JP2002124469A - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents

Method for fabricating semiconductor device

Info

Publication number
JP2002124469A
JP2002124469A JP2001218913A JP2001218913A JP2002124469A JP 2002124469 A JP2002124469 A JP 2002124469A JP 2001218913 A JP2001218913 A JP 2001218913A JP 2001218913 A JP2001218913 A JP 2001218913A JP 2002124469 A JP2002124469 A JP 2002124469A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon film
film
amorphous silicon
region
crystallization
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
JP2001218913A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3886747B2 (en
Inventor
Shoji Miyanaga
昭治 宮永
Hisashi Otani
久 大谷
Satoshi Teramoto
聡 寺本
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 JP2001218913A priority Critical patent/JP3886747B2/en
Publication of JP2002124469A publication Critical patent/JP2002124469A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3886747B2 publication Critical patent/JP3886747B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To deposit a crystalline silicon film at a temperature of 600 deg.C or below. SOLUTION: An amorphous silicon film is deposited, and a metallic element for accelerating crystallization is added to a part of the amorphous silicon film which is then heated and crystallized to form a crystalline silicon film. Subsequently, the crystalline silicon film is irradiated with a laser beam and a film containing silicon is formed on the crystalline silicon film irradiated with the laser beam. Finally, the crystalline silicon film and the film containing silicon are heated to fabricate a semiconductor device.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス等の絶縁基
板上に設けられたTFT(薄膜トランジスタ)を有する
半導体装置及びその作製方法に関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a semiconductor device having a TFT (thin film transistor) provided on an insulating substrate such as glass, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

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

【0003】これらの装置に用いられるTFTには、薄
膜状の珪素半導体を用いるのが一般的である。薄膜状の
珪素半導体としては、非晶質珪素半導体(a−Si)か
らなるものと結晶性を有する珪素半導体からなるものの
2つに大別される。非晶質珪素半導体は作製温度が低
く、気相法で比較的容易に作製することが可能で量産性
に富むため、最も一般的に用いられているが、導電率等
の物性が結晶性を有する珪素半導体に比べて劣るため、
今後より高速特性を得る為には、結晶性を有する珪素半
導体からなるTFTの作製方法の確立が強く求められて
いた。尚、結晶性を有する珪素半導体としては、多結晶
珪素、微結晶珪素、結晶成分を含む非晶質珪素、結晶性
と非晶質性の中間の状態を有するセミアモルファス珪素
等の非単結晶珪素膜が知られている。以下においては、
結晶性を有する珪素半導体を結晶性珪素半導体、結晶性
を有する珪素半導体膜を結晶性珪素膜ということとす
る。
[0003] Thin film silicon semiconductors are generally used for TFTs used in these devices. Thin-film silicon semiconductors are roughly classified into two types: those made of an amorphous silicon semiconductor (a-Si) and those made of a crystalline silicon semiconductor. Amorphous silicon semiconductors are most commonly used because they have a low manufacturing temperature, can be manufactured relatively easily by a gas phase method, and have high mass productivity. Since it is inferior to a silicon semiconductor having
In order to obtain higher-speed characteristics in the future, it has been strongly required to establish a method for manufacturing a TFT made of a crystalline silicon semiconductor. Examples of the crystalline silicon semiconductor include non-single-crystal silicon such as polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon containing a crystalline component, and semi-amorphous silicon having an intermediate state between crystalline and amorphous. Films are known. In the following,
A crystalline silicon semiconductor is referred to as a crystalline silicon semiconductor, and a crystalline silicon semiconductor film is referred to as a crystalline silicon film.

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

【0005】[0005]

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

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

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

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

【0009】そこで、より積極的に結晶核を導入するこ
とによって結晶化温度の低温化が可能ではないかと考
え、その効果を確認すべく、他の金属を微量に基板上に
成膜し、その上に非晶質珪素からなる薄膜を成膜、その
後加熱結晶化を行う実験を試みた。その結果、幾つかの
金属を基板上に成膜した場合においては結晶化温度の低
下が確認され、異物を結晶核とした結晶成長が起こって
いることが予想された。そこで低温化が可能であった複
数の不純物金属について更に詳しくそのメカニズムを調
査した。
Therefore, it was considered that the crystallization temperature could be lowered by more actively introducing crystal nuclei, and in order to confirm the effect, a small amount of another metal was deposited on the substrate. An experiment was conducted in which a thin film made of amorphous silicon was formed thereon and then heated and crystallized. As a result, when some metals were formed on the substrate, a decrease in the crystallization temperature was confirmed, and it was expected that crystal growth using foreign matter as crystal nuclei was occurring. Therefore, the mechanism of a plurality of impurity metals whose temperature could be reduced was investigated in more detail.

【0010】結晶化は、初期の核生成と、その核からの
結晶成長の2段階に分けて考えることができる。ここ
で、初期の核生成の速度は、一定温度において点状に微
細な結晶が発生するまでの時間を測定することによって
観測されるが、この時間は上記不純物金属を成膜した薄
膜ではいずれの場合も短縮され、結晶核導入の結晶化温
度低温化に対する効果が確認された。しかも予想外のこ
とであるのだが、核生成後の結晶粒の成長を加熱時間を
変化させて調べたところ、ある種の金属を成膜後、その
上に成膜した非晶質珪素薄膜の結晶化においては、核生
成後の結晶成長の速度までが飛躍的に増大することが観
測された。このメカニズムについては後ほど詳しく述べ
ることにする。
[0010] Crystallization can be considered in two stages: initial nucleation and crystal growth from the nucleus. Here, the initial nucleation rate is observed by measuring the time required for the generation of point-like fine crystals at a constant temperature. The case was also shortened, and the effect of introducing crystal nuclei on lowering the crystallization temperature was confirmed. In addition, unexpectedly, when the growth of crystal grains after nucleation was examined by changing the heating time, after the formation of a certain metal, the amorphous silicon thin film In crystallization, it was observed that the rate of crystal growth after nucleation increased dramatically. This mechanism will be described in detail later.

【0011】いずれにしろ、上記2つの効果により、あ
る種の金属を微量に成膜した上に非晶質珪素からなる薄
膜を成膜、その後加熱結晶化した場合には、従来考えら
れなかったような、580℃以下の温度で4 時間程度の
時間で十分な結晶性が得られることが判明した。この様
な効果を有する不純物金属の例として、鉄、コバルト、
ニッケル、銅、パラジウム、銀、白金が挙げられる。こ
れらはいずれも触媒材料として良く利用される金属であ
るので、今後本明細書中ではこれらを称して「低温結晶
化用触媒金属」と略すことにする。これらの中で、最も
効果が顕著であり、かつ扱いやすい材料としてニッケル
が挙げられ、今後本明細書中ではニッケルを中心とした
議論を行う事とする。
In any case, due to the above two effects, it has not been possible to consider a case where a thin film made of amorphous silicon is formed after a certain kind of metal is formed in a very small amount and then heated and crystallized. It has been found that sufficient crystallinity can be obtained at a temperature of 580 ° C. or less for about 4 hours. Examples of impurity metals having such an effect include iron, cobalt,
Nickel, copper, palladium, silver and platinum are mentioned. Since these are all metals that are often used as catalyst materials, they will be abbreviated as “catalyst metals for low-temperature crystallization” in the present specification. Among these, nickel is cited as a material that has the most remarkable effect and is easy to handle. In the present specification, discussion will be made focusing on nickel.

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

【0013】〔課題を解決するための手段〕上記説明か
ら判る様に、低温結晶化用触媒金属の微量な薄膜を成膜
した上から、非晶質珪素からなる薄膜を成膜した場合、
結晶化温度の低温化及び結晶化に要する時間の短縮が可
能である。そこで、このプロセスをTFTの製造に用い
ることを前提に、さらに詳細な説明を加えていくことに
する。尚、後ほど詳述するが、低温結晶化用触媒金属の
薄膜は基板上のみならず非晶質珪素上に成膜しても同様
の効果を有すること、及びイオン注入でも同様であった
ことから、今後本明細書ではこれら一連の処理を「低温
結晶化用触媒金属微量添加」と呼ぶことにする。なお、
上記低温結晶化用触媒金属としては、鉄、コバルト、ニ
ッケル、銅、パラジウム、銀、白金から選ばれた少なく
とも一つの元素を用いることが有用であるが、発明者ら
の知見によれば、上記材料と同等の効果を有する元素と
しては、8族元素であるRu、Rh、Os、Irを挙げ
ることができる。
[Means for Solving the Problems] As can be seen from the above description, when a thin film of a catalytic metal for low-temperature crystallization is formed and then a thin film of amorphous silicon is formed,
The crystallization temperature can be lowered and the time required for crystallization can be reduced. Therefore, a more detailed description will be given on the assumption that this process is used for manufacturing a TFT. As will be described in detail later, since the thin film of the catalyst metal for low-temperature crystallization has the same effect even when formed on amorphous silicon as well as on the substrate, and the same is true for ion implantation. In the present specification, these series of processes will be referred to as "addition of a small amount of catalytic metal for low-temperature crystallization". In addition,
As the low-temperature crystallization catalyst metal, it is useful to use at least one element selected from iron, cobalt, nickel, copper, palladium, silver, and platinum. Elements having the same effect as the material include Group 8 elements Ru, Rh, Os, and Ir.

【0014】まず低温結晶化用触媒金属添加の方法につ
いて説明する。低温結晶化用触媒金属の微量添加は、基
板上に微量な低温結晶化用触媒金属薄膜を成膜し、その
後非晶質珪素を成膜する方法でも、先に非晶質珪素を成
膜し、その上から微量な低温結晶化用触媒金属薄膜を成
膜する方法でも、両者同様に低温化の効果が有り、その
成膜方法はスパッタ法でも、蒸着法でも可能で、成膜方
法は問わないことが判明している。ただし、基板上に微
量な低温結晶化用触媒金属薄膜を成膜する場合、705
9ガラス基板の上から直接微量な低温結晶化用触媒金属
薄膜を成膜するよりは、同基板上に酸化珪素の薄膜を成
膜し、その上に微量な低温結晶化用触媒金属薄膜を成膜
した場合の方が効果がより顕著である。この理由として
考えられることとして、珪素と低温結晶化用触媒金属が
直接接触していることが今回の低温結晶化には重要であ
り、7059ガラスの場合には珪素以外の成分がこの両
者の接触あるいは反応を阻害するのではないかというこ
とが挙げられる。
First, a method of adding a catalytic metal for low-temperature crystallization will be described. A small amount of low-temperature crystallization catalytic metal can be added by forming a small amount of low-temperature crystallization catalytic metal thin film on a substrate and then forming amorphous silicon. However, the method of forming a small amount of a catalytic metal thin film for low-temperature crystallization from above also has the effect of lowering the temperature similarly, and the film formation method can be either a sputtering method or a vapor deposition method. It turns out not. However, when a very small amount of a catalytic metal thin film for low-temperature crystallization is formed on a substrate, 705
9 Rather than forming a very small amount of catalytic metal thin film for low-temperature crystallization on a glass substrate, a thin film of silicon oxide is formed on the substrate and a small amount of catalytic metal thin film for low-temperature crystallization is formed thereon. The effect is more remarkable when the film is formed. One possible reason for this is that direct contact between silicon and the catalyst metal for low-temperature crystallization is important for low-temperature crystallization in this case. In the case of 7059 glass, components other than silicon are in contact with both. Alternatively, the reaction may be inhibited.

【0015】また、微量添加の方法としては、非晶質珪
素の上または下に接して薄膜を形成する以外に、イオン
注入によって低温結晶化用触媒金属を添加してもほぼ同
様の効果が確認された。また、結晶化させんとする非晶
質珪素膜または非単結晶珪素膜の成膜時に、不純物とし
て添加してもよい。
As a method of adding a trace amount, almost the same effect is confirmed by adding a catalytic metal for low-temperature crystallization by ion implantation in addition to forming a thin film in contact with above or below amorphous silicon. Was done. Further, it may be added as an impurity when the amorphous silicon film or the non-single-crystal silicon film to be crystallized is formed.

【0016】低温結晶化用触媒金属の量としては、例え
ばニッケルについては、1×1015atoms/cm3
以上の量の添加において低温化が確認されているが、1
×1021atoms/cm3 以上の添加量においては、
ラマン分光スペクトルのピークの形状が珪素単体の物と
は明らかに異なることから、実際に使用可能であるのは
1×1015atoms/cm3 〜5×1019atoms
/cm3 の範囲であると思われる。また、半導体物性と
して、TFTの活性層に使用することを考えると、この
量を1×1015atoms/cm3 〜2×1019ato
ms/cm3 に抑えることが必要である。
The amount of the low-temperature crystallization catalyst metal is, for example, 1 × 10 15 atoms / cm 3 for nickel.
It has been confirmed that the addition of the above amount lowers the temperature.
At an addition amount of × 10 21 atoms / cm 3 or more,
Since the shape of the peak of the Raman spectroscopy spectrum is clearly different from that of silicon alone, it can be actually used at 1 × 10 15 atoms / cm 3 to 5 × 10 19 atoms.
/ Cm 3 seems to be in the range. Further, considering that the semiconductor material is used for an active layer of a TFT, the amount is set to 1 × 10 15 atoms / cm 3 to 2 × 10 19 atom.
ms / cm 3 .

【0017】続いて、低温結晶化用触媒金属としてニッ
ケルを用いた場合に推測される結晶化機構について説明
を加える。
Next, the crystallization mechanism assumed when nickel is used as the low-temperature crystallization catalyst metal will be described.

【0018】上述の通り、低温結晶化用触媒金属を添加
しない場合には、基板界面等の結晶核からランダムに核
が発生し、その核からの結晶成長も同様にランダムで、
作製方法によっては(110)或いは(111)に比較
的配向した結晶が得られることが報告されており、当然
ながら薄膜全体に渡ってほぼ均一な結晶成長が観測され
る。
As described above, when the low-temperature crystallization catalyst metal is not added, nuclei are randomly generated from crystal nuclei at the substrate interface and the like, and crystal growth from the nuclei is also random.
It has been reported that a crystal having a relatively oriented (110) or (111) orientation can be obtained depending on the production method. Naturally, almost uniform crystal growth is observed over the entire thin film.

【0019】まずこの機構を確認すべく、DSC(示差
走査熱量計)による解析を行った。プラズマCVDで基
板上に成膜した非晶質珪素薄膜を、基板についたまま試
料容器に充填し、一定速度で昇温していった。すると、
およそ700℃前後で明確な発熱ピークが観察され、結
晶化が観測された。この温度は、昇温速度を変えると当
然シフトするが、例えば10℃/minの速度で行った
場合には700.9℃から結晶化が開始した。次に昇温
速度を3種類変えたものを測定し、それらから小沢法に
よって初期核生成後の結晶成長の活性化エネルギーを求
めた。すると、およそ3.04eVという値が得られ
た。また、反応速度式を理論曲線とのフィッティングか
ら求めたところ、無秩序核生成とその成長モデルによっ
て、最も良く説明されることが判明し、基板界面等の結
晶核からランダムに核が発生し、その核からの結晶成長
というモデルの妥当性が確認された。
First, in order to confirm this mechanism, an analysis was performed with a DSC (differential scanning calorimeter). An amorphous silicon thin film formed on a substrate by plasma CVD was filled in a sample container while remaining on the substrate, and the temperature was raised at a constant rate. Then
A clear exothermic peak was observed at about 700 ° C., and crystallization was observed. This temperature naturally shifts when the rate of temperature rise is changed. For example, when the temperature is increased at a rate of 10 ° C./min, crystallization starts at 700.9 ° C. Next, three kinds of heating rates were measured, and the activation energy of crystal growth after initial nucleation was determined by the Ozawa method. Then, a value of about 3.04 eV was obtained. In addition, when the reaction rate equation was obtained from fitting with a theoretical curve, it was found that the reaction was best explained by disorder nucleation and its growth model, and nuclei were generated randomly from crystal nuclei at the substrate interface and the like. The validity of the model of crystal growth from the nucleus was confirmed.

【0020】前述と全く同様の測定を、低温結晶化用触
媒金属を添加したもの、ここでは例としてニッケルを微
量添加したものについても行ってみた。すると、10℃
/minの速度で昇温を行った場合には619.9℃か
ら結晶化が開始し、それら一連の測定から求めた結晶成
長の活性化エネルギーはおよそ1.87eVであって、
結晶成長が容易となっていることが数値的にも明らかと
なった。また、理論曲線とのフィッティングから求めた
反応速度式は、一次元的界面律速のモデルに近く、結晶
成長に一定方向の方向性を有することが示唆された。
The same measurement as described above was performed on a sample to which a catalytic metal for low-temperature crystallization was added, for example, a sample to which a small amount of nickel was added. Then 10 ° C
When the temperature was raised at a rate of / min, crystallization started at 619.9 ° C., and the activation energy of crystal growth determined from a series of these measurements was approximately 1.87 eV,
It has been clarified numerically that the crystal growth is easy. Moreover, the reaction rate equation obtained from the fitting with the theoretical curve was close to a one-dimensional interface rate-determining model, suggesting that the crystal growth has a certain directionality.

【0021】ここで、結晶化開始温度が低温化されるこ
とについては、前述の通り異物の効果として比較的容易
に考えられるのであるが、結晶成長の活性化エネルギー
まで下がった原因は何であろうか。この理由を調べるべ
く、多結晶珪素膜に珪素イオン注入することによって非
晶質化することにより作製した非晶質珪素膜の再結晶化
の活性化エネルギーの測定を前述の方法によって行っ
た。その結果、結晶化開始温度は逆に高温側にシフトし
たものの、結晶成長の活性化エネルギーは約2.3eV
と低下することが判明した。ここで、イオン注入によっ
て作製した非晶質珪素膜においては、膜中に殆ど水素を
含んでいないということを考えると、結晶成長の容易さ
は、結晶部分と非晶質部分との界面における水素脱離の
容易さが律速しているのではないかということが予想さ
れる。この仮説を支持する実験結果として、非晶質珪素
膜のTG−DTA(示差熱─熱重量同時分析)の結果か
ら、結晶化の開始は常に水素脱離が一段落した直後に起
こっており、水素が結晶化を阻害している可能性は非常
に高いものと予想される。ここで今回添加した低温結晶
化用触媒金属と水素との反応について調べてみると、こ
れらはいずれも水素と反応して水素化物を作る際に、発
熱反応を起こす物質である(パラジウムだけは文献によ
っては吸熱反応と示されている)ことが判明した。この
ことは、低温結晶化用触媒金属が水素と結合することに
よって安定化されることを示しており、これらから次の
ような機構により低温化が達成されていると考えられ
る。非晶質珪素中に取り込まれた低温結晶化用触媒金属
は、珪素と直接結合を作っている。ここに温度を加える
と、濃度勾配を均質化するために低温結晶化用触媒金属
の拡散が結晶化に先立って進行するが、その際に水素と
結合しながら拡散し、その結果として珪素との結合が弱
くなって結合が容易に切れやすくなり、膜中のダングリ
ングボンド及び空孔が増加する。結晶化は珪素原子の移
動を伴う必要があるが、ダングリングボンド及び空孔の
増加はそれらを容易にすることが予想され、これらは結
晶化の準備が低い温度において形成されることを意味す
る。その後、核発生が起こるが、この際の活性化エネル
ギーが低温結晶化用触媒金属の微量添加により低減され
る。このことは低温結晶化用触媒金属を添加することに
より、より低温から結晶化が発生していることから自明
であって、この理由としては低温結晶化用触媒金属単体
の異物としての効果あるいは、低温結晶化用触媒金属と
珪素からなる金属間化合物の効果の可能性もあると考え
ている。また、この核発生は低温結晶化用触媒金属の添
加した領域全面についてほぼ同時に発生するため、結果
として結晶成長は面のまま成長するような機構となり、
この場合反応速度式は一次元的界面律速過程となって、
DSCの結果と一致する。その後は結晶核からの結晶成
長が進行するが、その際に水素が結晶部分と非晶質部分
の界面に存在しないために律速過程が変化し、それに伴
って結晶成長に必要な活性化エネルギーは大きく低下す
る。上記機構を説明するためには、結晶化に先立った低
温結晶化用触媒金属の拡散が必要不可欠であるが、これ
については、結晶化が開始する手前までアニールを施し
た試料について、低温結晶化用触媒金属の濃度をSIM
S(二次イオン質量分析法)によって測定したところ、
低温結晶化用触媒金属を直接添加した領域からかなり遠
方の添加していない領域にまで測定限界値以上の低温結
晶化用触媒金属の存在が確認されていることから明らか
であろうと考えられる。
Here, as described above, the fact that the crystallization start temperature is lowered can be considered relatively easily as an effect of foreign matter. What is the cause of the decrease in the activation energy for crystal growth? . In order to investigate the reason, the activation energy for recrystallization of an amorphous silicon film manufactured by injecting silicon ions into a polycrystalline silicon film to make it amorphous was measured by the above-described method. As a result, although the crystallization start temperature was shifted to a higher temperature, the activation energy for crystal growth was about 2.3 eV.
It turned out to be lower. Here, considering that an amorphous silicon film formed by ion implantation hardly contains hydrogen in the film, the easiness of crystal growth depends on hydrogen at the interface between the crystal part and the amorphous part. It is expected that the ease of desorption may be rate-limiting. As an experimental result supporting this hypothesis, from the result of TG-DTA (simultaneous differential thermal analysis / thermogravimetric analysis) of the amorphous silicon film, the start of crystallization always occurs immediately after the desorption of hydrogen has subsided. Is expected to be very likely to be inhibiting crystallization. A study of the reaction between the newly added low-temperature crystallization catalyst metal and hydrogen shows that all of these are substances that cause an exothermic reaction when they react with hydrogen to form hydrides (palladium alone is a literature). Has been shown to be an endothermic reaction). This indicates that the catalyst metal for low-temperature crystallization is stabilized by bonding with hydrogen, and it is considered that the low temperature has been achieved by the following mechanism. The catalytic metal for low-temperature crystallization incorporated in amorphous silicon forms a direct bond with silicon. When temperature is applied, diffusion of the low-temperature crystallization catalyst metal proceeds prior to crystallization in order to homogenize the concentration gradient, but at that time, the catalyst metal diffuses while bonding with hydrogen, and as a result, reacts with silicon. The bond is weakened, the bond is easily broken, and dangling bonds and vacancies in the film increase. Crystallization must involve the migration of silicon atoms, but the increase in dangling bonds and vacancies is expected to facilitate them, which means that crystallization preparations are formed at lower temperatures . After that, nucleation occurs, but the activation energy at this time is reduced by adding a small amount of the catalytic metal for low-temperature crystallization. This is obvious from the fact that crystallization occurs from a lower temperature by adding the catalyst metal for low-temperature crystallization. The reason for this is that the effect of the low-temperature crystallization catalyst metal alone as a foreign substance or We believe that there is also the possibility of the effect of an intermetallic compound consisting of silicon and a catalytic metal for low-temperature crystallization. In addition, since this nucleation occurs almost simultaneously on the entire surface of the region where the low-temperature crystallization catalyst metal is added, the crystal growth has a mechanism of growing as a plane,
In this case, the reaction rate equation is a one-dimensional interface-controlled process,
Consistent with DSC results. After that, crystal growth from the crystal nucleus proceeds, but at that time, the rate-limiting process changes because hydrogen does not exist at the interface between the crystal part and the amorphous part, and the activation energy required for crystal growth is accordingly It greatly decreases. In order to explain the above mechanism, diffusion of the catalytic metal for low-temperature crystallization prior to crystallization is indispensable. For this, for the sample that has been annealed before the start of crystallization, Of the concentration of catalyst metal for SIM
When measured by S (secondary ion mass spectrometry),
It is evident from the fact that the presence of the low-temperature crystallization catalyst metal above the measurement limit was confirmed from the region where the low-temperature crystallization catalyst metal was directly added to the region where the low-temperature crystallization catalyst metal was not added.

【0022】次いで、上記低温結晶化用触媒金属微量添
加によって得られた結晶性珪素膜の結晶形態について説
明を加える。結晶化機構の説明の際にも触れたが、添加
した金属は結晶化温度以下でかなり広い領域に拡散す
る。そしてその結果、これら拡散領域においても結晶化
温度の低温化が達成されている。そして、この直接添加
領域と、その拡散領域においては結晶形態がことなるこ
とが明らかとなった。即ち、直接添加領域は基板に垂直
方向に結晶成長するのに対し、その周辺の拡散領域は結
晶が基板に水平方向に成長する様が確認された。これら
は、いずれも結晶の初期核生成の違いによるものであろ
うと推測している。即ち、直接添加部分は、それらの異
物が結晶核になり、そこから柱状に結晶成長が起こるの
に対し、周辺の拡散領域は、結晶核は前述の縦方向に成
長した直接添加部分であって、そこから成長が始まるた
めに必然的に横方向に成長が起こっているものと解釈さ
れるからである。以下、本明細書において、このように
低温結晶化用触媒金属の直接添加領域から周辺に伸びた
基板に平行な横方向への結晶成長領域を「横成長」領域
と呼ぶことにする。
Next, the crystal morphology of the crystalline silicon film obtained by adding a trace amount of the catalyst metal for low-temperature crystallization will be described. As mentioned in the explanation of the crystallization mechanism, the added metal diffuses into a considerably wide area below the crystallization temperature. As a result, a lower crystallization temperature is achieved also in these diffusion regions. It has been clarified that the crystal morphology is different between the direct addition region and the diffusion region. In other words, it was confirmed that the direct addition region grows crystal in the direction perpendicular to the substrate, while the peripheral diffusion region grows crystal in the direction horizontal to the substrate. It is speculated that all of these may be due to differences in the initial nucleation of crystals. That is, in the directly added portion, the foreign matter becomes a crystal nucleus, and crystal growth occurs in a columnar shape from the foreign nucleus. This is because, in order for growth to start from there, it is inevitably interpreted that growth is occurring in the horizontal direction. Hereinafter, in the present specification, the crystal growth region extending in the lateral direction parallel to the substrate and extending from the direct addition region of the low-temperature crystallization catalyst metal to the periphery is referred to as a “lateral growth” region.

【0023】次に、上記低温結晶化用触媒金属としてニ
ッケルを使用した場合の、ニッケル微量添加部分とその
近傍の横成長部分についての電気特性を説明する。ニッ
ケル微量添加部分の電気特性は、導電率に関してはほぼ
ニッケルを添加していない膜、即ち600℃程度で数十
時間結晶化を行ったものと同程度の値であり、また導電
率の温度依存性から活性化エネルギーを求めたところ、
ニッケルの添加量を前述の様に1017atoms/cm
3 〜1018atoms/cm3 程度とした場合には、ニ
ッケルの準位に起因すると思われる様な挙動は観測され
なかった。即ち、この実験事実からは、上記の濃度であ
ればTFTの活性層等として使用が可能であることが考
察される。
Next, the electrical characteristics of the nickel-added portion and the laterally grown portion in the vicinity thereof when nickel is used as the low-temperature crystallization catalyst metal will be described. The electrical characteristics of the nickel-added portion are substantially the same as those of a film to which nickel is not substantially added, that is, a film which has been crystallized at about 600 ° C. for several tens of hours. When we asked for activation energy from the property,
The amount of nickel added was 10 17 atoms / cm as described above.
When the concentration was set to about 3 to 10 18 atoms / cm 3, no behavior that might be caused by the nickel level was observed. That is, it is considered from this experimental fact that the above-described concentration can be used as an active layer of a TFT or the like.

【0024】それに対し、横成長部分は、導電率がニッ
ケル微量添加部分と比較して1桁以上高く、結晶性を有
する珪素半導体としてはかなり高い値を有していた。こ
のことは、電流のパス方向が結晶の横成長方向と合致し
たため、電極間で電子が通過する間に存在する粒界が少
ないあるいは殆ど無かったことによるものと考えられ、
透過電子線顕微鏡写真の結果と矛盾無く一致する。即
ち、キャリアの移動が針状または柱状に成長した結晶の
粒界に沿ったものとなるので、キャリアは移動しやすい
状態が実現されている、と考えることができる。
On the other hand, the laterally grown portion has a conductivity one order of magnitude higher than that of the nickel-added portion, and has a considerably high value as a crystalline silicon semiconductor. This is considered to be due to the fact that the current path direction coincided with the lateral growth direction of the crystal, so that few or no grain boundaries existed during the passage of electrons between the electrodes.
It is consistent with the result of the transmission electron micrograph. That is, it can be considered that the carrier moves along the grain boundary of the crystal grown in the shape of a needle or a column, so that the carrier can easily move.

【0025】また、図1に示すように100の領域に選
択的にニッケルを珪化ニッケル膜として導入し、しかる
後に非晶質珪素膜104を公知のプラズマCVD法で形
成し、さらに550度、4時間の加熱によって結晶化を
させた場合、ニッケルが導入された領域100では基板
101に垂直な方向に結晶成長が起こり、同時に100
以外の領域においては、矢印105で示すように基板1
01に平行な方向に横方向成長が行われる。そして、こ
の結果結晶性珪素膜が得られる。この結晶性珪素膜中の
ニッケルの濃度をSIMSで測定したところ、以下のよ
うな知見が得られた。
As shown in FIG. 1, nickel is selectively introduced into a region 100 as a nickel silicide film, and thereafter, an amorphous silicon film 104 is formed by a known plasma CVD method. When crystallization is performed by heating for a long time, crystal growth occurs in a direction perpendicular to the substrate 101 in the region 100 into which nickel has been introduced.
In the other region, the substrate 1
Lateral growth occurs in a direction parallel to 01. As a result, a crystalline silicon film is obtained. When the concentration of nickel in the crystalline silicon film was measured by SIMS, the following knowledge was obtained.

【0026】1.ニッケルの濃度分布は、膜の厚さ方向
においてそれ程大きくない。 2.ニッケルが直接導入された領域(例えば、図1でい
うと100の領域)におけるニッケル濃度は、ニッケル
膜の成膜条件に大きく影響される。言い換えるならば、
その領域におけるニッケル濃度の再現性はそれ程高くな
い。 3.基板に平行な方向に結晶成長した領域(ニッケルが
直接導入されていない領域)においては、上記2のニッ
ケルが直接導入された領域よりもその濃度が約1桁以上
小さく、その濃度の再現性は高く得られる。 4.バックグラウンドのニッケル濃度は、1×1017
-3程度であり、SIMSの測定限界とほぼ一致する。
即ち、バックグラウンドのニッケル濃度は、SIMSの
測定限界レベルである1×1017cm-3程度、またはそ
れ以下であるといえる。
1. The concentration distribution of nickel is not so large in the thickness direction of the film. 2. The nickel concentration in the region where nickel is directly introduced (for example, the region 100 in FIG. 1) is greatly affected by the conditions for forming the nickel film. In other words,
The reproducibility of nickel concentration in that region is not so high. 3. In the region where the crystal was grown in the direction parallel to the substrate (the region where nickel was not directly introduced), the concentration was lower by about one digit or more than that in the region where nickel was directly introduced. You can get high. 4. The background nickel concentration is 1 × 10 17 c
m −3, which is almost the same as the measurement limit of SIMS.
That is, it can be said that the background nickel concentration is about 1 × 10 17 cm −3 which is the measurement limit level of SIMS or less.

【0027】例えば、ニッケルが直接導入され、基板に
垂直な方向に結晶成長した領域においては、約2×10
18cm-3の濃度でニッケルが存在している場合、そのニ
ッケルが導入された領域から約40μm離れた基板に平
行な方向に結晶成長した領域、即ち横方向成長が行われ
た領域では、測定されるニッケル濃度は約2×1017
約1桁少ない。上記の例を図4を用いて説明する。図4
に示すのは、プラズマ処理によってNiが添加された領
域(Plasma treated)のNi濃度と、基板に平行な方向に
結晶成長した領域(Lateral growth)のNi濃度と、グラ
ンドレベルであるa-SiのNi濃度である。図4からも分
かるように、基板に平行な方向に結晶成長した領域(Lat
eral growth)のNi濃度は、Niが直接導入された領域
よりもNi濃度が低い。従って、デバイスとして利用す
るには、この基板に平行な方向に結晶成長した領域を利
用することが有用である。
For example, in a region where nickel is directly introduced and a crystal is grown in a direction perpendicular to the substrate, about 2 × 10
In the case where nickel is present at a concentration of 18 cm -3 , measurement was performed in a region where crystal growth was performed in a direction parallel to the substrate at a distance of about 40 μm from the region where nickel was introduced, that is, in a region where lateral growth was performed. The nickel concentration is about 2 × 10 17, which is about an order of magnitude lower. The above example will be described with reference to FIG. FIG.
The Ni concentration in the region (Plasma treated) to which Ni was added by the plasma treatment, the Ni concentration in the region grown in the direction parallel to the substrate (Lateral growth), and the ground level of a-Si This is the Ni concentration. As can be seen from FIG. 4, the region where the crystal was grown in the direction parallel to the substrate (Lat
The Ni concentration of eral growth is lower than that of the region where Ni is directly introduced. Therefore, in order to use the device as a device, it is useful to use a region where crystals have grown in a direction parallel to the substrate.

【0028】直接ニッケルが導入される領域での珪素膜
中でのニッケル濃度を制御することは大変困難であり、
この場合のニッケル濃度は、ニッケル膜(実際には珪化
ニッケル膜)の成膜条件によって大きく変化する。これ
は、この領域(例えば図1の100の領域)でのニッケ
ル濃度が、20Å程度という極めてシビアな膜厚(実際
に測定することは困難であり、成膜レートから概算した
値である)が要求される成膜条件に直接依存するためで
あると考えられる。周知のように、スパッタ法等の成膜
方法で大面積に20Å程度の膜を均一性良く成膜するこ
とは不可能である。従って、その成膜の再現性の悪さが
直接珪素膜中のニッケル濃度に反映するものと考えられ
る。また、このニッケル濃度のバラツキは、このニッケ
ルが直接導入された領域を活性層として形成したTFT
の特性にも直接影響する。即ち、ニッケルが直接導入さ
れた領域(例えば図1の100)を利用してTFTを作
製すると、その特性のバラツキが大きく現れる。これも
極薄膜のニッケル膜の成膜の再現性の悪さに起因するも
のと考えられる。
It is very difficult to control the nickel concentration in the silicon film in the region where nickel is directly introduced.
The nickel concentration in this case greatly changes depending on the conditions for forming the nickel film (actually, the nickel silicide film). This is because the nickel concentration in this region (for example, the region 100 in FIG. 1) is an extremely severe film thickness of about 20 ° (which is difficult to actually measure and is a value estimated from the film formation rate). It is considered that this is because it depends directly on the required film forming conditions. As is well known, it is impossible to form a film of about 20 ° on a large area with uniformity by a film forming method such as a sputtering method. Therefore, it is considered that the poor reproducibility of the film formation directly reflects the nickel concentration in the silicon film. The variation in nickel concentration is caused by the fact that a region in which nickel is directly introduced is formed as an active layer.
Directly affects the properties of That is, when a TFT is manufactured using a region (for example, 100 in FIG. 1) into which nickel is directly introduced, a large variation in its characteristics appears. This is also considered to be due to poor reproducibility of forming an extremely thin nickel film.

【0029】一方、ニッケルが導入された領域から離れ
た領域、即ちニッケルが直接導入された領域から結晶が
基板に平行な方向に横方向成長した領域のニッケル濃度
は、概してニッケルが直接導入された領域よりもその濃
度が小さく(前述のように40μm離れた場所で約1桁
小さい)、さらにそのバラツキが小さくなる傾向が見ら
れた。また、実験によれば、TFTとして満足のいく特
性が得られる活性層中のニッケルの濃度は、SIMSの
測定限界以下(1×1017cm-3以下)〜2×1019
-3程度であることが分かっているが、基板に平行に結
晶成長した領域においては、直接のニッケルの導入量
(ニッケルが導入された領域、例えば領域100におけ
る珪素膜104中のニッケル濃度)に係わらず、上記所
定のニッケル濃度が比較的安定して得られることが判明
している。即ち、ニッケルが導入された領域から基板に
平行に結晶成長した領域を利用してTFTを形成する
と、極めて再現性良くTFTを得ることができる。
On the other hand, the nickel concentration in the region away from the region where nickel was introduced, that is, the region where the crystal grew laterally in a direction parallel to the substrate from the region where nickel was directly introduced, was generally such that nickel was directly introduced. The density was smaller than that of the region (about one digit smaller at a position separated by 40 μm as described above), and the variation tended to be smaller. Further, according to experiments, the concentration of nickel in the active layer at which satisfactory characteristics as a TFT is obtained is lower than the SIMS measurement limit (1 × 10 17 cm −3 or less) to 2 × 10 19 c.
Although it is known to be about m −3 , in the region where the crystal is grown in parallel with the substrate, the direct amount of nickel introduced (the region where nickel is introduced, for example, the nickel concentration in the silicon film 104 in the region 100). Regardless, it has been found that the above-mentioned predetermined nickel concentration can be obtained relatively stably. That is, when a TFT is formed using a region where crystal growth is performed in parallel with the substrate from a region where nickel is introduced, the TFT can be obtained with extremely high reproducibility.

【0030】さらにまた、上記ニッケル濃度の範囲内の
領域を選ぶこと、あるいは所定の領域(但しニッケルが
直接導入される100で示される領域は不可)のニッケ
ル濃度を上記範囲内にすることも容易であることが確認
されている。例えば、所定のニッケル濃度を有する領域
を選ぶには、ニッケルが導入された領域からの距離を設
定することでニッケルを所定の濃度とすることができ
る。但しこの場合、必要とする珪素膜の結晶性が得られ
ることが条件となる。
Furthermore, it is easy to select a region within the above-mentioned range of nickel concentration, or to make the nickel concentration of a predetermined region (but not the region indicated by 100 into which nickel is directly introduced) within the above-mentioned range. Has been confirmed. For example, in order to select a region having a predetermined nickel concentration, nickel can be set to a predetermined concentration by setting a distance from a region where nickel is introduced. However, in this case, the condition is that the required crystallinity of the silicon film is obtained.

【0031】また、この基板に平行に結晶成長した領域
におけるニッケル濃度を制御するには、結晶化の条件
(主に加熱時間と加熱温度)を制御することによっても
行え、その制御は、ニッケルが直接導入された領域にお
けるニッケル濃度を制御するのに比較して極めて容易で
ある。
The nickel concentration in the region where the crystal has grown in parallel with the substrate can also be controlled by controlling the crystallization conditions (mainly, the heating time and the heating temperature). It is much easier to control the nickel concentration in the directly introduced region.

【0032】以上のように、結晶化のための触媒元素が
添加された領域から基板に平行に結晶成長した領域、即
ち横方向成長領域を半導体装置に利用することは、 (1) 結晶の配向性を積極的に利用でき、高移動度を
有するキャリアを利用できる。 (2) 結晶化のための触媒材料の濃度が低い領域を利
用できる。 (3) 上記(2)の領域が再現性良く得られる。 (4) 結晶化のための触媒材料の濃度を容易に制御す
ることができる。 という点で有用である。
As described above, the use of a region in which a crystal element is grown in parallel with a substrate from a region to which a catalytic element for crystallization is added, that is, a laterally grown region, in a semiconductor device is as follows. And the carrier having high mobility can be used. (2) A region where the concentration of the catalyst material for crystallization is low can be used. (3) The region of (2) can be obtained with good reproducibility. (4) The concentration of the catalyst material for crystallization can be easily controlled. This is useful in that respect.

【0033】では最後に、上述の各種特性を踏まえた上
でTFTに応用する方法について説明する。ここでTF
Tの応用分野としてはTFTを画素の駆動に用いるアク
ティブマトリックス型液晶表示装置を想定するものとす
る。
Finally, a method of applying the present invention to a TFT based on the above various characteristics will be described. Where TF
As an application field of T, an active matrix type liquid crystal display device using TFTs for driving pixels is assumed.

【0034】前述の様に、最近の大画面のアクティブマ
トリックス型液晶表示装置においては、ガラス基板の縮
みを抑えることが重要であるが、本発明の低温結晶化用
触媒金属微量添加プロセスを用いることにより、ガラス
の歪み点に比較して十分に低い温度で結晶化が可能であ
り、特に好適である。本発明を用いれば、従来非晶質珪
素を用いていた部分を、低温結晶化用触媒金属を微量添
加し、500〜550℃程度で4時間程度結晶化させる
ことにより、結晶性を有する珪素に置き換えることが容
易に可能である。勿論、デザインルール等をそれ相応に
変更する必要はあるが、装置、プロセス共従来の物で十
分に対応可能であり、そのメリットは大きいものと考え
られる。
As described above, in a recent large-screen active matrix type liquid crystal display device, it is important to suppress the shrinkage of the glass substrate. Thereby, crystallization can be performed at a temperature sufficiently lower than the strain point of glass, which is particularly preferable. According to the present invention, a portion where amorphous silicon is conventionally used is converted into silicon having crystallinity by adding a trace amount of a catalyst metal for low-temperature crystallization and crystallizing it at about 500 to 550 ° C. for about 4 hours. It is easily possible to replace it. Of course, it is necessary to change the design rules and the like accordingly. However, it is considered that the conventional apparatus and process can sufficiently cope with this, and the merits thereof are considered to be great.

【0035】しかも、今回の発明を用いれば、画素に用
いるTFTと、周辺回路のドライバーを形成するTFT
とを、それぞれ特性に応じた結晶形態を利用して作り分
けることも可能であり、アクティブ型液晶表示装置への
応用に特にメリットが多い。画素に用いるTFTは、そ
れほどのモビリティは必要とされておらず、それよりは
オフ電流が小さいことの方がメリットが大きい。そこで
本発明を用いる場合には、画素に用いるTFTとなるべ
き領域に直接低温結晶化用触媒金属微量添加を行うこと
によって、結晶を縦方向に成長させ、その結果チャネル
方向に粒界を多数形成してオフ電流を低下させることが
可能である。それに対して、周辺回路のドライバーを形
成するTFTは、今後ワークステーションへの応用等を
考えた場合には、非常に高いモビリティが必要である。
そこで本発明を応用する場合には、周辺回路のドライバ
ーを形成するTFTの近傍に低温結晶化用触媒金属の微
量添加を行い、そこから一方向(基板に平行な方向)に
結晶を成長させ、その結晶成長方向をチャネルの電流の
パス方向と揃えることにより、非常に高い移動度を有す
るTFTを作製することが可能である。
Further, according to the present invention, a TFT used for a pixel and a TFT forming a driver of a peripheral circuit are used.
Can be separately formed by using crystal forms according to the characteristics, which is particularly advantageous in application to an active liquid crystal display device. A TFT used for a pixel does not require much mobility, and a smaller off-state current has a greater advantage. Therefore, when the present invention is used, a small amount of catalyst metal for low-temperature crystallization is directly added to a region to be a TFT to be used for a pixel, whereby the crystal is grown in a vertical direction, and as a result, many grain boundaries are formed in a channel direction. As a result, the off-state current can be reduced. On the other hand, the TFT forming the driver of the peripheral circuit needs very high mobility in consideration of application to a workstation in the future.
Therefore, when applying the present invention, a small amount of a low-temperature crystallization catalyst metal is added near a TFT forming a driver of a peripheral circuit, and a crystal is grown in one direction (a direction parallel to the substrate) from there. By aligning the crystal growth direction with the path direction of the channel current, a TFT having extremely high mobility can be manufactured.

【0036】また、画像情報や光信号を取扱うためのセ
ンサーをガラス基板上に集積化した装置が知られてい
る。例えば、集積化されたイメージセンサー等が知られ
ている。このような装置において、可視光を検出するの
であれば、分光感度の点から、非晶質珪素(a−Si)
を用いることが好ましい。しかし、駆動回路部分には高
速動作が要求されるスイッチング素子が必要とされるの
で、駆動回路部分の素子例えばTFTを非晶質珪素膜で
構成するのは好ましくない。このような場合、上記の高
移動度TFTを利用するのが有用である。例えば、セン
サー部分には、非晶質珪素膜を利用したフォトダイオー
ドやフォトトランジスタを形成し、周辺回路部分は、本
発明の結晶性珪素膜を利用してトランジスタを形成す
る。そしてこれらの回路を同一基板(例えばガラス基
板)上に集積化されて作り分けられる構成とすることが
できる。
There is also known an apparatus in which sensors for handling image information and optical signals are integrated on a glass substrate. For example, an integrated image sensor and the like are known. In such an apparatus, if visible light is to be detected, amorphous silicon (a-Si) should be used in terms of spectral sensitivity.
It is preferable to use However, since a switching element that requires high-speed operation is required in the drive circuit portion, it is not preferable to form an element in the drive circuit portion, for example, a TFT with an amorphous silicon film. In such a case, it is useful to use the high mobility TFT described above. For example, a photodiode or a phototransistor using an amorphous silicon film is formed in the sensor portion, and a transistor is formed in the peripheral circuit portion using the crystalline silicon film of the present invention. Then, these circuits can be integrated on the same substrate (for example, a glass substrate) and separately formed.

【0037】即ち、本発明を利用するならば、所定の領
域に結晶性珪素膜の領域と非晶質珪素膜の領域を作り分
けることができ、しかも横方向に結晶成長した結晶性珪
素膜の領域を利用することで、キャリアが高速で移動で
きるデバイスを形成することができる。上記のような有
用性は、液晶表示装置やセンサー等に限らず、広く基板
上に集積化された半導体装置に利用することができる。
即ち、基板上に薄膜半導体を利用したトランジスタやダ
イオード、さらには抵抗やキャパシタを集積化した装置
に利用することができる。
That is, if the present invention is used, a crystalline silicon film region and an amorphous silicon film region can be separately formed in a predetermined region, and the crystalline silicon film grown in the lateral direction can be formed separately. By using the region, a device in which carriers can move at high speed can be formed. The above-described usefulness can be used not only for a liquid crystal display device and a sensor, but also for a semiconductor device widely integrated on a substrate.
That is, the present invention can be used for a transistor or a diode using a thin film semiconductor on a substrate, or for a device in which a resistor or a capacitor is integrated.

【0038】[0038]

【作用】珪素を結晶化させるために導入される触媒作用
を有する8族の元素を中心とした微量元素を導入した領
域から、基板に対して平行な方向に針状あるいは柱状に
結晶成長を行わせ、該結晶成長領域を用いてTFT等の
活性層を構成することによって、微量元素が導入された
領域よりもその濃度が少ない領域を活性層として利用す
ることができ、前記微量元素の影響を受けないデバイス
を得ることができる。
The crystal growth is carried out in the direction parallel to the substrate in the form of needles or columns from a region into which a trace element, mainly a group 8 element having a catalytic action introduced to crystallize silicon, is introduced. However, by forming an active layer such as a TFT using the crystal growth region, a region having a lower concentration than the region into which the trace element is introduced can be used as the active layer, and the influence of the trace element can be reduced. You can get a device that does not receive it.

【0039】また、デバイスの形成に際して、針状ある
いは柱状に結晶成長した結晶性珪素膜の結晶成長方向に
合わせてキャリアが流れるように設定することで、デバ
イスの特性を高めることができる。さらにこの領域は、
前記微量元素の濃度が低く、またその濃度を容易に制御
できるので、必要とする特性を有するデバイスを再現性
良く得ることができる。
In forming the device, the characteristics of the device can be improved by setting the carriers to flow in accordance with the crystal growth direction of the crystalline silicon film grown in a needle or column shape. In addition, this area
Since the concentration of the trace element is low and the concentration can be easily controlled, a device having required characteristics can be obtained with good reproducibility.

【0040】[0040]

【実施例】以下の実施例においては、ニッケルを結晶化
のための触媒として用いた例を示すが、他の8族の元素
を用いる場合、さらにはニッケルと同様な効果を期待で
きるCuやAgを利用した場合でも、基本的に以下の実
施例におけるニッケルの代わりに用いることができる。
またその導入方法も、それらの元素またはその元素を含
む薄膜を、非単結晶珪素膜の上面に成膜する方法、8族
の元素をイオンドーピングまたはイオン注入によって非
単結晶珪素膜中に添加する方法、非晶質珪素膜の成膜時
に混入させる方法でよい。そしてこの時、その濃度が珪
素膜中において、2×1019cm-3以下となるようにすれ
ばよい。
EXAMPLES In the following examples, examples are shown in which nickel is used as a catalyst for crystallization. However, when other Group VIII elements are used, Cu and Ag which can be expected to have the same effect as nickel can be obtained. Can be basically used instead of nickel in the following embodiments.
In addition, a method of introducing these elements or a thin film containing the elements is formed on the upper surface of the non-single-crystal silicon film, and an element of Group 8 is added to the non-single-crystal silicon film by ion doping or ion implantation. Or a method of mixing the amorphous silicon film at the time of film formation. At this time, the concentration may be set to 2 × 10 19 cm −3 or less in the silicon film.

【0041】〔実施例1〕本実施例は、ガラス基板上に
結晶性珪素膜を用いたPチャネル型TFT(PTFTと
いう)とNチャネル型TFT(NTFTという)とを相
補型に組み合わせた回路を形成する例である。本実施例
の構成は、アクティブ型の液晶表示装置の画素電極のス
イッチング素子や周辺ドライバー回路、さらにはイメー
ジセンサやその他集積回路に利用することができる。
[Embodiment 1] In this embodiment, a circuit in which a P-channel TFT (referred to as PTFT) using a crystalline silicon film on a glass substrate and an N-channel TFT (referred to as NTFT) are combined in a complementary manner. It is an example of forming. The configuration of this embodiment can be used for a switching element of a pixel electrode and a peripheral driver circuit of an active type liquid crystal display device, as well as an image sensor and other integrated circuits.

【0042】図1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)101上にスパ
ッタリング法によって厚さ2000Åの酸化珪素の下地
膜102を形成する。つぎにメタルマスクまたは酸化珪
素膜等によって形成されたマスク103を設ける。この
マスク103は、スリット状に下地膜102を100で
示す領域において露呈させる。即ち、図1(A)の状態
を上面から見ると、スリット状に下地膜102は露呈し
ており、他ぼ部分はマスクされている状態となってい
る。
FIG. 1 is a sectional view showing a manufacturing process of this embodiment. First, a 2000-nm-thick silicon oxide base film 102 is formed on a substrate (Corning 7059) 101 by a sputtering method. Next, a mask 103 formed of a metal mask, a silicon oxide film, or the like is provided. The mask 103 exposes the base film 102 in a slit shape in a region indicated by 100. That is, when the state of FIG. 1A is viewed from above, the base film 102 is exposed in a slit shape, and the other portions are masked.

【0043】上記マスク103を設けた後、スパッタリ
ング法によって、厚さ5〜200Å、例えば20Åの珪
化ニッケル膜(化学式NiSix 、0.4≦x≦2.
5、例えば、x=2.0)を100の領域に選択的に成
膜する。この珪化ニッケル膜を成膜するのは、VIII族
(8族)元素であるニッケルを結晶化のための触媒元素
として用いるためである。
[0043] After providing the mask 103, by sputtering, the thickness 5~200A, e.g. 20Å of nickel silicide film (chemical formula NiSi x, 0.4 ≦ x ≦ 2 .
5, for example, x = 2.0) is selectively formed in 100 regions. The nickel silicide film is formed because nickel, which is a group VIII (group 8) element, is used as a catalyst element for crystallization.

【0044】つぎに、プラズマCVD法によって、厚さ
500〜1500Å、例えば1000Åの真性(I型)
の非晶質珪素膜104を成膜する。そして、これを水素
還元雰囲気下(好ましくは、水素の分圧が0.1〜1気
圧),550℃、または不活性雰囲気化(大気圧),5
50℃、で4時間アニールして結晶化させる。この際、
珪化ニッケル膜が選択的に成膜された100の領域にお
いては、基板101に対して垂直方向に結晶性珪素膜1
04の結晶化が起こる。そして、領域100以外の領域
では、矢印105で示すように、領域100から横方向
(基板と平行な方向)に結晶成長が行われる。
Next, an intrinsic (I type) film having a thickness of 500 to 1500 °, for example, 1000 ° is formed by a plasma CVD method.
Is formed. Then, the mixture is placed in a hydrogen reducing atmosphere (preferably, a partial pressure of hydrogen is 0.1 to 1 atm) at 550 ° C. or in an inert atmosphere (atmospheric pressure).
Anneal at 50 ° C. for 4 hours to crystallize. On this occasion,
In a region of 100 where the nickel silicide film is selectively formed, the crystalline silicon film 1 is perpendicular to the substrate 101.
Crystallization of 04 occurs. Then, in a region other than the region 100, as shown by an arrow 105, crystal growth is performed in a lateral direction (a direction parallel to the substrate) from the region 100.

【0045】そしてこの結晶化を助長させ、さらに緻密
な結晶性珪素膜を得るために、上記加熱アニールの後に
ランプ加熱によるアニールを行う。このアニールは、
1.2μmの赤外光を用いて行う。また、このアニール
の時間は5分以内とする。赤外光は、珪素には効率良く
吸収され、珪素の膜質改善には大きな効果を得ることが
できる。一方、ガラス基板には吸収されにくいので、珪
素に対して選択的にエネルギーを与えるとともに、ガラ
ス基板はあまり加熱しないという有意性が得られる。こ
のランプ加熱によるアニールに用いられる光としては、
タングステンハロゲンランプ光(波長0.5μm〜3.
5μm)等を用いることができる。このランプ加熱によ
るアニールによって、緻密な結晶性珪素膜を得ることが
できる。また、上記ランプ加熱の代わりにレーザー光を
用いたアニールを行うことも可能である。
Then, in order to promote the crystallization and obtain a more dense crystalline silicon film, annealing by lamp heating is performed after the above-mentioned heating annealing. This annealing
This is performed using infrared light of 1.2 μm. The annealing time is set to 5 minutes or less. Infrared light is efficiently absorbed by silicon, and a great effect can be obtained in improving the film quality of silicon. On the other hand, since it is difficult to be absorbed by the glass substrate, there is obtained a significance that energy is selectively given to silicon and the glass substrate is not heated much. Light used for annealing by lamp heating includes:
Tungsten halogen lamp light (wavelength: 0.5 μm to 3.
5 μm) can be used. By this annealing by lamp heating, a dense crystalline silicon film can be obtained. Further, annealing using laser light can be performed instead of the lamp heating.

【0046】また、上記ランプ加熱によるアニールを行
った結晶性珪素膜と、上記ランプ加熱を行わなかった場
合の結晶性珪素膜とでNチャネル型TFTをそれぞれ形
成し、その移動度を測定したところ、平均で約20%の
向上が見られた。これは、上記ランプ加熱による結晶性
の改善、特に膜中の欠陥を大きく減少できたことによる
ものと考えられる。
Further, an N-channel TFT was formed of the crystalline silicon film annealed by the lamp heating and the crystalline silicon film without the lamp heating, and the mobility was measured. An average improvement of about 20% was observed. This is considered to be because the crystallinity was improved by the above-described lamp heating, and in particular, defects in the film could be greatly reduced.

【0047】上記工程の結果、非晶質珪素膜を結晶化さ
せて、結晶性珪素膜104を得ることができる。その
後、素子間分離を行い、TFTのソース/ドレイン領
域、チャネル形成領域が形成される活性層の領域を確定
する。本実施例においては、約40μm以上にわたって
基板に平行な方向への結晶成長(横方向成長)が見られ
たので、それぞれの活性層の長さ(ソース/ドレイン方
向の長さ)を40μmとした。この場合、チャネルの中
心とニッケルが導入された位置との距離は約20μmと
なるが、この距離を設定することで、活性層中(特にチ
ャネル形成領域)でのニッケルの濃度を選択することが
できる。
As a result of the above steps, the crystalline silicon film 104 can be obtained by crystallizing the amorphous silicon film. After that, isolation between elements is performed, and a region of the active layer where a source / drain region of the TFT and a channel formation region are formed is determined. In the present embodiment, crystal growth (lateral growth) in a direction parallel to the substrate was observed over about 40 μm, so the length of each active layer (length in the source / drain direction) was set to 40 μm. . In this case, the distance between the center of the channel and the position where nickel is introduced is about 20 μm. By setting this distance, the concentration of nickel in the active layer (particularly, the channel formation region) can be selected. it can.

【0048】つぎに、スパッタリング法によって厚さ1
000Åの酸化珪素膜106をゲイト絶縁膜として成膜
する。スパッタリングには、ターゲットとして酸化珪素
を用い、スパッタリング時の基板温度は200〜400
℃、例えば350℃、スパッタリング雰囲気は酸素とア
ルゴンで、アルゴン/酸素=0〜0.5、例えば0.1
以下とする。
Next, a thickness of 1
A silicon oxide film 106 having a thickness of Å is formed as a gate insulating film. For sputtering, silicon oxide was used as a target, and the substrate temperature during sputtering was 200 to 400.
° C, for example, 350 ° C, the sputtering atmosphere is oxygen and argon, and argon / oxygen = 0 to 0.5, for example, 0.1
The following is assumed.

【0049】この工程の後、先程のランプ加熱によるア
ニールを再度行う。これは、酸化珪素膜より成るゲイト
絶縁膜106と結晶性珪素膜104との界面特性を改善
するためである。勿論、このランプ加熱のアニールによ
っても結晶性珪素膜104の結晶性はさらに改善され
る。周知のように、絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ
のゲイト絶縁膜とチャネル形成領域(図1においては、
112と115がチャネル形成領域となる結晶性珪素膜
部分である)との界面特性を改善すること、具体的に
は、その領域における欠陥や準位を極力低減させること
は重要である。よって、このゲイト絶縁膜106の形成
後に行われるランプ加熱によるアニールは大きな効果を
得ることができる。また、ランプ加熱の代わりにレーザ
ー光の照射によるアニールを行ってもよい。
After this step, the annealing by the lamp heating is performed again. This is to improve the interface characteristics between the gate insulating film 106 made of a silicon oxide film and the crystalline silicon film 104. Needless to say, the crystallinity of the crystalline silicon film 104 is further improved by the lamp heating annealing. As is well known, a gate insulating film and a channel formation region of an insulated gate field effect transistor (in FIG. 1,
It is important to improve the interface characteristics with the crystalline silicon film portions 112 and 115 serving as channel formation regions), specifically, to reduce defects and levels in those regions as much as possible. Therefore, annealing by lamp heating performed after the formation of the gate insulating film 106 can provide a great effect. Further, annealing by laser light irradiation may be performed instead of lamp heating.

【0050】つぎに、スパッタリング法によって、厚さ
6000〜8000Å、例えば6000Åのアルミニウ
ム(0.1〜2%のシリコンを含む)を成膜する。そし
て、パターニングを行い、ゲイト電極107、109を
形成する。さらに、このアルミニウムの電極の表面を陽
極酸化して、表面に酸化物層108、110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った。得られた酸化物層10
8、110の厚さは2000Åであった。なお、この酸
化物108と110とは、後のイオンドーピング工程に
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。勿論このゲイト電極は、珪素を主
成分とするもの、さらには珪素と金属とのシリサイドを
有するもの、金属を主成分とするもの、珪素と金属との
積層を有する構造であってもよい。
Next, aluminum (containing 0.1 to 2% of silicon) having a thickness of 6000 to 8000, for example, 6000, is formed by a sputtering method. Then, patterning is performed to form gate electrodes 107 and 109. Further, the surface of the aluminum electrode is anodized to form oxide layers 108 and 110 on the surface. This anodization was performed in an ethylene glycol solution containing tartaric acid at 1 to 5%. Obtained oxide layer 10
8,110 had a thickness of 2000 mm. Since the oxides 108 and 110 have a thickness for forming an offset gate region in a later ion doping process, the length of the offset gate region can be determined in the anodic oxidation process. Of course, the gate electrode may have a structure containing silicon as a main component, a material having a silicide of silicon and a metal, a material having a metal as a main component, or a structure having a stack of silicon and a metal.

【0051】次に、イオンドーピング法(イオン注入
法)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)に一導電型を付与する不純物を添加す
る。このドーピング工程において、ゲイト電極107と
その周囲の酸化層108、ゲイト電極109とその周囲
の酸化層110をマスクとして不純物(燐およびホウ
素)を注入する。ドーピングガスとして、フォスフィン
(PH3 )およびジボラン(B2 6 )を用い、前者の
場合は、加速電圧を60〜90kV、例えば80kV、
後者の場合は、40〜80kV、例えば65kVとす
る。ドース量は1×10 15〜8×1015cm-2、例え
ば、燐を2×1015cm-2、ホウ素を5×1015とす
る。ドーピングに際しては、一方の領域をフォトレジス
トで覆うことによって、それぞれの元素を選択的にドー
ピングする。この結果、N型の不純物領域114と11
6、P型の不純物領域111と113が形成され、Pチ
ャネル型TFT(PTFT)の領域とNチャネル型TF
T(NTFT)との領域を形成することができる。
Next, the ion doping method (ion implantation)
Method), the active layer regions (source / drain, channel
The impurity that gives one conductivity type to
You. In this doping step, the gate electrode 107 and
Oxide layer 108, gate electrode 109 and its surroundings
Impurities (phosphorus and boron) using oxide layer 110 of
Element). Phosphine as doping gas
(PHThree) And diborane (BTwoH6) Using the former
In this case, the acceleration voltage is set to 60 to 90 kV, for example, 80 kV,
In the latter case, it is 40 to 80 kV, for example, 65 kV.
You. Dose amount is 1 × 10 Fifteen~ 8 × 10Fifteencm-2,example
If phosphorus is 2 × 10Fifteencm-2, Boron 5 × 10FifteenToss
You. During doping, one region is photoresist
Covering each element selectively
Ping. As a result, N-type impurity regions 114 and 11
6, P-type impurity regions 111 and 113 are formed,
Channel type TFT (PTFT) region and N-channel type TF
A region with T (NTFT) can be formed.

【0052】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行う。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ショット照射する。このレーザー光
の照射時に基板を200〜450℃程度に加熱すること
は有用である。このレーザアニール工程において、先に
結晶化された領域にはニッケルが拡散しているので、こ
のレーザー光の照射によって、再結晶化が容易に進行
し、P型を付与する不純物がドープされた不純物領域1
11と113、さらにはNを付与する不純物がドープさ
れた不純物領域114と116は、容易に活性化させる
ことができる。
After that, annealing is 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 is irradiated. It is useful to heat the substrate to about 200 to 450 ° C. at the time of this laser light irradiation. In this laser annealing step, nickel is diffused in the previously crystallized region, so that the laser light irradiation facilitates recrystallization, and the impurity doped with an impurity imparting a P-type. Area 1
The impurity regions 11 and 113 and the impurity regions 114 and 116 doped with an impurity for imparting N can be easily activated.

【0053】またこのソース/ドレイン領域のアニール
方法として、前述のランプ加熱によるアニール方法も有
効である。このランプ加熱(例えば1.2μmの赤外光
を用いる)は前述のように、珪素を選択的に加熱するの
で、ガラス基板の加熱を極力避けたい本実施例のような
工程には有用である。
As an annealing method for the source / drain regions, the above-described annealing method using lamp heating is also effective. Since the lamp heating (for example, using infrared light of 1.2 μm) selectively heats silicon as described above, it is useful for a process like this embodiment in which heating of the glass substrate is to be avoided as much as possible. .

【0054】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜11
8を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成
し、これにコンタクトホールを形成して、金属材料、例
えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってTF
Tの電極・配線117、120、119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を相補型に構成した半導体回路を完成
する。(図1(D))
Subsequently, a silicon oxide film 11 having a thickness of 6000.degree.
8 is formed as an interlayer insulator by a plasma CVD method, a contact hole is formed therein, and a metal material, for example, TF is formed by a multilayer film of titanium nitride and aluminum.
T electrodes / wirings 117, 120 and 119 are formed. Finally, annealing is performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere at 1 atm to complete a semiconductor circuit in which the TFTs are configured to be complementary. (Fig. 1 (D))

【0055】上記に示す回路は、PTFTとNTFTと
を相補型に設けたCMOS構造であるが、上記工程にお
いて、2つのTFTを同時に作り、中央で切断すること
により、独立したTFTを2つ同時に作製することも可
能である。
The circuit shown above has a CMOS structure in which a PTFT and an NTFT are provided in a complementary manner. In the above-described process, two TFTs are formed at the same time and cut at the center so that two independent TFTs are formed at the same time. It is also possible to produce.

【0056】図2に、図1(D)を上面から見た概要を
示す。図2における符号は図1の符号に対応する。図2
に示すように結晶化の方向は矢印105で示す方向であ
り、ソース/ドレイン領域の方向(ソース領域とドレイ
ン領域を結んだ線方向)に結晶成長が行われている。こ
の構成のTFTの動作時において、キャリアはソース/
ドレイン間を針状あるいは柱状に成長した結晶に沿って
移動する。即ちキャリアは針状あるいは柱状の結晶の結
晶粒界に沿って移動する。従って、キャリアが移動する
際に受ける抵抗を低減することができ、高移動度を有す
るTFTを得ることができる。
FIG. 2 shows an outline of FIG. 1D viewed from above. The reference numerals in FIG. 2 correspond to those in FIG. FIG.
As shown in (1), the direction of crystallization is the direction shown by the arrow 105, and the crystal is grown in the direction of the source / drain region (the line direction connecting the source region and the drain region). At the time of operation of the TFT having this configuration, the carrier is the source /
It moves along the crystal grown in a needle or column shape between the drains. That is, the carriers move along the crystal grain boundaries of needle-like or columnar crystals. Therefore, the resistance received when carriers move can be reduced, and a TFT having high mobility can be obtained.

【0057】本実施例においては、ニッケルを導入する
方法として、非晶質珪素膜104下の下地膜102上に
選択的にニッケルを珪化ニッケル薄膜(極めて薄いの
で、膜として観察することは困難である)として形成
し、この部分から結晶成長を行わす方法を採用したが、
非晶質珪素膜104を形成後に、選択的に珪化ニッケル
膜を成膜する方法でもよい。即ち、結晶成長は非晶質珪
素膜の上面から行ってもよいし、下面から行ってもよ
い。またニッケルの導入方法としては、ニッケルを含む
電極を用いてプラズマ処理を行い、微量なニッケルを付
着させる方法を用いてもよい。また、予め非晶質珪素膜
を成膜し、さらにイオンドーピング法やイオンインプラ
テーション(イオン注入法)を用いて、ニッケルイオン
をこの非晶質珪素膜104中に選択的に注入する方法を
採用してもよい。この場合は、ニッケル元素の濃度を制
御することができるという特徴を有する。
In the present embodiment, as a method for introducing nickel, nickel is selectively deposited on the underlying film 102 under the amorphous silicon film 104 by nickel thin film of nickel silicide (it is extremely thin, so it is difficult to observe nickel as a film. There is a method that forms a crystal growth from this part,
After forming the amorphous silicon film 104, a method of selectively forming a nickel silicide film may be used. That is, crystal growth may be performed from the upper surface of the amorphous silicon film or from the lower surface. As a method for introducing nickel, a method in which plasma treatment is performed using an electrode containing nickel to attach a small amount of nickel may be used. In addition, a method is employed in which an amorphous silicon film is formed in advance, and nickel ions are selectively implanted into the amorphous silicon film 104 by ion doping or ion implantation (ion implantation). May be. This case has a feature that the concentration of the nickel element can be controlled.

【0058】〔実施例2〕本実施例は、アクティブ型の
液晶表示装置において、Nチャネル型TFTをスイッチ
ング素子として各画素に設けた例である。以下において
は、一つの画素について説明するが、他に多数(一般に
は数十万)の画素が同様な構造で形成される。また、N
チャネル型ではなくPチャネル型でもよいことはいうま
でもない。また、液晶表示装置の画素部分に設けるので
はなく、周辺回路部分にも利用できる。また、イメージ
センサや他の集積回路に利用することができる。即ち薄
膜トランジタと利用するのであれば、特にその用途が限
定されるものではない。
[Embodiment 2] This embodiment is an example in which an N-channel TFT is provided in each pixel as a switching element in an active liquid crystal display device. Hereinafter, one pixel will be described, but a large number (generally, hundreds of thousands) of other pixels are formed in a similar structure. Also, N
It goes without saying that a P-channel type may be used instead of a channel type. Further, it can be used not only for the pixel portion of the liquid crystal display device but also for the peripheral circuit portion. Further, it can be used for an image sensor and other integrated circuits. That is, as long as it is used as a thin film transistor, its use is not particularly limited.

【0059】本実施例の作製工程の概略を図3に示す。
本実施例において、基板201としてはコーニング70
59ガラス基板(厚さ1.1mm、300×400m
m)を使用した。まず、下地膜203(酸化珪素)をス
パッタリング法で2000Åの厚さに形成する。この後
選択的にニッケルを導入するために、メタルマスクや酸
化珪素膜、またはフォトレジスト等により、マスク20
3を形成する。そして、スパッタリング法により珪化ニ
ッケル膜を成膜する。この珪化ニッケル膜は、スパッタ
リング法によって、厚さ5〜200Å、例えば20Åの
厚さに形成する。この珪化ニッケル膜は、化学式NiS
x 、0.4≦x≦2.5、例えば、x=2.0で示さ
れる。このようにして、選択的に領域204に珪化ニッ
ケル膜が形成される。
FIG. 3 shows an outline of the manufacturing process of this embodiment.
In this embodiment, the substrate 201 is Corning 70
59 glass substrate (1.1 mm thick, 300 × 400 m
m) was used. First, a base film 203 (silicon oxide) is formed to a thickness of 2000 ° by a sputtering method. Thereafter, in order to selectively introduce nickel, a mask 20 is formed using a metal mask, a silicon oxide film, a photoresist, or the like.
Form 3 Then, a nickel silicide film is formed by a sputtering method. This nickel silicide film is formed to a thickness of 5 to 200 °, for example, 20 ° by a sputtering method. This nickel silicide film has the chemical formula NiS
i x, 0.4 ≦ x ≦ 2.5 , for example, represented by x = 2.0. Thus, a nickel silicide film is selectively formed in the region 204.

【0060】この後、LPCVD法もしくはプラズマC
VD法で非晶質珪素膜205を1000Åの厚さに形成
し、400℃で1時間脱水素化を行った後、加熱アニー
ルによって結晶化を行う。このアニール工程は、水素還
元雰囲気下(好ましくは、水素の分圧が0.1〜1気
圧)、550℃で4時間行った。またこの加熱アニール
工程を窒素等の不活性雰囲気中で行ってもよい。
Thereafter, LPCVD or plasma C
An amorphous silicon film 205 is formed to a thickness of 1000 ° by a VD method, dehydrogenated at 400 ° C. for 1 hour, and then crystallized by heat annealing. This annealing step was performed at 550 ° C. for 4 hours under a hydrogen reducing atmosphere (preferably, a partial pressure of hydrogen was 0.1 to 1 atm). This heat annealing step may be performed in an inert atmosphere such as nitrogen.

【0061】このアニール工程において、非晶質珪素膜
205下の一部の領域(204の領域)には、珪化ニッ
ケル膜が形成されているので、この部分から結晶化が起
こる。この結晶化の際、図3(B)の矢印で示すよう
に、珪化ニッケルが成膜されている部分204では、基
板201に垂直方向に珪素の結晶成長が進行する。ま
た、同様に矢印で示されるように、珪化ニッケルが成膜
されいていない領域(領域205以外の領域)において
は、基板に対し、平行な方向に結晶成長が行われる。こ
の後実施1と同様なランプ加熱によってアニールを行
い、珪素膜の結晶性の改善(緻密化)を行う。
In this annealing step, since a nickel silicide film is formed in a part of the region (region 204) under the amorphous silicon film 205, crystallization occurs from this part. During this crystallization, silicon crystal growth proceeds in a direction perpendicular to the substrate 201 in the portion 204 where the nickel silicide is formed, as indicated by arrows in FIG. Similarly, as indicated by arrows, in regions where nickel silicide is not formed (regions other than region 205), crystal growth is performed in a direction parallel to the substrate. Thereafter, annealing is performed by the same lamp heating as in the first embodiment to improve the crystallinity (densification) of the silicon film.

【0062】こうして、結晶性珪素よりなる半導体膜2
05を得ることができる。次に、上記半導体膜205を
パターニングして島状の半導体領域(TFTの活性層)
を形成する。この際、チャンネル形成領域209が形成
される部分とニッケルが導入される204との距離を設
定することにより、チャネル形成領域209におけるニ
ッケルの濃度を決めることができる。即ちその距離を長
くすれば、チャネル形成領域209におけるニッケル濃
度を小さくすることができ、その距離を短くすれば、チ
ャネル形成領域におけるニッケル濃度を高くすることが
できる。勿論この場合、珪素膜205が結晶化している
領域でなければならない。
Thus, the semiconductor film 2 made of crystalline silicon
05 can be obtained. Next, the semiconductor film 205 is patterned to form an island-shaped semiconductor region (TFT active layer).
To form At this time, the concentration of nickel in the channel formation region 209 can be determined by setting the distance between the portion where the channel formation region 209 is formed and the 204 into which nickel is introduced. That is, if the distance is increased, the nickel concentration in the channel formation region 209 can be reduced, and if the distance is reduced, the nickel concentration in the channel formation region can be increased. Of course, in this case, it must be a region where the silicon film 205 is crystallized.

【0063】さらにテトラ・エトキシ・シラン(TEO
S)を原料として、酸素雰囲気中のプラズマCVD法に
よって、酸化珪素のゲイト絶縁膜(厚さ700〜120
0Å、典型的には1000Å)206を形成する。基板
温度はガラスの縮みやソリを防止するために400℃以
下、好ましくは200〜350℃とする。この後、実施
例1と同様に赤外光の照射によるランプ加熱を1分〜5
分行い、半導体膜205とゲイト絶縁膜206との界面
特性を向上させる。
Further, tetraethoxysilane (TEO)
S) as a raw material, a gate insulating film of silicon oxide (thickness 700 to 120) is formed by a plasma CVD method in an oxygen atmosphere.
0 °, typically 1000 °) 206. The substrate temperature is set to 400 ° C. or less, preferably 200 to 350 ° C. in order to prevent shrinkage and warpage of the glass. Thereafter, similarly to the first embodiment, lamp heating by irradiation with infrared light is performed for 1 minute to 5 minutes.
Then, the interface characteristics between the semiconductor film 205 and the gate insulating film 206 are improved.

【0064】次に、公知の珪素を主成分とした膜をCV
D法で形成し、パターニングを行うことによって、ゲイ
ト電極207を形成する。その後、N型の不純物とし
て、リンをイオン注入でドーピングし、自己整合的にソ
ース領域208、チャネル形成領域209、ドレイン領
域210を形成する。そして、KrFレーザー光を照射
することによって、イオン注入のために結晶性の劣化し
た珪素膜の結晶性を改善させる。このときにはレーザー
光のエネルギー密度は250〜300mJ/cm 2 とす
る。このレーザー照射によって、このTFTのソース/
ドレインのシート抵抗は300〜800Ω/cm2 とな
る。この工程も、レーザー光を用いる代わりに、赤外光
のランプ加熱で行うことができる。
Next, a known film containing silicon as a main component is
By forming by D method and performing patterning,
The contact electrode 207 is formed. Then, as an N-type impurity,
Phosphorus by ion implantation and self-aligned
Source region 208, channel formation region 209, drain region
An area 210 is formed. And irradiate KrF laser light
Degrades the crystallinity due to ion implantation.
To improve the crystallinity of the silicon film. At this time the laser
Light energy density is 250-300mJ / cm TwoToss
You. By this laser irradiation, the source of this TFT /
The sheet resistance of the drain is 300-800Ω / cmTwoTona
You. This process also uses infrared light instead of laser light.
Lamp heating.

【0065】その後、酸化珪素によって層間絶縁物21
1を形成し、さらに、画素電極212をITOによって
形成する。そして、コンタクトホールを形成して、TF
Tのソース/ドレイン領域にクロム/アルミニウム多層
膜で電極213、214を形成し、このうち一方の電極
213はITO212にも接続するようにする。最後
に、水素中で200〜300℃で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
を完成する。この工程は、同時に他の多数の画素領域に
おいても同時に行われる。
Thereafter, the interlayer insulator 21 is formed by silicon oxide.
1 is formed, and the pixel electrode 212 is formed of ITO. Then, a contact hole is formed and TF
The electrodes 213 and 214 are formed of a chromium / aluminum multilayer film in the source / drain region of T, and one of the electrodes 213 is also connected to the ITO 212. Finally, annealing in hydrogen at 200 to 300 ° C. for 2 hours,
Complete silicon hydrogenation. In this way, the TFT
To complete. This process is performed simultaneously in many other pixel regions.

【0066】本実施例で作製したTFTは、ソース領
域、チャネル形成領域、ドレイン領域を構成する活性層
として、キャリアの流れる方向に結晶成長させた結晶性
珪素膜を用いているので、結晶粒界をキャリアが横切る
ことがなく、即ちキャリアが針状あるいは柱状の結晶の
結晶粒界に沿って移動することになるから、キャリアの
移動度の高いTFTを得ることができる。本実施例で作
製したTFTはNチャネル型であり、その移動度は、9
0〜130(cm2 /Vs)であった。従来の600
℃、48時間の熱アニールによる結晶化によって得られ
た結晶性珪素膜を用いたNチャネル型TFTの移動が、
80〜100(cm2 /Vs)であったことと比較する
と、これは大きな特性の向上である。
In the TFT manufactured in this embodiment, a crystalline silicon film grown in the direction in which carriers flow is used as an active layer constituting a source region, a channel forming region, and a drain region. , Ie, the carriers move along the crystal grain boundaries of needle-like or columnar crystals, so that a TFT having high carrier mobility can be obtained. The TFT manufactured in this example is an N-channel type, and has a mobility of 9
0 to 130 (cm 2 / Vs). Conventional 600
The movement of an N-channel TFT using a crystalline silicon film obtained by crystallization by thermal annealing at 48 ° C. for 48 hours
This is a great improvement in characteristics as compared with 80 to 100 (cm 2 / Vs).

【0067】また上記の工程と同様な作製方法によっ
て、Pチャネル型TFTを作製し、その移動度を測定す
ると、80〜120(cm2 /Vs)であった。これも
従来の600℃、48時間の熱アニールによる結晶化に
よって得られた結晶性珪素膜を用いたPチャネル型TF
Tの移動が、30〜60(cm2 /Vs)であったこと
に比較すると大きな特性の向上である。
Further, a P-channel TFT was manufactured by the same manufacturing method as in the above steps, and its mobility was measured to be 80 to 120 (cm 2 / Vs). This is also a P-channel type TF using a crystalline silicon film obtained by crystallization by conventional thermal annealing at 600 ° C. for 48 hours.
This is a great improvement in characteristics as compared with the case where the movement of T is 30 to 60 (cm 2 / Vs).

【0068】〔実施例3〕本実施例は、実施例2に示す
TFTにおいて、結晶の成長方向に対して垂直な方向に
ソース/ドレインを設けた例である。即ち、キャリアの
移動する方向が結晶成長方向とは垂直になっており、針
状あるいは柱状の結晶の結晶粒界を横切るようにしてキ
ャリアが移動する構成とした例である。このような構成
とすると、ソース/ドレイン間の抵抗を高くすることが
できる。これは、針状あるいは柱状に結晶成長した結晶
の結晶粒界を横切るようにキャリアが移動しなければな
らないためである。本実施例の構成を実現するには、実
施例2に示す構成において、単にTFTをどのような向
きで設けるかを設定すればよい。
[Embodiment 3] This embodiment is an example in which the source / drain is provided in a direction perpendicular to the crystal growth direction in the TFT shown in Embodiment 2. That is, in this example, the direction in which the carrier moves is perpendicular to the crystal growth direction, and the carrier moves so as to cross the crystal grain boundaries of needle-like or columnar crystals. With such a configuration, the resistance between the source and the drain can be increased. This is because the carriers must move across the crystal grain boundaries of the crystal grown in a needle or column shape. In order to realize the configuration of the present embodiment, in the configuration of the second embodiment, it is sufficient to simply set the direction in which the TFT is provided.

【0069】〔実施例4〕本実施例は、実施例2に示す
構成において、TFTを設ける向き(ここではソース/
ドレイン領域を結ぶ線で定義する。即ち、キャリアの流
れる向きでTFTの方向を決めることとする)を結晶性
珪素膜の基板表面に対する結晶成長方向と任意の角度で
設定することにより、TFTの特性を選択することを要
旨とする。
[Embodiment 4] In this embodiment, in the configuration shown in Embodiment 2, the direction of providing the TFT (here, the source / source) is used.
It is defined by a line connecting the drain regions. That is, the characteristic of the TFT is selected by setting the direction of the TFT according to the direction in which carriers flow) at an arbitrary angle with respect to the crystal growth direction of the crystalline silicon film with respect to the substrate surface.

【0070】前述のように、結晶の成長方向にキャリア
を移動させる場合、キャリアは結晶粒界に沿って移動す
るので、その移動度を向上させることができる。一方、
結晶の成長方向に対して垂直な方向にキャリアを移動さ
せる場合には、キャリアが多数の粒界を横切らなければ
ならないので、キャリアの移動度は低下する。
As described above, when the carriers are moved in the crystal growth direction, the carriers move along the crystal grain boundaries, so that the mobility can be improved. on the other hand,
When moving carriers in a direction perpendicular to the crystal growth direction, the carriers have to cross many grain boundaries, so that the carrier mobility decreases.

【0071】そこで、この2つの状態の間を選択するこ
とによって、即ち結晶成長方向とキャリアの移動する方
向との角度を0〜90°の範囲において設定することに
より、キャリアの移動度を制御することができる。また
別な見方をするならば、上記結晶成長方向とキャリアの
移動する方向との角度を設定することにより、ソース/
ドレイン領域間の抵抗を制御できることになる。勿論こ
の構成は、実施例1に示す構成にも利用することができ
る。この場合、図2に示すスリット状のニッケル微量添
加領域100が0〜90°の範囲で回転し、矢印105
で示す結晶の成長方向と、ソース/ドレイン領域を結ぶ
線との角度が0〜90°範囲で選択されることになる。
そして、この角度が、0°に近い場合は移動度が大き
く、ソース/ドレイン間の電気抵抗が小さい構成とする
ことができる。またこの角度が90°に近い場合、移動
度が小さく、ソース/ドレイン間の抵抗、即ちチャネル
形成領域の抵抗が大きい構成とすることができる。
The carrier mobility is controlled by selecting between these two states, that is, by setting the angle between the crystal growth direction and the carrier moving direction in the range of 0 to 90 °. be able to. From another viewpoint, by setting the angle between the crystal growth direction and the direction in which carriers move, the source /
The resistance between the drain regions can be controlled. Of course, this configuration can also be used for the configuration shown in the first embodiment. In this case, the slit-shaped nickel trace addition region 100 shown in FIG.
The angle between the growth direction of the crystal and the line connecting the source / drain regions is selected in the range of 0 to 90 °.
When the angle is close to 0 °, the mobility is large and the electrical resistance between the source and the drain can be small. When the angle is close to 90 °, the mobility can be low and the resistance between the source and the drain, that is, the resistance of the channel formation region can be high.

【0072】〔実施例5〕本実施例は、実施例1または
実施例2の非単結晶珪素半導体膜の結晶化の工程におい
て、塩素が添加された酸化珪素膜を形成後に、ランプ加
熱による結晶化を行う例である。実施例1または実施例
2においては、まず非単結晶珪素膜を形成後に、550
度、4時間の加熱によりこの珪素膜を結晶化させ、さら
にランプ加熱によって結晶性の助長及び改善を行うもの
であった。本実施例はこの工程をさらに発展させたもの
であって、ランプ加熱の際に結晶化のための触媒元素を
ゲッタリングせんとするものである。
[Embodiment 5] In this embodiment, in the step of crystallizing a non-single-crystal silicon semiconductor film of the embodiment 1 or 2, after forming a silicon oxide film to which chlorine is added, the crystal is formed by lamp heating. This is an example of performing the conversion. In the first or second embodiment, after forming a non-single-crystal silicon film,
This silicon film is crystallized by heating for 4 hours, and the crystallinity is promoted and improved by lamp heating. This embodiment is a further development of this step, in which a catalyst element for crystallization is gettered during lamp heating.

【0073】本実施例においては、まず実施例1や実施
例2で説明したように加熱によって結晶性珪素膜を作製
する。この工程は、触媒元素(例えばニッケル)の作用
によって550度、4時間程度の加熱アニールによって
行われる。その後、塩素が添加された酸化珪素膜を10
00Åの厚さに形成する。この後この酸化珪素膜を介し
てのランプ加熱を行う。ランプ加熱の条件は実施例1の
場合と同様である。この時、先の加熱によって結晶化さ
れた結晶性珪素膜の結晶性が改善される(膜の緻密化が
進行する)とともに、酸化珪素膜中の塩素の働きによっ
て、結晶化のための触媒元素のゲッタリングが行われ
る。こうして、触媒元素が固定化され、触媒元素がデバ
イスの動作に影響を与えることが低減された結晶性珪素
膜を得ることができる。
In this embodiment, first, a crystalline silicon film is formed by heating as described in the first and second embodiments. This step is performed by heating annealing at about 550 ° C. for about 4 hours by the action of a catalytic element (eg, nickel). Thereafter, the silicon oxide film to which chlorine is added is
It is formed to a thickness of 00 °. Thereafter, lamp heating is performed through the silicon oxide film. Lamp heating conditions are the same as in the first embodiment. At this time, the crystallinity of the crystalline silicon film crystallized by the previous heating is improved (densification of the film progresses), and the action of chlorine in the silicon oxide film causes a catalytic element for crystallization. Gettering is performed. Thus, a crystalline silicon film in which the catalyst element is fixed and the influence of the catalyst element on the operation of the device is reduced can be obtained.

【0074】その後この塩素が添加された酸化珪素膜を
取り除き、ゲイト絶縁膜用の酸化珪素膜を形成する。そ
の後の工程は、実施例1や実施例2で説明したのと同様
である。
Thereafter, the silicon oxide film to which chlorine has been added is removed, and a silicon oxide film for a gate insulating film is formed. Subsequent steps are the same as those described in the first and second embodiments.

【0075】〔実施例6〕本実施例は、図3に示す実施
例2の作製工程において、珪化ニッケル膜を下地膜20
2上全面に形成することで、珪素膜全面において、基板
に垂直な方向に結晶成長をさせた例である。TFTの作
製は、マスク203を設けずに珪化ニッケル膜を下地膜
202上全面に形成し、かかる後に実施例2で説明した
ように非晶質珪素膜205を形成し、さらに結晶化工程
を経て、TFTを作製する。
[Embodiment 6] In this embodiment, a nickel silicide film is formed on the base film 20 in the manufacturing process of the embodiment 2 shown in FIG.
2 is an example in which crystal growth is performed on the entire surface of the silicon film in the direction perpendicular to the substrate by forming the entire surface of the silicon film. In manufacturing the TFT, a nickel silicide film is formed over the entire surface of the base film 202 without providing the mask 203, and thereafter, an amorphous silicon film 205 is formed as described in the second embodiment, and further a crystallization process is performed. Then, a TFT is manufactured.

【0076】本実施例のTFTの概略の断面は、図3
(D)に示すものと異なるものではないが、ソース/ド
レイン領域208、210とチャネル形成領域209と
が形成される活性層において、針状あるいは柱状の結晶
の成長方向が、基板201に対して垂直に成されてい
る。この為、ソース領域(208または210)とドレ
イン領域(210または208)との間を移動するキャ
リアは、針状あるいは柱状の結晶の結晶粒界を横切る形
で移動することになる。従って、ソース/ドレイン間の
抵抗が若干高いTFTとなる。このようなTFTは、移
動度は100cm2/Vs以下であるが、オフ電流が小
さいので、電荷保持を行うことを目的とする液晶表示装
置の画素用TFTに最適な形式となる。
A schematic cross section of the TFT of this embodiment is shown in FIG.
Although not different from that shown in (D), in the active layer in which the source / drain regions 208 and 210 and the channel formation region 209 are formed, the growth direction of the needle-like or columnar crystal is It is made vertically. Therefore, carriers that move between the source region (208 or 210) and the drain region (210 or 208) move in such a manner as to cross the grain boundaries of needle-like or columnar crystals. Therefore, a TFT having a slightly higher resistance between the source and the drain is obtained. Such a TFT has a mobility of 100 cm 2 / Vs or less, but has a small off-state current, so that it is an optimal type for a pixel TFT of a liquid crystal display device for the purpose of retaining charges.

【0077】しかしながら、本実施例のようなTFT
は、前述のように活性層中におけるニッケル濃度を制御
することが困難であるので、歩留りや信頼性に問題があ
る。この問題は、ニッケルの導入量を制御できる方法
(例えばイオン注入法)を利用することで改善できる。
However, the TFT according to the present embodiment is
However, it is difficult to control the nickel concentration in the active layer as described above, and thus there is a problem in yield and reliability. This problem can be improved by using a method that can control the amount of nickel introduced (for example, an ion implantation method).

【0078】〔実施例7〕本実施例は、加熱による結晶
化のための触媒元素である8族の元素の他に4族の元素
のイオン注入により、さらに結晶化を促進させた例であ
る。本実施例の作製工程を図1を用いて説明する。また
特に断らない限り個々の作製工程における作製条件や膜
厚は、実施例1で説明のと同様である。
[Embodiment 7] In this embodiment, crystallization is further promoted by ion implantation of a Group 4 element in addition to a Group 8 element which is a catalyst element for crystallization by heating. . A manufacturing process of this embodiment will be described with reference to FIGS. Unless otherwise specified, manufacturing conditions and film thickness in each manufacturing process are the same as those described in Embodiment 1.

【0079】まずガラス基板101上に下地膜(酸化珪
素膜)を形成し、さらにマスク103を形成し、選択的
に結晶化のための触媒元素である8族の元素(ここでは
ニッケル)を薄膜として露呈した100の領域に形成す
る。つぎにマスク103を取り除き、非単結晶珪素膜こ
こでは非晶質珪素膜104をプラズマCVD法によって
形成する。次に4族の元素である珪素をイオン注入法に
より、全面に打ち込む。この際投影飛程が珪素膜104
と下地膜102との界面近傍の基板側になるようにす
る。イオン注入の加速電圧は60kVし、ドーズ量は2
×1015cm-2とする。この結果、基板(下地膜も含
む)と非晶質珪素膜104との界面近傍を中心に徹底的
に非晶質化が行われ、結晶化核となるべき存在を極力無
くすことができる。
First, a base film (silicon oxide film) is formed on a glass substrate 101, a mask 103 is formed, and a group VIII element (nickel here), which is a catalyst element for crystallization, is selectively thinned. Formed in 100 regions exposed as Next, the mask 103 is removed, and a non-single-crystal silicon film, here, an amorphous silicon film 104 is formed by a plasma CVD method. Next, silicon as a Group 4 element is implanted over the entire surface by ion implantation. At this time, the projection range is
And the base film 102 on the substrate side near the interface. The acceleration voltage for ion implantation is 60 kV and the dose is 2
× 10 15 cm -2 . As a result, thorough amorphization is performed centering on the vicinity of the interface between the substrate (including the base film) and the amorphous silicon film 104, and the existence of crystallization nuclei can be minimized.

【0080】ここで4族の元素を用いるのは、珪素に対
して電気的に中性の不純物であるからである。この4族
の元素としては、C、Si、Ge、Sn、Pbを用いる
ことができるが、特にSi、Ge、Snを用いることが
好ましい。またそのドーズ量は5×1014〜5×1016
イオンcm-2とすればよい。
The reason why the Group 4 element is used is that it is an impurity which is electrically neutral with respect to silicon. As the Group 4 element, C, Si, Ge, Sn, and Pb can be used, and particularly, Si, Ge, and Sn are preferably used. The dose is 5 × 10 14 to 5 × 10 16
The ion cm −2 may be used.

【0081】この後、非晶質珪素膜104を550度、
4時間の加熱により結晶化させる。この際、100の領
域から矢印105で示すような基板に平行な方向への結
晶成長が起こる。この結晶成長は、針状あるいは柱状に
行われる。この結晶成長の際、基板と非晶質珪素膜との
界面を中心に結晶成長の核になる結晶成分(非晶質珪素
膜といっても、程度も問題として結晶成分は存在する)
が先の珪素イオンの注入によって排除されているので、
100の領域から基板に平行な方向に行われる結晶成長
が珪素膜104と下地膜102との界面から発生する結
晶成長によって阻害されることなく、配向性の良好な、
即ち結晶成長方向の揃った結晶成長を行わすことができ
る。
Thereafter, the amorphous silicon film 104 is set at 550 degrees,
Crystallize by heating for 4 hours. At this time, crystal growth occurs in a direction parallel to the substrate as indicated by an arrow 105 from the region 100. This crystal growth is performed in a needle shape or a column shape. At the time of this crystal growth, a crystal component serving as a nucleus for crystal growth centering on the interface between the substrate and the amorphous silicon film (even though the amorphous silicon film has a crystal component, the degree of which is a problem).
Has been eliminated by the previous implantation of silicon ions,
Crystal growth performed in the direction parallel to the substrate from the region 100 is not hindered by crystal growth generated from the interface between the silicon film 104 and the base film 102, and the orientation is good.
In other words, crystal growth with a uniform crystal growth direction can be performed.

【0082】後は実施例1で説明したように、PTFT
及びNTFTを形成することで、相補型に形成されたT
FT回路を完成する。本実施例のように、配向性の良好
な結晶性珪素膜において、その結晶成長方向とキャリア
の移動する方向とが揃うようにTFTを形成した場合、
キャリアが結晶粒界に沿って移動するので、その移動の
際に結晶粒界の影響を殆ど受けない構成とすることがで
きる。即ち、高速動作を得ることができる。例えば、実
施例1で示した工程により形成したNTFTの移動度は
平均で90〜130cm2 /Vsであったものが、本実
施例のように加熱による結晶化に先立ち、珪素イオンの
打ち込みを行ったものは、150〜170cm2 /Vs
のものを得ることができた。
Thereafter, as described in the first embodiment, the PTFT
And NTFT, the complementary T
Complete the FT circuit. As in the present embodiment, when a TFT is formed such that a crystal growth direction and a carrier moving direction are aligned in a crystalline silicon film having good orientation,
Since the carriers move along the crystal grain boundaries, it is possible to adopt a configuration in which the movement is hardly affected by the crystal grain boundaries. That is, high-speed operation can be obtained. For example, the mobility of the NTFT formed by the process shown in Embodiment 1 was 90 to 130 cm 2 / Vs on average, but silicon ions were implanted prior to crystallization by heating as in this embodiment. 150-170cm 2 / Vs
I was able to get things.

【0083】本実施例においてさらに結晶性の向上が得
られ、移動度の高いTFTが得られたのは、8族の元素
であるニッケルの導入領域からの基板に平行な方向への
結晶成長において、この結晶成長を阻害する基板に垂直
方向への結晶成長を助長する結晶成分が前もって徹底的
に除去されていたので、基板に平行な方向への結晶成長
が優先的に行われたためであると考えられる。特に基板
に垂直な方向に柱状に結晶成長する際の結晶核が存在す
る珪素膜と基板との界面近傍を徹底的に非晶質化したこ
とが有効であったと考えられる。
In the present embodiment, the crystallinity was further improved, and a TFT having high mobility was obtained because of the crystal growth in the direction parallel to the substrate from the region where nickel, which is a Group 8 element, was introduced. This is because the crystal components that promote crystal growth in the direction perpendicular to the substrate that hindered the crystal growth had been thoroughly removed in advance, so that crystal growth in the direction parallel to the substrate was preferentially performed. Conceivable. In particular, it is considered effective to completely amorphize the vicinity of the interface between the silicon film and the substrate where the crystal nuclei exist when the crystal grows in a columnar shape in the direction perpendicular to the substrate.

【0084】〔実施例8〕本実施例は、アクティブ型の
液晶表示装置において、周辺ドライバー回路を8族元素
であるニッケルの触媒作用によって結晶化させた実施例
1または実施例2にその作製工程を示すTFTで構成
し、画素部分に設けられるTFTを公知の非晶質珪素
(アモルファスシリコン)を用いたTFTで構成する例
である。
[Embodiment 8] This embodiment relates to a manufacturing process of the active type liquid crystal display device in which the peripheral driver circuit is crystallized by the catalytic action of nickel which is a Group 8 element. This is an example in which a TFT provided in a pixel portion is formed of a TFT using known amorphous silicon (amorphous silicon).

【0085】公知のように、アクティブ型の液晶表示装
置において、周辺ドライバー回路部分のTFTは、高移
動度(100cm2 /Vs以上)を有し、多くのオン電
流を流せるTFTが必要とされるが、画素部分に設けら
れるTFTは、電荷保持のために小さなオフ電流と光照
射による誤動作を避けるために比較的小さな移動度(1
0cm2 /Vs程度)を有することを要求される。
As is well known, in an active type liquid crystal display device, a TFT in a peripheral driver circuit portion has a high mobility (100 cm 2 / Vs or more) and a TFT capable of flowing a large amount of on-current is required. However, the TFT provided in the pixel portion has a small off-state current for retaining electric charge and a relatively small mobility (1 for preventing malfunction due to light irradiation).
0 cm 2 / Vs).

【0086】この要求は、周辺回路部分を実施例1や実
施例2で説明したTFTで構成し、画素部分を公知の非
晶質珪素膜を利用したTFT(a−SiTFT)で形成
することで、ある程度満足される。しかし、非晶質珪素
膜を利用したTFTは、その移動度は1cm2 /Vs以
下であるので、その点で問題が残る。
This requirement is met by forming the peripheral circuit portion with the TFT described in the first and second embodiments and forming the pixel portion with a TFT (a-Si TFT) using a known amorphous silicon film. Somewhat satisfied. However, a TFT using an amorphous silicon film has a mobility of 1 cm 2 / Vs or less, so that a problem remains in that point.

【0087】〔実施例9〕本実施例は、実施例8をさら
に発展させたもので、周辺回路部分のTFTは、実施例
1や実施例2で示した100cm2 /Vs以上の高移動
度を有するTFTで構成し、画素部分のTFTを実施例
6で示したTFTで構成する例である。
[Embodiment 9] This embodiment is a further development of Embodiment 8, and the TFT of the peripheral circuit portion has a high mobility of 100 cm 2 / Vs or more shown in Embodiments 1 and 2. This is an example in which the pixel portion TFT is constituted by the TFT shown in the sixth embodiment.

【0088】実施例6に示したTFTは、基板に垂直な
方向に結晶成長を行わすことによって、キャリアの流れ
に対して、結晶粒界が垂直になるようにし、キャリアが
多数の結晶粒界を横切るように構成したTFTである。
このようなTFTは、キャリアの移動が結晶粒界によっ
て阻害されるので、移動度は低下する。しかし、オフ電
流は小さくなるので、電荷保持率を高めることができ、
画素用のTFTとしては適する。しかし、実施例1や実
施例2で示したようにニッケルを薄膜として導入した場
合には、その再現性が悪く、また得られる移動度も10
0cm2 /Vs近くのものが得られてしまうので、画素
用TFTとしてはオーバースペックとなる。
In the TFT shown in the sixth embodiment, crystal growth is performed in a direction perpendicular to the substrate so that the crystal grain boundaries are perpendicular to the flow of carriers, and the carriers have a large number of crystal grain boundaries. This is a TFT configured to cross.
In such a TFT, mobility is reduced because carrier movement is hindered by crystal grain boundaries. However, since the off-state current is small, the charge retention can be increased,
It is suitable as a TFT for a pixel. However, when nickel is introduced as a thin film as shown in Example 1 and Example 2, the reproducibility is poor and the obtained mobility is also 10%.
Since a pixel near 0 cm 2 / Vs is obtained, the pixel TFT is over-specified.

【0089】そこで、本実施例においては、ニッケルの
濃度を制御して導入することのできるイオン注入法を用
いることのよって、上記問題を解決せんとするものであ
る。まず、イオン注入法を用いることによって、膜中の
ニッケル濃度の再現性の問題は解決される。さらに、膜
中のニッケル濃度を下げることで、結晶性を多少悪くさ
せ、その移動度を低下させることができる。勿論移動度
を下げるには、チャネル領域やソース/ドレイン領域に
酸素や窒素を人為的に導入する方法、ソース/ドレイン
領域にドープされる導電型を付与する不純物のドープ量
を減らし、またはその活性化工程を簡略化させることに
よってソース/ドレイン領域の抵抗を高める方法、チャ
ネルをソース/ドレインとは弱い逆導電型にする方法、
ソース/ドレインのコンタクトホールの位置を離す(即
ち、ソース/ドレイン領域のシート抵抗を利用する)方
法、等のソース/ドレイン間の抵抗を高める手段を用い
てもよい。
Therefore, in the present embodiment, the above-mentioned problem is not solved by using an ion implantation method capable of controlling and introducing the concentration of nickel. First, the problem of reproducibility of the nickel concentration in the film is solved by using the ion implantation method. Further, by lowering the nickel concentration in the film, the crystallinity can be made slightly worse, and the mobility can be lowered. Of course, in order to lower the mobility, a method of artificially introducing oxygen or nitrogen into the channel region or the source / drain region, a method of reducing the doping amount of an impurity imparting a conductivity type doped into the source / drain region, or the activity A method of increasing the resistance of the source / drain region by simplifying the step of forming a channel, a method of making the channel a reverse conductivity type weaker than the source / drain,
Means for increasing the resistance between the source and the drain, such as a method of separating the positions of the source / drain contact holes (that is, utilizing the sheet resistance of the source / drain regions), may be used.

【0090】以上のように、本実施例は、珪素膜の結晶
化を行うための触媒元素であるニッケルをイオン注入法
によって非晶質珪素膜中に注入する方法を用い、しかも
その際、画素部分には低濃度で全面にニッケルを注入
し、さらに周辺回路部分にはそれより高濃度で注入し、
さらに画素部分では基板に垂直な方向に結晶成長した結
晶性珪素膜を利用してTFTを形成し、周辺回路部分で
は、基板に平行に結晶成長した結晶性珪素膜を利用して
TFTを形成したものである。そして、このような構成
をとることによって、画素部分では移動度が10〜50
cm2 /Vs程度でオフ電流の小さいTFTを、周辺回
路部分では、移動度が100cm2 /Vs以上でオン電
流を多く流せるTFTを得ることができる。
As described above, this embodiment employs a method in which nickel, which is a catalyst element for crystallization of a silicon film, is implanted into an amorphous silicon film by an ion implantation method. Inject nickel into the whole area with low concentration, and further inject higher concentration into the peripheral circuit part,
Further, in the pixel portion, a TFT was formed using a crystalline silicon film grown in a direction perpendicular to the substrate, and in the peripheral circuit portion, a TFT was formed using a crystalline silicon film grown in a direction parallel to the substrate. Things. By adopting such a configuration, the mobility in the pixel portion is 10 to 50.
It is possible to obtain a TFT having a small off current at about cm 2 / Vs and a TFT having a mobility of 100 cm 2 / Vs or more and a large on current at a peripheral circuit portion.

【0091】また、さらに周辺回路部分のみを高移動度
化させるのであれば、その領域に実施例7で示したよう
な中性元素のイオン注入を併用すればよい。
To further increase the mobility only in the peripheral circuit portion, ion implantation of a neutral element as described in Embodiment 7 may be used in that region.

【0092】[0092]

【効果】基板上に設けられ、しかも基板表面に平行な方
向に結晶成長した結晶性を有する非単結晶珪素半導体膜
をTFTに利用するに際して、TFT内を移動するキャ
リアの流れの方向を結晶成長が行われた方向と合わせる
ことにより、キャリアの移動が針状または柱状に成長し
た結晶の結晶粒界に沿って(平行に)移動する構成とす
ることができ、高移動度を有するTFTを得ることがで
きる。さらにこれらのTFTを600度以下の低温で形
成することができるので、基板として安価なガラス基板
を利用することができる。
When a non-single-crystal silicon semiconductor film having crystallinity provided on a substrate and grown in a direction parallel to the surface of the substrate and having crystallinity is used for the TFT, the direction of flow of carriers moving in the TFT is controlled by the crystal growth. The carrier movement along the grain boundaries of the crystals grown in a needle-like or columnar shape (parallel) to obtain a TFT having high mobility. be able to. Further, since these TFTs can be formed at a low temperature of 600 degrees or less, an inexpensive glass substrate can be used as the substrate.

【0093】また、必要とする移動度を有するTFTを
選択的に作り分けることができる。具体的には、 1.基板に平行な方向に結晶成長した結晶性珪素膜を用
いて、結晶粒界に沿った方向にキャリアが移動するよう
にTFTを作製する。 2.基板に平行な方向に結晶成長した結晶性珪素膜を用
いて、結晶粒界を横切ってキャリアが移動するようにT
FTを作製する。 3.基板に垂直な方向に結晶成長した領域にTFTを作
製する。 4.部分的に結晶化のための触媒元素を導入すること
で、選択的に結晶性珪素膜を形成し、その結晶性珪素膜
を利用することで、特定の部分のTFTを高移動度TF
Tとする。 特に、結晶化のための触媒元素が導入された領域から離
れた領域の結晶性珪素膜は、1次元的な配向性を有して
いるので、その1次元方向とキャリアの移動する方向と
を概略合わせることによって、キャリアが高移動度を有
する半導体装置を得ることができる。特に絶縁ヘイト型
電界効果トランジスタのチャネル形成領域にこの構成を
利用することで、高速応答を有するTFTを得ることが
できる。
Further, a TFT having a required mobility can be selectively formed. Specifically, 1. A TFT is manufactured using a crystalline silicon film grown in a direction parallel to the substrate so that carriers move in a direction along a crystal grain boundary. 2. Using a crystalline silicon film grown crystallographically in a direction parallel to the substrate, T is applied so that carriers move across the crystal grain boundaries.
Fabricate FT. 3. A TFT is manufactured in a region where crystals have grown in a direction perpendicular to the substrate. 4. A crystalline silicon film is selectively formed by partially introducing a catalytic element for crystallization, and by using the crystalline silicon film, a TFT in a specific portion can be made to have a high mobility TF.
Let it be T. In particular, since the crystalline silicon film in a region apart from the region into which the catalytic element for crystallization is introduced has one-dimensional orientation, the one-dimensional direction and the direction in which carriers move are determined. By roughly matching, a semiconductor device in which carriers have high mobility can be obtained. In particular, a TFT having a high-speed response can be obtained by using this structure in a channel formation region of an insulating hate field effect transistor.

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

【図1】 実施例の作製工程を示す。FIG. 1 shows a manufacturing process of an example.

【図2】 実施例の概要を示す。FIG. 2 shows an outline of an embodiment.

【図3】 実施例の作製工程を示す。FIG. 3 shows a manufacturing process of an example.

【図4】 金属元素の濃度を示す。FIG. 4 shows the concentration of a metal element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ガラス基板 102 下地膜(酸化珪素膜) 103 マスク 104 珪素膜 105 結晶化の方向 106 ゲイト絶縁膜 107 ゲイト電極 108 陽極酸化層 109 ゲイト電極 110 陽極酸化層 111 ソース/ドレイン領域 112 チャネル形成領域 113 ドレイン/ソース領域 114 ソース/ドレイン領域 115 チャネル形成領域 116 ドレイン/ソース領域 117 電極 118 層間絶縁物 120 電極 119 電極 201 ガラス基板 202 下地膜(酸化珪素膜) 203 マスク 204 ニッケル微量添加領域 205 珪素膜 206 ゲイト絶縁膜 207 ゲイト電極 208 ソース/ドレイン領域 209 チャネル形成領域 210 ドレイン/ソース領域 211 層間絶縁物 213 電極 214 電極 212 ITO(画素電極) DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Glass substrate 102 Base film (silicon oxide film) 103 Mask 104 Silicon film 105 Crystallization direction 106 Gate insulating film 107 Gate electrode 108 Anodized layer 109 Gate electrode 110 Anodized layer 111 Source / drain region 112 Channel formation region 113 Drain / Source region 114 source / drain region 115 channel formation region 116 drain / source region 117 electrode 118 interlayer insulator 120 electrode 119 electrode 201 glass substrate 202 base film (silicon oxide film) 203 mask 204 nickel trace addition region 205 silicon film 206 gate Insulating film 207 Gate electrode 208 Source / drain region 209 Channel formation region 210 Drain / source region 211 Interlayer insulator 213 Electrode 214 Electrode 212 ITO (pixel electrode)

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

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成13年8月10日(2001.8.1
0)
[Submission date] August 10, 2001 (2001.8.1)
0)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

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

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

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/786 H01L 27/14 C Fターム(参考) 2H092 JA25 KA04 KA10 MA05 MA08 MA12 MA27 MA29 MA30 MA37 NA21 NA27 PA01 4M118 AA10 AB01 BA05 CA11 CB07 FB03 FB09 FB13 5C094 AA13 AA44 BA03 BA43 CA19 DA14 DA15 DB04 EA04 EA07 EB02 FB12 FB14 FB15 5F052 AA02 AA12 AA17 AA24 CA00 CA10 DA02 DB02 DB03 EA11 EA13 EA15 EA16 FA05 FA06 FA13 FA19 JA01 JA04 5F110 AA01 AA17 BB02 BB04 BB10 CC02 DD02 DD13 EE03 EE05 EE34 EE44 FF02 FF28 FF36 GG02 GG13 GG25 GG28 GG45 HJ01 HJ04 HJ12 HJ23 HL01 HL03 HL04 HL11 HM14 NN02 NN23 NN35 PP01 PP02 PP03 PP10 PP13 PP29 PP34 QQ11 QQ24 QQ28 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 29/786 H01L 27/14 CF term (Reference) 2H092 JA25 KA04 KA10 MA05 MA08 MA12 MA27 MA29 MA30 MA37 NA21 NA27 PA01 4M118 AA10 AB01 BA05 CA11 CB07 FB03 FB09 FB13 5C094 AA13 AA44 BA03 BA43 CA19 DA14 DA15 DB04 EA04 EA07 EB02 FB12 FB14 FB15 5F052 AA02 AA12 AA17 AA24 CA00 CA10 DA02 DB02 DB03 EA11 A13 FA01 A13 EA01 EA01 EA01 BB10 CC02 DD02 DD13 EE03 EE05 EE34 EE44 FF02 FF28 FF36 GG02 GG13 GG25 GG28 GG45 HJ01 HJ04 HJ12 HJ23 HL01 HL03 HL04 HL11 HM14 NN02 NN23 NN35 PP01 PP02 PP03 PP10 PP13 Q29 Q34 Q

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】非晶質珪素膜を形成し、前記非晶質珪素膜
の一部に、非晶質珪素膜の結晶化を助長する金属元素を
添加し、前記非晶質珪素膜を加熱し、前記非晶質珪素膜
を結晶化させ、結晶性珪素膜を形成し、前記結晶性珪素
膜にレーザー光を照射し、前記レーザー光が照射された
結晶性珪素膜上に珪素を含む膜を形成し、前記結晶性珪
素膜及び前記珪素を含む膜を加熱す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, a metal element for promoting crystallization of the amorphous silicon film is added to a part of the amorphous silicon film, and the amorphous silicon film is heated. Crystallizing the amorphous silicon film, forming a crystalline silicon film, irradiating the crystalline silicon film with laser light, and containing a silicon-containing film on the crystalline silicon film irradiated with the laser light. And manufacturing the semiconductor device by heating the crystalline silicon film and the film containing silicon.
【請求項2】非晶質珪素膜を形成し、前記非晶質珪素膜
の一部に非晶質珪素膜の結晶化を助長する金属元素を添
加し、前記非晶質珪素膜を加熱し、前記非晶質珪素膜を
結晶化させ、結晶性珪素膜を形成し、前記結晶性珪素膜
に赤外光を照射し、前記赤外光が照射された結晶性珪素
膜上に珪素を含む膜を形成し、前記結晶性珪素膜及び前
記珪素を含む膜を加熱することを特徴とする半導体装置
の作製方法。
2. An amorphous silicon film is formed, a metal element for promoting crystallization of the amorphous silicon film is added to a part of the amorphous silicon film, and the amorphous silicon film is heated. Crystallizing the amorphous silicon film to form a crystalline silicon film, irradiating the crystalline silicon film with infrared light, and including silicon on the crystalline silicon film irradiated with the infrared light. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a film and heating the crystalline silicon film and the film containing silicon.
【請求項3】非晶質珪素膜を形成し、前記非晶質珪素膜
の一部に非晶質珪素膜の結晶化を助長する金属元素を添
加し、前記非晶質珪素膜を加熱し、前記非晶質珪素膜を
結晶化させ、結晶性珪素膜を形成し、前記結晶性珪素膜
にレーザー光を照射し、前記レーザー光が照射された結
晶性珪素膜上に珪素を含む膜を形成し、前記結晶性珪素
膜及び前記珪素を含む膜を加熱することにより、前記結
晶化を助長する金属元素をゲッタリングすることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
3. An amorphous silicon film is formed, a metal element for promoting crystallization of the amorphous silicon film is added to a part of the amorphous silicon film, and the amorphous silicon film is heated. Crystallizing the amorphous silicon film to form a crystalline silicon film, irradiating the crystalline silicon film with laser light, and forming a film containing silicon on the crystalline silicon film irradiated with the laser light. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming and heating a crystalline silicon film and a film containing silicon to getter a metal element that promotes the crystallization.
【請求項4】非晶質珪素膜を形成し、前記非晶質珪素膜
の一部に非晶質珪素膜の結晶化を助長する金属元素を添
加し、前記非晶質珪素膜を加熱し、前記非晶質珪素膜を
結晶化させ、結晶性珪素膜を形成し、前記結晶性珪素膜
に赤外光を照射し、前記赤外光が照射された結晶性珪素
膜上に珪素を含む膜を形成し、前記結晶性珪素膜及び前
記珪素を含む膜を加熱することにより、前記結晶化を助
長する金属元素をゲッタリングすることを特徴とする半
導体装置の作製方法。
4. An amorphous silicon film is formed, a metal element for promoting crystallization of the amorphous silicon film is added to a part of the amorphous silicon film, and the amorphous silicon film is heated. Crystallizing the amorphous silicon film to form a crystalline silicon film, irradiating the crystalline silicon film with infrared light, and including silicon on the crystalline silicon film irradiated with the infrared light. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a film; and heating the crystalline silicon film and the film containing silicon to getter a metal element that promotes the crystallization.
【請求項5】請求項1乃至4のいずれか一において、前
記非晶質珪素膜を加熱する前に、前記非晶質珪素膜にG
eイオンを打ち込むことを特徴とする半導体装置の作製
方法。
5. The amorphous silicon film according to claim 1, wherein said amorphous silicon film is formed by adding G to said amorphous silicon film before heating said amorphous silicon film.
A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises implanting e-ions.
【請求項6】請求項1乃至4のいずれか一において、前
記非晶質珪素膜を加熱する前に、前記非晶質珪素膜にS
i、Sn、C、Pbから選ばれたいずれかのイオンを打
ち込むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. An amorphous silicon film according to claim 1, wherein said amorphous silicon film has an S content before heating said amorphous silicon film.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising implanting any ion selected from i, Sn, C, and Pb.
【請求項7】請求項5または6において、前記イオンを
打ち込む方法は、イオン注入法であることを特徴とする
半導体装置の作製方法。
7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the method of implanting ions is an ion implantation method.
【請求項8】請求項1乃至7のいずれか一において、前
記結晶化を助長する金属はNi元素であることを特徴と
する半導体装置の作製方法。
8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the metal that promotes crystallization is a Ni element.
【請求項9】請求項1乃至7のいずれか一において、前
記結晶化を助長する金属はFe、Co、Cu、Pd、A
g、Ptから選ばれたいずれかの元素であることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
9. The method according to claim 1, wherein the metal that promotes crystallization is Fe, Co, Cu, Pd, or A.
A method for manufacturing a semiconductor device, which is any element selected from g and Pt.
【請求項10】請求項1乃至9のいずれか一において、
前記結晶性珪素膜及び前記珪素を含む膜の加熱は赤外光
を用いて行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
10. The method according to claim 1, wherein
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein heating of the crystalline silicon film and the film containing silicon is performed using infrared light.
【請求項11】請求項10において、前記赤外光の波長
は0.5〜3.5μmであることを特徴とする半導体装
置の作製方法。
11. The method according to claim 10, wherein the wavelength of the infrared light is 0.5 to 3.5 μm.
【請求項12】請求項1乃至11のいずれか一におい
て、前記結晶性珪素膜及び珪素を含む膜の加熱は不活性
雰囲気において行うことを特徴とする半導体装置の作製
方法。
12. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the heating of the crystalline silicon film and the film containing silicon is performed in an inert atmosphere.
【請求項13】請求項1乃至12のいずれか一におい
て、前記結晶性珪素膜及び珪素を含む膜の加熱は窒素雰
囲気において行うことを特徴とする半導体装置の作製方
法。
13. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the heating of the crystalline silicon film and the film containing silicon is performed in a nitrogen atmosphere.
【請求項14】請求項1乃至13のいずれか一におい
て、前記結晶性珪素膜上に形成された珪素を含む膜は塩
素を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
14. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon-containing film formed on the crystalline silicon film contains chlorine.
【請求項15】請求項1乃至14のいずれか一に記載の
方法によって作製された半導体装置。
15. A semiconductor device manufactured by the method according to claim 1.
【請求項16】請求項15において、前記半導体装置は
アクティブマトリクス型表示装置であることを特徴とす
る半導体装置。
16. The semiconductor device according to claim 15, wherein said semiconductor device is an active matrix display device.
【請求項17】請求項15において、前記半導体装置は
イメージセンサーであることを特徴とする半導体装置。
17. The semiconductor device according to claim 15, wherein said semiconductor device is an image sensor.
JP2001218913A 2001-07-19 2001-07-19 Semiconductor device and manufacturing method thereof Expired - Lifetime JP3886747B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001218913A JP3886747B2 (en) 2001-07-19 2001-07-19 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001218913A JP3886747B2 (en) 2001-07-19 2001-07-19 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5166117A Division JPH06349735A (en) 1993-06-12 1993-06-12 Semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002124469A true JP2002124469A (en) 2002-04-26
JP3886747B2 JP3886747B2 (en) 2007-02-28

Family

ID=19053014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001218913A Expired - Lifetime JP3886747B2 (en) 2001-07-19 2001-07-19 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3886747B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008281799A (en) * 2007-05-11 2008-11-20 Ulvac Japan Ltd Method of manufacturing liquid crystal display device
JP2009501347A (en) * 2005-06-30 2009-01-15 セントレ・ナショナル・デ・ラ・レシェルシェ・サイエンティフィーク Flat display active plate
JP2019208052A (en) * 2015-12-28 2019-12-05 株式会社半導体エネルギー研究所 Imaging device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009501347A (en) * 2005-06-30 2009-01-15 セントレ・ナショナル・デ・ラ・レシェルシェ・サイエンティフィーク Flat display active plate
JP2008281799A (en) * 2007-05-11 2008-11-20 Ulvac Japan Ltd Method of manufacturing liquid crystal display device
JP2019208052A (en) * 2015-12-28 2019-12-05 株式会社半導体エネルギー研究所 Imaging device
US11239273B2 (en) 2015-12-28 2022-02-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device and electronic device
US11626439B2 (en) 2015-12-28 2023-04-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device and electronic device
US11942497B2 (en) 2015-12-28 2024-03-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device and electronic device

Also Published As

Publication number Publication date
JP3886747B2 (en) 2007-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100297878B1 (en) Method of manufacturing semiconductor device
JP2791858B2 (en) Semiconductor device manufacturing method
JP3450376B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2975973B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2002353142A (en) Semiconductor device and its fabricating method
JP3662479B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2860877B2 (en) Semiconductor and manufacturing method thereof
JP3403811B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3886747B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JPH07176479A (en) Manufacture of semiconductor device
JP3616357B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3918068B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3621331B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3207637B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JPH1064819A (en) Semiconductor device and its manufacture
JP3630917B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3541946B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3626073B2 (en) Semiconductor device manufacturing method
JP3190518B2 (en) Semiconductor device manufacturing method
JP2001028340A (en) Device comprising thin-film transistor
JP3664742B2 (en) Method for manufacturing thin film transistor
JP3999233B2 (en) Method for manufacturing thin film transistor
JPH11289096A (en) Thin film transistor
JP3958244B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2002043331A (en) Method for fabricating semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040720

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20040726

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040915

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20041102

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20041202

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050705

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050712

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: 20061121

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20061122

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: 20091201

Year of fee payment: 3

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091201

Year of fee payment: 3

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101201

Year of fee payment: 4

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101201

Year of fee payment: 4

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111201

Year of fee payment: 5

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111201

Year of fee payment: 5

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121201

Year of fee payment: 6

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121201

Year of fee payment: 6

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131201

Year of fee payment: 7

EXPY Cancellation because of completion of term