JP2002076362A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
Semiconductor device and its manufacturing methodInfo
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- JP2002076362A JP2002076362A JP2000268591A JP2000268591A JP2002076362A JP 2002076362 A JP2002076362 A JP 2002076362A JP 2000268591 A JP2000268591 A JP 2000268591A JP 2000268591 A JP2000268591 A JP 2000268591A JP 2002076362 A JP2002076362 A JP 2002076362A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置およ
びその製造方法に関し、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
装置およびそ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
マトリクス型の液晶表示装置、密着型イメージセンサー、
三次元ICなどに利用できる。The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a crystalline silicon film obtained by crystallizing an amorphous silicon film as an active region, and a method for manufacturing the same. In particular, the present invention
Thin film transistor provided on a substrate having an insulating surface
Effective for semiconductor devices using (TFT), active matrix type liquid crystal display device, contact type image sensor,
It can be used for three-dimensional ICs.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、大型で高解像度の液晶表示装置、
高速で高解像度の密着型イメージセンサー、三次元IC
などへの実現に向けて、ガラス等の絶縁基板上や、絶縁
膜上に高性能な半導体素子を形成する試みがなされてい
る。これらの装置に用いられる半導体素子には、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、非晶質ケイ素半導体(a−Si)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 and high-resolution liquid crystal display devices,
High-speed, high-resolution contact image sensor, 3D IC
In order to realize such a technique, attempts have been made to form a high-performance semiconductor element on an insulating substrate such as glass or an insulating film. In general, a thin film silicon semiconductor is used for a semiconductor element used in these devices. Thin-film silicon semiconductors are broadly classified into two types: those made of an amorphous silicon semiconductor (a-Si) and those made of a crystalline silicon semiconductor.
【0003】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、最も一般的に用いられているが、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。このた
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
強く求められていた。尚、結晶性を有するケイ素半導体
としては、多結晶ケイ素、微結晶ケイ素等が知られてい
る。An amorphous silicon semiconductor has a low production temperature,
It is most commonly used because it can be manufactured relatively easily by a gas phase method and has high mass productivity, but its physical properties such as conductivity are inferior to those of crystalline silicon semiconductors. Therefore, in order to obtain higher-speed characteristics in the future, there is a strong demand for establishing a method for manufacturing a semiconductor device made of a crystalline silicon semiconductor. Note that polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, and the like are known as crystalline silicon semiconductors.
【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。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.
【0005】(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って結晶性を有せしめる。(2) An amorphous semiconductor film is formed in advance,
Crystallinity is imparted by the energy of laser light.
【0006】(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。といった方法が知られている。(3) An amorphous semiconductor film is formed in advance,
Crystallinity is imparted by applying heat energy. Such a method is known.
【0007】しかしながら、上記(1)の方法では、成膜
工程と同時に結晶化が進行するので、大粒径の結晶性ケ
イ素を得るにはケイ素膜の厚膜化が不可欠であり、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 above method (1), crystallization proceeds simultaneously with the film-forming step. Therefore, it is essential to increase the thickness of the silicon film in order to obtain crystalline silicon having a large grain size. It is technically difficult to uniformly form a film having physical properties over the entire surface of the substrate.
【0008】また、上記(2)の方法では、溶融固化過程
の結晶化現象を利用するため、小粒径ながら粒界が良好
に処理され、比較的高品質な結晶性ケイ素膜が得られる
が、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、未だ十分な安定性のものが得られておら
ず、半導体装置の性能面でも十分ではない。In the method (2), since the crystallization phenomenon in the melt-solidification process is used, the grain boundaries are satisfactorily treated with a small grain size, and a relatively high-quality crystalline silicon film can be obtained. Taking an excimer laser, which is currently most commonly used, as an example, a laser having sufficient stability has not yet been obtained, and the performance of a semiconductor device is not sufficient.
【0009】また、上記(3)の方法は、上記(1)、(2)
の方法と比較すると、基板内の均一性、安定性において
は有利であるが、600℃で30時間程の長時間にわた
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点がある。また、この方法では、結
晶構造が双晶構造となるので、―つの結晶粒は数μmと
比較的大きいが、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。この結晶性を向上
させる手段としては、さらに1000℃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いるが、
この場合には安価なガラス基板が使用できるプロセスで
は無く、それでも素子特性としてもTFTにおいて電界
効果移動度100cm2/Vs程度の低い特性しか得られ
ていない。[0009] The method (3) includes the steps (1) and (2).
Compared to the method described above, the method is advantageous in terms of uniformity and stability in the substrate, but requires a heat treatment at 600 ° C. for a long time of about 30 hours, resulting in a long processing time and low throughput. is there. Further, in this method, since the crystal structure is a twin structure, one crystal grain is relatively large as several μm, but includes a large number of twin defects in the crystal grain, and is smaller than the method of the above (2). Poor crystallinity. As a means for improving the crystallinity, a method of performing a heat treatment in an oxygen atmosphere at about 1000 ° C. is also used.
In this case, it is not a process in which an inexpensive glass substrate can be used. Nevertheless, as a device characteristic, a TFT having only a low field-effect mobility of about 100 cm 2 / Vs is obtained.
【0010】これらの方法に対して、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9
−45931公報で提案されている。これらの方法で
は、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を利用
することで、加熱温度の低温化および処理時間の短縮、
そして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。In contrast to these methods, a method of improving the above method (3) to obtain a high quality crystalline silicon film is disclosed in
-5931. In these methods, by using a catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon film, a lower heating temperature and a shorter processing time can be achieved,
And the crystallinity is improved. 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.
【0011】この低温結晶化のメカニズムは、まず金属
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呼ぶ。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り、多数の結晶欠陥を有してい
るのに対して、これらの触媒元素によって結晶化が助長
されて結晶成長した結晶性ケイ素膜は、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、それぞれ
の柱状結晶内部はほぼ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 nuclei are generated at an early stage with a metal element as a nucleus, and then the metal element acts as a catalyst to promote crystal growth, and crystallization proceeds rapidly. Understood. In this sense, these metal elements are hereinafter referred to as catalyst elements. One crystalline silicon film crystallized by the ordinary solid phase growth method (the method of (3) above) has a twin structure in one grain and has many crystal defects. The crystalline silicon film grown by the crystallization promoted by the catalytic element is composed of a number of columnar crystal networks in the grains, and the inside of each columnar crystal becomes almost an ideal single crystal state. I have.
【0012】さらに、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、選択的に触媒元素が
導入された領域のみを結晶化し、そして、さらに加熱時
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る。この横方向結晶成
長領域の内部では、成長方向が概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、
ランダムに結晶核の発生が起こった領域に比べて、結晶
性がさらに良好な領域となっている。よって、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、半導体装置を高性能化でき
る。Further, by selectively introducing a catalytic element into a part of the amorphous silicon film and heating the same, the catalytic element is selectively introduced while leaving the other part in the amorphous silicon film state. By crystallizing only the introduced region and further extending the heating time, the crystal is grown laterally (in 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 clinging together, and the catalyst element is directly introduced,
The region has better crystallinity than the region where the crystal nuclei occur randomly. Therefore, by using the crystalline silicon film in the lateral crystal growth region for the active region of the semiconductor device, the performance of the semiconductor device can be improved.
【0013】特開平9−45931公報に記載の方法で
は、高速動作が必要なTFTに対して、その活性領域を
構成する結晶性ケイ素膜の結晶性をさらに高めるため、
上記触媒元素によって結晶化した後、さらにレーザー光
などの強光を照射する工程を追加している。すなわち、
この工程によって、触媒元素を用い加熱処理で結晶化さ
れた結晶性ケイ素膜の結晶性をさらに高め、その結果、
特に高速動作が必要なTFTを高性能化しようとしてい
る。According to the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-45331, in order to further enhance the crystallinity of a crystalline silicon film constituting an active region of a TFT requiring high-speed operation,
After crystallization by the above-mentioned catalyst element, a step of further irradiating strong light such as laser light is added. That is,
By this step, the crystallinity of the crystalline silicon film crystallized by the heat treatment using the catalytic element is further enhanced, and as a result,
In particular, TFTs that require high-speed operation are being improved in performance.
【0014】その他、上記公報のように、触媒元素によ
る結晶化に加えて、レーザーなどの強光照射工程を組み
合わせる例として、特開平7−221017公報があ
る。この公報に記載の方法では、触媒元素を非晶質ケイ
素膜に導入した後、わずかな時間の加熱処理を行い、結
晶核のみを形成し、その後、レーザー光を照射して結晶
化を行わせている。すなわち、上記公報に記載の方法で
は、メインの結晶化をレーザー照射で行っている。As another example, as described in the above publication, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-221017 is an example of combining a step of irradiating a strong light such as a laser in addition to crystallization by a catalytic element. In the method described in this publication, after introducing a catalytic element into an amorphous silicon film, heat treatment is performed for a short time to form only crystal nuclei, and then crystallization is performed by irradiating a laser beam. ing. That is, in the method described in the above publication, the main crystallization is performed by laser irradiation.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】上記触媒元素を用いて
結晶化されたケイ素膜は、良好な結晶性を有してはいる
が、各結晶粒内には欠陥が多い。したがって、本発明の
目的とする高性能半導体装置の活性層に用いるケイ素膜
としては、より結晶欠陥を低減させた高品質な結晶性ケ
イ素膜が望まれる。結晶性をより高めるためには、触媒
元素を用いて結晶化した後に、さらに高温(800〜1
100℃)で酸化雰囲気で熱処理する方法と、レーザー
光を照射する方法とがある。前者では、いわゆる高温プ
ロセスになり、安価なガラス基板を使用することはでき
ない。The silicon film crystallized using the above-mentioned catalytic element has good crystallinity, but has many defects in each crystal grain. Therefore, as a silicon film used for an active layer of a high-performance semiconductor device aimed at by the present invention, a high-quality crystalline silicon film with further reduced crystal defects is desired. In order to further improve the crystallinity, after crystallization using a catalyst element, the temperature is further increased (from 800 to 1).
(100 ° C.) in an oxidizing atmosphere and a method of irradiating a laser beam. In the former, a so-called high-temperature process is performed, and an inexpensive glass substrate cannot be used.
【0016】このため、安価なガラス基板を用いること
を前提とすれば、後者の方法を用いることになる。触媒
元素を導入して加熱することによって結晶化された結晶
性ケイ素膜は、幅800〜1000Åの柱状結晶のネッ
トワーク状態によって、それぞれの結晶粒が構成されて
いる。個々の柱状結晶の内部は単結晶状態であるが、こ
れらの柱状結晶の曲がりや分岐などによって転位などの
結晶欠陥が結晶粒内に多数存在する。レーザー照射は、
この良好な結晶性を有する柱状結晶成分を基に、結晶粒
内の欠陥を消滅させることを目的とするが、現実には、
非常に難しい。Therefore, assuming that an inexpensive glass substrate is used, the latter method is used. In the crystalline silicon film crystallized by introducing the catalyst element and heating, each crystal grain is formed by a network state of columnar crystals having a width of 800 to 1000 °. Although the inside of each columnar crystal is in a single crystal state, many crystal defects such as dislocations are present in the crystal grains due to bending or branching of these columnar crystals. Laser irradiation
The purpose is to eliminate defects in crystal grains based on the columnar crystal component having good crystallinity, but in reality,
extremely difficult.
【0017】実際に、触媒元素によって結晶化された結
晶性ケイ素膜にレーザー照射すると、低いレーザーパワ
ーでは、ほとんど効果がなく、元の結晶状態をほぼ維持
するだけで大きくは改善されない状態となる。一方、高
いレーザーパワーでは、元の結晶状態がリセットされ、
レーザーのみによって結晶化されたのと同様の状態にな
る。その中間状態を形成するのは非常に難しく、レーザ
ーパワーのマージンが全く無い。Actually, when a crystalline silicon film crystallized by a catalytic element is irradiated with a laser, there is almost no effect at a low laser power, and a state in which the original crystalline state is almost maintained but not greatly improved is obtained. On the other hand, at high laser power, the original crystal state is reset,
It will be in the same state as crystallized only by laser. It is very difficult to form the intermediate state, and there is no laser power margin.
【0018】その結果、触媒元素によって結晶化された
結晶性ケイ素膜に、さらにレーザー光を照射して結晶性
を改善したつもりで、TFTの活性領域を形成した場
合、そのTFTの特性は、触媒元素による結晶化のみ
(レーザー照射無し)で形成した場合とほとんど差のない
電流駆動能力の低い特性、もしくは、レーザー照射のみ
で結晶化した場合と同様に、電流駆動能力はそこそこあ
るが特性ばらつきが大きな特性になる。すなわち、従来
法のまま、触媒元素によって結晶化されたケイ素膜にさ
らにレーザー光を照射しても、それ以上の大きな改善を
行うことはできなかった。As a result, when the crystalline silicon film crystallized by the catalytic element is irradiated with a laser beam to improve the crystallinity, and the active region of the TFT is formed, the characteristics of the TFT are as follows. Elemental crystallization only
The current driving capability is low, which is almost the same as that of the case formed without (laser irradiation), or the current driving capability is moderate but the characteristics vary greatly as in the case of crystallization by laser irradiation alone. That is, even if the silicon film crystallized by the catalytic element is further irradiated with laser light in the conventional method, no further significant improvement can be made.
【0019】また、特開平7−221017公報に記載
の方法では、触媒元素を非晶質ケイ素膜に導入した後、
わずかな時間の加熱処理を行い、結晶核のみを形成し、
その後レーザー光を照射して結晶化を行わせている。す
なわち、メインの結晶化はレーザー光の照射によって行
うもので、レーザー照射による効果を十分に引き出すの
は適している。しかしながら、上記公報の方法では、触
媒元素を非晶質ケイ素膜に対して全面的に導入し、結晶
核を形成しているので、その結晶核の形成を十分に制御
することは困難である。すなわち、結晶核の発生は全く
ランダムであり、どの位置に生じるか予測できない。結
晶核の位置が十分に制御できないと、レーザー照射によ
る結晶化の際、場所によっては触媒元素によって形成さ
れた結晶核から成長をする領域もあれば、非晶質から直
接結晶成長する(すなわち、従来のレーザー照射の結晶
成長)領域も現れる。なぜなら、レーザー照射は、ケイ
素膜における瞬時の溶融固化過程を利用して結晶化して
いるため、触媒元素によって形成された結晶核からある
程度以上の距離が離れたところでは、結晶核からの結晶
成長が到達するより先に、自然固化による従来の結晶化
が生じるからである。このような結晶性ケイ素膜を用い
て半導体装置を作製した場合、各素子領域における結晶
状態が大きくばらつく。したがって、その結果、半導体
装置における特性が不安定となり、特性ばらつきが非常
に大きくなる。In the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-221017, after introducing a catalytic element into an amorphous silicon film,
Heating for a short time to form only crystal nuclei,
After that, crystallization is performed by irradiating a laser beam. That is, the main crystallization is performed by laser light irradiation, and it is suitable to sufficiently bring out the effect of laser irradiation. However, in the method disclosed in the above publication, since the catalyst element is entirely introduced into the amorphous silicon film to form the crystal nucleus, it is difficult to sufficiently control the formation of the crystal nucleus. That is, generation of crystal nuclei is completely random, and it cannot be predicted at which position. If the position of the crystal nucleus is not sufficiently controlled, during crystallization by laser irradiation, depending on the location, there are regions where the crystal grows from the crystal nucleus formed by the catalytic element, and the crystal grows directly from the amorphous (i.e., Conventional laser irradiation crystal growth) regions also appear. This is because laser irradiation uses an instantaneous melting and solidification process in the silicon film to crystallize, so that crystal growth from the crystal nucleus occurs at a certain distance from the crystal nucleus formed by the catalytic element. This is because prior to reaching, conventional crystallization by natural solidification occurs. When a semiconductor device is manufactured using such a crystalline silicon film, the crystal state in each element region greatly varies. Therefore, as a result, the characteristics of the semiconductor device become unstable, and the characteristics vary greatly.
【0020】そこで、この発明の目的は、上述の問題点
を全て解決すべく、絶縁表面を有する基板上に作製され
た高性能でばらつきの少ない半導体装置、および、その
ような半導体装置を歩留まりよく、簡便な方法で作製で
きる製造方法を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to solve all of the above-mentioned problems and to provide a high-performance semiconductor device with little variation manufactured on a substrate having an insulating surface, and to provide such a semiconductor device with a high yield. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method which can be manufactured by a simple method.
【0021】[0021]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、触媒元素
を用いて結晶化されたケイ素膜のミクロ的な結晶性の良
さに注目し、この利点を上手く引き出すことで、より高
品質で均一性に優れた結晶性ケイ素膜が得られないかと
考え、日夜研究を重ねた。そして、ついにそれを実現
し、非常に高性能で安定性の高い半導体装置と、そのよ
うな半導体装置を作製する方法を見出した。Means for Solving the Problems The present inventors have paid attention to the microscopic crystallinity of a silicon film crystallized using a catalytic element, and by taking advantage of this advantage, a higher quality can be achieved. We thought whether a crystalline silicon film with excellent uniformity could be obtained, and repeated our research day and night. Finally, they realized this, and found a semiconductor device with very high performance and high stability, and a method for manufacturing such a semiconductor device.
【0022】すなわち、この発明の半導体装置は、絶縁
表面を有する基板上に形成された結晶性を有するケイ素
膜を能動(チャネル)領域として構成される半導体装置に
おいて、上記能動(チャネル)領域は、非晶質ケイ素膜
に、その結晶化を促進する触媒元素を選択的に導入し、
加熱処理によって結晶化された第1の結晶化領域と、上
記第1の結晶化領域をシードとして、溶融固化過程にお
いて結晶成長させた第2の結晶化領域とからなる結晶性
ケイ素膜によって構成されていることを特徴としてい
る。That is, in the semiconductor device according to the present invention, a crystalline silicon film formed on a substrate having an insulating surface is used as an active (channel) region. Selective introduction of a catalytic element that promotes crystallization into the amorphous silicon film,
A crystalline silicon film including a first crystallized region crystallized by the heat treatment and a second crystallized region crystal-grown in a melt-solidification process using the first crystallized region as a seed. It is characterized by having.
【0023】この発明では、上記選択的に触媒元素を導
入し結晶成長させたケイ素膜領域をシードとして、溶融
固化過程において成長させた上記第2の結晶化領域は、
特開平9−45931公報の従来法によって結晶化され
たケイ素膜とは、大きく異なり、非常に高品質な結晶性
ケイ素膜となっている。According to the present invention, the second crystallized region grown in the melt-solidification process using the silicon film region selectively crystallized and crystal-grown as a seed,
This is very different from the silicon film crystallized by the conventional method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-4531, and is a very high quality crystalline silicon film.
【0024】一方、従来行われていた方法(特開平9−
45931公報)では、触媒元素を用いて完全に非晶質
ケイ素膜を結晶化した後、その後にレーザー光などの強
光照射を行い、その領域の結晶性の向上を図っていた
が、この方法では、前述のように、触媒元素による結晶
化後に存在する結晶欠陥を十分に改善することができ
ず、その改善効果を高めるため、強光の強度を上げる
と、触媒元素による結晶化状態がリセットされてしま
う。On the other hand, a conventional method (Japanese Unexamined Patent Publication No.
No. 4,591,331), after completely crystallizing an amorphous silicon film using a catalytic element, irradiation with intense light such as laser light is performed to improve the crystallinity of the region. However, as described above, the crystal defects existing after crystallization by the catalytic element cannot be sufficiently improved, and when the intensity of strong light is increased to enhance the improvement effect, the crystallization state by the catalytic element is reset. Will be done.
【0025】これに対して、本発明の半導体装置におけ
る第2の結晶化領域は、非晶質状態から、触媒元素によ
る結晶化領域の結晶性を反映して、溶融固化で結晶成長
したものであるので、触媒元素による結晶化領域のミク
ロ的に良好な結晶成分(柱状結晶成分)を効率的に引き継
ぎ、非晶質状態から結晶成長される。したがって、通常
の溶融固化による結晶化と同様、その領域には欠陥も非
常に少ない。すなわち、本発明における上記第2の結晶
化領域は、触媒元素による結晶化で得られるミクロ的に
良好な結晶状態と、固相成長結晶化法の特徴である結晶
状態の基板内での良好な均一性と、強光照射による溶融
固化結晶化での低い粒内欠陥密度とを、全て盛り込んだ
状態の非常に高品質な結晶性ケイ素膜となっている。On the other hand, the second crystallized region in the semiconductor device of the present invention is obtained by crystal growth from the amorphous state by melting and solidifying, reflecting the crystallinity of the crystallized region by the catalytic element. As a result, a crystallographically favorable crystal component (columnar crystal component) in the crystallization region due to the catalyst element is efficiently taken over, and the crystal is grown from an amorphous state. Therefore, as in the case of crystallization by ordinary melt-solidification, the region has very few defects. In other words, the second crystallization region according to the present invention has a microscopically good crystal state obtained by crystallization with a catalytic element and a good crystal state in the crystal state characteristic of the solid-phase growth crystallization method in the substrate. A very high-quality crystalline silicon film incorporating all of the uniformity and the low intragranular defect density in the melt-solidification crystallization by intense light irradiation.
【0026】ところで、この非常に高品質な第2の結晶
化領域は、触媒元素を非晶質ケイ素膜に選択的に導入し
て結晶成長させたケイ素膜領域をシードとして、溶融固
化過程において成長させて、得られるものである。した
がって、この第2結晶化領域を、基板上に大面積にわた
って形成することは非常に難しく、ミクロンオーダーの
微小領域しか得られない。したがって、非晶質ケイ素膜
に触媒元素を導入して加熱処理で結晶成長させた第1の
結晶化領域と、それをシードとして溶融固化過程におい
て成長させた第2の結晶化領域との両者でもって、半導
体装置の能動(チャネル)領域を構成している。The very high quality second crystallized region is grown in the melt-solidification process by using the silicon film region where the catalytic element is selectively introduced into the amorphous silicon film for crystal growth as a seed. Let me get it. Therefore, it is very difficult to form the second crystallization region over a large area on the substrate, and only a minute region on the order of microns can be obtained. Therefore, both the first crystallized region where the catalytic element is introduced into the amorphous silicon film and crystallized by heat treatment, and the second crystallized region where the amorphous silicon film is grown as a seed in the melt-solidification process are used. Thus, the active (channel) region of the semiconductor device is formed.
【0027】この構成の半導体装置において、キャリア
は、この非常に良好な結晶性を有する第2の結晶化領域
を用いて主に移動することになり、半導体装置の能動
(チャネル)領域の一部をこの第2の結晶化領域で構成す
ることで、今までにない非常に高性能な(特に電流駆動
能力の高い)半導体装置を実現できる。In the semiconductor device having this configuration, carriers mainly move using the second crystallized region having very good crystallinity, and the active state of the semiconductor device is increased.
By configuring a part of the (channel) region with the second crystallization region, a very high performance (particularly, high current driving capability) semiconductor device can be realized.
【0028】具体的に、本発明によれば、従来法の特開
平9−45931公報によって作製されたTFTと比べ
て、電界効果移動度として、2〜3倍程の非常に大きな
向上が見られた。Specifically, according to the present invention, a very large improvement of about 2 to 3 times as much as the field effect mobility is observed as compared with the TFT manufactured according to the conventional method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-45831. Was.
【0029】また、本発明は、レーザー光によって結晶
化を行っている特開平7−221017公報に記載のも
のとも異なる。つまり、この特開平7−221017公
報では、非晶質ケイ素膜全面に触媒元素を導入した後、
わずかな時間の加熱処理を行い、結晶核のみを形成し、
その後レーザー光を照射して結晶化を行わせている。こ
れに対し、本発明では、触媒元素の導入領域を制御し、
結晶核ではなく、きっちりとした結晶化領域をまず形成
している。The present invention is also different from that described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-221017 in which crystallization is performed by laser light. That is, in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-221017, after introducing a catalytic element into the entire surface of an amorphous silicon film,
Heating for a short time to form only crystal nuclei,
After that, crystallization is performed by irradiating a laser beam. On the other hand, in the present invention, the introduction region of the catalyst element is controlled,
Instead of crystal nuclei, a tight crystallization region is first formed.
【0030】本発明では、結晶核ではなく、シード領域
として、結晶性が安定した状態の広範囲な結晶化領域を
形成することで、後の強光照射による結晶化状態を安定
させることが大きなポイントである。さらに、非晶質ケ
イ素膜を、触媒元素によって、選択的に結晶化して、そ
の第1結晶化領域の結晶性を選択的に反映し、溶融固化
で結晶化された第2の結晶化領域を得る。したがって、
その溶融固化による第2の結晶化領域の位置を制御する
ことは容易であり、半導体装置の能動(チャネル)領域と
の位置関係をコントロールできる。よって、この発明に
よれば、特開平7−221017公報とは異なり、全て
の半導体素子において能動(チャネル)領域の結晶性を均
一とすることができ、素子間ばらつきの非常に少ない安
定した特性の高性能半導体装置を実現できる。In the present invention, it is important to stabilize the crystallized state by intense light irradiation by forming a wide range of crystallized areas with stable crystallinity as seed regions instead of crystal nuclei. It is. Further, the amorphous silicon film is selectively crystallized by the catalytic element, selectively reflecting the crystallinity of the first crystallized region, and forming the second crystallized region crystallized by melt-solidification. obtain. Therefore,
It is easy to control the position of the second crystallization region due to the melting and solidification, and it is possible to control the positional relationship with the active (channel) region of the semiconductor device. Therefore, according to the present invention, unlike in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-221017, the crystallinity of the active (channel) region can be made uniform in all the semiconductor elements, and stable characteristics with very little variation between the elements can be obtained. A high-performance semiconductor device can be realized.
【0031】また、一実施形態の半導体装置は、上記半
導体装置において、上記第1の結晶化領域と第2の結晶
化領域とは、平面的に見てそれぞれが概略線状であり、
上記線状の第1の結晶化領域と第2の結晶化領域とが隣
接し合い、ストライプ状になっている状態の結晶性ケイ
素膜によって、能動(チャネル)領域が構成されている。In one embodiment of the present invention, in the above-mentioned semiconductor device, the first crystallized region and the second crystallized region are each substantially linear in plan view,
The linear (first crystallized region) and the second crystallized region are adjacent to each other, and an active (channel) region is formed by the crystalline silicon film in a striped state.
【0032】この実施形態では、第2の結晶化領域は、
線状の第1の結晶化領域から一次元的に結晶成長される
ことで、その結晶成長方向や結晶成長境界ができ、ま
た、比較的大きな面積の第2の結晶化領域が得られる。
また、このときの第1の結晶化領域の幅と第2の結晶化
領域との幅をコントロールすることで、半導体装置の特
性をコントロールすることも可能である。In this embodiment, the second crystallization region is
By performing one-dimensional crystal growth from the linear first crystallization region, a crystal growth direction and a crystal growth boundary are formed, and a second crystallization region having a relatively large area is obtained.
Further, by controlling the width of the first crystallization region and the width of the second crystallization region at this time, it is also possible to control the characteristics of the semiconductor device.
【0033】さらに、また、本実施形態において、溶融
固化過程において結晶成長させた第2の結晶化領域の大
きさが、最も重要なパラメーターである。この第2の結
晶化領域の大きさは、上述のような線状の第1結晶化領
域の領域間の幅として、コントロールできる。Further, in this embodiment, the size of the second crystallized region grown in the melt-solidification process is the most important parameter. The size of the second crystallization region can be controlled as the width between the linear first crystallization regions as described above.
【0034】本実施形態における第2の結晶化領域は、
隣接する第1の結晶化領域の結晶性を引き継いで結晶成
長されたものでないと意味がない。よって、第2の結晶
化領域の線幅(短辺方向の幅)は、隣接する第1の結晶成
長領域の結晶性を引き継いで、結晶成長が行われる最大
幅以下であることが必要である。The second crystallization region in this embodiment is:
It is meaningless unless the crystal is grown while inheriting the crystallinity of the adjacent first crystallization region. Therefore, the line width (width in the short side direction) of the second crystallization region needs to be equal to or less than the maximum width in which crystal growth is performed while inheriting the crystallinity of the adjacent first crystal growth region. .
【0035】また、他の実施形態の半導体装置は、上記
半導体装置において、上記線状の第2の結晶化領域の幅
は、6μm以下である。According to another embodiment of the present invention, in the above-mentioned semiconductor device, the width of the linear second crystallization region is 6 μm or less.
【0036】この実施形態では、第2の結晶化領域は、
その線幅(短辺方向の幅)が6μm以下であるから、隣接
する第1の結晶化領域の結晶性を引き継いで、結晶成長
が行われる。したがって、その第2の結晶化領域内は、
全て、第1の結晶化領域をシードとして溶融固化過程に
おいて結晶化された高品質な結晶性ケイ素膜となる。In this embodiment, the second crystallization region is
Since the line width (width in the short side direction) is 6 μm or less, crystal growth is performed while inheriting the crystallinity of the adjacent first crystallization region. Therefore, in the second crystallization region,
In all cases, a high-quality crystalline silicon film crystallized in the melt-solidification process using the first crystallization region as a seed.
【0037】また、一実施形態の半導体装置は、上記半
導体装置において、上記線状の第2の結晶化領域の中央
部に、結晶成長境界が、第2の結晶化領域が線状に延在
している方向と平行に線状に存在しており、上記線状の
結晶成長境界は、能動(チャネル)領域でのキャリアの移
動方向(チャネル方向)に延びる線分に対して少なくとも
横切らないように、配置されている。In one embodiment of the present invention, in the semiconductor device described above, a crystal growth boundary extends in a central portion of the linear second crystallized region, and the second crystallized region extends linearly. Exist in a line parallel to the direction in which the carrier is moving, and the linear crystal growth boundary does not cross at least a line extending in the direction of movement of carriers (channel direction) in the active (channel) region. Is located.
【0038】この実施形態では、上記第1の結晶化領域
と第2の結晶化領域とを、それぞれ略線状とし、それぞ
れが隣接し合うストライプ状とした。この場合、線状の
第2の結晶化領域の中央部には、両脇の第1の結晶化領
域からそれぞれ挟まれるように結晶成長してきた領域が
ぶつかり合って形成された結晶成長境界が現れる。この
結晶境界は、第2の結晶化領域の中央に、その線状領域
と平行に、線状に存在する。この成長境界は、それぞれ
の結晶領域が全く逆の方向から進行し、ぶつかり合って
できたものであり、Si原子の結合が完全に途絶え、半
導体装置におけるキャリアに対して、非常に大きなトラ
ップあるいは散乱中心となっている。In this embodiment, the first crystallized region and the second crystallized region have a substantially linear shape, and have a stripe shape adjacent to each other. In this case, at the center of the linear second crystallization region, a crystal growth boundary formed by collision of regions that have grown and sandwiched from the first crystallization regions on both sides, respectively, appears. . The crystal boundary exists linearly at the center of the second crystallization region, parallel to the linear region. This growth boundary is formed by collision of the crystal regions, which proceed in completely opposite directions and completely break the bonding of Si atoms, causing a very large trap or scattering of carriers in the semiconductor device. It is central.
【0039】したがって、本実施形態では、半導体装置
の能動(チャネル)領域でのキャリアの移動方向(チャネ
ル方向)に対して、上記線状の成長境界が少なくとも横
切らないように配置されている。これにより、キャリア
は、この成長境界をまたぐことなくチャネルを移動する
ことができるから、この成長境界による影響を防ぎ、高
い電流駆動力をもつ高性能な半導体装置を実現できる。Therefore, in the present embodiment, the linear growth boundaries are arranged so as not to at least cross the moving direction (channel direction) of carriers in the active (channel) region of the semiconductor device. Thus, carriers can move in the channel without straddling the growth boundary, so that the effect of the growth boundary can be prevented, and a high-performance semiconductor device having a high current driving force can be realized.
【0040】また、一実施形態の半導体装置は、上記半
導体装置において、上記線状の第2の結晶化領域の中央
部には、結晶成長境界が上記第2の結晶化領域の延在方
向と平行に線状に存在しており、上記能動(チャネル)領
域でのキャリアの移動方向(チャネル方向)と、上記線状
の結晶成長境界の線状延在方向とが、略平行になるよう
に配置されている。In one embodiment of the present invention, in the semiconductor device, a crystal growth boundary is formed at a central portion of the linear second crystallization region in a direction in which the second crystallization region extends. Exist in parallel linearly, so that the moving direction (channel direction) of carriers in the active (channel) region and the linear extending direction of the linear crystal growth boundary are substantially parallel to each other. Are located.
【0041】この実施形態では、半導体装置の能動(チ
ャネル)領域でのキャリアの移動方向(チャネル方向)
と、上記線状の成長境界のその線方向とが、略平行とな
るように配置されている。これにより、全てのキャリア
が、最短距離でチャネル内を移動できるようになり、こ
の成長境界による影響を完全に防ぎ、より高い電流駆動
力をもつ高性能な半導体装置を実現できる。In this embodiment, the moving direction (channel direction) of carriers in the active (channel) region of the semiconductor device
And the line direction of the linear growth boundary is arranged to be substantially parallel. As a result, all carriers can move in the channel at the shortest distance, the influence of this growth boundary is completely prevented, and a high-performance semiconductor device having a higher current driving force can be realized.
【0042】なお、チャネル方向に対して、成長境界が
斜めに存在している場合には、成長境界を避けるように
して優先的にキャリアが流れるから、そのパスが長くな
る。When the growth boundary is oblique to the channel direction, the carrier flows preferentially so as to avoid the growth boundary, so that the path lengthens.
【0043】ところで、この実施形態では、第2の結晶
化領域における溶融固化過程での結晶成長方向に対し
て、能動(チャネル)領域でのキャリアの移動方向が垂直
となるから、キャリアの移動を阻害するように思われ
る。In this embodiment, the carrier movement direction in the active (channel) region is perpendicular to the crystal growth direction in the melting and solidification process in the second crystallization region. Seems to inhibit.
【0044】確かに、この実施形態では、触媒元素によ
って結晶化された領域の結晶性を反映して、溶融固化に
おける結晶化の際、横方向(基板と平行な方向)に結晶成
長する。このとき、成長方向に対して垂直方向には、シ
ード領域である触媒元素による結晶化領域の結晶状態の
違いを反映して、結晶粒界が生じている。Certainly, in this embodiment, the crystal grows in the lateral direction (the direction parallel to the substrate) at the time of crystallization in melt solidification, reflecting the crystallinity of the region crystallized by the catalytic element. At this time, crystal grain boundaries are generated in the direction perpendicular to the growth direction, reflecting the difference in the crystal state of the crystallized region due to the catalyst element serving as the seed region.
【0045】しかしながら、半導体装置におけるキャリ
アに対するそのトラップ効果と散乱効果は、上記結晶粒
界に比べて、第2の結晶化領域中央に形成される前述の
結晶境界部の方が、はるかに大きいから、結晶境界部を
避けることを優先した構成にしている。However, the trapping effect and scattering effect on carriers in the semiconductor device are much larger at the above-mentioned crystal boundary formed at the center of the second crystallization region than at the above-mentioned crystal grain boundaries. In this case, the structure is given priority to avoid the crystal boundary.
【0046】また、他の実施形態の半導体装置は、上記
半導体装置において、上記能動(チャネル)領域は、少な
くとも複数本の線状の第2の結晶化領域を含んでいる。According to another embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the active (channel) region includes at least a plurality of linear second crystallization regions.
【0047】この実施形態では、上記能動(チャネル)領
域は、少なくとも複数本の線状の第2の結晶化領域を含
んでいる。チャネル領域に含まれる線状の第2の結晶化
領域の本数は多ければ多いほど良く、電流駆動能力が向
上し、素子間での特性ばらつきが低減される。In this embodiment, the active (channel) region includes at least a plurality of linear second crystallization regions. The larger the number of linear second crystallization regions included in the channel region, the better, the current driving capability is improved, and the variation in characteristics between elements is reduced.
【0048】特に、電流駆動能力が要求される半導体素
子はチャネル幅が大きく、線状の第2の結晶化領域を多
数含むことが可能であるが、チャネル幅が小さい半導体
素子における最低条件として、少なくとも複数本の線状
の第2の結晶化領域が、そのチャネル領域に含まれる必
要がある。これによって、個々の半導体素子における特
性の均一性と、高性能でばらつきの少ない半導体装置を
確保できる。In particular, a semiconductor element requiring current driving capability has a large channel width and can include many linear second crystallization regions. However, the minimum condition for a semiconductor element having a small channel width is as follows. At least a plurality of linear second crystallization regions need to be included in the channel region. As a result, it is possible to secure uniformity of characteristics of individual semiconductor elements and a semiconductor device with high performance and little variation.
【0049】また、他の実施形態の半導体装置は、上記
半導体装置において、上記能動(チャネル)領域は、上記
触媒元素を1×1016〜5×1017atoms/cm3の
濃度で含有している。According to another embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the active (channel) region contains the catalyst element at a concentration of 1 × 10 16 to 5 × 10 17 atoms / cm 3. I have.
【0050】また、一実施形態の半導体装置は、上記半
導体装置において、上記能動(チャネル)領域が含有して
いる触媒元素は、ニッケルである。In one embodiment of the present invention, in the semiconductor device described above, the catalytic element contained in the active (channel) region is nickel.
【0051】さて、この実施形態の半導体装置は、その
能動(チャネル)領域を、触媒元素を用いて加熱処理で結
晶化された第1の結晶化領域と、それをシード領域とし
て溶融固化過程で結晶成長させた第2の結晶化領域とに
よって、構成されるものである。したがって、この実施
形態によって得られる半導体装置では、その能動領域に
触媒元素を幾分か含んでおり、それが、本発明の半導体
装置を特定化できる根拠となる。本発明において利用で
きる触媒元素の種類としては、Ni、Co、Fe、Pd、P
t、Cu、Auが挙げられる。これらから選ばれた一種ま
たは複数種類の元素であれば、微量で結晶化助長の効果
があり、半導体(結晶性ケイ素)中で、比較的不活性な傾
向が強く、半導体装置における電気的な悪影響を抑制で
きる。したがって、この発明の半導体装置では、これら
の元素の内の何れかが、能動(チャネル)領域にある程度
の量だけ含まれている。In the semiconductor device of this embodiment, the active (channel) region is divided into a first crystallized region crystallized by heat treatment using a catalytic element and a seed region as a seed region during the melt-solidification process. And a second crystallized region where the crystal is grown. Therefore, in the semiconductor device obtained by this embodiment, the active region contains a certain amount of a catalytic element, which is the basis for specifying the semiconductor device of the present invention. The types of catalyst elements that can be used in the present invention include Ni, Co, Fe, Pd, and Pd.
t, Cu, and Au. One or a plurality of elements selected from these elements have an effect of promoting crystallization in a very small amount, tend to be relatively inert in a semiconductor (crystalline silicon), and have an adverse electrical effect on a semiconductor device. Can be suppressed. Therefore, in the semiconductor device of the present invention, any of these elements is contained in the active (channel) region by a certain amount.
【0052】そして、特に、これらの触媒元素の中で
も、とりわけNiを用いた場合に最も顕著な効果が得ら
れることがわかっている。この理由については、以下の
ようなモデルが考えられる。触媒元素は単独では作用せ
ず、ケイ素膜と結合し、シリサイド化することで結晶成
長に作用する。そのときの結晶構造が、非晶質ケイ素膜
結晶化時に一種の鋳型のように作用し、非晶質ケイ素膜
の結晶化を促すといったモデルである。Niは、2つの
SiとNiSi2の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、NiSi2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5.43
0Åに非常に近い値をもつ。よって、NiSi2は、非
晶質ケイ素膜を結晶化させるための鋳型としては最高の
ものであり、実際に、得られる結晶性ケイ素膜の結晶性
およびその結晶化促進の触媒効果を見ても、触媒元素と
して、Niが最も良いのは間違いない。It has been found that the most remarkable effect can be obtained particularly when Ni is used among these catalyst elements. The following model can be considered for this reason. The catalyst element does not act alone, but acts on crystal growth by bonding to the silicon film and silicidation. This is a model in which the crystal structure at that time acts like a kind of template when the amorphous silicon film is crystallized, and promotes the crystallization of the amorphous silicon film. Ni forms silicide of two Si and NiSi2. NiSi 2 exhibits a fluorite-type crystal structure, which is very similar to the diamond structure of single crystal silicon. Moreover, NiSi 2 has a lattice constant of 5.406 °,
5.43 lattice constant of crystalline silicon in diamond structure
It has a value very close to 0 °. Therefore, NiSi 2 is the best as a template for crystallizing an amorphous silicon film, and in fact, even in view of the crystallinity of the obtained crystalline silicon film and the catalytic effect of accelerating its crystallization. There is no doubt that Ni is the best catalyst element.
【0053】本実施形態の半導体装置においても、溶融
固化による結晶化の際のシード領域である触媒元素によ
る結晶化領域の結晶性は、非常に重要であり、これが半
導体装置の特性を大きく左右する。したがって、本実施
形態の半導体装置においては、Niを触媒元素として用
い、その能動領域にはNiがある程度の量残存している
ことが、本実施形態の効果を最も有効に引き出した結果
および証拠となる。Also in the semiconductor device of this embodiment, the crystallinity of the crystallized region by the catalytic element, which is the seed region at the time of crystallization by melt-solidification, is very important, and greatly affects the characteristics of the semiconductor device. . Therefore, in the semiconductor device of the present embodiment, the fact that Ni is used as a catalytic element and a certain amount of Ni remains in the active region thereof is the result and evidence that the effects of the present embodiment were most effectively brought out. Become.
【0054】このとき、実際に半導体装置の能動領域中
に含まれているニッケル元素の濃度としては、1×10
16〜5×1017atoms/cm3であることが望まし
い。ニッケルが5×1017atoms/cm3を越えるよ
うな量であれば、ニッケルシリサイドとして能動領域
(ケイ素膜)中に偏在する領域が多数現れだし、半導体素
子の特性に悪影響を及ぼすようになる。一方、ニッケル
が5×1017atoms/cm3以下の量では、ほとんど
シリサイドとして析出せず、ケイ素膜中に固溶し、また
結晶欠陥に組み込まれているような状態になっていると
思われる。このような状態では、半導体装置への悪影響
は見られていない。このように、ニッケルシリサイドが
析出し出した時に特性上の悪影響が見られている。ま
た、逆に、能動領域中の残存ニッケル濃度が1×1016
atoms/cm3よりも少ない場合には、ニッケルの触
媒効果を用いて非晶質ケイ素膜が十分に結晶化されたと
は考えられない。この場合、シード領域の結晶性が低
く、本発明の効果は得られないと考えられる。At this time, the concentration of the nickel element actually contained in the active region of the semiconductor device is 1 × 10
It is desirable to be 16 to 5 × 10 17 atoms / cm 3 . If the amount of nickel exceeds 5 × 10 17 atoms / cm 3 , the active region is formed as nickel silicide.
Many unevenly distributed regions appear in the (silicon film), which adversely affects the characteristics of the semiconductor device. On the other hand, when the amount of nickel is 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, it is considered that almost no nickel is precipitated as a silicide, a solid solution is formed in the silicon film, and the nickel is incorporated into crystal defects. . In such a state, no adverse effect on the semiconductor device is observed. As described above, when nickel silicide is deposited, an adverse effect on characteristics is observed. Conversely, the residual nickel concentration in the active region is 1 × 10 16
If it is less than atoms / cm 3 , it is not considered that the amorphous silicon film was sufficiently crystallized using the catalytic effect of nickel. In this case, it is considered that the crystallinity of the seed region is low and the effect of the present invention cannot be obtained.
【0055】例えば、結晶化後の後の工程において、活
性領域のニッケル量を低減するような方法を用いたとし
ても、触媒として十分な量のニッケルを導入し結晶成長
させた場合、1×1016atoms/cm3以下の量にま
で低下させることはできず、これ以上の量のニッケルが
必ず残る。したがって、この実施形態の半導体装置にお
いては、能動(チャネル)領域中に含まれているニッケル
の濃度が、1×1016〜5×1017atoms/cm3で
あるときに、本発明の効果を最も引き出した状態となっ
ている。For example, even if a method for reducing the amount of nickel in the active region is used in a process after crystallization, if a sufficient amount of nickel is introduced as a catalyst to grow the crystal, 1 × 10 It cannot be reduced to an amount of 16 atoms / cm 3 or less, and an amount of nickel higher than this always remains. Therefore, in the semiconductor device of this embodiment, when the concentration of nickel contained in the active (channel) region is 1 × 10 16 to 5 × 10 17 atoms / cm 3 , the effect of the present invention is obtained. It is in the most pulled state.
【0056】また、他の実施形態の半導体装置は、絶縁
表面を有する基板上に、結晶性を有するケイ素膜を能動
(チャネル)領域とする複数の薄膜トランジスタを有する
半導体装置において、上記複数の薄膜トランジスタは、
非晶質ケイ素膜に、その結晶化を促進する触媒元素を選
択的に導入し、加熱処理によって結晶化された第1の結
晶化領域と、この第1の結晶化領域をシードとして、溶
融固化過程において結晶成長させた第2の結晶化領域と
によって構成された能動(チャネル)領域を有する第1種
の薄膜トランジスタと、非晶質ケイ素膜に、その結晶化
を促進する触媒元素を導入し、加熱処理によって結晶化
された第1の結晶化領域のみによって構成されている能
動(チャネル)領域を有する第2種の薄膜トランジスタと
を含んでいる。In a semiconductor device according to another embodiment, a crystalline silicon film is formed on a substrate having an insulating surface.
In a semiconductor device having a plurality of thin film transistors serving as a (channel) region, the plurality of thin film transistors are
A catalyst element that promotes the crystallization is selectively introduced into the amorphous silicon film, and the first crystallized region crystallized by the heat treatment is melted and solidified using the first crystallized region as a seed. A first type thin film transistor having an active (channel) region constituted by a second crystallized region grown in the process, and a catalytic element for promoting the crystallization of the amorphous silicon film, A second type thin film transistor having an active (channel) region constituted only by a first crystallized region crystallized by a heat treatment.
【0057】また、一実施形態の半導体装置は、絶縁表
面を有する基板上に、画素電極をスイッチングする画素
電極スイッチング用薄膜トランジスタと、上記画素電極
スイッチング用薄膜トランジスタを駆動するドライバー
回路を構成するドライバー回路用薄膜トランジスタとが
設けられたドライバーモノリシック型のアクティブマト
リクス半導体装置において、上記ドライバー回路用薄膜
トランジスタの少なくとも一つは、非晶質ケイ素膜に、
その結晶化を促進する触媒元素を選択的に導入し、加熱
処理によって結晶化された第1の結晶化領域と、この第
1の結晶化領域をシードとして、溶融固化過程において
結晶成長させた第2の結晶化領域とによって構成された
能動(チャネル)領域を有し、上記画素電極スイッチング
用の薄膜トランジスタは、非晶質ケイ素膜に、その結晶
化を促進する触媒元素を導入し、加熱処理によって結晶
化された第1の結晶化領域のみによって構成されている
能動(チャネル)領域を有している。According to another embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor device including a pixel electrode switching thin film transistor for switching a pixel electrode and a driver circuit for forming a driver circuit for driving the pixel electrode switching thin film transistor on a substrate having an insulating surface. In a driver monolithic active matrix semiconductor device provided with a thin film transistor, at least one of the driver circuit thin film transistors is formed on an amorphous silicon film,
A catalyst element for promoting the crystallization is selectively introduced, a first crystallized region crystallized by heat treatment, and a first crystallized region grown in a melt-solidification process using the first crystallized region as a seed. And an active (channel) region composed of a crystallization region of the second and the thin film transistor for pixel electrode switching, wherein a catalyst element for promoting crystallization is introduced into the amorphous silicon film, and the amorphous silicon film is subjected to heat treatment. It has an active (channel) region constituted only by the crystallized first crystallization region.
【0058】上記2つの実施形態は、複数の薄膜トラン
ジスタを有する半導体装置に適用する場合である。通常
は、基板上に複数の薄膜トランジスタ素子が設けられ、
半導体装置が構成されているのであるが、それぞれの薄
膜トランジスタに求められる特性は一様ではなく、それ
ぞれがどのような目的で使用されているかによって違っ
ている。一般には、電流駆動能力が求められる薄膜トラ
ンジスタに対しては、チャネル幅を大きくすることで対
応し、メモリー素子など高い電荷保持能力(低リーク電
流)が求められる薄膜トランジスタについては、チャネ
ル幅を小さくすることでリーク電流の低減を図ってい
る。The above two embodiments are applied to a semiconductor device having a plurality of thin film transistors. Usually, a plurality of thin film transistor elements are provided on a substrate,
Although a semiconductor device is configured, characteristics required for each thin film transistor are not uniform, and differ depending on what purpose each is used. Generally, the channel width is increased for thin film transistors that require current driving capability, and the channel width is reduced for thin film transistors that require high charge retention capability (low leakage current) such as memory devices. To reduce the leakage current.
【0059】この発明は、薄膜トランジスタのチャネル
領域を構成する結晶性ケイ素膜の結晶性をより高め、よ
り高い電流駆動能力を達成することを一つの目的として
いる。An object of the present invention is to further enhance the crystallinity of a crystalline silicon film forming a channel region of a thin film transistor and achieve a higher current driving capability.
【0060】このようにそれぞれ異なった特性が求めら
れる薄膜トランジスタを同時形成する場合においては、
本発明による効果を使い分け、それぞれの特性に応じた
薄膜トランジスタを得ることが有効である。特に、電流
駆動能力が求められる薄膜トランジスタでは、チャネル
幅が広いから、本発明を適用するのに適している。すな
わち、高い結晶性を有する多数の第2の結晶化領域を、
チャネル内に含ませることは容易である。In the case of simultaneously forming thin film transistors that require different characteristics as described above,
It is effective to properly use the effects of the present invention to obtain thin film transistors according to the respective characteristics. In particular, a thin film transistor which requires current driving capability has a wide channel width, and thus is suitable for applying the present invention. That is, a large number of second crystallized regions having high crystallinity are formed,
It is easy to include it in the channel.
【0061】これに対し、低リーク電流が求められ、特
に、チャネル幅が小さい薄膜トランジスタにおいては、
第2の結晶化領域を用いず、触媒元素によって結晶化さ
れた第1の結晶化領域のみで、そのチャネル領域を構成
すればよい。On the other hand, a low leakage current is required, and particularly in a thin film transistor having a small channel width,
The channel region may be constituted only by the first crystallized region crystallized by the catalytic element without using the second crystallized region.
【0062】また、他の実施形態の半導体装置は、絶縁
表面を有する基板上に、結晶性を有するケイ素膜を能動
(チャネル)領域とする複数の薄膜トランジスタを有する
半導体装置において、上記複数の薄膜トランジスタは、
非晶質ケイ素膜に、その結晶化を促進する触媒元素を選
択的に導入し、加熱処理によって結晶化された第1の結
晶化領域と、第1の結晶化領域をシードとして、溶融固
化過程において結晶成長させた第2の結晶化領域とによ
って構成された能動(チャネル)領域を有する第1種の薄
膜トランジスタと、触媒元素を用いることなく、非晶質
ケイ素膜を溶融固化過程のみによって結晶化させた第3
の結晶化領域によって構成されてなる能動(チャネル)領
域を有する第3種の薄膜トランジスタとを含んでいる。In a semiconductor device according to another embodiment, a crystalline silicon film is formed on a substrate having an insulating surface.
In a semiconductor device having a plurality of thin film transistors serving as a (channel) region, the plurality of thin film transistors are
A catalyst element for promoting crystallization is selectively introduced into the amorphous silicon film, and a first crystallized region crystallized by heat treatment and a first solidified region are used as seeds to form a melt-solidification process. A first type thin film transistor having an active (channel) region constituted by a second crystallized region grown by the method described above, and an amorphous silicon film is crystallized only by a melt-solidification process without using a catalytic element. The third
And a third type of thin film transistor having an active (channel) region constituted by the crystallization region of FIG.
【0063】この実施形態では、触媒元素の導入を全く
行わずに、チャネル全体が完全にマスクされた状態で非
晶質状態のまま残し、直接強光照射による溶融固化過程
のみで第3の結晶化領域を結晶化させ、この第3結晶化
領域でもって、チャネル領域を形成した。これは、低リ
ーク電流が要求されるチャネル幅が小さい薄膜トランジ
スタに有効である。In this embodiment, without introducing a catalytic element at all, the entire channel is left in an amorphous state in a completely masked state, and the third crystal is formed only by the melt-solidification process by direct intense light irradiation. The crystallized region was crystallized, and a channel region was formed using the third crystallized region. This is effective for a thin film transistor having a small channel width that requires a low leakage current.
【0064】低リーク電流が要求されるチャネル幅が小
さい薄膜トランジスタに、第2の結晶化領域を適用する
と、それぞれの素子において、第2の結晶化領域の数お
よび面積が少しばらつくと、大きな特性差となって現れ
ることになる。したがって、この場合、むしろ、第1の
結晶化領域あるいは溶融固化過程のみで結晶化された第
3の結晶化領域のみで、そのチャネル領域を構成するこ
とが好適である。When the second crystallized region is applied to a thin film transistor which requires a small leakage current and has a small channel width, when the number and the area of the second crystallized region are slightly varied in each element, a large characteristic difference occurs. Will appear. Therefore, in this case, it is rather preferable that the channel region is constituted only by the first crystallized region or the third crystallized region crystallized only by the melt-solidification process.
【0065】また、一実施形態の半導体装置は、絶縁表
面を有する基板上に、画素電極をスイッチングする画素
電極スイッチング用薄膜トランジスタと、上記画素電極
スイッチング用薄膜トランジスタを駆動するドライバー
回路を構成するドライバー回路用薄膜トランジスタが設
けられたドライバーモノリシック型のアクティブマトリ
クス半導体装置において、上記ドライバー回路用薄膜ト
ランジスタの少なくとも一つは、非晶質ケイ素膜に、そ
の結晶化を促進する触媒元素を選択的に導入し、加熱処
理によって結晶化された第1の結晶化領域と、この第1
の結晶化領域をシードとして、溶融固化過程において結
晶成長させた第2の結晶化領域とによって構成された能
動(チャネル)領域を有し、上記画素電極スイッチング用
の薄膜トランジスタは、触媒元素を用いることなく、非
晶質ケイ素膜を溶融固化過程のみによって結晶化させた
第3の結晶化領域によって構成されてなる能動(チャネ
ル)領域を有している。In one embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a pixel electrode switching thin film transistor for switching a pixel electrode; and a driver circuit constituting a driver circuit for driving the pixel electrode switching thin film transistor, on a substrate having an insulating surface. In a driver monolithic active matrix semiconductor device provided with a thin film transistor, at least one of the thin film transistors for a driver circuit selectively introduces a catalytic element for promoting crystallization into an amorphous silicon film and heat-treats the amorphous silicon film. A first crystallized region crystallized by
And a second crystallized region formed by crystal growth in a melt-solidification process using the crystallized region as a seed, and a thin film transistor for pixel electrode switching, using a catalytic element. And an active (channel) region formed by a third crystallized region obtained by crystallizing an amorphous silicon film only by a melt-solidification process.
【0066】この実施形態は、特に、前述のような同一
基板上に全く異なる特性の薄膜トランジスタが多数構成
される半導体装置として、画素電極をスイッチングする
薄膜トランジスタと、上記画素電極スイッチング用の薄
膜トランジスタを駆動するドライバー回路を構成する薄
膜トランジスタが設けられたドライバーモノリシック型
のアクティブマトリクス半導体装置である。In this embodiment, in particular, a thin film transistor for switching a pixel electrode and a thin film transistor for switching the pixel electrode are driven as a semiconductor device having a large number of thin film transistors having completely different characteristics on the same substrate as described above. This is a driver monolithic active matrix semiconductor device provided with a thin film transistor forming a driver circuit.
【0067】このドライバーモノリシック型のアクティ
ブマトリクス半導体装置は、液晶表示装置やイメージセ
ンサーなどに一般的に用いられる。このドライバーモノ
リシック型のアクティブマトリクス半導体装置は、特
に、それぞれの薄膜トランジスタの目的、特徴が明確で
あり、この発明を用いてそれぞれの目的に合った薄膜ト
ランジスタを作り分けるのに適している。The driver monolithic type active matrix semiconductor device is generally used for a liquid crystal display device, an image sensor and the like. This driver monolithic active matrix semiconductor device has a clear purpose and characteristic of each thin film transistor, and is suitable for making a thin film transistor suitable for each purpose by using the present invention.
【0068】したがって、前述のような理由から、ドラ
イバー回路を構成する薄膜トランジスタの少なくとも一
部(特に高い電流駆動能力が求められるTFT)は、その
チャネル領域が、第1の結晶化領域と第2の結晶化領域
とによって構成される。一方、画素電極スイッチング用
の薄膜トランジスタは、そのチャネル領域が、触媒元素
を用いることなく、非晶質ケイ素膜を溶融固化過程のみ
によって結晶化させた第3の結晶化領域によって構成さ
れている。Therefore, for the above-described reason, at least a part of the thin film transistor constituting the driver circuit (particularly, a TFT requiring a high current driving capability) has a channel region formed between the first crystallized region and the second crystallized region. And a crystallization region. On the other hand, in the thin film transistor for pixel electrode switching, the channel region is constituted by a third crystallized region in which an amorphous silicon film is crystallized only by a melting and solidifying process without using a catalytic element.
【0069】また、他の実施形態の半導体装置の製造方
法は、絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質ケイ
素膜の一部に、その結晶化を促進する触媒元素を選択的
に導入する触媒元素導入工程と、加熱処理を施し、上記
触媒元素が選択的に導入された領域の非晶質ケイ素膜
を、選択的に結晶成長させる第1結晶成長工程と、強光
を照射し、上記選択的に結晶成長させた領域から横方向
(基板と平行な方向)へと、上記選択的に結晶化させた領
域の隣接領域を結晶成長させる第2結晶成長工程と、上
記触媒元素を導入し加熱処理によって結晶成長させた領
域と、強光照射によって横方向に結晶成長させた領域と
を用いて、半導体装置の能動(チャネル)領域を形成する
能動領域形成工程とを少なくとも有する。A method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment is characterized in that a catalytic element for promoting crystallization is selectively introduced into a part of an amorphous silicon film formed on a substrate having an insulating surface. A first crystal growth step of selectively crystal-growing the amorphous silicon film in the region where the catalyst element is selectively introduced, by performing a heat treatment, and irradiating strong light; Lateral direction from the above selectively grown region
(In the direction parallel to the substrate), a second crystal growth step of growing a crystal adjacent to the selectively crystallized region, and a region where the catalyst element is introduced and crystal growth is performed by heat treatment. At least an active region forming step of forming an active (channel) region of the semiconductor device using the region where the crystal is grown laterally by light irradiation.
【0070】この実施形態の製造方法では、触媒元素を
導入し、加熱処理によって結晶成長させた領域と、強光
照射によって横方向に結晶成長させた領域とを用いて、
半導体装置の能動(チャネル)領域を形成している。In the manufacturing method of this embodiment, a region where a catalyst element is introduced and crystal growth is performed by heat treatment and a region where crystal growth is performed in the lateral direction by intense light irradiation are used.
The active (channel) region of the semiconductor device is formed.
【0071】このとき、強光を照射する第2結晶成長工
程において、触媒元素によって結晶化された領域の結晶
性を反映して、溶融固化現象によって、横方向に結晶成
長が生じている。すなわち、強光照射によって、触媒元
素による結晶化領域のミクロ的に良好な結晶成分(柱状
結晶成分)を効率的に引き継ぎ、非晶質状態から結晶成
長する。これにより、触媒元素による結晶化で得られる
ミクロ的に良好な結晶状態と、固相成長結晶化法の特徴
である結晶状態の基板内での良好な均一性と、強光照射
による溶融固化結晶化での低い粒内欠陥密度とを、全て
盛り込んだ状態の非常に高品質な結晶性ケイ素膜が形成
される。At this time, in the second crystal growth step of irradiating strong light, crystal growth occurs in the lateral direction due to the melt-solidification phenomenon, reflecting the crystallinity of the region crystallized by the catalytic element. In other words, the strong light irradiation efficiently takes over the crystallographically favorable crystal components (columnar crystal components) in the crystallization region due to the catalytic element, and grows the crystals from the amorphous state. As a result, the microscopically good crystalline state obtained by crystallization with the catalytic element, the good uniformity of the crystalline state within the substrate, which is a feature of the solid-phase growth crystallization method, and the solidified crystal by intense light irradiation An extremely high-quality crystalline silicon film is formed in which all of the low intragranular defect densities due to the formation of the crystalline silicon film are incorporated.
【0072】そして、この結晶化領域が、半導体装置の
能動(チャネル)領域に確実に含まれるようにアライメン
トして形成する結果、今までにない非常に高性能(特に
電流駆動能力の高い)で、素子間ばらつきの非常に少な
い安定した特性を示す半導体装置が得られる。Then, as a result of forming the crystallization region so as to be surely included in the active (channel) region of the semiconductor device, the crystallization region has extremely high performance (particularly high current driving capability) as never before. Thus, a semiconductor device exhibiting stable characteristics with very little variation between elements can be obtained.
【0073】また、一実施形態の半導体装置の製造方法
は、絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質ケイ素
膜の一部に、その結晶化を促進する触媒元素を選択的に
導入する触媒元素導入工程と、加熱処理を施し、上記触
媒元素が選択的に導入された領域の非晶質ケイ素膜を選
択的に結晶成長させ、さらにその領域から横方向(基板
と平行な方向)へと、その周辺領域を結晶成長させる第
1結晶成長工程と、強光を照射し、上記加熱処理によっ
て横方向に結晶成長させた領域から、さらに横方向(基
板と平行な方向)へと、上記加熱処理によって横方向に
結晶化させた領域の隣接領域を結晶成長させる第2結晶
成長工程と、上記触媒元素を導入し、加熱処理によって
結晶成長させた領域と、強光照射によって横方向に結晶
成長させた領域とを用いて、半導体装置の能動(チャネ
ル)領域を形成する能動領域形成工程とを少なくとも有
する。In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device, a catalytic element for promoting crystallization is selectively introduced into a part of an amorphous silicon film formed on a substrate having an insulating surface. The catalyst element introduction step and heat treatment are performed, and the amorphous silicon film in the region where the catalyst element is selectively introduced is selectively crystal-grown, and further from that region in a lateral direction (a direction parallel to the substrate). And a first crystal growth step of growing a crystal in a peripheral region thereof, and irradiating strong light to further grow the crystal in the horizontal direction by the above-mentioned heat treatment in the horizontal direction (in a direction parallel to the substrate). A second crystal growth step in which a region adjacent to the region crystallized in the lateral direction by the heat treatment is crystal-grown; a region in which the catalyst element is introduced and the crystal is grown in the heat treatment; Using the grown area At least an active region forming step of forming an active (channel) region of the semiconductor device.
【0074】この実施形態の製造方法では、強光照射に
よって、上記加熱処理によって横方向に結晶成長させた
領域から、さらに横方向(基板と平行な方向)へと、上記
加熱処理によって横方向に結晶化させた領域の隣接領域
を結晶成長させる。その後、この強光照射によって横方
向に結晶成長させた領域が含まれるようにして、半導体
装置の能動(チャネル)領域を形成する。In the manufacturing method according to this embodiment, the region where the crystal is grown in the lateral direction by the heat treatment is further irradiated in the lateral direction (in a direction parallel to the substrate) by the strong light irradiation. A crystal is grown in a region adjacent to the crystallized region. Thereafter, an active (channel) region of the semiconductor device is formed so as to include the region where the crystal is grown laterally by the intense light irradiation.
【0075】この実施形態の半導体装置の製造方法にお
いても、触媒元素を導入し加熱処理によって結晶化され
た領域の結晶性ケイ素膜の結晶性が、溶融固化による結
晶化の際のシード領域であり、重要である。なぜなら、
シード領域の結晶性が低ければ、強光照射による溶融固
化で得られる結晶性も、これを反映して低いものとな
り、半導体装置の特性を低下させることになるからであ
る。Also in the method of manufacturing a semiconductor device according to this embodiment, the crystallinity of the crystalline silicon film in the region crystallized by the heat treatment with the introduction of the catalytic element is the seed region at the time of crystallization by melt-solidification. ,is important. Because
This is because if the crystallinity of the seed region is low, the crystallinity obtained by melting and solidifying by intense light irradiation is also low reflecting this, and the characteristics of the semiconductor device are degraded.
【0076】このシード領域(すなわち触媒元素によっ
て加熱処理で結晶化される結晶性ケイ素膜)の結晶性
を、さらに高める方法として、上記方法が有効なのであ
る。The above method is effective as a method for further increasing the crystallinity of the seed region (that is, the crystalline silicon film crystallized by the heat treatment with the catalytic element).
【0077】すなわち、この実施形態では、非晶質ケイ
素膜の一部に選択的に触媒元素を導入し加熱すること
で、他の部分を非晶質ケイ素膜の状態として残したま
ま、選択的に触媒元素が導入された領域のみを結晶化
し、そして、さら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な領域となって
いる。That is, in this embodiment, by selectively introducing a catalytic element into a part of the amorphous silicon film and heating it, the other part is selectively left in the amorphous silicon film state. By crystallizing only the region into which the catalytic element has been introduced, and further extending the heating time, the crystal is grown in the lateral direction (the direction parallel to the substrate) from the introduced region. Inside this lateral crystal growth region, columnar crystals whose growth directions are substantially aligned in one direction are clinging together,
This is a region having better crystallinity as compared with a region where a catalyst element is directly introduced and crystal nuclei are randomly generated.
【0078】よって、この実施形態において、この横方
向結晶成長領域の結晶性ケイ素膜を、強光照射に際のシ
ード領域とすることによって、さらに強光照射による結
晶成長領域の結晶性を高めることができ、半導体装置を
さらに高性能化できる。Therefore, in this embodiment, the crystalline silicon film in the lateral crystal growth region is used as a seed region for intense light irradiation to further enhance the crystallinity of the crystal growth region by intense light irradiation. And the performance of the semiconductor device can be further improved.
【0079】また、他の実施形態の半導体装置の製造方
法は、上記半導体装置の製造方法において、上記非晶質
ケイ素膜への選択的な触媒元素の導入は、非晶質ケイ素
膜上に、選択的に触媒元素が導入される領域が開口され
てなるマスクを形成した後に行われ、上記マスクの平面
的な形状は、所定間隔を隔てて並列に並んでいる線状の
ライン&スペース形状である。Further, in another embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device, the method for manufacturing a semiconductor device according to the above-described method, wherein the selective introduction of a catalytic element into the amorphous silicon film is performed by: This is performed after forming a mask in which a region into which a catalytic element is selectively introduced is opened. The planar shape of the mask is a linear line & space shape arranged in parallel at a predetermined interval. is there.
【0080】この実施形態の製造方法では、強光照射に
よって、触媒元素を導入し加熱処理によって結晶化され
た領域をシード領域として、その隣接領域を結晶化する
ので、触媒元素によって結晶化されたシード領域と、強
光照射によって結晶化される領域との位置関係(配置)が
重要となる。すなわち、先の工程で行われる非晶質ケイ
素膜への選択的な触媒元素の導入パターンがポイントと
なる。In the manufacturing method of this embodiment, the region crystallized by the heat treatment is introduced by intense light irradiation, and the region crystallized by the heat treatment is used as a seed region to crystallize the adjacent region. The positional relationship (arrangement) between the seed region and the region that is crystallized by intense light irradiation is important. That is, the point is the pattern of selective introduction of the catalytic element into the amorphous silicon film performed in the previous step.
【0081】この実施形態では、非晶質ケイ素膜への選
択的な触媒元素の導入は、非晶質ケイ素膜上に、選択的
に触媒元素が導入される領域が開口されてなるマスクを
形成した後に行われ、そのマスクの平面的な形状は、そ
れぞれが線状であり、かつ、それぞれが並列に並んでい
るライン&スペース形状である。この実施形態のよう
に、例えば、フォトリソグラフィーによって形成された
マスクを設けることで、そのライン幅およびスペース幅
を正確に制御することが可能となり、後に、半導体装置
の能動(チャネル)領域に対する位置合わせを精度よく行
える。In this embodiment, the selective introduction of the catalytic element into the amorphous silicon film is achieved by forming a mask on the amorphous silicon film in which a region where the catalytic element is selectively introduced is opened. After that, the planar shape of the mask is a line and space shape in which each is linear and each is arranged in parallel. As in this embodiment, for example, by providing a mask formed by photolithography, it becomes possible to accurately control the line width and the space width, and to perform alignment with the active (channel) region of the semiconductor device later. Can be performed with high accuracy.
【0082】また、このときのマスクの平面的な形状
が、それぞれ線状であり、かつ、それぞれが並列に並ん
でいるライン&スペース形状であるから、非晶質ケイ素
膜への触媒元素の選択的な導入が線状に行われる。その
後、加熱処理によって、非晶質ケイ素膜を線状に選択的
に結晶成長させると共に、残存する非晶質(未結晶化)領
域も線状となる。In this case, since the planar shape of the mask at this time is a linear shape and each is a line and space shape arranged in parallel, the selection of the catalyst element for the amorphous silicon film is performed. Introduction is performed linearly. Thereafter, the amorphous silicon film is selectively crystallized linearly by heat treatment, and the remaining amorphous (uncrystallized) region is also linearized.
【0083】この実施形態では、触媒元素を用いて線状
に結晶化した領域によって両側から挟まれるように、線
状の非晶質(未結晶化)領域を存在させ、それに強光を照
射して、隣接する結晶化領域から、横方向(基板と平行
な方向)へと結晶成長させる。すなわち、強光照射によ
って結晶化される残存非晶質(未結晶化)領域が、触媒元
素による結晶化領域によって、線状に挟まれて配置され
る。このことで、強光照射の際に、上記残存非晶質(未
結晶化)領域の両脇の結晶化領域から(すなわち2方向か
ら)、横方向結晶成長が行われる。In this embodiment, a linear amorphous (non-crystallized) region is provided so as to be sandwiched from both sides by a region crystallized linearly using a catalytic element, and is irradiated with strong light. Then, the crystal is grown laterally (in a direction parallel to the substrate) from the adjacent crystallization region. That is, the remaining amorphous (non-crystallized) regions that are crystallized by intense light irradiation are linearly sandwiched between the crystallized regions by the catalytic element. Thus, in the case of intense light irradiation, lateral crystal growth is performed from crystallized regions on both sides of the remaining amorphous (uncrystallized) region (that is, from two directions).
【0084】これにより、隣接する触媒元素によって結
晶化された領域の結晶性を効率良く、かつ、広面積にわ
たって反映することが可能となる。Thus, it is possible to efficiently reflect the crystallinity of the region crystallized by the adjacent catalyst element over a wide area.
【0085】また、このような形状であれば、強光照射
による横方向の結晶化の際、その線幅方向あるいは短辺
方向に沿った方向での一次元的な結晶成長が行われ、結
晶成長が安定すると共に、結晶粒界の制御が行い易くな
る。With such a shape, one-dimensional crystal growth is performed in the direction along the line width direction or the short side direction during lateral crystallization by intense light irradiation. The growth is stabilized, and the control of crystal grain boundaries becomes easier.
【0086】また、このときのマスクの線幅と線状マス
ク間のスペース幅との設定によって、シード領域(触媒
元素によって結晶化された領域)の幅を小さくして、強
光照射によってそこから横方向に結晶成長させた領域の
面積比を大きくすることが可能である。したがって、強
光照射によって触媒元素の結晶化領域の結晶性を反映し
て形成された高品質な結晶性ケイ素膜を、比較的広面積
の領域として得ることができ、半導体装置を高性能化で
きるだけでなく、その素子領域のレイアウトが容易とな
る。Also, by setting the line width of the mask and the space width between the linear masks at this time, the width of the seed region (the region crystallized by the catalytic element) is reduced. It is possible to increase the area ratio of the region where the crystal is grown in the lateral direction. Accordingly, a high-quality crystalline silicon film formed by reflecting the crystallinity of the crystallized region of the catalytic element by intense light irradiation can be obtained as a region having a relatively large area, and the performance of the semiconductor device can be improved. Instead, the layout of the element region is facilitated.
【0087】また、一実施形態は、上記半導体装置の製
造方法において、上記触媒元素導入工程で、線状のマス
クを用いて、上記触媒元素を上記非晶質ケイ素膜に選択
的に導入し、上記第1結晶成長工程で、加熱処理によっ
て、上記マスクに覆われていない領域の非晶質ケイ素膜
を結晶化する一方、上記マスクに覆われた領域は非晶質
状態のままとし、上記第2結晶成長工程で、強光を照射
して、上記マスクに覆われた非晶質領域を結晶化するに
際し、上記マスクのパターンの線幅(短辺方向の幅)を、
上記マスクに覆われていた非晶質領域が、隣接する上記
触媒元素による結晶成長領域の結晶性を引き継いで、結
晶成長が行われる幅の最大値以下とする。In one embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor device, the catalyst element is selectively introduced into the amorphous silicon film using a linear mask in the catalyst element introduction step. In the first crystal growth step, the amorphous silicon film in the region not covered by the mask is crystallized by heat treatment, while the region covered by the mask is kept in an amorphous state. In the two-crystal growth step, when irradiating strong light to crystallize the amorphous region covered with the mask, the line width (width in the short side direction) of the pattern of the mask is
The amorphous region covered by the mask inherits the crystallinity of the crystal growth region formed by the adjacent catalyst element and is set to be equal to or less than the maximum width in which crystal growth is performed.
【0088】この実施形態で、重要なポイントとなるの
は、上記触媒元素による加熱処理での選択的な結晶成長
後において、上記選択的に結晶成長した領域に挟まれ
て、あるいは囲まれて残存している線状の非晶質(未結
晶化)領域の幅である。この線幅(短辺方向の幅)は、強
光照射において、隣接する上記触媒元素による結晶成長
領域の結晶性を引き継いで、結晶成長が行われる幅以下
であることが必要である。これによって、強光照射によ
って触媒元素の結晶化領域をシードとして結晶化された
高品質結晶性ケイ素膜で、その領域内が満たされる。An important point in this embodiment is that, after the selective crystal growth by the heat treatment with the catalytic element, the remaining region is sandwiched or surrounded by the selectively grown region. This is the width of the linear amorphous (non-crystallized) region. The line width (width in the short side direction) needs to be equal to or less than the width at which crystal growth is performed by taking over the crystallinity of the crystal growth region by the adjacent catalyst element in the intense light irradiation. Thus, the region is filled with a high-quality crystalline silicon film crystallized by intense light irradiation using the crystallized region of the catalyst element as a seed.
【0089】強光照射による結晶化でもって、非晶質領
域が優先的に溶融し、それらが結晶化領域の良好な結晶
成分のみを反映して結晶化されるが、残存している非晶
質領域の大きさが大きいところでは、結晶化領域の良好
な結晶成分を引き継ぐ前に、その領域が固化結晶化して
しまう。もしも、上記線幅あるいは短辺方向の幅が、上
記幅の最大値以上であると、その領域内には、非晶質状
態から強光照射によって直接的に結晶化された従来の強
光照射のみによる結晶性ケイ素膜が、混在することにな
る。このことは、半導体装置の特性を低下させるだけで
なく、特性ばらつきをも増大させる。The crystallization by intense light irradiation causes the amorphous regions to melt preferentially, and these are crystallized by reflecting only the good crystal components in the crystallized regions. Where the size of the crystalline region is large, the region is solidified and crystallized before taking over a good crystal component of the crystallized region. If the line width or the width in the short side direction is equal to or greater than the maximum value of the width, the conventional strong light irradiation directly crystallized from the amorphous state by the strong light irradiation in the region. The crystalline silicon film formed only by the mixture is mixed. This not only reduces the characteristics of the semiconductor device, but also increases the variation in characteristics.
【0090】こういった点から、この実施形態の製造方
法においては、触媒元素の導入のための線状のマスクの
線幅を、この線状のマスクに覆われていた非晶質領域
が、隣接する触媒元素による結晶成長領域の結晶性を引
き継いで、結晶成長が行われる最大幅以下とした。From the above points, in the manufacturing method of this embodiment, the line width of the linear mask for introducing the catalytic element is changed by changing the amorphous region covered by the linear mask to By taking over the crystallinity of the crystal growth region by the adjacent catalyst element, the width is set to be equal to or less than the maximum width in which crystal growth is performed.
【0091】また、他の実施形態は、上記半導体装置の
製造方法において、上記線状のマスクは、そのパターン
の線幅(短辺方向の幅)が、6μm以下である。In another embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor device, the linear mask has a pattern line width (width in a short side direction) of 6 μm or less.
【0092】この実施形態では、上記触媒元素による加
熱処理での選択的な結晶成長後において、選択的に結晶
成長した領域に挟まれて(あるいは囲まれて)残存してい
る略線状の非晶質(未結晶化)領域の線幅(あるいは短辺
方向の幅)が、6μm以下である。In this embodiment, after the selective crystal growth by the heat treatment with the catalytic element, a substantially linear non-linear portion remaining (or surrounded) by the region where the selective crystal growth has taken place. The line width (or the width in the short side direction) of the crystalline (non-crystallized) region is 6 μm or less.
【0093】上記線幅が6μm以下であれば、強光照射
において、隣接する上記触媒元素による結晶成長領域の
結晶性を引き継いで、結晶成長が行われ、その領域内は
全て、強光照射によって触媒元素の結晶化領域をシード
として結晶化された高品質結晶性ケイ素膜で満たされ
る。この線幅の値6μmは、本発明者らが実際に行った
実験結果から得られた値である。When the line width is 6 μm or less, crystal growth is performed by taking over the crystallinity of the crystal growth region of the adjacent catalyst element in the intense light irradiation, and the entire region is irradiated with the intense light. It is filled with a high-quality crystalline silicon film crystallized using the crystallization region of the catalyst element as a seed. This line width value of 6 μm is a value obtained from the results of experiments actually performed by the present inventors.
【0094】ここで、図16に、上記実験の結果データ
ーを示す。図16(A)は、ラマン分光法によって、結晶
性ケイ素膜の結晶性そのものを調べた実験結果を示して
いる。また、図16(B)は、その結晶性ケイ素膜で作製
されたTFTの電界効果移動度を示している。この実験
では、具体的に、長辺の長さを500μmに固定し、短
辺の長さを2μmから16μmに振った矩形状パターン
に、非晶質ケイ素膜を残存させた。そして、その非晶質
ケイ素膜の中央部を、1μmφの空間分解能のラマン分
光を用いて測定した。FIG. 16 shows the result data of the above experiment. FIG. 16A shows an experimental result obtained by examining the crystallinity itself of a crystalline silicon film by Raman spectroscopy. FIG. 16B shows the field-effect mobility of a TFT manufactured using the crystalline silicon film. In this experiment, specifically, the length of the long side was fixed at 500 μm, and the amorphous silicon film was left in a rectangular pattern in which the length of the short side was varied from 2 μm to 16 μm. The center of the amorphous silicon film was measured using Raman spectroscopy with a spatial resolution of 1 μmφ.
【0095】TFTの場合には、チャネル方向を短辺方
向に合わせ、チャネル長を2μmと固定して、上記残存
非晶質領域の矩形パターンの中央部に配置した。図16
(A)の縦軸は、ラマンシフトの波数である。この図16
(A)では、短辺方向の長さが、6μmを境として、それ
以上ではラマンシフト波数が516cm-1へと低下して
いる。これは、強光照射によって、非晶質状態から直
接、溶融固化で結晶化した状態を示している。In the case of a TFT, the channel direction was aligned with the short side direction, the channel length was fixed at 2 μm, and the TFT was disposed at the center of the rectangular pattern of the remaining amorphous region. FIG.
The vertical axis of (A) is the wave number of Raman shift. This FIG.
In (A), the Raman shift wave number decreases to 516 cm -1 when the length in the short side direction is at or above the boundary of 6 μm. This shows a state in which the amorphous state is directly melt-solidified and crystallized by intense light irradiation.
【0096】これに対して、本実施形態の触媒元素によ
る結晶化領域の結晶性を反映して横方向に結晶化したケ
イ素膜は、ラマンシフト波数が、約518cm-1程度の
比較的高波数であり、短辺方向の幅が6μm以下の場合
には、その中央部まで、触媒元素による結晶化領域をシ
ード領域とした結晶成長が行われていることがわかる。
すなわち、片側より3μm以内の長さであれば、隣接結
晶化領域の結晶性や反映した結晶成長が行われている訳
である。On the other hand, the silicon film crystallized in the lateral direction reflecting the crystallinity of the crystallized region by the catalytic element of the present embodiment has a Raman shift wave number of about 518 cm -1 and a relatively high wave number. When the width in the short side direction is 6 μm or less, it can be understood that the crystal growth using the crystallization region by the catalytic element as the seed region is performed up to the center.
That is, if the length is within 3 μm from one side, the crystallinity of the adjacent crystallized region and the crystal growth reflecting the length are performed.
【0097】図16(B)は、その結晶性ケイ素膜で作製
したTFTの電界効果移動度を示す特性で、やはり非晶
質領域の短辺方向の長さが6μmを越えると、電界効果
移動度の低下が見られ、ばらつきも大きくなっているの
がわかる。その原因は、もちろん、図16(A)に示すよ
うに、従来の強光照射による結晶が現れ出すからであ
る。したがって、この実施形態の製造方法においては、
触媒元素の導入のためのそれぞれの線状のマスクパター
ンの線幅を、6μm以下にしている。FIG. 16B shows the characteristics showing the field effect mobility of the TFT made of the crystalline silicon film. When the length of the amorphous region in the short side direction exceeds 6 μm, the field effect mobility is also increased. It can be seen that the degree of reduction is seen and the variation is also large. The reason is, as shown in FIG. 16A, of course, because a crystal by conventional intense light irradiation appears. Therefore, in the manufacturing method of this embodiment,
The line width of each linear mask pattern for introducing a catalytic element is set to 6 μm or less.
【0098】また、一実施形態は、上記半導体装置の製
造方法において、上記触媒元素導入工程で、上記非晶質
ケイ素膜上に設けられた線状のマスクを用いて、上記非
晶質ケイ素膜に上記触媒元素を選択的に導入し、上記第
1結晶成長工程で、上記触媒元素が選択的に導入された
領域の非晶質ケイ素膜を、加熱処理によって、選択的に
結晶成長させ、さらにその領域から横方向(基板と平行
な方向)へとマスク下の周辺領域を結晶成長させ、この
マスク下の領域で、非晶質領域が一部残存した状態で、
上記結晶成長を停止させ、上記第2結晶成長工程で、強
光を照射して、上記残存した非晶質領域を結晶化させる
に際し、上記加熱処理で横方向に結晶成長した領域に挟
まれて存在する線状の非晶質領域の線幅(短辺方向の幅)
を、上記非晶質領域が、隣接する上記触媒元素による結
晶成長領域の結晶性を引き継いで、結晶成長が行われる
最大幅以下とする。In one embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor device, in the step of introducing a catalytic element, the amorphous silicon film is formed by using a linear mask provided on the amorphous silicon film. And selectively growing the amorphous silicon film in a region where the catalyst element has been selectively introduced by heat treatment in the first crystal growth step. From that region, a peripheral region under the mask is crystal-grown in the lateral direction (a direction parallel to the substrate), and in the region under the mask, with a part of the amorphous region remaining,
The crystal growth is stopped, and in the second crystal growth step, strong light is irradiated to crystallize the remaining amorphous region. Line width of existing linear amorphous region (width in the short side direction)
Is set to be equal to or less than the maximum width in which the amorphous region takes over the crystallinity of the crystal growth region formed by the adjacent catalyst element and crystal growth is performed.
【0099】この実施形態では、先述の実施形態での説
明と同じ理由によって、上記加熱処理で横方向に結晶成
長した領域に挟まれて存在する線状の非晶質領域の線幅
(短辺方向の幅)を、上記非晶質領域が、隣接する上記触
媒元素による結晶成長領域の結晶性を引き継いで、結晶
成長が行われる最大幅以下とした。これにより、強光照
射によって触媒元素の結晶化領域をシードとして結晶化
された高品質結晶性ケイ素膜で、非晶質であった領域内
が満たされる。In this embodiment, for the same reason as described in the above-described embodiment, the line width of the linear amorphous region interposed between the regions where the crystal has grown in the lateral direction by the heat treatment is used.
The (width in the short side direction) is set to be equal to or less than the maximum width in which the amorphous region takes over the crystallinity of the crystal growth region formed by the adjacent catalyst element and crystal growth is performed. Accordingly, the amorphous region is filled with the high-quality crystalline silicon film crystallized by intense light irradiation using the crystallized region of the catalyst element as a seed.
【0100】また、他の実施形態は、上記半導体装置の
製造方法において、上記加熱処理で横方向に結晶成長し
た領域に挟まれて存在する線状の非晶質領域の線幅(短
辺方向の幅)を、6μm以下とする。In another embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor device, the line width (in the short side direction) of the linear amorphous region interposed between the regions crystallized in the lateral direction by the heat treatment is provided. Is 6 μm or less.
【0101】この実施形態では、先述の実施形態での説
明と同じ理由によって、上記加熱処理で横方向に結晶成
長した領域に挟まれて存在する線状の非晶質領域の線幅
(短辺方向の幅)を、6μm以下とした。これにより、強
光照射によって触媒元素の結晶化領域をシードとして結
晶化された高品質結晶性ケイ素膜で、非晶質であった領
域内が満たされる。In this embodiment, for the same reason as described in the above-described embodiment, the line width of the linear amorphous region sandwiched between the regions crystallized in the lateral direction by the above-mentioned heat treatment is used.
(Width in the short side direction) was 6 μm or less. Accordingly, the amorphous region is filled with the high-quality crystalline silicon film crystallized by intense light irradiation using the crystallized region of the catalyst element as a seed.
【0102】また、一実施形態は、上記半導体装置の製
造方法において、ライン&スペース形状の線状マスクで
もって、上記触媒元素を上記非晶質ケイ素膜へ選択的に
導入し、このライン&スペース形状の線状マスクは、そ
の線方向(ラインに平行な方向)が、能動(チャネル)領域
において、半導体装置としてのキャリアが流れる方向
(チャネル方向)と、略平行となるように形成する。In one embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor device, the catalyst element is selectively introduced into the amorphous silicon film by using a line-and-space linear mask. In a linear mask having a shape, the line direction (the direction parallel to the line) is the direction in which carriers as a semiconductor device flow in an active (channel) region.
(In the channel direction).
【0103】強光照射による横方向への結晶成長は、上
記ライン&スペース形状の線状マスクのパターンにおい
て、その線方向(ラインに平行な方向)に対して、垂直方
向に生じる。したがって、強光照射によって、それぞれ
両脇のシードとなる結晶化領域より結晶成長してきた領
域(第2結晶化領域)が、その中央部においてぶつかり合
い、結晶成長境界が形成される。すなわち、上記のよう
なライン&スペース形状の線状マスクのパターンを用
い、触媒元素を選択導入した場合、強光照射によって結
晶成長された線状領域の中央部において、その線方向に
平行に結晶成長境界が形成される訳である。この成長境
界は、全く逆の方向からそれぞれの結晶領域が進行しぶ
つかり合ったものであり、Si原子の結合が完全に途絶
え、半導体装置におけるキャリアに対して、非常に大き
なトラップあるいは散乱中心となっている。したがっ
て、本実施形態の製造方法では、触媒元素の導入を行う
ライン&スペース形状の線状マスクのパターンの線方向
(ラインに平行な方向)に対して、後の能動(チャネル)領
域におけるキャリアの流れる方向(チャネル方向)を、概
略平行となるようにした。これによって、キャリアは、
この成長境界をまたぐことなくチャネルを移動すること
ができるようになり、この成長境界による悪影響を防ぐ
ことができ、より高い電流駆動力をもつ高性能な半導体
装置を実現できる。Crystal growth in the horizontal direction due to strong light irradiation occurs in a direction perpendicular to the line direction (the direction parallel to the line) in the line-and-space-shaped linear mask pattern. Therefore, the regions (second crystallized regions) that have grown from the crystallized regions serving as seeds on both sides by the strong light irradiation collide with each other at the center thereof, thereby forming a crystal growth boundary. That is, when the catalyst element is selectively introduced using the pattern of the linear mask having the line and space shape as described above, the crystal is grown parallel to the line direction at the center of the linear region grown by the strong light irradiation. That is, a growth boundary is formed. This growth boundary is such that the crystal regions advance and collide from completely opposite directions, the bond of Si atoms is completely interrupted, and a very large trap or scattering center is generated for carriers in the semiconductor device. ing. Therefore, in the manufacturing method of the present embodiment, the line direction of the pattern of the line-and-space-shaped linear mask for introducing the catalytic element is used.
The direction in which carriers flow in the subsequent active (channel) region (the channel direction) was made substantially parallel to (the direction parallel to the line). This allows the carrier
The channel can be moved without straddling the growth boundary, adverse effects due to the growth boundary can be prevented, and a high-performance semiconductor device having a higher current driving force can be realized.
【0104】また、一実施形態は、上記半導体装置の製
造方法において、上記触媒元素を導入し加熱処理によっ
て結晶成長させた領域と、強光照射によってその領域を
シードとして横方向に結晶成長させた領域とを用いて、
半導体装置の能動(チャネル)領域を形成する能動領域形
成工程において、それぞれの結晶化領域は、ライン&ス
ペース状に隣接しており、強光照射によって結晶成長さ
せた線状の領域が、少なくとも2本以上、上記半導体装
置の能動(チャネル)領域に含まれるように、半導体装置
のチャネル幅およびそれぞれの結晶化領域の線幅(短辺
方向の幅)を設定する。In one embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor device, the catalyst element is introduced and crystal growth is performed in a lateral direction using the region as a seed by crystal growth by heat treatment and irradiation with strong light. Using the area
In an active region forming step of forming an active (channel) region of a semiconductor device, the respective crystallized regions are adjacent to each other in a line-and-space shape, and at least two linear regions crystal-grown by intense light irradiation are formed. As described above, the channel width of the semiconductor device and the line width (width in the short side direction) of each crystallization region are set so as to be included in the active (channel) region of the semiconductor device.
【0105】この実施形態では、強光照射によって結晶
成長させた線状の領域が、少なくとも2本以上、上記半
導体装置の能動(チャネル)領域に含まれるように、半導
体装置のチャネル幅およびそれぞれの結晶化領域の線幅
(短辺方向の幅)を設定した。In this embodiment, the channel width of the semiconductor device and the respective linear regions grown by intense light irradiation are included in at least two active (channel) regions of the semiconductor device. Line width of crystallized area
(Width in the short side direction) was set.
【0106】本実施形態の半導体装置においては、触媒
元素による結晶化領域をシードとして強光照射によって
形成される高品質な結晶化領域によって半導体装置の高
性能化を図る。しかしながら、前述のようにこれらの領
域は大面積にわたって形成できるものではないため、本
実施形態では、触媒元素による結晶化領域と、それをシ
ードとして強光照射によって形成される高品質な結晶化
領域とによって能動(チャネル)領域が形成される。よっ
て、強光照射による高品質な結晶化領域は、チャネル領
域に多く含まれるほど良いが、その面積比がばらつくと
特性ばらつきが生じる原因となる。このばらつきは、本
実施形態のような配置では、強光照射によって結晶化さ
れた線状領域の本数という形でコントロールできる。In the semiconductor device of this embodiment, the performance of the semiconductor device is improved by a high-quality crystallized region formed by intense light irradiation using the crystallized region formed by the catalytic element as a seed. However, as described above, since these regions cannot be formed over a large area, in the present embodiment, a crystallized region formed by a catalytic element and a high-quality crystallized region formed by intense light irradiation using the same as a seed. Thus, an active (channel) region is formed. Therefore, the higher the quality of the crystallized region due to the irradiation of strong light, the better the channel region is included. However, a variation in the area ratio causes variation in characteristics. In the arrangement as in the present embodiment, this variation can be controlled in the form of the number of linear regions crystallized by intense light irradiation.
【0107】したがって、半導体素子に要求される電流
駆動能力を考慮に入れて、能動(チャネル)領域に含まれ
る線状の結晶成長領域を、少なくとも2本以上にするこ
とで、特性ばらつきを実用的なレベルに抑えることがで
き、最低限の特性安定性と半導体装置の高性能化を確保
できる。Therefore, by taking into account the current driving capability required of the semiconductor element, the number of linear crystal growth regions included in the active (channel) region should be at least two or more, so that the characteristic variation can be reduced to a practical level. Level, and the minimum characteristic stability and high performance of the semiconductor device can be secured.
【0108】また、一実施形態は、上記半導体装置の製
造方法において、上記第1結晶成長工程における加熱処
理の温度を、非晶質ケイ素膜自体による結晶核の自然発
生が起こらず、触媒元素による結晶核のみが発生し、触
媒元素による結晶成長のみが進行するような温度に設定
する。In one embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor device, the temperature of the heat treatment in the first crystal growth step is controlled by a catalyst element without spontaneous generation of crystal nuclei due to the amorphous silicon film itself. The temperature is set such that only crystal nuclei are generated and only crystal growth by the catalytic element proceeds.
【0109】この実施形態では、非晶質ケイ素膜に触媒
元素を選択的に導入した後、結晶化させるための加熱処
理の温度を、非晶質ケイ素膜自体による結晶核の自然発
生が起こらず、触媒元素による結晶核のみが発生し、進
行するような温度とした。In this embodiment, after the catalyst element is selectively introduced into the amorphous silicon film, the temperature of the heat treatment for crystallization is adjusted so that the crystal nuclei are not spontaneously generated by the amorphous silicon film itself. The temperature was such that only crystal nuclei due to the catalytic element were generated and proceeded.
【0110】本実施形態では、触媒元素による加熱処理
での結晶化後も非晶質ケイ素膜領域を残存させ、そこに
強光を照射して、結晶成長させる。しかし、上記加熱処
理の温度があまりに高いと、非晶質ケイ素膜自体の自然
核発生が起こり、結晶成長が始まる。自然発生核は、触
媒元素に依存せず、その結晶状態も従来の触媒元素を用
いない固相成長によって得られた欠陥の多い双晶構造に
なる。In this embodiment, the amorphous silicon film region is left even after crystallization by the heat treatment with the catalytic element, and the region is irradiated with intense light to grow the crystal. However, if the temperature of the heat treatment is too high, natural nucleation of the amorphous silicon film itself occurs, and crystal growth starts. The spontaneous nucleus does not depend on the catalytic element, and its crystal state has a twin structure with many defects obtained by conventional solid phase growth without using the catalytic element.
【0111】したがって、触媒元素による結晶化時に、
その非晶質領域に熱処理によって自然発生した結晶核が
存在すると、強光照射工程において、隣接する触媒元素
による結晶化領域の結晶性を引き継いで結晶成長する前
に、それら自然発生核の結晶を引き継いだ結晶成長が生
じてしまう。このため、本発明の効果が得られなくな
る。Therefore, at the time of crystallization by the catalytic element,
If there is a crystal nucleus naturally generated by the heat treatment in the amorphous region, in the intense light irradiation step, the crystal of the naturally-occurring nucleus is grown before taking over the crystallinity of the crystallized region due to the adjacent catalyst element. Inherited crystal growth occurs. Therefore, the effects of the present invention cannot be obtained.
【0112】さらに、本実施形態は、触媒元素を用い結
晶化された領域におけるミクロ的に良好な結晶状態を利
用するものである点を考えても、このときの加熱処理温
度としては、最低でも触媒元素による結晶核が発生し、
触媒元素による結晶成長が進行する温度以上である必要
がある。Furthermore, considering that the present embodiment utilizes a microscopically good crystalline state in a region crystallized using a catalytic element, the heat treatment temperature at this time should be at least as low as possible. Crystal nuclei are generated by the catalytic element,
The temperature must be higher than the temperature at which crystal growth by the catalytic element proceeds.
【0113】また、他の実施形態は、上記半導体装置の
製造方法において、上記加熱処理は、520℃から58
0℃の範囲の温度で行なう。In another embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor device, the heat treatment is performed at 520 ° C. to 58 ° C.
Perform at a temperature in the range of 0 ° C.
【0114】具体的に、触媒元素による結晶成長が起こ
り始める温度としては、520℃程度であり、非晶質ケ
イ素膜に触媒元素によらない自然核発生が生じる温度は
約580℃である。後者は、非晶質ケイ素膜の膜質にも
大きく左右されるが、本実施形態に有効なプラズマCV
D法による非晶質ケイ素膜を考えた場合、ほぼ上記値と
なる。したがって、非晶質ケイ素膜自体による結晶核の
自然発生が起こらず、触媒元素による結晶核のみが発生
し、触媒元素による結晶成長のみが進行するような加熱
処理温度としては、520℃から580℃の範囲が最も
適している。Specifically, the temperature at which crystal growth by the catalytic element starts to occur is about 520 ° C., and the temperature at which spontaneous nucleus generation in the amorphous silicon film independent of the catalytic element is about 580 ° C. The latter greatly depends on the film quality of the amorphous silicon film, but the plasma CV effective for this embodiment is effective.
When the amorphous silicon film by the method D is considered, the above value is almost the same. Therefore, the heat treatment temperature at which the crystal nucleus is not spontaneously generated by the amorphous silicon film itself, only the crystal nucleus by the catalytic element is generated, and only the crystal growth by the catalytic element proceeds, is from 520 ° C. to 580 ° C. The range is most suitable.
【0115】また、一実施形態は、上記半導体装置の製
造方法において、上記第2結晶成長工程における強光の
強度を、非晶質(未結晶化)領域は完全に溶融する一方、
触媒元素によって結晶化された領域は完全に溶融せず、
少なくとも元の結晶状態が失われないような範囲の強度
に設定する。In one embodiment, in the method for manufacturing a semiconductor device, the intensity of the intense light in the second crystal growth step is set such that the amorphous (uncrystallized) region is completely melted,
The region crystallized by the catalytic element does not completely melt,
The strength is set at least in such a range that the original crystal state is not lost.
【0116】強光を照射する工程について、この強光の
強度が小さければ、ケイ素膜はほとんど溶融されず、残
存非晶質領域が結晶化領域の結晶性を反映して十分に結
晶成長されない。また、このときの強光の強度が大きけ
れば、結晶化領域において触媒元素によって得られた結
晶性が完全に失われ、すなわち、リセットされてしま
う。こうなると、全面的に従来のレーザー結晶化で得ら
れる結晶性ケイ素膜と同等になっていしまい、性能が低
下するだけでなく、本来、レーザー結晶化が有している
不均一性の問題点が発生する。すなわち、どちらにして
も、この強光を照射する工程における強光の強度次第
で、本発明の効果が全く得られなくなってしまう。した
がって、本発明における強光照射の強度は非常に重要で
ある。In the step of irradiating the strong light, if the intensity of the strong light is low, the silicon film is hardly melted, and the remaining amorphous region does not grow sufficiently in crystallizing reflecting the crystallinity of the crystallized region. If the intensity of the strong light at this time is large, the crystallinity obtained by the catalyst element in the crystallization region is completely lost, that is, the crystallinity is reset. In this case, the entire surface becomes equivalent to the crystalline silicon film obtained by conventional laser crystallization, not only the performance is reduced, but also the problem of non-uniformity inherently possessed by laser crystallization. appear. That is, in any case, the effect of the present invention cannot be obtained at all depending on the intensity of the strong light in the step of irradiating the strong light. Therefore, the intensity of intense light irradiation in the present invention is very important.
【0117】したがって、本実施形態の製造方法におい
て、上記隣接領域を結晶成長させる工程における強光の
強度を、非晶質(未結晶化)領域が完全に溶融するが、触
媒元素によって結晶化された領域は完全に溶融せず、少
なくとも元の結晶状態が失われないような範囲の強度と
した。このような範囲内でないと、本実施形態の効果が
大きく損なわれる。Therefore, in the manufacturing method of the present embodiment, the intensity of intense light in the step of growing the adjacent region by crystal growth is reduced by the fact that the amorphous (non-crystallized) region is completely melted but crystallized by the catalytic element. The region was not completely melted and had a strength in a range such that at least the original crystal state was not lost. If it is not within such a range, the effect of the present embodiment is greatly impaired.
【0118】また、他の実施形態は、上記半導体装置の
製造方法において、上記第2結晶成長工程で、強光とし
て、波長400nm以下のエキシマレーザー光を用い、
ケイ素膜表面に対するエネルギー密度が200〜450
mJ/cm2となる範囲内で、強光を照射する。In another embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor device, an excimer laser beam having a wavelength of 400 nm or less is used as intense light in the second crystal growth step.
The energy density with respect to the silicon film surface is 200 to 450
Irradiate strong light within the range of mJ / cm 2 .
【0119】本実施形態において、具体的に使用される
強光としては、波長400nm以下のエキシマレーザー
光が最も適している。波長400nm以下であれば、ケ
イ素膜に対する吸収係数が極めて高く、ガラス基板に熱
的ダメージを与えることなく、ケイ素膜のみを瞬時に加
熱できる。また、エキシマレーザー光は発振出力が大き
く、大面積基板を処理するのに適している。In the present embodiment, the most suitable intense light is excimer laser light having a wavelength of 400 nm or less. If the wavelength is 400 nm or less, the absorption coefficient for the silicon film is extremely high, and only the silicon film can be instantaneously heated without thermally damaging the glass substrate. Excimer laser light has a large oscillation output and is suitable for processing a large-area substrate.
【0120】その中でも、特に、波長308nmのXe
Clエキシマレーザー光は出力が大きいから、基板照射
時のビームサイズを大きくでき、大面積基板に対応し易
く、また、出力も比較的安定しており、量産装置に適用
する上で最も望ましい。Among them, Xe having a wavelength of 308 nm is particularly preferred.
Since the Cl excimer laser beam has a large output, the beam size at the time of irradiating the substrate can be increased, it is easy to cope with a large area substrate, and the output is relatively stable.
【0121】そして、上記レーザー光を用いて、ケイ素
膜表面に対して、上記レーザー光の表面エネルギー密度
が200〜450mJ/cm2となるようにして、照射工
程を行うことが望ましい。ここで、レーザー光の表面エ
ネルギー密度が200mJ/cm2より小さければ、ケイ
素膜はほとんど溶融されず、残存非晶質領域が結晶化領
域の結晶性を反映して十分に結晶成長されない。Then, it is desirable to perform the irradiation step on the surface of the silicon film by using the laser light so that the surface energy density of the laser light is 200 to 450 mJ / cm 2 . Here, if the surface energy density of the laser beam is smaller than 200 mJ / cm 2 , the silicon film is hardly melted, and the remaining amorphous region is not sufficiently crystal-grown reflecting the crystallinity of the crystallized region.
【0122】また、上記表面エネルギー密度が、450
mJ/cm2よりも大きければ、結晶化領域において触媒
元素によって得られた結晶性が完全に失われ、すなわ
ち、リセットされてしまう。こうなると、全面的に従来
のレーザー結晶化で得られる結晶性ケイ素膜と同等にな
ってしまい、性能が低下するだけでなく、本来レーザー
結晶化が有している不均一性の問題点が発生する。すな
わち、この実施形態でのエネルギー密度範囲は、上述の
非晶質領域が結晶化領域の結晶性を反映して結晶化され
ると共に、結晶化領域の元の結晶性が失われないような
範囲に相当する。When the surface energy density is 450
If it is larger than mJ / cm 2 , the crystallinity obtained by the catalyst element in the crystallization region is completely lost, that is, the crystallinity is reset. In this case, the entire surface becomes equivalent to the crystalline silicon film obtained by conventional laser crystallization, not only the performance is reduced but also the problem of non-uniformity inherent in laser crystallization occurs I do. That is, the energy density range in this embodiment is such that the above-mentioned amorphous region is crystallized reflecting the crystallinity of the crystallized region and the original crystallinity of the crystallized region is not lost. Is equivalent to
【0123】また、一実施形態は、上記半導体装置の製
造方法において、上記非晶質ケイ素膜の結晶化を促進す
る触媒元素として、Ni、Co、Fe、Pd、Pt、Cu、A
uから選ばれた少なくとも一つの元素を用いる。In one embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor device, Ni, Co, Fe, Pd, Pt, Cu, and A are used as catalyst elements for promoting crystallization of the amorphous silicon film.
At least one element selected from u is used.
【0124】この実施形態で選ば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Niを用いた場合に最も顕著な効
果を得ることができる。この理由については、前述の通
りである。One or more kinds of elements selected in this embodiment are effective in promoting crystallization in a small amount.
Among them, the most remarkable effect can be obtained particularly when Ni is used. The reason is as described above.
【0125】また、他の実施形態は、上記半導体装置の
製造方法において、上記第2結晶成長工程の後に、少な
くとも、後に半導体装置の能動(チャネル)領域となる以
外のケイ素膜の領域に、5族Bから選ばれた元素を導入
する5族B元素導入工程と、第2の加熱処理を行い、上
記5族Bから選ばれた元素が導入された領域に、上記触
媒元素を移動させ、半導体装置の能動(チャネル)領域中
の触媒元素量を低減する触媒元素低減工程とを行う。In another embodiment, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that, after the second crystal growth step, at least a region of the silicon film other than an active (channel) region of the semiconductor device is formed. Performing a group V element introduction step of introducing an element selected from group B and a second heat treatment to move the catalyst element to a region where the element selected from group V B is introduced; A catalyst element reducing step of reducing the amount of the catalyst element in the active (channel) region of the device.
【0126】触媒元素による非晶質ケイ素膜の結晶成長
では、まず、触媒元素と非晶質ケイ素とのシリサイド反
応が起こり、シリサイドがその結晶成長を引き起こす。
すなわち、結晶成長の先端には、常に触媒元素のシリサ
イドが存在しており、それが前方にある非晶質ケイ素を
次々と結晶化していく訳である。最終的に結晶成長がぶ
つかり合った成長境界というのは、その成長過程で常に
先端に存在する触媒元素のシリサイドが吹きだまりとな
り、非常に高濃度で存在している領域である。触媒元素
は金属類を主としており、このような元素が半導体中に
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。特に、これらのシリサイドは、T
FTにおいてオフ動作時のリーク電流増大という大きな
問題を引き起こす。In the crystal growth of the amorphous silicon film by the catalyst element, first, a silicide reaction between the catalyst element and the amorphous silicon occurs, and the silicide causes the crystal growth.
In other words, the catalyst element silicide is always present at the tip of the crystal growth, and it crystallizes the amorphous silicon in front thereof one after another. The growth boundary where the crystal growth finally collided is a region where the silicide of the catalytic element always present at the tip in the growth process becomes a drift and exists at a very high concentration. Catalytic elements are mainly metals, and the presence of a large amount of such elements in semiconductors impairs the reliability and electrical stability of devices using these semiconductors, and is not desirable. Not. In particular, these silicides have a T
In the FT, a large problem of an increase in a leak current at the time of an off operation is caused.
【0127】そこで、本実施形態では、触媒元素を用
い、加熱処理によって結晶化されたケイ素膜をシード領
域として、強光照射によって、そこから横方向に結晶成
長させるものである。このため、強光照射工程におい
て、触媒元素が拡散し、特にその結晶成長境界に高濃度
に局在する。したがって、チャネル領域内において、成
長境界などに高濃度で局在している触媒元素を如何にし
て低減するかが大きな課題となる。Therefore, in the present embodiment, a silicon element crystallized by heat treatment is used as a seed region using a catalytic element, and crystal growth is performed laterally from the silicon film by intense light irradiation. For this reason, in the intense light irradiation step, the catalyst element is diffused, and particularly localized at a high concentration at the crystal growth boundary. Therefore, how to reduce the catalytic element localized at a high concentration at the growth boundary or the like in the channel region is a major issue.
【0128】これに対して、本実施形態では、触媒元素
を非晶質ケイ素膜の結晶化処理に利用した後、上記ケイ
素膜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ことで、この問題を解決し
ている。On the other hand, in this embodiment, after the catalyst element is used for the crystallization treatment of the amorphous silicon film, most of the catalyst element remaining in the silicon film is removed from the area other than the semiconductor element formation region. Moving to the area solves this problem.
【0129】具体的には、強光照射によって、触媒元素
によって選択的に結晶成長させた領域から横方向へと結
晶成長させ、次に、半導体装置の能動(チャネル)領域と
なる以外のケイ素膜の領域に、5族Bから選ばれた元素
を導入し、第2の加熱処理を行う工程を追加した。この
方法は、非常に有効であって、結晶成長に使われ、主
に、成長境界に残存する触媒元素は、上記5族Bから選
ばれた元素が導入された領域に移動し、結果として、半
導体装置の能動(チャネル)領域中の触媒元素量を大きく
低減できる。この方法は、半導体特性に対して悪影響が
大きいシリサイド状態の触媒元素に対して、特に有効で
ある。そして、5族B元素を導入され、触媒元素が集め
られた領域を除去して、最終的な半導体素子領域を形成
すれば、基板上には触媒元素の高濃度領域は全く残らな
い。More specifically, by intense light irradiation, the crystal is grown laterally from the region selectively grown by the catalytic element, and then the silicon film other than the active (channel) region of the semiconductor device is formed. , A step of introducing an element selected from Group V B and performing a second heat treatment was added. This method is very effective, and is used for crystal growth. Mainly, the catalyst element remaining at the growth boundary moves to the region where the element selected from the group V B is introduced, and as a result, The amount of the catalytic element in the active (channel) region of the semiconductor device can be greatly reduced. This method is particularly effective for a catalytic element in a silicide state that has a large adverse effect on semiconductor characteristics. Then, if the region where the group V element B is introduced and the catalyst element is collected is removed to form a final semiconductor element region, no high concentration region of the catalyst element remains on the substrate.
【0130】また、一実施形態は、上記半導体装置の製
造方法において、上記5族Bから選ばれた元素として、
P、N、As、Sb、Biのうちから選ばれた少なくとも一
つの元素が用いられる。In one embodiment, the method for manufacturing a semiconductor device includes the steps of:
At least one element selected from P, N, As, Sb, and Bi is used.
【0131】この実施形態では、上記5族Bから選ばれ
た元素として、P、N、As、Sb、Biから選ばれた少な
くとも一つの元素を用いている。これらから選ばれた一
種または複数種類の元素であれば、上記触媒元素を効率
的に移動させることができ、十分な効果が得られる。こ
のメカニズムに関しては、未だ詳しい知見は得られてい
ないが、これらの元素の中でも、最も効果が高いのはP
であることがわかっている。In this embodiment, at least one element selected from the group consisting of P, N, As, Sb, and Bi is used as the element selected from Group V B. With one or more elements selected from these, the catalyst element can be efficiently moved, and a sufficient effect can be obtained. Although no detailed information has been obtained on this mechanism, the most effective of these elements is P
I know that
【0132】[0132]
【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態に基いて詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiment.
【0133】〔第1の実施の形態〕この発明の半導体装
置の製造方法の第1実施形態を説明する。この第1実施
形態では、ガラス基板上にN型TFTを作製する際の半
導体装置の製造工程において、この発明が適用されてい
る。[First Embodiment] A first embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described. In the first embodiment, the present invention is applied to a semiconductor device manufacturing process when an N-type TFT is manufactured on a glass substrate.
【0134】この第1実施形態で作製されたTFTは、
アクティブマトリクス型の液晶表示装置のドライバー回
路や画素部分はもちろん、薄膜集積回路を構成する素子
としても利用できる。The TFT manufactured in the first embodiment is
It 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.
【0135】図1(A)→(B)→(C)の順に、この第1実
施形態で製作するNチャネル型TFTの作製工程の概要
を平面図で示す。また、図2(A)→(D)の順に、上記作
製工程を、図1におけるA−A’線断面図で示す。さら
に、図3(D)→(G)の順に、図2に引き続いて、順次進
行する作製工程を、図1においてB−B’のラインで切
ったときの断面図で示す。この図1、図2、図3に示した
製造工程によって、N型TFT127が完成される。The outline of the steps of manufacturing the N-channel TFT manufactured in the first embodiment is shown in a plan view in the order of FIGS. 1 (A) → (B) → (C). 2A to 2D show the above manufacturing steps in a sectional view taken along line AA ′ in FIG. Further, in FIG. 3 in the order of (D) → (G), following FIG. 2, a sequentially proceeding manufacturing process is shown by a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 1. The N-type TFT 127 is completed by the manufacturing steps shown in FIGS.
【0136】まず、図2(A)に示すように、ガラス基板
101上に、例えばスパッタリング法によって、厚さ3
00〜500nm程度の酸化ケイ素からなる下地膜10
2を形成する。この酸化ケイ素膜102は、ガラス基板
101からの不純物の拡散を防ぐために設けられる。次
に、プラズマCVD法あるいは減圧CVD法によって、
厚さ20〜80nm(例えば、45nm)の真性(I型)の
非晶質ケイ素膜(a−Si膜)103を成膜する。First, as shown in FIG. 2A, a glass substrate 101 having a thickness of 3
Underlayer 10 made of silicon oxide of about 100 to 500 nm
Form 2 The silicon oxide film 102 is provided for preventing diffusion of impurities from the glass substrate 101. Next, by a plasma CVD method or a low pressure CVD method,
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-Si film) 103 having a thickness of 20 to 80 nm (for example, 45 nm) is formed.
【0137】この第1実施形態では、平行平板式のプラ
ズマCVD装置を用い、加熱温度を300℃とし、Si
H4ガスとH2ガスを材料ガスに用いた。そして、RFパ
ワーのパワー密度を、10〜200mW/cm2(例えば、
80mW/cm2)とした。In the first embodiment, a parallel plate type plasma CVD apparatus was used, the heating temperature was set to 300 ° C., and the Si
H 4 gas and H 2 gas were used as material gases. Then, the power density of the RF power is set to 10 to 200 mW / cm 2 (for example,
80 mW / cm 2 ).
【0138】次に、非晶質ケイ素膜(a−Si膜)103
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、フォトリソ工程によって、パターニングして
マスク104を形成する。この第1実施形態において
は、マスク104を酸化ケイ素膜とした。すなわち、T
EOS(Tetra Ethoxy Ortho Silicate)を原料として、
酸素とともにRFプラズマCVD法で分解、堆積した。
マスク104の厚さは、100nm〜400nmである
ことが望ましい。この第1実施形態では、上記酸化ケイ
素膜からなるマスク104の厚さを150nmとした。Next, an amorphous silicon film (a-Si film) 103
An insulating thin film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited thereon and patterned by a photolithography process to form a mask 104. In the first embodiment, the mask 104 is a silicon oxide film. That is, T
EOS (Tetra Ethoxy Ortho Silicate) as raw material
Decomposed and deposited by RF plasma CVD together with oxygen.
It is desirable that the thickness of the mask 104 be 100 nm to 400 nm. In the first embodiment, the thickness of the mask 104 made of the silicon oxide film is set to 150 nm.
【0139】このマスク104の平面的なパターン形状
は、図1(A)に示すように、複数の線状となっており、
ライン&スペース状になっている。ここで、マスク10
4の線幅βは、6μm以下であることが望ましい。この
第1実施形態では、マスク104の線幅βを4μmとし
た。また、マスク104で覆われていない領域100に
おいては、非晶質ケイ素膜(a−Si膜)103が露呈さ
れており、そのスペース幅αを2μmとした。The planar pattern of the mask 104 is a plurality of lines as shown in FIG.
It has a line & space shape. Here, the mask 10
4 is desirably 6 μm or less. In the first embodiment, the line width β of the mask 104 is 4 μm. In the region 100 not covered by the mask 104, the amorphous silicon film (a-Si film) 103 is exposed, and the space width α is set to 2 μm.
【0140】次に、図2(A)に示すように、非晶質ケイ
素膜(a−Si膜)103およびマスク104の表面上
に、ニッケル105を微量添加する。このニッケル10
5の微量添加では、ニッケルを溶かした溶液を、非晶質
ケイ素膜(a−Si)103上、および、マスク104上
に保持し、この溶液を、スピナーによって基板101上
に均一に延ばして乾燥させた。この第1実施形態では、
溶質としては酢酸ニッケルを用い、溶媒としてはエタノ
ールを用い、溶液中のニッケル濃度が2ppmとなるよ
うにした。Next, as shown in FIG. 2A, a slight amount of nickel 105 is added to the surfaces of the amorphous silicon film (a-Si film) 103 and the mask 104. This nickel 10
In the addition of a small amount of 5, a solution in which nickel is dissolved is held on the amorphous silicon film (a-Si) 103 and on the mask 104, and the solution is uniformly spread on the substrate 101 by a spinner and dried. I let it. In the first embodiment,
Nickel acetate was used as the solute, and ethanol was used as the solvent, so that the nickel concentration in the solution was 2 ppm.
【0141】このようにして添加された非晶質ケイ素膜
(a−Si)103およびマスク104の表面上のニッケ
ル濃度を、全反射蛍光X線分析(TRXRF)法によって
測定すると、1×1013atoms/cm2程度であっ
た。The amorphous silicon film thus added
The nickel concentration on the surface of the (a-Si) 103 and the mask 104 was measured by total reflection X-ray fluorescence spectroscopy (TRXRF), and was about 1 × 10 13 atoms / cm 2 .
【0142】ここで、図1(A)において、平面的に見る
と、ニッケル105は、マスク104とマスク104と
の間で、ライン状に延在している領域において、非晶質
ケイ素膜(a−Si膜)103に添加された状態になって
いる。Here, in FIG. 1A, when viewed in a plan view, the nickel 105 has an amorphous silicon film (in the region extending linearly between the masks 104). a-Si film) 103.
【0143】そして、この状態で、これを不活性雰囲気
下(例えば、窒素雰囲気下)で、加熱温度520〜580
℃(例えば、550℃)で1時間だけアニールして結晶化
させる。このとき、マスク104で覆われていない領域
100の非晶質ケイ素膜(a−Si膜)103には、ニッ
ケル105が直接に添加され、非晶質ケイ素膜(a−S
i膜)103の表面に添加されたニッケル105のシリ
サイド化が起こる。すると、そのシリサイド化したニッ
ケル105を核として、非晶質ケイ素膜(a−Si膜)1
03の結晶化が進行する。Then, in this state, this is heated under an inert atmosphere (for example, under a nitrogen atmosphere) at a heating temperature of 520 to 580.
Anneal for 1 hour at ℃ (eg, 550 ° C.) to crystallize. At this time, nickel 105 is directly added to the amorphous silicon film (a-Si film) 103 in the region 100 not covered by the mask 104, and the amorphous silicon film (a-S
The silicidation of the nickel 105 added to the surface of the (i-film) 103 occurs. Then, the amorphous silicon film (a-Si film) 1 is formed using the silicidized nickel 105 as a nucleus.
The crystallization of 03 proceeds.
【0144】その結果、図2(B)に示すように、マスク
104から露呈している領域100においてのみ、結晶
性ケイ素膜103aが形成され、一方、マスク104下
の領域は非晶質状態のまま残される。ここで、あるニッ
ケルの添加濃度とアニール温度・時間の組み合わせにお
いては、ニッケル105が導入され、結晶化された領域
である結晶性ケイ素膜103aから、マスク104下の
領域へ、横方向に、結晶成長が引き起こされる場合があ
るが、この第1実施形態では、ニッケル濃度とアニール
温度・時間を上記のように設定することで、マスク10
4下の領域へ横方向の結晶成長が生じないようにしてい
る。この状態は、図1(A)に示す状態に相当する。この
とき、マスク104上に存在するニッケル105は、マ
スク膜104に阻まれ、下層の非晶質ケイ素膜(a−S
i膜)103へは到達せず、上記領域の結晶性ケイ素膜
103aにおいて導入されたニッケル105のみによっ
て非晶質ケイ素膜(a−Si膜)103の結晶化が行われ
る。As a result, as shown in FIG. 2B, the crystalline silicon film 103a is formed only in the region 100 exposed from the mask 104, while the region under the mask 104 is in an amorphous state. Will be left as is. Here, in a combination of a certain nickel addition concentration and annealing temperature / time, nickel 105 is introduced and crystallized in a lateral direction from the crystalline silicon film 103a which is a crystallized region to a region under the mask 104. Although growth may be caused, in the first embodiment, the mask 10 is set by setting the nickel concentration and the annealing temperature / time as described above.
4 to prevent lateral crystal growth from occurring in the region below. This state corresponds to the state shown in FIG. At this time, the nickel 105 present on the mask 104 is blocked by the mask film 104, and the underlying amorphous silicon film (a-S
The amorphous silicon film (a-Si film) 103 is crystallized only by the nickel 105 introduced in the crystalline silicon film 103a in the above-mentioned region without reaching the (i-film) 103.
【0145】次に、酸化ケイ素膜からなるマスク104
をエッチング除去する。エッチャントとしては、下層の
非晶質ケイ素膜103に対して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
チングを行った。そして、この状態で、図2(C)に示す
ように、レーザー光107を照射して、結晶化領域10
3aから、その結晶性を反映させて、隣接して矢印10
8で示す方向に残存している領域の非晶質ケイ素膜10
3を結晶化させる。Next, a mask 104 made of a silicon oxide film is used.
Is removed by etching. As an etchant, it is sufficiently selective with respect to the underlying amorphous silicon film 103:
Wet etching was performed using 10 buffered hydrofluoric acid (BHF). Then, in this state, as shown in FIG.
From FIG. 3a, adjacent arrows 10 reflect the crystallinity.
The amorphous silicon film 10 in the region remaining in the direction indicated by 8
3 is crystallized.
【0146】その結果、残存する非晶質領域は、非常に
高品質な結晶性ケイ素膜103cとなる。すなわち、こ
のレーザー照射によって、非晶質領域が優先的に溶融
し、結晶化領域である結晶性ケイ素膜103aの良好な
結晶成分のみを反映して結晶化される。そして、双方の
結晶化領域である結晶性ケイ素膜103aから横方向1
08に結晶成長し、ぶつかった境界(成長境界)103d
が、高品質な結晶性ケイ素膜103cの中央部に形成さ
れる。また、このレーザー光107の照射工程によっ
て、ニッケルによる結晶化領域である結晶性ケイ素膜1
03aもその結晶性が改善され、結晶性ケイ素膜103
a’となる。このときの平面的な状態が、図1(B)に相
当する。As a result, the remaining amorphous region becomes a very high quality crystalline silicon film 103c. That is, by this laser irradiation, the amorphous region is preferentially melted and crystallized by reflecting only a good crystal component of the crystalline silicon film 103a which is a crystallized region. Then, from the crystalline silicon film 103a, which is both crystallization regions, a lateral direction 1
Boundary (growth boundary) 103d where crystal growth occurred in 08
Is formed at the center of the high-quality crystalline silicon film 103c. Further, by the irradiation step of the laser beam 107, the crystalline silicon film 1 which is a crystallized region by nickel is formed.
03a also has improved crystallinity, and the crystalline silicon film 103
a '. The planar state at this time corresponds to FIG.
【0147】すなわち、幅α=2μmの結晶性ケイ素膜
103a’と、幅β=4μmの高品質な結晶性ケイ素膜
103cとが、ストライプ状に形成される。このときの
レーザー光107としては、XeClエキシマレーザー
(波長308nm、パルス幅40ナノ秒)を用いた。レー
ザー光の照射条件としては、照射時に基板を200〜4
50℃(例えば、400℃)に加熱し、エネルギー密度2
00〜450mJ/cm 2(例えば、350mJ/cm2)で
照射した。ビームサイズは、基板101表面で150m
m×1mmの長尺形状となるように成形されており、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、非晶質ケイ素膜103の
任意の一点において、計20回のレーザー照射が行われ
ることになる。That is, a crystalline silicon film having a width α = 2 μm
103a 'and a high-quality crystalline silicon film having a width? = 4 m.
103c are formed in a stripe shape. At this time
XeCl excimer laser as laser beam 107
(Wavelength 308 nm, pulse width 40 ns). Leh
The irradiation conditions of the laser light are as follows.
Heat to 50 ° C. (eg, 400 ° C.) and apply energy density 2
00-450mJ / cm Two(For example, 350 mJ / cmTwo)so
Irradiated. The beam size is 150 m on the substrate 101 surface.
m × 1mm long shape.
With a step width of 0.05 mm in the direction perpendicular to the scale direction
A sequential scan was performed. That is, the amorphous silicon film 103
At any one point, a total of 20 laser irradiations are performed
Will be.
【0148】次に、図1(C)、図2(D)に示すように、
結晶性ケイ素膜103c、103a’を用い、その他の
不要な部分のケイ素膜を除去して素子間分離を行い、T
FTの活性領域となる島状の結晶性ケイ素を形成する。
ここで、TFTのチャネル幅Wが決定される。また、図
1(C)に示すように、最終的に、TFTにおいてキャリ
アが流れる方向130(チャネル方向)が、高品質な結晶
性ケイ素領域103cの中央部に形成された結晶成長境
界103dの線方向と概略平行となるように配置した。
すなわち、上記チャネルが結晶成長境界103dを横切
らないようにした。Next, as shown in FIGS. 1C and 2D,
Using the crystalline silicon films 103c and 103a ', the silicon film in other unnecessary portions is removed to perform element isolation, and T
An island-shaped crystalline silicon serving as an active region of the FT is formed.
Here, the channel width W of the TFT is determined. As shown in FIG. 1C, finally, the direction 130 (channel direction) in which carriers flow in the TFT is the line of the crystal growth boundary 103d formed at the center of the high-quality crystalline silicon region 103c. It was arranged to be substantially parallel to the direction.
That is, the channel was prevented from crossing the crystal growth boundary 103d.
【0149】この第1実施形態では、TFTのチャネル
幅Wを34μmとしたため、図1(C)および図2(D)に
示すように、そのチャネル120内に、チャネル方向1
30に沿って、幅β=4μmの高品質な結晶性ケイ素膜
103cが6本含まれ、幅α=2μmのシードとなった
結晶性ケイ素膜103a’が5本含まれている。これら
が、チャネル領域を構成している。In the first embodiment, since the channel width W of the TFT is set to 34 μm, as shown in FIG. 1C and FIG.
Along 30, six high-quality crystalline silicon films 103 c having a width β = 4 μm are included, and five crystalline silicon films 103 a ′ serving as seeds having a width α = 2 μm are included. These constitute a channel region.
【0150】この状態は、図1(C)に示され、B−B’
面で切った断面が、図3(D)に示されている。この図3
(D)と図2(D)とは同じ工程であり、図2(D)に示す構
成を、90゜だけ回転させた方向から見た断面が図3
(D)である。This state is shown in FIG. 1C, where BB ′
A cross section taken along a plane is shown in FIG. This figure 3
2 (D) is the same process as FIG. 2 (D), and the cross section of the configuration shown in FIG. 2 (D) viewed from a direction rotated by 90 ° is FIG.
(D).
【0151】図3(D)に示すような島状のケイ素膜11
2を用い、さらにTFTを作製していく上で、説明の便
宜上、以降は、工程を説明するための断面を、図1にお
けるB−B’面で切った断面に切り換えて、図3を用い
て説明を続ける。The island-shaped silicon film 11 as shown in FIG.
2 and further manufacturing a TFT, for convenience of explanation, the cross section for explaining the process is switched to the cross section cut along the plane BB ′ in FIG. Continue to explain.
【0152】次に、図3(E)に示すように、上記活性領
域となる結晶性ケイ素膜112を覆うように、厚さ20
〜150nm(ここでは、100nm)の酸化ケイ素膜を
ゲート絶縁膜113として成膜する。ここでは、この酸
化ケイ素膜の形成において、TEOS(Tetra Ethoxy Or
tho Silicate)を原料とし、酸素とともに基板温度15
0〜600℃(好ましくは、300〜450℃)で、RF
プラズマCVD法で分解、堆積した。なお、TEOSを
原料として、オゾンガスとともに減圧CVD法もしくは
常圧CVD法を使用して、基板温度を350〜600℃
(好ましくは、400〜550℃)として形成してもよ
い。Next, as shown in FIG. 3E, a thickness of 20 nm is formed so as to cover the crystalline silicon film 112 serving as the active region.
A silicon oxide film having a thickness of 150 nm (here, 100 nm) is formed as the gate insulating film 113. Here, in forming this silicon oxide film, TEOS (Tetra Ethoxy Or
tho Silicate) as a raw material and a substrate temperature of 15 with oxygen.
0-600 ° C (preferably 300-450 ° C), RF
Decomposed and deposited by plasma CVD. The substrate temperature was set to 350 to 600 ° C. using TEOS as a raw material and a reduced pressure CVD method or a normal pressure CVD method together with ozone gas.
(Preferably 400 to 550 ° C.).
【0153】上記成膜後、ゲート絶縁膜113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
性を向上させるために、不活性ガス雰囲気下で、400
〜600℃で、1〜4時間のアニールを行った。After the above film formation, 400 g under an inert gas atmosphere in order to improve the bulk characteristics of the gate insulating film 113 itself and the interface characteristics of the crystalline silicon film / gate insulating film.
Annealing was performed at 600600 ° C. for 1 to 4 hours.
【0154】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ400〜800nm(例えば、600nm)のアルミ
ニウムを成膜する。そして、このアルミニウム膜をパタ
ーニングして、ゲート電極114を形成する。さらに、
このアルミニウムからなる電極114の表面を陽極酸化
して、上記表面に酸化物層115を形成する。この状態
が図3(E)に相当する。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115の厚さは
200nmである。なお、この酸化物層115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
を形成する厚さとなるので、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。この状態
が図3(E)の状態に相当する。Subsequently, by a sputtering method,
An aluminum film having a thickness of 400 to 800 nm (for example, 600 nm) is formed. Then, the aluminum film is patterned to form a gate electrode 114. further,
The surface of the electrode 114 made of aluminum is anodized to form an oxide layer 115 on the surface. This state corresponds to FIG. In this anodization, tartaric acid is 1 to
Perform in a 5% ethylene glycol solution.
The voltage is increased to 220 V at a constant current, and the state is maintained for one hour to finish. The thickness of the obtained oxide layer 115 is 200 nm. Note that since the oxide layer 115 has a thickness for forming 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. This state corresponds to the state shown in FIG.
【0155】次に、図3(F)に示すように、イオンドー
ピング法によって、ゲート電極114とその周囲の酸化
物層115をマスクとして、活性領域に不純物(リン)1
17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60〜90kV(例えば、8
0kV)、ドーズ量を1×1015〜8×1015cm-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121と122は、後に、TFT
のソース/ドレイン領域となる。一方、ゲート電極11
4およびその周囲の酸化層115にマスクされ、不純物
が注入されない領域120は、後に、TFTのチャネル
領域となる。すなわち、チャネル領域120、ソース領
域121、ドレイン領域122は、平面的には、図1
(C)に示すような配置となっている。Next, as shown in FIG. 3F, an impurity (phosphorus) 1 is added to the active region by ion doping using the gate electrode 114 and the oxide layer 115 around the gate electrode 114 as a mask.
17 is injected. Phosphine as doping gas
(PH3) and an acceleration voltage of 60 to 90 kV (for example, 8
0 kV) and the dose is 1 × 10 15 to 8 × 10 15 cm −2 (for example, 2 × 10 15 cm −2 ). By this step, the regions 121 and 122 into which the impurities are implanted are later formed by the TFT.
Source / drain regions. On the other hand, the gate electrode 11
The region 120 which is masked by the oxide layer 4 and the surrounding oxide layer 115 and into which impurities are not implanted later becomes a channel region of the TFT. That is, the channel region 120, the source region 121, and the drain region 122 have a plan view of FIG.
The arrangement is as shown in FIG.
【0156】その後、レーザー光の照射によってアニー
ルを行い、イオン注入した不純物の活性化を行うと同時
に、上記の不純物導入工程で結晶性が劣化した部分の結
晶性を改善させる。この際、使用するレーザーとして
は、XeClエキシマレーザー(波長308nm、パルス
幅40ナノ秒)を用い、エネルギー密度150〜400
mJ/cm2(好ましくは、200〜250mJ/cm2)で
照射を行った。こうして形成されたN型不純物(リン)領
域121、122のシート抵抗は、200〜800Ω/□
であった。After that, annealing is performed by laser light irradiation to activate the ion-implanted impurities, and at the same time, to improve the crystallinity of the portion where the crystallinity has deteriorated in the above-described impurity introducing step. At this time, a XeCl excimer laser (wavelength: 308 nm, pulse width: 40 nanoseconds) was used as a laser having an energy density of 150 to 400 nm.
mJ / cm 2 (preferably, 200~250mJ / cm 2) was irradiated with. The N-type impurity (phosphorus) regions 121 and 122 thus formed have a sheet resistance of 200 to 800 Ω / □.
Met.
【0157】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を層間
絶縁膜123として形成する。酸化ケイ素膜を用いる場
合には、TEOSを原料として、これと酸素とのプラズ
マCVD法(もしくは、オゾンとの減圧CVD法あるいは
常圧CVD法)によって形成すれば、段差被覆性に優れ
た良好な層間絶縁膜が得られる。また、SiH4とNH3
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.
A silicon oxide film or a silicon nitride film of about 0 nm is formed as the interlayer insulating film 123. When a silicon oxide film is used, if TEOS is used as a raw material and formed by plasma CVD with oxygen (or reduced pressure CVD with ozone or normal pressure CVD), excellent step coverage can be obtained. An interlayer insulating film is obtained. Also, SiH 4 and NH 3
Using a silicon nitride film formed by plasma CVD using as a source gas, hydrogen atoms are supplied to the interface between the active region and the gate insulating film, which has the effect of reducing dangling bonds that degrade TFT characteristics. .
【0158】次に、層間絶縁膜123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124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目的のバリア膜として設けられる。
そして最後に、1気圧の水素雰囲気で350℃、1時間
のアニールを行い、図3(G)に示すNチャネル型TFT
127を完成させる。さらに必要に応じて、TFT12
7を保護する目的で、TFT127上に窒化ケイ素膜な
どからなる保護膜を設けてもよい。また、このTFTが
用いられる回路によっては、ゲート電極114上にもコ
ンタクトホールを設け、電極124と接続することで、
配線を形成すれば良い。Next, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 123, and an electrode wiring 124 of the TFT is formed with a metal material (for example, a two-layer film of titanium nitride and aluminum). The titanium nitride film is provided as a barrier film for preventing aluminum from diffusing into the semiconductor layer.
Finally, annealing is performed at 350 ° C. for 1 hour in a hydrogen atmosphere at 1 atm to form an N-channel TFT shown in FIG.
127 is completed. Further, if necessary, the TFT 12
For the purpose of protecting the TFT 7, a protective film made of a silicon nitride film or the like may be provided on the TFT 127. Depending on the circuit in which the TFT is used, a contact hole is also provided on the gate electrode 114 and connected to the electrode 124,
What is necessary is just to form wiring.
【0159】以上の第1実施形態にしたがって作製した
TFTは、電界効果移動度が200cm2/Vs程度,閾
値電圧が2V程度と非常に高性能である。にもかかわら
ず、基板内での特性ばらつきが、電界効果移動度で±1
0%程度、閾値電圧で±0.2V程度と非常に良好であ
った。なお、これは、基板として400×320mmの
サイズを用い、基板内200点測定の結果である。The TFT manufactured according to the above-described first embodiment has a very high performance with a field effect mobility of about 200 cm 2 / Vs and a threshold voltage of about 2 V. Nevertheless, the characteristic variation in the substrate is ± 1 in the field-effect mobility.
It was about 0% and the threshold voltage was about ± 0.2 V, which was very good. Note that this is a result of measuring 200 points in the substrate using a size of 400 × 320 mm as the substrate.
【0160】これに対して、従来法によって作成された
場合には、各素子間で結晶性のばらつきが大きいため、
電界効果移動度のばらつきは±50%程度と非常に大き
く、閾値電圧も2±0.5〜1.0Vの範囲で大きくばら
つく。On the other hand, in the case where the device is formed by the conventional method, the crystallinity greatly varies among the devices.
The variation in the field effect mobility is as large as about ± 50%, and the threshold voltage also varies greatly in the range of 2 ± 0.5 to 1.0V.
【0161】したがって、この第1実施形態によれば、
TFTの高性能化に対してだけでなく、特性ばらつき改
善に対しても大きな効果があることがわかる。Therefore, according to the first embodiment,
It can be seen that there is a great effect not only on the high performance of the TFT but also on the improvement of the characteristic variation.
【0162】〔第2の実施の形態〕次に、この発明の第
2実施形態の製造方法を説明する。この第2実施形態で
は、ガラス基板上にドライバーモノリシック型のアクテ
ィブマトリクス基板を作製する。この第2実施形態で作
製するドライバーモノリシック型のアクティブマトリク
ス基板は、液晶表示装置やイメージセンサーなどに適用
される。この第2実施形態で作製するドライバーモノリ
シック型のアクティブマトリクス基板では、画素電極を
スイッチングする画素TFTと、ドライバー回路を構成
するドライバーTFTとが同時に形成される。この第2
実施形態においては、ドライバーTFTとして、Nチャ
ネル型TFTとPチャネル型TFTを相補型に構成した
CMOS構造の回路を代表例として用いた。[Second Embodiment] Next, a manufacturing method according to a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, a driver monolithic active matrix substrate is formed on a glass substrate. The driver monolithic active matrix substrate manufactured in the second embodiment is applied to a liquid crystal display device, an image sensor, and the like. In the driver monolithic active matrix substrate manufactured in the second embodiment, a pixel TFT for switching a pixel electrode and a driver TFT constituting a driver circuit are formed at the same time. This second
In the embodiment, as a representative example, a circuit having a CMOS structure in which an N-channel TFT and a P-channel TFT are configured to be complementary is used as the driver TFT.
【0163】図4および図5に、(A)→(D)の順に、こ
の第2実施形態での作製工程の概要を平面図で示す。図
4、図5は、この第2実施形態で作製するドライバーモ
ノリシックアクティブマトリクス基板におけるドライバ
ー回路部でのCMOS構造(N型TFTとP型TFT)素
子の作製工程を示している。FIGS. 4 and 5 are plan views showing the outline of the manufacturing process in the second embodiment in the order of (A) → (D). FIGS. 4 and 5 show a process of manufacturing a CMOS structure (N-type TFT and P-type TFT) device in a driver circuit portion in a driver monolithic active matrix substrate manufactured in the second embodiment.
【0164】また、図6に、(A)→(E)の順に、この第
2実施形態での上記画素TFTの作製工程の概要を平面
図で示す。実際のアクティブマトリクス基板は、数十万
個以上のTFTで構成されるが、この第2実施形態で
は、3行×3列の9個のTFTに簡略化して説明する。FIG. 6 is a plan view showing the outline of the steps of manufacturing the pixel TFT in the second embodiment in the order of (A) → (E). The actual active matrix substrate is composed of hundreds of thousands or more TFTs. In the second embodiment, the description will be simplified to nine TFTs in three rows × three columns.
【0165】また、図7は、図5(D)および図6(E)に
おいて、A−A’のラインで切ったときの断面を示し、
図7では任意の一TFTを示している。また、図8は、
図4(D)および図5(E)においてB−B’のラインで切
ったときの断面を示している。図7では、(A)→(F)の
順に、作製工程が進行し、引き続いて、図8、図9の
(D)→(J)の順にしたがって、N型TFT227、P型
TFT228、画素TFT229が完成される。なお、
図7の(D)→(F)に示した工程と、図8の(D)→(F)に
示した工程とは、それぞれ同一工程である。FIG. 7 shows a cross section taken along the line AA ′ in FIGS. 5D and 6E.
FIG. 7 shows an arbitrary TFT. Also, FIG.
FIG. 4D and FIG. 5E show cross sections taken along the line BB ′. In FIG. 7, the manufacturing process proceeds in the order of (A) → (F), and subsequently, in FIG.
According to the order of (D) → (J), the N-type TFT 227, the P-type TFT 228, and the pixel TFT 229 are completed. In addition,
The steps shown in (D) → (F) of FIG. 7 and the steps shown in (D) → (F) of FIG. 8 are the same steps.
【0166】この第2実施形態では、まず、図7(A)に
示すように、ガラス基板201上に、例えばスパッタリ
ング法によって、厚さ300〜500nm程度の酸化ケ
イ素からなる下地膜202を形成する。この酸化ケイ素
膜202は、ガラス基板201からの不純物の拡散を防
ぐために設けられる。次に、プラズマCVD法あるいは
減圧CVD法によって、厚さ20〜80nm(例えば、3
5nm)の真性(I型)の非晶質ケイ素膜(a−Si膜)2
03を成膜する。In the second embodiment, first, as shown in FIG. 7A, a base film 202 made of silicon oxide having a thickness of about 300 to 500 nm is formed on a glass substrate 201 by, for example, a sputtering method. . This silicon oxide film 202 is provided to prevent diffusion of impurities from the glass substrate 201. Next, a thickness of 20 to 80 nm (for example, 3
5 nm) intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-Si film) 2
03 is formed.
【0167】次に、非晶質ケイ素膜(a−Si膜)203
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、フォトリソ工程によってパターニングしてマ
スク204を形成する。マスク204の形成は、この第
2実施形態においては、酸化ケイ素膜を用い、TEOS
(Tetra Ethoxy Ortho Silicate)を原料とし、酸素とと
もにRFプラズマCVD法で分解、堆積した。マスク2
04の厚さは、100nm〜400nmであることが望
ましく、この第2実施形態では、上記酸化ケイ素膜から
なるマスク204の厚さを150nmとした。マスク2
04の平面的なパターン形状は、ドライバー回路部にお
いては、図4(A)に示すように、複数の線状となってお
り、ライン&スペース状になっている。Next, an amorphous silicon film (a-Si film) 203
An insulating thin film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited thereon and patterned by a photolithography process to form a mask 204. In the second embodiment, the mask 204 is formed using a silicon oxide film and TEOS
(Tetra Ethoxy Ortho Silicate) was used as a raw material, and was decomposed and deposited together with oxygen by an RF plasma CVD method. Mask 2
It is desirable that the thickness of the mask 04 is 100 nm to 400 nm. In the second embodiment, the thickness of the mask 204 made of the silicon oxide film is 150 nm. Mask 2
In the driver circuit section, the planar pattern 04 has a plurality of lines as shown in FIG. 4A, and has a line-and-space shape.
【0168】ここで、マスク204の線幅βは、6μm
以下であることが望ましく、この第2実施形態では、5
μmとした。また、マスク204で覆われていない領域
200においては、非晶質ケイ素膜(a−Si膜)203
が露呈されており、そのスペース幅αは2μmとなるよ
うにした。このとき、画素部では、図6(A)に示すよう
に、全面がマスク204から露呈している。すなわち、
画素部上には、マスク204を設けない。Here, the line width β of the mask 204 is 6 μm
In the second embodiment, it is preferable that
μm. In the region 200 not covered by the mask 204, the amorphous silicon film (a-Si film) 203
Is exposed, and the space width α is set to 2 μm. At this time, the entire surface of the pixel portion is exposed from the mask 204 as shown in FIG. That is,
No mask 204 is provided over the pixel portion.
【0169】次に、図7(A)に示すように、非晶質ケイ
素膜(a−Si膜)203およびマスク膜204表面上に
ニッケル205の微量添加を行う。このニッケル205
の微量添加は、ニッケルを溶かせた溶液を、非晶質ケイ
素膜(a−Si膜)203、マスク204上に保持し、ス
ピナーによって、上記溶液を基板201上に均一に延ば
して乾燥させることによって行った。この第2実施形態
では、溶質として酢酸ニッケルを用い、溶媒としてはエ
タノールを用い、溶液中のニッケル濃度が2ppmとな
るようにした。このようにして添加された非晶質ケイ素
膜(a−Si膜)203およびマスク204表面上のニッ
ケル濃度を全反射蛍光X線分析(TRXRF)法によって
測定すると、1×1013atoms/cm2程度であっ
た。Next, as shown in FIG. 7A, a slight amount of nickel 205 is added to the surfaces of the amorphous silicon film (a-Si film) 203 and the mask film 204. This nickel 205
Is added by holding a solution in which nickel is dissolved on an amorphous silicon film (a-Si film) 203 and a mask 204, and uniformly spreading the solution on a substrate 201 by a spinner and drying the solution. went. In the second embodiment, nickel acetate was used as a solute, and ethanol was used as a solvent, so that the nickel concentration in the solution was 2 ppm. When the nickel concentration on the surface of the amorphous silicon film (a-Si film) 203 and the mask 204 added in this manner was measured by total reflection X-ray fluorescence analysis (TRXRF), 1 × 10 13 atoms / cm 2 It was about.
【0170】ここで、ニッケル205は、ドライバー部
では、平面的に見ると、図4(A)において線状のマスク
204で挟まれている領域200において、非晶質ケイ
素膜(a−Si膜)203に選択的に添加された状態とな
っている。一方、画素部では、図6(A)に示すように、
非晶質ケイ素膜(a−Si膜)203に全面的に添加され
た状態となっている。Here, in the driver portion, when viewed in a plan view, the nickel 205 has an amorphous silicon film (a-Si film) in the region 200 sandwiched by the linear mask 204 in FIG. ) 203 is selectively added. On the other hand, in the pixel portion, as shown in FIG.
It is in a state of being completely added to the amorphous silicon film (a-Si film) 203.
【0171】そして、この状態で、これを不活性雰囲気
下(例えば、窒素雰囲気下)で、加熱温度520〜580
℃(例えば、550℃)で、1時間アニールして結晶化さ
せる。この際、マスク204で覆われていないために、
ニッケル205が直接に添加された領域200の非晶質
ケイ素膜(a−Si膜)203では、非晶質ケイ素膜(a
−Si膜)表面に添加されたニッケル205のシリサイ
ド化が起こる。このシリサイド化したニッケルを核とし
て、非晶質ケイ素膜(a−Si膜)203の結晶化が進行
する。その結果、図4(B)に示すように、ドライバー部
では、マスク204から露呈している領域200におい
てのみ、結晶性ケイ素膜203aが形成され、その他の
マスク204下の領域は非晶質状態のまま残される。Then, in this state, this is heated under an inert atmosphere (for example, under a nitrogen atmosphere) at a heating temperature of 520 to 580.
C. (for example, 550.degree. C.) for 1 hour for crystallization. At this time, since it is not covered with the mask 204,
In the amorphous silicon film (a-Si film) 203 in the region 200 to which nickel 205 is directly added, the amorphous silicon film (a
-Si film) The nickel 205 added to the surface is silicided. The crystallization of the amorphous silicon film (a-Si film) 203 proceeds with the silicified nickel as a nucleus. As a result, as shown in FIG. 4B, in the driver portion, the crystalline silicon film 203a is formed only in the region 200 exposed from the mask 204, and the other regions under the mask 204 are in an amorphous state. Will be left as is.
【0172】ここで、あるニッケルの添加濃度とアニー
ル温度と時間の組み合わせにおいては、ニッケルが導入
され結晶化された領域である結晶性ケイ素膜203aか
ら、マスク204下の領域へと、横方向に結晶成長が引
き起こされる場合があるが、この第2実施形態では、ニ
ッケル濃度とアニール温度、時間を上記のように設定す
ることで、マスク204下の領域への横方向の結晶成長
が生じないようにしている。この状態が、図4(A)に示
す状態に相当する。一方、画素部では、全面的に結晶性
ケイ素膜203aが形成される。Here, in a combination of a certain nickel addition concentration, an annealing temperature, and a time, the crystalline silicon film 203a, which is a region into which nickel has been introduced and crystallized, extends from the crystalline silicon film 203a to the region under the mask 204 in the lateral direction. Although crystal growth may be caused, in the second embodiment, by setting the nickel concentration, the annealing temperature, and the time as described above, lateral crystal growth in the region below the mask 204 is prevented. I have to. This state corresponds to the state shown in FIG. On the other hand, in the pixel portion, a crystalline silicon film 203a is entirely formed.
【0173】次に、酸化ケイ素膜からなるマスク204
をエッチング除去する。エッチャントとしては、下層の
非晶質ケイ素膜203に対して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
チングを行った。そして、この状態で、ドライバー部で
は、図7(C)に示すように、レーザー光207を照射す
ることで、結晶化領域である結晶性ケイ素膜203aか
ら矢印208に示すような方向に、その結晶性を反映さ
せて結晶化させ、隣接して残存している非晶質ケイ素膜
203を結晶化する。その結果、残存する非晶質領域
は、非常に高品質な結晶性ケイ素膜203cとなる。す
なわち、このレーザー照射によって、非晶質領域が優先
的に溶融し、結晶化領域である結晶性ケイ素膜203a
の良好な結晶成分のみを反映して結晶化される訳であ
る。そして、双方の結晶化領域である結晶性ケイ素膜2
03aから横方向208に結晶成長し、ぶつかった境界
(成長境界)203dが、高品質な結晶性ケイ素膜203
cの中央部に形成される。Next, a mask 204 made of a silicon oxide film is used.
Is removed by etching. As an etchant, it has sufficient selectivity to the underlying amorphous silicon film 203:
Wet etching was performed using 10 buffered hydrofluoric acid (BHF). Then, in this state, the driver section irradiates a laser beam 207 as shown in FIG. 7C, thereby moving the crystalline silicon film 203a, which is a crystallization region, in a direction shown by an arrow 208. Crystallization is performed while reflecting the crystallinity, and the amorphous silicon film 203 remaining adjacent is crystallized. As a result, the remaining amorphous region becomes a very high quality crystalline silicon film 203c. That is, by this laser irradiation, the amorphous region is preferentially melted, and the crystalline silicon film 203a as the crystallized region is melted.
Is crystallized by reflecting only the favorable crystal components. Then, the crystalline silicon film 2 which is both crystallization regions
Crystal growth from 03a in lateral direction 208
(Growth boundary) 203d is a high-quality crystalline silicon film 203
It is formed at the center of c.
【0174】また、このレーザー光207の照射工程に
よって、ニッケルによる結晶化領域である結晶性ケイ素
膜203aもその結晶性が改善され、結晶性ケイ素膜2
03a’となる。すなわち、画素部においては、全面的
に、この結晶性ケイ素膜203a’が形成される。この
ときのドライバー部における平面的な状態を、図4(B)
に示す。すなわち、幅α=2μmの結晶性ケイ素膜20
3a’と、幅β=5μmの高品質な結晶性ケイ素膜20
3cとが、ストライプ状に形成される。このときのレー
ザー光としては、XeClエキシマレーザー(波長30
8nm、パルス幅40ナノ秒)を用いた。レーザー光の照
射条件は、照射時に基板を200〜450℃(例えば、4
00℃)に加熱し、エネルギー密度200〜450mJ/
cm2(例えば、350mJ/cm2)とした。また、レーザ
ー光のビームサイズは、基板101表面で、150mm
×1mmの長尺形状となるように成形されており、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、非晶質ケイ素膜203の
任意の一点において、計20回のレーザー照射が行われ
ることになる。By the irradiation step of the laser beam 207, the crystallinity of the crystalline silicon film 203a, which is a crystallized region by nickel, is also improved.
03a '. That is, in the pixel portion, the crystalline silicon film 203a 'is formed entirely. FIG. 4B shows a planar state of the driver portion at this time.
Shown in That is, the crystalline silicon film 20 having a width α = 2 μm
3a 'and a high-quality crystalline silicon film 20 having a width β = 5 μm
3c are formed in a stripe shape. At this time, the laser beam is a XeCl excimer laser (wavelength 30).
8 nm, pulse width 40 nanoseconds). The irradiation condition of the laser light is such that the substrate is irradiated at 200 to 450 ° C. (for example, 4 ° C.).
00 ° C), and the energy density is 200-450 mJ /
cm 2 (for example, 350 mJ / cm 2 ). The beam size of the laser light is 150 mm on the surface of the substrate 101.
It was formed to have a long shape of × 1 mm, and scanning was sequentially performed in a direction perpendicular to the long direction at a step width of 0.05 mm. That is, laser irradiation is performed at a given point on the amorphous silicon film 203 a total of 20 times.
【0175】次に、図7(D)に示すように、結晶性ケイ
素膜203a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209
を形成する。この第2実施形態においては、マスク20
9は酸化ケイ素膜とし、TEOS(Tetra Ethoxy Ortho
Silicate)を原料とし、酸素とともにRFプラズマCV
D法で分解、堆積した。また、マスク209の厚さは、
100nm〜400nmであることが望ましく、この第
2実施形態では、上記酸化ケイ素膜209の厚さを15
0nmとした。このときの状態を基板上方より見ると、
図5(C)、図6(B)に示すように、ドライバー部、画素部
共に、後に、TFTの活性領域となるべき領域の結晶性
ケイ素膜203aが、マスク209によって島状にマス
クされた状態となっている。この状態を、図4、5およ
び図6におけるB−B’面で切った断面を、図8(D)に
示す。すなわち、図7(D)に示したのと同じ状態で、9
0゜回転した方向から見た断面が図8(D)に示されてい
る。Next, as shown in FIG. 7D, an insulating thin film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited on the crystalline silicon film 203a and patterned to form a mask 209.
To form In the second embodiment, the mask 20
Reference numeral 9 denotes a silicon oxide film, and TEOS (Tetra Ethoxy Ortho
Silicate) and RF plasma CV with oxygen
Decomposed and deposited by D method. The thickness of the mask 209 is
It is desirable that the thickness is 100 nm to 400 nm. In the second embodiment, the thickness of the silicon oxide film 209 is set to 15 nm.
It was set to 0 nm. Looking at this state from above the substrate,
As shown in FIGS. 5C and 6B, the crystalline silicon film 203a in the region to be the active region of the TFT is masked in the form of an island by the mask 209 in both the driver portion and the pixel portion. It is in a state. FIG. 8D shows a cross section of this state taken along the plane BB ′ in FIGS. That is, in the same state as shown in FIG.
FIG. 8D shows a cross section viewed from the direction rotated by 0 °.
【0176】次に、この状態で、図7(D)、図8(D)に
示すように、基板201上方よりリン210を全面にイ
オンドーピングする。このときのリン210のドーピン
グ条件としては、加速電圧を5〜10kVとし、ドーズ
量を5×1015〜1×1016cm-2とした。このイオン
ドーピング工程によって、露呈している領域の結晶性ケ
イ素膜203aにリンが注入され、リンドープされた結
晶性ケイ素領域203fが形成される。一方、マスク2
09によって覆われている領域の結晶性ケイ素膜203
cおよび203a’には、リンはドーピングされない。
このときの状態を基板上方より見ると、ドライバー部
は、図5(C)に示され、画素部は、図6(B)に示される
ような状態となっており、線(図5(C)では一点鎖線)で
囲まれた四角いマスク209の外側領域に、リン210
がドーピングされている。Next, in this state, as shown in FIGS. 7D and 8D, the entire surface of the substrate 201 is ion-doped with phosphorus 210 from above. The doping condition of the phosphorus 210 at this time was set to an acceleration voltage of 5 to 10 kV and a dose of 5 × 10 15 to 1 × 10 16 cm −2 . By this ion doping step, phosphorus is implanted into the exposed crystalline silicon film 203a to form a phosphorus-doped crystalline silicon region 203f. Meanwhile, mask 2
09 of the crystalline silicon film 203 in a region covered by 09
c and 203a 'are not doped with phosphorus.
When the state at this time is viewed from above the substrate, the driver section is shown in FIG. 5C, and the pixel section is in a state shown in FIG. In (), phosphorus 210 is placed in an area outside the square mask 209 surrounded by a dashed line.
Is doped.
【0177】そして、この状態で、不活性雰囲気下(例
えば、窒素雰囲気)にて、550〜650℃の温度で、数
時間から数十時間の加熱処理を施す。この第2実施形態
では、一例として、600℃にて6時間の加熱処理を行
った。この加熱処理において、領域203fにドーピン
グされたリン210がその領域に存在するニッケル20
5をまずトラップする。そしてさらに、図5(C)、図6
(B)、図7(E)、図8(E)に示すように、マスク209下
の結晶性ケイ素膜203cおよび203a’に存在して
いるニッケル205、特に、結晶成長境界203dに存
在しているニッケル205を、矢印211に示すような
方向に引き出す。すなわち、上記ニッケル205は、マ
スク209に覆われた領域から外側の領域203fに向
かって四方八方に引き出される。In this state, a heat treatment is performed under an inert atmosphere (for example, a nitrogen atmosphere) at a temperature of 550 to 650 ° C. for several hours to several tens of hours. In the second embodiment, as an example, the heat treatment is performed at 600 ° C. for 6 hours. In this heat treatment, the phosphorus 210 doped in the region 203f is changed to the nickel 20 existing in that region.
Trap 5 first. 5 (C) and FIG.
(B), as shown in FIGS. 7 (E) and 8 (E), nickel 205 existing in the crystalline silicon films 203c and 203a ′ under the mask 209, in particular, existing in the crystal growth boundary 203d. The nickel 205 is pulled out in the direction shown by the arrow 211. That is, the nickel 205 is drawn in all directions from the area covered by the mask 209 toward the outer area 203f.
【0178】その結果、マスク209下の結晶性ケイ素
膜203cおよび203a’におけるニッケル濃度は大
きく低減する。このとき、実際の結晶性ケイ素膜203
c中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、5×1016atoms/cm3
程度にまで低減されていた。ちなみに、上記加熱処理工
程前では、結晶性ケイ素膜203cの膜中ニッケル濃度
は、5×1017atoms/cm3程度であった。As a result, the nickel concentration in the crystalline silicon films 203c and 203a 'under the mask 209 is greatly reduced. At this time, the actual crystalline silicon film 203
Secondary ion mass spectrometry (SIMS)
5 × 10 16 atoms / cm 3
To a degree. By the way, before the heat treatment step, the nickel concentration in the crystalline silicon film 203c was about 5 × 10 17 atoms / cm 3 .
【0179】次に、酸化ケイ素膜からなるマスク209
をエッチング除去する。エッチャントとしては、下層の
結晶性ケイ素膜203a’、203cに対して十分に選
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を行った。Next, a mask 209 made of a silicon oxide film is used.
Is removed by etching. As an etchant, wet etching was performed using 1:10 buffered hydrofluoric acid (BHF) having sufficient selectivity for the lower crystalline silicon films 203a 'and 203c.
【0180】その後、図7(F)および図8(F)に示すよ
うに、マスク209に覆われていた領域のケイ素膜20
3c、203a’を用い、その他の不要な部分のケイ素
膜を除去して素子間分離を行う。Thereafter, as shown in FIGS. 7F and 8F, the silicon film 20 in the region covered with the mask 209 is formed.
Using 3c and 203a ', other unnecessary portions of the silicon film are removed to perform element isolation.
【0181】すなわち、上記工程によって、ドライバー
部では、図5(D)に示すような配置で、また、画素部で
は図6(C)に示すような配置で、TFTの活性領域(ソ
ース/ドレイン領域、チャネル領域)となる島状の結晶性
ケイ素膜212n、212p、212gを形成する。図5
(D)および図6(C)には、その活性化領域212n、2
12pと、リンの導入マスク209との位置関係を示し
ている。この工程で、TFTのチャネル幅Wが決定され
る。That is, by the above process, the active region (source / drain) of the TFT is arranged in the driver portion in the arrangement as shown in FIG. 5D and in the pixel portion in the arrangement as shown in FIG. Then, island-shaped crystalline silicon films 212n, 212p and 212g to be regions and channel regions) are formed. FIG.
(D) and FIG. 6 (C) show the activation regions 212n,
12 shows the positional relationship between 12p and the phosphorus introduction mask 209. In this step, the channel width W of the TFT is determined.
【0182】また、ドライバー部においては、最終的
に、TFTにおいてキャリアが流れる方向(チャネル方
向)が、高品質な結晶性ケイ素領域203cの中央部に
形成された結晶成長境界203dの線方向を横切らない
ように概略平行に配置した。In the driver portion, the direction in which carriers flow in the TFT (channel direction) finally crosses the line direction of the crystal growth boundary 203d formed in the center of the high-quality crystalline silicon region 203c. They were arranged almost parallel so as not to be present.
【0183】この第2実施形態では、ドライバーTFT
のチャネル幅Wを35μmとした。これにより、図5
(D)および図7(F)に示すように、そのチャネル220
n、220p内に、チャネル方向に沿って、幅β=5μ
mの高品質な結晶性領域203cが5本含まれ、幅α=
2μmのシードとなった結晶性領域203a’が4本含
まれている。これらが、チャネル領域を構成することに
なる。In the second embodiment, the driver TFT
Was 35 μm. As a result, FIG.
As shown in FIG. 7D and FIG.
n, 220p, along the channel direction, width β = 5μ
m of high-quality crystalline regions 203c, and a width α =
Four crystalline regions 203a 'serving as seeds of 2 μm are included. These constitute a channel region.
【0184】次に、図8(G)に示すように、上記活性領
域となる結晶性ケイ素膜212n、212pおよび21
2gを覆うように、厚さ80nmの酸化ケイ素膜をゲー
ト絶縁膜213として基板全面に成膜する。この第2実
施形態でのゲート絶縁膜213の成膜工程において、T
EOS(Tetra Ethoxy Ortho Silicate)を原料とし、酸
素とともに基板温度150〜600℃(好ましくは、30
0〜450℃)で、RFプラズマCVD法で分解、堆積し
た。なお、上記成膜工程において、TEOSを原料と
し、オゾンガスとともに減圧CVD法もしくは常圧CV
D法を用い、基板温度を350〜600℃(好ましくは、
400〜550℃)としてもよい。Next, as shown in FIG. 8G, the crystalline silicon films 212n, 212p and
A silicon oxide film having a thickness of 80 nm is formed as a gate insulating film 213 over the entire surface of the substrate so as to cover 2 g. In the step of forming the gate insulating film 213 in the second embodiment, T
Using EOS (Tetra Ethoxy Ortho Silicate) as a raw material, a substrate temperature of 150 to 600 ° C. (preferably 30
(0-450 ° C.) and decomposed and deposited by RF plasma CVD. In the above film formation step, TEOS is used as a raw material, and a low pressure CVD method or an ordinary pressure CV
Using the method D, the substrate temperature is set to 350 to 600 ° C. (preferably,
400-550 ° C).
【0185】上記成膜後、ゲート絶縁膜自身のバルク特
性および結晶性ケイ素膜/ゲート絶縁膜の界面特性を向
上させるために、不活性ガス雰囲気下で400〜600
℃で1〜4時間のアニールを行った。After the above film formation, in order to improve the bulk characteristics of the gate insulating film itself and the interface characteristics between the crystalline silicon film and the gate insulating film, 400 to 600 ° C. in an inert gas atmosphere.
Annealing was performed at a temperature of 1 to 4 hours.
【0186】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ400〜800nm(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214n、214p、214g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215n、215p、215g
を形成する。この状態が、図8(G)に相当する。このと
き、画素部においては、ゲート電極214gは、平面的
にはゲートバスラインを同時構成しており、この状態を
図6(D)に平面的に示す。Subsequently, by the sputtering method,
An aluminum film having a thickness of 400 to 800 nm (for example, 600 nm) is formed. Then, the aluminum film is patterned to form gate electrodes 214n, 214p, and 214g. Further, the surface of this aluminum electrode is anodized to form an oxide layer 215n, 215p, 215g on the surface.
To form This state corresponds to FIG. At this time, in the pixel portion, the gate electrode 214g simultaneously constitutes a gate bus line in a plan view, and this state is shown in a plan view in FIG.
【0187】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215の厚さは200nm
である。なお、この酸化物層215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
厚さとなるので、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。The above anodic oxidation is performed in an ethylene glycol solution containing tartaric acid at 1 to 5%. First, the voltage is increased to 220 V at a constant current, and the state is maintained for 1 hour, thereby completing the process. The thickness of the obtained oxide layer 215 is 200 nm.
It is. Note that since the oxide layer 215 has a thickness for forming 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.
【0188】次に、図9(H)に示すように、フォトレジ
ストによって、ドライバー部において、P型TFTを覆
うようにマスク216を形成する。その後、イオンドー
ピング法によって、ゲート電極214n、214gとそ
の周囲の酸化物層215n、215gをマスクとして、
N型TFTの活性領域212n、212gに、不純物(リ
ン)217を注入する。Next, as shown in FIG. 9H, a mask 216 is formed with a photoresist so as to cover the P-type TFT in the driver portion. Thereafter, the gate electrodes 214n and 214g and the surrounding oxide layers 215n and 215g are used as masks by ion doping.
An impurity (phosphorus) 217 is implanted into the active regions 212n and 212g of the N-type TFT.
【0189】ドーピングガスとして、フォスフィン(P
H3)を用い、加速電圧を60〜90kV(例えば、80
kV)とし、ドーズ量を1×1015〜8×1015cm
-2(例えば、2×1015cm-2)とする。この工程によっ
て、リン217が注入された領域221nと222n
は、後に、ドライバー部のN型TFTのソース/ドレイ
ン領域となる。一方、ゲート電極214nおよびその周
囲の酸化層215nにマスクされて、不純物が注入され
ない領域220nは、後に、ドライバーN型TFTのチ
ャネル領域となる。As a doping gas, phosphine (P
H3) and an acceleration voltage of 60 to 90 kV (for example, 80
kV) and the dose is 1 × 10 15 to 8 × 10 15 cm
−2 (for example, 2 × 10 15 cm −2 ). By this step, regions 221n and 222n into which phosphorus 217 has been implanted are formed.
Will be the source / drain regions of the N-type TFT in the driver section later. On the other hand, the region 220n which is masked by the gate electrode 214n and the surrounding oxide layer 215n and into which impurities are not implanted later becomes a channel region of the driver N-type TFT.
【0190】また、画素TFTにおいても、不純物が注
入された領域221gと222gが、後の画素TFTの
ソース/ドレイン領域となる。一方、ゲート電極214
gおよびその周囲の酸化層215gにマスクされて不純
物が注入されない領域220gは、後に、画素TFTの
チャネル領域となる。このとき、P型TFTの活性領域
212pには、マスク216によって、リン217は全
くドーピングされない。Also in the pixel TFT, the regions 221g and 222g into which the impurities are implanted become the source / drain regions of the subsequent pixel TFT. On the other hand, the gate electrode 214
The region 220g to which the impurity is not implanted by being masked by g and the surrounding oxide layer 215g becomes a channel region of the pixel TFT later. At this time, the active region 212p of the P-type TFT is not doped with phosphorus 217 by the mask 216 at all.
【0191】次に、フォトレジストマスク216を除去
した後、フォトレジストによって、新たに、ドライバー
部においてN型TFTと画素TFTとを覆うように、マ
スク218を形成する。そして、図9(I)に示すよう
に、イオンドーピング法によって、P型TFTの活性領
域220pに、ゲート電極214pおよびその周囲の酸
化物層215pをマスクとして、不純物(ホウ素)219
を注入する。ここで、ドーピングガスとしてはジボラン
(B2H6)を用い、加速電圧を40kV〜80kV(例え
ば、65kV)とし、ドーズ量は1×1015〜8×1015
cm-2(例えば、5×1015cm-2)とした。Next, after removing the photoresist mask 216, a mask 218 is newly formed with photoresist so as to cover the N-type TFT and the pixel TFT in the driver portion. Then, as shown in FIG. 9I, an impurity (boron) 219 is formed in the active region 220p of the P-type TFT by ion doping using the gate electrode 214p and the oxide layer 215p around it as a mask.
Inject. Here, diborane is used as the doping gas.
(B 2 H 6 ), the acceleration voltage is set to 40 kV to 80 kV (for example, 65 kV), and the dose is set to 1 × 10 15 to 8 × 10 15.
cm −2 (for example, 5 × 10 15 cm −2 ).
【0192】この工程によって、ホウ素219が注入さ
れた領域221pと222pは、後に、ドライバー部の
P型TFTのソース/ドレイン領域となる。一方、ゲー
ト電極214pおよびその周囲の酸化層215pにマス
クされて、不純物が注入されない領域220pは、後
に、ドライバーP型TFTのチャネル領域となる。この
とき、マスク218によって、ドライバーN型TFTの
活性領域220nおよび画素TFTの活性領域220g
には、ホウ素219は全くドーピングされない。By this step, the regions 221p and 222p into which the boron 219 has been implanted later become source / drain regions of the P-type TFT in the driver portion. On the other hand, the region 220p, which is masked by the gate electrode 214p and the surrounding oxide layer 215p and is not doped with impurities, will later become a channel region of the driver P-type TFT. At this time, the active region 220n of the driver N-type TFT and the active region 220g of the pixel TFT are formed by the mask 218.
In this case, the boron 219 is not doped at all.
【0193】このようにして、N型の不純物領域221
nと222n、221gと222g、並びに、P型の不純
物領域221pと222pが、それぞれ選択的に形成さ
れ、図5(D)および図9(I)に示すように、Nチャネル
型TFT227とPチャネル型TFT228とを形成す
ることができる。Thus, N-type impurity region 221 is formed.
n and 222n, 221g and 222g, and P-type impurity regions 221p and 222p are selectively formed, respectively. As shown in FIGS. 5D and 9I, the N-channel TFT 227 and the P-channel Type TFT 228 can be formed.
【0194】その後、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。このとき、使用するレー
ザーとしては、XeClエキシマレーザー(波長308
nm、パルス幅40ナノ秒)を用い、エネルギー密度15
0〜400mJ/cm2(好ましくは、200〜250mJ
/cm2)で照射を行った。こうして形成されたN型不純
物(リン)領域221n、222n、221g、222gの
シート抵抗は、200〜800Ω/□であった。また、
P型不純物(ホウ素)領域221p、222pのシート抵
抗は、500Ω/□〜1kΩ/□であった。After that, the ion-implanted impurity is activated, and at the same time, the crystallinity of the portion where the crystallinity is deteriorated in the above-described impurity introducing step is improved. At this time, the laser used is a XeCl excimer laser (wavelength 308).
nm, a pulse width of 40 nanoseconds) and an energy density of 15
0 to 400 mJ / cm 2 (preferably 200 to 250 mJ
/ cm 2 ). The sheet resistance of the N-type impurity (phosphorus) regions 221n, 222n, 221g and 222g thus formed was 200 to 800Ω / □. Also,
The sheet resistance of the P-type impurity (boron) regions 221p and 222p was 500Ω / □ to 1kΩ / □.
【0195】続いて、図9(J)に示すように、厚さ90
0nm程度の酸化ケイ素膜あるいは窒化ケイ素膜を層間
絶縁膜223として形成する。酸化ケイ素膜を用いる場
合には、TEOSを原料として、これと酸素とのプラズ
マCVD法(もしくは、オゾンとの減圧CVD法あるいは
常圧CVD法)によって形成すれば、段差被覆性に優れ
た良好な層間絶縁膜223が得られる。また、SiH4
とNH3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.
A silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of about 0 nm is formed as the interlayer insulating film 223. When a silicon oxide film is used, if TEOS is used as a raw material and formed by plasma CVD with oxygen (or reduced pressure CVD with ozone or normal pressure CVD), excellent step coverage can be obtained. An interlayer insulating film 223 is obtained. In addition, SiH 4
Using a silicon nitride film formed by plasma CVD using NH 3 and NH 3 as source gases, hydrogen atoms are supplied to the interface between the active region and the gate insulating film, thereby reducing the dangling bonds that degrade the TFT characteristics. There is.
【0196】次に、層間絶縁膜223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、ドライバーTFT部の電極配
線224と、画素TFTのソース電極TFTのソース電
極配線225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目的のバリア膜と
して設けられる。画素TFT229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
としては、ITOなど透明導電膜からなる画素電極22
6を設ける。すなわち、図6(E)において、ソースバス
ライン225を介してビデオ信号が供給され、ゲートバ
スライン214のゲート信号に基づいて画素電極226
に必要な電荷が書き込まれる訳である。そして最後に、
1気圧の水素雰囲気で350℃、1時間のアニールを行
い、図5(D)、図6(E)、図9(J)に示すように、ドライ
バー部でNチャネル型TFT227とPチャネル型TF
T228を、画素部で画素TFT229を完成させる。
さらに必要に応じて、これらのTFTを保護する目的
で、TFT上に窒化ケイ素膜など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 223, and a two-layer film of a metal material (for example, titanium nitride and aluminum) is used to form an electrode wiring 224 of the driver TFT portion and a source electrode TFT of the pixel TFT. A source electrode wiring 225 is formed. The titanium nitride film is provided as a barrier film for preventing aluminum from diffusing into the semiconductor layer. Since the pixel TFT 229 is an element for switching the pixel electrode, the other drain electrode is a pixel electrode 22 made of a transparent conductive film such as ITO.
6 is provided. That is, in FIG. 6E, a video signal is supplied via the source bus line 225 and the pixel electrode 226 is supplied based on the gate signal of the gate bus line 214.
The necessary charge is written. And finally,
Annealing was performed at 350 ° C. for 1 hour in a hydrogen atmosphere of 1 atm. As shown in FIGS. 5D, 6E, and 9J, an N-channel TFT 227 and a P-channel TF
T228 completes the pixel TFT 229 in the pixel portion.
If necessary, a protective film made of a silicon nitride film or the like may be provided on the TFT for the purpose of protecting the TFT.
【0197】以上の第2実施形態にしたがって作製した
ドライバー部のCMOS構造回路においては、それぞれ
のTFTの電界効果移動度はNチャネル型TFT227
で250〜300cm2/Vs、Pチャネル型TFT22
8で120〜150cm2/Vsと高く、閾値電圧はN型
TFTで1V程度、P型TFTで−1.5V程度と非常
に良好な特性を示す。In the CMOS circuit of the driver section manufactured according to the above-described second embodiment, the field-effect mobility of each TFT is N-channel type TFT227.
250-300 cm 2 / Vs, P-channel type TFT22
High as 120~150cm 2 / Vs at 8, the threshold voltage is about 1V at N type TFT, and shows very good properties as about -1.5V in a P-type TFT.
【0198】また、従来問題となっていた特性ばらつき
については、電界効果移動度において±10%程度に抑
えられ、閾値電圧において±0.2V程度に抑えること
ができた(基板として400×320mmのサイズを用
い、基板内200点測定の結果)。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、ほとんど特性劣化が見られず、従来のものと比べて
非常に信頼性が高く、安定した回路特性を示した。ま
た、画素TFT229では、電界効果移動度が120c
m2/Vs程度であり、閾値電圧が2V程度であり、画素
TFTとしては十分な特性であった。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
大きく向上させることができた。The characteristic variation, which has been a problem in the past, was suppressed to about ± 10% in the field effect mobility and to about ± 0.2 V in the threshold voltage (400 × 320 mm of the substrate). Using the size, the result of measuring 200 points in the substrate). In addition, even after repeated measurements and durability tests with bias and temperature stress, almost no characteristic deterioration was observed, and the circuit exhibited extremely high reliability and stable circuit characteristics as compared with the conventional circuit. In the pixel TFT 229, the field effect mobility is 120c.
m 2 / Vs, the threshold voltage was about 2 V, and the characteristics were sufficient for the pixel TFT. In addition, the increase and the variation of the leak 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, thereby greatly improving the production yield. I was able to.
【0199】そして、この第2実施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
ネルが得られた。Then, when the active matrix substrate for liquid crystal display manufactured based on the second embodiment was actually evaluated for lighting, the display unevenness was smaller than that manufactured by the conventional method, and pixel defects due to TFT leak were also reduced. A very small liquid crystal panel with high contrast ratio and high display quality was obtained.
【0200】〔第3の実施の形態〕次に、この発明の第
3実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
この第3実施形態は、第2実施形態と同様に、ガラス基
板上にドライバーモノリシック型のアクティブマトリク
ス基板を作製する場合について、この発明を採用したも
のである。この第3実施形態で作製するドライバーモノ
リシック型のアクティブマトリクス基板は、液晶表示装
置やイメージセンサーなどに適用される。この第3実施
形態でドライバーモノリシック型のアクティブマトリク
ス基板を作製するに際し、画素電極をスイッチングする
画素TFTと、ドライバー回路を構成するドライバーT
FTとが同時形成される。この第3実施形態において
も、ドライバーTFTとして、Nチャネル型TFTとP
チャネル型TFTを相補型に構成したCMOS構造の回
路を代表例として用いた。[Third Embodiment] Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention will be described.
In the third embodiment, as in the second embodiment, the present invention is applied to a case where a driver monolithic active matrix substrate is formed on a glass substrate. The driver monolithic active matrix substrate manufactured in the third embodiment is applied to a liquid crystal display device, an image sensor, and the like. In manufacturing a driver monolithic active matrix substrate in the third embodiment, a pixel TFT for switching a pixel electrode and a driver T for forming a driver circuit are used.
FT and FT are formed simultaneously. Also in the third embodiment, an N-channel TFT and a P-type TFT are used as driver TFTs.
A circuit having a CMOS structure in which channel type TFTs are configured in a complementary manner was used as a representative example.
【0201】図10、図11に、(A)→(D)の順に、こ
の第3実施形態で作製するドライバーモノリシックアク
ティブマトリクス基板におけるドライバー回路部でのC
MOS構造(N型TFTとP型TFT)素子の作製工程の
概要を平面図で示す。また、図12に、(A)→(E)の順
に、画素TFTの作製工程の進行概要を平面図で示す。
実際のアクティブマトリクス基板では、数十万個以上の
TFTで構成されるが、この第3実施形態では、3行×
3列の9個のTFTに簡略化して説明を行う。FIGS. 10 and 11 show, in order of (A) → (D), C in the driver circuit portion of the driver monolithic active matrix substrate manufactured in the third embodiment.
An outline of a manufacturing process of a MOS structure (N-type TFT and P-type TFT) element is shown in a plan view. FIG. 12 is a plan view showing the outline of the progress of the manufacturing process of the pixel TFT in the order of (A) → (E).
An actual active matrix substrate is composed of hundreds of thousands or more TFTs. In the third embodiment, 3 rows ×
The description will be simplified to nine TFTs in three rows.
【0202】また、図13は、図11および図12にお
いてA−A’のラインで切ったときの断面を示し、図1
3においては、任意の一TFTを示している。また、図
14は、図11および図12においてB−B’のライン
で切ったときの断面を示す。FIG. 13 shows a cross section taken along the line AA ′ in FIGS. 11 and 12, and FIG.
3 shows an arbitrary TFT. FIG. 14 shows a cross section taken along the line BB ′ in FIGS. 11 and 12.
【0203】図13の(A)→(E)の順にしたがって作製
工程が順次進行し、引き続いて、図14、15の(E)→
(J)の順にしたがってN型TFT327、P型TFT3
28、画素TFT329が完成される。図13(E)の工
程と、図14(E)の工程とは、同一工程である。The manufacturing process sequentially proceeds in the order of (A) → (E) of FIG. 13, and subsequently, (E) → FIG.
According to the order of (J), the N-type TFT 327 and the P-type TFT 3
28, the pixel TFT 329 is completed. The step of FIG. 13E and the step of FIG. 14E are the same step.
【0204】この第3実施形態では、まず、図13(A)
に示すように、ガラス基板301上に、例えば、スパッ
タリング法などによって、厚さ300〜500nm程度
の酸化ケイ素からなる下地膜302を形成する。この酸
化ケイ素膜からなる下地層302は、ガラス基板からの
不純物の拡散を防ぐために設けられる。次に、プラズマ
CVD法あるいは減圧CVD法によって、厚さ20〜8
0nm、例えば45nmの真性(I型)の非晶質ケイ素膜
(a−Si膜)303を成膜する。この第3実施形態で
は、平行平板式のプラズマCVD装置を用い、加熱温度
を300℃とし、SiH4ガスとH2ガスを材料ガスに用
いた。In the third embodiment, first, FIG.
As shown in FIG. 5, a base film 302 made of silicon oxide having a thickness of about 300 to 500 nm is formed on a glass substrate 301 by, for example, a sputtering method. The base layer 302 made of the silicon oxide film is provided to prevent diffusion of impurities from the glass substrate. Next, by plasma CVD or low pressure CVD, a thickness of 20 to 8
0 nm, eg, 45 nm intrinsic (I-type) amorphous silicon film
(a-Si film) 303 is formed. In the third embodiment, a parallel plate type plasma CVD apparatus was used, the heating temperature was set to 300 ° C., and SiH 4 gas and H 2 gas were used as material gases.
【0205】次に、非晶質ケイ素膜(a−Si膜)303
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304を形成する。
この第3実施形態では、マスク304を酸化ケイ素膜と
し、TEOS(Tetra EthoxyOrtho Silicate)を原料とし
て、酸素とともにRFプラズマCVD法で分解、堆積し
た。このマスク304の厚さは、100nm〜400n
mであることが望ましく、この第3実施形態では、上記
酸化ケイ素膜からなるマスク304の厚さを150nm
とした。Next, an amorphous silicon film (a-Si film) 303
An insulating thin film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited thereon and patterned to form a mask 304.
In the third embodiment, the mask 304 is made of a silicon oxide film, and TEOS (Tetra Ethoxy Ortho Silicate) is used as a raw material and is decomposed and deposited together with oxygen by an RF plasma CVD method. The thickness of the mask 304 is 100 nm to 400 n.
In the third embodiment, the thickness of the mask 304 made of the silicon oxide film is set to 150 nm.
And
【0206】マスク304の平面的なパターン形状は、
ドライバー回路部においては、図10(A)に示すよう
に、複数の線状となっており、ライン&スペース状に形
成されている。この第3実施形態では、マスク304の
線幅βを、8μmとした。また、マスク304で覆われ
ていない領域300においては、非晶質ケイ素膜(a−
Si膜)303が露呈されており、そのスペース幅αは
2μmとなるようにした。このとき、画素部では、図1
2(A)に示すように、全面がマスク304によって覆わ
れている状態となっている。The planar pattern shape of the mask 304 is as follows:
As shown in FIG. 10A, the driver circuit section has a plurality of linear shapes, and is formed in a line and space shape. In the third embodiment, the line width β of the mask 304 is 8 μm. In the region 300 not covered with the mask 304, the amorphous silicon film (a-
(Si film) 303 is exposed, and the space width α is set to 2 μm. At this time, in the pixel portion, FIG.
As shown in FIG. 2A, the entire surface is covered with the mask 304.
【0207】上記マスク304を設けた後、この上から
ニッケル305の微量添加を行う。このニッケル305
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った。具体的
には、DCパワーが100W以下という極低パワーに
て、基板搬送速度を2000mm/分にまで高めてスパ
ッタリング処理を行った。スパッタリングガスとしては
アルゴンを用いて、純ニッケルターゲットに対してスパ
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。
このようにしてスパッタリングされたニッケル305
は、図13(A)では、薄膜のように表示してはいるが、
実際には単原子層程度かそれ以下の状態で、とても膜と
呼べる状態ではない。具体的に、DCパワー30W、ア
ルゴンガス圧22Paの条件でスパッタリングを行った
ところ、基板表面上(マスク304と露呈している非晶
質ケイ素膜(a−Si膜)303)のニッケル濃度は、2
×1013atoms/cm2程度(TRXRF測定値)であ
った。このとき、ニッケル305は、平面的に見ると、
ドライバー部では、線状のマスク304によって、図1
0(A)において示される領域300において、選択的に
非晶質ケイ素膜(a−Si膜)303に添加された状態と
なっている。これに対して、画素部は、図12(A)に示
すように、全面的にマスク304に覆われ、ニッケル3
05が添加されていない状態にある。After the mask 304 is provided, a small amount of nickel 305 is added from above. This nickel 305
Was added by DC sputtering using a target of pure nickel (99.9% or more). Specifically, the sputtering process was performed at an extremely low DC power of 100 W or less and the substrate transfer speed was increased to 2000 mm / min. By using argon as a sputtering gas and raising the gas pressure during sputtering to a pure nickel target to 10 Pa or more, it is possible to perform ultra-low concentration sputtering of nickel.
Nickel 305 thus sputtered
Is displayed as a thin film in FIG.
Actually, it is a state of a monoatomic layer or less, which is not a state that can be called a film. Specifically, when sputtering was performed under the conditions of a DC power of 30 W and an argon gas pressure of 22 Pa, the nickel concentration on the substrate surface (the amorphous silicon film (a-Si film) 303 exposed with the mask 304) was: 2
It was about × 10 13 atoms / cm 2 (TRXRF measurement value). At this time, the nickel 305 is
In the driver section, a linear mask 304
In a region 300 shown by 0 (A), the amorphous silicon film (a-Si film) 303 is selectively added. On the other hand, the pixel portion is entirely covered with a mask 304 as shown in FIG.
05 is not added.
【0208】そして、この状態で、これを不活性雰囲気
下(例えば、窒素雰囲気下)で、加熱温度520〜580
℃(例えば、550℃)で1時間アニールして結晶化させ
る。このとき、マスク304で覆われておらず、ニッケ
ル305が直接添加された領域300の非晶質ケイ素膜
(a−Si膜)303においては、非晶質ケイ素膜(a−
Si膜)303表面に添加されたニッケル305のシリ
サイド化が起こる。このシリサイド化したニッケル30
5を核として、非晶質ケイ素膜303の結晶化が進行す
る。その結果、図13(B)に示すように、ドライバー部
では、マスク304から露呈している領域300におい
てのみ、結晶性ケイ素膜303aが形成される。Then, in this state, this is heated under an inert atmosphere (for example, under a nitrogen atmosphere) at a heating temperature of 520 to 580.
C. (for example, 550.degree. C.) for 1 hour for crystallization. At this time, the amorphous silicon film in the region 300 not covered with the mask 304 and directly added with nickel 305 is used.
In the (a-Si film) 303, the amorphous silicon film (a-
The silicidation of the nickel 305 added to the surface of the (Si film) 303 occurs. This silicified nickel 30
With the nucleus 5 as a nucleus, the crystallization of the amorphous silicon film 303 proceeds. As a result, as shown in FIG. 13B, in the driver portion, the crystalline silicon film 303a is formed only in the region 300 exposed from the mask 304.
【0209】引き続いて、マスク304下の領域では、
図10(B)および図13(C)に、矢印306で示すよう
に、マスク304の中央に向かって、先に結晶化された
領域の結晶性ケイ素膜303aから横方向(基板と平行
な方向)に結晶成長が行われ、横方向結晶成長領域30
3bが形成される。ここで、この第3実施形態では、こ
のときのニッケルの添加濃度とアニール温度、時間を上
記値に制御することによって、横方向結晶成長領域30
3bで、マスク304下の領域が完全に埋めつくせられ
ないようにしている。その結果、横方向結晶成長領域3
03bに挟まれて、非晶質領域である非晶質ケイ素膜3
03が残存する。このときの矢印306に示す横方向結
晶成長距離(すなわち、矢印306方向の領域303bの
長さx)は、それぞれ1μmであった。また、この成長
距離xに合わせ、横方向結晶成長領域303bに挟まれ
て残存する非晶質ケイ素膜303の幅yは、6μm以下
であることが望ましい。Subsequently, in a region below the mask 304,
In FIG. 10B and FIG. 13C, as indicated by an arrow 306, the crystalline silicon film 303a in the previously crystallized region extends in the lateral direction (the direction parallel to the substrate) toward the center of the mask 304. The crystal growth is performed in the lateral crystal growth region 30.
3b is formed. Here, in the third embodiment, by controlling the additive concentration of nickel, the annealing temperature and the time to the above-mentioned values at this time, the lateral crystal growth region 30 is formed.
3b prevents the area under the mask 304 from being completely filled. As a result, the lateral crystal growth region 3
03b, the amorphous silicon film 3 as an amorphous region
03 remains. At this time, the lateral crystal growth distance indicated by the arrow 306 (that is, the length x of the region 303b in the direction of the arrow 306) was 1 μm. The width y of the remaining amorphous silicon film 303 sandwiched between the lateral crystal growth regions 303b is desirably 6 μm or less according to the growth distance x.
【0210】この第3実施形態でも、残存する非晶質ケ
イ素膜303の幅yが6μmとなるように、マスク30
4の線幅β、スペース幅αおよび、横方向結晶成長距離
xを設定した。この状態を、図10(B)および図13
(C)に示す。このとき、マスク304上に存在するニッ
ケル305は、マスク膜304に阻まれ、下層の非晶質
ケイ素膜(a−Si膜)303へは到達せず、ニッケルが
直接添加された領域300において導入されたニッケル
305のみによって、非晶質ケイ素膜(a−Si膜)30
3が結晶化される。したがって、画素部では、結晶化が
生じず、全面的に非晶質ケイ素膜状態のままとなってい
る。Also in the third embodiment, the mask 30 is formed so that the width y of the remaining amorphous silicon film 303 becomes 6 μm.
4, a line width β, a space width α, and a lateral crystal growth distance x were set. This state is shown in FIG. 10 (B) and FIG.
It is shown in (C). At this time, the nickel 305 existing on the mask 304 is blocked by the mask film 304, does not reach the lower amorphous silicon film (a-Si film) 303, and is introduced into the region 300 to which nickel is directly added. An amorphous silicon film (a-Si film) 30 is formed only by the
3 is crystallized. Therefore, in the pixel portion, crystallization does not occur and the entire surface remains in an amorphous silicon film state.
【0211】次に、マスクとして用いた酸化ケイ素膜3
04をエッチング除去する。エッチャントとしては、下
層の非晶質ケイ素膜303に対して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
エッチングを行った。そして、この状態で、図13(D)
に示すように、ドライバー部では、レーザー光307を
照射することで、結晶化領域である結晶性ケイ素膜30
3bから、その結晶性を反映させて、矢印308に示す
ような方向に、隣接する残存している非晶質領域303
を結晶化させる。その結果、幅yの非晶質領域303
は、非常に高品質な結晶性ケイ素膜303cとなる。Next, the silicon oxide film 3 used as a mask
04 is removed by etching. As an etchant, wet etching was performed using 1:10 buffered hydrofluoric acid (BHF) having sufficient selectivity for the lower amorphous silicon film 303. Then, in this state, FIG.
As shown in FIG. 5, the driver section irradiates a laser beam 307 so that the crystalline silicon film 30 serving as a crystallization region is formed.
3b, reflecting the crystallinity thereof, the adjacent remaining amorphous region 303 in the direction shown by the arrow 308.
Is crystallized. As a result, the amorphous region 303 having a width y
Becomes a very high quality crystalline silicon film 303c.
【0212】すなわち、このレーザー照射によって、非
晶質領域303が優先的に溶融し、結晶化領域である結
晶性ケイ素膜303bの良好な結晶成分のみを反映して
結晶化される訳である。そして、双方の結晶性ケイ素膜
303bから、さらに横方向308に結晶成長し、ぶつ
かった境界(成長境界)303dが、高品質な結晶性ケイ
素膜303cの中央部に形成される。また、このレーザ
ー光307の照射工程によって、ニッケルによる結晶化
領域である結晶性ケイ素膜303aとその横成長領域3
03bもその結晶性が幾分か改善され、結晶性ケイ素膜
303a’、303b’となる。この状態が、図13
(D)に示されている。すなわち、幅α=2μmのニッケ
ルが直接導入されて結晶化された結晶性ケイ素領域30
3a’を挟んで、幅x=1μmの横方向結晶成長領域で
ある結晶性ケイ素膜303b’が形成され、それと幅β
=6μmの高品質な結晶性ケイ素領域である結晶性ケイ
素膜303cとがストライプ状に形成される。上記工程
において、レーザー照射によって結晶化される高品質な
結晶性ケイ素膜303cは、前述の第1、第2実施形態
の103c、203cに比べて、より高い結晶性を有し
ている。なぜなら、この第3実施形態では、その結晶化
の際のシード領域として、ニッケルが直接導入され結晶
化された領域よりも、より結晶性が高いニッケルによる
横方向結晶成長領域を用いているからである。That is, the amorphous region 303 is preferentially melted by the laser irradiation, and is crystallized by reflecting only a favorable crystal component of the crystalline silicon film 303b as a crystallized region. Then, from both the crystalline silicon films 303b, the crystal grows further in the lateral direction 308, and a collision boundary (growth boundary) 303d is formed at the center of the high-quality crystalline silicon film 303c. Further, by the irradiation step of the laser beam 307, the crystalline silicon film 303a, which is a crystallization region of nickel, and the lateral growth region 3
03b also has somewhat improved crystallinity and becomes crystalline silicon films 303a 'and 303b'. This state is shown in FIG.
It is shown in (D). That is, the crystalline silicon region 30 in which nickel having a width α = 2 μm is directly introduced and crystallized.
A crystalline silicon film 303b ', which is a lateral crystal growth region having a width x = 1 .mu.m, is formed with a width .beta.
And a crystalline silicon film 303c, which is a high-quality crystalline silicon region of = 6 μm, is formed in a stripe shape. In the above process, the high-quality crystalline silicon film 303c crystallized by laser irradiation has higher crystallinity than the above-described first and second embodiments 103c and 203c. This is because, in the third embodiment, a lateral crystal growth region of nickel having higher crystallinity than a region in which nickel is directly introduced and crystallized is used as a seed region for the crystallization. is there.
【0213】一方、画素部においては、このレーザー光
307の照射工程によって、非晶質状態から直接結晶化
され、全面的に、レーザー照射のみで結晶化された結晶
性ケイ素膜303eが形成され、図12(B)に示す状態
となる。このときのレーザー光としては、XeClエキ
シマレーザー(波長308nm、パルス幅40ナノ秒)を
用いた。レーザー光の照射条件は、照射時に基板を20
0〜450℃、例えば400℃に加熱し、エネルギー密
度200〜450mJ/cm2、例えば350mJ/cm2
で照射した。また、ビームサイズは、基板301表面で
150mm×1mmの長尺形状となるように成形されて
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、ケイ素膜303
の任意の一点において、計20回のレーザー照射が行わ
れることになる。On the other hand, in the pixel portion, a crystalline silicon film 303e which is directly crystallized from an amorphous state and entirely crystallized only by laser irradiation is formed by the laser beam 307 irradiation step. The state shown in FIG. As the laser light at this time, a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 nanoseconds) was used. The irradiation conditions of the laser beam are as follows.
0 to 450 ° C., then heated for example to 400 ° C., the energy density 200~450mJ / cm 2, for example, 350 mJ / cm 2
Irradiation. Further, the beam size was formed to be a long shape of 150 mm × 1 mm on the surface of the substrate 301, and scanning was sequentially performed in a direction perpendicular to the long direction with a step width of 0.05 mm. That is, the silicon film 303
In any one point of the above, laser irradiation is performed a total of 20 times.
【0214】その後、図13(E)に示すように、ドライ
バー部では結晶性ケイ素膜303c、303b’,30
3a’に対し、また、画素部では結晶性ケイ素膜303
eに対して、不要な部分のケイ素膜を除去して素子間分
離を行う。すなわち、上記素子間分離工程によって、ド
ライバー部では図11(D)に示すような配置で、また、
画素部では図12(C)に示すような配置で、TFTの活
性領域(ソース/ドレイン領域,チャネル領域)となる島
状の結晶性ケイ素膜312n,312p,312gを形
成する。ここで、TFTのチャネル幅Wが決定される。
また、ドライバー部においては、最終的にTFTにおい
てキャリアが流れる方向(チャネル方向)に延在する線
が、高品質な結晶性ケイ素領域303cの中央部に形成
された結晶成長境界303dと略平行となるように配置
した。つまり、上記チャネル方向に延在する線が上記結
晶成長境界303dを横切らないような配置とした。Thereafter, as shown in FIG. 13E, the crystalline silicon films 303c, 303b ', 30
3a 'and the crystalline silicon film 303 in the pixel portion.
For e, unnecessary portions of the silicon film are removed to perform element isolation. That is, by the above-described element isolation step, the driver section is arranged as shown in FIG.
In the pixel portion, island-shaped crystalline silicon films 312n, 312p, and 312g to be active regions (source / drain regions, channel regions) of the TFT are formed in an arrangement as shown in FIG. Here, the channel width W of the TFT is determined.
In the driver portion, a line extending in the direction in which carriers finally flow (channel direction) in the TFT is substantially parallel to a crystal growth boundary 303d formed at the center of the high-quality crystalline silicon region 303c. It was arranged so that it might become. That is, the arrangement is such that the line extending in the channel direction does not cross the crystal growth boundary 303d.
【0215】この第3実施形態においては、TFTのチ
ャネル幅Wを46μmとした。これにより、図11(D)
および図13(E)に示すように、そのチャネル320
n、320p内に、チャネル方向に沿って、幅β=6μ
mの高品質な結晶性領域である結晶性ケイ素膜303c
が5本含まれ、幅x=1μmのそのシード領域となる横
方向結晶成長領域である結晶性ケイ素膜303b’が8
本含まれ、幅α=2μmのニッケルが直接導入されて結
晶化された結晶性領域である結晶性ケイ素膜303a’
が4本含まれている。これらによって、チャネル領域が
構成される。In the third embodiment, the channel width W of the TFT is 46 μm. As a result, FIG.
And as shown in FIG.
n, within 320p, along the channel direction, width β = 6μ
crystalline silicon film 303c which is a high-quality crystalline region
And a crystalline silicon film 303b ', which is a lateral crystal growth region serving as a seed region thereof having a width x = 1 μm, is 8
The crystalline silicon film 303a 'which is a crystalline region in which nickel having a width α = 2 μm is directly introduced and crystallized is included.
Are included. These form a channel region.
【0216】この状態を、図11および図12における
B−B’面で切った断面を、図14(E)に示す。この図
14(E)は、図13(E)と同じ状態を示し、図13(E)
から90゜回転した方向から見た断面が図14(E)に示
されている。島状のケイ素膜312n、312pおよび
312gを用いて、さらにTFTを作製していく上で、
説明の便宜上、以下では、その断面を、図11および図
12におけるB−B’面で切った断面で示す図14を用
いて説明を続ける。FIG. 14 (E) shows a cross section of this state taken along the plane BB ′ in FIGS. 11 and 12. FIG. 14 (E) shows the same state as FIG. 13 (E), and FIG.
FIG. 14E shows a cross section viewed from a direction rotated by 90 ° from. Using the island-shaped silicon films 312n, 312p, and 312g to further fabricate a TFT,
For convenience of description, the description will be continued below with reference to FIG. 14 which shows a cross section taken along plane BB ′ in FIGS. 11 and 12.
【0217】次に、図14(F)に示すように、上記活性
領域となる結晶性ケイ素膜312n、312p、312g
を覆うように、厚さ20〜150nm(ここでは、100
nm)の酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜313として成膜
する。この酸化ケイ素膜は、ここではTEOS(Tetra E
thoxy Ortho Silicate)を原料とし、酸素とともに基板
温度150〜600℃(好ましくは、300〜450℃)
で、RFプラズマCVD法で分解、堆積して形成した。Next, as shown in FIG. 14F, the crystalline silicon films 312n, 312p, and 312g serving as the active regions are formed.
To a thickness of 20 to 150 nm (here, 100
(nm) as a gate insulating film 313. This silicon oxide film is formed of TEOS (Tetra E
thoxy Ortho Silicate) as a raw material, with oxygen at a substrate temperature of 150 to 600 ° C. (preferably 300 to 450 ° C.)
Then, it was formed by decomposition and deposition by RF plasma CVD.
【0218】引き続いて、図14(F)に示すように、ス
パッタリング法によって高融点メタルを堆積し、これを
パターニング形成して、ゲート電極314n、314p、
314gとする。このときの高融点メタルとしては、タ
ンタル(Ta)あるいはタングステン(W)が望ましい。こ
の第3実施形態では、ゲート電極として、窒素が微量に
添加されたTaと純Taの2層構造を用い、トータルの
厚さが300〜600nm(例えば、450nm)とし
た。このとき、画素部においては、平面的に見ると図1
2(D)のような状態となっており、ゲート電極314g
は、ゲートバスラインを同時構成している。Subsequently, as shown in FIG. 14F, a high-melting-point metal is deposited by a sputtering method, and is patterned to form a gate electrode 314n, 314p,
314 g. At this time, the high melting point metal is preferably tantalum (Ta) or tungsten (W). In the third embodiment, a two-layer structure of Ta and pure Ta to which a small amount of nitrogen is added is used as the gate electrode, and the total thickness is 300 to 600 nm (for example, 450 nm). At this time, in the pixel portion, FIG.
2 (D), and the gate electrode 314 g
Constitute the gate bus lines at the same time.
【0219】次に、図14(G)に示すように、画素TF
Tにおいて、そのゲート電極314gを一回り大きく覆
うようなフォトレジストからなるマスク316を形成す
る。ここでゲート電極314g端からマスク316端ま
での距離rは、画素TFTのオフセット長となる。この
状態で、図14(G)に示すように、イオンドーピング法
によって、ドライバー部の活性領域312n、312p
に、ゲート電極314n、314pをマスクとして、リ
ン317を注入する。また、画素部の活性領域312g
に、レジストマスク316をマスクとして、リン317
を注入する。ここで、ドーピングガスとしてフォスフィ
ン(PH3)を用い、ドーピング条件としては、加速電圧
を60〜90kV(例えば、80kV)とし、ドーズ量を
2×101 5〜8×1015cm-2(例えば、5×1015cm
-2)とした。[0219] Next, as shown in FIG.
At T, a mask 316 made of a photoresist is formed so as to largely cover the gate electrode 314g. Here, the distance r from the end of the gate electrode 314g to the end of the mask 316 is the offset length of the pixel TFT. In this state, as shown in FIG. 14G, the active regions 312n and 312p of the driver portion are formed by ion doping.
Then, phosphorus 317 is implanted using the gate electrodes 314n and 314p as a mask. Also, the active area 312g of the pixel portion
Then, phosphorus 317 is formed using resist mask 316 as a mask.
Inject. Here, using phosphine (PH3) as a doping gas, the doping condition, the acceleration voltage 60~90KV (e.g., 80 kV) and, the dose 2 × 10 1 5 ~8 × 10 15 cm -2 ( e.g., 5 × 10 15 cm
-2 ).
【0220】このイオンドーピング工程によって、ドラ
イバー部では、ゲート電極314n、314pにマスク
されてリンが注入されない領域は、後に、TFTのチャ
ネル領域320n、320pとなる。また、この工程に
よって、Nチャネル型TFTにおけるN型の不純物領域
321nと322nが形成される。しかし、Pチャネル
型TFTにおいては、そのソース・ドレイン領域321
n’、322n’は、この段階では、リン317がドー
ピングされた結果、N型の不純物領域となっている。ま
た、画素部では、レジストマスク316によって、ゲー
ト電極314g端からマスク316端までの距離rの領
域には、リンが注入されない。この距離rを、第3実施
形態では、2μmに設定した。すなわち、この距離rの
領域が画素TFTにおけるオフセット領域となり、オフ
動作時のリーク電流が低減される。図14(G)では、こ
のオフセット領域とチャネル領域(ゲート電極314g
下の領域)とを合わせて、符号320gで示している。
また、マスク316以外の領域にはリンが注入され、ソ
ース・ドレイン領域321g、322gが形成される。In the driver portion, the regions which are masked by the gate electrodes 314n and 314p and are not implanted with phosphorus by the ion doping process later become the channel regions 320n and 320p of the TFT. Further, by this step, N-type impurity regions 321n and 322n in the N-channel TFT are formed. However, in the P-channel type TFT, the source / drain region 321
At this stage, n ′ and 322n ′ are N-type impurity regions as a result of doping with phosphorus 317. Further, in the pixel portion, phosphorus is not implanted into the region of the distance r from the end of the gate electrode 314g to the end of the mask 316 by the resist mask 316. This distance r is set to 2 μm in the third embodiment. That is, the region at the distance r becomes an offset region in the pixel TFT, and the leakage current during the off operation is reduced. In FIG. 14G, the offset region and the channel region (the gate electrode 314g
This is indicated by reference numeral 320g together with the lower region).
Further, phosphorus is implanted into regions other than the mask 316 to form source / drain regions 321g and 322g.
【0221】次に、マスク316を除去した後、さらに
フォトリソグラフィ工程によって、図15(H)に示すよ
うに、ドライバー部のN型TFTおよび画素TFT上を
完全に覆うように、フォトレジストによって、選択ドー
ピングのためのマスク318を形成する。そして、この
状態で、イオンドーピング法によって、P型TFTにの
み、活性領域312pに選択的に、ゲート電極314p
をマスクとして、ホウ素319を注入する。このとき、
ドーピングガスとして、ジボラン(B2H6)を用い、40
kV〜80kV(例えば、65kV)の加速電圧で、1×
1016〜5×1016cm-2(例えば、2×1016cm-2)
の高ドーズ量にて、ドーピングを行った。Next, after the mask 316 is removed, a photolithography step is further performed by using a photoresist so as to completely cover the N-type TFT and the pixel TFT of the driver portion as shown in FIG. A mask 318 for selective doping is formed. In this state, only the P-type TFT is selectively applied to the active region 312p by the ion doping method.
Is used as a mask, boron 319 is implanted. At this time,
Diborane (B 2 H 6 ) was used as a doping gas,
1 × at an accelerating voltage of kV to 80 kV (for example, 65 kV).
10 16 to 5 × 10 16 cm −2 (for example, 2 × 10 16 cm −2 )
At a high dose.
【0222】この工程において、後のP型TFTのチャ
ネル領域320pは、ゲート電極314pにマスクさ
れ、ホウ素は注入されない。一方、ゲート絶縁膜313
越しにホウ素319がドーピングされた領域321
n’、322n’では、先にドーピングされたN型不純
物であるリンがキャンセルされ、過剰なホウ素によって
反転してP型の不純物領域321pと322pが形成さ
れる。いわゆる、カウンタードーピングがなされる。こ
のようして、Nチャネル型TFTとPチャネル型TFT
とがそれぞれ形成される。In this step, the channel region 320p of the later P-type TFT is masked by the gate electrode 314p, and boron is not implanted. On the other hand, the gate insulating film 313
Region 321 doped with boron 319
In n ′ and 322n ′, the previously doped N-type impurity, phosphorus, is canceled, and is inverted by excess boron to form P-type impurity regions 321p and 322p. So-called counter doping is performed. Thus, the N-channel TFT and the P-channel TFT
Are formed respectively.
【0223】そして、上記選択ドーピングのためのマス
クとして用いたフォトレジストを除去した後、これを不
活性雰囲気(例えば、窒素雰囲気)下にて、500〜60
0℃の温度で、数時間から数十時間の加熱処理を施す。
この第3実施形態では、一例として、550℃にて6時
間の処理を行った。この加熱処理によって、ドライバー
部のTFT活性領域中において、ソース・ドレイン領域
321n、322n、321p、322pにドーピングさ
れているリンが、その領域に存在するニッケルをまずト
ラップする。そして、図15(I)に示すように、チャネ
ル領域320n、320p中に存在しているニッケル
を、矢印311に示すような方向に、隣接するソース・
ドレイン領域321n、322n、321p、322pへ
と移動させる。その結果、チャネル領域320n、32
0p中のニッケル濃度は大幅に低減する。このときのチ
ャネル領域320n、320p中のニッケル濃度を、二
次イオン質量分析法(SIMS)によって測定したとこ
ろ、5×1016atoms/cm3程度にまで低減されて
いた。ちなみに、上記工程前の結晶性ケイ素膜303c
の膜中ニッケル濃度は、5×1017atoms/cm3程
度であった。また、この加熱処理によって、ソース・ド
レイン領域321n、322n、321p、322p、32
1g、322gの活性化も同時に行われる。上記工程に
よって得られたN型不純物領域321n、322n、32
1g、322gのシート抵抗値は、0.5〜1kΩ/□で
あり、P型不純物領域321p、322pのシート抵抗
値は、2〜3kΩ/□であった。さらには、ゲート絶縁
膜313の焼成処理も同時に行われ、ゲート絶縁膜31
3自身のバルク特性および結晶性ケイ素膜/ゲート絶縁
膜の界面特性の向上を図れる。After the photoresist used as a mask for the selective doping is removed, the photoresist is removed under an inert atmosphere (for example, a nitrogen atmosphere) for 500 to 60 hours.
A heat treatment is performed at a temperature of 0 ° C. for several hours to several tens of hours.
In the third embodiment, as an example, the processing was performed at 550 ° C. for 6 hours. By this heat treatment, phosphorus doped in the source / drain regions 321n, 322n, 321p, and 322p in the TFT active region of the driver portion first traps nickel present in the region. Then, as shown in FIG. 15 (I), nickel existing in the channel regions 320n and 320p is transferred to the adjacent source / drain in the direction shown by the arrow 311.
It is moved to the drain regions 321n, 322n, 321p, and 322p. As a result, the channel regions 320n and 32n
The nickel concentration in 0p is greatly reduced. When the nickel concentration in the channel regions 320n and 320p at this time was measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS), it was reduced to about 5 × 10 16 atoms / cm 3 . Incidentally, the crystalline silicon film 303c before the above process
Was about 5 × 10 17 atoms / cm 3 . Further, by this heat treatment, the source / drain regions 321n, 322n, 321p, 322p, 32
Activation of 1 g and 322 g is performed simultaneously. N-type impurity regions 321n, 322n, and 32 obtained by the above steps
The sheet resistance of 1 g and 322 g was 0.5 to 1 kΩ / □, and the sheet resistance of the P-type impurity regions 321 p and 322 p was 2 to 3 kΩ / □. Further, the baking treatment of the gate insulating film 313 is performed at the same time, and the gate insulating film 31 is fired.
3. The bulk characteristics of itself and the interface characteristics of the crystalline silicon film / gate insulating film can be improved.
【0224】続いて、図15(J)に示すように、厚さ9
00nmの酸化ケイ素膜を層間絶縁膜323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
ムの二層膜)によって、ドライバーTFT部の電極配線
324と、画素TFTのソース電極TFTのソース電極
配線325を形成する。画素TFT329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など透明導電膜からなる画素電極3
26を設ける。すなわち、図12(E)において、ソース
バスライン325を介してビデオ信号が供給され、ゲー
トバスライン314gのゲート信号に基づいて、画素電
極326に必要な電荷が書き込まれる訳である。そして
最後に、1気圧の水素雰囲気で、350℃、1時間のア
ニールを行い、図11(D)、図12(E)、図15(J)に示
すように、ドライバー部でNチャネル型TFT327と
Pチャネル型TFT328を完成させ、画素部で画素T
FT329を完成させる。さらに必要に応じて、これら
のTFTを保護する目的で、TFT上に窒化ケイ素膜な
どからなる保護膜を設けてもよい。Subsequently, as shown in FIG.
A 00 nm silicon oxide film is formed as an interlayer insulating film 323 by a plasma CVD method, a contact hole is formed therein, and a metal material (for example, a two-layer film of titanium nitride and aluminum) is used to form an electrode wiring 324 of a driver TFT portion. Then, the source electrode wiring 325 of the source electrode TFT of the pixel TFT is formed. Since the pixel TFT 329 is an element for switching the pixel electrode, the other drain electrode has a pixel electrode 3 made of a transparent conductive film such as ITO.
26 are provided. That is, in FIG. 12E, a video signal is supplied via the source bus line 325, and necessary charges are written to the pixel electrode 326 based on the gate signal of the gate bus line 314g. Finally, annealing is performed at 350 ° C. for 1 hour in a hydrogen atmosphere at 1 atm. As shown in FIGS. 11D, 12E, and 15J, the N-channel TFT 327 is And the P-channel TFT 328 are completed, and the pixel T
FT329 is completed. If necessary, a protective film made of a silicon nitride film or the like may be provided on the TFT for the purpose of protecting the TFT.
【0225】以上の第3実施形態にしたがって作製した
ドライバー部のCMOS構造回路においては、それぞれ
のTFTの電界効果移動度はNチャネル型TFTで25
0〜300cm2/Vsであり、Pチャネル型TFTで1
20〜150cm2/Vsと高くなった。また、閾値電圧
は、N型TFTで1V程度であり、P型TFTで−1.
5V程度となり、非常に良好な特性を示した。また、従
来問題となっていた特性ばらつきが、電界効果移動度で
±10%程度に抑えられ、閾値電圧で±0.2V程度に
抑えることができた(基板として400×320mmの
サイズを用い、基板内200点測定の結果)。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、ほとんど特性劣化は見られず、従来のもの
と比べて非常に信頼性が高く、安定した回路特性を示し
た。In the CMOS circuit of the driver section manufactured according to the third embodiment, the field-effect mobility of each TFT is 25 for an N-channel TFT.
0 to 300 cm 2 / Vs.
It was as high as 20 to 150 cm 2 / Vs. The threshold voltage is about 1 V for an N-type TFT, and -1.
It was about 5 V, showing very good characteristics. In addition, the characteristic variation, which has been a problem in the past, was suppressed to about ± 10% in the field effect mobility, and was able to be suppressed to about ± 0.2 V in the threshold voltage (using a size of 400 × 320 mm as the substrate, Result of 200 measurements in substrate). In addition, even after repeated measurements and durability tests with bias and temperature stress, the characteristics were hardly degraded, showing very high reliability and stable circuit characteristics as compared with the conventional one.
【0226】また、画素TFTは、電界効果移動度が8
0cm2/Vs程度、閾値電圧が2.5V程度と、画素T
FTとしては十分な特性であった。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
きく向上できた。そして、この第3実施形態に基づいて
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、従来法によって作製したものに
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
晶パネルであった。A pixel TFT has a field effect mobility of 8
0 cm 2 / Vs, the threshold voltage is about 2.5 V, and the pixel T
The characteristics were sufficient for FT. In addition, the increase and the 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. Was. Then, when the active matrix substrate for liquid crystal display manufactured based on the third embodiment was actually evaluated for lighting, the display unevenness was smaller than that manufactured by the conventional method, and the pixel defect due to TFT leak was extremely small. It was a high display quality liquid crystal panel with a high contrast ratio.
【0227】以上、この発明に基づく第1、第2、第3の
実施形態について具体的に説明したが、この発明は上述
の実施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 first, second, and third embodiments based on the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and is based on the technical idea of the present invention. Various modifications based on this are possible.
【0228】例えば、上記3つの実施形態では、レーザ
ー光照射前のケイ素膜における残存非晶質領域の形状
を、共に線状としたが、矩形状でもよく、残存非晶質領
域を結晶化領域が挟むあるいは囲むような形状であれ
ば、特に有効である。そのときの線幅あるいは短辺方向
の幅としては、6μm以下であれば良い。また、このよ
うに残存非晶質領域を囲まなくても、レーザー照射によ
って、結晶化領域から横方向に結晶成長させた領域をT
FTのチャネル領域の一部に用いれば、本発明の効果が
得られる。For example, in the above three embodiments, the shape of the remaining amorphous region in the silicon film before laser light irradiation is both linear, but may be rectangular. It is particularly effective if the shape sandwiches or surrounds. At this time, the line width or the width in the short side direction may be 6 μm or less. Even if the remaining amorphous region is not surrounded in this manner, the region crystallized in the lateral direction from the crystallized region by laser irradiation can be replaced by T
The effect of the present invention can be obtained if used in a part of the FT channel region.
【0229】また、前述の3例の実施形態においては、
ニッケルを導入する方法として、非晶質ケイ素膜表面を
ニッケル塩を溶かせたエタノール溶液を塗布する方法
(あるいはスパッタリング法によってニッケル薄膜を形
成する方法)によって、選択的にニッケル微量添加を行
い、結晶成長を行わす方法を採用した。しかし、ニッケ
ルの導入方法としては、その他、様々な手法を用いるこ
とができ、例えば、ニッケル塩を溶かせる溶媒として、
単純に水を用いてもよいし、SOG(スピンオングラス)
材料を溶媒としてSiO2膜より拡散させる方法もあ
る。また、蒸着法やメッキ法によって薄膜形成する方法
や、イオンドーピング法によって直接導入する方法など
も利用できる。さらに、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、鉄、パラジウム、
白金、銅、金を用いても同様の効果が得られる。In the above three embodiments,
As a method for introducing nickel, a method of applying an ethanol solution in which a nickel salt is dissolved on the surface of an amorphous silicon film
(Or a method of forming a nickel thin film by a sputtering method), a method of selectively adding a trace amount of nickel and performing crystal growth was employed. However, as a method for introducing nickel, various other methods can be used. For example, as a solvent for dissolving a nickel salt,
Water may be used simply, or SOG (spin on glass)
There is also a method in which the material is diffused from the SiO 2 film as a solvent. Also, a method of forming a thin film by a vapor deposition method or a plating method, a method of directly introducing a thin film by an ion doping method, and the like can be used. Further, as impurity metal elements that promote crystallization, in addition to nickel, cobalt, iron, palladium,
Similar effects can be obtained by using platinum, copper, and gold.
【0230】また、第2および第3実施形態では、素子
領域内のニッケルを低減する方法を追加し、5族B元素
を用いたが、このときの5族B元素としては、リン以外
に、窒素、ヒ素、アンチモン、ビスマスを利用してもよ
い。Further, in the second and third embodiments, a method of reducing nickel in the element region is added, and a group V element is used. Nitrogen, arsenic, antimony, bismuth may be used.
【0231】また、上記実施形態では、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反映して、よ
り高品質な結晶性ケイ素膜を得る手段として、波長30
8nmのXeClエキシマレーザーを用いたが、より波
長の短いKrFやArFなどのエキシマレーザーやYA
Gレーザーなどを用いてもよい。また、パルスレーザー
以外に例えば連続発振Arレーザーなどでも同様の処理
が可能である。Further, in the above embodiment, as a means for obtaining a higher quality crystalline silicon film by reflecting the crystallinity of the crystalline silicon film crystallized by nickel, a wavelength of 30 nm is used.
An XeCl excimer laser of 8 nm was used, but an excimer laser such as KrF or ArF having a shorter wavelength or YA was used.
A G laser or the like may be used. Further, other than the pulse laser, the same processing can be performed using, for example, a continuous wave Ar laser.
【0232】さらに、本発明の応用としては、液晶表示
用のアクティブマトリクス型基板以外に、例えば、密着
型イメージセンサー,ドライバー内蔵型のサーマルヘッ
ド,有機系EL等を発光素子としたドライバー内蔵型の
光書き込み素子や表示素子、三次元IC等が考えられ
る。本発明を用いることで、これらの素子の高速、高解
像度化等の高性能化が実現される。さらに本発明は、上
述の実施形態で説明したMOS型トランジスタに限ら
ず、結晶性半導体を素子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はじめとして幅広く半導体
プロセス全般に応用することができる。Further, as an application of the present invention, in addition to an active matrix type substrate for liquid crystal display, for example, a contact type image sensor, a thermal head with a built-in driver, and a driver built-in type using an organic EL as a light emitting element. An optical writing element, a display element, a three-dimensional IC, and the like can be considered. By using the present invention, high performance such as high speed and high resolution of these elements is realized. Further, the present invention is not limited to the MOS transistor described in the above embodiment, and can be widely applied to all semiconductor processes including a bipolar transistor using a crystalline semiconductor as an element material and an electrostatic induction transistor.
【0233】[0233]
【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の半
導体装置は、能動(チャネル)領域は、非晶質ケイ素膜
に、その結晶化を促進する触媒元素を選択的に導入し結
晶成長させたケイ素膜領域をシードとして、溶融固化過
程において成長させた上記第2の結晶化領域は、非常に
高品質な結晶性ケイ素膜となっている。As is clear from the above, in the semiconductor device of the present invention, the active (channel) region is formed by selectively introducing a catalytic element for promoting crystallization into the amorphous silicon film to grow the crystal. The second crystallized region grown in the melting and solidifying process using the silicon film region as a seed is a very high quality crystalline silicon film.
【0234】本発明の半導体装置における第2の結晶化
領域は、非晶質状態から、触媒元素による結晶化領域の
結晶性を反映して、溶融固化で結晶成長したものである
ので、触媒元素による結晶化領域のミクロ的に良好な結
晶成分(柱状結晶成分)を効率的に引き継ぎ、非晶質状態
から結晶成長される。したがって、通常の溶融固化によ
る結晶化と同様、その領域には欠陥も非常に少ない。Since the second crystallized region in the semiconductor device of the present invention is formed by melting and solidifying from the amorphous state to reflect the crystallinity of the crystallized region by the catalytic element, Effectively takes over a crystallographically favorable crystal component (columnar crystal component) in the crystallization region due to, and grows the crystal from an amorphous state. Therefore, as in the case of crystallization by ordinary melt-solidification, the region has very few defects.
【0235】この構成の半導体装置において、キャリア
は、この非常に良好な結晶性を有する第2の結晶化領域
を用いて主に移動することになり、半導体装置の能動
(チャネル)領域の一部をこの第2の結晶化領域で構成す
ることで、今までにない非常に高性能な(特に電流駆動
能力の高い)半導体装置を実現できる。In the semiconductor device having this structure, carriers mainly move using the second crystallized region having very good crystallinity, and the active state of the semiconductor device is reduced.
By configuring a part of the (channel) region with the second crystallization region, a very high performance (particularly, high current driving capability) semiconductor device can be realized.
【0236】本発明では、結晶核ではなく、シード領域
として、結晶性が安定した状態の広範囲な結晶化領域を
形成することで、後の強光照射による結晶化状態を安定
させることが大きなポイントである。さらに、非晶質ケ
イ素膜を、触媒元素によって、選択的に結晶化して、そ
の第1結晶化領域の結晶性を選択的に反映し、溶融固化
で結晶化された第2の結晶化領域を得る。したがって、
その溶融固化による第2の結晶化領域の位置を制御する
ことは容易であり、半導体装置の能動(チャネル)領域と
の位置関係をコントロールできる。よって、この発明に
よれば、全ての半導体素子において能動(チャネル)領域
の結晶性を均一とすることができ、素子間ばらつきの非
常に少ない安定した特性の高性能半導体装置を実現でき
る。In the present invention, it is important to stabilize the crystallized state by the subsequent intense light irradiation by forming a wide range of crystallized area with stable crystallinity as a seed area instead of a crystal nucleus. It is. Further, the amorphous silicon film is selectively crystallized by the catalytic element, selectively reflecting the crystallinity of the first crystallized region, and forming the second crystallized region crystallized by melt-solidification. obtain. Therefore,
It is easy to control the position of the second crystallization region due to the melting and solidification, and it is possible to control the positional relationship with the active (channel) region of the semiconductor device. Therefore, according to the present invention, the crystallinity of the active (channel) region can be made uniform in all the semiconductor elements, and a high-performance semiconductor device having stable characteristics with very little variation between elements can be realized.
【0237】また、一実施形態の半導体装置は、上記半
導体装置において、上記第1の結晶化領域と第2の結晶
化領域とは、平面的に見てそれぞれが略線状であり、上
記線状の第1の結晶化領域と第2の結晶化領域とが隣接
し合い、ストライプ状になっている。この実施形態で
は、第2の結晶化領域は、線状の第1の結晶化領域から
一次元的に結晶成長されることで、その結晶成長方向や
結晶成長境界ができ、また、比較的大きな面積の第2の
結晶化領域が得られる。また、このときの第1の結晶化
領域の幅と第2の結晶化領域との幅をコントロールする
ことで、半導体装置の特性をコントロールすることも可
能である。In one embodiment of the semiconductor device according to the present invention, the first crystallized region and the second crystallized region are each substantially linear in plan view, The first crystallized region and the second crystallized region are adjacent to each other and have a stripe shape. In this embodiment, since the second crystallized region is one-dimensionally grown from the linear first crystallized region, the crystal growth direction and the crystal growth boundary are formed, and the second crystallized region is relatively large. A second crystallization region of area is obtained. Further, by controlling the width of the first crystallization region and the width of the second crystallization region at this time, it is also possible to control the characteristics of the semiconductor device.
【0238】さらに、また、本実施形態において、溶融
固化過程において結晶成長させた第2の結晶化領域の大
きさが、最も重要なパラメーターである。この第2の結
晶化領域の大きさは、上述のような線状の第1結晶化領
域の領域間の幅として、コントロールできる。Further, in the present embodiment, the size of the second crystallized region grown in the melt-solidification process is the most important parameter. The size of the second crystallization region can be controlled as the width between the linear first crystallization regions as described above.
【0239】本実施形態における第2の結晶化領域は、
隣接する第1の結晶化領域の結晶性を引き継いで結晶成
長されたものでないと意味がない。よって、第2の結晶
化領域の線幅(短辺方向の幅)は、隣接する第1の結晶成
長領域の結晶性を引き継いで、結晶成長が行われる最大
幅以下であることが必要である。The second crystallization region in this embodiment is:
It is meaningless unless the crystal is grown while inheriting the crystallinity of the adjacent first crystallization region. Therefore, the line width (width in the short side direction) of the second crystallization region needs to be equal to or less than the maximum width in which crystal growth is performed while inheriting the crystallinity of the adjacent first crystal growth region. .
【0240】また、他の実施形態の半導体装置は、上記
半導体装置において、上記線状の第2の結晶化領域は、
幅が6μm以下であるから、隣接する第1の結晶化領域
の結晶性を引き継いで、結晶成長が行われる。したがっ
て、その第2の結晶化領域内は、全て、第1の結晶化領
域をシードとして溶融固化過程において結晶化された高
品質な結晶性ケイ素膜となる。In another embodiment of the semiconductor device according to the present invention, the linear second crystallization region is
Since the width is 6 μm or less, crystal growth is performed while inheriting the crystallinity of the adjacent first crystallization region. Therefore, the entire inside of the second crystallization region becomes a high-quality crystalline silicon film crystallized in the melt-solidification process using the first crystallization region as a seed.
【0241】また、一実施形態の半導体装置は、上記半
導体装置において、半導体装置の能動(チャネル)領域で
のキャリアの移動方向(チャネル方向)の延長線に対し
て、線状の成長境界が少なくとも横切らないように配置
されている。これにより、キャリアは、この成長境界を
またぐことなくチャネルを移動することができるから、
この成長境界による影響を防ぎ、高い電流駆動力をもつ
高性能な半導体装置を実現できる。In one embodiment of the present invention, in the above-mentioned semiconductor device, a linear growth boundary is defined at least with respect to an extension of a carrier moving direction (channel direction) in an active (channel) region of the semiconductor device. It is arranged not to cross. This allows carriers to move across the channel without straddling this growth boundary,
The influence of the growth boundary can be prevented, and a high-performance semiconductor device having a high current driving force can be realized.
【0242】また、他の実施形態の半導体装置は、上記
半導体装置において、半導体装置の能動(チャネル)領域
でのキャリアの移動方向(チャネル方向)と、線状の成長
境界のその線方向とが、略平行となるように配置されて
いる。これにより、全てのキャリアが、最短距離でチャ
ネル内を移動できるようになり、この成長境界による影
響を完全に防ぎ、より高い電流駆動力をもつ高性能な半
導体装置を実現できる。In the semiconductor device of another embodiment, the moving direction (channel direction) of carriers in the active (channel) region of the semiconductor device and the line direction of the linear growth boundary are different from those in the semiconductor device. , Are arranged substantially parallel. As a result, all carriers can move in the channel at the shortest distance, the influence of this growth boundary is completely prevented, and a high-performance semiconductor device having a higher current driving force can be realized.
【0243】また、一実施形態の半導体装置は、上記半
導体装置において、上記能動(チャネル)領域は、少なく
とも複数本の線状の第2の結晶化領域を含んでいる。チ
ャネル領域に含まれる線状の第2の結晶化領域の本数は
多ければ多いほど良く、電流駆動能力が向上し、素子間
での特性ばらつきが低減される。In one embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the active (channel) region includes at least a plurality of linear second crystallization regions. The larger the number of linear second crystallization regions included in the channel region, the better, the current driving capability is improved, and the variation in characteristics between elements is reduced.
【0244】また、他の実施形態の半導体装置は、上記
半導体装置において、上記能動(チャネル)領域は、上記
触媒元素を1×1016〜5×1017atoms/cm3の
濃度で含有している。In another embodiment of the present invention, the active (channel) region contains the catalyst element at a concentration of 1 × 10 16 to 5 × 10 17 atoms / cm 3. I have.
【0245】また、一実施形態の半導体装置は、上記半
導体装置において、上記能動(チャネル)領域が含有して
いる触媒元素は、ニッケルである。In one embodiment of the present invention, in the semiconductor device described above, the catalytic element contained in the active (channel) region is nickel.
【0246】この実施形態の半導体装置では、その能動
(チャネル)領域を、触媒元素を用いて加熱処理で結晶化
された第1の結晶化領域と、それをシード領域として溶
融固化過程で結晶成長させた第2の結晶化領域とによっ
て、構成されるものである。したがって、この実施形態
によって得られる半導体装置では、その能動領域に触媒
元素を幾分か含んでおり、それが、本実施形態の半導体
装置を特定化できる根拠となる。本実施形態において利
用できる触媒元素の種類としては、Ni、Co、Fe、P
d、Pt、Cu、Auが挙げられる。これらから選ばれた
一種または複数種類の元素であれば、微量で結晶化助長
の効果があり、半導体(結晶性ケイ素)中で、比較的不活
性な傾向が強く、半導体装置における電気的な悪影響を
抑制できる。したがって、この実施形態の半導体装置で
は、これらの元素の内の何れかが、能動(チャネル)領域
にある程度の量だけ含まれている。In the semiconductor device of this embodiment, the active
The (channel) region is composed of a first crystallized region crystallized by heat treatment using a catalytic element, and a second crystallized region crystallized in the melt-solidification process using the first crystallized region as a seed region. Things. Therefore, in the semiconductor device obtained by this embodiment, the active region contains a certain amount of a catalytic element, which is the basis for specifying the semiconductor device of this embodiment. The types of catalyst elements that can be used in the present embodiment include Ni, Co, Fe, and P.
d, Pt, Cu, and Au. One or a plurality of elements selected from these elements have an effect of promoting crystallization in a very small amount, tend to be relatively inert in a semiconductor (crystalline silicon), and have an adverse electrical effect on a semiconductor device. Can be suppressed. Therefore, in the semiconductor device of this embodiment, any of these elements is contained in the active (channel) region in a certain amount.
【0247】そして、特に、これらの触媒元素の中で
も、とりわけNiを用いた場合に最も顕著な効果が得ら
れることがわかっている。It has been found that the most remarkable effect can be obtained particularly when Ni is used among these catalyst elements.
【0248】このとき、実際に半導体装置の能動領域中
に含まれているニッケル元素の濃度としては、1×10
16〜5×1017atoms/cm3であることが望まし
い。ニッケルが5×1017atoms/cm3を越えるよ
うな量であれば、ニッケルシリサイドとして能動領域
(ケイ素膜)中に偏在する領域が多数現れだし、半導体素
子の特性に悪影響を及ぼすようになる。一方、ニッケル
が5×1017atoms/cm3以下の量では、ほとんど
シリサイドとして析出せず、ケイ素膜中に固溶し、また
結晶欠陥に組み込まれているような状態になっている。
このような状態では、半導体装置への悪影響は見られて
いない。逆に、能動領域中の残存ニッケル濃度が1×1
016atoms/cm3よりも少ない場合には、シード領
域の結晶性が低く、本発明の効果は得られない。At this time, the concentration of nickel element actually contained in the active region of the semiconductor device is 1 × 10
It is desirable to be 16 to 5 × 10 17 atoms / cm 3 . If the amount of nickel exceeds 5 × 10 17 atoms / cm 3 , the active region is formed as nickel silicide.
Many unevenly distributed regions appear in the (silicon film), which adversely affects the characteristics of the semiconductor device. On the other hand, when the amount of nickel is 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, almost no silicide is precipitated, the solid solution is formed in the silicon film, and the nickel is incorporated into crystal defects.
In such a state, no adverse effect on the semiconductor device is observed. Conversely, when the residual nickel concentration in the active region is 1 × 1
When it is less than 0 16 atoms / cm 3 , the crystallinity of the seed region is low and the effect of the present invention cannot be obtained.
【0249】また、一実施形態の半導体装置は、複数の
薄膜トランジスタを有する半導体装置である。特に、電
流駆動能力が求められる薄膜トランジスタでは、チャネ
ル幅が広いから、本発明を適用するのに適している。す
なわち、高い結晶性を有する多数の第2の結晶化領域
を、チャネル内に含ませることは容易である。これに対
し、低リーク電流が求められ、特に、チャネル幅が小さ
い薄膜トランジスタにおいては、第2の結晶化領域を用
いず、触媒元素によって結晶化された第1の結晶化領域
のみで、そのチャネル領域を構成すればよい。このよう
にそれぞれ異なった特性が求められる薄膜トランジスタ
を同時形成する場合においては、本発明による効果を使
い分け、それぞれの特性に応じた薄膜トランジスタを得
ることが有効である。[0249] Further, the semiconductor device of one embodiment is a semiconductor device having a plurality of thin film transistors. In particular, a thin film transistor which requires current driving capability has a wide channel width, and thus is suitable for applying the present invention. That is, it is easy to include many second crystallized regions having high crystallinity in the channel. On the other hand, in a thin film transistor which requires a low leakage current and particularly has a small channel width, the second crystallized region is not used, and the channel region is formed only by the first crystallized region crystallized by the catalytic element. May be configured. In the case where thin-film transistors requiring different characteristics are simultaneously formed as described above, it is effective to selectively use the effects of the present invention and obtain thin-film transistors corresponding to the respective characteristics.
【0250】また、他の実施形態の半導体装置は、触媒
元素の導入を全く行わずに、チャネル全体が完全にマス
クされた状態で非晶質状態のまま残し、直接強光照射に
よる溶融固化過程のみで第3の結晶化領域を結晶化さ
せ、この第3結晶化領域でもって、チャネル領域を形成
した。これは、低リーク電流が要求されるチャネル幅が
小さい薄膜トランジスタに有効である。低リーク電流が
要求されるチャネル幅が小さい薄膜トランジスタに、第
2の結晶化領域を適用すると、それぞれの素子におい
て、第2の結晶化領域の数および面積が少しばらつく
と、大きな特性差となって現れることになる。したがっ
て、この場合、むしろ、第1の結晶化領域あるいは溶融
固化過程のみで結晶化された第3の結晶化領域のみで、
そのチャネル領域を構成することが好適である。In the semiconductor device of another embodiment, the melting and solidification process by direct intense light irradiation is performed without introducing a catalytic element at all, leaving the entire channel in an amorphous state in a completely masked state. Only the third crystallized region was crystallized, and a channel region was formed using the third crystallized region. This is effective for a thin film transistor having a small channel width that requires a low leakage current. When the second crystallized region is applied to a thin film transistor having a small channel width which requires a low leak current, a large difference in the number and area of the second crystallized region in each element causes a large characteristic difference. Will appear. Therefore, in this case, rather, only the first crystallization region or the third crystallization region crystallized only in the melt-solidification process,
It is preferable to configure the channel region.
【0251】また、一実施形態の半導体装置は、特に、
前述のような同一基板上に全く異なる特性の薄膜トラン
ジスタが多数構成される半導体装置として、画素電極を
スイッチングする薄膜トランジスタと、上記画素電極ス
イッチング用の薄膜トランジスタを駆動するドライバー
回路を構成する薄膜トランジスタが設けられたドライバ
ーモノリシック型のアクティブマトリクス半導体装置で
ある。このドライバーモノリシック型のアクティブマト
リクス半導体装置は、液晶表示装置やイメージセンサー
などに一般的に用いられる。このドライバーモノリシッ
ク型のアクティブマトリクス半導体装置は、特に、それ
ぞれの薄膜トランジスタの目的、特徴が明確であり、こ
の発明を用いてそれぞれの目的に合った薄膜トランジス
タを作り分けるのに適している。したがって、前述のよ
うな理由から、ドライバー回路を構成する薄膜トランジ
スタの少なくとも一部(特に高い電流駆動能力が求めら
れるTFT)は、そのチャネル領域が、第1の結晶化領
域と第2の結晶化領域とによって構成される。一方、画
素電極スイッチング用の薄膜トランジスタは、そのチャ
ネル領域が、触媒元素を用いることなく、非晶質ケイ素
膜を溶融固化過程のみによって結晶化させた第3の結晶
化領域によって構成されている。Further, the semiconductor device of one embodiment is
As a semiconductor device including a large number of thin film transistors having completely different characteristics on the same substrate as described above, a thin film transistor for switching a pixel electrode and a thin film transistor for forming a driver circuit for driving the thin film transistor for switching the pixel electrode are provided. It is a driver monolithic active matrix semiconductor device. The driver monolithic active matrix semiconductor device is generally used for a liquid crystal display device, an image sensor, and the like. This driver monolithic active matrix semiconductor device has a clear purpose and characteristic of each thin film transistor, and is suitable for making a thin film transistor suitable for each purpose by using the present invention. Therefore, for the above-described reason, at least a part of the thin film transistor constituting the driver circuit (particularly, a TFT requiring a high current driving capability) has a channel region composed of the first crystallized region and the second crystallized region. It is constituted by and. On the other hand, in the thin film transistor for pixel electrode switching, the channel region is constituted by a third crystallized region in which an amorphous silicon film is crystallized only by a melting and solidifying process without using a catalytic element.
【0252】また、他の実施形態の半導体装置の製造方
法は、触媒元素を導入し、加熱処理によって結晶成長さ
せた領域と、強光照射によって横方向に結晶成長させた
領域とを用いて、半導体装置の能動(チャネル)領域を形
成している。この強光を照射する第2結晶成長工程にお
いて、触媒元素によって結晶化された領域の結晶性を反
映して、溶融固化現象によって、横方向に結晶成長が生
じている。すなわち、強光照射によって、触媒元素によ
る結晶化領域のミクロ的に良好な結晶成分(柱状結晶成
分)を効率的に引き継ぎ、非晶質状態から結晶成長す
る。これにより、触媒元素による結晶化で得られるミク
ロ的に良好な結晶状態と、固相成長結晶化法の特徴であ
る結晶状態の基板内での良好な均一性と、強光照射によ
る溶融固化結晶化での低い粒内欠陥密度とを、全て盛り
込んだ状態の非常に高品質な結晶性ケイ素膜が形成され
る。そして、この結晶化領域が、半導体装置の能動(チ
ャネル)領域に確実に含まれるようにアライメントして
形成する結果、今までにない非常に高性能(特に電流駆
動能力の高い)で、素子間ばらつきの非常に少ない安定
した特性を示す半導体装置が得られる。The method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment uses a region where a catalytic element is introduced and crystal is grown by heat treatment, and a region where crystal is grown laterally by intense light irradiation. The active (channel) region of the semiconductor device is formed. In the second crystal growth step of irradiating the strong light, crystal growth occurs in the lateral direction due to the melt-solidification phenomenon, reflecting the crystallinity of the region crystallized by the catalytic element. In other words, the strong light irradiation efficiently takes over the crystallographically favorable crystal components (columnar crystal components) in the crystallization region due to the catalytic element, and grows the crystals from the amorphous state. As a result, the microscopically good crystalline state obtained by crystallization with the catalytic element, the good uniformity of the crystalline state within the substrate, which is a feature of the solid-phase growth crystallization method, and the solidified crystal by intense light irradiation An extremely high-quality crystalline silicon film is formed in which all of the low intragranular defect densities due to the formation of the crystalline silicon film are incorporated. Then, as a result of aligning the crystallization region so as to be surely included in the active (channel) region of the semiconductor device, the crystallization region has extremely high performance (particularly high current driving capability), and the A semiconductor device exhibiting stable characteristics with very little variation can be obtained.
【0253】また、他の実施形態の半導体装置の製造方
法は、強光照射によって、上記加熱処理によって横方向
に結晶成長させた領域から、さらに横方向(基板と平行
な方向)へと、上記加熱処理によって横方向に結晶化さ
せた領域の隣接領域を結晶成長させる。その後、この強
光照射によって横方向に結晶成長させた領域が含まれる
ようにして、半導体装置の能動(チャネル)領域を形成す
る。The method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention is directed to a method of manufacturing a semiconductor device, in which, by irradiating intense light, the region where the crystal is grown in the lateral direction by the heat treatment is further extended in the lateral direction (the direction parallel to the substrate). A region adjacent to the region crystallized in the lateral direction by the heat treatment is grown. Thereafter, an active (channel) region of the semiconductor device is formed so as to include the region where the crystal is grown laterally by the intense light irradiation.
【0254】すなわち、この実施形態では、非晶質ケイ
素膜の一部に選択的に触媒元素を導入し加熱すること
で、他の部分を非晶質ケイ素膜の状態として残したま
ま、選択的に触媒元素が導入された領域のみを結晶化
し、そして、さら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な領域となって
いる。よって、この実施形態において、この横方向結晶
成長領域の結晶性ケイ素膜を、強光照射に際のシード領
域とすることによって、さらに強光照射による結晶成長
領域の結晶性を高めることができ、半導体装置をさらに
高性能化できる。That is, in this embodiment, by selectively introducing a catalytic element into a part of the amorphous silicon film and heating it, the other part is selectively left in the state of the amorphous silicon film. By crystallizing only the region into which the catalytic element has been introduced, and further extending the heating time, the crystal is grown in the lateral direction (the direction parallel to the substrate) from the introduced region. Inside this lateral crystal growth region, columnar crystals whose growth directions are substantially aligned in one direction are clinging together,
This is a region having better crystallinity as compared with a region where a catalyst element is directly introduced and crystal nuclei are randomly generated. Therefore, in this embodiment, by using the crystalline silicon film in the lateral crystal growth region as a seed region for intense light irradiation, it is possible to further enhance the crystallinity of the crystal growth region by intense light irradiation, The performance of the semiconductor device can be further improved.
【0255】また、他の実施形態の半導体装置の製造方
法では、非晶質ケイ素膜への選択的な触媒元素の導入
は、非晶質ケイ素膜上に、選択的に触媒元素が導入され
る領域が開口されてなるマスクを形成した後に行われ、
そのマスクの平面的な形状は、それぞれが線状であり、
かつ、それぞれが並列に並んでいるライン&スペース形
状である。この実施形態のように、例えばフォトリソグ
ラフィーによって形成されたマスクを設けることで、そ
のライン幅およびスペース幅を正確に制御することが可
能となり、後に、半導体装置の能動(チャネル)領域に対
する位置合わせを精度よく行える。In the method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment, the selective introduction of the catalytic element into the amorphous silicon film is achieved by selectively introducing the catalytic element onto the amorphous silicon film. Performed after forming a mask in which the region is opened,
Each planar shape of the mask is linear,
In addition, each of them has a line and space shape arranged in parallel. By providing a mask formed by, for example, photolithography, as in this embodiment, it becomes possible to accurately control the line width and the space width, and to perform alignment with the active (channel) region of the semiconductor device later. Can be performed with high accuracy.
【0256】この実施形態では、触媒元素を用いて線状
に結晶化した領域によって両側から挟まれるように、線
状の非晶質(未結晶化)領域を存在させ、それに強光を照
射して、隣接する結晶化領域から、横方向(基板と平行
な方向)へと結晶成長させる。すなわち、強光照射によ
って結晶化される残存非晶質(未結晶化)領域が、触媒元
素による結晶化領域によって、線状に挟まれて配置され
る。このことで、強光照射の際に、上記残存非晶質(未
結晶化)領域の両脇の結晶化領域から(すなわち2方向か
ら)、横方向結晶成長が行われる。これにより、隣接す
る触媒元素によって結晶化された領域の結晶性を効率良
く、かつ、広面積にわたって反映することが可能とな
る。In this embodiment, a linear amorphous (non-crystallized) region is provided so as to be sandwiched from both sides by a region crystallized linearly using a catalytic element, and the region is irradiated with strong light. Then, the crystal is grown laterally (in a direction parallel to the substrate) from the adjacent crystallization region. That is, the remaining amorphous (non-crystallized) regions that are crystallized by intense light irradiation are linearly sandwiched between the crystallized regions by the catalytic element. Thus, in the case of intense light irradiation, lateral crystal growth is performed from crystallized regions on both sides of the remaining amorphous (uncrystallized) region (that is, from two directions). This makes it possible to efficiently reflect the crystallinity of the region crystallized by the adjacent catalyst element over a wide area.
【0257】また、このような形状であれば、強光照射
による横方向の結晶化の際、その線幅方向あるいは短辺
方向に沿った方向での一次元的な結晶成長が行われ、結
晶成長が安定すると共に、結晶粒界の制御が行い易くな
る。With such a shape, one-dimensional crystal growth is performed in the direction along the line width direction or the short side direction during the lateral crystallization by intense light irradiation. The growth is stabilized, and the control of crystal grain boundaries becomes easier.
【0258】また、このときのマスクの線幅と線状マス
ク間のスペース幅との設定によって、シード領域(触媒
元素によって結晶化された領域)の幅を小さくして、強
光照射によってそこから横方向に結晶成長させた領域の
面積比を大きくすることが可能である。したがって、強
光照射によって触媒元素の結晶化領域の結晶性を反映し
て形成された高品質な結晶性ケイ素膜を、比較的広面積
の領域として得ることができ、半導体装置を高性能化で
きるだけでなく、その素子領域のレイアウトが容易とな
る。The width of the seed region (the region crystallized by the catalytic element) is reduced by setting the line width of the mask and the space width between the linear masks at this time. It is possible to increase the area ratio of the region where the crystal is grown in the lateral direction. Accordingly, a high-quality crystalline silicon film formed by reflecting the crystallinity of the crystallized region of the catalytic element by intense light irradiation can be obtained as a region having a relatively large area, and the performance of the semiconductor device can be improved. Instead, the layout of the element region is facilitated.
【0259】また、この実施形態で、重要なポイントと
なるのは、上記触媒元素による加熱処理での選択的な結
晶成長後において、上記選択的に結晶成長した領域に挟
まれて、あるいは囲まれて残存している線状の非晶質
(未結晶化)領域の幅である。この線幅(短辺方向の幅)
は、強光照射において、隣接する上記触媒元素による結
晶成長領域の結晶性を引き継いで、結晶成長が行われる
最大幅以下であることが必要である。これによって、強
光照射によって触媒元素の結晶化領域をシードとして結
晶化された高品質結晶性ケイ素膜で、その領域内が満た
される。In this embodiment, an important point is that after the selective crystal growth by the heat treatment with the catalytic element, the region is sandwiched or surrounded by the selectively crystallized region. Linear amorphous material remaining
This is the width of the (uncrystallized) region. This line width (width in the short side direction)
Is required to be less than or equal to the maximum width in which crystal growth is performed by taking over the crystallinity of the crystal growth region by the adjacent catalyst element in the intense light irradiation. Thus, the region is filled with a high-quality crystalline silicon film crystallized by intense light irradiation using the crystallized region of the catalyst element as a seed.
【0260】また、他の実施形態は、上記半導体装置の
製造方法において、上記線状のマスクは、そのパターン
の線幅(短辺方向の幅)が、6μm以下である。上記線幅
が6μm以下であれば、強光照射において、隣接する上
記触媒元素による結晶成長領域の結晶性を引き継いで、
結晶成長が行われ、その領域内は全て、強光照射によっ
て触媒元素の結晶化領域をシードとして結晶化された高
品質結晶性ケイ素膜で満たされる。この線幅の値6μm
は、本発明者らが実際に行った実験結果から得られた値
である。According to another embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor device, the linear mask has a pattern line width (width in a short side direction) of 6 μm or less. If the line width is 6 μm or less, intense light irradiation takes over the crystallinity of the crystal growth region by the adjacent catalyst element,
Crystal growth is performed, and the entire area is filled with a high-quality crystalline silicon film crystallized by intense light irradiation using the crystallized area of the catalyst element as a seed. The value of this line width is 6 μm
Is a value obtained from the results of experiments actually performed by the present inventors.
【0261】また、一実施形態では、先述の実施形態で
の説明と同じ理由によって、上記加熱処理で横方向に結
晶成長した領域に挟まれて存在する線状の非晶質領域の
線幅(短辺方向の幅)を、上記非晶質領域が、隣接する上
記触媒元素による結晶成長領域の結晶性を引き継いで、
結晶成長が行われる最大幅以下とした。これにより、強
光照射によって触媒元素の結晶化領域をシードとして結
晶化された高品質結晶性ケイ素膜で、非晶質であった領
域内が満たされる。In one embodiment, for the same reason as described in the previous embodiment, the line width of the linear amorphous region interposed between the regions crystallized in the lateral direction by the heat treatment ( The width of the short side direction), the amorphous region takes over the crystallinity of the crystal growth region by the adjacent catalyst element,
The width is set to be equal to or less than the maximum width at which crystal growth is performed. Accordingly, the amorphous region is filled with the high-quality crystalline silicon film crystallized by intense light irradiation using the crystallized region of the catalyst element as a seed.
【0262】また、他の実施形態では、先述の実施形態
での説明と同じ理由によって、上記加熱処理で横方向に
結晶成長した領域に挟まれて存在する線状の非晶質領域
の線幅(短辺方向の幅)を、6μm以下とした。これによ
り、強光照射によって触媒元素の結晶化領域をシードと
して結晶化された高品質結晶性ケイ素膜で、非晶質であ
った領域内が満たされる。In another embodiment, for the same reason as described in the above-described embodiment, the line width of the linear amorphous region interposed between the regions crystallized in the lateral direction by the above heat treatment is set. (Width in the short side direction) was 6 μm or less. Accordingly, the amorphous region is filled with the high-quality crystalline silicon film crystallized by intense light irradiation using the crystallized region of the catalyst element as a seed.
【0263】また、一実施形態では、上記半導体装置の
製造方法において、ライン&スペース形状の線状マスク
でもって、上記触媒元素を上記非晶質ケイ素膜へ選択的
に導入し、このライン&スペース形状の線状マスクは、
その線方向が、能動領域において、半導体装置としての
キャリアが流れる方向と、略平行となるように形成す
る。したがって、強光照射による横方向への結晶成長
は、上記ライン&スペース形状の線状マスクのパターン
において、その線方向に対して、垂直方向に生じる。In one embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor device, the catalyst element is selectively introduced into the amorphous silicon film by using a line-and-space-shaped linear mask. The linear mask of the shape
The line direction is formed so as to be substantially parallel to the direction in which carriers as a semiconductor device flow in the active region. Therefore, the crystal growth in the horizontal direction due to the intense light irradiation occurs in the line & space linear mask pattern in a direction perpendicular to the line direction.
【0264】したがって、強光照射によって、それぞれ
両脇のシードとなる結晶化領域より結晶成長してきた領
域(第2結晶化領域)が、その中央部においてぶつかり合
い、結晶成長境界が形成される。この成長境界は、全く
逆の方向からそれぞれの結晶領域が進行しぶつかり合っ
たものであり、Si原子の結合が完全に途絶え、半導体
装置におけるキャリアに対して、非常に大きなトラップ
あるいは散乱中心となっている。Accordingly, the regions (second crystallized regions) that have grown from the seed crystallized regions on both sides by the strong light irradiation collide with each other at the center thereof to form a crystal growth boundary. This growth boundary is such that the crystal regions advance and collide from completely opposite directions, the bond of Si atoms is completely interrupted, and a very large trap or scattering center is generated for carriers in the semiconductor device. ing.
【0265】したがって、本実施形態の製造方法では、
触媒元素の導入を行うライン&スペース形状の線状マス
クのパターンの線方向に対して、後の能動領域における
キャリアの流れる方向を、概略平行となるようにした。
これによって、キャリアは、この成長境界をまたぐこと
なくチャネルを移動することができるようになり、この
成長境界による悪影響を防ぐことができ、より高い電流
駆動力をもつ高性能な半導体装置を実現できる。Therefore, in the manufacturing method of the present embodiment,
The direction in which carriers flow in the subsequent active region is made substantially parallel to the line direction of the pattern of the line-and-space linear mask for introducing the catalytic element.
As a result, carriers can move in the channel without straddling the growth boundary, adverse effects due to the growth boundary can be prevented, and a high-performance semiconductor device having higher current driving power can be realized. .
【0266】また、他の実施形態では、強光照射によっ
て結晶成長させた線状の領域が、少なくとも2本以上、
上記半導体装置の能動(チャネル)領域に含まれるよう
に、半導体装置のチャネル幅およびそれぞれの結晶化領
域の線幅(短辺方向の幅)を設定した。In another embodiment, at least two or more linear regions are grown by intense light irradiation.
The channel width of the semiconductor device and the line width (width in the short side direction) of each crystallization region were set so as to be included in the active (channel) region of the semiconductor device.
【0267】本実施形態においては、触媒元素による結
晶化領域をシードとして強光照射によって形成される高
品質な結晶化領域によって半導体装置の高性能化を図
る。よって、強光照射による高品質な結晶化領域は、チ
ャネル領域に多く含まれるほど良いが、その面積比がば
らつくと特性ばらつきが生じる原因となる。このばらつ
きは、本実施形態のような配置では、強光照射によって
結晶化された線状領域の本数という形でコントロールで
きる。したがって、半導体素子に要求される電流駆動能
力を考慮に入れて、能動(チャネル)領域に含まれる線状
の結晶成長領域を、少なくとも2本以上にすることで、
特性ばらつきを実用的なレベルに抑えることができ、最
低限の特性安定性と半導体装置の高性能化を確保でき
る。In the present embodiment, the performance of a semiconductor device is improved by a high-quality crystallized region formed by intense light irradiation using a crystallized region formed by a catalytic element as a seed. Therefore, the higher the quality of the crystallized region due to the irradiation of strong light, the better the channel region is included. However, a variation in the area ratio causes variation in characteristics. In the arrangement as in the present embodiment, this variation can be controlled in the form of the number of linear regions crystallized by intense light irradiation. Therefore, by taking into account the current driving capability required of the semiconductor element, by making at least two or more linear crystal growth regions included in the active (channel) region,
The characteristic variation can be suppressed to a practical level, and the minimum characteristic stability and high performance of the semiconductor device can be secured.
【0268】また、一実施形態では、触媒元素による加
熱処理での結晶化後も非晶質ケイ素膜領域を残存させ、
そこに強光を照射して、結晶成長させる。しかし、上記
加熱処理の温度があまりに高いと、非晶質ケイ素膜自体
の自然核発生が起こり、結晶成長が始まる。自然発生核
は、触媒元素に依存せず、その結晶状態も従来の触媒元
素を用いない固相成長によって得られた欠陥の多い双晶
構造になる。したがって、本実施形態では、非晶質ケイ
素膜に触媒元素を選択的に導入した後、結晶化させるた
めの加熱処理の温度を、非晶質ケイ素膜自体による結晶
核の自然発生が起こらず、触媒元素による結晶核のみが
発生し、進行するような温度とした。In one embodiment, the amorphous silicon film region remains even after crystallization by heat treatment with a catalytic element,
The crystal is grown by irradiating it with strong light. However, if the temperature of the heat treatment is too high, natural nucleation of the amorphous silicon film itself occurs, and crystal growth starts. The spontaneous nucleus does not depend on the catalytic element, and its crystal state has a twin structure with many defects obtained by conventional solid phase growth without using the catalytic element. Therefore, in the present embodiment, after selectively introducing the catalyst element into the amorphous silicon film, the temperature of the heat treatment for crystallization, the spontaneous generation of crystal nuclei due to the amorphous silicon film itself does not occur, The temperature was such that only crystal nuclei due to the catalytic element were generated and proceeded.
【0269】また、他の実施形態は、上記半導体装置の
製造方法において、上記加熱処理は、520℃から58
0℃の範囲の温度で行なう。According to another embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor device, the heat treatment is performed at a temperature of 520 ° C. to 58 ° C.
Perform at a temperature in the range of 0 ° C.
【0270】具体的に、触媒元素による結晶成長が起こ
り始める温度としては、520℃程度であり、非晶質ケ
イ素膜に触媒元素によらない自然核発生が生じる温度は
約580℃である。したがって、加熱処理温度として
は、520℃から580℃の範囲とすることで、非晶質
ケイ素膜自体による結晶核の自然発生が起こらず、触媒
元素による結晶核のみが発生し、触媒元素による結晶成
長のみが進行する。Specifically, the temperature at which the crystal growth by the catalytic element starts to occur is about 520 ° C., and the temperature at which spontaneous nucleation is generated in the amorphous silicon film without the catalytic element is about 580 ° C. Therefore, when the heat treatment temperature is in the range of 520 ° C. to 580 ° C., spontaneous generation of crystal nuclei due to the amorphous silicon film itself does not occur, and only crystal nuclei due to the catalyst element are generated. Only growth proceeds.
【0271】また、一実施形態では、上記強光の強度
を、非晶質(未結晶化)領域が完全に溶融する一方、触媒
元素によって結晶化された領域が完全に溶融せず、少な
くとも元の結晶状態が失われないような範囲の強度に設
定する。これにより、強光照射によって、残存非晶質領
域が結晶化領域の結晶性を反映して十分に結晶成長さ
れ、また、結晶化領域において触媒元素によって得られ
た結晶性が失われることもない。したがって、高性能で
ばらつきの少ない半導体装置を作製できる。また、他の
実施形態は、上記強光として、波長400nm以下のエ
キシマレーザー光を用い、ケイ素膜表面に対するエネル
ギー密度が200〜450mJ/cm2となる範囲内で、
強光を照射する。In one embodiment, the intensity of the intense light is adjusted so that the amorphous (uncrystallized) region is completely melted, while the region crystallized by the catalyst element is not completely melted. The strength is set in such a range that the crystal state of is not lost. Thereby, the residual amorphous region is sufficiently crystal-grown by reflecting the crystallinity of the crystallized region by the strong light irradiation, and the crystallinity obtained by the catalytic element is not lost in the crystallized region. . Therefore, a semiconductor device with high performance and small variation can be manufactured. In another embodiment, as the intense light, an excimer laser beam having a wavelength of 400 nm or less is used, and the energy density on the silicon film surface is within a range of 200 to 450 mJ / cm 2 ,
Irradiate strong light.
【0272】上記強光としては、波長400nm以下の
エキシマレーザー光が最も適している。波長400nm
以下であれば、ケイ素膜に対する吸収係数が極めて高
く、ガラス基板に熱的ダメージを与えることなく、ケイ
素膜のみを瞬時に加熱できる。また、エキシマレーザー
光は発振出力が大きく、大面積基板を処理するのに適し
ている。その中でも、特に波長308nmのXeClエ
キシマレーザー光は出力が大きいから、基板照射時のビ
ームサイズを大きくでき、大面積基板に対応し易く、ま
た、出力も比較的安定しており、量産装置に適用する上
で最も望ましい。そして、上記レーザー光を用いて、ケ
イ素膜表面に対して、上記レーザー光の表面エネルギー
密度が200〜450mJ/cm2となるようにして、照
射工程を行うことが望ましい。ここで、レーザー光の表
面エネルギー密度が200mJ/cm2より小さければ、
ケイ素膜はほとんど溶融されず、残存非晶質領域が結晶
化領域の結晶性を反映して十分に結晶成長されない。As the strong light, excimer laser light having a wavelength of 400 nm or less is most suitable. 400 nm wavelength
If it is below, the absorption coefficient for the silicon film is extremely high, and only the silicon film can be instantaneously heated without thermally damaging the glass substrate. Excimer laser light has a large oscillation output and is suitable for processing a large-area substrate. Among them, XeCl excimer laser light with a wavelength of 308 nm has a large output, so that the beam size can be increased when irradiating the substrate, and it can be easily applied to a large-area substrate, and the output is relatively stable. Most desirable in doing. Then, it is desirable to perform the irradiation step on the silicon film surface using the laser light so that the surface energy density of the laser light is 200 to 450 mJ / cm 2 . Here, if the surface energy density of the laser beam is smaller than 200 mJ / cm 2 ,
The silicon film is hardly melted, and the remaining amorphous region is not sufficiently crystallized, reflecting the crystallinity of the crystallized region.
【0273】また、上記表面エネルギー密度が、450
mJ/cm2よりも大きければ、結晶化領域において触媒
元素によって得られた結晶性が完全に失われ、すなわ
ち、リセットされてしまう。こうなると、全面的に従来
のレーザー結晶化で得られる結晶性ケイ素膜と同等にな
ってしまい、性能が低下するだけでなく、本来レーザー
結晶化が有している不均一性の問題点が発生する。すな
わち、この実施形態でのエネルギー密度範囲は、上述の
非晶質領域が結晶化領域の結晶性を反映して結晶化され
ると共に、結晶化領域の元の結晶性が失われないような
範囲に相当する。When the surface energy density is 450
If it is larger than mJ / cm 2 , the crystallinity obtained by the catalyst element in the crystallization region is completely lost, that is, the crystallinity is reset. In this case, the entire surface becomes equivalent to the crystalline silicon film obtained by conventional laser crystallization, not only the performance is reduced but also the problem of non-uniformity inherent in laser crystallization occurs I do. That is, the energy density range in this embodiment is such that the above-mentioned amorphous region is crystallized reflecting the crystallinity of the crystallized region and the original crystallinity of the crystallized region is not lost. Is equivalent to
【0274】また、一実施形態は、上記半導体装置の製
造方法において、上記非晶質ケイ素膜の結晶化を促進す
る触媒元素として、Ni、Co、Fe、Pd、Pt、Cu、A
uから選ばれた少なくとも一つの元素を用いる。この実
施形態で選ば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Niを用いた場合に最も顕著な効果を得ることができ
る。In one embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor device, Ni, Co, Fe, Pd, Pt, Cu, and A are used as catalyst elements for promoting crystallization of the amorphous silicon film.
At least one element selected from u is used. If one or more elements selected in this embodiment,
Although a trace amount has the effect of promoting crystallization, among them, the most remarkable effect can be obtained particularly when Ni is used.
【0275】また、他の実施形態では、強光照射によっ
て、触媒元素によって選択的に結晶成長させた領域から
横方向へと結晶成長させ、次に、半導体装置の能動(チ
ャネル)領域となる以外のケイ素膜の領域に、5族Bか
ら選ばれた元素を導入し、第2の加熱処理を行う工程を
追加した。この方法は、非常に有効であって、結晶成長
に使われ、主に、成長境界に残存する触媒元素は、上記
5族Bから選ばれた元素が導入された領域に移動し、結
果として、半導体装置の能動(チャネル)領域中の触媒元
素量を大きく低減できる。この方法は、半導体特性に対
して悪影響が大きいシリサイド状態の触媒元素に対し
て、特に有効である。そして、5族B元素を導入され、
触媒元素が集められた領域を除去して、最終的な半導体
素子領域を形成すれば、基板上には触媒元素の高濃度領
域は全く残らない。In another embodiment, by irradiating with strong light, the crystal is grown laterally from the region selectively grown by the catalyst element, and then becomes the active (channel) region of the semiconductor device. A step of introducing an element selected from Group V B into the region of the silicon film and performing a second heat treatment. This method is very effective, and is used for crystal growth. Mainly, the catalyst element remaining at the growth boundary moves to the region where the element selected from the group V B is introduced, and as a result, The amount of the catalytic element in the active (channel) region of the semiconductor device can be greatly reduced. This method is particularly effective for a catalytic element in a silicide state that has a large adverse effect on semiconductor characteristics. And the group V element B is introduced,
If the region where the catalytic element is collected is removed to form a final semiconductor element region, no high concentration region of the catalytic element remains on the substrate.
【0276】また、一実施形態は、上記5族Bから選ば
れた元素として、P、N、As、Sb、Biのうちから選ば
れた少なくとも一つの元素が用いられる。これらから選
ばれた一種または複数種類の元素であれば、上記触媒元
素を効率的に移動させることができ、十分な効果が得ら
れる。これらの元素の中でも、最も効果が高いのはPで
あることがわかっている。In one embodiment, at least one element selected from P, N, As, Sb, and Bi is used as the element selected from Group 5B. With one or more elements selected from these, the catalyst element can be efficiently moved, and a sufficient effect can be obtained. It has been found that among these elements, P has the highest effect.
【0277】このように、この発明を用いることによっ
て、非常に高性能で、ばらつきの少ない安定した特性の
半導体素子を実現でき、さらに、集積度の高い高性能半
導体装置が、簡便な製造プロセスにて得られる。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
低コスト化を図れる。特に、液晶表示装置においては、
アクティブマトリクス基板に要求される画素スイッチン
グTFTのスイッチング特性の向上、周辺駆動回路部を
構成するTFTに要求される高性能化、高集積化を同時
に満足し、同一基板上にアクティブマトリクス部と周辺
駆動回路部を構成するドライバモノリシック型アクティ
ブマトリクス基板を実現でき、モジュールのコンパクト
化、高性能化、低コスト化を図れる。As described above, by using the present invention, it is possible to realize a semiconductor element having very high performance and stable characteristics with little variation. Further, a high-performance semiconductor device with a high degree of integration can be manufactured in a simple manufacturing process. Obtained. Also,
In the manufacturing process, the non-defective rate can be greatly improved, and the cost of the product can be reduced. In particular, in a liquid crystal display device,
The switching characteristics of the pixel switching TFT required for the active matrix substrate, the high performance and the high integration required for the TFTs constituting the peripheral drive circuit portion are simultaneously satisfied, and the active matrix portion and the peripheral drive are mounted on the same substrate. A driver monolithic active matrix substrate constituting a circuit unit can be realized, and the module can be made compact, high-performance, and low in cost.
【図1】 図1(A)〜(C)は、この発明の第1の実施形
態の作製工程を順に示す平面図である。FIGS. 1A to 1C are plan views sequentially showing manufacturing steps according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 図2(A)〜(D)は、第1の実施形態の作製工
程(前半)を順に示す断面図である。FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views sequentially showing a manufacturing process (first half) of the first embodiment.
【図3】 図3(D)〜(G)は、第1の実施形態の作製工
程(後半)を順に示す断面図である。FIGS. 3D to 3G are cross-sectional views sequentially showing a manufacturing process (second half) of the first embodiment.
【図4】 図4(A)、(B)は、第2実施形態のドライバ
ー回路部の作製工程(前半)を順に示す平面図である。FIGS. 4A and 4B are plan views sequentially showing a manufacturing process (first half) of a driver circuit unit according to a second embodiment.
【図5】 図5(C)、(D)は、第2実施形態のドライバ
ー回路部の作製工程(前半)を順に示す平面図である。FIGS. 5C and 5D are plan views sequentially showing a process (first half) of manufacturing a driver circuit unit according to the second embodiment.
【図6】 図6(A)〜(E)は、上記第2実施形態の画素
部の作製工程を順に示す平面図である。FIGS. 6A to 6E are plan views sequentially showing a process of manufacturing a pixel portion according to the second embodiment.
【図7】 図7(A)〜(F)は、上記第2実施形態の作製
工程(前半)を順に示す断面図である。FIGS. 7A to 7F are cross-sectional views sequentially showing a manufacturing process (first half) of the second embodiment.
【図8】 図8(D)〜(G)は、上記第2実施形態の作製
工程(後半I)を順に示す断面図である。FIGS. 8D to 8G are cross-sectional views sequentially showing a manufacturing process (second half I) of the second embodiment.
【図9】 図9(H)〜(J)は、上記第2実施形態の作製
工程(後半II)を順に示す断面図である。FIGS. 9H to 9J are cross-sectional views sequentially showing the manufacturing process (second half II) of the second embodiment.
【図10】 図10(A)、(B)は、第3実施形態のドラ
イバー回路部の作製工程を順に示す平面図である。FIGS. 10A and 10B are plan views sequentially showing a process of manufacturing a driver circuit unit according to a third embodiment.
【図11】 図11(C)、(D)は、第3実施形態のドラ
イバー回路部の作製工程を順に示す平面図である。FIGS. 11 (C) and 11 (D) are plan views sequentially showing steps of manufacturing a driver circuit unit according to the third embodiment.
【図12】 図12(A)〜(E)は、第3実施形態の画素
部の作製工程を順に示す平面図である。FIGS. 12A to 12E are plan views sequentially illustrating a process of manufacturing a pixel portion according to a third embodiment.
【図13】 図13(A)〜(E)は、第3実施形態の作製
工程(前半)を順に示す断面図である。FIGS. 13A to 13E are cross-sectional views sequentially showing a manufacturing process (first half) of the third embodiment.
【図14】 図14(E)〜(G)は、第3実施形態の作製
工程(後半I)を順に示す断面図である。FIGS. 14E to 14G are cross-sectional views sequentially showing a manufacturing process (second half I) of the third embodiment.
【図15】 図15(H)〜(J)は、第3実施形態の作製
工程(後半II)を順に示す断面図である。FIGS. 15H to 15J are cross-sectional views sequentially showing a manufacturing process (second half II) of the third embodiment.
【図16】 図16(A)および(B)は、この発明におけ
るラマンシフト波数および電界効果移動度が残存非晶質
領域の幅によって変化する様子を示す特性図である。FIGS. 16A and 16B are characteristic diagrams showing how the Raman shift wave number and the field effect mobility change according to the width of the remaining amorphous region in the present invention.
101,201,301…ガラス基板、102,202,3
02…下地膜、103,203,303…非晶質ケイ素
膜、103a,203a,303a…結晶性ケイ素膜、1
04,204,304…ニッケル導入マスク、105,2
05,305…ニッケル、306…ニッケルによる結晶
成長方向、107,207,307…レーザー光、10
8,208,308…レーザー光照射による結晶成長方
向、209…リン導入マスク、210…リン、211,
311…ニッケルのゲッタリング方向、112,212,
312…TFT活性領域(素子領域)、113,213,3
13…ゲート絶縁膜、114,214,314…ゲート電
極、115,215…陽極酸化層、216,316…リン
用のレジストマスク、117,217,317…リン、2
18,318…ホウ素用のレジストマスク、219,31
9…ホウ素、120,220,320…チャネル領域、1
21,221,321…ソース領域、122,222,32
2…ドレイン領域、123,223,323…層間絶縁
膜、124,224,324…電極配線、225,325
…ソース電極、226,326…画素電極、127,22
7,327…N型TFT、228,328…P型TFT、
229…画素TFT、130…チャネル方向(キャリア
の移動方向)。101, 201, 301: glass substrate, 102, 202, 3
02: base film, 103, 203, 303: amorphous silicon film, 103a, 203a, 303a: crystalline silicon film, 1
04,204,304 ... nickel introduction mask, 105,2
05,305: nickel, 306: crystal growth direction by nickel, 107, 207, 307: laser beam, 10
8, 208, 308: crystal growth direction by laser beam irradiation, 209: phosphorus introduction mask, 210: phosphorus, 211,
311 ... nickel gettering direction, 112, 212,
312... TFT active region (element region), 113, 213, 3
13: gate insulating film, 114, 214, 314: gate electrode, 115, 215: anodic oxide layer, 216, 316: resist mask for phosphorus, 117, 217, 317: phosphorus, 2
18, 318: resist mask for boron, 219, 31
9 ... boron, 120,220,320 ... channel region, 1
21,221,321 ... source region, 122,222,32
2 ... drain region, 123, 223, 323 ... interlayer insulating film, 124, 224, 324 ... electrode wiring, 225, 325
... Source electrodes, 226,326 ... Pixel electrodes, 127,22
7,327 ... N-type TFT, 228,328 ... P-type TFT,
229: pixel TFT, 130: channel direction (carrier moving direction).
フロントページの続き Fターム(参考) 5F052 AA02 AA17 BB07 CA07 CA10 DA02 DB03 FA02 FA06 FA19 FA24 JA01 5F110 AA16 AA17 BB02 BB04 BB10 BB11 CC02 DD02 DD13 EE03 EE04 EE14 EE34 EE38 EE44 FF02 FF29 FF30 FF32 FF36 GG02 GG06 GG13 GG25 GG28 GG29 GG45 GG47 HJ01 HJ04 HJ12 HJ23 HL01 HL03 HL07 HL11 HM14 NN04 NN23 NN24 NN35 NN72 NN78 PP01 PP03 PP04 PP06 PP10 PP13 PP24 PP29 PP34 QQ11 QQ23 QQ24 QQ28 Continued on the front page F-term (reference) GG47 HJ01 HJ04 HJ12 HJ23 HL01 HL03 HL07 HL11 HM14 NN04 NN23 NN24 NN35 NN72 NN78 PP01 PP03 PP04 PP06 PP10 PP13 PP24 PP29 PP34 QQ11 QQ23 QQ24 QQ28
Claims (28)
晶性を有するケイ素膜を能動領域として構成される半導
体装置において、 上記能動領域は、 非晶質ケイ素膜に、その結晶化を促進する触媒元素を選
択的に導入し、加熱処理によって結晶化された第1の結
晶化領域と、上記第1の結晶化領域をシードとして、溶
融固化過程において結晶成長させた第2の結晶化領域と
からなる結晶性ケイ素膜によって構成されていることを
特徴とする半導体装置。1. A semiconductor device comprising, as an active region, a crystalline silicon film formed on a substrate having an insulating surface, wherein the active region promotes crystallization of the amorphous silicon film. A first crystallized region selectively introduced with a catalytic element and crystallized by a heat treatment, and a second crystallized region crystal-grown in a melt-solidification process using the first crystallized region as a seed. A semiconductor device comprising a crystalline silicon film made of:
に見てそれぞれが略線状であり、上記線状の第1の結晶
化領域と第2の結晶化領域とが隣接し合い、ストライプ
状になっている状態の結晶性ケイ素膜によって、能動領
域が構成されていることを特徴とする半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein each of the first crystallized region and the second crystallized region is substantially linear in plan view, and A semiconductor device, wherein an active region is constituted by a crystalline silicon film in a state where a first crystallized region and a second crystallized region are adjacent to each other and are in a stripe shape.
おいて、 上記線状の第2の結晶化領域の幅は、6μm以下である
ことを特徴とする半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the width of the linear second crystallization region is 6 μm or less.
半導体装置において、 上記線状の第2の結晶化領域の中央部に、結晶成長境界
が、第2の結晶化領域が線状に延在している方向と略平
行に線状に存在しており、 上記線状の結晶成長境界は、能動領域でのキャリアの移
動方向に延びる線分対して少なくとも横切らないよう
に、配置されていることを特徴とする半導体装置。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a center of the linear second crystallization region has a crystal growth boundary, and the second crystallization region has a line. The linear crystal growth boundary is arranged so as not to cross at least a line segment extending in the carrier moving direction in the active region. A semiconductor device characterized by being performed.
界が上記第2の結晶化領域の延在方向と平行に線状に存
在しており、 上記能動領域でのキャリアの移動方向と、上記線状の結
晶成長境界の線状延在方向とが、略平行になるように配
置されていることを特徴とする半導体装置。5. The semiconductor device according to claim 4, wherein a center of the linear second crystallization region has a crystal growth boundary parallel to a direction in which the second crystallization region extends. Wherein the direction in which carriers move in the active region and the direction in which the linear crystal growth boundary extends linearly are substantially parallel to each other. apparatus.
半導体装置において、 上記能動領域は、少なくとも複数本の線状の第2の結晶
化領域を含んでいることを特徴とする半導体装置。6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the active region includes at least a plurality of linear second crystallization regions. apparatus.
半導体装置において、 上記能動領域は、上記触媒元素を1×1016〜5×10
17atoms/cm3の濃度で含有していることを特徴と
する半導体装置。7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the active region includes the catalyst element in an amount of 1 × 10 16 to 5 × 10 6.
A semiconductor device characterized by containing at a concentration of 17 atoms / cm 3 .
ることを特徴とする半導体装置。8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the catalytic element contained in the active region is nickel.
するケイ素膜を能動領域とする複数の薄膜トランジスタ
を有する半導体装置において、 上記複数の薄膜トランジスタは、 非晶質ケイ素膜に、その結晶化を促進する触媒元素を選
択的に導入し、加熱処理によって結晶化された第1の結
晶化領域と、この第1の結晶化領域をシードとして、溶
融固化過程において結晶成長させた第2の結晶化領域と
によって構成された能動領域を有する第1種の薄膜トラ
ンジスタと、 非晶質ケイ素膜に、その結晶化を促進する触媒元素を導
入し、加熱処理によって結晶化された第1の結晶化領域
のみによって構成されている能動領域を有する第2種の
薄膜トランジスタとを含んでいることを特徴とする半導
体装置。9. A semiconductor device having a plurality of thin film transistors having a crystalline silicon film as an active region on a substrate having an insulating surface, wherein the plurality of thin film transistors are formed by forming an amorphous silicon film into crystallization. A second crystallization region in which a catalyst element to be promoted is selectively introduced, and the first crystallization region crystallized by the heat treatment, and the first crystallization region is used as a seed to grow crystals in a melt-solidification process A first-type thin film transistor having an active region constituted by a region, and a first crystallized region crystallized by a heat treatment by introducing a catalytic element for promoting crystallization into an amorphous silicon film. And a second type thin film transistor having an active region constituted by:
をスイッチングする画素電極スイッチング用薄膜トラン
ジスタと、上記画素電極スイッチング用薄膜トランジス
タを駆動するドライバー回路を構成するドライバー回路
用薄膜トランジスタとが設けられたドライバーモノリシ
ック型のアクティブマトリクス半導体装置において、 上記ドライバー回路用薄膜トランジスタの少なくとも一
つは、 非晶質ケイ素膜に、その結晶化を促進する触媒元素を選
択的に導入し、加熱処理によって結晶化された第1の結
晶化領域と、この第1の結晶化領域をシードとして、溶
融固化過程において結晶成長させた第2の結晶化領域と
によって構成された能動領域を有し、 上記画素電極スイッチング用の薄膜トランジスタは、 非晶質ケイ素膜に、その結晶化を促進する触媒元素を導
入し、加熱処理によって結晶化された第1の結晶化領域
のみによって構成されている能動領域を有していること
を特徴とする半導体装置。10. A driver monolithic comprising a pixel electrode switching thin film transistor for switching a pixel electrode and a driver circuit thin film transistor constituting a driver circuit for driving the pixel electrode switching thin film transistor provided on a substrate having an insulating surface. In the active matrix semiconductor device of the type, at least one of the thin film transistors for the driver circuit selectively introduces a catalytic element for promoting crystallization into the amorphous silicon film, and heats the amorphous silicon film. And a second crystallized region formed by crystal growth in a melting and solidification process using the first crystallized region as a seed. The crystallization of amorphous silicon film Introducing a catalytic element which promotes, wherein a has a active region that is configured only by the first crystallized region that has been crystallized by heat treatment.
有するケイ素膜を能動領域とする複数の薄膜トランジス
タを有する半導体装置において、 上記複数の薄膜トランジスタは、 非晶質ケイ素膜に、その結晶化を促進する触媒元素を選
択的に導入し、加熱処理によって結晶化された第1の結
晶化領域と、第1の結晶化領域をシードとして、溶融固
化過程において結晶成長させた第2の結晶化領域とによ
って構成された能動領域を有する第1種の薄膜トランジ
スタと、 触媒元素を用いることなく、非晶質ケイ素膜を溶融固化
過程のみによって結晶化させた第3の結晶化領域によっ
て構成されてなる能動領域を有する第3種の薄膜トラン
ジスタとを含んでいることを特徴とする半導体装置。11. A semiconductor device having a plurality of thin film transistors having a crystalline silicon film as an active region on a substrate having an insulating surface, wherein the plurality of thin film transistors are formed by crystallization of an amorphous silicon film. A first crystallized region crystallized by a heat treatment by selectively introducing a catalyst element to be promoted, and a second crystallized region grown by crystal growth in a melt-solidification process using the first crystallized region as a seed. A thin-film transistor having an active region constituted by: a first type thin film transistor having an active region; and a third crystallized region formed by crystallizing an amorphous silicon film only by a melting and solidifying process without using a catalytic element. And a third type thin film transistor having a region.
をスイッチングする画素電極スイッチング用薄膜トラン
ジスタと、上記画素電極スイッチング用薄膜トランジス
タを駆動するドライバー回路を構成するドライバー回路
用薄膜トランジスタが設けられたドライバーモノリシッ
ク型のアクティブマトリクス半導体装置において、 上記ドライバー回路用薄膜トランジスタの少なくとも一
つは、 非晶質ケイ素膜に、その結晶化を促進する触媒元素を選
択的に導入し、加熱処理によって結晶化された第1の結
晶化領域と、この第1の結晶化領域をシードとして、溶
融固化過程において結晶成長させた第2の結晶化領域と
によって構成された能動領域を有し、 上記画素電極スイッチング用の薄膜トランジスタは、 触媒元素を用いることなく、非晶質ケイ素膜を溶融固化
過程のみによって結晶化させた第3の結晶化領域によっ
て構成されてなる能動領域を有していることを特徴とす
る半導体装置。12. A driver monolithic type in which a pixel electrode switching thin film transistor for switching a pixel electrode and a driver circuit thin film transistor constituting a driver circuit for driving the pixel electrode switching thin film transistor are provided on a substrate having an insulating surface. In the active matrix semiconductor device, at least one of the driver circuit thin film transistors selectively introduces a catalyst element for promoting crystallization into an amorphous silicon film and heat-treats the first silicon film. The thin film transistor for pixel electrode switching has an active region formed by a crystallized region and a second crystallized region grown by crystal in a melting and solidifying process using the first crystallized region as a seed. Amorphous without the use of catalytic elements Wherein a has a active region made is constituted by a third crystallization region where the silicon film is crystallized only by melt solidification process.
非晶質ケイ素膜の一部に、その結晶化を促進する触媒元
素を選択的に導入する触媒元素導入工程と、加熱処理を
施し、上記触媒元素が選択的に導入された領域の非晶質
ケイ素膜を、選択的に結晶成長させる第1結晶成長工程
と、 強光を照射し、上記選択的に結晶成長させた領域から上
記基板と平行な横方向へと、上記選択的に結晶化させた
領域の隣接領域を結晶成長させる第2結晶成長工程と、 上記触媒元素を導入し加熱処理によって結晶成長させた
領域と、強光照射によって横方向に結晶成長させた領域
とを用いて、半導体装置の能動領域を形成する能動領域
形成工程とを少なくとも有することを特徴とする半導体
装置の製造方法。13. A catalyst element introducing step of selectively introducing a catalytic element for promoting crystallization of a part of an amorphous silicon film formed on a substrate having an insulating surface, and a heat treatment, A first crystal growth step of selectively crystal-growing the amorphous silicon film in a region where the catalyst element is selectively introduced; and irradiating strong light to the substrate from the region where the crystal is selectively grown. A second crystal growth step of growing a crystal adjacent to the selectively crystallized region in a lateral direction parallel to the above, a region where the catalyst element is introduced and the crystal is grown by heat treatment, and A method of forming an active region of a semiconductor device by using a region that has been laterally crystal-grown by the method.
非晶質ケイ素膜の一部に、その結晶化を促進する触媒元
素を選択的に導入する触媒元素導入工程と、 加熱処理を施し、上記触媒元素が選択的に導入された領
域の非晶質ケイ素膜を選択的に結晶成長させ、さらにそ
の領域から上記基板と平行な横方向へと、その周辺領域
を結晶成長させる第1結晶成長工程と、 強光を照射し、上記加熱処理によって横方向に結晶成長
させた領域から、さらに上記横方向へと、上記加熱処理
によって横方向に結晶化させた領域の隣接領域を結晶成
長させる第2結晶成長工程と、 上記触媒元素を導入し、加熱処理によって結晶成長させ
た領域と、強光照射によって横方向に結晶成長させた領
域とを用いて、半導体装置の能動領域を形成する能動領
域形成工程とを少なくとも有することを特徴とする半導
体装置の製造方法。14. A catalyst element introducing step for selectively introducing a catalytic element for promoting crystallization to a part of an amorphous silicon film formed on a substrate having an insulating surface; A first crystal growth for selectively crystal-growing the amorphous silicon film in a region into which the catalyst element is selectively introduced, and further growing a crystal in a peripheral region from the region in a lateral direction parallel to the substrate; A step of irradiating intense light and growing a region adjacent to the region laterally crystallized by the heat treatment from the region crystallized laterally by the heat treatment to the lateral direction. An active region for forming an active region of a semiconductor device using a two-crystal growth process, a region where the catalyst element is introduced, and a crystal is grown by heat treatment, and a region where a crystal is grown laterally by intense light irradiation. Forming process and A method for manufacturing a semiconductor device, comprising at least:
装置の製造方法において、 上記非晶質ケイ素膜への選択的な触媒元素の導入は、 非晶質ケイ素膜上に、選択的に触媒元素が導入される領
域が開口されてなるマスクを形成した後に行われ、 上記マスクの平面的な形状は、所定間隔を隔てて並列に
並んでいる線状のライン&スペース形状であることを特
徴とする半導体装置の製造方法。15. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the selective introduction of the catalytic element into the amorphous silicon film is performed by selectively introducing the catalytic element onto the amorphous silicon film. The mask is formed after forming a mask having an opening in which a region to be introduced is opened, and the planar shape of the mask is a linear line & space shape arranged in parallel at a predetermined interval. Semiconductor device manufacturing method.
装置の製造方法において、 上記触媒元素導入工程で、線状のマスクを用いて、上記
触媒元素を上記非晶質ケイ素膜に選択的に導入し、 上記第1結晶成長工程で、加熱処理によって、上記マス
クに覆われていない領域の非晶質ケイ素膜を結晶化する
一方、上記マスクに覆われた領域は非晶質状態のままと
し、 上記第2結晶成長工程で、強光を照射して、上記マスク
に覆われた非晶質領域を結晶化するに際し、 上記マスクのパターンの短辺方向の幅を、上記マスクに
覆われていた非晶質領域が、隣接する上記触媒元素によ
る結晶成長領域の結晶性を引き継いで、結晶成長が行わ
れる最大幅以下とすることを特徴とする半導体装置の製
造方法。16. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein in the catalyst element introducing step, the catalyst element is selectively introduced into the amorphous silicon film using a linear mask. In the first crystal growth step, the amorphous silicon film in the region not covered by the mask is crystallized by heat treatment, while the region covered by the mask remains in an amorphous state; In the second crystal growth step, when irradiating strong light to crystallize the amorphous region covered with the mask, the width of the pattern of the mask in the short side direction was covered with the mask. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein an amorphous region inherits the crystallinity of a crystal growth region formed by an adjacent catalyst element and has a width equal to or less than a maximum width for crystal growth.
方法において、 上記線状のマスクは、そのパターンの短辺方向の幅が、
6μm以下であることを特徴とする半導体装置の製造方
法。17. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein the linear mask has a width in a short side direction of the pattern.
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the thickness is 6 μm or less.
装置の製造方法において、 上記触媒元素導入工程で、上記非晶質ケイ素膜上に設け
られた線状のマスクを用いて、上記非晶質ケイ素膜に上
記触媒元素を選択的に導入し、 上記第1結晶成長工程で、上記触媒元素が選択的に導入
された領域の非晶質ケイ素膜を、加熱処理によって、選
択的に結晶成長させ、さらにその領域から基板と平行な
横方向へとマスク下の周辺領域を結晶成長させ、このマ
スク下の領域で、非晶質領域が一部残存した状態で、上
記結晶成長を停止させ、 上記第2結晶成長工程で、強光を照射して、上記残存し
た非晶質領域を結晶化させるに際し、 上記加熱処理で横方向に結晶成長した領域に挟まれて存
在する線状の非晶質領域の短辺方向の線幅を、上記非晶
質領域が、隣接する上記触媒元素による結晶成長領域の
結晶性を引き継いで、結晶成長が行われる最大幅以下と
することを特徴とする半導体装置の製造方法。18. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14, wherein, in the step of introducing a catalyst element, the amorphous silicon film is formed using a linear mask provided on the amorphous silicon film. The catalyst element is selectively introduced into the silicon film. In the first crystal growth step, the amorphous silicon film in the region where the catalyst element is selectively introduced is selectively crystal-grown by a heat treatment. Further growing a peripheral region under the mask from the region in a lateral direction parallel to the substrate, and stopping the crystal growth in a region under the mask, with a part of the amorphous region remaining, In the second crystal growth step, when the remaining amorphous region is crystallized by irradiating intense light, a linear amorphous material interposed between the regions crystallized laterally by the heat treatment is present. The line width in the short side direction of the region is Succeeds to crystallinity of the crystal growth region by adjoining the catalytic element, a method of manufacturing a semiconductor device, characterized by the following widest crystal growth is performed.
方法において、 上記加熱処理で横方向に結晶成長した領域に挟まれて存
在する線状の非晶質領域の短辺方向の線幅を、6μm以
下とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。19. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 18, wherein the line width in the short side direction of the linear amorphous region interposed between the regions crystallized in the lateral direction by the heat treatment is reduced. , 6 μm or less.
記載の半導体装置の製造方法において、 ライン&スペース形状の線状マスクでもって、上記触媒
元素を上記非晶質ケイ素膜へ選択的に導入し、 このライン&スペース形状の線状マスクは、その線方向
が、能動領域において、半導体装置としてのキャリアが
流れる方向と、略平行となるように形成することを特徴
とする半導体装置の製造方法。20. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the catalytic element is selectively applied to the amorphous silicon film by a line-and-space linear mask. The line and space-shaped linear mask is formed so that the line direction is substantially parallel to the direction in which carriers as the semiconductor device flow in the active region. Method.
記載の半導体装置の製造方法において、 上記触媒元素を導入し加熱処理によって結晶成長させた
領域と、強光照射によってその領域をシードとして横方
向に結晶成長させた領域とを用いて、半導体装置の能動
領域を形成する能動領域形成工程において、 それぞれの結晶化領域は、ライン&スペース状に隣接し
ており、強光照射によって結晶成長させた線状の領域
が、少なくとも2本以上、上記半導体装置の能動領域に
含まれるように、半導体装置のチャネル幅およびそれぞ
れの結晶化領域の短辺方向の線幅を設定することを特徴
とする半導体装置の製造方法。21. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the catalyst element is introduced, and a region is grown by heat treatment, and the region is seeded by intense light irradiation. In an active region forming step of forming an active region of a semiconductor device using a region crystallized in the lateral direction, the respective crystallized regions are adjacent to each other in a line & space shape, and crystal growth is performed by intense light irradiation. The channel width of the semiconductor device and the line width in the short side direction of each crystallized region are set so that at least two or more linear regions included in the active region of the semiconductor device are included. Semiconductor device manufacturing method.
記載の半導体装置の製造方法において、 上記第1結晶成長工程における加熱処理の温度を、 非晶質ケイ素膜自体による結晶核の自然発生が起こら
ず、触媒元素による結晶核のみが発生し、触媒元素によ
る結晶成長のみが進行するような温度に設定することを
特徴とする半導体装置の製造方法。22. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the temperature of the heat treatment in the first crystal growth step is set to a value corresponding to the spontaneous generation of crystal nuclei by the amorphous silicon film itself. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the temperature is set such that only crystal nuclei due to a catalytic element are generated and only crystal growth using a catalytic element proceeds.
方法において、 上記加熱処理は、520℃から580℃の範囲の温度で
行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。23. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 22, wherein the heat treatment is performed at a temperature in a range of 520 ° C. to 580 ° C.
記載の半導体装置の製造方法において、 上記第2結晶成長工程における強光の強度を、 非晶質領域は完全に溶融する一方、触媒元素によって結
晶化された領域は完全に溶融せず、少なくとも元の結晶
状態が失われないような範囲の強度に設定することを特
徴とする半導体装置の製造方法。24. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the intensity of strong light in the second crystal growth step is such that the amorphous region is completely melted, and the catalyst is A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a region crystallized by an element is not completely melted, and is set to have a strength in such a range that at least an original crystal state is not lost.
方法において、 上記第2結晶成長工程で、 強光として、波長400nm以下のエキシマレーザー光
を用い、ケイ素膜表面に対するエネルギー密度が200
〜450mJ/cm2となる範囲内で、強光を照射するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。25. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 24, wherein in the second crystal growth step, an excimer laser beam having a wavelength of 400 nm or less is used as intense light, and the energy density on the silicon film surface is 200.
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by irradiating intense light within a range of up to 450 mJ / cm 2 .
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の結晶化を促進する触媒元素とし
て、Ni、Co、Fe、Pd、Pt、Cu、Auから選ばれた
少なくとも一つの元素を用いることを特徴とする半導体
装置の製造方法。26. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein Ni, Co, Fe, Pd, or Pt is used as a catalyst element for promoting crystallization of the amorphous silicon film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising using at least one element selected from the group consisting of Cu, Cu and Au.
記載の半導体装置の製造方法において、 上記第2結晶成長工程の後に、 少なくとも、後に半導体装置の能動領域となる以外のケ
イ素膜の領域に、5族Bから選ばれた元素を導入する5
族B元素導入工程と、 第2の加熱処理を行い、上記5族Bから選ばれた元素が
導入された領域に、上記触媒元素を移動させ、半導体装
置の能動領域中の触媒元素量を低減する触媒元素低減工
程とを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。27. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein after the second crystal growth step, at least a region of the silicon film other than an active region of the semiconductor device later. To introduce an element selected from Group V B
Performing a group B element introduction step and a second heat treatment to move the catalyst element to a region where the element selected from the group V B is introduced, thereby reducing the amount of the catalyst element in the active region of the semiconductor device. And a catalyst element reducing step.
方法において、 上記5族Bから選ばれた元素として、P、N、As、Sb、
Biのうちから選ばれた少なくとも一つの元素が用いら
れることを特徴とする半導体装置の製造方法。28. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 27, wherein P, N, As, Sb,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein at least one element selected from Bi is used.
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