JP2002110543A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

Info

Publication number
JP2002110543A
JP2002110543A JP2001212950A JP2001212950A JP2002110543A JP 2002110543 A JP2002110543 A JP 2002110543A JP 2001212950 A JP2001212950 A JP 2001212950A JP 2001212950 A JP2001212950 A JP 2001212950A JP 2002110543 A JP2002110543 A JP 2002110543A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon film
film
nickel
region
solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2001212950A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3980298B2 (en
Inventor
Hisashi Otani
久 大谷
Kenji Fukunaga
健司 福永
Shoji Miyanaga
昭治 宮永
Koyu Cho
宏勇 張
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP2001212950A priority Critical patent/JP3980298B2/en
Publication of JP2002110543A publication Critical patent/JP2002110543A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3980298B2 publication Critical patent/JP3980298B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To precisely control the implanting amount of an element in a method for obtaining a crystalline silicon by heat treatment of about 4 hours at about 550 deg.C by using an element for promoting a crystallization. SOLUTION: A method for manufacturing a semiconductor device comprises the steps of forming an amorphous silicon film on a board, contacting a solution containing the element for promoting the crystallization of the amorphous silicon film with a part of the silicon-film to hold the solution, and heating the silicon film to crystallize the silicon film. In this method, the concentration of the element in the solution is 200 ppm or less. The concentration of the element in the silicon film after the crystallization is 1×1016 to 1×1019 atoms/cm3.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は結晶性を有する半導体を
用いた半導体装置およびその作製方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device using a semiconductor having crystallinity and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜半導体を用いた薄膜トランジスタ
(以下TFT等)が知られている。このTFTは、基板
上に薄膜半導体を形成し、この薄膜半導体を用いて構成
されるものである。このTFTは、各種集積回路に利用
されているが、特に電気光学装置特にアクティブマトリ
ックス型の液晶表示装置の各画素の設けられたスイッチ
ング素子、周辺回路部分に形成されるドライバー素子と
して注目されている。
2. Description of the Related Art Thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs) using thin film semiconductors are known. This TFT is formed by forming a thin-film semiconductor on a substrate and using the thin-film semiconductor. This TFT is used in various integrated circuits, and is particularly attracting attention as a switching element provided in each pixel of an electro-optical device, particularly an active matrix type liquid crystal display device, and a driver element formed in a peripheral circuit portion. .

【0003】TFTに利用される薄膜半導体としては、
非晶質珪素膜を用いることが簡便であるが、その電気的
特性が低いという問題がある。TFTの特性向上を得る
ためには、結晶性を有するシリコン薄膜を利用するばよ
い。結晶性を有するシリコン膜は、多結晶シリコン、ポ
リシリコン、微結晶シリコン等と称されている。この結
晶性を有するシリコン膜を得るためには、まず非晶質珪
素膜を形成し、しかる後に加熱によって結晶化さればよ
い。
[0003] As a thin film semiconductor used for a TFT,
Although it is convenient to use an amorphous silicon film, there is a problem that its electrical characteristics are low. In order to obtain improved TFT characteristics, a silicon thin film having crystallinity may be used. The silicon film having crystallinity is called polycrystalline silicon, polysilicon, microcrystalline silicon, or the like. In order to obtain a silicon film having this crystallinity, an amorphous silicon film may be formed first, and then crystallized by heating.

【0004】しかしながら、加熱による結晶化は、加熱
温度が600℃以上の温度で10時間以上の時間を掛け
ることが必要であり、基板としてガラス基板を用いるこ
とが困難であるという問題がある。例えばアクティブ型
の液晶表示装置に用いられるコーニング7059ガラス
はガラス歪点が593℃であり、基板の大面積化を考慮
した場合、600℃以上の加熱には問題がある。
[0004] However, crystallization by heating requires a heating temperature of 600 ° C. or more for a period of 10 hours or more, and there is a problem that it is difficult to use a glass substrate as a substrate. For example, Corning 7059 glass used for an active type liquid crystal display device has a glass strain point of 593 ° C., and there is a problem in heating at 600 ° C. or more in consideration of an increase in substrate area.

【0005】〔発明の背景〕本発明者らの研究によれ
ば、非晶質珪素膜の表面にニッケルやパラジウム、さら
には鉛等の元素を微量に堆積させ、しかる後に加熱する
ことで、550℃、4時間程度の処理時間で結晶化を行
なえることが判明している。
BACKGROUND OF THE INVENTION According to the study of the present inventors, trace amounts of elements such as nickel, palladium, and lead are deposited on the surface of an amorphous silicon film and then heated to 550 mm. It has been found that crystallization can be performed at a temperature of about 4 hours.

【0006】上記のような微量な元素(結晶化を助長す
る触媒元素)を導入するには、プラズマ処理や蒸着、さ
らにはイオン注入を利用すればよい。プラズマ処理と
は、平行平板型あるいは陽光柱型のプラズマCVD装置
において、電極として触媒元素を含んだ材料を用い、窒
素または水素等の雰囲気でプラズマを生じさせることに
よって非晶質珪素膜に触媒元素の添加を行なう方法であ
る。
[0006] In order to introduce the above trace elements (catalytic elements that promote crystallization), plasma treatment, vapor deposition, and ion implantation may be used. Plasma treatment refers to the use of a material containing a catalyst element as an electrode in a parallel plate type or positive column type plasma CVD apparatus, and generation of plasma in an atmosphere such as nitrogen or hydrogen to form a catalyst element on an amorphous silicon film. This is a method of adding.

【0007】しかしながら、上記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好ま
しいことではない。
However, 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 preferable.

【0008】即ち、上記のニッケル等の結晶化を助長す
る元素(触媒元素)は、非晶質珪素を結晶化させる際に
は必要であるが、結晶化した珪素中には極力含まれない
ようにすることが望ましい。この目的を達成するには、
触媒元素として結晶性珪素中で不活性な傾向が強いもの
を選ぶと同時に、結晶化に必要な触媒元素の量を極力少
なくし、最低限の量で結晶化を行なう必要がある。そし
てそのためには、上記触媒元素の添加量を精密に制御し
て導入する必要がある。
That is, the above-mentioned elements (catalytic elements) which promote crystallization, such as nickel, are necessary when crystallizing amorphous silicon, but are not contained in crystallized silicon as much as possible. Is desirable. To achieve this goal,
It is necessary to select a catalyst element which has a strong tendency to be inactive in crystalline silicon as a catalyst element, and at the same time, minimize the amount of the catalyst element required for crystallization and perform crystallization with a minimum amount. For that purpose, it is necessary to precisely control the amount of the catalyst element to be introduced.

【0009】また、ニッケルを触媒元素とした場合、非
晶質珪素膜を成膜し、ニッケル添加をプラズマ処理法に
よって行ない結晶性珪素膜を作製し、その結晶化過程等
を詳細に検討したところ以下の事項が判明した。 (1)プラズマ処理によってニッケルを非晶質珪素膜上
に導入した場合、熱処理を行なう以前に既に、ニッケル
は非晶質珪素膜中のかなりの深さの部分まで侵入してい
る。 (2)結晶の初期核発生は、ニッケルを導入した表面か
ら発生している。 (3)蒸着法でニッケルを非晶質珪素膜上に成膜した場
合であっても、プラズマ処理を行なった場合と同様に結
晶化が起こる。
When nickel is used as a catalytic element, an amorphous silicon film is formed, nickel is added by a plasma treatment method to produce a crystalline silicon film, and the crystallization process and the like are examined in detail. The following matters were found. (1) When nickel is introduced onto an amorphous silicon film by plasma treatment, nickel has already penetrated to a considerable depth in the amorphous silicon film before heat treatment. (2) The initial nucleation of the crystal occurs from the surface into which nickel is introduced. (3) Even when nickel is formed on an amorphous silicon film by a vapor deposition method, crystallization occurs as in the case where plasma processing is performed.

【0010】上記事項から、プラズマ処理によって導入
されたニッケルが全て効果的に機能していないというこ
とが結論される。即ち、多量のニッケルが導入されても
十分に機能していないニッケルが存在していると考えら
れる。このことから、ニッケルと珪素が接している点
(面)が低温結晶化の際に機能していると考えられる。
そして、可能な限りニッケルは微細に原子状に分散して
いることが必要であることが結論される。即ち、「必要
なのは非晶質珪素膜の表面近傍に低温結晶化が可能な範
囲内で可能な限り低濃度のニッケルが原子状で分散して
導入されればよい」ということが結論される。
[0010] From the above, it is concluded that all the nickel introduced by the plasma treatment is not functioning effectively. That is, it is considered that some nickel does not function sufficiently even if a large amount of nickel is introduced. From this, it is considered that the point (plane) where nickel and silicon are in contact functions at the time of low-temperature crystallization.
It is concluded that it is necessary for nickel to be dispersed as finely as possible. In other words, it is concluded that "what is necessary is to introduce as low a concentration of nickel as possible in the form of atoms in the vicinity of the surface of the amorphous silicon film in a range where low-temperature crystallization is possible".

【0011】非晶質珪素膜の表面近傍のみに極微量のニ
ッケルを導入する方法、言い換えるならば、非晶質珪素
膜の表面近傍のみ結晶化を助長する触媒元素を極微量導
入する方法としては、蒸着法を挙げることができるが、
蒸着法は制御性が悪く、触媒元素の導入量を厳密に制御
することが困難であるという問題がある。
A method for introducing a very small amount of nickel only near the surface of the amorphous silicon film, in other words, a method for introducing a very small amount of a catalytic element for promoting crystallization only near the surface of the amorphous silicon film is as follows. , Evaporation method can be mentioned,
The vapor deposition method has a problem that the controllability is poor and it is difficult to strictly control the introduction amount of the catalyst element.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、触媒元素を
用いた600℃以下の熱処理による結晶性を有する薄膜
珪素半導体の作製において、 (1)触媒元素の量を制御して導入し、その量を最小限
の量とする。 (2)生産性の高い方法とする。 といった要求を満たすことを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method of producing a crystalline silicon semiconductor having a crystallinity by a heat treatment at 600 ° C. or lower using a catalytic element. Minimize volume. (2) Use a method with high productivity. It is intended to satisfy such requirements.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を満
足するために以下の手段を用いて結晶性を有した珪素膜
を得る。非晶質珪素膜に接して該非晶質珪素膜の結晶化
を助長する触媒元素単体または前記触媒元素を含む化合
物を保持させ、前記非晶質珪素膜に前記触媒元素単体ま
たは前記触媒元素を含む化合物が接した状態において、
加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜を結晶化させる。
According to the present invention, a silicon film having crystallinity is obtained by using the following means in order to satisfy the above objects. In contact with the amorphous silicon film, a catalyst element alone or a compound containing the catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is held, and the amorphous silicon film contains the catalyst element alone or the catalyst element When the compounds are in contact,
A heat treatment is performed to crystallize the amorphous silicon film.

【0014】具体的には、触媒元素を含む溶液を非晶質
珪素膜表面に塗布し、触媒元素の導入を行なうことによ
って、上記構成は実現される。特に本発明においては、
非晶質珪素膜の表面に接して触媒元素が導入されること
が特徴である。このことは、触媒元素の量を制御する上
で極めて重要である。
Specifically, the above configuration is realized by applying a solution containing a catalytic element to the surface of the amorphous silicon film and introducing the catalytic element. Particularly in the present invention,
It is characterized in that a catalytic element is introduced in contact with the surface of the amorphous silicon film. This is extremely important in controlling the amount of the catalytic element.

【0015】さらにこの結晶性珪素膜を用いて半導体装
置のPN、PI、NIその他の電気的接合を少なくとも
1つ有する活性領域を構成することを特徴とする。半導
体装置としては、薄膜トランジスタ(TFT)、ダイオ
ード、光センサを用いることができる。
Further, an active region having at least one PN, PI, NI, or other electrical junction of a semiconductor device is formed using the crystalline silicon film. As the semiconductor device, a thin film transistor (TFT), a diode, or an optical sensor can be used.

【0016】本発明の構成を採用することによって以下
に示すような基本的な有意性を得ることができる。 (a)溶液中における触媒元素濃度は、予め厳密に制御
し結晶性をより高めかつその元素の量をより少なくする
ことが可能である。 (b)溶液と非晶質珪素膜の表面とが接触していれば、
触媒元素の非晶質珪素への導入量は、溶液中における触
媒元素の濃度によって決まる。 (c)非晶質珪素膜の表面に吸着する触媒元素が主に結
晶化に寄与することとなるので、必要最小限度の濃度で
触媒元素を導入できる。
By adopting the structure of the present invention, the following basic significance can be obtained. (A) The concentration of the catalyst element in the solution can be strictly controlled in advance to increase the crystallinity and reduce the amount of the element. (B) If the solution is in contact with the surface of the amorphous silicon film,
The amount of the catalyst element introduced into the amorphous silicon is determined by the concentration of the catalyst element in the solution. (C) Since the catalytic element adsorbed on the surface of the amorphous silicon film mainly contributes to the crystallization, the catalytic element can be introduced at a minimum necessary concentration.

【0017】非晶質珪素膜上に結晶化を助長する元素を
含有させた溶液を塗布する方法としては、溶液として水
溶液、有機溶媒溶液等を用いることができる。ここで含
有とは、化合物として含ませるという意味と、単に分散
させることにより含ませるという意味との両方を含む。
As a method of applying a solution containing an element promoting crystallization on the amorphous silicon film, an aqueous solution, an organic solvent solution, or the like can be used as the solution. Here, “containing” includes both the meaning of being included as a compound and the meaning of being included simply by being dispersed.

【0018】触媒元素を含む溶媒としては、極性溶媒で
ある水、アルコール、酸、アンモニアから選ばれたもの
を用いることができる。
As the solvent containing the catalytic element, a solvent selected from polar solvents such as water, alcohol, acid and ammonia can be used.

【0019】触媒としてニッケルを用い、このニッケル
を極性溶媒に含ませる場合、ニッケルはニッケル化合物
として導入される。このニッケル化合物としては、代表
的には臭化ニッケル、酢酸ニッケル、蓚酸ニッケル、炭
酸ニッケル、塩化ニッケル、沃化ニッケル、硝酸ニッケ
ル、硫酸ニッケル、蟻酸ニッケル、ニッケルアセチルア
セトネ−ト、4−シクロヘキシル酪酸ニッケル、酸化ニ
ッケル、水酸化ニッケルから選ばれたものが用いられ
る。
When nickel is used as a catalyst and this nickel is contained in a polar solvent, nickel is introduced as a nickel compound. Typical examples of the nickel compound include nickel bromide, nickel acetate, nickel oxalate, nickel carbonate, nickel chloride, nickel iodide, nickel nitrate, nickel sulfate, nickel formate, nickel acetylacetonate, and 4-cyclohexylbutyric acid. A material selected from nickel, nickel oxide, and nickel hydroxide is used.

【0020】また触媒元素を含む溶媒として、無極性溶
媒であるベンゼン、トルエン、キシレン、四塩化炭素、
クロロホルム、エーテルから選ばれたものを用いること
ができる。
Examples of the solvent containing a catalyst element include non-polar solvents such as benzene, toluene, xylene, carbon tetrachloride,
Chloroform and ether can be used.

【0021】この場合はニッケルはニッケル化合物とし
て導入される。このニッケル化合物としては代表的に
は、ニッケルアセチルアセトネ−ト、2−エチルヘキサ
ン酸ニッケルから選ばれたものを用いることができる。
In this case, nickel is introduced as a nickel compound. As the nickel compound, typically, a compound selected from nickel acetylacetonate and nickel 2-ethylhexanoate can be used.

【0022】また触媒元素を含有させた溶液に界面活性
剤を添加することも有用である。これは、被塗布面に対
する密着性を高め吸着性を制御するためである。この界
面活性剤は予め被塗布面上に塗布するのでもよい。
It is also useful to add a surfactant to the solution containing the catalyst element. This is to increase the adhesion to the surface to be coated and control the adsorption. This surfactant may be applied in advance on the surface to be coated.

【0023】触媒元素としてニッケル単体を用いる場合
には、酸に溶かして溶液とする必要がある。
When nickel alone is used as the catalyst element, it must be dissolved in an acid to form a solution.

【0024】以上述べたのは、触媒元素であるニッケル
が完全に溶解した溶液を用いる例であるが、ニッケルが
完全に溶解していなくとも、ニッケル単体あるいはニッ
ケルの化合物からなる粉末が分散媒中に均一に分散した
エマルジョンの如き材料を用いてもよい。なおこれらの
ことは、触媒元素としてニッケル以外の材料を用いた場
合であっても同様である。
The above is an example in which a solution in which nickel as a catalytic element is completely dissolved is used. However, even if nickel is not completely dissolved, a powder composed of nickel alone or a nickel compound is dispersed in a dispersion medium. A material such as an emulsion which is uniformly dispersed in the emulsion may be used. The same applies to the case where a material other than nickel is used as the catalyst element.

【0025】結晶化を助長する触媒元素としてニッケル
を用い、このニッケルを含有させる溶液溶媒として水の
如き極性溶媒を用いた場合において、非晶質珪素膜にこ
れら溶液を直接塗布すると、溶液が弾かれてしまうこと
がある。この場合は、100Å以下の薄い酸化膜をまず
形成し、その上に触媒元素を含有させた溶液を塗布する
ことで、均一に溶液を塗布することができる。また、界
面活性剤の如き材料を溶液中に添加する方法により濡れ
を改善する方法も有効である。また、薄い酸化膜を形成
したのち、ラビング処理をおこなって、酸化膜に一定の
間隔、幅、方向で凹凸を形成してもよい。このような凹
凸は溶媒の浸透をより一層、促進せしめ、結晶粒の大き
さを平均化し、結晶粒の方向を揃える上で効果的であ
る。また、このように方向性を持たせた結晶性珪素膜を
適切な方向に電流が流れるように半導体素子を形成する
と、素子の特性のバラツキを抑制する上で効果的であっ
た。
When nickel is used as a catalyst element for promoting crystallization and a polar solvent such as water is used as a solution solvent for containing the nickel, when these solutions are directly applied to the amorphous silicon film, the solution becomes elastic. It may be lost. In this case, a thin oxide film having a thickness of 100 ° or less is first formed, and a solution containing a catalyst element is applied thereon, whereby the solution can be applied uniformly. It is also effective to improve the wetting by adding a material such as a surfactant to the solution. After forming a thin oxide film, a rubbing treatment may be performed to form irregularities at regular intervals, widths, and directions in the oxide film. Such unevenness is effective in further promoting the penetration of the solvent, averaging the size of the crystal grains, and aligning the directions of the crystal grains. In addition, when a semiconductor element is formed such that a current flows in an appropriate direction through a crystalline silicon film having such a directionality, it has been effective in suppressing variation in element characteristics.

【0026】また、溶液として2−エチルヘキサン酸ニ
ッケルのトルエン溶液の如き無極性溶媒を用いること
で、非晶質珪素膜表面に直接塗布することができる。こ
の場合にはレジスト塗布の際に使用されている密着剤の
如き材料を予め塗布することは有効である。しかし塗布
量が多過ぎる場合には逆に非晶質珪素中への触媒元素の
添加を妨害してしまうために注意が必要である。
Further, by using a non-polar solvent such as a toluene solution of nickel 2-ethylhexanoate as a solution, it can be directly applied to the surface of the amorphous silicon film. In this case, it is effective to apply a material such as an adhesive used in applying the resist in advance. However, care must be taken when the amount of coating is too large, since this would hinder the addition of the catalytic element to the amorphous silicon.

【0027】溶液に含ませる触媒元素の量は、その溶液
の種類にも依存するが、概略の傾向としてはニッケル量
として溶液に対して200ppm〜1ppm、好ましく
は50ppm〜1ppm(重量換算)とすることが望ま
しい。これは、結晶化終了後における膜中のニッケル濃
度や耐フッ酸性に鑑みて決められる値である。
The amount of the catalyst element contained in the solution depends on the type of the solution, but as a general tendency, the amount of nickel is 200 ppm to 1 ppm, preferably 50 ppm to 1 ppm (in terms of weight) based on the solution. It is desirable. This is a value determined in view of the nickel concentration in the film after crystallization and the resistance to hydrofluoric acid.

【0028】また、触媒元素を含んだ溶液を選択的に塗
布することにより、結晶成長を選択的に行なうことがで
きる。特にこの場合、溶液が塗布されなかった領域に向
かって、溶液が塗布された領域から珪素膜の面に概略平
行な方向に結晶成長を行なわすことができる。この珪素
膜の面に概略平行な方向に結晶成長が行なわれた領域を
本明細書中においては横方向に結晶成長した領域という
こととする。
Crystal growth can be selectively performed by selectively applying a solution containing a catalyst element. In particular, in this case, crystal growth can be performed in a direction substantially parallel to the surface of the silicon film from the region where the solution has been applied, toward the region where the solution has not been applied. In this specification, a region where crystal growth is performed in a direction substantially parallel to the surface of the silicon film is referred to as a region where crystal growth is performed in a lateral direction.

【0029】またこの横方向に結晶成長が行なわれた領
域は、触媒元素の濃度が低いことが確かめられている。
半導体装置の活性層領域として、結晶性珪素膜を利用す
ることは有用であるが、活性層領域中における不純物の
濃度は一般に低い方が好ましい。従って、上記横方向に
結晶成長が行なわれた領域を用いて半導体装置の活性層
領域を形成することはデバイス作製上有用である。
It has been confirmed that the region where the crystal growth has been performed in the lateral direction has a low concentration of the catalytic element.
Although it is useful to use a crystalline silicon film as the active layer region of the semiconductor device, it is generally preferable that the impurity concentration in the active layer region is low. Therefore, it is useful in device fabrication to form an active layer region of a semiconductor device using the region where the crystal growth has been performed in the lateral direction.

【0030】本発明においては、触媒元素としてニッケ
ルを用いた場合に最も顕著な効果を得ることができる
が、その他利用できる触媒元素の種類としては、好まし
くはNi、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、S
n、Pd、Sn、Pd、P、As、Sbを利用すること
ができる。また、VIII族元素、IIIb、IVb、Vb元素から
選ばれた一種または複数種類の元素を利用することもで
きる。
In the present invention, the most remarkable effect can be obtained when nickel is used as the catalyst element. However, the types of other usable catalyst elements are preferably Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, and the like. Au, In, S
n, Pd, Sn, Pd, P, As, and Sb can be used. In addition, one or more elements selected from Group VIII elements, IIIb, IVb, and Vb elements can also be used.

【0031】また、触媒元素の導入方法は、水溶液やア
ルコール等の溶液を用いることに限定されるものではな
く、触媒元素を含んだ物質を広く用いることができる。
例えば、触媒元素を含んだ金属化合物や酸化物を用いる
ことができる。
The method of introducing the catalytic element is not limited to the use of an aqueous solution or a solution such as alcohol, but a wide range of substances containing the catalytic element can be used.
For example, a metal compound or oxide containing a catalyst element can be used.

【0032】[0032]

【実施例】〔実施例1〕[Example] [Example 1]

【0033】本実施例では、結晶化を助長する触媒元素
を水溶液に含有させて、非晶質珪素膜上に塗布し、しか
る後に加熱により結晶化させる例である。
This embodiment is an example in which a catalyst element for promoting crystallization is contained in an aqueous solution, applied on an amorphous silicon film, and then crystallized by heating.

【0034】まず図1を用いて、触媒元素(ここではニ
ッケルを用いる)を導入するところまでを説明する。本
実施例においては、基板としてコーニング7059ガラ
スを用いる。またその大きさは100mm×100mm
とする。
First, the steps up to the point of introducing a catalytic element (here, nickel is used) will be described with reference to FIG. In this embodiment, Corning 7059 glass is used as the substrate. The size is 100mm x 100mm
And

【0035】まず、非晶質珪素膜をプラズマCVD法や
LPCVD法によってアモルファス状のシリコン膜を1
00〜1500Å形成する。ここでは、プラズマCVD
法によって非晶質珪素膜12を1000Åの厚さに成膜
する。(図1(A))
First, an amorphous silicon film is formed into an amorphous silicon film by plasma CVD or LPCVD.
It is formed at a temperature of 00 to 1500 °. Here, plasma CVD
An amorphous silicon film 12 is formed to a thickness of 1000.degree. (Fig. 1 (A))

【0036】そして、汚れ及び自然酸化膜を取り除くた
めにフッ酸処理を行い、その後酸化膜13を10〜50
Åに成膜する。汚れが無視できる場合には、この工程を
省略しても良いことは言うまでもなく、酸化膜13の代
わりに自然酸化膜をそのまま用いれば良い。なお、この
酸化膜13は極薄のため正確な膜厚は不明であるが、2
0Å程度であると考えられる。ここでは酸素雰囲気中で
のUV光の照射により酸化膜13を成膜する。成膜条件
は、酸素雰囲気中においてUVを5分間照射することに
おって行なった。この酸化膜13の成膜方法としては、
熱酸化法を用いるのでもよい。また過酸化水素による処
理によるものでもよい。
Then, a hydrofluoric acid treatment is performed to remove dirt and a natural oxide film.
Å is formed. If the contamination can be neglected, it is needless to say that this step may be omitted, and a natural oxide film may be used as it is instead of the oxide film 13. The exact thickness of the oxide film 13 is unknown because it is extremely thin.
It is considered to be about 0 °. Here, the oxide film 13 is formed by irradiation with UV light in an oxygen atmosphere. The film was formed by irradiating UV for 5 minutes in an oxygen atmosphere. As a method of forming the oxide film 13,
A thermal oxidation method may be used. Further, a treatment by hydrogen peroxide may be used.

【0037】この酸化膜13は、後のニッケルを含んだ
酢酸塩溶液を塗布する工程で、非晶質珪素膜の表面全体
に酢酸塩溶液を行き渡らせるため、即ち濡れ性の改善の
為のものである。例えば、非晶質珪素膜の表面に直接酢
酸塩溶液を塗布した場合、非晶質珪素が酢酸塩溶液を弾
いてしまうので、非晶質珪素膜の表面全体にニッケルを
導入することができない。即ち、均一な結晶化を行うこ
とができない。
The oxide film 13 is used to spread the acetate solution over the entire surface of the amorphous silicon film in the subsequent step of applying an acetate solution containing nickel, ie, to improve the wettability. It is. For example, when an acetate solution is directly applied to the surface of an amorphous silicon film, nickel cannot be introduced into the entire surface of the amorphous silicon film because the amorphous silicon repels the acetate solution. That is, uniform crystallization cannot be performed.

【0038】つぎに、酢酸塩溶液中にニッケルを添加し
た酢酸塩溶液を作る。ニッケルの濃度は100ppmと
する。そしてこの酢酸塩溶液を非晶質珪素膜12上の酸
化膜13の表面に2ml滴下し、この状態を5分間保持
する。そしてスピナーを用いてスピンドライ(2000
rpm、60秒)を行う。(図1(C)、(D))
Next, an acetate solution is prepared by adding nickel to the acetate solution. The concentration of nickel is 100 ppm. Then, 2 ml of this acetate solution is dropped on the surface of the oxide film 13 on the amorphous silicon film 12, and this state is maintained for 5 minutes. And spin dry using a spinner (2000
rpm, 60 seconds). (Fig. 1 (C), (D))

【0039】酢酸溶液中におけるニッケルの濃度は、1
ppm以上好ましくは10ppm以上であれば実用にな
る。また、溶液として2−エチルヘキサン酸ニッケルの
トルエン溶液の如き無極性溶媒を用いる場合、酸化膜1
3は不要であり、直接非晶質珪素膜上に触媒元素を導入
することができる。
The concentration of nickel in the acetic acid solution is 1
If it is at least 10 ppm, preferably at least 10 ppm, it will be practical. When a nonpolar solvent such as a toluene solution of nickel 2-ethylhexanoate is used as the solution, the oxide film 1
3 is unnecessary, and a catalytic element can be directly introduced on the amorphous silicon film.

【0040】このニッケル溶液の塗布工程を、1回〜複
数回行なうことにより、スピンドライ後の非晶質珪素膜
12の表面に数Å〜数百Åの平均の膜厚を有するニッケ
ルを含む層を形成することができる。この場合、この層
のニッケルがその後の加熱工程において、非晶質珪素膜
に拡散し、結晶化を助長する触媒として作用する。な
お、この層というのは、完全な膜になっているとは限ら
ない。
By performing this nickel solution coating step once or more times, a layer containing nickel having an average thickness of several to several hundreds of mm is formed on the surface of the amorphous silicon film 12 after spin drying. Can be formed. In this case, nickel in this layer diffuses into the amorphous silicon film in the subsequent heating step and acts as a catalyst for promoting crystallization. Note that this layer is not necessarily a complete film.

【0041】上記溶液の塗布の後、5分間その状態を保
持させる。この保持させる時間によっても、最終的に珪
素膜12中に含まれるニッケルの濃度を制御することが
できるが、最も大きな制御因子は溶液の濃度である。
After the application of the solution, the state is maintained for 5 minutes. Although the concentration of nickel contained in the silicon film 12 can be finally controlled by the holding time, the largest controlling factor is the concentration of the solution.

【0042】そして、加熱炉において、窒素雰囲気中に
おいて550度、4時間の加熱処理を行う。この結果、
基板11上に形成された結晶性を有する珪素薄膜12を
得ることができる。
Then, in a heating furnace, heat treatment is performed at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. As a result,
A crystalline silicon thin film 12 formed on the substrate 11 can be obtained.

【0043】上記の加熱処理は450度以上の温度で行
うことができるが、温度が低いと加熱時間を長くしなけ
らばならず、生産効率が低下する。また、550度以上
とすると基板として用いるガラス基板の耐熱性の問題が
表面化してしまう。
The above heat treatment can be performed at a temperature of 450 ° C. or higher. However, if the temperature is low, the heating time must be extended, and the production efficiency decreases. Further, if the temperature is 550 degrees or more, the problem of heat resistance of a glass substrate used as a substrate will surface.

【0044】本実施例においては、非晶質珪素膜上に触
媒元素を導入する方法を示したが、非晶質珪素膜下に触
媒元素を導入する方法を採用してもよい。この場合は、
非晶質珪素膜の成膜前に触媒元素を含有した溶液を用い
て、下地膜上に触媒元素を導入すればよい。
In this embodiment, the method of introducing a catalytic element on the amorphous silicon film has been described, but a method of introducing a catalytic element below the amorphous silicon film may be employed. in this case,
Before forming the amorphous silicon film, the catalyst element may be introduced onto the base film using a solution containing the catalyst element.

【0045】〔実施例2〕本実施例は、実施例1に示す
作製方法において、1200Åの酸化珪素膜を選択的に
設け、この酸化珪素膜をマスクとして選択的にニッケル
を導入する例である。
[Embodiment 2] In this embodiment, a silicon oxide film of 1200 ° is selectively provided in the manufacturing method shown in Embodiment 1, and nickel is selectively introduced using this silicon oxide film as a mask. .

【0046】図2に本実施例における作製工程の概略を
示す。まず、ガラス基板(コーニング7059、10c
m角)上にマスクとなる酸化珪素膜21を1000Å以
上、ここでは1200Åの厚さに成膜する。この酸化珪
素膜21の膜厚については、発明者等の実験によると5
00Åでも問題がないことを確認しており、膜質が緻密
であれば更に薄くても良いと思われる。
FIG. 2 shows an outline of the manufacturing process in this embodiment. First, a glass substrate (Corning 7059, 10c
On the (m square), a silicon oxide film 21 serving as a mask is formed to a thickness of 1000 ° or more, here 1200 °. According to experiments by the inventors, the thickness of the silicon oxide film 21 is 5
It has been confirmed that there is no problem even at 00 °, and it is considered that the film may be thinner if the film quality is dense.

【0047】そして通常のフォトリソパターニング工程
によって、必要とするパターンに酸化珪素膜21をパー
ニングする。そして、酸素雰囲気中における紫外線の照
射で薄い酸化珪素膜20を成膜する。この酸化珪素膜2
0の作製は、酸素雰囲気中でUV光を5分間照射するこ
とによって行なわれる。なおこの酸化珪素膜20の厚さ
は20〜50Å程度と考えられる(図2(A))。尚、
この濡れ性を改善するための酸化珪素膜については、溶
液とパターンのサイズが合致した場合には、マスクの酸
化珪素膜の親水性のみによっても丁度よく添加される場
合がある。しかしながらこの様な例は特殊であり、一般
的には酸化珪素膜20を使用したほうが安全である。
Then, the silicon oxide film 21 is subjected to a necessary pattern by a usual photolithography patterning process. Then, a thin silicon oxide film 20 is formed by ultraviolet irradiation in an oxygen atmosphere. This silicon oxide film 2
The production of No. 0 is performed by irradiating UV light for 5 minutes in an oxygen atmosphere. The thickness of the silicon oxide film 20 is considered to be about 20 to 50 ° (FIG. 2A). still,
When a silicon oxide film for improving the wettability matches the size of the solution and the pattern, the silicon oxide film may be added just by the hydrophilicity of the silicon oxide film of the mask. However, such an example is special, and it is generally safer to use the silicon oxide film 20.

【0048】この状態において、実施例1と同様に10
0ppmのニッケルを含有した酢酸塩溶液を5ml滴下
(10cm角基板の場合)する。またこの際、スピナー
で50rpmで10秒のスピンコートを行い、基板表面
全体に均一な水膜を形成させる。さらにこの状態で、5
分間保持した後スピナーを用いて2000rpm、60
秒のスピンドライを行う。なおこの保持は、スピナー上
において0〜150rpmの回転をさせながら行なって
もよい。(図2(B))
In this state, 10 times as in the first embodiment.
5 ml of an acetate solution containing 0 ppm of nickel is dropped (in the case of a 10 cm square substrate). At this time, spin coating is performed at 50 rpm for 10 seconds using a spinner to form a uniform water film on the entire surface of the substrate. In this state, 5
After holding for 2 minutes, using a spinner at 2000 rpm, 60 rpm
Perform spin dry for 2 seconds. This holding may be performed while rotating the spinner at 0 to 150 rpm. (FIG. 2 (B))

【0049】そして550度(窒素雰囲気)、4時間の
加熱処理を施すことにより、非晶質珪素膜12の結晶化
を行う。この際、ニッケルが導入された部分22の領域
から23で示されるように、ニッケルが導入されなった
領域へと横方向に結晶成長が行われる。図2(C)にお
いて、24がニッケルが直接導入され結晶化が行われた
領域であり、25が横方向に結晶化が行われた領域であ
る。なお25の領域は、概略〈111〉軸方向に結晶成
長が行われていることが確認されている。
Then, the amorphous silicon film 12 is crystallized by performing a heat treatment at 550 ° C. (nitrogen atmosphere) for 4 hours. At this time, crystal growth is performed in the lateral direction from the region of the portion 22 where nickel has been introduced to the region where nickel has not been introduced as indicated by 23. In FIG. 2C, reference numeral 24 denotes a region where nickel is directly introduced and crystallization is performed, and reference numeral 25 denotes a region where crystallization is performed in a lateral direction. In addition, it has been confirmed that the crystal growth is performed in the <111> axis direction in the region of 25.

【0050】本実施例において、溶液濃度、保持時間を
変化させることにより、ニッケルが直接導入された領域
におけるニッケルの濃度を1×1016atoms cm-3〜1
×1019atoms cm-3の範囲で制御可能であり、同様に
横成長領域の濃度をそれ以下に制御することが可能であ
る。
In this embodiment, the concentration of nickel in the region where nickel is directly introduced is changed from 1 × 10 16 atoms cm −3 to 1 by changing the solution concentration and the holding time.
It can be controlled within the range of × 10 19 atoms cm −3 , and similarly, the concentration of the lateral growth region can be controlled to be lower than that.

【0051】本実施例で示したような方法によって形成
された結晶珪素膜は、耐フッ酸性が良好であるという特
徴がある。本発明者らによる知見によれば、ニッケルを
プラズマ処理で導入し、結晶化させた結晶性珪素膜は、
耐フッ酸性が低い。
The crystalline silicon film formed by the method shown in the present embodiment is characterized by having good hydrofluoric acid resistance. According to the findings of the present inventors, a crystalline silicon film obtained by introducing nickel by plasma treatment and crystallizing
Low hydrofluoric acid resistance.

【0052】例えば、結晶性珪素膜上にゲイト絶縁膜や
層間絶縁膜として機能する酸化珪素膜を形成し、しかる
後に電極の形成のために穴開け工程を経て、電極を形成
をする作業が必要とされる場合がある。このような場
合、酸化珪素膜をバッファフッ酸によって除去する工程
が普通採用される。しかしながら、結晶性珪素膜の耐フ
ッ酸性が低い場合、酸化珪素膜のみを取り除くことは困
難であり、結晶性珪素膜をもエッチングしてしまうとい
う問題がある。
For example, it is necessary to form a silicon oxide film functioning as a gate insulating film or an interlayer insulating film on a crystalline silicon film, and then form an electrode through a hole forming process for forming an electrode. And may be. In such a case, a step of removing the silicon oxide film with buffered hydrofluoric acid is usually adopted. However, when the hydrofluoric acid resistance of the crystalline silicon film is low, it is difficult to remove only the silicon oxide film, and there is a problem that the crystalline silicon film is also etched.

【0053】しかしながら、結晶性珪素膜が耐フッ酸性
を有している場合、酸化珪素膜と結晶性珪素膜のエンチ
ッングレートの違い(選択比)を大きくとることができ
るので、酸化珪素膜のみを選択的の除去でき、作製工程
上極めて有意なものとなる。
However, when the crystalline silicon film has hydrofluoric acid resistance, the difference (selectivity) between the etching rates of the silicon oxide film and the crystalline silicon film can be made large, so that the silicon oxide film Can be selectively removed, which is extremely significant in the production process.

【0054】以上述べたように、横方向に結晶が成長し
た領域は触媒元素の濃度が小さく、しかも結晶性が良好
であるので、この領域を半導体装置の活性領域として用
いることは有用である。例えば、薄膜トランジスタのチ
ャネル形成領域として利用することは極めて有用であ
る。
As described above, the region where the crystal has grown in the lateral direction has a low concentration of the catalytic element and has good crystallinity. Therefore, it is useful to use this region as the active region of the semiconductor device. For example, it is extremely useful to use it as a channel formation region of a thin film transistor.

【0055】〔実施例3〕本実施例は、触媒元素である
ニッケルを非水溶液であるアルコールに含有させ、非晶
質珪素膜上に塗布する例である。本実施例では、ニッケ
ルの化合物としてニッケルアセチルアセトネートを用
い、該化合物をアルコールに含有させる。ニッケルの濃
度は必要とする濃度になるようにすればよい。
[Embodiment 3] This embodiment is an example in which nickel as a catalyst element is contained in alcohol, which is a non-aqueous solution, and is applied on an amorphous silicon film. In this embodiment, nickel acetylacetonate is used as a nickel compound, and the compound is contained in alcohol. The concentration of nickel may be set to a required concentration.

【0056】後の工程は、実施例1または実施例2に示
したのと同様である。また、このニッケルを含有したア
ルコール溶液は、非晶質珪素膜下に塗布するのでもよ
い。この場合、非晶質珪素膜の形成前にこの溶液をスピ
ナーを用いて塗布すればよい。またアルコールを用いた
場合、非晶質珪素膜上に直接塗布することが可能であ
る。
The subsequent steps are the same as those shown in the first or second embodiment. The nickel-containing alcohol solution may be applied under the amorphous silicon film. In this case, this solution may be applied using a spinner before the formation of the amorphous silicon film. When alcohol is used, it can be applied directly on the amorphous silicon film.

【0057】以下具体的な条件を説明する。まず、ニッ
ケル化合物として、ニッケルアセチルアセトネートを用
意する。この物質は、アルコールに可溶であり、分解温
度が低いため、結晶化工程における加熱の際に容易に分
解させることができる。
Hereinafter, specific conditions will be described. First, nickel acetylacetonate is prepared as a nickel compound. Since this substance is soluble in alcohol and has a low decomposition temperature, it can be easily decomposed during heating in the crystallization step.

【0058】また、アルコールとしてはエタノールを用
いる。まずエタノールに前記のニッケルアセチルアセト
ネートをニッケルの量に換算して100ppmになるよ
うに調整し、ニッケルを含有した溶液を作製する。
Ethanol is used as the alcohol. First, the above nickel acetylacetonate is adjusted to 100 ppm in terms of the amount of nickel in ethanol to prepare a nickel-containing solution.

【0059】そしてこの溶液を非晶質珪素膜上に塗布す
る。なお、非晶質珪素膜は、酸化珪素の下地膜(200
0Å厚)が形成された100mm角のガラス基板上に1
000Åの厚さでプラズマCVD法で形成したものであ
る。
Then, this solution is applied on the amorphous silicon film. The amorphous silicon film is a silicon oxide base film (200
(0 mm thick) formed on a 100 mm square glass substrate
It is formed by a plasma CVD method with a thickness of 000 mm.

【0060】上記非晶質珪素膜上への溶液の塗布は、実
施例1や実施例2の水溶液を用いた場合より、少なくて
すむ。これは、アルコールの接触角が水のそれよりも小
さいことに起因する。ここでは、100mm角の面積に
対し、2mlの滴下とする。
The application of the solution on the amorphous silicon film is less than when the aqueous solution of Example 1 or 2 is used. This is because the contact angle of alcohol is smaller than that of water. Here, it is assumed that 2 ml of a 100 mm square area is dropped.

【0061】そして、この状態で5分間保持する。その
後、スピナーを用い乾燥を行う。この際、スピナーは1
500rpmで1分間回転させる。この後は、550
℃、4時間の加熱を行ない結晶化を行う。こうして結晶
性を有する珪素膜を得る。
Then, this state is maintained for 5 minutes. Thereafter, drying is performed using a spinner. At this time, the spinner is 1
Spin at 500 rpm for 1 minute. After this, 550
C. for 4 hours for crystallization. Thus, a crystalline silicon film is obtained.

【0062】〔実施例4〕本実施例は、触媒元素である
ニッケル単体を酸に溶かし、このニッケル単体が溶けた
酸を非晶質珪素膜上に塗布する例である。
[Embodiment 4] In this embodiment, nickel as a catalyst element is dissolved in an acid, and the acid in which the nickel is dissolved is applied on an amorphous silicon film.

【0063】本実施例においては、酸として0.1mo
l/lの硝酸を用いる。この硝酸の中にニッケルの濃度
が50ppmとなるように、ニッケルの粉末を溶かし、
これを溶液として用いる。この後の工程は、実施例1の
場合と同様である。
In this example, the acid was 0.1 mol
1 / l nitric acid is used. Dissolve the nickel powder in this nitric acid so that the concentration of nickel is 50 ppm,
This is used as a solution. Subsequent steps are the same as in the first embodiment.

【0064】〔実施例5〕本実施例は、本発明の方法を
利用して作製した結晶性珪素膜を用いて、アクティブマ
トリックス型の液晶表示装置の各画素部分に設けられる
TFTを作製する例を示す。なお、TFTの応用範囲と
しては、液晶表示装置のみではなく、一般に言われる薄
膜集積回路に利用できることはいうまでもない。
Embodiment 5 In this embodiment, an example is described in which a TFT provided in each pixel portion of an active matrix type liquid crystal display device is manufactured using a crystalline silicon film manufactured by using the method of the present invention. Is shown. It is needless to say that TFTs can be applied not only to liquid crystal display devices but also to thin film integrated circuits generally referred to.

【0065】図3に本実施例の作製工程の概要を示す。
まずガラス基板上に下地の酸化珪素膜(図示せず)を2
000Åの厚さに成膜する。この酸化珪素膜は、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。
FIG. 3 shows an outline of the manufacturing process of this embodiment.
First, an underlying silicon oxide film (not shown) is formed on a glass substrate by two steps.
A film is formed to a thickness of 000 mm. This silicon oxide film is provided to prevent diffusion of impurities from the glass substrate.

【0066】そして、非晶質珪素膜を実施例1と同様な
方法で1000Åの厚さに成膜する。そして、自然酸化
膜を取り除くためのフッ酸処理の後、薄い酸化膜20を
20Å程度の厚さに酸素雰囲気でのUV光の照射によっ
て成膜する。
Then, an amorphous silicon film is formed in a thickness of 1000 ° in the same manner as in the first embodiment. After the hydrofluoric acid treatment for removing the natural oxide film, a thin oxide film 20 is formed to a thickness of about 20 ° by irradiation with UV light in an oxygen atmosphere.

【0067】そして10ppmのニッケルを含有した酢
酸塩溶液を塗布し、5分間保持し、スピナーを用いてス
ピンドライを行う。その後バッファフッ酸によって酸化
珪素膜20と21を取り除き、550度、4時間の加熱
によって、珪素膜100を結晶化させる。(ここまでは
実施例1に示した作製方法と同じ)
Then, an acetate solution containing 10 ppm of nickel is applied, held for 5 minutes, and spin-dried using a spinner. Thereafter, silicon oxide films 20 and 21 are removed with buffered hydrofluoric acid, and silicon film 100 is crystallized by heating at 550 ° C. for 4 hours. (Up to this point, the same as the manufacturing method shown in Example 1)

【0068】このニッケルを導入する工程は、実施例3
または実施例4に示した方法によってもよい。勿論、ニ
ッケルの濃度や保持時間は適時選択すればよい。
The step of introducing nickel is described in Example 3.
Alternatively, the method described in the fourth embodiment may be used. Of course, the nickel concentration and the holding time may be selected as appropriate.

【0069】次に、結晶化した珪素膜をパターニングし
て、島状の領域104を形成する。この島状の領域10
4はTFTの活性層を構成する。そして、厚さ200〜
1500Å、ここでは1000Åの酸化珪素105を形
成する。この酸化珪素膜はゲイト絶縁膜としても機能す
る。(図3(A))
Next, island regions 104 are formed by patterning the crystallized silicon film. This island-shaped area 10
4 constitutes an active layer of the TFT. And the thickness 200 ~
The silicon oxide 105 is formed at 1500 °, here 1000 °. This silicon oxide film also functions as a gate insulating film. (FIG. 3 (A))

【0070】上記酸化珪素膜105の作製には注意が必
要である。ここでは、TEOSを原料とし、酸素ととも
に基板温度150〜600℃、好ましくは300〜45
0℃で、RFプラズマCVD法で分解・堆積した。TE
OSと酸素の圧力比は1:1〜1:3、また、圧力は
0.05〜0.5torr、RFパワーは100〜25
0Wとした。あるいは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法によって、
基板温度を350〜600℃、好ましくは400〜55
0℃として形成した。成膜後、酸素もしくはオゾンの雰
囲気で400〜600℃で30〜60分アニールした。
Attention should be paid to the production of the silicon oxide film 105. Here, TEOS is used as a raw material, and a substrate temperature is 150 to 600 ° C., preferably 300 to 45 ° C. together with oxygen.
Decomposition and deposition were performed at 0 ° C. by an RF plasma CVD method. TE
The pressure ratio between OS and oxygen is 1: 1 to 1: 3, the pressure is 0.05 to 0.5 torr, and the RF power is 100 to 25.
0 W. Alternatively, TEOS is used as a raw material together with ozone gas by a low pressure CVD method or a normal pressure CVD method.
The substrate temperature is set to 350 to 600 ° C, preferably 400 to 55.
Formed at 0 ° C. After the film formation, annealing was performed at 400 to 600 ° C. for 30 to 60 minutes in an atmosphere of oxygen or ozone.

【0071】この状態でKrFエキシマーレーザー(波
長248nm、パルス幅20nsec)あるいはそれと
同等な強光を照射することで、シリコン領域104の結
晶化を助長さえてもよい。特に、赤外光を用いたRTA
(ラピットサーマルアニール)は、ガラス基板を加熱せ
ずに、珪素のみを選択的に加熱することができ、しかも
珪素と酸化珪素膜との界面における界面準位を減少させ
ることができるので、絶縁ゲイト型電界効果半導体装置
の作製においては有用である。
By irradiating a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) or strong light equivalent thereto in this state, the crystallization of the silicon region 104 may be promoted. In particular, RTA using infrared light
(Rapid thermal annealing) can selectively heat only silicon without heating the glass substrate, and can reduce the interface state at the interface between silicon and the silicon oxide film. It is useful in manufacturing a field-effect semiconductor device.

【0072】その後、厚さ2000Å〜1μmのアルミ
ニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成して、これを
パターニングし、ゲイト電極106を形成する。アルミ
ニウムにはスカンジウム(Sc)を0.15〜0.2重
量%ドーピングしておいてもよい。次に基板をpH≒
7、1〜3%の酒石酸のエチレングリコール溶液に浸
し、白金を陰極、このアルミニウムのゲイト電極を陽極
として、陽極酸化を行う。陽極酸化は、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。本実施例では定電流状態では、電圧の上昇速
度は2〜5V/分が適当である。このようにして、厚さ
1500〜3500Å、例えば、2000Åの陽極酸化
物109を形成する。(図3(B))
Thereafter, an aluminum film having a thickness of 2000 to 1 μm is formed by an electron beam evaporation method, and is patterned to form a gate electrode 106. Aluminum may be doped with scandium (Sc) by 0.15 to 0.2% by weight. Next, the substrate is adjusted to pH ≒.
7, immersed in an ethylene glycol solution of 1 to 3% tartaric acid, and anodized using platinum as a cathode and the aluminum gate electrode as an anode. The anodic oxidation is performed by first increasing the voltage to 220 V with a constant current and maintaining the state for one hour to complete the process. In this embodiment, in the constant current state, the voltage rising speed is suitably 2 to 5 V / min. Thus, anodic oxide 109 having a thickness of 1500 to 3500 °, for example, 2000 ° is formed. (FIG. 3 (B))

【0073】その後、イオンドーピング法(プラズマド
ーピング法ともいう)によって、各TFTの島状シリコ
ン膜中に、ゲイト電極部をマスクとして自己整合的に不
純物(燐)を注入した。ドーピングガスとしてはフォス
フィン(PH3 )を用いた。ドーズ量は、1〜4×10
15cm-2とする。
Thereafter, impurities (phosphorus) were implanted in a self-aligned manner into the island-like silicon film of each TFT by ion doping (also called plasma doping) using the gate electrode as a mask. Phosphine (PH 3 ) was used as a doping gas. Dose amount is 1-4 × 10
15 cm -2 .

【0074】さらに、図3(C)に示すようにKrFエ
キシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20ns
ec)を照射して、上記不純物領域の導入によって結晶
性の劣化した部分の結晶性を改善させる。レーザーのエ
ネルギー密度は150〜400mJ/cm2 、好ましく
は200〜250mJ/cm2 である。こうして、N型
不純物(燐)領域108、109を形成する。これらの
領域のシート抵抗は200〜800Ω/□であった。
Further, as shown in FIG. 3C, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 ns)
ec) is applied to improve the crystallinity of the portion where the crystallinity is deteriorated by the introduction of the impurity region. The energy density of the laser is 150 to 400 mJ / cm 2 , preferably 200 to 250 mJ / cm 2 . Thus, N-type impurity (phosphorus) regions 108 and 109 are formed. The sheet resistance in these regions was 200 to 800 Ω / □.

【0075】この工程において、レーザーを用いるかわ
りに、フラッシュランプを使用して短時間に1000〜
1200℃(シリコンモニターの温度)まで上昇させ、
試料を加熱する、いわゆるRTA(ラピッド・サーマル
・アニール)(RTP、ラピット・サーマル・プロセス
ともいう)を用いてもよい。
In this step, instead of using a laser, a flash lamp is used for 1000 to 1000
Raise to 1200 ° C (temperature of silicon monitor)
A so-called RTA (rapid thermal annealing) (RTP, also called a rapid thermal process) for heating a sample may be used.

【0076】その後、全面に層間絶縁物110として、
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CV
D法によって酸化珪素膜を厚さ3000Å形成する。基
板温度は250〜450℃、例えば、350℃とする。
成膜後、表面の平坦性を得るため、この酸化珪素膜を機
械的に研磨する。さらに、スパッタ法によってITO被
膜を堆積し、これをパターニングして画素電極111と
する。(図3(D))
Then, an interlayer insulator 110 is formed on the entire surface.
Plasma CVD of TEOS as raw material and oxygen
Method, reduced pressure CVD method with ozone, or normal pressure CV
A silicon oxide film having a thickness of 3000 is formed by method D. The substrate temperature is 250 to 450 ° C., for example, 350 ° C.
After the film formation, the silicon oxide film is mechanically polished to obtain a flat surface. Further, an ITO film is deposited by a sputtering method, and is patterned to form a pixel electrode 111. (FIG. 3 (D))

【0077】そして、層間絶縁物110をエッチングし
て、図1(E)に示すようにTFTのソース/ドレイン
にコンタクトホールを形成し、クロムもしくは窒化チタ
ンの配線112、113を形成し、配線113は画素電
極111に接続させる。
Then, the interlayer insulator 110 is etched to form contact holes in the source / drain of the TFT as shown in FIG. 1E, and wirings 112 and 113 of chromium or titanium nitride are formed. Are connected to the pixel electrode 111.

【0078】プラズマ処理を用いてニッケルを導入した
結晶性珪素膜は、酸化珪素膜に比較してバッファフッ酸
に対する選択性が低いので、上記コンタクトホールの形
成工程において、エッチングされてしまうことが多かっ
た。
The crystalline silicon film into which nickel has been introduced by the plasma treatment has a lower selectivity to buffered hydrofluoric acid than the silicon oxide film, and therefore is often etched in the contact hole forming step. Was.

【0079】しかし、本実施例のように10ppmの低
濃度で水溶液を用いてニッケルを導入した場合には、耐
フッ酸性が高いので、上記コンタクトホールの形成が安
定して再現性よく行なうことができる。
However, when nickel is introduced by using an aqueous solution at a low concentration of 10 ppm as in this embodiment, since the hydrofluoric acid resistance is high, it is necessary to stably form the contact hole with good reproducibility. it can.

【0080】最後に、水素中で300〜400℃で0.
1〜2時間アニールして、シリコンの水素化を完了す
る。このようにして、TFTが完成する。そして、同時
に作製した多数のTFTをマトリクス状に配列せしめて
アクティブマトリクス型液晶表示装置として完成する。
このTFTは、ソース/ドレイン領域108/109と
チャネル形成領域114を有している。また115がN
Iの電気的接合部分となる。
Finally, at 300 to 400 ° C. in hydrogen at 0.
Anneal for 1-2 hours to complete silicon hydrogenation. Thus, the TFT is completed. Then, a large number of TFTs manufactured at the same time are arranged in a matrix to complete an active matrix liquid crystal display device.
This TFT has source / drain regions 108/109 and a channel formation region 114. 115 is N
It becomes an electrical junction of I.

【0081】本実施例の構成を採用した場合、活性層中
に存在するニッケルの濃度は、3×1018cm-3程度あ
るいはそれ以下の、1×1016atoms cm-3〜3×10
18atoms cm-3であると考えられる。
When the structure of this embodiment is adopted, the concentration of nickel existing in the active layer is about 3 × 10 18 cm −3 or less, and 1 × 10 16 atoms cm −3 to 3 × 10 3.
It is considered to be 18 atoms cm -3 .

【0082】〔実施例6〕本実施例においては、実施例
2に示すようにニッケルを選択的に導入し、その部分か
ら横方向(基板に平行な方向)に結晶成長した領域を用
いて電子デバイスを形成する例を示す。このような構成
を採用した場合、デバイスの活性層領域におけるニッケ
ル濃度をさらに低くすることができ、デバイスの電気的
安定性や信頼性の上から極めて好ましい構成とすること
ができる。
[Embodiment 6] In this embodiment, as shown in Embodiment 2, nickel is selectively introduced, and an electron is grown by using a region where crystal growth is performed in a lateral direction (a direction parallel to the substrate) from that portion. 4 shows an example of forming a device. When such a configuration is employed, the nickel concentration in the active layer region of the device can be further reduced, and a highly preferable configuration can be obtained from the viewpoint of electrical stability and reliability of the device.

【0083】本実施例におけるニッケル元素の導入方法
としては、実施例3、実施例4で示す方法によってもよ
い。
As a method for introducing the nickel element in this embodiment, the method shown in Embodiments 3 and 4 may be used.

【0084】本実施例は、アクティブマトリクスの画素
の制御に用いられるTFTの作製工程に関するものであ
る。図4に本実施例の作製工程を示す。まず、基板20
1を洗浄し、TEOS(テトラ・エトキシ・シラン)と
酸素を原料ガスとしてプラズマCVD法によって厚さ2
000Åの酸化珪素の下地膜202を形成する。そし
て、プラズマCVD法によって、厚さ500〜1500
Å、例えば1000Åの真性(I型)の非晶質珪素膜2
03を成膜する。次に連続的に厚さ500〜2000
Å、例えば1000Åの酸化珪素膜205をプラズマC
VD法によって成膜する。そして、酸化珪素膜205を
選択的にエッチングして、非晶質珪素の露出した領域2
06を形成する。
This embodiment relates to a process for manufacturing a TFT used for controlling pixels of an active matrix. FIG. 4 shows a manufacturing process of this embodiment. First, the substrate 20
1 is washed and has a thickness of 2 by a plasma CVD method using TEOS (tetraethoxysilane) and oxygen as source gases.
A base film 202 of silicon oxide with a thickness of 2,000 ° is formed. Then, the thickness is 500 to 1500 by the plasma CVD method.
{, For example, 1000} intrinsic (I-type) amorphous silicon film 2
03 is formed. Next, continuously thickness 500-2000
{, For example, 1000} silicon oxide film 205 with plasma C
The film is formed by the VD method. Then, the silicon oxide film 205 is selectively etched to form a region 2 where the amorphous silicon is exposed.
06 is formed.

【0085】そして実施例2に示した方法により結晶化
を助長する触媒元素であるニッケル元素を含んだ溶液
(ここでは酢酸塩溶液)塗布する。酢酸溶液中における
ニッケルの濃度は100ppmである。その他、詳細な
工程順序や条件は実施例2で示したものと同一である。
この工程は、実施例3または実施例4に示した方法によ
るものであってもよい。
Then, a solution (here, an acetate solution) containing nickel, which is a catalyst element for promoting crystallization, is applied by the method described in Example 2. The concentration of nickel in the acetic acid solution is 100 ppm. Other detailed steps and conditions are the same as those described in the second embodiment.
This step may be performed by the method described in the third or fourth embodiment.

【0086】この後、窒素雰囲気下で500〜620
℃、例えば550℃、4時間の加熱アニールを行い、珪
素膜303の結晶化を行う。結晶化は、ニッケルと珪素
膜が接触した領域206を出発点として、矢印で示され
るように基板に対して平行な方向に結晶成長が進行す
る。図においては領域204はニッケルが直接導入され
て結晶化した部分、領域203は横方向に結晶化した部
分を示す。この203で示される横方向への結晶は、2
5μm程度である。またその結晶成長方向は概略〈11
1〉軸方向であることが確認されている。(図4
(A))
Thereafter, under a nitrogen atmosphere, 500 to 620
C., for example, at 550.degree. C., for 4 hours, to crystallize the silicon film 303. FIG. In the crystallization, the crystal growth proceeds in a direction parallel to the substrate as indicated by an arrow, starting from a region 206 where the nickel and silicon films are in contact. In the drawing, a region 204 indicates a portion crystallized by directly introducing nickel, and a region 203 indicates a portion crystallized in the lateral direction. The crystal in the horizontal direction indicated by 203 is 2
It is about 5 μm. The crystal growth direction is roughly <11
1> It has been confirmed that the direction is the axial direction. (FIG. 4
(A))

【0087】次に、酸化珪素膜205を除去する。この
際、領域206の表面に形成される酸化膜も同時に除去
する。そして、珪素膜204をパターニング後、ドライ
エッチングして、島状の活性層領域208を形成する。
この際、図4(A)で206で示された領域は、ニッケ
ルが直接導入された領域であり、ニッケルが高濃度に存
在する領域である。また、結晶成長の先端にも、やはり
ニッケルが高濃度に存在することが確認されている。こ
れらの領域では、その中間の領域に比較してニッケルの
濃度が高いことが判明している。したがって、本実施例
においては、活性層208において、これらのニッケル
濃度の高い領域がチャネル形成領域と重ならないように
した。
Next, the silicon oxide film 205 is removed. At this time, the oxide film formed on the surface of the region 206 is also removed at the same time. Then, after patterning the silicon film 204, dry etching is performed to form an island-shaped active layer region 208.
At this time, a region indicated by 206 in FIG. 4A is a region where nickel is directly introduced, and is a region where nickel is present at a high concentration. It has also been confirmed that nickel also exists at a high concentration at the tip of crystal growth. It has been found that in these regions, the nickel concentration is higher than in the intermediate region. Therefore, in the present embodiment, in the active layer 208, these regions where the nickel concentration is high do not overlap with the channel formation region.

【0088】その後、100体積%の水蒸気を含む10
気圧、500〜600℃の、代表的には550℃の雰囲
気中において、1時間放置することによって、活性層
(珪素膜)208の表面を酸化させ、酸化珪素膜209
を形成する。酸化珪素膜の厚さは1000Åとする。熱
酸化によって酸化珪素膜209を形成したのち、基板
を、アンモニア雰囲気(1気圧、100%)、400℃
に保持させる。そして、この状態で基板に対して、波長
0.6〜4μm、例えば、0.8〜1.4μmにピーク
をもつ赤外光を30〜180秒照射し、酸化珪素膜20
9に対して窒化処理を施す。なおこの際、雰囲気に0.
1〜10%のHClを混入してもよい。
Thereafter, 10% by volume containing water vapor of 100%
The surface of the active layer (silicon film) 208 is oxidized by leaving it for 1 hour in an atmosphere of atmospheric pressure at 500 to 600 ° C., typically 550 ° C.
To form The thickness of the silicon oxide film is 1000 °. After the silicon oxide film 209 is formed by thermal oxidation, the substrate is placed in an ammonia atmosphere (1 atm, 100%) at 400 ° C.
To be held. Then, in this state, the substrate is irradiated with infrared light having a peak at a wavelength of 0.6 to 4 μm, for example, 0.8 to 1.4 μm for 30 to 180 seconds, and the silicon oxide film 20 is irradiated.
9 is subjected to a nitriding treatment. At this time, 0.
HCl of 1 to 10% may be mixed.

【0089】赤外線の光源としてはハロゲンランプを用
いる。赤外光の強度は、モニターの単結晶シリコンウェ
ハー上の温度が900〜1200℃の間にあるように調
整する。具体的には、シリコンウェハーに埋め込んだ熱
電対の温度をモニターして、これを赤外線の光源にフィ
ードバックさせる。本実施例では、昇温は、一定で速度
は50〜200℃/秒、降温は自然冷却で20〜100
℃とする。この赤外光照射は、珪素膜を選択的に加熱す
ることになるので、ガラス基板への加熱を最小限に抑え
ることができる。(図4(B))
A halogen lamp is used as the infrared light source. The intensity of the infrared light is adjusted so that the temperature on the single crystal silicon wafer of the monitor is between 900 and 1200 ° C. Specifically, the temperature of the thermocouple embedded in the silicon wafer is monitored, and this is fed back to the infrared light source. In this embodiment, the temperature rise is constant, the speed is 50 to 200 ° C./sec, and the temperature is lowered by natural cooling to 20 to 100 ° C.
° C. This infrared light irradiation selectively heats the silicon film, so that heating of the glass substrate can be minimized. (FIG. 4 (B))

【0090】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ3000〜8000Å、例えば6000Åのアルミ
ニウム(0.01〜0.2%のスカンジウムを含む)を
成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極210を形成する。(図2(C))
Subsequently, by a sputtering method,
Aluminum (including 0.01 to 0.2% scandium) having a thickness of 3000 to 8000 °, for example, 6000 ° is formed. Then, the gate electrode 210 is formed by patterning the aluminum film. (Fig. 2 (C))

【0091】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211を形成する。この
陽極酸化は、酒石酸が1〜5%含まれたエチレングリコ
ール溶液中で行う。得られる酸化物層211の厚さは2
000Åである。なお、この酸化物211は、後のイオ
ンドーピング工程において、オフセットゲイト領域を形
成する厚さとなるので、オフセットゲイト領域の長さを
上記陽極酸化工程で決めることができる。(図4
(D))
Further, the surface of the aluminum electrode is anodized to form an oxide layer 211 on the surface. This anodization is performed in an ethylene glycol solution containing tartaric acid at 1 to 5%. The thickness of the obtained oxide layer 211 is 2
000. Note that the oxide 211 has a thickness for forming an offset gate region in a later ion doping process, so that the length of the offset gate region can be determined in the anodic oxidation process. (FIG. 4
(D))

【0092】次に、イオンドーピング法(プラズマドー
ピング法とも言う)によって、活性層領域(ソース/ド
レイン、チャネルを構成する)にゲイト電極部、すなわ
ちゲイト電極210とその周囲の酸化層211をマスク
として、自己整合的にN導電型を付与する不純物(ここ
では燐)を添加する。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80kVとする。ドーズ量は1×1015〜8×10
15cm-2、例えば、4×1015cm-2とする。この結
果、N型の不純物領域212と213を形成することが
できる。図からも明らかなように不純物領域とゲイト電
極とは距離xだけ放れたオフセット状態となる。このよ
うなオフセット状態は、特にゲイト電極に逆電圧(Nチ
ャネルTFTの場合はマイナス)を印加した際のリーク
電流(オフ電流ともいう)を低減する上で有効である。
特に、本実施例のようにアクティブマトリクスの画素を
制御するTFTにおいては良好な画像を得るために画素
電極に蓄積された電荷が逃げないようにリーク電流が低
いことが望まれるので、オフセットを設けることは有効
である。
Next, a gate electrode portion, that is, the gate electrode 210 and its surrounding oxide layer 211 are used as masks in an active layer region (which constitutes a source / drain and a channel) by an ion doping method (also called a plasma doping method). In addition, an impurity (here, phosphorus) which imparts the N conductivity type in a self-aligned manner is added. Phosphine (PH 3 ) is used as the doping gas, and the acceleration voltage is set to 60 to 90 kV, for example, 80 kV. Dose amount is 1 × 10 15 to 8 × 10
15 cm -2 , for example, 4 × 10 15 cm -2 . As a result, N-type impurity regions 212 and 213 can be formed. As is clear from the figure, the impurity region and the gate electrode are offset from each other by a distance x. Such an offset state is particularly effective in reducing a leakage current (also referred to as an off-state current) when a reverse voltage (minus in the case of an N-channel TFT) is applied to the gate electrode.
In particular, in the TFT for controlling the pixels of the active matrix as in the present embodiment, it is desired that the leakage current is low so that the electric charge accumulated in the pixel electrode does not escape in order to obtain a good image, so that an offset is provided. That is valid.

【0093】その後、レーザー光の照射によってアニー
ルを行った。レーザー光としては、KrFエキシマレー
ザー(波長248nm、パルス幅20nsec)を用い
るが、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射
条件は、エネルギー密度が200〜400mJ/c
2 、例えば250mJ/cm2 とし、一か所につき2
〜10ショット、例えば2ショット照射した。このレー
ザー光の照射時に基板を200〜450℃程度に加熱す
ることによって、効果を増大せしめてもよい。(図4
(E))
Thereafter, annealing was performed by laser light irradiation. As the laser light, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) is used, but another laser may be used. The irradiation condition of the laser light is such that the energy density is 200 to 400 mJ / c.
m 2 , for example, 250 mJ / cm 2, and 2
Irradiation was performed for 10 to 10 shots, for example, 2 shots. The effect may be increased by heating the substrate to about 200 to 450 ° C. during the irradiation with the laser light. (FIG. 4
(E))

【0094】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜21
4を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成す
る。さらに、スピンコーティング法によって透明なポリ
イミド膜215を形成し、表面を平坦化する。このよう
にして形成された平面上にスパッタ法によって厚さ80
0Åの透明導電性膜(ITO膜)を成膜し、これをパタ
ーニングして画素電極216を形成する。
Subsequently, a silicon oxide film 21 having a thickness of 6000.degree.
4 is formed as an interlayer insulator by a plasma CVD method. Further, a transparent polyimide film 215 is formed by spin coating, and the surface is flattened. On the plane thus formed, a thickness of 80
A 0 ° transparent conductive film (ITO film) is formed, and is patterned to form a pixel electrode 216.

【0095】そして、層間絶縁物214、215にコン
タクトホールを形成して、金属材料、例えば、窒化チタ
ンとアルミニウムの多層膜によってTFTの電極・配線
217、218を形成する。最後に、1気圧の水素雰囲
気で350℃、30分のアニールを行い、TFTを有す
るアクティブマトリクスの画素回路を完成する。(図4
(F))
Then, contact holes are formed in the interlayer insulators 214 and 215, and the electrodes / wirings 217 and 218 of the TFT are formed of a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum. Finally, annealing is performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere at 1 atm to complete an active matrix pixel circuit having a TFT. (FIG. 4
(F))

【0096】〔実施例7〕図5に本実施例の作製工程の
断面図を示す。まず、基板(コーニング7059)50
1上にスパッタリング法によって厚さ2000Åの酸化
珪素の下地膜102を形成した。基板は、下地膜の成膜
の前もしくは後に、歪み温度よりも高い温度でアニール
をおこなった後、0.1〜1.0℃/分で歪み温度以下
まで徐冷すると、その後の温度上昇を伴う工程(本発明
の熱酸化工程およびその後の熱アニール工程を含む)で
の基板の収縮が少なく、マスク合わせが用意となる。コ
ーニング7059基板では、620〜660℃で1〜4
時間アニールした後、0.03〜1.0℃/分、好まし
くは、0.1〜0.3℃/分で徐冷し、400〜500
℃まで温度が低下した段階で取り出すとよい。
[Embodiment 7] FIG. 5 is a sectional view showing a manufacturing process of this embodiment. First, the substrate (Corning 7059) 50
A silicon oxide base film 102 having a thickness of 2000 ° was formed on the substrate 1 by a sputtering method. The substrate is annealed at a temperature higher than the strain temperature before or after the formation of the base film, and then slowly cooled to a strain temperature or lower at 0.1 to 1.0 ° C./min. Substrate shrinkage in the accompanying steps (including the thermal oxidation step of the present invention and the subsequent thermal annealing step) is small, and mask alignment is ready. For Corning 7059 substrate, 1-4 at 620-660 ° C.
After annealing for an hour, the temperature is gradually reduced at 0.03 to 1.0 ° C./min, preferably 0.1 to 0.3 ° C./min.
It is good to take out at the stage when the temperature has dropped to ° C.

【0097】次に、プラズマCVD法によって、厚さ5
00〜1500Å、例えば1000Åの真性(I型)の
非晶質珪素膜を成膜した。そして、実施例1で示した方
法により非晶質珪素膜の結晶化を行なった。そして窒素
雰囲気(大気圧)、600℃、48時間アニールして結
晶化させ、珪素膜を10〜1000μm角の大きさにパ
ターニングして、島状の珪素膜(TFTの活性層)50
3を形成した。(図5(A))
Next, a thickness of 5
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film of 00 to 1500 °, for example, 1000 ° was formed. Then, the amorphous silicon film was crystallized by the method described in the first embodiment. Then, the silicon film is crystallized by annealing at 600 ° C. for 48 hours in a nitrogen atmosphere (atmospheric pressure), and the silicon film is patterned into a size of 10 to 1000 μm square to form an island-shaped silicon film (TFT active layer) 50.
3 was formed. (FIG. 5 (A))

【0098】その後、70〜90%の水蒸気を含む1気
圧、500〜750℃、代表的には600℃の酸素雰囲
気を水素/酸素=1.5〜1.9の比率でパイロジェニ
ック反応法を用いて形成した。かかる雰囲気中におい
て、3〜5時間放置することによって、珪素膜表面を酸
化させ、厚さ500〜1500Å、例えば1000Åの
酸化珪素膜504を形成した。注目すべき歯、かかる酸
化により、初期の珪素膜は、その表面が50Å以上減少
し、結果として、珪素膜の最表面部分の汚染が、珪素−
酸化珪素界面には及ばないようになった、すなわち、清
浄な珪素−酸化珪素界面が得られたことである。酸化珪
素膜の厚さは酸化される珪素膜の2倍であるので、10
00Åの厚さの珪素膜を酸化して、厚さ1000Åの酸
化珪素膜を得た場合には、残った珪素膜の厚さは500
Åということになる。
Thereafter, a pyrogenic reaction method is carried out in an oxygen atmosphere containing 70 to 90% of water vapor at 1 atm, 500 to 750 ° C., typically 600 ° C. at a ratio of hydrogen / oxygen = 1.5 to 1.9. Formed. The silicon film surface was oxidized by being left in such an atmosphere for 3 to 5 hours to form a silicon oxide film 504 having a thickness of 500 to 1500 °, for example, 1000 °. Notable teeth, due to such oxidation, the surface of the initial silicon film is reduced by 50 ° or more, and as a result, contamination of the outermost surface portion of the silicon film is
This means that the silicon oxide interface is not reached, that is, a clean silicon-silicon oxide interface is obtained. Since the thickness of the silicon oxide film is twice the thickness of the silicon film to be oxidized,
When a silicon film having a thickness of 1000 mm is oxidized to obtain a silicon oxide film having a thickness of 1000 mm, the remaining silicon film has a thickness of 500 mm.
It means Å.

【0099】一般に酸化珪素膜(ゲイト絶縁膜)と活性
層は薄ければ薄いほど移動度の向上、オフ電流の減少と
いう良好な特性が得られる。一方、初期の非晶質珪素膜
の結晶化はその膜厚が大きいほど結晶化させやすい。し
たがって、従来は、活性層の厚さに関して、特性とプロ
セスの面で矛盾が存在していた。本発明はこの矛盾を初
めて解決したものであり、すなわち、結晶化前には非晶
質珪素膜を厚く形成し、良好な結晶性珪素膜を得る。そ
して、次にはこの珪素膜を酸化することによって珪素膜
を薄くし、TFTとしての特性を向上させるものであ
る。さらに、この熱酸化においては、再結合中心の存在
しやすい非晶質成分、結晶粒界が酸化されやすく、結果
的に活性層中の再結合中心を減少させるという特徴も有
する。このため製品の歩留りが高まる。
In general, the thinner the silicon oxide film (gate insulating film) and the active layer, the better the characteristics such as improved mobility and reduced off current. On the other hand, in the initial crystallization of the amorphous silicon film, the larger the film thickness, the easier the crystallization. Therefore, conventionally, there has been a contradiction in terms of characteristics and process regarding the thickness of the active layer. The present invention has solved this contradiction for the first time. That is, before crystallization, an amorphous silicon film is formed thick to obtain a good crystalline silicon film. Then, the silicon film is thinned by oxidizing the silicon film to improve the characteristics as a TFT. Further, in this thermal oxidation, an amorphous component and a crystal grain boundary where recombination centers are apt to exist are easily oxidized, and as a result, recombination centers in the active layer are reduced. This increases the product yield.

【0100】熱酸化によって酸化珪素膜504を形成し
たのち、基板を一酸化二窒素雰囲気(1気圧、100
%)、600℃で2時間アニールした。(図5(B)) 引き続いて、減圧CVD法によって、厚さ3000〜8
000Å、例えば6000Åの多結晶珪素(0.01〜
0.2%の燐を含む)を成膜した。そして、珪素膜をパ
ターニングして、ゲイト電極505を形成した。さら
に、この珪素膜をマスクとして自己整合的に、イオンド
ーピング法(プラズマドーピング法とも言う)によっ
て、活性層領域(ソース/ドレイン、チャネルを構成す
る)にN導電型を付与する不純物(ここでは燐)を添加
した。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80kVと
した。ドーズ量は1×1015〜8×1015cm-2、例え
ば、5×1015cm-2とした。この結果、N型の不純物
領域506と507が形成された。
After forming the silicon oxide film 504 by thermal oxidation, the substrate is placed in a dinitrogen monoxide atmosphere (1 atm, 100 atm).
%) And annealed at 600 ° C. for 2 hours. (FIG. 5 (B)) Subsequently, a thickness of 3000 to 8 is applied by a low pressure CVD method.
000 °, for example, 6000 ° of polycrystalline silicon (0.01 to
(Containing 0.2% phosphorus). Then, the gate electrode 505 was formed by patterning the silicon film. Further, using the silicon film as a mask, an impurity (here, phosphorus) imparting an N conductivity type to the active layer region (which constitutes the source / drain and the channel) is self-aligned by an ion doping method (also referred to as a plasma doping method). ) Was added. Phosphine (PH 3 ) as doping gas
And the acceleration voltage was set to 60 to 90 kV, for example, 80 kV. The dose was 1 × 10 15 to 8 × 10 15 cm −2 , for example, 5 × 10 15 cm −2 . As a result, N-type impurity regions 506 and 507 were formed.

【0101】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行った。レーザー光としては、KrFエキシマレーザ
ー(波長248nm、パルス幅20nsec)を用いた
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が200〜400mJ/cm2
例えば250mJ/cm2 とし、一か所につき2〜10
ショット、例えば2ショット照射した。このレーザー光
の照射時に基板を200〜450℃程度に加熱すること
によって、効果を増大せしめてもよい。(図5(C))
Thereafter, annealing was performed by laser light irradiation. As the laser light, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) was used, but another laser may be used. The irradiation condition of the laser beam is such that the energy density is 200 to 400 mJ / cm 2 ,
For example, 250 mJ / cm 2, and 2 to 10
A shot, for example, two shots was irradiated. The effect may be increased by heating the substrate to about 200 to 450 ° C. during the irradiation with the laser light. (FIG. 5 (C))

【0102】また、この工程は、近赤外光によるランプ
アニールによる方法でもよい。近赤外線は非晶質珪素よ
りも結晶化した珪素へは吸収されやすく、1000℃以
上の熱アニールにも匹敵する効果的なアニールを行うこ
とができる。その反面、ガラス基板(遠赤外光はガラス
基板に吸収されるが、可視・近赤外光(波長0.5〜4
μm)は吸収されにくい)へは吸収されにくいので、ガ
ラス基板を高温に加熱することがなく、また短時間の処
理ですむので、ガラス基板の縮みが問題となる工程にお
いては最適な方法であるといえる。
This step may be performed by lamp annealing using near-infrared light. Near infrared rays are more easily absorbed by crystallized silicon than amorphous silicon, and effective annealing comparable to thermal annealing at 1000 ° C. or higher can be performed. On the other hand, a glass substrate (far-infrared light is absorbed by the glass substrate, but visible / near-infrared light (wavelength 0.5 to 4
(μm) is hardly absorbed), so it is not necessary to heat the glass substrate to a high temperature and requires only a short processing time. Therefore, it is the most suitable method in the process where shrinkage of the glass substrate becomes a problem. It can be said that.

【0103】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜50
8を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成し
た。この層間絶縁物としてはポリイミドを利用してもよ
い。さらにコンタクトホールを形成して、金属材料、例
えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってTF
Tの電極・配線509、510を形成した。最後に、1
気圧の水素雰囲気で350℃、30分のアニールを行
い、TFTを完成した。(図5(D))
Subsequently, a silicon oxide film 50 having a thickness of 6000.degree.
8 was formed as an interlayer insulator by a plasma CVD method. Polyimide may be used as the interlayer insulator. Further, a contact hole is formed, and TF is formed by a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum.
T electrodes / wirings 509 and 510 were formed. Finally, 1
Annealing was performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere at atmospheric pressure to complete the TFT. (FIG. 5 (D))

【0104】上記に示す方法で得られたTFTの移動度
は110〜150cm2 /Vs、S値は0.2〜0.5
V/桁であった。また、同様な方法によってソース/ド
レインにホウ素をドーピングしたPチャネル型TFTも
作製したところ、移動度は90〜120cm2 /Vs、
S値は0.4〜0.6V/桁であり、公知のPVD法や
CVD法によってゲイト絶縁膜を形成した場合に比較し
て、移動度は2割以上高く、S値は20%以上も減少し
た。また、信頼性の面からも、本実施例で作製されたT
FTは1000℃の高温熱酸化によって作製されたTF
Tにひけをとらない良好な結果を示した。
The mobility of the TFT obtained by the above method is 110 to 150 cm 2 / Vs, and the S value is 0.2 to 0.5.
V / digit. In addition, a P-channel TFT in which the source / drain was doped with boron was manufactured by the same method, and the mobility was 90 to 120 cm 2 / Vs.
The S value is 0.4 to 0.6 V / digit, the mobility is 20% or more higher than the case where a gate insulating film is formed by a known PVD method or CVD method, and the S value is 20% or more. Diminished. Also, from the viewpoint of reliability, the T
FT is TF manufactured by high temperature thermal oxidation at 1000 ° C.
Good results were shown, which were comparable to T.

【0105】〔実施例8〕本実施例はアクティブマトリ
クス型の液晶表示装置に本発明を利用する場合の例を示
す。図6のアクティブマトリクス型の液晶表示装置の一
方の基板の概要を示した上面図を示す。
[Embodiment 8] This embodiment shows an example in which the present invention is applied to an active matrix type liquid crystal display device. FIG. 7 is a top view schematically illustrating one substrate of the active matrix type liquid crystal display device of FIG. 6.

【0106】図において、61はガラス基板であり、6
2はマトリクス状に構成された画素領域であり、画素領
域には数百×数百の画素が形成されている。この画素の
一つ一つにはスイッチング素子としてTFTが配置され
ている。この画素領域のTFTを駆動するためのドライ
バーTFTが配置されているのが周辺ドライバー領域6
2である。画素領域63とドライバー領域62とは同一
基板61上に一体かされて形成されている。
In the figure, reference numeral 61 denotes a glass substrate;
Reference numeral 2 denotes a pixel area configured in a matrix, and several hundreds × several hundreds of pixels are formed in the pixel area. Each of the pixels is provided with a TFT as a switching element. The driver TFT for driving the TFT in this pixel area is disposed in the peripheral driver area 6.
2. The pixel region 63 and the driver region 62 are formed integrally on the same substrate 61.

【0107】ドライバー領域62に配置されるTFTは
大電流を流す必要があり、高い移動度が必要とされる。
また、画素領域63に配置されるTFTは画素電極の電
荷を保持率を固める必要があるので、オフ電流(リーク
電流)が少ない特性が必要とされる。例えば、画素領域
63に配置されるTFTは、実施例5に示すTFTを用
いることができる。
The TFT arranged in the driver region 62 needs to flow a large current, and needs high mobility.
In addition, since the TFTs arranged in the pixel region 63 need to have a high retention rate of the charges of the pixel electrodes, the TFTs need to have a characteristic with a small off-current (leakage current). For example, as the TFT arranged in the pixel region 63, the TFT described in Embodiment 5 can be used.

【0108】〔実施例9〕本実施例は、実施例1に示す
作製方法において、酢酸ニッケル水溶液を塗布する工程
の前に、酸化珪素膜表面にラビング処理をおこなうこと
によって、該酸化珪素膜表面に微細な擦り傷を形成し、
ある一定の方向、幅、間隔をもたせて非晶質珪素膜にニ
ッケルを導入する例である。
[Embodiment 9] In this embodiment, a rubbing treatment is performed on the surface of a silicon oxide film before the step of applying an aqueous solution of nickel acetate in the manufacturing method shown in Embodiment 1, whereby the surface of the silicon oxide film is treated. To form fine abrasions on
This is an example in which nickel is introduced into an amorphous silicon film with a certain direction, width, and interval.

【0109】まず、基板(コーニング7059)上に下
地膜としてスパッタリング法によって酸化珪素膜を20
00Å形成した。そして、非晶質珪素膜をプラズマCV
D法によって300〜800Å、例えば、500Åに成
膜した。そして、汚れおよび自然酸化膜をを取り除くた
めにフッ酸処理をおこない、その後、酸素雰囲気中にお
いてUV光の照射をおこない、10〜100Åの酸化珪
素膜を形成した。このとき、過酸化水素による処理や熱
酸化によって酸化珪素膜を形成してもかまわない。
First, a silicon oxide film was formed on a substrate (Corning 7059) as a base film by sputtering.
00 ° was formed. Then, the amorphous silicon film is plasma-CV
The film was formed at 300 to 800 °, for example, 500 ° by Method D. Then, a hydrofluoric acid treatment was performed to remove dirt and a natural oxide film, and thereafter, irradiation with UV light was performed in an oxygen atmosphere to form a silicon oxide film of 10 to 100 °. At this time, a silicon oxide film may be formed by treatment with hydrogen peroxide or thermal oxidation.

【0110】酸化珪素膜形成後、酸化珪素膜表面にラビ
ング処理をおこない、図7(A)のように微細な擦り傷
を膜表面に形成した。このラビング処理は、ダイヤモン
ドぺーストを用いておこなったが、綿布、ラバー等にお
いても可能である。ここで、擦り傷が一定の方向、幅、
間隔となることが好ましい。
After the formation of the silicon oxide film, a rubbing treatment was performed on the surface of the silicon oxide film to form fine scratches on the film surface as shown in FIG. This rubbing treatment was performed using a diamond paste, but it is also possible to use a cotton cloth, rubber, or the like. Where the abrasion is in a certain direction, width,
Preferably, it is an interval.

【0111】以上のように膜表面に擦り傷による凹凸を
形成した後、実施例1と同様にスピンコーティング法に
よって酢酸ニッケルの膜を形成した。このとき、先の工
程で形成した擦り傷の凹部分に、酢酸ニッケル水溶液が
一様にしみ込んでいる。
After the unevenness due to abrasion was formed on the film surface as described above, a nickel acetate film was formed by spin coating in the same manner as in Example 1. At this time, the nickel acetate aqueous solution uniformly penetrates into the concave portion of the scratch formed in the previous step.

【0112】その後、実施例1と同様に加熱炉におい
て、窒素雰囲気中で550℃、4時間の加熱処理をおこ
なった。この結果、結晶性を有する珪素膜(結晶性珪素
膜)を得ることができた。本実施例においては、酸化珪
素膜にラビング処理を施すことによって、非晶質珪素膜
に対して、一定の方向、幅、間隔を持たせてニッケルを
導入したため、図7(B)の如く、この結晶性珪素膜
は、結晶粒界の方向、大きさがある程度そろったものが
得られた。すなわち、長方形もしくは楕円形のように、
一方向に長い結晶粒が多く得られた。図7(B)におい
ては、結晶の形状が楕円形であるように書かれている
が、それ以外の形状の結晶も同時に得られた。結晶粒の
長手方向は概略、ラビングの方向であった。
Thereafter, in the same manner as in Example 1, a heat treatment was performed in a heating furnace at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. As a result, a crystalline silicon film (crystalline silicon film) was obtained. In this embodiment, the rubbing treatment is performed on the silicon oxide film to introduce nickel into the amorphous silicon film with a certain direction, width, and interval. Therefore, as shown in FIG. This crystalline silicon film was obtained in which the direction and size of the crystal grain boundaries were uniform to some extent. That is, like a rectangle or ellipse,
Many long crystal grains were obtained in one direction. In FIG. 7B, the shape of the crystal is described as being elliptical, but crystals of other shapes were obtained at the same time. The longitudinal direction of the crystal grains was roughly the direction of rubbing.

【0113】凹凸の幅、間隔はラビングの時間、ダイヤ
モンドペーストの密度等を変化させて最適となるように
すればよい。ただし、顕微鏡観察では明確に幅や間隔を
測定できないので、得られる結晶性珪素膜の結晶粒の大
きさや非晶質珪素残りの密度等が最適になるように条件
を決定した。本実施例では、非晶質珪素の残り(未結晶
化領域)の大きさ(長径)が1μm以下、好ましくは、
0.3μm以下となるようにした。
The width and interval of the unevenness may be optimized by changing the rubbing time, the density of the diamond paste, and the like. However, since the width and interval cannot be clearly measured by microscopic observation, conditions were determined so that the size of crystal grains of the obtained crystalline silicon film, the density of the remaining amorphous silicon, and the like were optimized. In this embodiment, the size (major axis) of the remaining amorphous silicon (non-crystallized region) is 1 μm or less, preferably
The thickness was set to 0.3 μm or less.

【0114】実施例1のようにラビング処理を施さずに
酢酸ニッケルを塗布し、結晶化をおこなった場合におい
ては、ニッケルのしみ込みが一様でなく、結晶化が一様
におこなわれず、1〜10μm程度の大きさの円形の未
結晶化領域が見られた。しかし、本実施例においては、
このような未結晶化領域の個数は格段に少なくなり、ま
た、その大きさも小さくできた。
In the case where nickel acetate was applied without rubbing treatment and crystallization was performed as in Example 1, the nickel penetration was not uniform, and the crystallization was not uniform. A circular uncrystallized region having a size of about 10 to 10 μm was observed. However, in this embodiment,
The number of such uncrystallized regions was significantly reduced, and their size could be reduced.

【0115】〔実施例10〕本実施例は、実施例9で作
製した結晶性珪素膜を用いて画素TFTを作製した例で
ある。図8に本実施例の作製工程を示す。まず、基板8
01(コーニング7059、10cm角)上に、下地膜
として酸化珪素膜802をプラズマCVD法によって3
000Åに成膜した。そして、プラズマCVD法によっ
て非晶質珪素膜を300〜1000Å、例えば、500
Åに成膜した。
[Embodiment 10] This embodiment is an example in which a pixel TFT is manufactured using the crystalline silicon film manufactured in Embodiment 9. FIG. 8 shows a manufacturing process of this embodiment. First, the substrate 8
01 (Corning 7059, 10 cm square), a silicon oxide film 802 is formed as a base film by plasma CVD.
A film was formed at 000 °. Then, the amorphous silicon film is formed to a thickness of 300 to 1000 °, for example, 500
成膜 was formed.

【0116】その後、実施例9と同様に、非晶質珪素膜
状に酸化珪素膜を形成し、ラビング処理を施し、スピン
コーティング法によって酢酸ニッケル膜を形成した。そ
して、窒素雰囲気中において、550℃、4時間の加熱
処理を施し、結晶化せしめた。結晶は一方向に長いもの
が多かった。
Thereafter, as in Example 9, a silicon oxide film was formed in the form of an amorphous silicon film, rubbing was performed, and a nickel acetate film was formed by spin coating. Then, heat treatment was performed at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere to crystallize. Many of the crystals were long in one direction.

【0117】その後、更に結晶性を向上させるためにレ
ーザー光を照射した。このとき、KrFエキシマレーザ
ー光(波長248nm)を200〜350mJ/cm2
で照射することによって、さらに、良好な結晶性珪素膜
803が得られた。また、この結果、僅かに存在してい
た未結晶化領域は完全に結晶化された。(図8(A))
Thereafter, a laser beam was applied to further improve the crystallinity. At this time, the KrF excimer laser light (wavelength: 248 nm) is applied at 200 to 350 mJ / cm 2.
By irradiation, a good crystalline silicon film 803 was further obtained. Further, as a result, the uncrystallized region that was slightly present was completely crystallized. (FIG. 8A)

【0118】つぎに、この様にして得られた結晶性珪素
膜803をパターニングして、島状の領域804(島状
珪素膜)を形成した。この島状の領域を形成する際、図
9(A)、(B)の様に結晶粒界に対して、垂直方向と
平行方向の二通りとることができる。
Next, the crystalline silicon film 803 thus obtained was patterned to form an island-like region 804 (island-like silicon film). When this island-like region is formed, there are two types of directions, perpendicular and parallel to the crystal grain boundaries, as shown in FIGS. 9A and 9B.

【0119】このとき、TFTを流れる電流は粒界を横
切る際、粒界の抵抗が大きい。また、粒界にそっては電
流が流れやすい。このため、チャネル領域に含まれる粒
界の数およびその方向によって、TFTのリーク電流
(ゲイト電極に逆バイアス電圧を印加した状態でのドレ
イン電流。例えば、Nチャネル型TFTの場合には、ゲ
イト電極に負の電圧を印加した状態でのドレイン電圧)
は大きな影響を受ける。特に、複数のTFTが存在する
場合、各TFTのチャネル内に存在する結晶(粒界)数
や方向が大きくばらつくと、リーク電流のバラツキの原
因となる。
At this time, when the current flowing through the TFT crosses the grain boundary, the resistance of the grain boundary is large. In addition, current easily flows along the grain boundaries. Therefore, depending on the number and direction of the grain boundaries included in the channel region, the leakage current of the TFT (the drain current when a reverse bias voltage is applied to the gate electrode. For example, in the case of an N-channel type TFT, the gate electrode Drain voltage with negative voltage applied to
Is greatly affected. In particular, when there are a plurality of TFTs, if the number and direction of the crystals (grain boundaries) existing in the channels of the TFTs vary greatly, this may cause a variation in the leak current.

【0120】これは、結晶粒の大きさがチャネルの大き
さと同程度、もしくはそれ以下となった場合に大きな問
題となる。チャネルが結晶粒に比べて十分に大きな場合
には、このようなバラツキは平均化されてしまい、現象
として観測されない。例えば、チャネル内に粒界が1つ
存在するかしないか、という状況では、粒界が存在しな
い場合には単結晶のTFTと同じ特性が期待できる。一
方、粒界がドレイン電流に平行に存在する場合には、リ
ーク電流が大きくなる。逆に、粒界がドレイン電流に直
角に存在する場合には、リーク電流が小さくなる。
This becomes a serious problem when the size of the crystal grains is equal to or smaller than the size of the channel. If the channel is sufficiently large compared to the crystal grains, such variations are averaged out and are not observed as a phenomenon. For example, in the situation where one grain boundary exists in the channel or not, if the grain boundary does not exist, the same characteristics as a single crystal TFT can be expected. On the other hand, when the grain boundary exists parallel to the drain current, the leak current increases. Conversely, when the grain boundary exists at right angles to the drain current, the leakage current becomes smaller.

【0121】本実施例では、結晶はラビング方向に長細
く成長するので、ドレイン電流が流れる方向をその方向
に対して、平行にとった場合(図9(A))には、チャ
ネル領域内に存在する粒界(結晶)の数が平均化されに
くく、リーク電流がばらつきやすい。しかも、概して、
ドレイン電流の方向が粒界の方向であるので、リーク電
流が大きい。一方、図9(B)のように垂直にとった場
合、本発明においては、結晶粒901の幅がほぼ一定で
あるため、チャネル領域902内に存在する粒界903
の数がほぼ等しく、安定したIoff が期待できる。故
に、図9(B)のように島状珪素膜804はドレイン電
流が流れる方向が粒界方向に対して垂直となる方向(す
なわち、ラビング方向に概略垂直)に形成するとよい。
この島状珪素膜804はTFTの活性層を形成する。
In this embodiment, since the crystal grows long and thin in the rubbing direction, when the direction in which the drain current flows is set parallel to the direction (FIG. 9A), the crystal is grown in the channel region. The number of existing grain boundaries (crystals) is hardly averaged, and the leakage current is likely to vary. And in general,
Since the direction of the drain current is the direction of the grain boundary, the leakage current is large. On the other hand, when taken vertically as shown in FIG. 9B, in the present invention, since the width of the crystal grain 901 is almost constant, the grain boundary 903 existing in the channel region 902 is formed.
Are almost equal, and stable I off can be expected. Therefore, as shown in FIG. 9B, the island-shaped silicon film 804 may be formed in a direction in which the direction in which the drain current flows is perpendicular to the grain boundary direction (that is, substantially perpendicular to the rubbing direction).
This island-shaped silicon film 804 forms an active layer of the TFT.

【0122】本実施例では、上記以外にも、ラビング処
理を施すことによる結晶粒の平均化による降下もあっ
た。例えば、結晶粒の大きさが大きく変動すると、チャ
ネルに存在しうる結晶の数に大きな変動が生じるので、
特にリーク電流のバラツキの原因となった。実施例1の
場合には、ニッケルの拡散が不均一であったので結晶粒
の大きさはまちまちとなることがあり、また、10μm
以上の大きな未結晶化領域はレーザー照射によって結晶
化しても結晶性が著しく劣った。
In the present embodiment, in addition to the above, there was a drop due to averaging of crystal grains due to the rubbing treatment. For example, if the size of the crystal grains fluctuates significantly, the number of crystals that can exist in the channel will fluctuate greatly,
In particular, it caused a variation in leakage current. In the case of Example 1, since the diffusion of nickel was non-uniform, the size of the crystal grains may be varied, and 10 μm
The large uncrystallized region described above was remarkably poor in crystallinity even when crystallized by laser irradiation.

【0123】しかしながら、本実施例のようにラビング
処理をおこなうと結晶の大きさは比較的、揃ったものと
なり、また、未結晶化領域はレーザー照射によって結晶
化される際に、近傍の結晶の影響を強く受けてエピタキ
シャル的な成長をおこなうため、良好な結晶性を示し
た。このようにラビング処理を施すことによる効果が見
られた。つぎに、ゲイト絶縁膜805として、膜厚20
0〜1500Å、例えば、1000Åの酸化珪素膜をプ
ラズマCVD法によって形成した。
However, when the rubbing treatment is performed as in the present embodiment, the crystal size becomes relatively uniform, and the uncrystallized region is crystallized by the laser irradiation when the crystal in the vicinity is not crystallized. Due to the strong influence, epitaxial growth was performed, so that good crystallinity was exhibited. The effect obtained by performing the rubbing treatment as described above was observed. Next, a gate insulating film 805 having a thickness of 20
A silicon oxide film of 0 to 1500 °, for example, 1000 ° was formed by a plasma CVD method.

【0124】その後、厚さ1000Å〜3μm、例え
ば、5000Åのアルミニウム(1wt%のSi、もし
くは0.1〜0.3wt%のScを含む)膜をスパッタ
リング法によって成膜して、これをパターニングして、
ゲイト電極806を形成した。つぎに基板をpH≒7、
1〜3%の酒石酸のエチレングリコール溶液に浸し、白
金を陰極、アルミニウムのゲイト電極806を陽極とし
て、陽極酸化をおこなった。陽極酸化は、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
終了させた。このようにして、厚さ1500〜3500
Å、例えば、2000Åの陽極酸化物807を形成し
た。(図8(B))
Thereafter, an aluminum (containing 1 wt% Si or 0.1 to 0.3 wt% Sc) film having a thickness of 1000 to 3 μm, for example, 5000 ° is formed by a sputtering method, and is patterned. hand,
A gate electrode 806 was formed. Next, the substrate was adjusted to pH 7,
It was immersed in an ethylene glycol solution of 1 to 3% tartaric acid, and anodized using platinum as a cathode and an aluminum gate electrode 806 as an anode. The anodic oxidation was first completed by increasing the voltage to 220 V at a constant current and maintaining the state for 1 hour. In this way, the thickness of 1500-3500
An anodic oxide 807 having a thickness of, for example, 2000 mm was formed. (FIG. 8 (B))

【0125】その後、イオンドーピング法によって、島
状珪素膜804に、ゲイト電極806をマスクとして自
己整合的に不純物を注入した。ここでは、ジボラン(B
2 6 )をドーピングガスとして硼素を注入して、P型
不純物領域808を形成した。この場合、硼素のドーズ
量は4〜10×1015cm-2、加速電圧を65kVとし
た。(図8(C))
Thereafter, the island is formed by ion doping.
The gate electrode 806 is used as a mask on the silicon
Impurities were implanted in a self-aligned manner. Here, diborane (B
TwoH 6) Is implanted with boron as a doping gas to form a P-type
An impurity region 808 was formed. In this case, the dose of boron
Amount is 4-10 × 10Fifteencm-2And the acceleration voltage is 65 kV
Was. (FIG. 8 (C))

【0126】さらに、KrFエキシマレーザー(波長2
48nm、パルス幅20nsec)を照射して、ドーピ
ングされた不純物領域808の活性化をおこなった。レ
ーザーのエネルギー密度は200〜400mJ/c
2 、好ましくは250〜300mJ/cm2 が適当で
あった。つぎに、層間絶縁膜809として、プラズマC
VD法によって酸化珪素膜を厚さ3000Åに成膜し
た。
Further, a KrF excimer laser (wavelength 2
Irradiation of 48 nm and a pulse width of 20 nsec) was performed to activate the doped impurity region 808. Laser energy density is 200-400mJ / c
m 2 , preferably 250 to 300 mJ / cm 2 was suitable. Next, as an interlayer insulating film 809, plasma C
A silicon oxide film was formed to a thickness of 3000 ° by the VD method.

【0127】そして、層間絶縁膜809、ゲイト絶縁膜
805のエッチングをおこない、ソースにコンタクトホ
ールを形成した。その後、アルミニウム膜をスパッタリ
ング法によって形成し、パターニングしてソース電極8
10を形成した。(図8(D))
Then, the interlayer insulating film 809 and the gate insulating film 805 were etched to form a contact hole in the source. Thereafter, an aluminum film is formed by a sputtering method, and is patterned to form a source electrode 8.
10 was formed. (FIG. 8 (D))

【0128】最後に、パッシベーション膜811として
厚さ2000〜6000Å、例えば、3000Åの窒化
珪素膜をプラズマCVD法によって形成し、これと層間
絶縁膜809、ゲイト絶縁膜805をエッチングして、
ドレインに対してコンタクトホールを形成した。そし
て、インディウム錫酸化物膜(ITO膜)を形成し、こ
れをエッチングして、画素電極812を形成した。(図
8(E))以上のようにして、画素TFTが形成され
た。
Finally, a silicon nitride film having a thickness of 2000 to 6000 Å, for example, 3000 と し て is formed as a passivation film 811 by a plasma CVD method, and the interlayer insulating film 809 and the gate insulating film 805 are etched.
A contact hole was formed for the drain. Then, an indium tin oxide film (ITO film) was formed, and this was etched to form a pixel electrode 812. (FIG. 8E) The pixel TFT was formed as described above.

【0129】[0129]

【効果】触媒元素を導入して低温で短時間で結晶化させ
た結晶性珪素膜を用いて、半導体装置を作製すること
で、生産性が高く、特性のよいデバイスを得ることがで
きる。
[Effect] By manufacturing a semiconductor device using a crystalline silicon film which is crystallized at a low temperature in a short time by introducing a catalytic element, a device having high productivity and excellent characteristics can be obtained.

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

【図1】 実施例の工程を示すFIG. 1 shows the steps of an example.

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

【図3】 溶液中のニッケル濃度と横方向への結晶成長
距離との関係を示す。
FIG. 3 shows a relationship between a nickel concentration in a solution and a crystal growth distance in a lateral direction.

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

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

【図6】 実施例の構成を示す。FIG. 6 shows a configuration of an example.

【図7】 実施例の結晶成長について示す。FIG. 7 shows the crystal growth of an example.

【図8】 実施例の作製工程を示す。FIG. 8 shows a manufacturing process of the example.

【図9】 実施例のTFTの活性層の配置を示す。FIG. 9 shows an arrangement of an active layer of the TFT according to the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11・・・・ガラス基板 12・・・・非晶質珪素膜 13・・・・酸化珪素膜 14・・・・ニッケルを含有した酢酸溶液膜 15・・・・ズピナー 21・・・・マスク用酸化珪素膜 20・・・・酸化珪素膜 11・・・・ガラス基板 104・・・活性層 105・・・酸化珪素膜 106・・・ゲイト電極 109・・・酸化物層 108・・・ソース/ドレイン領域 109・・・ドレイン/ソース領域 110・・・層間絶縁膜(酸化珪素膜) 111・・・画素電極(ITO) 112・・・電極 113・・・電極 11: Glass substrate 12: Amorphous silicon film 13: Silicon oxide film 14: Nickel-containing acetic acid solution film 15: Spinner 21: Mask Silicon oxide film 20 silicon oxide film 11 glass substrate 104 active layer 105 silicon oxide film 106 gate electrode 109 oxide layer 108 source / Drain region 109: drain / source region 110: interlayer insulating film (silicon oxide film) 111: pixel electrode (ITO) 112: electrode 113: electrode

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

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成13年8月8日(2001.8.8)[Submission date] August 8, 2001 (2001.8.8)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

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

【補正対象項目名】請求項5[Correction target item name] Claim 5

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

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

【補正対象項目名】請求項6[Correction target item name] Claim 6

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

フロントページの続き (72)発明者 張 宏勇 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 Fターム(参考) 5F052 AA02 AA17 AA24 BB07 CA07 DA01 DB02 DB03 DB07 EA01 EA15 FA06 FA19 JA01 5F110 AA16 BB02 CC02 DD02 DD13 EE03 EE06 EE09 EE34 EE43 EE44 EE45 FF02 FF04 FF23 FF26 FF29 FF30 FF32 FF36 GG02 GG13 GG16 GG25 GG35 GG45 GG47 HJ01 HJ04 HJ12 HJ23 HL01 HL03 HL04 HL07 HL11 HL23 HM14 NN03 NN04 NN23 NN24 NN27 NN35 NN36 NN40 PP01 PP02 PP03 PP04 PP10 PP13 PP23 PP34 QQ11 QQ19 QQ24 Continuing from the front page (72) Inventor Hirohide Zhang 398, Hase, Atsugi-shi, Kanagawa F-term in the Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. 5F052 AA02 AA17 AA24 BB07 CA07 DA01 DB02 DB03 DB07 EA01 EA15 FA06 FA19 JA01 5F110 AA16 BB02 CC02 DD02 DD13 EE03 EE06 EE09 EE34 EE43 EE44 EE45 FF02 FF04 FF23 FF26 FF29 FF30 FF32 FF36 GG02 GG13 GG16 GG25 GG35 GG45 GG47 HJ01 PPJNN HJ12 HJ23 HL01 HL03 NN04 NN04 NN03 PP34 QQ11 QQ19 QQ24

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に非晶質珪素膜を形成し、 前記非晶質珪素膜の一部分に非晶質珪素膜の結晶化を助
長する元素を含む溶液を接して保持させ、 前記非晶質珪素膜を加熱して結晶化させる半導体装置の
作製方法であって、 前記溶液中の前記元素の濃度は、200ppm以下であ
り、 前記結晶化後の珪素膜中の前記元素の濃度は、1×10
16〜1×1019atoms/cm3であることを特徴と
する半導体装置の作製方法。
An amorphous silicon film is formed on a substrate, and a solution containing an element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is held in contact with a part of the amorphous silicon film. A method for manufacturing a semiconductor device in which a crystalline silicon film is heated and crystallized, wherein the concentration of the element in the solution is 200 ppm or less, and the concentration of the element in the silicon film after the crystallization is 1 × 10
A method for manufacturing a semiconductor device, which is 16 to 1 × 10 19 atoms / cm 3 .
【請求項2】請求項1において、 前記溶液は、前記結晶化前に前記非晶質珪素膜に接して
保持される時間があることを特徴とする半導体装置の作
製方法。
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the solution has a time to be kept in contact with the amorphous silicon film before the crystallization.
【請求項3】請求項2において、 前記結晶化後の珪素膜中の前記元素の濃度は、前記保持
される時間によって調節されることを特徴とする半導体
装置の作製方法。
3. The method according to claim 2, wherein the concentration of the element in the silicon film after the crystallization is adjusted by the holding time.
【請求項4】基板上に珪素膜を形成し、 前記珪素膜にニッケルを含む溶液を接して保持させ、 前記溶液を乾燥させて、ニッケルを含む層を形成し、 前記珪素膜を加熱して結晶化させる半導体装置の作製方
法であって、 前記珪素膜と前記ニッケルを含む層との間にさらに酸化
膜を有し、 前記ニッケルは、前記酸化膜を通して前記珪素膜に拡散
することを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. A silicon film is formed on a substrate, a solution containing nickel is brought into contact with and held by the silicon film, the solution is dried to form a layer containing nickel, and the silicon film is heated. A method for manufacturing a semiconductor device to be crystallized, further comprising an oxide film between the silicon film and the layer containing nickel, wherein the nickel is diffused into the silicon film through the oxide film. Of manufacturing a semiconductor device.
【請求項5】基板上に珪素膜を形成し、 前記珪素膜に接してニッケルを200ppm含む溶液を
接して保持させ、 前記ニッケルを含む溶液を乾燥させて、前記珪素膜上に
ニッケルを含む膜を形成し、 前記珪素膜を加熱して結晶化させる半導体装置の作製方
法であって、 前記結晶化後の珪素膜中のニッケル濃度は、、1×10
16〜1×1019atoms/cm3であることを特徴と
する半導体装置の作製方法。
5. A silicon film is formed on a substrate, a solution containing 200 ppm of nickel is in contact with and held in contact with the silicon film, and the solution containing nickel is dried to form a film containing nickel on the silicon film. A method of manufacturing a semiconductor device in which the silicon film is heated and crystallized, wherein the nickel concentration in the silicon film after the crystallization is 1 × 10
A method for manufacturing a semiconductor device, which is 16 to 1 × 10 19 atoms / cm 3 .
【請求項6】基板上に珪素膜を形成し、 前記珪素膜の第1の領域上に非晶質珪素膜の結晶化を助
長する元素を含む溶液を塗布し、 前記珪素膜を加熱して、前記第1の領域から前記元素を
含む溶液を直接塗布されていない第2の領域へと結晶成
長させ、 前記第2の領域に活性層を形成する半導体装置の作製方
法であって、 前記結晶化後の前記第2の領域中の前記元素の濃度
は、、1×1016〜1×1019atoms/cm3であ
ることを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. A silicon film is formed on a substrate, a solution containing an element that promotes crystallization of an amorphous silicon film is applied on a first region of the silicon film, and the silicon film is heated. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: growing a crystal from the first region to a second region not directly coated with a solution containing the element; and forming an active layer in the second region. The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the concentration of the element in the second region after the formation is 1 × 10 16 to 1 × 10 19 atoms / cm 3 .
【請求項7】請求項6において、 前記珪素膜は、非晶質であることを特徴とする半導体装
置の作製方法。
7. The method according to claim 6, wherein the silicon film is amorphous.
【請求項8】請求項6において、 前記第1の領域は、前記第2の領域より前記元素の濃度
が高いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the first region has a higher concentration of the element than the second region.
【請求項9】請求項6において、 前記加熱後に前記第2の領域をパターニングすることを
特徴とする半導体装置の作製方法。
9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the second region is patterned after the heating.
【請求項10】請求項6において、 前記元素は、Ni、Pd又はPtであることを特徴とす
る半導体装置の作製方法。
10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the element is Ni, Pd, or Pt.
JP2001212950A 1993-11-12 2001-07-13 Method for manufacturing semiconductor device Expired - Lifetime JP3980298B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001212950A JP3980298B2 (en) 1993-11-12 2001-07-13 Method for manufacturing semiconductor device

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30720693 1993-11-12
JP5-307206 1993-11-12
JP2001212950A JP3980298B2 (en) 1993-11-12 2001-07-13 Method for manufacturing semiconductor device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP16270594A Division JP3431041B2 (en) 1993-10-29 1994-06-20 Method for manufacturing semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002110543A true JP2002110543A (en) 2002-04-12
JP3980298B2 JP3980298B2 (en) 2007-09-26

Family

ID=26565019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001212950A Expired - Lifetime JP3980298B2 (en) 1993-11-12 2001-07-13 Method for manufacturing semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3980298B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008153451A (en) * 2006-12-18 2008-07-03 Toshiba Corp Nonvolatile semiconductor memory, and its manufacturing method
US8044401B2 (en) 2007-06-27 2011-10-25 Samsung Mobile Display Co., Ltd. Thin film transistor, method of fabricating the same, organic light emitting diode display device including the same and method of fabricating the same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008153451A (en) * 2006-12-18 2008-07-03 Toshiba Corp Nonvolatile semiconductor memory, and its manufacturing method
US7777227B2 (en) 2006-12-18 2010-08-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Non-volatile semiconductor storage device and manufacturing method thereof
JP4594921B2 (en) * 2006-12-18 2010-12-08 株式会社東芝 Method for manufacturing nonvolatile semiconductor device
US8044401B2 (en) 2007-06-27 2011-10-25 Samsung Mobile Display Co., Ltd. Thin film transistor, method of fabricating the same, organic light emitting diode display device including the same and method of fabricating the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP3980298B2 (en) 2007-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3431041B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3562590B2 (en) Semiconductor device manufacturing method
JP3221473B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2860869B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US6285042B1 (en) Active Matry Display
JP2791635B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3431034B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3193358B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3980298B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3545289B2 (en) Semiconductor device manufacturing method
JP4684246B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3600092B2 (en) Semiconductor device manufacturing method
JP3618604B2 (en) Semiconductor device manufacturing method
JP3442693B2 (en) Method for manufacturing insulating gate type field effect semiconductor device
JP3626102B2 (en) Integrated circuit fabrication method
JP3573969B2 (en) Semiconductor device manufacturing method
JP3950307B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3939718B2 (en) Integrated circuit fabrication method
JP2001338877A (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2000114543A (en) Semiconductor device
JP2001332496A (en) Method of manufacturing semiconductor device
JP2000150381A (en) Semiconductor device
JP2002057348A (en) Semiconductor device
JPH1055961A (en) Manufacture of semiconductor device
JP2001210592A (en) Method for manufacturing semiconductor integrated circuit

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20051024

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20051108

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051227

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20051227

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070403

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070521

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070626

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070627

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100706

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100706

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100706

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110706

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110706

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110706

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120706

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120706

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120706

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120706

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130706

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130706

Year of fee payment: 6

EXPY Cancellation because of completion of term