with phosphorus 8, and nickel 5 diffused in the crystalline silicon film 3 a ′ is diffused in the phosphorus-doped crystalline silicon region 3 b. Attraction. Thus, the nickel concentration of the crystalline silicon film 3a 'is further reduced. Thereafter, the active (channel) region of the semiconductor device is formed using the obtained crystalline silicon film 3a 'having a low nickel concentration.

【0073】このように、本実施の形態では、上記薄膜
酸化膜4を通してa‐Si膜3にニッケル5を導入し、
大量のニッケル5が存在している薄膜酸化膜4を除去し
た後に、a‐Si膜3の結晶成長を行うようにしてい
る。したがって、薄膜酸化膜4上および薄膜酸化膜4中
のニッケル5の拡散によってa‐Si膜3中に多量に導
入されることがない。その結果、薄膜酸化膜4を通して
導入された分の微量のニッケル5のみがa‐Si膜3に
残ることになり、ニッケル5の導入を極低パワーのDC
スパッタリングによって行うことと相俟って、a‐Si
膜3に導入されるニッケル5の極微量の制御が可能であ
る。
As described above, in this embodiment, nickel 5 is introduced into the a-Si film 3 through the thin oxide film 4 and
After removing the thin oxide film 4 in which a large amount of nickel 5 is present, the crystal growth of the a-Si film 3 is performed. Therefore, a large amount is not introduced into the a-Si film 3 by the diffusion of the nickel 5 on the thin oxide film 4 and in the thin oxide film 4. As a result, only a small amount of nickel 5 introduced through the thin oxide film 4 remains in the a-Si film 3, and the introduction of nickel 5 is reduced to an extremely low power DC.
Combined with sputtering, a-Si
It is possible to control a very small amount of the nickel 5 introduced into the film 3.

【0074】すなわち、本実施の形態を適用することに
よって、結晶化のための加熱処理前におけるa‐Si膜
3表面でのニッケル5の濃度のばらつきを、320mm×
400mmの大型のガラス基板1上において±10%程度
にでき、±40%程度である従来のスピン塗布法による
導入法に比較して非常に良好な結果を得ることができ
る。また、その際におけるニッケル5の濃度は、上記ス
ピン塗布法の場合と同程度の極低濃度で制御可能であ
る。
That is, by applying this embodiment, the variation in the concentration of nickel 5 on the surface of the a-Si film 3 before the heat treatment for crystallization is reduced by 320 mm ×
On the large glass substrate 1 of 400 mm, it can be set to about ± 10%, and a very good result can be obtained as compared with the conventional spin coating method of about ± 40%. Further, the concentration of nickel 5 at that time can be controlled at an extremely low concentration which is almost the same as that in the case of the spin coating method.

【0075】さらに、本実施の形態に基づいて、基板上
に複数の薄膜トランジスタを有する半導体装置を製造し
たところ、非常に高性能であって、素子間の特性ばらつ
きも小さく、信頼性の高い半導体装置を得ることができ
る。また、その際における各製造工程での製造歩留りを
大幅に向上することができる。
Further, when a semiconductor device having a plurality of thin film transistors on a substrate was manufactured based on the present embodiment, a semiconductor device having very high performance, small characteristic variation between elements, and high reliability was obtained. Can be obtained. In addition, the manufacturing yield in each manufacturing process at that time can be significantly improved.

【0076】尚、本実施の形態によるTFT製造工程
は、アクティブマトリックス基板の画素電極を対象にし
たものである。しかしながら、本半導体装置の製造方法
は薄膜集積回路等にも簡単に応用でき、その場合には、
ゲート電極11上にもコンタクトホールを形成し、必要
とする配線を施せばよい。
The TFT manufacturing process according to the present embodiment is directed to a pixel electrode on an active matrix substrate. However, the method of manufacturing the semiconductor device can be easily applied to a thin film integrated circuit or the like.
A contact hole may be formed also on the gate electrode 11 and a necessary wiring may be provided.

【0077】<第2実施の形態>本実施の形態において
は、アクティブマトリックス型の液晶表示装置の周辺駆
動回路や一般の薄膜集積回路を形成するN型TFTとP
型TFTとを相補型に構成したCMOS(相補型金属酸
化膜半導体)構造のTFT回路を石英ガラス基板上に作
製する際の工程に、この発明を適用した場合について説
明する。
<Second Embodiment> In this embodiment, an N-type TFT and a P-type TFT which form a peripheral driving circuit of an active matrix type liquid crystal display device and a general thin film integrated circuit are used.
A case in which the present invention is applied to a step of manufacturing a TFT circuit having a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) structure on a quartz glass substrate, in which a type TFT and a complementary TFT are configured, will be described.

【0078】図4は、本実施の形態に係るTFT製造方
法を説明するための平面図である。また、図5および図
6は、図4におけるB‐B'矢視断面に相当する製造工
程断面図であり、図5(a)から図6(h)の順に従ってTF
Tの製造工程が進行する。
FIG. 4 is a plan view for explaining the TFT manufacturing method according to the present embodiment. 5 and 6 are cross-sectional views showing a manufacturing process corresponding to the cross section taken along the line BB 'in FIG. 4, and the TFs are shown in order from FIG. 5 (a) to FIG. 6 (h).
The manufacturing process of T proceeds.

【0079】先ず、石英ガラス基板31の表面を低濃度
のフッ化水素酸で洗浄した後、石英ガラス基板31上
に、減圧CVD法あるいはプラズマCVD法によって、
厚さ40nm〜100nm(例えば55nm)の真性(I型)のa
‐Si膜32を成膜する。
First, the surface of the quartz glass substrate 31 is washed with low-concentration hydrofluoric acid, and then, on the quartz glass substrate 31 by a low pressure CVD method or a plasma CVD method.
Intrinsic (I-type) a having a thickness of 40 nm to 100 nm (for example, 55 nm)
-Forming the Si film 32;

【0080】次に、上記a‐Si膜32上に酸化ケイ素
膜または窒化ケイ素膜等の絶縁性薄膜を堆積し、パター
ニングしてマスク33を形成する。本実施の形態におけ
るマスク33の形成は、酸化ケイ素膜を用い、TEOS
を原料とし、酸素と共にRFプラズマCVD法で分解・
堆積することによって行った。マスク33の厚さは、1
00nm〜400nmであることが望ましく、本実施の形態
においては、上記酸化ケイ素膜の厚さを150nmとし
た。マスク33のスルーホール領域34においてスリッ
ト状にa‐Si膜32が露呈される。すなわち、図5(a)
の状態を上方から見ると、図4に示すように領域34に
おいてa‐Si膜32が露呈しており、他の部分はマス
ク33によって覆われた状態になっている。
Next, an insulating thin film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited on the a-Si film 32 and patterned to form a mask 33. The mask 33 in the present embodiment is formed using a silicon oxide film,
Is decomposed by RF plasma CVD together with oxygen.
This was done by depositing. The thickness of the mask 33 is 1
The thickness is desirably from 00 nm to 400 nm, and in the present embodiment, the thickness of the silicon oxide film is set to 150 nm. The a-Si film 32 is exposed in a slit shape in the through-hole region 34 of the mask 33. That is, FIG.
When viewed from above, as shown in FIG. 4, the a-Si film 32 is exposed in the region 34, and the other portions are covered by the mask 33.

【0081】上記マスク33を形成した後、上記領域3
4においてスリット状に露呈しているa‐Si膜32の
表面を薄膜酸化して、薄膜酸化膜35を形成する。この
薄膜酸化膜35の形成は、酸素雰囲気でのUV(紫外線)
光照射によって行う。具体的には、半導体積層基板を1
00℃〜200℃に加熱し、大気中(酸素分圧20%)で
UVランプを用いてUV光を半導体積層基板の表面に照
射した。照射時間は5分程度であり、これ以上長く処理
を続けても酸化膜厚は略飽和状態となる。このようにし
て得られた薄膜酸化膜35の膜厚は20Å〜30Å程度
である。
After forming the mask 33, the region 3
In 4, the surface of the a-Si film 32 exposed in a slit shape is thinly oxidized to form a thin oxide film 35. This thin oxide film 35 is formed by UV (ultraviolet) in an oxygen atmosphere.
This is performed by light irradiation. Specifically, the semiconductor laminated substrate is 1
The surface of the semiconductor laminated substrate was heated to 00 ° C. to 200 ° C. and irradiated with UV light using a UV lamp in the atmosphere (oxygen partial pressure: 20%). The irradiation time is about 5 minutes, and even if the treatment is continued for a longer time, the oxide film thickness is substantially saturated. The thickness of the thin oxide film 35 thus obtained is about 20 ° to 30 °.

【0082】そして、この上からニッケル36を微量だ
け添加する。このニッケル36の微量添加は、純ニッケ
ル(99.9%以上)のターゲットを用い、DCスパッタ
リングによって行う。具体的には、DCパワーが100
W程度という極低パワーにおいて、基板搬送速度を20
00mm/minにまで高めてスパッタリング処理を行う。ス
パッタリングガスとしてはアルゴンを用い、純ニッケル
ターゲットに対するスパッタリング時のガス圧力を10
Pa以上に上げることで、ニッケルの極低濃度スパッタ
リングが可能となる。
Then, a very small amount of nickel 36 is added from above. The addition of a small amount of nickel 36 is performed by DC sputtering using a target of pure nickel (99.9% or more). Specifically, if the DC power is 100
At an extremely low power of about W,
The sputtering process is performed by increasing the pressure to 00 mm / min. Argon was used as a sputtering gas, and the gas pressure during sputtering on a pure nickel target was 10
By raising it to Pa or more, it becomes possible to perform ultra-low concentration sputtering of nickel.

【0083】このようにしてスパッタリングされた上記
ニッケル36は、図5(a)においては薄膜のように表現
されてはいるが、実際には単原子層程度かそれ以下の状
態であって、とても膜と呼べる状態ではない。具体的に
は、DCパワー100W,アルゴンガス圧18Paの条件
下でスパッタリングを行ったところ、半導体積層体の表
面上(マスク33および薄膜酸化膜35/a‐Si32)の
ニッケル濃度は2×1014atoms/cm2程度(TRXRF測
定値)であった。この場合、a‐Si32が露呈している
領域34においては、スパッタリングされたニッケル3
6は、大部分が薄膜酸化膜35表面あるいは薄膜酸化膜
35中に存在しているが、一部はスパッタリングによっ
て下層のa‐Si膜32の表面に入り込んでいるものも
存在している。すなわち、この段階では、模式的には図
5(a)のような状態になっている。
Although the nickel 36 thus sputtered is represented as a thin film in FIG. 5 (a), it is actually in a state of a monoatomic layer or less, and is very small. It is not a state that can be called a membrane. Specifically, when sputtering was performed under the conditions of a DC power of 100 W and an argon gas pressure of 18 Pa, the nickel concentration on the surface of the semiconductor laminate (the mask 33 and the thin oxide film 35 / a-Si32) was 2 × 10 14 It was about atoms / cm 2 (TRXRF measurement value). In this case, in the region 34 where the a-Si 32 is exposed, the sputtered nickel 3
6 is mostly present on the surface of the thin film oxide film 35 or in the thin film oxide film 35, but there is also a portion 6 which has entered the surface of the lower a-Si film 32 by sputtering. That is, at this stage, the state is schematically as shown in FIG.

【0084】次に、図5(b)に示すように、上記薄膜酸
化膜35の除去を行う。薄膜酸化膜35の除去に関して
は、a‐Siおよびニッケルと十分なエッチング選択比
のあるフッ化水素酸を用いた。但し、第1実施の形態と
は異なり、酸化ケイ素膜によるマスク33が存在するた
め、過剰なエッチングを行うとマスク33も同時に消失
してしまう。したがって、領域34の薄膜酸化膜35の
みが完全に除去され、マスク33には問題を及ぼさない
膜減りが生じる程度のエッチングが望ましい。具体的に
は1%程度の低濃度フッ酸を用いて30秒程度の処理を
行った。マスク33の膜厚は元々1500Åであり、こ
の処理による膜減りは50Åであるので全く問題のない
レベルである。
Next, as shown in FIG. 5B, the thin oxide film 35 is removed. For removing the thin oxide film 35, hydrofluoric acid having a sufficient etching selectivity with a-Si and nickel was used. However, unlike the first embodiment, since the mask 33 made of a silicon oxide film exists, the mask 33 disappears at the same time if excessive etching is performed. Therefore, it is desirable to perform etching so that only the thin oxide film 35 in the region 34 is completely removed and the mask 33 is reduced to a thickness that does not cause a problem. Specifically, the treatment was performed using hydrofluoric acid having a low concentration of about 1% for about 30 seconds. The film thickness of the mask 33 is originally 1500 °, and the film reduction by this process is 50 °, which is a level that does not cause any problem.

【0085】この工程によって、上記薄膜酸化膜35の
表面あるいは薄膜酸化膜35中に存在していた大量のニ
ッケル36が、薄膜酸化膜35と共にリフトオフされて
除去される。同時に、マスク33も酸化ケイ素膜である
ので表面がエッチオフされ、マスク33上のニッケル3
6もリフトオフされて除去される。そして、図5(b)に
示すように、半導体積層体上における領域34のみに、
a‐Si膜32の表面にスパッタリングによって到達し
た一部のニッケル36のみが存在し、それ以外の領域
(マスク33上)にはニッケルの全くない状態となる。こ
の段階で、さらにTRXRF法によって領域34に露呈
しているa‐Si32表面上のニッケル濃度を測定する
と、2×1013atoms/cm2程度であり、直接のスパッタ
リングによるニッケル添加と比較して約一桁の濃度低下
を図ることができる。また、この段階におけるニッケル
濃度の基板内均一性を320mm×400mm角の基板内で
調べると±10%程度であり、非常に良好である。
In this step, a large amount of nickel 36 existing on the surface of the thin oxide film 35 or in the thin oxide film 35 is lifted off together with the thin oxide film 35 and removed. At the same time, since the mask 33 is also a silicon oxide film, its surface is etched off,
6 is also lifted off and removed. Then, as shown in FIG. 5B, only the region 34 on the semiconductor laminate is
Only a portion of the nickel 36 reached by sputtering on the surface of the a-Si film 32 exists,
There is no nickel at all (on the mask 33). At this stage, when the nickel concentration on the surface of the a-Si 32 exposed to the region 34 was further measured by the TRXRF method, it was about 2 × 10 13 atoms / cm 2, which was about The density can be reduced by one digit. Further, when the uniformity of the nickel concentration in the substrate at this stage is examined in a substrate of 320 mm × 400 mm square, it is about ± 10%, which is very good.

【0086】さらに、図5(b)の状態で不活性雰囲気下
(例えば窒素雰囲気下)で、加熱温度530℃〜600℃
(例えば580℃)で11時間アニールして結晶化させ
る。その際に、領域34においては、a‐Si膜32の
表面に存在する微量のニッケル36を核としてa‐Si
膜32の結晶化が起こり、図5(c)に示すように、結晶
性ケイ素膜32aが形成される。そして、引き続いて、
領域34の周辺領域においては、矢印(B)で示すよう
に、領域34から横方向(基板と平行な方向)に結晶成長
が行われ、横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜32bが
形成される。それ以外の領域は、そのまま非晶質ケイ素
膜領域32cとして残る。レイアウト上、当該TFTの
横にも別のTFTが作成される場合には、非晶質ケイ素
膜領域32cは隣のパターンからの横成長領域となり、
その境界が素子領域外に形成される。
Further, under an inert atmosphere in the state shown in FIG.
(For example, under a nitrogen atmosphere) at a heating temperature of 530 ° C. to 600 ° C.
(For example, at 580 ° C.) for 11 hours for crystallization. At this time, in the region 34, a small amount of nickel 36 existing on the surface of the a-Si
Crystallization of the film 32 occurs, and a crystalline silicon film 32a is formed as shown in FIG. And then,
In the peripheral region of the region 34, as shown by an arrow (B), crystal growth is performed in a lateral direction (a direction parallel to the substrate) from the region 34, and a crystalline silicon film 32b formed by lateral crystal growth is formed. . Other regions remain as amorphous silicon film regions 32c. When another TFT is formed beside the TFT on the layout, the amorphous silicon film region 32c becomes a lateral growth region from an adjacent pattern,
The boundary is formed outside the element region.

【0087】ここで、従来の結晶質ケイ素膜の形成法の
ごとくニッケルをスピン塗布によって導入する場合に
は、マスク上にもニッケルは存在しており、本工程にお
ける加熱処理の際に上記マスク上のニッケルが下方向に
拡散して横成長すべき領域のa‐Si膜に到達し、結晶
成長を不安定化させると共に、横成長領域の結晶性をば
らつかせる要因の一つになっていた。
Here, in the case where nickel is introduced by spin coating as in the conventional method of forming a crystalline silicon film, nickel is also present on the mask. Nickel diffused downward and reached the a-Si film in the region to be laterally grown, destabilizing the crystal growth and becoming one of the factors that caused the crystallinity of the laterally grown region to vary. .

【0088】これに対して、本実施の形態においては、
上記マスク33上のニッケル36は前工程で除去されて
いるために、領域34に導入されたニッケル36のみに
よって結晶成長が行われ、成長状態が安定するのであ
る。この横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜32b中の
ニッケル濃度は2×1017atoms/cm3程度であり、直接
ニッケルを添加して結晶成長した結晶性ケイ素膜32a
中のニッケル濃度は1×1018atoms/cm3程度であっ
た。尚、上記結晶成長に際し、矢印(B)で示される基板
と平行な方向への結晶成長の距離は130μm程度であ
る。この状態を上方から見ると図4のようになってい
る。尚、図4においては、後にTFT素子となる領域と
領域34においてニッケルが直接導入された結晶性ケイ
素膜32aと横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜32bと
の関係を明確にするため、後にTFT活性領域となる領
域38も同時に示してある。尚、後にTFT活性領域と
なる領域38は、この段階ではマスク33によって完全
に覆われた状態となっている。
On the other hand, in the present embodiment,
Since the nickel 36 on the mask 33 has been removed in the previous step, crystal growth is performed only by the nickel 36 introduced into the region 34, and the growth state is stabilized. Nickel concentration in the lateral crystal grown crystalline silicon film 32b is about 2 × 10 17 atoms / cm 3 , the crystalline silicon film 32a was grown by adding directly nickel
The nickel concentration therein was about 1 × 10 18 atoms / cm 3 . In the above crystal growth, the distance of crystal growth in the direction parallel to the substrate indicated by the arrow (B) is about 130 μm. FIG. 4 shows this state as viewed from above. In FIG. 4, in order to clarify the relationship between the crystalline silicon film 32 a into which nickel is directly introduced and the crystalline silicon film 32 b grown laterally in the region 34, the TFT will be described later. The region 38 serving as an active region is also shown. At this stage, a region 38 which will be a TFT active region is completely covered by the mask 33 at this stage.

【0089】次に、この状態で、図5(d)に示すよう
に、半導体積層体上方からリン37を全面にイオンドー
ピングする。すなわち、ニッケルの選択導入に用いたマ
スク33をそのままイオンドーピング用のマスクとして
用いるのである。その場合のリン37のドーピング条件
としては、加速電圧を5kV〜10kVとし、ドーズ量を
5×1015cm-2〜1×1016cm-2とする。この工程によ
って、領域34において露呈している結晶性ケイ素膜3
2aにリン37が注入され、リンドープ結晶性ケイ素領
域32dが形成される。尚、マスク33によって覆われ
ている横方向結晶成長領域の結晶性ケイ素膜32bに
は、リンはドーピングされない。
Next, in this state, as shown in FIG. 5D, phosphorus 37 is ion-doped over the entire surface of the semiconductor laminate from above. That is, the mask 33 used for selective introduction of nickel is used as it is as a mask for ion doping. In this case, the doping condition of the phosphorus 37 is such that the acceleration voltage is 5 kV to 10 kV, and the dose is 5 × 10 15 cm −2 to 1 × 10 16 cm −2 . By this step, the crystalline silicon film 3 exposed in the region 34
Phosphorus 37 is implanted into 2a to form phosphorus-doped crystalline silicon region 32d. Note that the crystalline silicon film 32b in the lateral crystal growth region covered with the mask 33 is not doped with phosphorus.

【0090】そして、この状態で、例えば窒素雰囲気等
の不活性雰囲気下において580℃〜650℃の温度で
数時間から数十時間の加熱処理を施す。本実施の形態に
おいては、一例として600℃で12時間の処理を行っ
た。この加熱処理において、リンドープ結晶性ケイ素領
域32d中のリンが、結晶性ケイ素膜32b中に拡散した
ニッケル36を矢印(C)で示すような方向に引き寄せ
る。つまり、元の導入領域34に引き戻すのである。そ
の結果、結晶性ケイ素膜32bにおけるニッケル濃度は
大幅に低減する。その場合における結晶性ケイ素膜32
b中のニッケル濃度をSIMSによって測定したとこ
ろ、5×1016atoms/cm3程度にまで低減されていた。
In this state, a heat treatment is performed at a temperature of 580 ° C. to 650 ° C. for several hours to tens of hours in an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere. In the present embodiment, as an example, processing was performed at 600 ° C. for 12 hours. In this heat treatment, the phosphorus in the phosphorus-doped crystalline silicon region 32d draws the nickel 36 diffused in the crystalline silicon film 32b in the direction shown by the arrow (C). That is, it is returned to the original introduction area 34. As a result, the nickel concentration in the crystalline silicon film 32b is significantly reduced. Crystalline silicon film 32 in that case
When the nickel concentration in b was measured by SIMS, it was reduced to about 5 × 10 16 atoms / cm 3 .

【0091】次に、上記マスク33として用いた酸化ケ
イ素膜をエッチング除去する。エッチャントとしては、
下層のケイ素膜32と十分に選択性のある1:10バッ
ファードフッ酸(BHF)を用い、ウェットエッチングに
よって行う。
Next, the silicon oxide film used as the mask 33 is removed by etching. As an etchant,
The etching is performed by wet etching using 1:10 buffered hydrofluoric acid (BHF) having sufficient selectivity with the lower silicon film 32.

【0092】その後に、図6(e)に示すように、後にT
FTの活性領域(素子領域)となる領域38n,38pの結
晶性ケイ素膜32bを残し、それ以外のケイ素膜をエッ
チング除去して素子間分離を行う。その場合のエッチン
グは、BCl3とCl2との混合ガスを用いたRFプラズマ
によるRIE(リアクティブ・イオン・エッチング)によっ
て行う。エッチング条件としては、BCl3の流量を15
sccm、Cl2の流量を70sccmとし、圧力が8mTorr程度
の減圧下で、1300WのRFパワーを掛けて行う。こ
のエッチング処理によって、ニッケル36が多量に存在
する領域34内のリンドープ結晶性ケイ素領域32d
も、ケイ素膜と共にニッケル36がエッチングされるた
め、エッチング残渣の無い奇麗な基板表面が得られると
共に、ウェットエッチングを用いる場合に比べて更なる
微細加工を行うことができる。
Thereafter, as shown in FIG.
The crystalline silicon film 32b in the regions 38n and 38p to be the active regions (element regions) of the FT is left, and the other silicon films are removed by etching to perform element isolation. The etching in that case is performed by RIE (reactive ion etching) using RF plasma using a mixed gas of BCl 3 and Cl 2 . As the etching conditions, the flow rate of BCl 3 was set to 15
sccm, the flow rate of Cl 2 and 70 sccm, the pressure under a reduced pressure of about 8 mTorr, performed by multiplying the RF power of 1300 W. By this etching process, the phosphorus-doped crystalline silicon region 32d in the region 34 where a large amount of nickel 36 exists is formed.
Also, since the nickel 36 is etched together with the silicon film, a clean substrate surface having no etching residue can be obtained, and further fine processing can be performed as compared with the case where wet etching is used.

【0093】こうして、後にTFTの活性領域(ソース/
ドレイン領域およびチャネル領域)となる島状の結晶性
ケイ素膜38n,38pが形成されて、図6(e)の状態が得
られる。すなわち、この工程によって、図4に示すよう
な配置で、少なくとも横成長の結晶性ケイ素膜32bの
領域を用いて、後にTFTの活性領域(ソース/ドレイン
領域およびチャネル領域)となる島状の結晶性ケイ素膜
38n,38pが形成されるのである。
Thus, the active region (source / source) of the TFT is later formed.
The island-shaped crystalline silicon films 38n and 38p to be the drain regions and the channel regions are formed, and the state shown in FIG. 6E is obtained. That is, in this step, at least the region of the laterally grown crystalline silicon film 32b is used in the arrangement shown in FIG. 4 to form an island-like crystal which will later become the active region (source / drain region and channel region) of the TFT. The silicon films 38n and 38p are formed.

【0094】次に、図6(f)に示すように、上記の活性
領域となる結晶性ケイ素膜38n,38pを覆うように、
ゲート絶縁膜としての厚さ60nmの酸化ケイ素膜39を
成膜する。本実施の形態においては、SiH4ガスおよび
2Oガスを原料として、850℃の温度下において減
圧CVD法によって酸化ケイ素膜39を成膜した。所
謂、HTO膜である。
Next, as shown in FIG. 6F, the crystalline silicon films 38n and 38p serving as the active regions are covered with
A silicon oxide film 39 having a thickness of 60 nm is formed as a gate insulating film. In the present embodiment, a silicon oxide film 39 is formed at a temperature of 850 ° C. by a low pressure CVD method using SiH 4 gas and N 2 O gas as raw materials. This is a so-called HTO film.

【0095】次に、このような状態において、上記結晶
性ケイ素膜38n,38pに対して酸化雰囲気中での熱処
理を行う。雰囲気としては酸素や水蒸気,HCl等の酸化
雰囲気であり、本実施の形態においては、1気圧の酸素
雰囲気中で行った。温度は850℃〜1100℃が好ま
しく、本実施の形態においては950℃で行った。上述
のような条件下で2時間30分のアニールを行うことに
よって、酸化ケイ素膜39中を酸素が拡散移動し、下層
の島状ケイ素膜38n,38pの表面が酸化されて約50n
mの酸化ケイ素膜40n,40pが形成される。
Next, in such a state, the crystalline silicon films 38n and 38p are subjected to a heat treatment in an oxidizing atmosphere. The atmosphere is an oxidizing atmosphere of oxygen, water vapor, HCl, or the like. In this embodiment, the atmosphere is an oxygen atmosphere of 1 atm. The temperature is preferably 850 ° C. to 1100 ° C., and in this embodiment, the temperature was 950 ° C. By performing annealing for 2 hours and 30 minutes under the above-described conditions, oxygen diffuses and moves in the silicon oxide film 39, and the surfaces of the underlying island-like silicon films 38n and 38p are oxidized to about 50n.
m silicon oxide films 40n and 40p are formed.

【0096】その結果、上記ケイ素膜38n,38pの膜
厚は初期の55nmから30nmに減少する。また、TFT
としてのゲート絶縁膜は、CVDによって形成された酸
化ケイ素膜39とケイ素膜38の熱酸化によって形成さ
れた酸化ケイ素膜40との二層で構成されて、トータル
膜厚は110nmになる。また、チャネル界面は、活性領
域のケイ素膜38とこのケイ素膜38の酸化による酸化
ケイ素膜40とで構成されて、良好な界面特性が得られ
る。さらに、上記酸化工程によって、島状ケイ素膜38
n,38pの膜中不対結合(ダングリングボンド)は大幅に
低減され、その結晶性は大きく改善される。以上の結
果、30nmに薄膜化された高品質結晶性ケイ素膜による
活性領域38n',38p'が得られるのである。
As a result, the thickness of the silicon films 38n and 38p is reduced from 55 nm at the initial stage to 30 nm. Also, TFT
The gate insulating film is composed of a silicon oxide film 39 formed by CVD and a silicon oxide film 40 formed by thermal oxidation of the silicon film 38, and has a total film thickness of 110 nm. Further, the channel interface is composed of the silicon film 38 in the active region and the silicon oxide film 40 obtained by oxidizing the silicon film 38, so that good interface characteristics can be obtained. Further, the island-like silicon film 38 is formed by the oxidation process.
The dangling bonds in the n, 38p film are greatly reduced, and the crystallinity is greatly improved. As a result, the active regions 38n 'and 38p' of the high-quality crystalline silicon film thinned to 30 nm can be obtained.

【0097】引き続いて、図6(g)に示すように、スパ
ッタリング法によって厚さ400nm〜800nm(例えば
500nm)のアルミニウム(0.1%〜2%のシリコンを
含む)を成膜し、アルミニウム膜をパターニングして、
ゲート電極41n,41pを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 6G, aluminum (including 0.1% to 2% silicon) having a thickness of 400 nm to 800 nm (for example, 500 nm) is formed by a sputtering method. Patterning,
Gate electrodes 41n and 41p are formed.

【0098】次に、イオンドーピング法によって、上記
ゲート電極41n,41pをマスクとして活性領域38n',
38p'に不純物(リン及びホウ素)を注入する。その場
合、ドーピングガスとしてフォスフィン(PH3)および
ジボラン(B26)を用いる。そして、加速電圧を、前者
の場合には60kV〜90kV(例えば80kV)、後者の
場合は40kV〜80kV(例えば65kV)とし、ドーズ
量を1×1015cm-2〜8×1015cm-2(例えば、リンを
2×1015cm-2,ホウ素を5×1015cm-2)とする。この
工程によって、ゲート電極41n,41pでマスクされて
不純物が注入されない領域は、後にTFTのチャネル領
域42n,42pとなる。上記ドーピングの際には、ドー
ピングが不要な領域をフォトレジストで覆うことによっ
て、夫々の元素を選択的にドーピングを行う。その結
果、N型の不純物領域43n,44nと、P型の不純物領
域43p,44pとが形成され、図4に示すようにNチャ
ネル型TFTとPチャネル型TFTとを形成することが
できる。
Next, by the ion doping method, using the gate electrodes 41n and 41p as a mask, the active regions 38n ',
Impurities (phosphorus and boron) are implanted into 38p '. In that case, phosphine (PH 3 ) and diborane (B 2 H 6 ) are used as doping gases. The acceleration voltage is 60 kV to 90 kV (for example, 80 kV) in the former case, and 40 kV to 80 kV (for example, 65 kV) in the latter case, and the dose is 1 × 10 15 cm −2 to 8 × 10 15 cm −2. (For example, phosphorus is 2 × 10 15 cm −2 and boron is 5 × 10 15 cm −2 ). By this step, the regions which are masked by the gate electrodes 41n and 41p and into which impurities are not implanted will later become the channel regions 42n and 42p of the TFT. At the time of the above doping, each element is selectively doped by covering a region where doping is unnecessary with a photoresist. As a result, N-type impurity regions 43n and 44n and P-type impurity regions 43p and 44p are formed, and an N-channel TFT and a P-channel TFT can be formed as shown in FIG.

【0099】その後、図6(g)に示すように、レーザ光
45を照射してアニールを行い、イオン注入した不純物
の活性化を行う。レーザ光45としては、XeClエキシ
マレーザ(波長308nm、パルス幅40nsec)を用い、エ
ネルギー密度250mJ/cm2で一箇所につき20ショッ
ト照射した。
Thereafter, as shown in FIG. 6G, annealing is performed by irradiating a laser beam 45 to activate the ion-implanted impurities. As a laser beam 45, a XeCl excimer laser (wavelength: 308 nm, pulse width: 40 nsec) was used, and 20 shots were irradiated at one place at an energy density of 250 mJ / cm 2 .

【0100】続いて、図6(h)に示すように、厚さ90
0nmの酸化ケイ素膜をプラズマCVD法によって形成し
て層間絶縁膜46とする。そして、この層間絶縁膜46
にコンタクトホールを形成して、金属材料(例えば窒化
チタンとアルミニウムの二層膜)によってTFTの電極・
配線47,48,49を形成する。そして最後に、1気圧
の水素雰囲気下において、350℃で1時間のアニール
を行い、Nチャネル型TFT50とPチャネル型TFT
51とを完成させる。さらに、必要に応じて、TFT5
0,51を保護する目的で、TFT50,51上に窒化ケ
イ素膜等からなる保護膜を設けてもよい。
Subsequently, as shown in FIG.
A 0 nm silicon oxide film is formed by a plasma CVD method to form an interlayer insulating film 46. Then, the interlayer insulating film 46
A contact hole is formed in the TFT electrode using a metal material (for example, a two-layer film of titanium nitride and aluminum).
Wirings 47, 48 and 49 are formed. Finally, annealing is performed at 350 ° C. for 1 hour in a hydrogen atmosphere at 1 atm, so that an N-channel TFT 50 and a P-channel TFT
51 is completed. Further, if necessary, a TFT5
For the purpose of protecting 0,51, a protective film made of a silicon nitride film or the like may be provided on the TFTs 50,51.

【0101】本実施の形態に従って作製したCMOS構
造TFTにおいては、夫々のTFTの電界効果移動度
は、N型TFT50で210cm2/Vs〜250cm2/Vs,
P型TFT51で120cm2/Vs〜150cm2/Vsと高
く、閾値電圧はN型TFT50で1V程度,P型TFT
51で−1.5V程度と非常に良好な特性を示した。さ
らに、従来触媒元素を用いた際に問題となっていた特性
ばらつきが、電界効果移動度で±10%程度に、閾値電
圧で±0.2V程度(400mm×320mmサイズの基板内
30点での測定結果)に抑えることができ、安定した回
路特性を示した。
[0102] In the CMOS structure TFT manufactured in accordance with this embodiment, the field effect mobility of each TFT, in N-type TFT50 210cm 2 / Vs~250cm 2 / Vs ,
In P-type TFT51 high as 120cm 2 / Vs~150cm 2 / Vs, the threshold voltage is about 1V at N-type TFT 50, P-type TFT
51 showed very good characteristics of about -1.5 V. Further, the characteristic variation, which has been a problem when a conventional catalytic element is used, is reduced to about ± 10% in field effect mobility and about ± 0.2 V in threshold voltage (at 30 points in a 400 mm × 320 mm size substrate). (Measurement result), and stable circuit characteristics were shown.

【0102】上述のごとく、本実施の形態においては、
石英ガラス基板31上にa‐Si膜32を成膜し、a‐
Si膜32上にマスク33を形成する。そして、マスク
33のスルーホール領域34から露呈しているa‐Si
膜32の表面に薄膜酸化膜35を形成し、極低パワーの
DCスパッタリングによって、薄膜酸化膜35を通して
a‐Si膜32に触媒元素としてのニッケル36を2×
1014atoms/cm2程度の濃度で導入する。そして、エッ
チングによって大量のニッケル36が存在している薄膜
酸化膜35を除去すると同時に、マスク33上のニッケ
ル36をリフトオフする。そうした後に、加熱処理を施
してa‐Si膜32中でのニッケル36を核としたa‐
Si膜32の結晶化を行う。その結果、スルーホール領
域34に結晶性ケイ素膜32aが形成され、引き続い
て、領域34から横方向に結晶成長が行われて横方向結
晶成長した結晶性ケイ素膜32bが形成される。そし
て、リン37をイオンドーピングした後加熱処理を行
い、結晶性ケイ素膜32b中に拡散したニッケル36を
リンドープ結晶性ケイ素領域32d中に引き寄せる。こ
うして、結晶性ケイ素膜32bのニッケル濃度を大幅に
低減するのである。以後、領域34の両側に得られた低
ニッケル濃度の結晶性ケイ素膜32bを用いてCMOS
構造の能動(チャネル)領域を形成するのである。
As described above, in the present embodiment,
A-Si film 32 is formed on a quartz glass substrate 31;
A mask 33 is formed on the Si film 32. The a-Si exposed from the through-hole region 34 of the mask 33
A thin oxide film 35 is formed on the surface of the film 32. Nickel 36 as a catalyst element is applied to the a-Si film 32 through the thin oxide film 35 by 2 × by DC sputtering with extremely low power.
It is introduced at a concentration of about 10 14 atoms / cm 2 . Then, the thin oxide film 35 on which a large amount of nickel 36 is present is removed by etching, and at the same time, the nickel 36 on the mask 33 is lifted off. After that, a heat treatment is applied to the a-Si film 32 with the nickel 36 as a nucleus.
The Si film 32 is crystallized. As a result, a crystalline silicon film 32a is formed in the through-hole region 34, and subsequently, a crystal is grown in the lateral direction from the region 34 to form a crystalline silicon film 32b which has grown in the lateral direction. Then, heat treatment is performed after the ion doping of the phosphorus 37, and the nickel 36 diffused in the crystalline silicon film 32b is drawn into the phosphorus-doped crystalline silicon region 32d. Thus, the nickel concentration of the crystalline silicon film 32b is significantly reduced. Thereafter, the CMOS is formed using the crystalline silicon films 32b having a low nickel concentration obtained on both sides of the region 34.
It forms the active (channel) region of the structure.

【0103】このように、本実施の形態によれば、上記
第1実施の形態と同様に、上記a‐Si膜32に導入さ
れるニッケル36の極微量の制御が可能となる。
As described above, according to the present embodiment, a very small amount of nickel 36 introduced into the a-Si film 32 can be controlled as in the first embodiment.

【0104】さらに、上記ニッケル36が導入されたa
‐Si膜32の結晶化が、導入領域34からその周辺領
域へ横方向に行われる。したがって、この横方向結晶成
長領域の内部では成長方向が略一方向に揃った柱状結晶
がひしめき合っており、上記第1実施の形態のように、
ニッケル5が直接導入されてランダムに結晶核が発生す
る場合に比して、高い結晶性を有する結晶性ケイ素膜3
2bを得ることができる。また、横方向成長も一定で安
定している。したがって、横方向結晶成長領域の結晶性
ケイ素膜32bを半導体装置のチャネル領域に用いるこ
とによって、半導体装置の高性能化を実現できる。
Further, the nickel a introduced with a 36
The crystallization of the Si film 32 is performed laterally from the introduction region 34 to its peripheral region. Therefore, inside the lateral crystal growth region, columnar crystals whose growth directions are substantially aligned in one direction are tied together, and as in the first embodiment,
A crystalline silicon film 3 having higher crystallinity than when nickel 5 is directly introduced and crystal nuclei are randomly generated.
2b can be obtained. Also, the lateral growth is constant and stable. Therefore, by using the crystalline silicon film 32b in the lateral crystal growth region for the channel region of the semiconductor device, the performance of the semiconductor device can be improved.

【0105】さらには、従来のスピン塗布において間題
となっていた選択導入のためのマスク段差部での成長む
らやダストによる成長不良も全て解決でき、製造歩留り
を大幅に向上できる。
Furthermore, it is possible to solve all of the uneven growth at the mask step portion for selective introduction and the poor growth due to dust, which have been problems in the conventional spin coating, and the manufacturing yield can be greatly improved.

【0106】ところで、上記各実施の形態における触媒
元素(ニッケル5,36)を導入する方法としては、上述
したように、触媒元素を含むターゲットを用いたスパッ
タリング法によって、薄膜酸化膜4,35上からスパッ
タリングする方法が最適である。すなわち、スパッタリ
ングによって触媒元素を薄膜酸化膜4,35上に薄膜デ
ポジションするのであるが、この場合に一部の触媒元素
は薄膜酸化膜4,35を通り越してa‐Si膜3,32に
達する。スパッタリング法は、CVD法や蒸着法に比べ
て、その原理上からも分るように、ある程度の深さまで
デポジション原子が入り込むのである。したがって、ス
パッタリング法は、各実施の形態に用いる触媒元素の導
入方法としては非常に都合が良い方法であると言える。
As a method for introducing the catalyst element (nickel 5, 36) in each of the above-described embodiments, as described above, the sputtering method using the target containing the catalyst element is used to form a film on the thin oxide films 4, 35. Is most suitable. That is, a catalyst element is deposited on the thin oxide films 4 and 35 by sputtering. In this case, some catalyst elements pass through the thin oxide films 4 and 35 and reach the a-Si films 3 and 32. . In the sputtering method, as compared with the CVD method and the vapor deposition method, deposition atoms penetrate to a certain depth, as can be seen from the principle thereof. Therefore, it can be said that the sputtering method is a very convenient method for introducing the catalyst element used in each embodiment.

【0107】また、スパッタリング法は元々均一性に優
れたデポジション方法であり、半導体積層体内での触媒
元素の分布も申し分ない。ちなみに、上記各実施の形態
において触媒元素の導入方法としてスピン塗布法を用い
た場合、後の薄膜酸化膜4,35除去工程によって全て
の触媒元素が完全に除去されてしまい、a‐Si膜3,3
2には全く残らない。したがって結晶成長も生じない。
すなわち、上記スピン塗布法は、塗布後に純水洗浄した
だけでも添加された全ての触媒元素が除去されてしまう
程不安定な添加方法なのである。
The sputtering method is originally a deposition method with excellent uniformity, and the distribution of the catalytic element in the semiconductor laminate is satisfactory. Incidentally, when the spin coating method is used as a method for introducing the catalyst element in each of the above embodiments, all the catalyst elements are completely removed by the subsequent thin film oxide film 4, 35 removal step, and the a-Si film 3 is removed. , 3
Nothing remains in 2. Therefore, no crystal growth occurs.
That is, the spin coating method is an unstable addition method such that all the added catalyst elements are removed even by pure water washing after coating.

【0108】上記各実施の形態においてはスパッタリン
グされる触媒元素量が多く、完全に触媒元素のデポ膜が
できあがった場合には、薄膜酸化膜4,35除去前に触
媒元素膜の除去が必要となる。しかしながら、実験か
ら、スパッタリング条件によって、デポ量を単原子レベ
ル程度に制御可能であることが分っており(それでも直
接の触媒元素導入を行うとまだ多すぎる量である)、デ
ポ量が単原子レベル程度である場合には、薄膜酸化膜
4,35を除去するだけで、薄膜酸化膜4,35上あるい
は薄膜酸化膜4,35中の触媒元素をリフトオフできる
のである。
In each of the above embodiments, when the amount of the catalytic element to be sputtered is large and the deposited film of the catalytic element is completely formed, it is necessary to remove the catalytic element film before removing the thin oxide films 4, 35. Become. However, experiments show that the amount of deposition can be controlled to the level of a single atom by sputtering conditions (still too much if direct catalytic element introduction is performed). In the case of the level, the catalyst element on or in the thin oxide films 4, 35 can be lifted off only by removing the thin oxide films 4, 35.

【0109】尚、上記各実施の形態においては、上記ス
パッタリング時のスパッタリングパワーをコントロール
することによって、a‐Si膜3,32への触媒元素の導
入量を制御するようにしている。その場合の制御因子と
しては、DCスパッタリングの場合にはDCパワーを用
いる。スパッタリング法では、低パワー領域において
は、パワーによって膜中に打ち込まれるデポジション原
子の深さが変化する。そこで、この現象を利用して、a
‐Si膜3,32に入り込む触媒元素の量を簡単に制御で
きるのである。
In each of the above embodiments, the amount of the catalytic element introduced into the a-Si films 3 and 32 is controlled by controlling the sputtering power during the sputtering. As a control factor in that case, DC power is used in the case of DC sputtering. In the sputtering method, in a low power region, the depth of deposition atoms implanted into a film changes depending on power. Therefore, utilizing this phenomenon, a
The amount of the catalyst element entering the Si films 3, 32 can be easily controlled.

【0110】さて、上記各実施の形態においては、上記
a‐Si膜3,32の表面に形成される薄膜酸化膜4,3
5の膜厚が非常に重要である。a‐Si膜3,32への触
媒元素の導入量は、上記スパッタリングパワーによる触
媒元素の打ち込み深さと薄膜酸化膜4,35の膜厚とが
パラメーターとなり、どちらでも制御可能ではある。し
かしながら、薄膜酸化膜4,35の膜厚による制御は面
内の均一性や安定性を考えると困難であり、薄膜酸化膜
4,35の膜厚を常に一定としておき、上述のようにス
パッタリングパワーで導入量を制御する方がより優れて
いる。
In each of the above embodiments, the thin oxide films 4, 3 formed on the surfaces of the a-Si films 3, 32 are described.
A thickness of 5 is very important. The amount of the catalytic element introduced into the a-Si films 3 and 32 can be controlled by either the catalyst element implantation depth by the sputtering power or the thickness of the thin oxide films 4 and 35 as parameters. However, it is difficult to control the thickness of the thin oxide films 4 and 35 in view of the uniformity and stability in the plane, and the thickness of the thin oxide films 4 and 35 is always kept constant. It is better to control the amount introduced.

【0111】したがって、上記薄膜酸化膜4,35の膜
厚が一定であり、均一性に優れたものである必要があ
る。そのためには、a‐Si膜3,32の表面酸化工程
は、処理時間に対して酸化膜厚が飽和するような方法で
行われることが最も望ましい。すなわち、薄膜酸化膜
4,35の形成工程をCVDなどのデポジションや処理
時間を延ばすことで制限なく酸化可能な方法ではなく、
処理時間に対して酸化膜厚が飽和するような方法を用
い、その飽和状態まで酸化処理することによって、基板
内および基板間において酸化膜厚を常に一定に保つこと
ができる。その結果、触媒元素の導入量制御が安定し、
その精度が向上し、触媒元素導入量の均―性をより一層
高めることができるのである。但し、その場合の酸化温
度は、当然ながらa‐Si膜3,32の結晶化が始まる温
度以下で行う必要がある。
Therefore, it is necessary that the thin oxide films 4 and 35 have a constant thickness and have excellent uniformity. For this purpose, it is most preferable that the surface oxidation step of the a-Si films 3 and 32 be performed in such a manner that the oxide film thickness is saturated with respect to the processing time. In other words, the formation process of the thin oxide films 4 and 35 is not a method that can be oxidized without limitation by extending the deposition time or processing time such as CVD.
By using a method in which the oxide film thickness is saturated with respect to the processing time and performing the oxidation treatment until the saturation state, the oxide film thickness can be always kept constant within the substrate and between the substrates. As a result, the control of the introduction amount of the catalyst element becomes stable,
The precision is improved, and the uniformity of the amount of the catalyst element introduced can be further improved. However, in this case, the oxidation temperature must be lower than the temperature at which crystallization of the a-Si films 3 and 32 starts.

【0112】上記a‐Si膜3,32の表面を薄膜酸化す
る具体的な方法としては、上記第1実施の形態において
は、硫酸,過酸化水素およびオゾン水等のうち少なくと
も一つから成る液体にa‐Si膜3の表面を浸すことに
よって行っている。この方法によれば、a‐Si膜3の
活性な表面のみの反応であるため、酸化が進行して酸化
膜が形成されると同時に酸化反応も低下する。その結
果、処理時間に対して酸化膜厚が飽和することになり、
ある一定時間以上の処理を行えば20Å〜40Å程度の
薄膜酸化膜4を安定して得ることができるのである。ま
た、基板内における酸化膜厚の均一性も申し分ない。さ
らには、液体を用いるために洗浄効果も同時に期待で
き、a‐Si膜3の表面に付着しているダストなどのパ
ーティクルを大きく低減することができる。
As a specific method for thin-film oxidation of the surfaces of the a-Si films 3, 32, in the first embodiment, a liquid comprising at least one of sulfuric acid, hydrogen peroxide, ozone water and the like is used. Is performed by immersing the surface of the a-Si film 3 in the first step. According to this method, since the reaction is performed only on the active surface of the a-Si film 3, the oxidation proceeds to form an oxide film, and the oxidation reaction also decreases. As a result, the oxide film thickness is saturated with respect to the processing time,
By performing the treatment for a certain period of time or more, a thin oxide film 4 of about 20 ° to 40 ° can be stably obtained. Further, the uniformity of the oxide film thickness in the substrate is also satisfactory. Further, since a liquid is used, a cleaning effect can be expected at the same time, and particles such as dust adhering to the surface of the a-Si film 3 can be greatly reduced.

【0113】また、上記第2の実施の形態においては、
上記薄膜酸化膜35の形成方法として、酸素雰囲気中に
おいてa‐Si膜32の表面にUV光を照射している。
この方法の場合も、a‐Si膜32の活性な表面反応を
利用するため、酸化が進行するに従って酸化膜厚が飽和
する方法であるといえる。したがって、上述の液体に浸
す方法と同様に、ある一定時間以上の処理によって20
Å〜40Å程度の酸化膜厚が安定して得られ、基板内に
おける酸化膜厚の均一性も良好である。この方法は、上
述の液体に浸す方法に比べて、形成される酸化膜がより
緻密であるために、バリア効果が高く、スパッタリング
におけるa‐Si膜32への触媒元素の打ち込みをより
制限することができる。すなわち、a‐Si膜32に導
入する触媒元素量をより低く制御することができるので
ある。
Further, in the second embodiment,
As a method of forming the thin oxide film 35, the surface of the a-Si film 32 is irradiated with UV light in an oxygen atmosphere.
Also in this method, the active surface reaction of the a-Si film 32 is used, so that the oxide film thickness is saturated as oxidation proceeds. Therefore, similar to the above-described method of immersion in a liquid, a treatment for a certain period
An oxide film thickness of about {40} is stably obtained, and the uniformity of the oxide film thickness within the substrate is also good. This method has a higher barrier effect because the oxide film to be formed is denser than the above-described method of immersion in a liquid, and further limits the implantation of a catalytic element into the a-Si film 32 in sputtering. Can be. That is, the amount of the catalyst element introduced into the a-Si film 32 can be controlled to be lower.

【0114】さて、上記各実施の形態においては、上述
したごとく、上記a‐Si膜3,32の表面を薄膜酸化
し、触媒元素の添加処理を行った後に、加熱処理して結
晶化させる前に、a‐Si膜3,32表面の薄膜酸化膜
4,35を除去することが大きなポイントである。ここ
で、この薄膜酸化膜4,35を除去する工程は、触媒元
素とa‐Si膜3,32とはエッチングされず、薄膜酸化
膜4,35のみが選択的にエッチングされるようなエッ
チャントを用いて行う必要がある。すなわち、薄膜酸化
膜4,35と共にa‐Si膜3,32に導入された触媒元
素が除去されてしまった場合には、a‐Si膜3,32に
おいて目的とする結晶化が生じないからである。また、
a‐Si膜3,32がエッチングされた場合にも導入され
た触媒元素は同時に除去されてしまう。さらに、上記各
実施の形態では、a‐Si膜3,32表面の薄膜酸化膜
4,35の膜厚とスパッタリングによる触媒元素の打ち
込み深さとで、a‐Si膜3,32への触媒元素導大量を
制御しているため、薄膜酸化膜4,35除去工程におい
てa‐Si膜3,32表面がエッチングされれば、十分な
導入量の制御が行えない。したがって、特に、薄膜酸化
膜4,35と触媒元素およびa‐Si膜3,32との間に
は十分なエッチング選択比が必要なのである。具体的に
は、このようなエッチャントとしてフッ化水素酸を用い
ることが最も好ましい。フッ化水素酸であれば、上述の
条件を全て満たしており、また半導体プロセスにおいて
の実績も高く、ケイ素膜への汚染も極めて少ない。さら
に、薄膜酸化膜4,35中に含まれている触媒元素のa
‐Si膜3,32表面への再付着の心配もない。
In each of the above embodiments, as described above, the surfaces of the a-Si films 3 and 32 are thin-film oxidized, and the catalyst element is added, and then the heat treatment is performed. Another important point is that the thin oxide films 4, 35 on the surfaces of the a-Si films 3, 32 are removed. Here, in the step of removing the thin oxide films 4, 35, an etchant is used in which the catalytic element and the a-Si films 3, 32 are not etched, and only the thin oxide films 4, 35 are selectively etched. It must be done using That is, if the catalytic element introduced into the a-Si films 3 and 32 together with the thin oxide films 4 and 35 is removed, the desired crystallization does not occur in the a-Si films 3 and 32. is there. Also,
Even when the a-Si films 3 and 32 are etched, the introduced catalytic element is removed at the same time. Further, in each of the above-described embodiments, the thickness of the thin oxide films 4 and 35 on the surfaces of the a-Si films 3 and 32 and the depth of implantation of the catalyst elements by sputtering determine the conductivity of the catalyst elements to the a-Si films 3 and 32. Since a large amount is controlled, if the surfaces of the a-Si films 3 and 32 are etched in the step of removing the thin oxide films 4 and 35, the amount of introduction cannot be sufficiently controlled. Therefore, in particular, a sufficient etching selectivity is required between the thin oxide films 4, 35 and the catalyst element and the a-Si films 3, 32. Specifically, it is most preferable to use hydrofluoric acid as such an etchant. Hydrofluoric acid satisfies all of the above conditions, has a good track record in semiconductor processes, and has very little contamination of the silicon film. Further, the catalyst element a contained in the thin oxide films 4, 35
-There is no fear of re-adhesion to the surface of the Si film 3, 32.

【0115】さて、上記各実施の形態において使用でき
る触媒元素の種類としては、上述したニッケル(Ni)5,
36の他に、コバルト(Co),パラジウム(Pd),白金(P
t),銅(Cu),銀(Ag),金(Au),インジウム(In),スズ(S
n),アルミニウム(Al),アンチモン(Sb)を利用すること
ができる。これらの中から選択された一種または複数種
類の元素であれば微量で結晶化助長の効果があるが、そ
れらの中でも、特にニッケル5,36を用いた場合に最
も顕著な効果を得ることができる。その理由について
は、次のようなモデルを考えることができる。
The types of catalyst elements that can be used in each of the above embodiments include nickel (Ni) 5,
36, cobalt (Co), palladium (Pd), platinum (P
t), copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), indium (In), tin (S
n), aluminum (Al), and antimony (Sb) can be used. One or a plurality of elements selected from these elements have an effect of promoting crystallization in a trace amount. Among them, the most remarkable effect can be obtained particularly when nickel 5,36 is used. . For the reason, the following model can be considered.

【0116】すなわち、上記触媒元素は単独では作用せ
ず、上記a‐Si膜3,32中のケイ素原子と結合してシ
リサイド化することによって結晶成長に作用する。つま
り、その場合における結晶構造がa‐Si膜3,32の結
晶化時に一種の鋳型のように作用し、a‐Si膜3,32
の結晶化を促すというモデルである。Niは、2つのSi
とNiSi2なるシリサイドを形成する。NiSi2は螢石型
の結晶構造を示し、その結晶構造は単結晶ケイ素のダイ
ヤモンド構造と非常に類似したものである。しかも、N
iSi2はその格子定数が5.406Åであり、結晶シリコ
ンのダイヤモンド構造での格子定数5.430Åに非常
に近い値を有している。したがって、NiSi2は、a‐
Si膜3,32を結晶化させるための鋳型としては最高の
ものであり、上記各実施の形態における触媒元素として
は、特にNiを用いるのが最も望ましい。
That is, the catalyst element does not act alone, but acts on the crystal growth by bonding to the silicon atoms in the a-Si films 3 and 32 to form silicide. In other words, the crystal structure in that case acts as a kind of template when the a-Si films 3, 32 are crystallized, and the a-Si films 3, 32
This is a model that promotes crystallization. Ni is two Si
And a silicide of NiSi 2 are formed. NiSi 2 has a fluorite-type crystal structure, which is very similar to the diamond structure of single crystal silicon. And N
iSi 2 has a lattice constant of 5.406 °, which is very close to the lattice constant of 5.430 ° in the diamond structure of crystalline silicon. Therefore, NiSi 2 is a-
This is the best template for crystallizing the Si films 3 and 32, and it is most preferable to use Ni as the catalyst element in each of the above embodiments.

【0117】上記各実施の形態における上記a‐Si膜
3,32への触媒元素の導入量としては、スパッタリン
グによって添加した総量でなく、薄膜酸化膜4,35除
去後(結晶化処理前)のa‐Si膜3,32表面における触
媒元素量が重要である。触媒元素としてNiを用いた場
合、この薄膜酸化膜4,35除去後のa‐Si膜3,32
表面のニッケル濃度としては、1×1012atoms/cm2
1×1013atoms/cm2となるようにすることが望まし
い。1×1012atoms/cm2よりもNiの添加量が少ない場
合は十分な結晶成長が起こらない。また、1×1013at
oms/cm2よりも多い場合は、結晶化後にニッケルシリサ
イドとしてケイ素膜中に偏在する領域が多くなるため、
半導体素子の特性に悪影響を及ぼすようになる。ちなみ
に、a‐Si膜3,32表面のニッケル濃度の測定にはT
RXRF法が有効であり、上記各実施の形態において定
義される表面濃度もTRXRF法における測定値であ
る。
The amount of the catalytic element introduced into the a-Si films 3 and 32 in each of the above embodiments is not the total amount added by sputtering, but the amount after the removal of the thin oxide films 4 and 35 (before the crystallization treatment). The amount of the catalyst element on the surfaces of the a-Si films 3 and 32 is important. When Ni is used as a catalyst element, the a-Si films 3, 32 after removing the thin oxide films 4, 35 are used.
The nickel concentration on the surface is 1 × 10 12 atoms / cm 2 to
It is desirable that the concentration be 1 × 10 13 atoms / cm 2 . If the amount of Ni added is less than 1 × 10 12 atoms / cm 2, sufficient crystal growth does not occur. 1 × 10 13 at
If oms / cm 2 higher than the order region unevenly distributed silicon film as a nickel silicide after crystallization increases,
The characteristics of the semiconductor device are adversely affected. Incidentally, the measurement of the nickel concentration on the surfaces of the a-Si films 3 and 32 requires T
The RXRF method is effective, and the surface concentration defined in each of the above embodiments is also a measured value in the TRXRF method.

【0118】但し、上記濃度値は、第1実施の形態のご
とくa‐Si膜3に全面的にニッケルを添加し結晶成長
させた場合の話であり、第2実施の形態のごとく、a‐
Si膜32の一部に選択的にニッケルを添加し、そこか
ら周辺部へと横方向に結晶成長を行わせる場合には異な
ってくる。このような場合には、薄膜酸化膜35除去後
におけるa‐Si膜32表面のニッケル濃度として、1
×1013atoms/cm2〜1×1014atoms/cm2であることが
好ましい。これは、上記横方向結晶成長の場合には、ニ
ッケルが選択的に導入された領域をシード領域として成
長するために成長距離も長く、結晶成長により多くのニ
ッケルが必要となる。つまり、横方向結晶成長領域のニ
ッケル濃度は、ニッケルが直接添加された導入領域より
も体積濃度で一桁程度低くなるからである。したがっ
て、ニッケル選択導入による横成長方法の場合には、1
×1013atoms/cm2よりも触媒元素の添加量が少ない場
合は十分な結晶成長が起こらない。また、1×1014at
oms/cm2よりも多い場合は、結晶化後にニッケルシリサ
イドとしてケイ素膜中に偏在する領域が多くなり、半導
体素子の特性に悪影響を及ぼすようになる。
However, the above-mentioned concentration value is a case in which nickel is entirely added to the a-Si film 3 as in the first embodiment to grow crystals, and as in the second embodiment, a-
This is different when nickel is selectively added to a part of the Si film 32 and crystal growth is performed in the lateral direction from there. In such a case, the nickel concentration on the surface of the a-Si film 32 after removing the thin oxide film 35 is 1
It is preferably from × 10 13 atoms / cm 2 to 1 × 10 14 atoms / cm 2 . This is because, in the case of the lateral crystal growth, the growth distance is long because the region into which nickel is selectively introduced is grown as a seed region, and more nickel is required for crystal growth. That is, the nickel concentration in the lateral crystal growth region is lower by about one digit in volume concentration than in the introduction region to which nickel is directly added. Therefore, in the case of the lateral growth method by selective introduction of nickel, 1
If the amount of the catalyst element is less than × 10 13 atoms / cm 2, sufficient crystal growth does not occur. 1 × 10 14 at
If it is more than oms / cm 2 , the area which is unevenly distributed in the silicon film as nickel silicide after crystallization increases, which adversely affects the characteristics of the semiconductor element.

【0119】上記各実施の形態においては、上記a‐S
i膜3,32への触媒元素の微量添加を目的としており、
a‐Si膜3,32への導入量を上記範囲内とすることで
大きな効果が得られることを述べた。ところが、さらに
活性領域内の残留触媒元素量を低減する必要がある場合
には、触媒元素の導入量を上記範囲以下に下げることは
結晶成長の面からできないため、他のアプローチが必要
である。上記各実施の形態では、触媒元素をa‐Si膜
3,32の結晶化処理に利用した後に結晶性ケイ素膜3
a',32b中に残存する触媒元素の大部分を、半導体素子
形成領域以外の領域に移動させるようにしている。具体
的方法としては、a‐Si膜3,32を結晶化した後、少
なくとも半導体素子を形成する領域以外の領域にリン
8,37をイオンドーピングし、600℃程度の加熱処
理を行うのである。こうすることによって、少なくとも
シリサイド状態で存在しているニッケル等は、リン8,
37がドーピングされた領域へと移動するのである。し
たがって、リン8,37が引き寄せられた領域を除去し
て半導体素子領域を形成すればよいのである。この方法
では、結晶性ケイ素膜3a',32b中に拡散した全てのニ
ッケルを取り除くことはできず、ニッケルの導入量が上
述の上限値より多い場合には大きな効果は得られない。
しかしながら、a‐Si膜3,32へのニッケルの導入量
が上記範囲内の値である場合には、結晶性ケイ素膜3
a',32b中のニッケル濃度は、その固溶限レベル程度に
までは低減できる。
In each of the above embodiments, the aS
The purpose is to add a small amount of a catalytic element to the i-films 3, 32,
It has been described that a great effect can be obtained by setting the amount of introduction into the a-Si films 3 and 32 within the above range. However, when it is necessary to further reduce the amount of the remaining catalytic element in the active region, it is impossible to reduce the amount of the introduced catalytic element below the above range from the viewpoint of crystal growth, so that another approach is required. In each of the above embodiments, after the catalytic element is used for the crystallization treatment of the a-Si films 3, 32, the crystalline silicon film 3
Most of the catalyst element remaining in a ′, 32b is moved to a region other than the semiconductor element formation region. As a specific method, after the a-Si films 3 and 32 are crystallized, phosphorus 8,37 is ion-doped in at least a region other than a region where a semiconductor element is to be formed, and a heat treatment at about 600 ° C. is performed. By doing so, at least nickel or the like existing in a silicide state becomes phosphorus 8,
37 migrates to the doped region. Therefore, the semiconductor element region may be formed by removing the region where the phosphorus 8, 37 is drawn. In this method, all the nickel diffused in the crystalline silicon films 3a 'and 32b cannot be removed, and a large effect cannot be obtained when the amount of introduced nickel is larger than the above upper limit.
However, if the amount of nickel introduced into the a-Si films 3, 32 is within the above range, the crystalline silicon film 3
The nickel concentration in a ′, 32b can be reduced to the level of its solid solubility limit.

【0120】さらに、上記第1実施の形態においては、
上記触媒元素によって結晶化された結晶性ケイ素膜3a
の結晶性をより向上し、半導体装置の性能、特に電流駆
動能力をより向上させるために、a‐Si膜3を加熱処
理によって結晶化させた後、結晶性ケイ素膜3aにレー
ザ光6を照射する工程を追加している。また、第2実施
の形態においては、結晶化温度よりも更に高温の酸化雰
囲気中において熱処理を行う工程を追加している。
Furthermore, in the first embodiment,
The crystalline silicon film 3a crystallized by the catalyst element
In order to further improve the crystallinity of the semiconductor device and further improve the performance of the semiconductor device, particularly the current driving capability, the a-Si film 3 is crystallized by a heat treatment, and then the crystalline silicon film 3a is irradiated with laser light 6. Process is added. In the second embodiment, a step of performing a heat treatment in an oxidizing atmosphere at a temperature higher than the crystallization temperature is added.

【0121】上記第1実施の形態のごとく、上記結晶性
ケイ素膜3aにレーザ光6等の強光を照射した場合に
は、結晶性ケイ素膜3aとa‐Si膜3との融点の相違か
ら、結晶粒界部や微小な残留非晶質領域(未結晶化領域)
が集中的に処理されることになる。通常の固相成長法で
形成した結晶性ケイ素膜は、結晶構造が双晶状態である
ために、強光照射後も結晶粒内部は双晶欠陥として残
る。それに比べて、第1実施の形態のごとく触媒元素を
導入して結晶化した結晶性ケイ素膜3aは、柱状結晶で
形成されており、その内部は単結晶状態である。そのた
め、強光の照射によって結晶粒界部が処理されると、基
板全面に亘って単結晶状態に近い良質の結晶性ケイ素膜
3a'が得られ、結晶性の観点からその有効性は非常に高
い。また、元々結晶性を有するケイ素膜に対してレーザ
照射を行うのであるから、a‐Si膜3に対して直接レ
ーザ照射を行って結晶化する方法とは異なり、レーザ照
射のばらつきが大きく緩和されて均一性上の問題も生じ
ない。
As in the first embodiment, when the crystalline silicon film 3a is irradiated with intense light such as a laser beam 6, the difference in melting point between the crystalline silicon film 3a and the a-Si film 3 is obtained. , Crystal grain boundaries and minute residual amorphous regions (uncrystallized regions)
Will be intensively processed. Since the crystalline silicon film formed by the ordinary solid-phase growth method has a twinned crystal structure, the inside of the crystal grain remains as a twin defect even after intense light irradiation. On the other hand, the crystalline silicon film 3a crystallized by introducing the catalytic element as in the first embodiment is formed of columnar crystals, and the inside thereof is in a single crystal state. Therefore, when the crystal grain boundary portion is treated by intense light irradiation, a high-quality crystalline silicon film 3a 'close to a single-crystal state is obtained over the entire surface of the substrate, and its effectiveness is extremely low from the viewpoint of crystallinity. high. In addition, since laser irradiation is performed on the silicon film that originally has crystallinity, the variation in laser irradiation is greatly reduced, unlike the method of directly performing laser irradiation on the a-Si film 3 for crystallization. And there is no uniformity problem.

【0122】また、上記第2実施の形態のごとく、上記
a‐Si膜32を加熱処理によって結晶化させた後、上
記加熱処理温度より更に高温で酸化雰囲気中にて熱処理
を行う場合には、触媒元素によって結晶化された結晶性
ケイ素膜38n,38pに対して、結晶化温度よりもさら
に高温(800℃〜1100℃)で酸化処理を行う。そう
すると、酸化作用によって生じる過飽和Si原子が結晶
性ケイ素膜中へ供給されることになる。そして、この過
飽和Si原子が、結晶性ケイ素膜38n,38p中の結晶欠
陥(特に不対結合手:ダングリングボンド)に入り込ん
で、欠陥を消滅させるのである。こうして、触媒元素に
よって結晶化された結晶性ケイ素膜38n,38p中の欠
陥密度が大きく低減されて、移動度が大幅に向上する。
その結果、半導体装置の性能が飛躍的に向上する。
Further, as in the second embodiment, when the a-Si film 32 is crystallized by heat treatment and then heat-treated in an oxidizing atmosphere at a temperature higher than the heat treatment temperature, The crystalline silicon films 38n and 38p crystallized by the catalytic element are oxidized at a higher temperature (800 ° C. to 1100 ° C.) than the crystallization temperature. Then, supersaturated Si atoms generated by the oxidizing action are supplied into the crystalline silicon film. Then, the supersaturated Si atoms enter crystal defects (particularly, dangling bonds) in the crystalline silicon films 38n and 38p, thereby eliminating the defects. Thus, the defect density in the crystalline silicon films 38n and 38p crystallized by the catalytic element is greatly reduced, and the mobility is greatly improved.
As a result, the performance of the semiconductor device is dramatically improved.

【0123】以上のごとく、上記各実施の形態によれ
ば、特性ばらつきの少ない安定した特性の高性能半導体
素子を実現でき、さらに、集積度の高い高性能半導体装
置を簡便な製造プロセスで得ることができる。また、そ
の製造工程において良品率を大きく向上でき、商品の低
コスト化を図ることができる。特に液晶表示装置におい
ては、アクティブマトリックス基板に要求される画素ス
イッチングTFTのスイッチング特性の向上と周辺駆動
回路部を構成するTFTに要求される高性能化・高集積
化とを同時に満足することができる。したがって、同一
基板上にアクティブマトリックス部と周辺駆動回路部と
が構成されたドライバモノリシック型アクティブマトリ
ックス基板を実現することができ、モジュールのコンパ
クト化,高性能化,低コスト化を図ることができるのであ
る。
As described above, according to each of the above-described embodiments, a high-performance semiconductor element having stable characteristics with little characteristic variation can be realized, and a high-performance semiconductor device with a high degree of integration can be obtained by a simple manufacturing process. Can be. In addition, the non-defective product rate can be greatly improved in the manufacturing process, and the cost of the product can be reduced. In particular, in the liquid crystal display device, it is possible to simultaneously improve the switching characteristics of the pixel switching TFT required for the active matrix substrate and the high performance and high integration required for the TFT constituting the peripheral drive circuit unit. . Therefore, it is possible to realize a driver monolithic active matrix substrate in which an active matrix portion and a peripheral drive circuit portion are configured on the same substrate, and it is possible to reduce the size, performance, and cost of the module. is there.

【0124】以上、この発明を2つの実施の形態によっ
て具体的に説明したが、この発明は上述の実施の形態に
限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づ
く各種の変形が可能である。
Although the present invention has been specifically described with reference to the two embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications based on the technical concept of the present invention are possible. It is.

【0125】例えば、上述した2つの実施の形態におい
ては、上記ニッケルを導入する方法としてDCスパッタ
リング法を用いているが、RF電源によるRFスパッタ
リング法を用いても差し支えない。その場合における触
媒元素の導入量制御因子としては、RFパワーを用いる
ことになる。また、ニッケル添加処理前の薄膜酸化膜
4,35の膜厚を厚めにしておいて、イオンドーピング
法によってa‐Si膜中にニッケルを導入しても良い。
さらに、上述したように、結晶化を助長する不純物金属
元素としては、ニッケル以外に、コバルト,パラジウム,
白金,銅,銀,金,インジウム,スズ,アルミニウム,アンチ
モンの中から選択された一種または複数種類の元素を用
いても同様の効果が得られる。但し、ニッケルを用いた
場合に最も顕著な効果を奏することは上述した通りであ
る。
For example, in the above-described two embodiments, the DC sputtering method is used as a method for introducing nickel, but an RF sputtering method using an RF power supply may be used. In that case, RF power is used as a control factor of the amount of catalyst element introduced. Alternatively, the thin oxide films 4, 35 before the nickel addition treatment may be made thicker, and nickel may be introduced into the a-Si film by an ion doping method.
Further, as described above, as the impurity metal element that promotes crystallization, in addition to nickel, cobalt, palladium,
Similar effects can be obtained by using one or more elements selected from platinum, copper, silver, gold, indium, tin, aluminum, and antimony. However, as described above, the most remarkable effect is obtained when nickel is used.

【0126】また、上記第2実施の形態においては、ニ
ッケルを更に低減する方法として、リンを導入して加熱
処理を行う工程を追加しているが、要求される半導体素
子の特性やサイズによっては、この工程を除いてもかな
りの低濃度化が達成できており、十分に適用可能であ
る。
In the second embodiment, as a method of further reducing nickel, a step of introducing phosphorus and performing a heat treatment is added. However, depending on the required characteristics and size of the semiconductor element, the method may be modified. Even if this step is omitted, a considerable reduction in concentration can be achieved, and it is sufficiently applicable.

【0127】また、上記ニッケルによって結晶化された
結晶性ケイ素膜の結晶性をさらに助長する手段として、
パルスレーザであるエキシマレーザ照射による加熱法を
用いた。しかしながら、それ以外のレーザ(例えば連続
発振Arレーザ等)でも同様の処理が可能である。また、
レーザ光の代わりに赤外光やフラッシュランプを使用し
て短時間に1000℃〜1200℃(シリコンモニタの
温度)まで上昇させて試料を加熱する所謂RTA(ラピッ
ド・サーマル・アニール)(RTP:ラピッド・サーマル・プ
ロセスとも言う)等のレーザ光と同等の強光を用いても
よい。
As means for further promoting the crystallinity of the crystalline silicon film crystallized by nickel,
A heating method using excimer laser irradiation as a pulse laser was used. However, similar processing can be performed with other lasers (for example, a continuous wave Ar laser or the like). Also,
So-called RTA (Rapid Thermal Annealing) (RTP: Rapid) in which a sample is heated to 1000 ° C. to 1200 ° C. (temperature of a silicon monitor) in a short time by using infrared light or a flash lamp instead of laser light to heat the sample. (Also referred to as a thermal process) may be used.

【0128】さらに、この発明の応用としては、液晶表
示用のアクティブマトリックス型基板以外に、例えば、
密着型イメージセンサ,ドライバ内蔵型のサーマルヘッ
ド,有機系EL(エレクトロ・ルミネッセンス)等を発光素
子としたドライバ内蔵型の光書き込み素子や表示素子,
三次元IC等が考えられる。何れの場合も、この発明を
適用することによって、これらの素子の高速,高解像度
化等の高性能化が実現できる。更にこの発明は、上述の
実施の形態において説明したMOS(金属酸化膜半導体)
型トランジスタに限らず、結晶性半導体を素子材とした
バイポーラトランジスタや静電誘導トランジスタを始め
として、幅広く半導体プロセス全般に応用することが可
能である。
Further, as an application of the present invention, in addition to an active matrix type substrate for a liquid crystal display, for example,
Contact-type image sensor, driver built-in thermal head, driver built-in optical writing element and display element using organic EL (electroluminescence), etc.
A three-dimensional IC or the like is conceivable. In any case, by applying the present invention, high performance such as high speed and high resolution of these elements can be realized. Further, the present invention provides a MOS (metal oxide semiconductor) described in the above embodiment.
The invention can be applied not only to the type transistor but also to a wide range of semiconductor processes including a bipolar transistor and an electrostatic induction transistor using a crystalline semiconductor as an element material.

【0129】[0129]

【発明の効果】以上より明らかなように、第1の発明の
半導体装置の製造方法は、非晶質ケイ素膜の表面を薄膜
酸化して薄膜酸化膜を形成し、この薄膜酸化膜を通して
上記非晶質ケイ素膜に触媒元素を導入し、上記薄膜酸化
膜を除去した後に加熱処理を施して上記非晶質ケイ素膜
を結晶化させ、得られた結晶性ケイ素膜を用いて半導体
装置のチャネル領域を形成するので、上記薄膜酸化膜を
通して触媒元素を導入した際に表面や内部に多くの触媒
元素が導入された上記薄膜酸化膜を除去して、上記非晶
質ケイ素膜中には上記薄膜酸化膜を通して導入された分
の微量の触媒元素のみを残すことができる。したがっ
て、上記触媒元素の導入量を上記非晶質ケイ素膜の結晶
化を促進するのに必要な極微量に且つ精度よく制御でき
る。
As is apparent from the above description, the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect of the present invention is to form a thin oxide film by oxidizing the surface of an amorphous silicon film with a thin film, and to pass the non-oxide film through the thin oxide film. After introducing a catalytic element into the crystalline silicon film, removing the thin film oxide film and then performing a heat treatment to crystallize the amorphous silicon film, a channel region of a semiconductor device is obtained using the obtained crystalline silicon film. When the catalyst element is introduced through the thin film oxide film, the thin film oxide film having many catalyst elements introduced on the surface and inside is removed, and the thin film oxide film is contained in the amorphous silicon film. Only a trace amount of the catalyst element introduced through the membrane can be left. Therefore, the amount of the catalyst element to be introduced can be controlled to an extremely small amount necessary for promoting the crystallization of the amorphous silicon film and accurately.

【0130】すなわち、この発明によれば、上記結晶性
ケイ素膜に残る上記触媒元素の量を極力少なくして、得
られる半導体装置の信頼性や電気的安定性を高めること
ができる。
That is, according to the present invention, the amount of the catalyst element remaining in the crystalline silicon film can be minimized, and the reliability and electrical stability of the obtained semiconductor device can be improved.

【0131】また、第2の発明の半導体装置の製造方法
は、非晶質ケイ素膜の表面を薄膜酸化して薄膜酸化膜を
形成し、この薄膜酸化膜を通して上記非晶質ケイ素膜の
一部に触媒元素を選択的に導入し、上記薄膜酸化膜を除
去した後に加熱処理を施して上記触媒元素が導入された
領域からその周辺領域へ向って上記基板と平行に上記非
晶質ケイ素膜を結晶化させ、得られた結晶性ケイ素膜を
用いて半導体装置のチャネル領域を形成するので、上記
第1の発明の場合と同様に、表面や内部に多くの触媒元
素が存在している上記薄膜酸化膜を除去して、上記非晶
質ケイ素膜に対する上記触媒元素の導入量を結晶化が促
進されるのに必要な極微量に且つ精度よく制御できる。
Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the second invention, the surface of the amorphous silicon film is thinly oxidized to form a thin oxide film, and a part of the amorphous silicon film is passed through the thin oxide film. The catalyst element is selectively introduced into the amorphous silicon film in parallel with the substrate from a region where the catalyst element is introduced to a peripheral region from a region where the catalyst element is introduced, after removing the thin oxide film. Since the channel region of the semiconductor device is formed using the crystalline silicon film obtained by crystallization, the thin film in which many catalytic elements exist on the surface and inside as in the case of the first invention. By removing the oxide film, the amount of the catalyst element introduced into the amorphous silicon film can be controlled to a very small amount and precisely required to promote crystallization.

【0132】さらに、上記触媒元素が導入された非晶質
ケイ素膜の結晶化は、導入領域からその周辺領域へ向っ
て上記基板と平行に行われるので、この横方向結晶成長
領域の結晶性が、上記第1の発明の場合のように上記触
媒元素が直接導入されてランダムに結晶核の発生が起こ
った場合に比して良好になる。したがって、この横方向
結晶成長領域の結晶性ケイ素膜を半導体装置のチャネル
領域に用いることによって、半導体装置の高性能化を図
ることができる。
Further, since the crystallization of the amorphous silicon film into which the catalyst element has been introduced is performed in parallel with the substrate from the introduction region to the peripheral region, the crystallinity of the lateral crystal growth region is reduced. This is better than the case where the catalyst element is directly introduced and crystal nuclei are randomly generated as in the case of the first invention. Therefore, by using the crystalline silicon film in the lateral crystal growth region for the channel region of the semiconductor device, the performance of the semiconductor device can be improved.

【0133】また、上記第1の発明および第2の発明の
半導体装置の製造方法は、上記薄膜酸化膜を通しての触
媒元素導入を、上記触媒元素を含むターゲットを用いた
スパッタリング法によって上記薄膜酸化膜上から行え
ば、上記CVD法や蒸着法に比して深い位置まで均一に
デポジション原子を入り込ませることができる。したが
って、上記触媒元素の一部を、上記薄膜酸化膜を通り越
して上記非晶質ケイ素膜まで均一に導入することができ
る。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first and second aspects of the present invention, the catalyst element is introduced through the thin film oxide film by a sputtering method using a target containing the catalyst element. From the top, deposition atoms can be uniformly introduced to a deep position as compared with the above-described CVD method and vapor deposition method. Therefore, a part of the catalyst element can be uniformly introduced to the amorphous silicon film through the thin oxide film.

【0134】また、上記第1の発明および第2の発明の
半導体装置の製造方法は、上記スパッタリング時におけ
るスパッタリングパワーによって、上記非晶質ケイ素膜
に対する触媒元素の導入量を制御すれば、上記非晶質ケ
イ素膜中の触媒元素量を簡単に且つ精度よく制御でき
る。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first and second aspects of the present invention, if the amount of the catalytic element introduced into the amorphous silicon film is controlled by the sputtering power during the sputtering, The amount of the catalytic element in the crystalline silicon film can be easily and accurately controlled.

【0135】したがって、上記結晶化前における上記非
晶質ケイ素膜表面での触媒元素濃度のばらつきを、32
0mm×400mmの大型のガラス基板上において±10%
程度にでき、±40%程度である従来のスピン塗布法に
よる導入法に比較して非常に良好な結果を得ることがで
きる。
Therefore, the variation in the concentration of the catalyst element on the surface of the amorphous silicon film before the crystallization is reduced by 32%.
± 10% on a large glass substrate of 0mm x 400mm
And a very good result can be obtained as compared with a conventional spin coating method of about ± 40%.

【0136】また、上記第1の発明および第2の発明の
半導体装置の製造方法は、上記非晶質ケイ素膜表面の薄
膜酸化を、上記非晶質ケイ素膜の結晶化が始まる温度以
下の温度で、上記薄膜酸化が処理時間に対して酸化膜厚
が飽和するような方法で行えば、上記飽和状態に至る所
定時間まで薄膜酸化を行うことによって、基板内及び基
板間における薄膜酸化膜の膜厚を常に一定に保つことが
できる。したがって、上記触媒元素の導入量制御をより
安定して行うことでき、その精度を向上させてより均―
性を高めることができる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first and second aspects of the present invention, the thin film oxidation of the surface of the amorphous silicon film may be performed at a temperature lower than a temperature at which crystallization of the amorphous silicon film starts. If the thin film oxidation is performed in such a manner that the oxide film thickness is saturated with respect to the processing time, the thin film oxidation is performed until a predetermined time until the saturated state is reached, thereby forming a thin film oxide film in the substrate and between the substrates. The thickness can always be kept constant. Therefore, the introduction amount of the catalyst element can be more stably controlled, and the accuracy can be improved to improve the uniformity.
Can be enhanced.

【0137】また、上記第1の発明および第2の発明の
半導体装置の製造方法は、上記非晶質ケイ素膜表面の薄
膜酸化を、硫酸,過酸化水素およびオゾン水のうち少な
くとも一つから成る液体に上記非晶質ケイ素膜表面を浸
すことによって行えば、上記非晶質ケイ素膜の活性な表
面のみの反応によって、処理時間に対して上記薄膜酸化
膜の膜厚を飽和させることができる。さらに、上記非晶
質ケイ素膜の表面に付着しているパーティクル等を洗浄
することができる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first and second aspects of the present invention, the thin film oxidation of the surface of the amorphous silicon film is performed by using at least one of sulfuric acid, hydrogen peroxide and ozone water. By immersing the surface of the amorphous silicon film in a liquid, the thickness of the thin oxide film can be saturated with respect to the processing time by the reaction of only the active surface of the amorphous silicon film. Further, particles and the like adhering to the surface of the amorphous silicon film can be cleaned.

【0138】また、上記第1の発明および第2の発明の
半導体装置の製造方法は、上記非晶質ケイ素膜表面の薄
膜酸化を、酸素雰囲気下において上記非晶質ケイ素膜表
面にUV光を照射することによって行えば、上記非晶質
ケイ素膜の活性な表面反応を利用して、処理時間に対し
て薄膜酸化膜の膜厚を飽和させることができる。さら
に、上記非晶質ケイ素膜表面を上記液体に浸す方法に比
べて、より緻密な薄膜酸化膜を形成できる。したがっ
て、バリア効果を高めて、上記非晶質ケイ素膜に導入さ
れる触媒元素量をより低く制御可能にできる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first and second inventions, the thin film oxidation of the surface of the amorphous silicon film may be performed by applying UV light to the surface of the amorphous silicon film in an oxygen atmosphere. When the irradiation is performed, the thickness of the thin oxide film can be saturated with respect to the processing time by utilizing the active surface reaction of the amorphous silicon film. Further, a denser thin oxide film can be formed as compared with the method of immersing the surface of the amorphous silicon film in the liquid. Therefore, the barrier effect can be enhanced and the amount of the catalytic element introduced into the amorphous silicon film can be controlled to be lower.

【0139】また、上記第1の発明および第2の発明の
半導体装置の製造方法は、上記薄膜酸化膜の除去を、上
記触媒元素および非晶質ケイ素膜はエッチングされず、
酸化ケイ素膜のみが選択的にエッチングされるようなエ
ッチャントを用いて行えば、上記非晶質ケイ素膜に導入
されている触媒元素が除去されたり、上記非晶質ケイ素
膜がエッチングされて上記触媒元素もエッチバックされ
ることを防止できる。したがって、上記非晶質ケイ素膜
に対して目的とする結晶化を行うことができるのであ
る。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first and second aspects of the present invention, the thin film oxide film is removed by removing the catalyst element and the amorphous silicon film.
If the etching is performed using an etchant that selectively etches only the silicon oxide film, the catalyst element introduced into the amorphous silicon film is removed, or the amorphous silicon film is etched to form the catalyst. Elements can also be prevented from being etched back. Therefore, the desired crystallization can be performed on the amorphous silicon film.

【0140】また、上記第1の発明および第2の発明の
半導体装置の製造方法は、上記エッチャントとして、少
なくともフッ化水素酸を用いれば、上記薄膜酸化膜のみ
を選択的にエッチングできる。その際に、上記フッ化水
素酸はケイ素膜への汚染も極めて少なく、上記薄膜酸化
膜中の触媒元素が非晶質ケイ素膜へ再付着することもな
い。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the first and second aspects of the present invention, if at least hydrofluoric acid is used as the etchant, only the thin oxide film can be selectively etched. At this time, the hydrofluoric acid causes very little contamination of the silicon film, and the catalyst element in the thin oxide film does not adhere to the amorphous silicon film again.

【0141】また、上記第1の発明および第2の発明の
半導体装置の製造方法は、上記触媒元素として、少なく
ともニッケル元素を用いれば、ニッケル元素が形成する
シリサイドNiSi2を上記結晶化の際の最高の鋳型とし
て機能させて、上記非晶質ケイ素膜の結晶化を促すこと
ができる。
Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first and second aspects of the present invention, if at least nickel element is used as the catalyst element, the silicide NiSi 2 formed by nickel element By functioning as the best template, crystallization of the amorphous silicon film can be promoted.

【0142】また、上記第1の発明の半導体装置の製造
方法は、上記薄膜酸化膜が除去された後の非晶質ケイ素
膜表面におけるニッケル濃度を1×1012atoms/cm2
上且つ1×1013atoms/cm2以下にすれば、上記非晶質
ケイ素膜に対して十分な結晶成長を行うことができ、且
つ、結晶化後にシリサイドとして上記結晶性ケイ素膜中
に偏在する領域を少なくして半導体素子の特性に悪影響
を及ぼすことを防止できる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect of the present invention, the nickel concentration on the surface of the amorphous silicon film after the removal of the thin oxide film is 1 × 10 12 atoms / cm 2 or more and 1 × 10 12 atoms / cm 2 or more. When the density is 10 13 atoms / cm 2 or less, sufficient crystal growth can be performed on the amorphous silicon film, and a region unevenly distributed as silicide in the crystalline silicon film after crystallization is reduced. Therefore, it is possible to prevent the characteristics of the semiconductor element from being adversely affected.

【0143】また、上記第2の発明の半導体装置の製造
方法は、上記薄膜酸化膜が除去された後の非晶質ケイ素
膜表面のニッケル導入領域におけるニッケル濃度を、1
×1013atoms/cm2以上且つ1×1014atoms/cm2以下に
すれば、上記非晶質ケイ素膜に対して十分な結晶成長を
行うことができ、且つ、結晶化後にシリサイドとして上
記結晶性ケイ素膜中に偏在する領域を少なくして半導体
素子の特性に悪影響を及ぼすことを防止できる。
Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the second aspect of the present invention, the nickel concentration in the nickel-introduced region on the surface of the amorphous silicon film after the removal of the thin oxide film is reduced to 1%.
When the concentration is at least × 10 13 atoms / cm 2 and not more than 1 × 10 14 atoms / cm 2 , sufficient crystal growth can be performed on the amorphous silicon film, and the crystal as a silicide after crystallization can be obtained. The region unevenly distributed in the conductive silicon film can be reduced to prevent the characteristics of the semiconductor element from being adversely affected.

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

【図1】 この発明の半導体装置の製造方法を適用した
TFTの製造工程の概要を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view schematically showing a manufacturing process of a TFT to which a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is applied.

【図2】 図1(e)におけるA‐A'矢視断面に相当する
製造工程断面図である。
FIG. 2 is a manufacturing process sectional view corresponding to a section taken along line AA ′ in FIG. 1 (e).

【図3】 図2に続く製造工程断面図である。FIG. 3 is a sectional view of the manufacturing process following FIG. 2;

【図4】 この発明の半導体装置の製造方法を適用した
CMOS構造TFTの製造方法を説明するための平面図
である。
FIG. 4 is a plan view for explaining a method of manufacturing a CMOS-structured TFT to which the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is applied.

【図5】 図4におけるB‐B'矢視断面に相当する製
造工程の断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a manufacturing step corresponding to a cross section taken along line BB ′ in FIG. 4;

【図6】 図5に続く製造工程の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the manufacturing process continued from FIG. 5;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ガラス基板、 2…酸化ケイ素膜(下地膜)、3,3
2…a‐Si膜、 3a,3a',32a…結
晶性ケイ素膜、3b,32d…リンドープ結晶性ケイ素領
域、4,35…薄膜酸化膜、 5,36…
ニッケル、7,33…マスク、 8,
37…リン、9,38n,38p…TFT活性領域、 10
…ゲート絶縁膜、11,41n,41p…ゲート電極、1
3,14…不純物領域(ソース/ドレイン領域)、15,4
2n,42p…チャネル領域、 17,46…層間絶縁
膜、18…ソース電極・配線、 19…画素
電極、20…TFT、 31…石
英ガラス基板、34…スルーホール領域、
32b…横方向成長結晶性ケイ素膜、32c…非晶質ケイ
素膜領域、39,40n,40p…酸化ケイ素膜(ゲート絶
縁膜)、43n,44n…N型不純物領域、 43p,
44p…P型不純物領域、47,48,49…電極・配線、
50…Nチャネル型TFT、51…Pチャネ
ル型TFT。
1: glass substrate, 2: silicon oxide film (underlying film), 3, 3
2 ... a-Si film, 3a, 3a ', 32a ... crystalline silicon film, 3b, 32d ... phosphorus-doped crystalline silicon region, 4,35 ... thin oxide film, 5,36 ...
Nickel, 7,33 ... mask, 8,
37 ... phosphorous, 9,38n, 38p ... TFT active area, 10
... Gate insulating film, 11, 41n, 41p ... Gate electrode, 1
3,14 ... impurity region (source / drain region), 15,4
2n, 42p: channel region, 17, 46: interlayer insulating film, 18: source electrode / wiring, 19: pixel electrode, 20: TFT, 31: quartz glass substrate, 34: through-hole region,
32b: laterally grown crystalline silicon film, 32c: amorphous silicon film region, 39, 40n, 40p: silicon oxide film (gate insulating film), 43n, 44n: N-type impurity region, 43p,
44p: P-type impurity region; 47, 48, 49: electrodes and wiring;
50: N-channel TFT; 51: P-channel TFT.

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Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁表面を有する基板上に、非晶質ケイ
素膜を形成する工程と、 上記非晶質ケイ素膜の表面を薄膜酸化して薄膜酸化膜を
形成する工程と、上記薄膜酸化膜を通して、上記非晶質
ケイ素膜に結晶化を促進する触媒元素を導入する工程
と、 上記薄膜酸化膜を除去する工程と、 加熱処理を施して、上記非晶質ケイ素膜を結晶化させる
工程と、 上記結晶化によって得られた結晶性ケイ素膜を用いて半
導体装置のチャネル領域を形成する工程を備えたことを
特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface; a step of forming a thin oxide film by oxidizing the surface of the amorphous silicon film in a thin film; Introducing a catalytic element for promoting crystallization to the amorphous silicon film, removing the thin oxide film, and subjecting the amorphous silicon film to a heat treatment to crystallize the amorphous silicon film. Forming a channel region of a semiconductor device using the crystalline silicon film obtained by the crystallization.
【請求項2】 絶縁表面を有する基板上に、非晶質ケイ
素膜を形成する工程と、 上記非晶質ケイ素膜の表面を薄膜酸化して薄膜酸化膜を
形成する工程と、 上記薄膜酸化膜を通して、上記非晶質ケイ素膜の一部に
結晶化を促進する触媒元素を選択的に導入する工程と、 上記薄膜酸化膜を除去する工程と、 加熱処理を施して、上記触媒元素が導入された領域から
その周辺領域へ向って上記基板と平行に上記非晶質ケイ
素膜を結晶化させる工程と、 上記結晶化によって得られた結晶性ケイ素膜を用いて半
導体装置のチャネル領域を形成する工程を備えたことを
特徴とする半導体装置の製造方法。
2. A step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface; a step of forming a thin oxide film by oxidizing the surface of the amorphous silicon film as a thin film; Through a step of selectively introducing a catalyst element that promotes crystallization into a part of the amorphous silicon film; a step of removing the thin film oxide film; and performing a heat treatment to introduce the catalyst element. Crystallizing the amorphous silicon film in parallel with the substrate from the region to the peripheral region, and forming a channel region of a semiconductor device using the crystalline silicon film obtained by the crystallization. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項3】 請求項1あるいは請求項2に記載の半導
体装置の製造方法において、 上記非晶質ケイ素膜に対する上記薄膜酸化膜を通しての
触媒元素導入は、上記触媒元素を含むターゲットを用い
たスパッタリング法によって上記薄膜酸化膜上からスパ
ッタリングすることによって行うことを特徴とする半導
体装置の製造方法。
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the catalyst element is introduced into the amorphous silicon film through the thin oxide film by sputtering using a target containing the catalyst element. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the method is performed by sputtering from a thin oxide film on the thin film.
【請求項4】 請求項3に記載の半導体装置の製造方法
において、 上記スパッタリング時におけるスパッタリングパワーを
コントロールすることによって、上記非晶質ケイ素膜に
対する触媒元素の導入量を制御することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the amount of a catalyst element introduced into the amorphous silicon film is controlled by controlling a sputtering power during the sputtering. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項5】 請求項1乃至請求項4の何れか一つに記
載の半導体装置の製造方法において、 上記非晶質ケイ素膜表面の薄膜酸化は、上記非晶質ケイ
素膜の結晶化が始まる温度以下の温度で、処理時間に対
して酸化膜厚が飽和するような方法で行うことを特徴と
する半導体装置の製造方法。
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the thin film oxidation on the surface of the amorphous silicon film starts crystallization of the amorphous silicon film. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the method is performed at a temperature equal to or lower than a temperature so that an oxide film thickness is saturated with respect to a processing time.
【請求項6】 請求項5に記載の半導体装置の製造方法
において、 上記非晶質ケイ素膜表面の薄膜酸化は、硫酸,過酸化水
素およびオゾン水のうち少なくとも一つから成る液体
に、上記非晶質ケイ素膜表面を浸すことによって行うこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the thin film oxidation on the surface of the amorphous silicon film is performed by converting the thin film of the amorphous silicon film into a liquid comprising at least one of sulfuric acid, hydrogen peroxide and ozone water. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the method is performed by immersing a surface of a crystalline silicon film.
【請求項7】 請求項5に記載の半導体装置の製造方法
において、 上記非晶質ケイ素膜表面の薄膜酸化は、酸素雰囲気下に
おいて上記非晶質ケイ素膜表面に紫外線光を照射するこ
とによって行うことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the thin film oxidation of the surface of the amorphous silicon film is performed by irradiating the surface of the amorphous silicon film with ultraviolet light in an oxygen atmosphere. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項8】 請求項1乃至請求項4の何れか一つに記
載の半導体装置の製造方法において、 上記薄膜酸化膜の除去は、上記触媒元素および非晶質ケ
イ素膜はエッチングされず、酸化ケイ素膜のみが選択的
にエッチングされるようなエッチャントを用いたエッチ
ングによって行うことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the removing of the thin film oxide film is performed without etching the catalyst element and the amorphous silicon film. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the method is performed by etching using an etchant in which only a silicon film is selectively etched.
【請求項9】 請求項8に記載の半導体装置の製造方法
において、 上記エッチャントとして、少なくともフッ化水素酸を用
いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein at least hydrofluoric acid is used as said etchant.
【請求項10】 請求項1乃至請求項9の何れか一つに
記載の半導体装置の製造方法において、 上記触媒元素として、少なくともニッケル元素を用いる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein at least a nickel element is used as the catalyst element.
【請求項11】 請求項10に記載の半導体装置の製造
方法において、 上記薄膜酸化膜を通して上記非晶質ケイ素膜の全面に触
媒元素が導入しされた場合に関して、 上記薄膜酸化膜が除去された後であって上記結晶化を行
う前の非晶質ケイ素膜表面のニッケル濃度は、1×10
12atoms/cm2以上且つ1×1013atoms/cm2以下であるこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the thin film oxide film is removed when a catalytic element is introduced through the thin film oxide film to the entire surface of the amorphous silicon film. The nickel concentration on the surface of the amorphous silicon film after and before the above crystallization is 1 × 10
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the concentration is 12 atoms / cm 2 or more and 1 × 10 13 atoms / cm 2 or less.
【請求項12】 請求項10に記載の半導体装置の製造
方法において、 上記薄膜酸化膜を通して上記非晶質ケイ素膜の一部に触
媒元素が選択的に導入しされた場合に関して、 上記薄膜酸化膜が除去された後であって上記結晶化を行
う前の非晶質ケイ素膜表面のニッケル導入領域における
ニッケル濃度は、1×1013atoms/cm2以上且つ1×1
14atoms/cm2以下であることを特徴とする半導体装置
の製造方法。
12. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein a catalyst element is selectively introduced into a part of the amorphous silicon film through the thin film oxide film. Is removed and the nickel concentration in the nickel-introduced region on the surface of the amorphous silicon film before the crystallization is 1 × 10 13 atoms / cm 2 or more and 1 × 1
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the concentration is equal to or less than 0 14 atoms / cm 2 .
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JP2006054416A (en) * 2004-08-13 2006-02-23 Samsung Sdi Co Ltd Thin film transistor and manufacturing method therefor
JP2006060185A (en) * 2004-08-20 2006-03-02 Samsung Sdi Co Ltd Manufacturing method of thin film transistor
US7452791B2 (en) 2001-08-30 2008-11-18 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Crystalline semiconductor film, method of manufacturing the same, and semiconductor device

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7452791B2 (en) 2001-08-30 2008-11-18 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Crystalline semiconductor film, method of manufacturing the same, and semiconductor device
US7960296B2 (en) 2001-08-30 2011-06-14 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Crystalline semiconductor film, method of manufacturing the same, and semiconductor device
JP2006054416A (en) * 2004-08-13 2006-02-23 Samsung Sdi Co Ltd Thin film transistor and manufacturing method therefor
US7374979B2 (en) 2004-08-13 2008-05-20 Samsung Sdi Co., Ltd. Thin film transistor and method of fabricating the same
US7423322B2 (en) 2004-08-13 2008-09-09 Samsung Sdi Co., Ltd. Thin film transistor and method of fabricating the same
JP4558476B2 (en) * 2004-08-13 2010-10-06 三星モバイルディスプレイ株式會社 Thin film transistor manufacturing method
JP2006060185A (en) * 2004-08-20 2006-03-02 Samsung Sdi Co Ltd Manufacturing method of thin film transistor
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