JP2002043331A - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents

Method for fabricating semiconductor device

Info

Publication number
JP2002043331A
JP2002043331A JP2001150187A JP2001150187A JP2002043331A JP 2002043331 A JP2002043331 A JP 2002043331A JP 2001150187 A JP2001150187 A JP 2001150187A JP 2001150187 A JP2001150187 A JP 2001150187A JP 2002043331 A JP2002043331 A JP 2002043331A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor film
film
region
substrate
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001150187A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koyu Cho
宏勇 張
Toru Takayama
徹 高山
Yasuhiko Takemura
保彦 竹村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP2001150187A priority Critical patent/JP2002043331A/en
Publication of JP2002043331A publication Critical patent/JP2002043331A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Liquid Crystal (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a TFT having required characteristics in a device having a plurality of TFTs arranged on a substrate. SOLUTION: In an active matrix type liquid crystal display, the circumferential circuit part employs a crystalline silicon film grown epitaxially in a direction parallel with the surface of a substrate and the pixel part employs a crystalline silicon film grown epitaxially in a direction perpendicular to the surface of the substrate. A TFT having a high mobility is formed in the circumferential circuit part and a TFT having a low OFF current is formed in the pixel part in order to enhance the charge holding rate.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス等の絶縁基
板上に設けられたTFT(薄膜トランジスタ)を用いた
半導体装置に関する。特に、アクティブマトリックス型
の液晶表示装置に利用できる半導体装置に関する。
[0001] The present invention relates to a semiconductor device using a TFT (thin film transistor) provided on an insulating substrate such as glass. In particular, the present invention relates to a semiconductor device that can be used for an active matrix type liquid crystal display device.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガラス等の絶縁基板上にTFTを有する
半導体装置としては、これらのTFTを画素の駆動に用
いるアクティブ型液晶表示装置やイメージセンサー等が
知られている。
2. Description of the Related Art As a semiconductor device having TFTs on an insulating substrate such as glass, active type liquid crystal display devices and image sensors using these TFTs for driving pixels are known.

【0003】これらの装置に用いられるTFTには、薄
膜状の珪素半導体を用いるのが一般的である。薄膜状の
珪素半導体としては、非晶質珪素半導体(a−Si)か
らなるものと結晶性を有する珪素半導体からなるものの
2つに大別される。非晶質珪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、最も一般的に用いられているが、導電率等
の物性が結晶性を有する珪素半導体に比べて劣るため、
今後より高速特性を得る為には、結晶性を有する珪素半
導体からなるTFTの作製方法の確立が強く求められて
いた。尚、結晶性を有する珪素半導体としては、多結晶
珪素、微結晶珪素、結晶成分を含む非晶質珪素、結晶性
と非晶質性の中間の状態を有するセミアモルファス珪素
等が知られている。
[0003] Thin film silicon semiconductors are generally used for TFTs used in these devices. Thin-film silicon semiconductors are roughly classified into two types: those made of an amorphous silicon semiconductor (a-Si) and those made of a crystalline silicon semiconductor. Amorphous silicon semiconductors are most commonly used because they have a low manufacturing temperature, can be manufactured relatively easily by a gas phase method, and have high mass productivity. Since it is inferior to a silicon semiconductor having
In order to obtain higher-speed characteristics in the future, it has been strongly required to establish a method for manufacturing a TFT made of a crystalline silicon semiconductor. Note that, as a silicon semiconductor having crystallinity, polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon containing a crystal component, semi-amorphous silicon having an intermediate state between crystalline and amorphous, and the like are known. .

【0004】これら結晶性を有する薄膜状の珪素半導体
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、レーザー光の
エネルギーにより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
を加えることにより結晶性を有せしめる。 と言った方法が知られている。しかしながら、(1)の
方法は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り、また成膜
温度が600℃以上と高いので、安価なガラス基板が使
用できないというコストの問題があった。また、(2)
の方法は、現在最も一般的に使用されているエキシマレ
ーザーを例にとると、レーザー光の照射面積が小さいた
め、スループットが低いという問題がまずあり、また大
面積基板の全面を均一に処理するにはレーザーの安定性
が充分ではなく、次世代の技術という感が強い。(3)
の方法は、(1)、(2)の方法と比較すると大面積に
対応できるという利点はあるが、やはり加熱温度として
600℃以上の高温にすることが必要であり、安価なガ
ラス基板を用いることを考えると、さらに加熱温度を下
げる必要がある。特に現在の液晶表示装置の場合には大
画面化が進んでおり、その為ガラス基板も同様に大型の
物を使用する必要がある。この様に大型のガラス基板を
使用する場合には、半導体作製に必要不可欠な加熱工程
における縮みや歪みといったものが、マスク合わせ等の
精度を下げ、大きな問題点となっている。特に現在最も
一般的に使用されている7059ガラスの場合には、歪
み点が593℃であり、従来の加熱結晶化方法では大き
な変形を起こしてしまう。また、温度の問題以外にも現
在のプロセスでは結晶化に要する加熱時間が数十時間以
上にも及ぶので、さらにその時間を短くすることも必要
である。
As a method for 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. Is known. However, in the method (1), it is technically difficult to uniformly form a film having good semiconductor properties over the entire surface of the substrate, and the film forming temperature is as high as 600 ° C. or higher, so that the method is inexpensive. There was a cost problem that a glass substrate could not be used. Also, (2)
Taking the excimer laser, which is currently most commonly used, as an example, there is a problem that the irradiation area of the laser beam is small, so that the throughput is low, and the entire surface of the large-area substrate is uniformly processed. The stability of the laser is not enough, and it seems to be a next-generation technology. (3)
The method (1) has an advantage that it can cope with a large area as compared with the methods (1) and (2), but also requires a high heating temperature of 600 ° C. or more, and uses an inexpensive glass substrate. Considering this, it is necessary to further lower the heating temperature. In particular, in the case of the current liquid crystal display device, the screen size is increasing, and therefore, it is necessary to use a large glass substrate as well. When such a large glass substrate is used, shrinkage or distortion in a heating step which is indispensable for semiconductor fabrication lowers the accuracy of mask alignment and the like, and is a serious problem. In particular, in the case of 7059 glass, which is currently most commonly used, the strain point is 593 ° C., and the conventional heating crystallization method causes large deformation. In addition to the problem of the temperature, the heating time required for crystallization in the current process is several tens of hours or more, so that it is necessary to further shorten the heating time.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決する手段を提供するものである。より具体的には
非晶質珪素からなる薄膜を加熱により結晶化させる方法
を用いた、結晶性を有する珪素半導体からなる薄膜の作
製方法において、結晶化に必要な温度の低温化と時間の
短縮を両立するプロセスを提供することをその目的とす
る。勿論、本発明で提供されるプロセスを用いて作製し
た結晶性を有する珪素半導体は、従来技術で作製された
ものと同等以上の物性を有し、TFTの活性層領域にも
使用可能なものであることは言うまでもないことであ
る。そして、この技術を利用することにより、必要とす
る特性を備えたTFTを基板上に選択的に設けることを
目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides means for solving the above problems. More specifically, in a method for producing a thin film made of a crystalline silicon semiconductor using a method of crystallizing a thin film made of amorphous silicon by heating, the temperature required for crystallization is lowered and the time is shortened. The aim is to provide a process that balances Of course, a crystalline silicon semiconductor manufactured using the process provided by the present invention has physical properties equal to or higher than those manufactured by the conventional technology, and can be used for the active layer region of the TFT. It goes without saying that there is something. It is another object of the present invention to selectively provide a TFT having required characteristics on a substrate by utilizing this technique.

【0006】〔発明の背景〕本発明人らは、上記従来の
技術の項で述べた、非晶質の珪素半導体膜をCVD法や
スパッタ法で成膜し、該膜を加熱によって結晶化させる
方法について、以下のような実験及び考察を行った。
Background of the Invention The present inventors form an amorphous silicon semiconductor film by a CVD method or a sputtering method and crystallize the film by heating as described in the section of the prior art. Regarding the method, the following experiments and considerations were made.

【0007】まず実験事実として、ガラス基板上に非晶
質珪素膜を成膜し、この膜を加熱により結晶化させるメ
カニズムを調べると、結晶成長はガラス基板と非晶質珪
素との界面から始まり、ある程度の膜厚以上では基板表
面に対して垂直な柱状に進行することが認められた。
First, as an experimental fact, an amorphous silicon film is formed on a glass substrate, and the mechanism of crystallizing the film by heating is examined. The crystal growth starts from the interface between the glass substrate and the amorphous silicon. When the film thickness exceeded a certain level, it was recognized that the film proceeded in a columnar shape perpendicular to the substrate surface.

【0008】上記現象は、ガラス基板と非晶質珪素膜と
の界面に、結晶成長の基となる結晶核(結晶成長の基と
なる種)が存在しており、その核から結晶が成長してい
くことに起因すると考察される。このような結晶核は、
基板表面に微量に存在している不純物金属元素やガラス
表面の結晶成分(結晶化ガラスと呼ばれるように、ガラ
ス基板表面には酸化珪素の結晶成分が存在していると考
えられる)であると考えられる。
In the above phenomenon, a crystal nucleus serving as a base for crystal growth (a seed serving as a base for crystal growth) exists at the interface between the glass substrate and the amorphous silicon film, and the crystal grows from the nucleus. It is considered to be due to going. Such a crystal nucleus
Considered to be trace amounts of impurity metal elements present on the substrate surface and crystalline components on the glass surface (like glass crystallized glass, it is considered that there is a crystalline component of silicon oxide on the glass substrate surface) Can be

【0009】そこで、より積極的に結晶核を導入するこ
とによって結晶化温度の低温化が可能ではないかと考
え、その効果を確認すべく、他の金属を微量にガラス基
板上に成膜し、その上に非晶質珪素からなる薄膜を成
膜、その後加熱結晶化を行う実験を試みた。その結果、
幾つかの金属を基板上に成膜した場合においては結晶化
温度の低下が確認され、異物を結晶核とした結晶成長が
起こっていることが予想された。そこで低温化が可能で
あった複数の不純物金属について更に詳しくそのメカニ
ズムを調査した。なお上記複数の不純物元素は、ニッケ
ル(Ni)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、パラジウ
ム(Pd)、白金(Pt)である。
Therefore, it is thought that the crystallization temperature can be lowered by more actively introducing crystal nuclei, and in order to confirm the effect, a small amount of another metal is deposited on a glass substrate. An experiment was performed in which a thin film made of amorphous silicon was formed thereon and then heated and crystallized. as a result,
When some metals were formed on the substrate, a decrease in crystallization temperature was confirmed, and it was expected that crystal growth with foreign matter as crystal nuclei was occurring. Therefore, the mechanism of a plurality of impurity metals whose temperature could be reduced was investigated in more detail. The plurality of impurity elements are nickel (Ni), iron (Fe), cobalt (Co), palladium (Pd), and platinum (Pt).

【0010】結晶化は、初期の核生成と、その核からの
結晶成長の2段階に分けて考えることができる。ここ
で、初期の核生成の速度は、一定温度において点状に微
細な結晶が発生するまでの時間を測定することによって
観測されるが、この時間は上記不純物金属を下地に成膜
した非晶質珪素薄膜ではいずれの場合も短縮され、結晶
核導入の結晶化温度低温化に対する効果が確認された。
しかも予想外のことであるのだが、核生成後の結晶粒の
成長を加熱時間を変化させて調べたところ、ある種の金
属を成膜後、その上に成膜した非晶質珪素薄膜の結晶化
においては、核生成後の結晶成長の速度までが飛躍的に
増大することが観測された。このメカニズムは現状では
明らかではないが、なにがしかの触媒的な効果が作用し
ているものと推測される。
[0010] Crystallization can be considered in two stages: initial nucleation and crystal growth from the nucleus. Here, the initial nucleation rate is observed by measuring the time required for the generation of fine crystals in the form of dots at a certain temperature. In the case of the porous silicon thin film, the effect was reduced in each case, and the effect of the introduction of crystal nuclei on lowering the crystallization temperature was confirmed.
In addition, unexpectedly, when the growth of crystal grains after nucleation was examined by changing the heating time, after the formation of a certain metal, the amorphous silicon thin film In crystallization, it was observed that the rate of crystal growth after nucleation increased dramatically. This mechanism is not clear at present, but is presumed to have some catalytic effect.

【0011】いずれにしろ、上記2つの効果により、ガ
ラス基板上にある種の金属を微量に成膜した上に非晶質
珪素からなる薄膜を成膜、その後加熱結晶化した場合に
は、従来考えられなかったような、580℃以下の温度
で4時間程度の時間で十分な結晶性が得られることが判
明した。この様な効果を有する不純物金属の中で、最も
効果が顕著であり、我々が選択した材料がニッケルであ
る。
In any case, due to the above two effects, when a thin film made of amorphous silicon is formed on a glass substrate after a certain kind of metal is formed in a minute amount and then heated and crystallized, It has been found that sufficient crystallinity can be obtained at a temperature of 580 ° C. or less and for a time of about 4 hours, which was not considered. Among the impurity metals having such an effect, the effect is most remarkable, and a material selected by us is nickel.

【0012】ニッケルがどの程度の効果を有するのか一
例を挙げると、なんら処理を行なわない、即ちニッケル
の微量な薄膜を成膜していない基板上(コーニング70
59ガラス)にプラズマCVD法で形成された非晶質珪
素からなる薄膜を窒素雰囲気中での加熱によって、結晶
化する場合、その加熱温度として600℃とした場合、
加熱時間として10時間以上の時間を必要としたが、ニ
ッケルの微量な薄膜を成膜した基板上の非晶質珪素から
なる薄膜を用いた場合には、4時間程度の加熱において
同様な結晶化状態を得ることができた。尚この際の結晶
化の判断はラマン分光スペクトルを利用した。このこと
だけからも、ニッケルの効果が非常に大きいことが判る
であろう。
One example of the effect of nickel is as follows. On a substrate on which no treatment is performed, that is, on a substrate on which a very small amount of nickel thin film is not formed (Corning 70
When a thin film made of amorphous silicon formed on a (59 glass) by plasma CVD is crystallized by heating in a nitrogen atmosphere, when the heating temperature is set to 600 ° C.,
Although a heating time of 10 hours or more was required, when a thin film made of amorphous silicon was used on a substrate on which a very small amount of nickel film was formed, similar crystallization was performed by heating for about 4 hours. I was able to get the state. In this case, the crystallization was determined using Raman spectroscopy. From this alone, it can be seen that the effect of nickel is very large.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記説明から判る様に、
ニッケルの微量な薄膜を成膜した上から、非晶質珪素か
らなる薄膜を成膜した場合、結晶化温度の低温化及び結
晶化に要する時間の短縮が可能である。そこで、このプ
ロセスをTFTの製造に用いることを前提に、さらに詳
細な説明を加えていくことにする。尚、後ほど詳述する
が、ニッケルの薄膜は基板上(即ち非晶質珪素膜下側)
のみならず非晶質珪素膜上に成膜しても同様の効果を有
すること、及びイオン注入、さらにはプラズマ処理でも
同様であったことから、今後本明細書ではこれら一連の
処理を「ニッケル微量添加」と呼ぶことにする。また技
術的には、非晶質珪素膜の成膜時にニッケル微量添加を
行うことも可能である。
As can be seen from the above description,
When a thin film made of amorphous silicon is formed after forming a thin film of nickel, a lower crystallization temperature and a shorter time required for crystallization can be achieved. Therefore, a more detailed description will be given on the assumption that this process is used for manufacturing a TFT. As will be described in detail later, the nickel thin film is formed on the substrate (that is, under the amorphous silicon film).
In addition, since the same effect is obtained even when the film is formed on an amorphous silicon film, and the same effect is obtained by ion implantation and plasma processing, a series of these processings will be referred to as “nickel We will call it "small amount addition." Technically, it is also possible to add a small amount of nickel during the formation of the amorphous silicon film.

【0014】まずニッケル微量添加の方法について説明
する。ニッケルの微量添加は、基板上に微量なニッケル
薄膜を成膜し、その後非晶質珪素を成膜する方法でも、
先に非晶質珪素を成膜し、その上から微量なニッケル薄
膜を成膜する方法でも、両者同様に低温化の効果が有
り、その成膜方法はスパッタ法でも、蒸着法でも、スピ
ンコーティング法でも、塗布法でも、プラズマを用いた
方法でも可能で、成膜方法は問わないことが判明してい
る。ただし、基板上に微量なニッケル薄膜を成膜する場
合、7059ガラス基板の上から直接微量なニッケル薄
膜を成膜するよりは、同基板上に酸化珪素の薄膜(下地
膜)を成膜し、その上に微量なニッケル薄膜を成膜した
場合の方が効果がより顕著である。この理由として考え
られることとして、珪素とニッケルが直接接触している
ことが今回の低温結晶化には重要であり、7059ガラ
スの場合には珪素以外の成分がこの両者の接触あるいは
反応を阻害するのではないかということが挙げられる。
First, a method for adding a trace amount of nickel will be described. The addition of a small amount of nickel is also possible by forming a small amount of nickel thin film on a substrate and then forming amorphous silicon.
The method of first forming an amorphous silicon film and then forming a minute amount of a nickel thin film thereon has the same effect of lowering the temperature, and the film forming method can be either a sputtering method, a vapor deposition method, or a spin coating method. It has been found that any method can be used, including a coating method and a method using plasma, and a film forming method is not limited. However, when a very small amount of nickel thin film is formed on the substrate, a thin film of silicon oxide (underlying film) is formed on the substrate rather than directly on a 7059 glass substrate. The effect is more remarkable when a small amount of nickel thin film is formed thereon. One possible reason for this is that direct contact between silicon and nickel is important for the low-temperature crystallization in this case, and in the case of 7059 glass, components other than silicon inhibit the contact or reaction between the two. It may be that.

【0015】また、ニッケル微量添加の方法としては、
非晶質珪素の上または下に接して薄膜を形成する以外
に、イオン注入によってニッケルを添加してもほぼ同様
の効果が確認された。ニッケルの量については、1×1
15atoms/cm3 以上の量の添加において低温化
が確認されているが、5×1019atoms/cm3
上の添加量においては、ラマン分光スペクトルのピーク
の形状が珪素単体の物とは明らかに異なることから、好
ましくは、1×1015atoms/cm3 〜1×1019
atoms/cm3 の範囲がよい。ニッケルの濃度が、
5×1019atoms/cm3 以上になると、局部的に
NiSiが発生し、半導体としての特性が低下してしま
う。またニッケルの濃度が1×1015atoms/cm
3 以下であると、ニッケルの触媒としての効果が低下し
てしまう。また結晶化した状態においては、ニッケルの
濃度が低い程良い。
Further, as a method of adding a trace amount of nickel,
Almost the same effect was confirmed by adding nickel by ion implantation in addition to forming a thin film on or under amorphous silicon. For the amount of nickel, 1 × 1
0 Although low temperature in the addition of 15 atoms / cm 3 or more amounts have been identified, 5 in the × 10 19 atoms / cm 3 or more amount, and those peak shape of Raman spectrum of silicon alone Because they are clearly different, preferably 1 × 10 15 atoms / cm 3 to 1 × 10 19
The range of atoms / cm 3 is good. If the concentration of nickel is
If it exceeds 5 × 10 19 atoms / cm 3 , NiSi is locally generated, and the characteristics as a semiconductor deteriorate. Also, the concentration of nickel is 1 × 10 15 atoms / cm.
If it is less than 3 , the effect of nickel as a catalyst will decrease. In the crystallized state, the lower the nickel concentration, the better.

【0016】続いて、ニッケル微量添加を行った場合の
結晶形態について説明を加える。上述の通り、ニッケル
を添加しない場合には、基板界面等の結晶核からランダ
ムに核が発生し、その核からの結晶成長もまたある程度
の膜厚まではランダムに、さらに厚い薄膜については一
般的に(110)方向が基板に垂直方向に配列した柱状
の結晶成長が行われることが知られており、当然ながら
薄膜全体に渡ってほぼ均一な結晶成長が観測される。そ
れに対して、今回のニッケル微量添加したものについて
は、ニッケルを添加した領域と、その近傍の部分で結晶
成長が異なるという特徴を有していた。即ち、ニッケル
を添加した領域については、添加したニッケルあるいは
その珪素との化合物が結晶核となり、ニッケルを添加し
ていないものと同様に基板にほぼ垂直に柱状の結晶が成
長することが透過電子線顕微鏡写真より明らかとなっ
た。そして、その近傍のニッケルを微量添加していない
領域においてさえも低温での結晶化が確認され、その部
分は基板に垂直方向が(111)に配列し、基板と平行
に針状あるいは柱状結晶が成長するという特異な結晶成
長が観測された。この基板に平行な横方向の結晶成長
は、ニッケルを微量添加した領域から、大きいものでは
数百μmも成長することが観測され、時間の増加及び温
度が高くなるに比例して成長量も増大することも判っ
た。例として、550℃4時間においては約40μm程
度の成長が観測された。しかも、透過電子線顕微鏡写真
によると、この大きな横方向の結晶は、いずれも単結晶
ライクであることが判明している。そして、このニッケ
ル微量添加部分、その近傍の横成長部分、更に遠方の非
晶質部分( かなり離れた部分では低温結晶化は行われ
ず、非晶質部分が残る) について、ニッケルの濃度をS
IMS(二次イオン質量分析法)により調べたところ、
横成長部分はニッケル微量添加部分部分から約1桁少な
い量が検出され、非晶質珪素内での拡散が観測されてい
る。また、非晶質部分は更に約1桁少ない量が観測され
た。このことと結晶形態との関係は現状では明らかでは
ないが、いずれにしろニッケル添加量とその位置制御に
よって、所望の部分に所望の結晶形態の結晶性を有する
シリコン薄膜を形成することが可能である。
Next, a description will be given of a crystal form in the case where a trace amount of nickel is added. As described above, when nickel is not added, nuclei are randomly generated from crystal nuclei at a substrate interface or the like, and crystal growth from the nuclei is also random up to a certain film thickness, and is generally performed for thicker thin films. It is known that columnar crystal growth in which the (110) direction is arranged in the direction perpendicular to the substrate is performed. Naturally, almost uniform crystal growth is observed over the entire thin film. On the other hand, in the case of the addition of a very small amount of nickel, the crystal growth was different between the region where nickel was added and the vicinity thereof. That is, in the region where nickel is added, the added nickel or its compound with silicon becomes a crystal nucleus, and the columnar crystal grows almost perpendicular to the substrate similarly to the case where nickel is not added. It became clear from the micrograph. Crystallization at low temperature was confirmed even in the vicinity of the region where a small amount of nickel was not added. In that portion, the direction perpendicular to the substrate was arranged at (111), and needle-like or columnar crystals were parallel to the substrate. An unusual crystal growth of growth was observed. It is observed that the crystal growth in the horizontal direction parallel to this substrate grows as large as several hundred μm from the region where a small amount of nickel is added, and the growth amount increases in proportion to the increase of time and temperature. I knew I was going to do it. As an example, a growth of about 40 μm was observed at 550 ° C. for 4 hours. Moreover, according to the transmission electron beam micrograph, it has been found that all of the large lateral crystals are single crystal-like. The nickel concentration of the nickel-added portion, the laterally grown portion in the vicinity thereof, and the amorphous portion further away (the low-temperature crystallization is not performed in the portion far away and the amorphous portion remains) are set to S.
When examined by IMS (secondary ion mass spectrometry),
In the laterally grown portion, an amount smaller by about one order of magnitude is detected from the portion with a small amount of nickel added, and diffusion in the amorphous silicon is observed. Further, the amount of the amorphous portion was further reduced by about one digit. The relationship between this and the crystal morphology is not clear at present, but in any case, it is possible to form a silicon thin film having crystallinity of a desired crystal morphology in a desired portion by controlling the amount of nickel added and its position. is there.

【0017】次に、上記ニッケル微量添加部分とその近
傍の横成長部分についての電気特性を説明する。ニッケ
ル微量添加部分の電気特性は、導電率に関してはほぼニ
ッケルを添加していない膜、即ち600℃程度で数十時
間結晶化を行ったものと同程度の値であり、また導電率
の温度依存性から活性化エネルギーを求めたところ、ニ
ッケルの添加量を1017atoms/cm3 〜1018
toms/cm3 程度とした場合には、ニッケルの準位
に起因すると思われる様な挙動は観測されなかった。
(この事実に限るならば、TFTの活性層等に用いる場
合の膜中のニッケル濃度は、1018atoms/cm3
程度以下とすることが望ましいといえる)
Next, the electrical characteristics of the nickel-added portion and the lateral growth portion in the vicinity thereof will be described. The electrical characteristics of the nickel-added portion are substantially the same as those of a film to which nickel is not substantially added, that is, a film which has been crystallized at about 600 ° C. for several tens of hours. When the activation energy was determined from the properties, the amount of nickel added was 10 17 atoms / cm 3 to 10 18 a
In the case of about toms / cm 3, no behavior that could be attributed to the nickel level was observed.
(If limited to this fact, the nickel concentration in the film when used for an active layer of a TFT is 10 18 atoms / cm 3
It can be said that it is desirable to be less than

【0018】それに対し、横成長部分は、導電率がニッ
ケル微量添加部分と比較して1桁以上高く、結晶性を有
する珪素半導体としてはかなり高い値を有していた。こ
のことは、電流のパス方向が結晶の横成長方向と合致し
たため、電極間で電子(キャリア)が通過する間に存在
する粒界が少ないあるいは殆ど無かったことによるもの
と考えられ、透過電子線顕微鏡写真の結果と矛盾無く一
致する。即ち、基板と平行な方向に針状あるいは柱状の
結晶が成長する、という観察事実と一致する。
On the other hand, the laterally grown portion has an electric conductivity one order of magnitude higher than that of the nickel-added portion, and has a considerably high value as a crystalline silicon semiconductor. This is presumably because the current path direction coincided with the lateral growth direction of the crystal, so that few or almost no grain boundaries existed during the passage of electrons (carriers) between the electrodes. Consistently consistent with micrograph results. That is, this is consistent with the observation that needle-like or columnar crystals grow in a direction parallel to the substrate.

【0019】では最後に、上述の各種特性を踏まえた上
でTFTに応用する方法について説明する。ここでTF
Tの応用分野としてはTFTを画素の駆動に用いるアク
ティブ型液晶表示装置を想定するものとする。
Finally, a method of applying the present invention to a TFT based on the various characteristics described above will be described. Where TF
As an application field of T, an active type liquid crystal display device using a TFT for driving a pixel is assumed.

【0020】前述の様に、最近の大画面のアクティブ型
液晶表示装置においては、ガラス基板の縮みを抑えるこ
とが重要であるが、本発明のニッケル微量添加プロセス
を用いることにより、ガラスの歪み点に比較して十分に
低い温度で結晶化が可能であり、特に好適である。本発
明を用いれば、従来非晶質珪素を用いていた部分を、ニ
ッケルを微量添加し、450〜550℃程度で4時間程
度熱アニールすることにより、結晶性を有する珪素膜に
置き換えることが容易に可能である。勿論、デザインル
ール等をそれ相応に変更する必要はあるが、装置、プロ
セス共従来の物で十分に対応可能であり、そのメリット
は大きいものと考えられる。
As described above, in recent large-screen active liquid crystal display devices, it is important to suppress shrinkage of the glass substrate. However, by using the nickel small addition process of the present invention, the strain point of the glass is reduced. Crystallization is possible at a temperature sufficiently lower than that of the above, which is particularly preferable. According to the present invention, a portion where amorphous silicon is conventionally used can be easily replaced with a crystalline silicon film by adding a trace amount of nickel and thermally annealing at approximately 450 to 550 ° C. for approximately 4 hours. It is possible. Of course, it is necessary to change the design rules and the like accordingly. However, it is considered that the conventional apparatus and process can sufficiently cope with this, and the merits thereof are considered to be great.

【0021】しかも、この発明を用いれば、画素に用い
るTFTと、周辺回路のドライバーを形成するTFTと
を、それぞれ特性に応じた結晶形態を利用して作り分け
ることも可能であり、アクティブマトリックス型液晶表
示装置への応用に特にメリットが多い。アクティブマト
リックス型液晶表示装置において、画素に用いるTFT
は、それほどの移動度は必要とされておらず、それより
はオフ電流が小さいことの方がメリットが大きい。そこ
で本発明を用いる場合には、画素に用いるTFTとなる
べき領域に直接ニッケル微量添加を行うことによって、
結晶を縦方向(基板表面に対して)に成長させ、その結
果チャネル方向(ソース領域とドレイン領域を結ぶ方
向)に粒界を多数形成してオフ電流を低下させることが
可能となる。それに対して、周辺回路のドライバーを形
成するTFTは、今後ワークステーションへの応用等を
考えた場合には、非常に高い移動度が必要である。そこ
で本発明を応用する場合には、周辺回路のドライバーを
形成するTFTの近傍にニッケルの微量添加を行い、そ
こから一方向に結晶を成長(横方向、即ち基板表面に平
行な方向)させ、その結晶成長方向をチャネルの電流の
パス方向(キャリアの移動する方向、即ちソース領域と
ドレイン領域を結ぶ方向)と揃えることにより、非常に
高い移動度を有するTFTを作製することが可能であ
る。
Further, according to the present invention, it is possible to separately form a TFT used for a pixel and a TFT forming a driver of a peripheral circuit by using a crystal form corresponding to characteristics. There are many advantages particularly for application to liquid crystal display devices. TFT used for pixel in active matrix type liquid crystal display device
Does not require such a high mobility, and a smaller off-state current has a greater advantage. Therefore, when the present invention is used, a trace amount of nickel is directly added to a region to be a TFT used for a pixel,
The crystal is grown in the vertical direction (with respect to the substrate surface), and as a result, a large number of grain boundaries are formed in the channel direction (the direction connecting the source region and the drain region), whereby the off current can be reduced. On the other hand, a TFT forming a driver of a peripheral circuit needs to have a very high mobility in consideration of application to a workstation in the future. Therefore, when the present invention is applied, a small amount of nickel is added in the vicinity of the TFT forming the driver of the peripheral circuit, and a crystal is grown in one direction (a lateral direction, ie, a direction parallel to the substrate surface) from there. By aligning the crystal growth direction with the channel current path direction (the direction in which carriers move, that is, the direction connecting the source region and the drain region), a TFT having extremely high mobility can be manufactured.

【0022】即ち本発明は、ガラス基板等の基板上に多
数の薄膜トランジスタ(一般にTFTと呼ばれる)を形
成した半導体装置において、選択的に特定のTFTを構
成する結晶性珪素半導体膜の結晶成長方向を制御して設
けることにより、必要とする特性を満たしたTFTを選
択的に基板上に形成することを発明の思想とするもので
ある。以上で、本発明についての基本的な説明を終わる
が、以下に具体的な発明の構成について説明する。
That is, according to the present invention, in a semiconductor device in which a large number of thin film transistors (generally called TFTs) are formed on a substrate such as a glass substrate, the crystal growth direction of a crystalline silicon semiconductor film constituting a specific TFT is selectively changed. It is an idea of the invention to selectively form TFTs satisfying required characteristics on a substrate by controlling and providing the TFTs. This concludes the basic description of the present invention. Hereinafter, a specific configuration of the present invention will be described.

【0023】本発明は、例えば図1に示すような周辺回
路部分と画素部分とを有したアクティブマトリックス型
の液晶表示装置において、画素部分に設けられるTFT
(薄膜トランジスタ)を基板表面に対して垂直な方向に
成長した結晶性珪素膜で構成し、周辺回路部分に形成さ
れるTFTを基板に平行な方向に結晶成長した結晶性珪
素膜で構成することを特徴とするものである。そして、
画素部分においては、基板に垂直な方向に結晶成長した
結晶性珪素膜を用いることにより、ソース/ドレイン間
を移動するキャリアが粒界を横切る構成とすることがで
き、オフ電流の小さいTFTを得ることができる。一
方、周辺回路部分においては、結晶成長方向に平行な方
向にソース/ドレインを形成することにより、移動度の
大きい即ちオン電流の大きいTFTを得ることを特徴と
する。TFTの動作時において、キャリアはソースとド
レインの間を流れるから、ソース/ドレインを結晶の成
長方向に形成することにより、キャリアが粒界を横切る
可能性が少なくなり、キャリアが受ける抵抗を低減する
ことができる。
The present invention relates to a TFT provided in a pixel portion in an active matrix type liquid crystal display device having a peripheral circuit portion and a pixel portion as shown in FIG. 1, for example.
(Thin film transistor) is composed of a crystalline silicon film grown in a direction perpendicular to the substrate surface, and the TFT formed in the peripheral circuit portion is composed of a crystalline silicon film grown in a direction parallel to the substrate. It is a feature. And
In the pixel portion, by using a crystalline silicon film grown in a direction perpendicular to the substrate, carriers moving between the source and the drain can cross the grain boundary, and a TFT with a small off-current can be obtained. be able to. On the other hand, in the peripheral circuit portion, by forming the source / drain in a direction parallel to the crystal growth direction, a TFT having a large mobility, that is, a large on-current is obtained. During the operation of the TFT, the carriers flow between the source and the drain. Therefore, by forming the source / drain in the crystal growth direction, the possibility that the carriers cross the grain boundaries is reduced, and the resistance received by the carriers is reduced. be able to.

【0024】このようにして選択的に基板表面に対して
垂直な方向もしくは平行な方向に結晶化をおこなわしめ
て、結晶性珪素膜を得ることができるが、このような結
晶性珪素膜の特性をより向上せしめんとすれば、結晶化
工程の後に、レーザーもしくはそれと同等な強光を照射
することによって、粒界等に残存する結晶化の不十分な
成分を結晶化させてやればよい。この工程においては、
基板表面に対して垂直な方向に成長した珪素膜でも、平
行な方向に成長した珪素膜でも同様に特性を向上させる
ことができる。
As described above, a crystalline silicon film can be obtained by selectively performing crystallization in a direction perpendicular or parallel to the substrate surface, and the characteristics of such a crystalline silicon film can be improved. In order to further improve the crystallization, after the crystallization step, a laser or a strong light equivalent thereto may be irradiated to crystallize the insufficiently crystallized components remaining at the grain boundaries and the like. In this step,
The characteristics can be similarly improved with a silicon film grown in a direction perpendicular to the substrate surface or a silicon film grown in a direction parallel to the substrate surface.

【0025】本願発明は、基板上に結晶性珪素膜を用い
た薄膜トランジスタが多数設けられた半導体装置であっ
て、前記多数の薄膜トランジスタの一部は、基板表面に
平行な方向に結晶成長した結晶性珪素膜よりなり、前記
多数の薄膜トランジスタの他の一部は、基板表面に対し
垂直方向に結晶成長した結晶性珪素膜よりなっているこ
とを一つの特徴とする。また本願発明は、基板上に結晶
性珪素膜を用いた薄膜トランジスタが多数設けられた半
導体装置であって、前記多数の薄膜トランジスタの一部
は、アクティブマトリックス型液晶表示装置の周辺回路
部分に設けられ、前記多数の薄膜トランジスタの他の一
部は、アクティブマトリクス型液晶表示装置の画素部分
に設けられ、前記周辺回路部分に設けられた薄膜トラン
ジスタは、基板表面に対して平行な方向に結晶成長した
結晶性珪素膜よりなり、前記画素部分に設けられた薄膜
トランジスタは、基板表面に対して垂直方向に結晶成長
した結晶性珪素膜よりなっていることを一つの特徴とす
る。また本願発明は、基板上に実質的な非晶質珪素膜を
形成する工程と、該工程の前または後において、結晶化
を助長する金属元素を選択的に導入する工程と、加熱に
よって前記非晶質珪素膜を結晶化させる工程と、を有
し、前記金属元素が選択的に導入された領域において
は、基板表面に対して概略垂直な方向に結晶成長を行わ
せ、前記金属元素が選択的に導入された領域の周辺領域
においては、基板表面に対し概略平行な方向に結晶成長
を行わすことを一つの特徴とする。また本願発明は、基
板上に実質的な非晶質珪素膜を形成する工程と、該工程
の前または後において、結晶化を助長する金属元素を選
択的に導入する工程と、加熱によって前記非晶質珪素膜
を結晶化させる工程と、を有し、該結晶化工程におい
て、前記金属元素が選択的に導入された領域において
は、基板表面に対して概略垂直な方向に結晶成長を行わ
せ、前記結晶化工程において、前記金属元素が選択的に
導入された領域の周辺領域においては、基板表面に対し
概略平行な方向に結晶成長を行わせ、前記基板表面に対
して概略垂直な方向に結晶成長を行わせた領域の結晶性
珪素膜で薄膜トランジスタを形成することにより、該薄
膜トランジスタ内におけるキャリアの移動方向を結晶性
珪素膜の結晶成長方向に対し概略垂直とし、前記基板表
面に対して概略平行な方向に結晶成長を行わせた領域の
結晶性珪素膜で薄膜トランジスタを形成することによ
り、該薄膜トランジスタ内におけるキャリアの移動方向
を結晶性珪素膜の結晶成長方向に対し概略平行とするこ
とを一つの特徴とする。また本願発明は、金属元素とし
てNi、Co、Pd、Ptの中から選ばれた少なくとも
一つの材料を用いることを一つの特徴とする。また本願
発明は、加熱によって珪素膜を結晶化させる工程の後
に、前記金属元素が添加された領域およびその周辺に選
択的にレーザーもしくはそれと同等な強光を照射するこ
とを一つの特徴とする。また本願発明は、結晶化を助長
する金属元素の添加は、該金属元素を含有する物質を塗
布もしくはスピンコーティングするこによって、行われ
ることを一つの特徴とする。 〔作用〕結晶性珪素膜の結晶成長方向を選択することに
より、必要とする特性を備えたTFTを選択的に形成す
ることができる。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device in which a large number of thin film transistors using a crystalline silicon film are provided on a substrate, and a part of the large number of thin film transistors is formed by crystal growth in a direction parallel to the substrate surface. One feature is that the other part of the large number of thin film transistors is made of a crystalline silicon film which is crystal-grown in a direction perpendicular to the substrate surface. Further, the invention of the present application is a semiconductor device in which a large number of thin film transistors using a crystalline silicon film are provided on a substrate, and a part of the large number of thin film transistors is provided in a peripheral circuit portion of an active matrix liquid crystal display device. Another part of the large number of thin film transistors is provided in a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display device, and the thin film transistor provided in the peripheral circuit portion is made of crystalline silicon crystal grown in a direction parallel to a substrate surface. One feature is that the thin film transistor provided in the pixel portion is formed of a crystalline silicon film formed by crystal growth in a direction perpendicular to the substrate surface. Further, the present invention provides a step of forming a substantially amorphous silicon film on a substrate, a step of selectively introducing a metal element which promotes crystallization before or after the step, and a step of heating the non-crystalline silicon film by heating. Crystallizing a crystalline silicon film, and in a region where the metal element is selectively introduced, crystal growth is performed in a direction substantially perpendicular to a substrate surface, and the metal element is selected. One feature is that crystal growth is performed in a direction substantially parallel to the substrate surface in a region around the region where the region is introduced. Further, the present invention provides a step of forming a substantially amorphous silicon film on a substrate, a step of selectively introducing a metal element which promotes crystallization before or after the step, Crystallizing a crystalline silicon film. In the crystallizing step, in a region where the metal element is selectively introduced, crystal growth is performed in a direction substantially perpendicular to a substrate surface. In the crystallization step, in the peripheral region of the region where the metal element is selectively introduced, crystal growth is performed in a direction substantially parallel to the substrate surface, and in a direction substantially perpendicular to the substrate surface. By forming a thin film transistor with the crystalline silicon film in the region where crystal growth has been performed, the moving direction of carriers in the thin film transistor is substantially perpendicular to the crystal growth direction of the crystalline silicon film, and By forming a thin film transistor with a crystalline silicon film in a region where crystal growth is performed in a direction substantially parallel to the direction, the carrier movement direction in the thin film transistor is substantially parallel to the crystal growth direction of the crystalline silicon film. This is one feature. The invention of the present application is characterized in that at least one material selected from Ni, Co, Pd, and Pt is used as a metal element. Further, the invention of the present application is characterized in that after the step of crystallizing the silicon film by heating, the region to which the metal element is added and the periphery thereof are selectively irradiated with laser or strong light equivalent thereto. Further, the invention of the present application is characterized in that the addition of a metal element that promotes crystallization is performed by applying or spin-coating a substance containing the metal element. [Operation] By selecting the crystal growth direction of the crystalline silicon film, a TFT having required characteristics can be selectively formed.

【0026】[0026]

【実施例】〔実施例1〕 図1に実施例の概要を示す。
図1は、液晶表示装置を上面から見たものであり、マト
リックス状に設けられた画素部分と、周辺回路部分とが
示されている。本実施例は、絶縁基板(例えばガラス基
板)上に画素を駆動するTFTと周辺回路を構成するT
FTとを形成する例である。本実施例においては、周辺
回路を横方向に成長させた結晶性を有する珪素膜(結晶
性珪素膜という)を用いたPTFTとNTFTとを相補
型に設けたCMOS構成とした回路とし、画素部分に形
成されるTFTを縦方向に成長させた結晶性珪素を用い
たNチャネル型TFT(NTFT)とする例を述べる。
[Embodiment 1] FIG. 1 shows an outline of an embodiment.
FIG. 1 is a top view of the liquid crystal display device, and illustrates a pixel portion provided in a matrix and a peripheral circuit portion. In this embodiment, a TFT for driving a pixel and a TFT for forming a peripheral circuit are formed on an insulating substrate (for example, a glass substrate).
This is an example of forming an FT. In this embodiment, a CMOS circuit is provided in which a PTFT and an NTFT using a silicon film having crystallinity (referred to as a crystalline silicon film) in which peripheral circuits are grown in a lateral direction are provided in a complementary manner. An example will be described in which an N-channel TFT (NTFT) using crystalline silicon grown in the vertical direction is used as the TFT formed in the first embodiment.

【0027】以下において、図2に示すのが、周辺回路
を構成するNTFTとPTFTとを相補型に構成した回
路の作製工程についてであり、図4に示すのが画素に形
成されるNTFTの作製工程についてである。また両工
程は同じ基板上において行なわれるものであり、共通す
る工程は同時に行なわれる。即ち、図2の(A)〜
(D)と図4の(A)〜(D)とはそれぞれ対応するも
のであり、図2(A)の工程と、図4(A)の工程は同
時に進行し、図2(B)の工程と、図4(B)の工程は
同時に進行し、という様になる。
FIG. 2 shows a process of manufacturing a circuit in which NTFTs and PTFTs constituting a peripheral circuit are formed in a complementary manner. FIG. 4 shows a process of manufacturing an NTFT formed in a pixel. It is about a process. Further, both steps are performed on the same substrate, and common steps are performed simultaneously. That is, FIG.
(D) and (A) to (D) of FIG. 4 correspond to each other, and the step of FIG. 2 (A) and the step of FIG. The step and the step of FIG. 4B proceed simultaneously, and so on.

【0028】図2に周辺回路を構成するNTFTとPT
FTとを相補型に構成した回路の作製工程を示し、図4
に画素に設けられるNTFTの作製工程を示す。まず、
ガラス基板(コーニング7059)101上にスパッタ
リング法によって厚さ2000Åの酸化珪素の下地膜1
02を形成した。つぎに周辺回路部分のみにおいて、即
ち図2において、メタルマスクまたは酸化珪素膜等によ
って形成されたマスク103を設ける。このマスク10
3によって、スリット状(100で示される)に下地膜
102が露呈される。この状態を上面から見ると、スリ
ット状に下地膜102が露呈しており、他の部分はマス
クされている状態となっている。
FIG. 2 shows NTFT and PT constituting the peripheral circuit.
FIG. 4 shows a process of fabricating a circuit in which FT and FT are configured in a complementary type.
Shows a process for manufacturing an NTFT provided in a pixel. First,
A silicon oxide base film 1 having a thickness of 2000 ° on a glass substrate (Corning 7059) 101 by a sputtering method.
02 was formed. Next, only in the peripheral circuit portion, that is, in FIG. 2, a mask 103 formed of a metal mask, a silicon oxide film, or the like is provided. This mask 10
3, the base film 102 is exposed in a slit shape (indicated by 100). When this state is viewed from above, the base film 102 is exposed in a slit shape, and the other portions are in a masked state.

【0029】上記マスク103を設けた後、スパッタリ
ング法によって、厚さ5〜200Å、例えば20Åの珪
化ニッケル膜(化学式NiSix 、0.4≦x≦2.
5、例えば、x=2.0)を成膜する。この結果、領域
100の部分と、画素部分全体である領域204(図4
で下地膜102の表面全体を示す)の部分に上記珪化ニ
ッケル膜が成膜される。この後マスク103を取り除く
ことによって、図2においては領域100の部分に選択
的に珪化ニッケル膜が成膜されたことになる。即ち、領
域100の部分にニッケル微量添加が選択的に行われた
ことになる。
After the mask 103 is provided, a nickel silicide film (NiSi x , 0.4 ≦ x ≦ 2.
5, for example, x = 2.0). As a result, a portion of the region 100 and a region 204 (FIG.
, Which indicates the entire surface of the base film 102). Thereafter, by removing the mask 103, the nickel silicide film is selectively formed in the region 100 in FIG. In other words, this means that the nickel trace addition was selectively performed in the region 100.

【0030】つぎに、プラズマCVD法によって、厚さ
500〜1500Å、例えば1000Åの真性(I型)
の非晶質珪素膜(アモルファスシリコン膜)104を成
膜した。そして、これを水素還元雰囲気下(好ましく
は、水素の分圧が0.1〜1気圧)または不活性雰囲気
下(大気圧)、550℃で4時間アニールして結晶化さ
せた。このアニール温度は、450℃以上の温度で可能
であるが、高いと従来の方法と同じになってしまう。従
って、450℃〜550℃が好ましいアニール温度であ
るといえる。
Next, an intrinsic (I-type) film having a thickness of 500 to 1500 °, for example, 1000 ° is formed by a plasma CVD method.
An amorphous silicon film (amorphous silicon film) 104 was formed. Then, this was annealed at 550 ° C. for 4 hours in a hydrogen reducing atmosphere (preferably, a hydrogen partial pressure of 0.1 to 1 atm) or in an inert atmosphere (atmospheric pressure) to be crystallized. This annealing temperature can be set at a temperature of 450 ° C. or higher, but if it is high, it becomes the same as the conventional method. Therefore, it can be said that 450 ° C. to 550 ° C. is a preferable annealing temperature.

【0031】この際、珪化ニッケル膜が選択的に成膜さ
れた100の領域においては、基板101に対して垂直
方向に珪素膜104の結晶化が起こる。そして、領域1
00の周辺領域では、矢印105で示すように、領域1
00から横方向(基板と平行な方向)に結晶成長が行わ
れる。そして、全面に珪化ニッケル膜が成膜された画素
部分(図4に示す)においては珪素膜104全体におい
ては、215で示すように基板101に対し垂直な方向
に結晶成長が行なわれる。上記結晶成長に際し、矢印1
05で示される基板と平行な方向な結晶成長の距離は、
40μm程度である。
At this time, in the region 100 where the nickel silicide film is selectively formed, crystallization of the silicon film 104 occurs in a direction perpendicular to the substrate 101. And area 1
In the area around 00, as indicated by arrow 105, area 1
From 00, crystal growth is performed in the lateral direction (the direction parallel to the substrate). Then, in the pixel portion (shown in FIG. 4) in which the nickel silicide film is formed on the entire surface, crystal growth is performed in the direction perpendicular to the substrate 101 as indicated by 215 in the entire silicon film 104. In the above crystal growth, arrow 1
The distance of crystal growth in the direction parallel to the substrate indicated by 05 is
It is about 40 μm.

【0032】上記工程の結果、非晶質珪素膜を結晶化さ
せて、結晶性珪素膜104を得ることができた。ここ
で、周辺回路部分においては、図2に示すように横方向
(基板101に対して平行な方向)の結晶成長を行なわ
れ、画素部分においては、図4に示すように縦方向(基
板101に対して垂直な方向)の結晶成長が行なわれた
ことになる。
As a result of the above process, the crystalline silicon film 104 was obtained by crystallizing the amorphous silicon film. Here, in the peripheral circuit portion, crystal growth is performed in the horizontal direction (the direction parallel to the substrate 101) as shown in FIG. 2, and in the pixel portion, the crystal is grown in the vertical direction (the substrate 101) as shown in FIG. Crystal growth in the direction perpendicular to the direction).

【0033】そして、素子間分離を行い、不要な部分の
結晶性珪素膜104を除去し、素子領域を形成した。こ
の工程において、TFTの活性層(ソース/ドレイン領
域、チャネル形成領域が形成される部分)の長さを40
μm以内とすると、周辺回路部分において、ソース/ド
レイン、チャネル領域を基板と平行な方向に結晶成長し
た結晶性珪素膜で構成することができる。また、少なく
ともチャネル形成領域を結晶性珪素膜で構成するのであ
れば、さらに活性層の長さを長くすることができる。
Then, isolation between elements was performed, and an unnecessary portion of the crystalline silicon film 104 was removed to form an element region. In this step, the length of the active layer (the portion where the source / drain region and the channel formation region are formed) of the TFT is set to 40.
When the thickness is within μm, the source / drain and the channel region in the peripheral circuit portion can be formed of a crystalline silicon film crystal-grown in a direction parallel to the substrate. If at least the channel formation region is formed of a crystalline silicon film, the length of the active layer can be further increased.

【0034】その後、スパッタリング法によって厚さ1
000Åの酸化珪素膜106をゲイト絶縁膜として成膜
した。スパッタリングには、ターゲットとして酸化珪素
を用い、スパッタリング時の基板温度は200〜400
℃、例えば350℃、スパッタリング雰囲気は酸素とア
ルゴンで、アルゴン/酸素=0〜0.5、例えば0.1
以下とした。引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ6000〜8000Å、例えば6000Åのアルミ
ニウム(0.1〜2%のシリコンを含む)を成膜した。
なお、この酸化珪素膜106とアルミニウム膜の成膜工
程は連続的に行うことが望ましい。
After that, a thickness of 1
A silicon oxide film 106 having a thickness of 2,000 mm was formed as a gate insulating film. For sputtering, silicon oxide was used as a target, and the substrate temperature during sputtering was 200 to 400.
° C, for example, 350 ° C, the sputtering atmosphere is oxygen and argon, and argon / oxygen = 0 to 0.5, for example, 0.1
It was as follows. Subsequently, by the sputtering method,
Aluminum (containing 0.1 to 2% of silicon) having a thickness of 6000 to 8000 °, for example, 6000 ° was deposited.
Note that it is preferable that the step of forming the silicon oxide film 106 and the aluminum film be performed continuously.

【0035】そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極107、109を形成した。これらの工
程は、図2(C)と図4(C)とで同時進行で行なわれ
ることはいうまでもない。
Then, the aluminum film was patterned to form gate electrodes 107 and 109. Needless to say, these steps are performed simultaneously in FIG. 2C and FIG. 4C.

【0036】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108、110を形成し
た。この陽極酸化は、酒石酸が1〜5%含まれたエチレ
ングリコール溶液中で行った。得られた酸化物層10
8、110の厚さは2000Åであった。なお、この酸
化物108と110とは、後のイオンドーピング工程
(導電型を付与するドーピング材料のイオン注入工程)
において、オフセットゲイト領域を形成する厚さとなる
ので、オフセットゲイ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。
Further, the surface of the aluminum electrode was anodized to form oxide layers 108 and 110 on the surface. This anodization was performed in an ethylene glycol solution containing tartaric acid at 1 to 5%. Obtained oxide layer 10
8,110 had a thickness of 2000 mm. The oxides 108 and 110 are used in a later ion doping step (an ion implantation step of a doping material for imparting a conductivity type).
In the above, since the thickness is such that the offset gate region is formed, the length of the offset gate region can be determined in the anodic oxidation step.

【0037】次に、イオンドーピング法によって、活性
領域にゲイト電極107とその周囲の酸化層108、ゲ
イト電極109とその周囲の酸化層110をマスクとし
て不純物(燐およびホウ素)を注入した。ドーピングガ
スとして、フォスフィン(PH3 )およびジボラン(B
2 6 )を用い、前者の場合は、加速電圧を60〜90
kV、例えば80kV、後者の場合は、40〜80k
V、例えば65kVとした。ドース量は1×1015〜8
×1015cm-2、例えば、燐を2×1015cm-2、ホウ
素を5×1015とした。ドーピングに際しては、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、それぞれの元素を選択的にドーピングした。この結
果、N型の不純物領域114と116、P型の不純物領
域111と113が形成され、図2に示すようにPチャ
ネル型TFT(PTFT)とNチャネル型TFT(NT
FT)とを形成することができた。また同時に図4に示
すように、Nチャネル型TFTを形成することができ
た。
Next, impurities (phosphorus and boron) were implanted into the active region using the gate electrode 107 and the surrounding oxide layer 108 and the gate electrode 109 and the surrounding oxide layer 110 as masks by ion doping. Phosphine (PH 3 ) and diborane (B
2 H 6 ), and in the former case, the accelerating voltage is 60 to 90
kV, for example 80 kV, in the latter case 40-80 k
V, for example, 65 kV. Dose amount is 1 × 10 15 -8
× 10 15 cm -2 , for example, phosphorus was set to 2 × 10 15 cm -2 and boron was set to 5 × 10 15 . At the time of doping, each element was selectively doped by covering a region not requiring doping with a photoresist. As a result, N-type impurity regions 114 and 116 and P-type impurity regions 111 and 113 are formed. As shown in FIG. 2, a P-channel TFT (PTFT) and an N-channel TFT (NTT) are formed.
FT). At the same time, an N-channel TFT could be formed as shown in FIG.

【0038】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行い、イオン注入した不純物の活性化を行なった。レ
ーザー光としては、KrFエキシマレーザー(波長24
8nm、パルス幅20nsec)を用いたが、他のレー
ザーであってもよい。レーザー光の照射条件は、エネル
ギー密度が200〜400mJ/cm2 、例えば250
mJ/cm2 とし、一か所につき2〜10ショット、例
えば2ショット照射した。このレーザー光の照射時に基
板を200〜450℃程度に加熱することは有用であ
る。このレーザアニール工程において、先に結晶化され
た領域にはニッケルが拡散しているので、このレーザー
光の照射によって、再結晶化が容易に進行し、P型を付
与する不純物がドープされた不純物領域111と11
3、さらにはN型を付与する不純物がドープされた不純
物領域114と116は、容易に活性化させることがで
きた。
Thereafter, annealing was performed by irradiation with laser light to activate the ion-implanted impurities. As the laser light, a KrF excimer laser (wavelength 24
Although 8 nm and a pulse width of 20 nsec were used, other lasers may be used. The irradiation condition of the laser light is such that the energy density is 200 to 400 mJ / cm 2 , for example, 250.
mJ / cm 2, and 2 to 10 shots, for example, 2 shots were irradiated at one location. It is useful to heat the substrate to about 200 to 450 ° C. at the time of this laser light irradiation. In this laser annealing step, nickel is diffused in the previously crystallized region, so that the laser light irradiation facilitates recrystallization, and the impurity doped with an impurity imparting a P-type. Regions 111 and 11
Third, the impurity regions 114 and 116 doped with an impurity imparting N-type could be easily activated.

【0039】続いて、周辺回路部分においては、図2に
示すように、厚さ6000Åの酸化珪素膜118を層間
絶縁物としてプラズマCVD法によって形成し、これに
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多層膜によってTFTの電極・
配線117、120、119を形成した。さらに、画素
部分では図4に示すように、層間絶縁物211を酸化珪
素によって形成し、コンタクトホールの形成後、画素電
極となるITO電極212、金属配線213、214、
を形成した。最後に、1気圧の水素雰囲気で350℃、
30分のアニールをおこない、TFT回路またはTFT
を完成させた。(図2(D)、図4(D))
Subsequently, in the peripheral circuit portion, as shown in FIG. 2, a silicon oxide film 118 having a thickness of 6000 ° is formed as an interlayer insulator by a plasma CVD method, and a contact hole is formed in the silicon oxide film 118 to form a metal material. For example, by using a multilayer film of titanium nitride and aluminum, the
Wirings 117, 120, and 119 were formed. Further, in the pixel portion, as shown in FIG. 4, an interlayer insulator 211 is formed of silicon oxide, and after forming a contact hole, an ITO electrode 212 serving as a pixel electrode, metal wirings 213 and 214,
Was formed. Finally, at 350 ° C. in a hydrogen atmosphere of 1 atm.
30 minutes annealing, TFT circuit or TFT
Was completed. (FIG. 2 (D), FIG. 4 (D))

【0040】図2に示す回路は、PTFTとNTFTと
を相補型に設けたCMOS構造であるが、上記工程にお
いて、2つのTFTを同時に作り、中央で切断すること
により、独立したTFTを2つ同時に作製することも可
能である。
The circuit shown in FIG. 2 has a CMOS structure in which a PTFT and an NTFT are provided in a complementary manner. In the above-described process, two TFTs are simultaneously formed and cut at the center to form two independent TFTs. It is also possible to manufacture them at the same time.

【0041】図2に示す構成において、ニッケルが選択
的に導入された領域とTFTとの位置関係を示すため
に、図3に、図2(D)を上面から見た概要を示す。図
3において、100で示される領域に選択的にニッケル
微量添加が行われ、熱アニールによってそこから横方向
(紙面左右方向)に結晶成長がなされる。そして、この
横方向の結晶成長が行なわれた領域において、ソース/
ドレイン領域111と113、チャネル形成領域112
がPTFTとして形成される。同様に、ソース/ドレイ
ン領域114と116、チャネル形成領域115がNT
FTとして形成される。
FIG. 3 shows a schematic top view of FIG. 2D in order to show the positional relationship between the region where nickel is selectively introduced and the TFT in the structure shown in FIG. In FIG. 3, a small amount of nickel is selectively added to a region indicated by 100, and crystal growth is performed in a lateral direction (horizontal direction on the paper) by thermal annealing. Then, in the region where the lateral crystal growth has been performed, the source /
Drain regions 111 and 113, channel formation region 112
Are formed as PTFTs. Similarly, the source / drain regions 114 and 116 and the channel formation region 115 are NT
Formed as FT.

【0042】上記のような構造において、キャリアの流
れる方向と結晶成長の方向とがそろっているので、キャ
リアが移動する際に粒界を横切ることがなく、TFTの
動作を向上させることができる。例えば、図2に示す工
程で作製したPTFTの移動度は、120〜150cm
2 /Vsであり従来のPTFTの移動度である50〜6
0cm2 /Vsより向上させ得ることが確認されてい
る。また、NTFTに関しても、150〜180cm2
/Vsの移動度が得られており、従来の80〜100c
2 /Vsに比較して高い値が得られている。
In the above-mentioned structure, since the direction in which carriers flow and the direction of crystal growth are aligned, the movement of the carriers does not cross the grain boundaries and the operation of the TFT can be improved. For example, the mobility of the PTFT manufactured in the process shown in FIG.
2 / Vs, which is 50 to 6 which is the mobility of the conventional PTFT.
It has been confirmed that it can be improved to more than 0 cm 2 / Vs. Also, regarding NTFT, 150 to 180 cm 2
/ Vs, which is 80 to 100 c
A high value is obtained as compared with m 2 / Vs.

【0043】また図3においてゲイト電極(107と1
09)下には、ゲイト絶縁膜とチャネル形成領域が設け
られている。図3を見れば分かるように、ニッケル微量
添加領域をさらに長くする(図2でいうと、上下に延ば
す)ことによって、複数のTFTを同時に形成すること
ができる。
In FIG. 3, the gate electrodes (107 and 1)
09) Below, a gate insulating film and a channel formation region are provided. As can be seen from FIG. 3, a plurality of TFTs can be formed at the same time by further lengthening the nickel-added region (extending vertically in FIG. 2).

【0044】一方、画素部分において形成された図4に
示すNTFTは、ソース/ドレイン間即ち、114と1
16との間を流れる(移動する)キャリアの方向と、2
15で示される結晶成長の向きがとが垂直であるので、
キャリアが移動する際に結晶粒界を横切らねばならず、
移動度は30〜80cm2 /Vsと従来のNTFTと同
様か、またはそれ以下の特性であった。しかしながら、
図4に示すNTFTの特性を調べてみると、オフ電流が
図2に示すNTFTよりも小さいことが確認された。こ
れは、画素電極の駆動用に用いるには重要な特性であ
り、画素電極を駆動するTFTとしては有意なTFTで
ある。なお、ここでいう従来のTFTというのは、ガラ
ス基板上に形成された非晶質珪素膜を600度、24時
間の熱アニールによって結晶化させた結晶性珪素膜を用
いたTFTのことである。
On the other hand, the NTFT formed in the pixel portion shown in FIG.
16, the direction of the carrier flowing (moving) between
Since the direction of crystal growth indicated by 15 is perpendicular to
When carriers move, they have to cross grain boundaries,
The mobility was 30 to 80 cm 2 / Vs, which was similar to or lower than that of the conventional NTFT. However,
When the characteristics of the NTFT shown in FIG. 4 were examined, it was confirmed that the off-state current was smaller than that of the NTFT shown in FIG. This is an important characteristic when used for driving a pixel electrode, and is a significant TFT as a TFT for driving a pixel electrode. Note that the conventional TFT referred to here is a TFT using a crystalline silicon film obtained by crystallizing an amorphous silicon film formed on a glass substrate by thermal annealing at 600 degrees for 24 hours. .

【0045】本実施例においては、Niを導入する方法
として、非晶質珪素膜104下の下地膜102上表面に
選択的にNiを薄膜(極めて薄いので、膜として観察す
ることは困難である)として形成し、この部分から結晶
成長を行わす方法を採用した。しかし、非晶質珪素膜1
04を形成後に、その上面に選択的にニッケル微量添加
を行う方法でもよい。即ち、結晶成長は非晶質珪素膜の
上面側から行ってもよいし、下面側から行ってもよい。
また、予め非晶質珪素膜を成膜し、さらにイオンドーピ
ング法を用いて、ニッケルイオンを非晶質珪素膜104
に選択的に注入する方法を採用してもよい。この場合
は、ニッケル元素の濃度を制御することができるという
特徴を有する。また、ニッケルの薄膜を成膜する代わり
にプラズマ処理により、ニッケル微量添加を行うのでも
よい。
In the present embodiment, as a method for introducing Ni, it is difficult to selectively observe Ni as a thin film (because it is extremely thin) on the surface of the underlying film 102 under the amorphous silicon film 104. ), And a method of growing crystals from this portion was adopted. However, the amorphous silicon film 1
After the formation of 04, a method of selectively adding a small amount of nickel to the upper surface thereof may be used. That is, crystal growth may be performed from the upper surface side or the lower surface side of the amorphous silicon film.
In addition, an amorphous silicon film is formed in advance, and nickel ions are added to the amorphous silicon film 104 by ion doping.
May be employed. This case has a feature that the concentration of the nickel element can be controlled. Instead of forming a nickel thin film, a small amount of nickel may be added by plasma processing.

【0046】また、TFTを作製するに際し、結晶の成
長方向を単にキャリアの流れに垂直あるいは平行とする
のではなく、キャリアの流れる方向と結晶成長方向との
角度を任意の角度で設定することにより、TFTの特性
を制御することもできる。
In producing a TFT, the crystal growth direction is not simply set to be perpendicular or parallel to the carrier flow, but by setting the angle between the carrier flow direction and the crystal growth direction at an arbitrary angle. Also, the characteristics of the TFT can be controlled.

【0047】〔実施例2〕 図5および図6に本実施例
を示す。ガラス基板501上に、厚さ1000〜500
0Å、例えば、2000Åの酸化珪素膜502を形成し
た後、厚さ300〜1500Å、例えば、500Åの非
晶質珪素膜をプラズマCVD法によって形成した。さら
に、その上に、500〜1500Å、例えば、500Å
の酸化珪素膜504を形成した。これらの成膜は連続的
におこなうことが望ましい。そして、酸化珪素膜504
を選択的にエッチングして、ニッケルを導入する窓50
6を周辺駆動回路のTFTを形成する領域に開けた。同
時に画素領域では酸化珪素膜504を除去した。
Embodiment 2 FIGS. 5 and 6 show this embodiment. On a glass substrate 501, a thickness of 1000 to 500
After forming a silicon oxide film 502 of 0 °, for example, 2000 °, an amorphous silicon film of 300 to 1500 °, for example, 500 ° in thickness was formed by a plasma CVD method. Further, 500-1500 °, for example, 500 °
Of silicon oxide film 504 was formed. It is desirable that these films are formed continuously. Then, the silicon oxide film 504
Window for selectively etching and introducing nickel
6 was opened in the area where the TFT of the peripheral drive circuit was formed. At the same time, the silicon oxide film 504 was removed in the pixel region.

【0048】そして、スピンコーティング法によってニ
ッケル塩の膜505を形成した。この方法について説明
すると、まず、酢酸ニッケルもしくは硝酸ニッケルを水
もしくはエタノールによって希釈化して、25〜200
ppm、例えば、100ppmの濃度にした。
Then, a nickel salt film 505 was formed by spin coating. The method will be described. First, nickel acetate or nickel nitrate is diluted with water or ethanol, and then diluted with 25 to 200.
ppm, for example 100 ppm.

【0049】一方、基板を過酸化水素水もしくは過酸化
水素水とアンモニアの混合溶液に浸漬して、極めて薄い
酸化珪素膜を非晶質珪素膜の露出した部分(窓506の
領域および画素領域)に形成した。これは、上記のよう
に調製したニッケル溶液と非晶質珪素膜の界面親和性を
向上させるためである。
On the other hand, the substrate is immersed in a hydrogen peroxide solution or a mixed solution of hydrogen peroxide solution and ammonia to form an extremely thin silicon oxide film on the exposed portions of the amorphous silicon film (the window 506 region and the pixel region). Formed. This is for improving the interface affinity between the nickel solution prepared as described above and the amorphous silicon film.

【0050】このような処理をほどこした基板をスピナ
ーに設置し、緩やかに回転させ、基板上にニッケル溶液
を1〜10ml、例えば、2ml滴下し、基板全面に溶
液を拡げた。この状態を1〜10分、例えば、5分保持
した。その後、基板の回転数を上げてスピンドライをお
こなった。この操作はさらに複数回繰り返してもよい。
このようにしてニッケル塩のの薄い膜505を形成し
た。(図5(A))
The substrate thus treated was placed on a spinner, gently rotated, and 1 to 10 ml, for example, 2 ml, of a nickel solution was dropped on the substrate to spread the solution over the entire surface of the substrate. This state was maintained for 1 to 10 minutes, for example, 5 minutes. Thereafter, spin drying was performed by increasing the rotation speed of the substrate. This operation may be repeated more than once.
Thus, a thin film 505 of nickel salt was formed. (FIG. 5 (A))

【0051】その後、加熱炉において、520〜580
℃、4〜12時間、例えば、550℃で8時間の加熱処
理をおこなった。雰囲気は窒素とした。この結果、ま
ず、窓506の直下および画素領域の領域にニッケルが
拡散し、この領域から結晶化が始まった。結晶化の方向
は基板に対して垂直であった。そして、結晶化領域はそ
の周囲に拡がっていった。この際の結晶化の方向は基板
に対して平行であった。この結果、3つの性質の異なる
領域が形成された。第1は窓506の直下の領域507
あるいは画素領域510で、基板に対して垂直に結晶化
が進行した領域である。第2は上記領域507、510
の周囲の領域508で、基板に対して水平に結晶化が進
行した領域である。一方、窓506から遠く離れた領域
509は非晶質珪素のままであった。(図5(B))
Thereafter, in a heating furnace, 520 to 580
C. for 4 to 12 hours, for example, 550.degree. C. for 8 hours. The atmosphere was nitrogen. As a result, first, nickel was diffused immediately below the window 506 and in the pixel region, and crystallization started from this region. The direction of crystallization was perpendicular to the substrate. Then, the crystallization region spread around the periphery. At this time, the direction of crystallization was parallel to the substrate. As a result, regions having three different properties were formed. The first is the area 507 immediately below the window 506
Alternatively, in the pixel region 510, crystallization progresses perpendicularly to the substrate. Second is the regions 507, 510
Is a region where crystallization has progressed horizontally with respect to the substrate. On the other hand, the region 509 far away from the window 506 remained amorphous silicon. (FIG. 5 (B))

【0052】その後、大気もしくは酸素雰囲気におい
て、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)もし
くはXeClエキシマレーザー光(波長308nm)を
1〜20ショット、例えば、5ショット照射して、さら
に結晶性を向上せしめた。エネルギー密度は200〜3
50mJ/cm2 、基板温度は200〜400℃とし
た。(図5(C))
Thereafter, in the air or oxygen atmosphere, KrF excimer laser light (wavelength: 248 nm) or XeCl excimer laser light (wavelength: 308 nm) was irradiated for 1 to 20 shots, for example, 5 shots to further improve the crystallinity. Energy density is 200-3
The substrate temperature was 50 mJ / cm 2 and the substrate temperature was 200 to 400 ° C. (FIG. 5 (C))

【0053】その後、珪素膜503をエッチングして、
周辺回路のTFTの領域と画素部分のTFTの領域を形
成した。この際には、周辺回路のTFTのチャネル領域
には領域508が来るように設計した。そして、厚さ1
000〜1500Å、例えば、1200Åの酸化珪素膜
511を形成し、実施例1の場合と同様にアルミニウム
およびその陽極酸化膜によってゲイト電極部512、5
13、514形成した。ゲイト電極部512は周辺回路
のPTFTの、513は同NTFTの、514は画素部
分のTFTのそれぞれゲイト電極となる。
After that, the silicon film 503 is etched,
The TFT region of the peripheral circuit and the TFT region of the pixel portion were formed. In this case, the design was made such that the region 508 came to the channel region of the TFT of the peripheral circuit. And the thickness 1
A silicon oxide film 511 of 000 to 1500 °, for example, 1200 ° is formed, and gate electrodes 512 and 5 are formed of aluminum and its anodic oxide film in the same manner as in the first embodiment.
13, 514 were formed. The gate electrode portion 512 is a PTFT of a peripheral circuit, 513 is an NTFT of the same, and 514 is a gate electrode of a TFT of a pixel portion.

【0054】そして、これらゲイト電極部をマスクとし
て、実施例1と同様にN型およびP型の不純物をイオン
ドーピング法によって珪素膜中に注入した。この結果、
周辺回路のPTFTのソース515、チャネル516、
ドレイン517、周辺回路のNTFTのソース520、
チャネル519、ドレイン518、画素部分のNTFT
のソース521、チャネル522、ドレイン523が形
成された。その後、実施例1と同様に全面にレーザー照
射をおこなって、ドーピングされた不純物の活性化をお
こなった。(図6(A))
Then, using these gate electrode portions as masks, N-type and P-type impurities were implanted into the silicon film by ion doping as in Example 1. As a result,
The source 515 of the PTFT of the peripheral circuit, the channel 516,
A drain 517, a source 520 of the NTFT of the peripheral circuit,
Channel 519, drain 518, NTFT of pixel part
521, a channel 522, and a drain 523 were formed. After that, laser irradiation was performed on the entire surface in the same manner as in Example 1 to activate the doped impurities. (FIG. 6 (A))

【0055】その後、層間絶縁物として厚さ3000〜
8000Å、例えば、5000Åの酸化珪素膜524を
形成した。さらに、スパッタリング法によって、厚さ5
00〜1000Å、例えば、800ÅのITO膜を形成
し、これを、パターニング・エッチングして、画素電極
525を形成した。この後、TFTのソース/ドレイン
にコンタクトホールを形成し、窒化チタン(厚さ100
0Å)とアルミニウム(厚さ5000Å)の2層膜を堆
積して、これをパターニング・エッチングして、電極・
配線526〜530を形成した。このようにして、結晶
性珪素によって周辺回路を、非晶質珪素によって画素部
分を形成することができた。(図6(B))
After that, as an interlayer insulating material,
A silicon oxide film 524 of 8000 °, for example, 5000 ° was formed. Further, a thickness of 5
An ITO film having a thickness of 100 to 1000 Å, for example, 800 Å was formed, and this was patterned and etched to form a pixel electrode 525. Thereafter, contact holes are formed in the source / drain of the TFT, and titanium nitride (thickness of 100
0Å) and aluminum (5000Å) are deposited and patterned and etched to form electrodes and
Wirings 526 to 530 were formed. In this manner, the peripheral circuit was formed of crystalline silicon, and the pixel portion was formed of amorphous silicon. (FIG. 6 (B))

【0056】本実施例では図5(C)にあるように、レ
ーザー照射をおこなう。この工程では、針状に成長した
珪素結晶間に残った非晶質成分まで結晶化され、しか
も、この結晶化は針状結晶を核として、針状結晶を太く
するように結晶化する。このことは電流の流れる領域を
拡げることとなり、より大きなドレイン電流を流すこと
ができる。
In this embodiment, as shown in FIG. 5C, laser irradiation is performed. In this step, the amorphous component remaining between the silicon crystals grown in the shape of needles is crystallized, and the crystallization is performed with the needle-like crystals as nuclei so that the needle-like crystals become thicker. This expands the region through which the current flows, and allows a larger drain current to flow.

【0057】この様子を図7に示す。図7は結晶化した
珪素膜を薄膜化して透過型電子顕微鏡(TEM)によっ
て観察したものである。図7(A)は横方向への成長に
よって結晶化した珪素膜の結晶化領域の先端付近を見た
ものであり、針状の結晶が観察される。さらに、その結
晶の間には結晶化していない非晶質領域が多く存在して
いるのが分かる。(図7(A))
FIG. 7 shows this state. FIG. 7 shows a thinned crystallized silicon film observed by a transmission electron microscope (TEM). FIG. 7A shows the vicinity of the tip of the crystallized region of the silicon film crystallized by the lateral growth, and needle-like crystals are observed. Further, it can be seen that there are many non-crystallized amorphous regions between the crystals. (FIG. 7 (A))

【0058】これを本実施例の条件でレーザー照射する
と、図7(B)のようになる。この工程によって、図7
(A)の大部分の面積を占めていた非晶質領域は結晶化
するが、この結晶化は乱雑に発生するため、電気的な特
性はあまり良くない。注目すべきは、中央付近に観察さ
れる針状結晶の間のもともと非晶質であったと思われる
領域の結晶状態である。ここは、針状結晶から結晶化成
長するように、太い結晶領域が形成されている。(図7
(B))
When this is irradiated with a laser under the conditions of this embodiment, the result is as shown in FIG. By this step, FIG.
The amorphous region which occupies most of the area of (A) is crystallized, but since this crystallization occurs randomly, the electrical characteristics are not so good. Noteworthy is the crystalline state of the region between the needle-like crystals observed near the center, which seems to be originally amorphous. Here, a thick crystal region is formed so as to grow from a needle crystal. (FIG. 7
(B))

【0059】図7は分かりやすくするために、比較的、
非晶質領域の多い結晶成長の先端領域を観察したもので
あったが、結晶成長の根元付近や中央付近でも同様であ
る。このように、レーザー照射によって、非晶質部分を
減らし、針状結晶を太くすることができ、TFTの特性
をさらに向上せしめることができる。
FIG. 7 is, for simplicity, relatively
Although the top region of crystal growth with many amorphous regions was observed, the same is true near the root or center of crystal growth. As described above, by laser irradiation, the amorphous portion can be reduced and the needle-like crystal can be made thick, and the characteristics of the TFT can be further improved.

【0060】[0060]

【発明の効果】アクティブマトリックス型の液晶表示装
置において、周辺回路部分のTFTをキャリアの流れに
対して平行な方向に結晶成長させた結晶性珪素膜で構成
し、画素部分のTFTをキャリアの流れに対して垂直方
向に構成した結晶性珪素膜で構成することによって、周
辺回路部分においては高速動作が行える構成とすること
ができ、画素部分では電荷保持のために必要とされるオ
フ電流値の小さいTFTを設ける構成とすることができ
た。
In the active matrix type liquid crystal display device, the TFT in the peripheral circuit portion is formed of a crystalline silicon film crystal-grown in a direction parallel to the flow of the carrier, and the TFT in the pixel portion is formed by the flow of the carrier. , The peripheral circuit portion can be operated at a high speed, and the pixel portion has an off-current value required for charge retention. A structure in which a small TFT is provided can be obtained.

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

【図1】 実施例の概要を示す。FIG. 1 shows an outline of an embodiment.

【図2】 実施例の作製工程を示す。FIG. 2 shows a manufacturing process of an example.

【図3】 実施例の概要を示す。FIG. 3 shows an outline of an embodiment.

【図4】 実施例の作製工程を示す。FIG. 4 shows a manufacturing process of an example.

【図5】 実施例の作製工程を示す。FIG. 5 shows a manufacturing process of an example.

【図6】 実施例の作製工程を示す。FIG. 6 shows a manufacturing process of the example.

【図7】 実施例の結晶構造を示す。FIG. 7 shows a crystal structure of an example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ガラス基板 102 下地膜(酸化珪素膜) 103 マスク 100 ニッケル微量添加領域 105 結晶成長方向 107 ゲイト電極 108 陽極酸化層 109 ゲイト電極 110 陽極酸化層 111 ソース/ドレイン領域 112 チャネル形成領域 113 ドレイン/ソース領域 114 ソース/ドレイン領域 115 チャネル形成領域 116 ドレイン/ソース領域 117 電極 118 層間絶縁物 119 電極 120 電極 211 層間絶縁物 213 電極 214 電極 212 ITO(画素電極) 215 結晶成長方向 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Glass substrate 102 Base film (silicon oxide film) 103 Mask 100 Nickel trace addition region 105 Crystal growth direction 107 Gate electrode 108 Anodized layer 109 Gate electrode 110 Anodized layer 111 Source / drain region 112 Channel formation region 113 Drain / source region 114 Source / drain region 115 Channel formation region 116 Drain / source region 117 electrode 118 interlayer insulator 119 electrode 120 electrode 211 interlayer insulator 213 electrode 214 electrode 212 ITO (pixel electrode) 215 Crystal growth direction

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成13年6月13日(2001.6.1
3)
[Submission date] June 13, 2001 (2001.6.1
3)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/08 331 G02F 1/1368 5G435 29/786 H01L 29/78 627G // G02F 1/1368 618F 618Z 612B Fターム(参考) 2H092 GA59 JA25 JA29 JA39 JA46 JB13 JB23 JB32 JB38 MA05 MA08 MA13 MA17 MA27 MA29 MA35 MA37 NA22 NA25 5C094 AA22 BA03 BA43 CA19 EA04 EA07 FB15 5F048 AB10 AC03 BA16 BD06 BG07 5F052 AA02 AA11 AA17 BB07 CA04 DA02 DB03 FA06 FA19 JA01 5F110 AA01 AA06 BB02 BB04 CC02 DD02 DD13 EE03 EE06 EE34 EE44 FF02 FF28 GG02 GG13 GG23 GG25 GG35 GG45 HJ01 HJ04 HJ12 HJ23 HL01 HL03 HL11 HM14 NN02 NN04 NN23 NN35 NN72 NN78 PP01 PP10 PP13 PP22 PP23 PP34 QQ09 QQ11 QQ24 5G435 AA16 BB12 CC09 KK05 KK09 KK10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 27/08 331 G02F 1/1368 5G435 29/786 H01L 29/78 627G // G02F 1/1368 618F 618Z 612B F-term (reference) 2H092 GA59 JA25 JA29 JA39 JA46 JB13 JB23 JB32 JB38 MA05 MA08 MA13 MA17 MA27 MA29 MA35 MA37 NA22 NA25 5C094 AA22 BA03 BA43 CA19 EA04 EA07 FB15 5F048 AB10 AC03 BA16 BD06 BG07 5F052 AA02 AA02 AA02A17 5F110 AA01 AA06 BB02 BB04 CC02 DD02 DD13 EE03 EE06 EE34 EE44 FF02 FF28 GG02 GG13 GG23 GG25 GG35 GG45 HJ01 HJ04 HJ12 HJ23 HL01 HL03 HL11 HM14 NN02 NN04 NN23 Q13 NP13 Q11 NN35 NN23

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁表面を有する基板上に半導体膜を形
成し、前記半導体膜に結晶化を助長する元素を選択的に
添加し、加熱により前記元素を選択的に添加した領域か
ら絶縁表面に平行な方向に前記半導体膜を結晶成長さ
せ、前記半導体膜をエッチングして島状の半導体膜を形
成し、前記島状の半導体膜にソース領域およびドレイン
領域を形成する半導体装置の作製方法であって、前記ソ
ース領域と前記ドレイン領域を結ぶ方向が、前記半導体
膜の結晶成長方向と一致するように配置することを特徴
とする半導体装置の作製方法。
1. A semiconductor film is formed over a substrate having an insulating surface, an element which promotes crystallization is selectively added to the semiconductor film, and the region where the element is selectively added by heating is applied to the insulating surface. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: crystal growing the semiconductor film in a parallel direction; etching the semiconductor film to form an island-shaped semiconductor film; and forming a source region and a drain region in the island-shaped semiconductor film. Wherein the direction in which the source region and the drain region are connected is aligned with the direction of crystal growth of the semiconductor film.
【請求項2】 絶縁表面を有する基板上に半導体膜を形
成し、前記半導体膜に結晶化を助長する元素を選択的に
添加し、加熱により前記元素を選択的に添加した領域か
ら絶縁表面に平行な方向に前記半導体膜を結晶成長さ
せ、前記半導体膜をエッチングして島状の半導体膜を形
成し、前記島状の半導体膜にソース領域およびドレイン
領域を形成して、薄膜トランジスタを形成する半導体装
置の作製方法であって、前記薄膜トランジスタにおける
キャリアの移動方向が、前記半導体膜の結晶成長方向と
一致するように配置することを特徴とする半導体装置の
作製方法。
2. A semiconductor film is formed over a substrate having an insulating surface, an element which promotes crystallization is selectively added to the semiconductor film, and the region where the element is selectively added by heating is applied to the insulating surface. A semiconductor for forming a thin film transistor by growing the semiconductor film in a parallel direction, etching the semiconductor film to form an island-shaped semiconductor film, and forming a source region and a drain region in the island-shaped semiconductor film; A method for manufacturing a device, comprising: arranging a thin film transistor such that a moving direction of carriers in the thin film transistor coincides with a crystal growth direction of the semiconductor film.
【請求項3】 絶縁表面を有する基板上に半導体膜を形
成し、前記半導体膜に結晶化を助長する元素を選択的に
添加し、加熱により前記元素を選択的に添加した領域か
ら絶縁表面に平行な方向に前記半導体膜を結晶成長さ
せ、前記半導体膜をエッチングして複数の島状の半導体
膜を形成し、それぞれの島状の半導体膜にソース領域お
よびドレイン領域を形成する半導体装置の作製方法であ
って、それぞれの島状の半導体膜において、ソース領域
とドレイン領域を結ぶ方向が、半導体膜の結晶成長方向
と一致するように配置することを特徴とする半導体装置
の作製方法。
3. A semiconductor film is formed over a substrate having an insulating surface, an element which promotes crystallization is selectively added to the semiconductor film, and the region where the element is selectively added by heating is applied to the insulating surface. Manufacturing a semiconductor device in which the semiconductor film is crystal-grown in parallel directions, the semiconductor film is etched to form a plurality of island-shaped semiconductor films, and a source region and a drain region are formed in each of the island-shaped semiconductor films. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: arranging, in each island-shaped semiconductor film, a direction connecting a source region and a drain region to coincide with a crystal growth direction of the semiconductor film.
【請求項4】 絶縁表面を有する基板上に半導体膜を形
成し、前記半導体膜に結晶化を助長する元素を選択的に
添加し、加熱により前記元素を選択的に添加した領域か
ら絶縁表面に平行な方向に前記半導体膜を結晶成長さ
せ、前記半導体膜をエッチングして複数の島状の半導体
膜を形成し、それぞれの島状の半導体膜にソース領域お
よびドレイン領域を形成して、複数の薄膜トランジスタ
を形成する半導体装置の作製方法であって、それぞれの
薄膜トランジスタにおいて、キャリアの移動方向が半導
体膜の結晶成長方向と一致するように配置することを特
徴とする半導体装置の作製方法。
4. A semiconductor film is formed over a substrate having an insulating surface, an element which promotes crystallization is selectively added to the semiconductor film, and the region where the element is selectively added by heating is applied to the insulating surface. Crystal growing the semiconductor film in a parallel direction, etching the semiconductor film to form a plurality of island-shaped semiconductor films, forming a source region and a drain region in each of the island-shaped semiconductor films, A method for manufacturing a semiconductor device for forming a thin film transistor, wherein each thin film transistor is arranged such that a moving direction of a carrier coincides with a crystal growth direction of a semiconductor film.
【請求項5】 画素部分と駆動回路部分とを有する半導
体装置の作製方法であって、絶縁表面を有する基板上に
半導体膜を形成し、前記駆動回路部分の半導体膜に結晶
化を助長する元素を選択的に添加し、前記画素部分の半
導体膜に結晶化を助長する元素を添加し、加熱により、
前記駆動回路部分において前記元素を選択的に添加した
領域から絶縁表面に平行な方向に前記半導体膜を結晶成
長させ、前記画素部分において絶縁表面に垂直な方向に
前記半導体膜を結晶成長させ、前記結晶成長させた後
に、前記画素部分および前記駆動回路部分において前記
半導体膜をエッチングして複数の島状の半導体膜を形成
し、それぞれの島状の半導体膜にソース領域およびドレ
イン領域を形成し、前記駆動回路部分の島状の半導体膜
において、ソース領域とドレイン領域を結ぶ方向が、半
導体膜の結晶成長方向と一致するように配置することを
特徴とする半導体装置の作製方法。
5. A method for manufacturing a semiconductor device having a pixel portion and a driving circuit portion, comprising forming a semiconductor film over a substrate having an insulating surface, and promoting crystallization of the semiconductor film in the driving circuit portion. Is selectively added, an element that promotes crystallization is added to the semiconductor film in the pixel portion, and by heating,
In the drive circuit portion, the semiconductor film is crystal-grown in a direction parallel to an insulating surface from a region where the element is selectively added, and the semiconductor film is crystal-grown in a direction perpendicular to the insulating surface in the pixel portion, After crystal growth, the semiconductor film is etched in the pixel portion and the drive circuit portion to form a plurality of island-shaped semiconductor films, and a source region and a drain region are formed in each of the island-shaped semiconductor films. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a direction connecting a source region and a drain region in an island-shaped semiconductor film in the drive circuit portion is arranged so as to coincide with a crystal growth direction of the semiconductor film.
【請求項6】 画素部分と駆動回路部分とを有する半導
体装置の作製方法であって、絶縁表面を有する基板上に
半導体膜を形成し、前記駆動回路部分の半導体膜に結晶
化を助長する元素を選択的に添加し、前記画素部分の半
導体膜に結晶化を助長する元素を添加し、加熱により、
前記駆動回路部分において前記元素を選択的に添加した
領域から絶縁表面に平行な方向に前記半導体膜を結晶成
長させ、前記画素部分において絶縁表面に垂直な方向に
前記半導体膜を結晶成長させ、前記結晶成長させた後
に、前記画素部分および前記駆動回路部分において前記
半導体膜をエッチングして複数の島状の半導体膜を形成
し、それぞれの島状の半導体膜にソース領域およびドレ
イン領域を形成して、複数の薄膜トランジスタを形成
し、前記駆動回路部分の島状の半導体膜において、キャ
リアの移動方向が半導体膜の結晶成長方向と一致するよ
うに配置することを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. A method for manufacturing a semiconductor device having a pixel portion and a driver circuit portion, wherein a semiconductor film is formed over a substrate having an insulating surface, and the semiconductor film in the driver circuit portion promotes crystallization. Is selectively added, an element that promotes crystallization is added to the semiconductor film in the pixel portion, and by heating,
In the drive circuit portion, the semiconductor film is crystal-grown in a direction parallel to an insulating surface from a region where the element is selectively added, and the semiconductor film is crystal-grown in a direction perpendicular to the insulating surface in the pixel portion, After crystal growth, the semiconductor film is etched in the pixel portion and the drive circuit portion to form a plurality of island-shaped semiconductor films, and a source region and a drain region are formed in each of the island-shaped semiconductor films. Forming a plurality of thin film transistors, and arranging the plurality of thin film transistors in the island-shaped semiconductor film in the drive circuit portion so that a carrier movement direction coincides with a crystal growth direction of the semiconductor film.
【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか一において、
前記絶縁表面を有する基板上に形成した半導体膜は非晶
質珪素膜であることを特徴とする半導体装置の作製方
法。
7. The method according to claim 1, wherein
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor film formed over the substrate having an insulating surface is an amorphous silicon film.
【請求項8】 請求項1乃至7のいずれか一において、
前記加熱の温度は450℃〜550℃であることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
8. The method according to claim 1, wherein
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein a temperature of the heating is 450 ° C. to 550 ° C.
【請求項9】 請求項1乃至8のいずれか一において、
前記結晶化を助長する元素はNi、Fe、Co、Pdま
たはPtであることを特徴とする半導体装置の作製方
法。
9. The method according to claim 1, wherein
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the element that promotes crystallization is Ni, Fe, Co, Pd, or Pt.
【請求項10】 請求項1乃至9のいずれか一におい
て、前記元素を選択的に添加した領域の形状はスリット
状であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a region to which the element is selectively added has a slit shape.
JP2001150187A 1993-05-26 2001-05-18 Method for fabricating semiconductor device Pending JP2002043331A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001150187A JP2002043331A (en) 1993-05-26 2001-05-18 Method for fabricating semiconductor device

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14700493 1993-05-26
JP5-147004 1993-05-26
JP2001150187A JP2002043331A (en) 1993-05-26 2001-05-18 Method for fabricating semiconductor device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP13141694A Division JP3403811B2 (en) 1993-05-26 1994-05-20 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003109643A Division JP3958244B2 (en) 1993-05-26 2003-04-14 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002043331A true JP2002043331A (en) 2002-02-08

Family

ID=26477683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001150187A Pending JP2002043331A (en) 1993-05-26 2001-05-18 Method for fabricating semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002043331A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011061978A1 (en) 2009-11-19 2011-05-26 シャープ株式会社 Method for manufacturing semiconductor device, semiconductor device, and display device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011061978A1 (en) 2009-11-19 2011-05-26 シャープ株式会社 Method for manufacturing semiconductor device, semiconductor device, and display device
US8823002B2 (en) 2009-11-19 2014-09-02 Sharp Kabushiki Kaisha Method for manufacturing semiconductor device, semiconductor device, and display device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2975973B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR0183063B1 (en) Method of manufacturing a semiconductor device
US6121076A (en) Method for producing semiconductor device
US5830784A (en) Method for producing a semiconductor device including doping with a group IV element
US5604360A (en) Semiconductor device including a plurality of thin film transistors at least some of which have a crystalline silicon film crystal-grown substantially in parallel to the surface of a substrate for the transistor
JP2791858B2 (en) Semiconductor device manufacturing method
US6875628B1 (en) Semiconductor device and fabrication method of the same
JPH07335905A (en) Semiconductor device and fabrication thereof
KR0180573B1 (en) Semiconductor device including a plurality of thin film transistor at least some of which have a crystalline silicon
JP3403811B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3403810B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JPH0799314A (en) Semiconductor device
JP3662479B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3431851B2 (en) Semiconductor device
JP2002043331A (en) Method for fabricating semiconductor device
JP3190518B2 (en) Semiconductor device manufacturing method
JP3958244B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3664750B2 (en) Method for manufacturing thin film transistor
JP3886827B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3541946B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2002124469A (en) Method for fabricating semiconductor device
JP3630917B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3859516B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JPH11289097A (en) Manufacture of semiconductor device
JP2004031951A (en) Thin film transistor on glass substrate and manufacturing method thereof