JP2002289518A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2002289518A
JP2002289518A JP2001085152A JP2001085152A JP2002289518A JP 2002289518 A JP2002289518 A JP 2002289518A JP 2001085152 A JP2001085152 A JP 2001085152A JP 2001085152 A JP2001085152 A JP 2001085152A JP 2002289518 A JP2002289518 A JP 2002289518A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of sufficiently decreasing a catalyst element of a crystalline silicon film, and raising performance and reliability of the semiconductor device. SOLUTION: A crystallization of a first amorphous silicon film 103 on a glass substrate 101 is promoted with nickel 104, to obtain a crystalline silicon film 103a. On a crystalline silicon film 103b obtained by enhancing crystallization of the crystalline silicon film 103a, a second amorphous silicon film composed of amorphous silicon films 107, 108 is provided. A high-speed thermal annealing process is carried out, so that the nickel 104 in the crystalline silicon film 103 is moved toward the second amorphous silicon film. The second amorphous silicon film is eliminated and a crystalline silicon film 103c is patterned to form a semiconductor element forming region 110.

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、半導体装置の製造
方法に関する。さらに詳しく言えば、非晶質ケイ素膜を
結晶化した結晶性ケイ素膜を用いて半導体素子形成領域
を形成する半導体装置の製造方法に関する。特に、本発
明は、絶縁表面を有する基板上に設けられた薄膜トラン
ジスタ(以下、TFTと言う)を用いた半導体装置に有
効であり、例えばアクティブマトリクス型の液晶表示装
置、密着型イメージセンサーおよび三次元ICなどに利
用できる。
The present invention relates to relates to a method of manufacturing a semiconductor device. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor element formation region is formed using a crystalline silicon film obtained by crystallizing an amorphous silicon film. In particular, the present invention is effective for a semiconductor device using a thin film transistor (hereinafter, referred to as a TFT) provided on a substrate having an insulating surface. It can be used for ICs.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、大型で高解像度の液晶表示装置、
高速で高解像度の密着型イメージセンサー、三次元IC
などを実現するために、ガラスなどの絶縁基板上や、絶
縁膜上に高性能な半導体素子を形成する試みがなされて
いる。それらの装置に用いられる半導体素子には、薄膜
状のケイ素半導体を用いるのが一般的である。薄膜状の
ケイ素半導体としては、非晶質ケイ素半導体(a―S
i)からなるものと、結晶性を有するケイ素半導体から
なるものとの2つに大別される。
2. Description of the Related Art In recent years, large and high resolution liquid crystal display devices have been developed.
High-speed, high-resolution contact image sensor, 3D IC
In order to realize the above, attempts have been made to form a high-performance semiconductor element on an insulating substrate such as glass or on an insulating film. In general, a thin film silicon semiconductor is used for a semiconductor element used in such an apparatus. As the thin film silicon semiconductor, an amorphous silicon semiconductor (a-S
i) and those composed of a crystalline silicon semiconductor.

【0003】非晶質ケイ素半導体は作製温度が低く、気
相法で比較的容易に作製することが可能で量産性に富む
ため、最も一般的に用いられているが、導電性などの物
性が結晶性を有するケイ素半導体に比べて劣るため、今
後より高速特性を得るためには、結晶性を有するケイ素
半導体を用いて半導体素子形成領域を形成する半導体装
置の製造方法の確立が強く求められていた。
[0003] Amorphous silicon semiconductors are low fabrication temperature, since the rich possible mass production can be produced relatively easily by a gas phase method, but the most commonly used, the physical properties such as conductivity Since it is inferior to a crystalline silicon semiconductor, in order to obtain higher speed characteristics in the future, it is strongly required to establish a method of manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor element formation region is formed using a crystalline silicon semiconductor. Was.

【0004】結晶性を有する薄膜状のケイ素半導体を得
る方法としては、次の(1),(2)の方法が知られて
いる。
The following methods (1) and (2) are known as methods for obtaining a crystalline silicon semiconductor in the form of a thin film.

【0005】(1)非晶質のケイ素半導体膜を成膜した
後、それにレーザ光などのエネルギビームを照射するこ
とにより結晶成長を行わせる。
[0005] (1) After forming an amorphous silicon semiconductor film, it causes the crystal growth by irradiating an energy beam such as a laser beam.

【0006】(2)非晶質のケイ素半導体膜を成膜した
後、加熱処理により固相状態で結晶成長を行わせる。
(2) After forming an amorphous silicon semiconductor film, crystal growth is performed in a solid state by a heat treatment.

【0007】一般的には(1)の方法がよく用いられて
いる。この方法では、溶融固化過程の結晶化現象を利用
するため、小粒径ながらも、結晶粒内の結晶欠陥は少な
く、比較的高品質な結晶性ケイ素膜が得られる。しかし
ながら、その結晶性ケイ素膜は、粒界部での欠陥密度が
高く、その粒界部がキャリアに対して大きなトラップと
して働くため、半導体装置の性能面から見ると十分とは
言えない。また、光源としても、現在最も一般的に使用
されているエキシマレーザを例にとると、未だ十分な安
定性のものが得られておらず、半導体素子間の特性ばら
つきが欠点となっている。
Generally, the method (1) is often used. In this method, since the crystallization phenomenon in the melt-solidification process is used, a relatively high-quality crystalline silicon film having a small grain size but few crystal defects is obtained. However, the crystalline silicon film has a high defect density at the grain boundary, and the grain boundary acts as a large trap for carriers. Therefore, it cannot be said that the crystalline silicon film is sufficient in terms of the performance of the semiconductor device. In addition, as an example of a light source, an excimer laser which is most commonly used at present has not yet obtained a light source having sufficient stability, and has a drawback of characteristic variations between semiconductor elements.

【0008】(2)の方法の加熱処理は、(1)の方法
と比較すると、均一性、安定性においては有利である
が、600℃で30時間程の長時間にわたる加熱処理が
必要であるため、処理時間が長く、スループットが低い
という問題点がある。また、(2)の方法では、得られ
る結晶粒の構造が双晶構造となるため、一つの結晶粒は
数μmと比較的大きいが、結晶粒内に多数の双晶欠陥を
含み、(1)の方法に比べて結晶性は劣る。
The heat treatment of the method (2) is advantageous in terms of uniformity and stability as compared with the method (1), but requires a heat treatment at 600 ° C. for a long time of about 30 hours. Therefore, a long processing time, there is a problem that throughput is low. Further, in the method (2), since the structure of the obtained crystal grains has a twin structure, one crystal grain is relatively large as several μm, but contains a large number of twin defects in the crystal grain and (1) crystallinity compared with the method of) it is inferior.

【0009】しかしながら、最近、これら(1),
(2)の方法における改善策として、非晶質ケイ素膜の
結晶化を助長する触媒元素を利用することで、加熱温度
の低温化、結晶化処理時間の短縮、そして結晶性の向上
を図る方法が注目されている。具体的には、非晶質ケイ
素膜の表面にニッケル(Ni)などの金属元素を微量に
導入し、しかる後に加熱処理を行うものである。このよ
うな方法では、金属元素を核とした結晶核発生が早期に
起こり、その後その金属元素が触媒となって結晶成長を
助長し、結晶化が急激に進行する。さらにこのような方
法で結晶成長した結晶性ケイ素膜は、通常の固相成長法
(上記(2)の方法)とは異なり、一つの粒内が結晶欠
陥の多い双晶構造ではなく、何本もの柱状結晶ネットワ
ークで構成されており、小さいながらもそれぞれの柱状
結晶内部はほぼ単結晶状態となっている。
However, recently, these (1),
As improvements in the method (2), by using a catalytic element which promotes crystallization of the amorphous silicon film, a method to achieve a low temperature of the heating temperature, shortening of the crystallization process time and the improvement of crystallinity There has been attracting attention. Specifically, a metal element such as nickel (Ni) on the surface of the amorphous silicon film is introduced a small amount, in which heat treatment is performed thereafter. In this way, the crystal nucleation of the metal element as nuclei occurs early, then the metal element to promote crystal growth becomes a catalyst, crystallization proceeds rapidly. Further crystalline silicon film crystal-grown in this way, unlike the conventional solid phase growth method (the above (method 2)), rather than a large twin structure within a grain crystal defects, How many The interior of each columnar crystal is almost in a single crystal state although it is small.

【0010】特開平10−223534号公報および特
開平10−229048号公報では、触媒元素により結
晶化されたケイ素膜の一部にリンなどの5族Bの元素を
選択的に導入した後、そのケイ素膜に対して加熱処理を
行うとで、5族Bの元素が導入された領域に、触媒元素
を移動(ゲッタリング)させようとしている。さらに、
これらの公報では、上記触媒元素を移動させる工程、つ
まりゲッタリング工程の加熱処理を強光照射により行っ
ている。そして、この強光照射の際の光の加熱効率を高
めるために、使用する強光に対して吸収効率の高い膜を
ケイ素膜上に積層している。このときの強光に対する吸
収効率の高い膜を、特開平10−223534号公報で
は、5族Bの元素を導入する際の導入マスクと兼用して
選択的に、また、特開平10−229048号公報で
は、5族Bの元素を導入後に新たに基板全面に対して、
それぞれ設けている。
In Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 10-223534 and 10-229048, after a Group V element such as phosphorus is selectively introduced into a part of a silicon film crystallized by a catalytic element, By performing heat treatment on the silicon film, the catalyst element is to be moved (gettered) to the region where the group V element is introduced. further,
In these publications is performed step, i.e. by strong light irradiation heat treatment gettering step of moving the catalyst element. Then, in order to increase the heating efficiency of the light during the strong light irradiation, a film having a high absorption efficiency for the strong light to be used is laminated on the silicon film. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-223534, a film having a high absorption efficiency for strong light is selectively used as an introduction mask when introducing a Group V element, and also disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-229048. According to the gazette, after introducing the element of group V B, the whole surface of the substrate is newly added.
Each is provided.

【0011】また、特開11−31660号公報では、
触媒元素により結晶化されたケイ素膜の表面に熱酸化膜
を形成し、その熱酸化膜上にリンを高濃度に含有するケ
イ素膜を設けた状態で、加熱処理を行うことにより、上
層のケイ素膜へと触媒元素を移動させ、下層の結晶性ケ
イ素膜の触媒元素濃度の低減を図っている。そして、リ
ンを含む上層のケイ素膜を除去して、下層の結晶性ケイ
素膜を半導体素子形成領域として用いている。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-31660,
A thermal oxide film is formed on the surface of the silicon film crystallized by a catalyst element, the phosphorus on the thermal oxide film in a state in which a silicon film containing a high concentration, by performing the heat treatment, the upper layer of silicon The catalyst element is transferred to the film to reduce the concentration of the catalyst element in the underlying crystalline silicon film. Then, the upper silicon film containing phosphorus is removed, and the lower crystalline silicon film is used as a semiconductor element formation region.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】触媒元素を導入した非
晶質ケイ素膜を加熱処理して結晶化する方法は、加熱温
度の低温化や加熱時間の短縮化が図れ、さらに結晶化後
に得られるケイ素膜の結晶性は他の結晶化方法に比べ明
らかに優れている。しかしながら、これらの金属類を主
とする触媒元素がケイ素膜中に多量に存在していること
は、そのケイ素膜を用いた半導体装置の信頼性や電気的
安定性を阻害するものであり、決して好ましいことでな
い。すなわち、ニッケルなどの結晶化を助長する触媒元
素は、非晶質ケイ素膜を結晶化させる際には必要である
が、結晶化したケイ素膜中には極力含まれないようにす
ることが望ましい。
The method of crystallizing an amorphous silicon film into which a catalytic element has been introduced by heat treatment can lower the heating temperature and shorten the heating time, and can be obtained after crystallization. crystalline silicon film is better apparent than other crystallization methods. However, the presence of a large amount of a catalytic element mainly composed of these metals in a silicon film impairs the reliability and electrical stability of a semiconductor device using the silicon film. Not good. In other words, a catalyst element that promotes crystallization, such as nickel, is necessary when crystallizing an amorphous silicon film, but it is desirable that the catalyst element be minimized in the crystallized silicon film.

【0013】このような目的を達成する第1の方法とし
ては、結晶化に必要な触媒元素の量を極力少なくし、最
低限の量で結晶化を行う方法が考えられる。しかしなが
ら、触媒元素の導入量を少なくしていくと、成長状態が
非常に不安定化する。このような状態で作成した結晶性
ケイ素膜は、膜内での結晶性のばらつきが非常に大きく
なり、半導体素子形成領域を構成する膜としては、到底
使用できない。そのため、上記特開平10−22353
4号公報、特開平10−229048号公報および特開
11−31660号公報のように、触媒元素を用いて結
晶成長させた後、触媒元素を移動(ゲッタリング)させ
ることにより、半導体素子形成領域にすべき領域内の触
媒元素を除去あるいは低減するような方法が第2の方法
として考えられる。
As a first method for achieving such an object, a method of minimizing the amount of a catalyst element necessary for crystallization and performing crystallization with a minimum amount is considered. However, as the introduction amount of the catalyst element is reduced, the growth state becomes very unstable. A crystalline silicon film formed in such a state has a very large variation in crystallinity in the film, and cannot be used as a film constituting a semiconductor element formation region. Therefore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-22353
No. 4, JP-A-10-229048 and JP-A-11-31660, after crystal growth using a catalyst element, the catalyst element is moved (gettered) to form a semiconductor element formation region. such a way as to eliminate or reduce the catalytic element in the region should be is considered as a second method.

【0014】しかし、本発明者らが実際に特開平10−
223534号公報および特開平10−229048号
公報のような方法を用いて実験を行い、TFTを試作し
たところ、十分な効果が得られていないことがわかっ
た。具体的には、ゲッタリングと称される工程の後に
も、まだ多量の触媒元素が、半導体素子形成領域にすべ
き領域中に存在しており、TFT素子に明らかな悪影響
を及ぼしていた。特に、ゲッタリング工程後、触媒元素
導入領域を除去して半導体素子形成領域を形成し、この
半導体素子形成領域に対してさらに高温での熱処理を行
うと、半導体素子形成領域内に残存している触媒元素が
再凝集してシリサイド状態となって現れる。これは、特
開平10−223534号公報および特開平10−22
9048号公報の方法では、ゲッタリングがまだ不十分
であることの証明である。そして、上記触媒元素がTF
Tの接合部に存在すると、リーク源となり、オフ動作時
のリーク電流が非常に増大する。実際にTFTを試作す
ると、特開平10−223534号公報および特開平1
0−229048号公報の方法では、3%程度の確率で
オフ時のリーク電流が非常に大きい不良TFTが出現し
た。そして、その不良TFTにおける原因を解析する
と、チャネル部とドレイン部との接合部に、触媒元素に
よるシリサイドが存在していることが確認された。
[0014] However, the present inventors have actually disclosed in
An experiment was conducted using a method as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 223534 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-229048, and trial production of a TFT revealed that sufficient effects were not obtained. Specifically, even after the gettering process referred, it is still a large amount of the catalyst element, is present in the region to be the semiconductor device formation regions had had a clear negative effect on the TFT element. In particular, after the gettering step, the catalytic element introduction region is removed to form a semiconductor element formation region, and when this semiconductor element formation region is further subjected to a high-temperature heat treatment, the semiconductor element formation region remains in the semiconductor element formation region. The catalytic element re-aggregates and appears in a silicide state. This is disclosed in JP-A-10-223534 and JP-A-10-22.
The method of JP 9048 proves that gettering is still insufficient. And, the catalyst element is TF
If it exists at the junction of T, it becomes a leak source, and the leak current at the time of the off operation greatly increases. When a TFT is actually manufactured as a prototype, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 10-223534 and
In the method disclosed in Japanese Patent Application No. 0-229048, a defective TFT having an extremely large off-state leak current appears with a probability of about 3%. When the cause of the defective TFT was analyzed, it was confirmed that silicide due to the catalytic element was present at the junction between the channel and the drain.

【0015】特開平11−31660号公報は、半導体
素子形成領域を形成するための結晶性ケイ素膜の上に、
全面的にリンを高濃度に含有するケイ素膜を設けた後、
熱処理を行うことで、下層の結晶性ケイ素膜から上層の
ケイ素膜へと縦方向(膜厚方向)に触媒元素を移動させ
るユニークな方法である。したがって、上記触媒のゲッ
タリング距離(触媒元素の移動すべき距離)は、結晶性
ケイ素膜の膜厚程度のみであるため、特開平10−22
3534号公報および特開平10−229048号公報
の方法に比べて、つまり横方向へのゲッタリングに比べ
て、距離が短くて済み、高いゲッタリング効果が期待で
きる。しかしながら、この方法をもって実験しTFTを
試作したところ、決してゲッタリング能力は高くはな
く、触媒元素濃度の低減についても全く十分とは言えな
いものであった。この結果は、特開平10−22353
4号公報および特開平10−229048号公報と比べ
ても、同レベルか、むしろやや劣る結果であった。
JP-A-11-31660 discloses that a crystalline silicon film for forming a semiconductor element forming region is
After providing a silicon film containing high concentration of phosphorus over the entire surface,
By performing the heat treatment, a unique way of moving the catalyst element from the underlying crystalline silicon film with an upper layer of the silicon film in the vertical direction (thickness direction). Therefore, the gettering distance of the catalyst (the distance to which the catalyst element must move) is only about the thickness of the crystalline silicon film.
Compared with the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3534 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-229048, that is, as compared with lateral gettering, a shorter distance is required, and a high gettering effect can be expected. However, as a result of a prototype TFT experimenting with this method, rather than never gettering capability was high, as it does not say exactly enough also for the reduction of the catalyst element concentration. This result is shown in JP-A-10-22353.
As compared with JP-A-10-229048 and JP-A-10-229048, the results were the same or rather inferior.

【0016】以上述べたように、特開平10−2235
34号公報、特開平10−229048号公報および特
開平11−31660号公報の方法では、結晶性ケイ素
膜中を用いて形成された素子領城中の触媒元素量を十分
に低減できない。その結果、高性能な半導体素子は一部
確率的に作製できても、不良率が高く、また信頼性が非
常に悪く、とても量産できるような技術ではなかった。
[0016] As described above, JP-A-10-2235
No. 34, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-229048 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-31660 cannot sufficiently reduce the amount of a catalytic element in an element region formed using a crystalline silicon film. As a result, even if a high-performance semiconductor device can be partially produced stochastically, the defect rate is high, the reliability is very poor, and it is not a technology that can be mass-produced.

【0017】そこで、本発明の課題は、結晶性ケイ素膜
の触媒元素を十分に低減して、半導体装置の性能および
信頼性を高めることができる半導体装置の製造方法を提
供することにある。
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of sufficiently reducing the number of catalytic elements in a crystalline silicon film and improving the performance and reliability of the semiconductor device.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するため、触媒元素を用いて結晶化された高品質な
結晶性ケイ素膜に注目し、それを現状の実験室レベルか
ら何とか量産に耐え得るプロセスへと進化させられない
かと考え、日夜研究を重ねた。そして、上記問題点を解
決する方法をついに見出した。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have paid attention to a high-quality crystalline silicon film crystallized using a catalytic element, and have managed to reduce this from the current laboratory level. We continued our research day and night, thinking that we could evolve it into a process that could withstand mass production. And, finally we found a way to solve the above problems.

【0019】上記課題を解決するため、本発明の半導体
装置の製造方法は、絶縁表面を有する基板上に第1の非
晶質ケイ素膜を形成し、上記第1の非晶質ケイ素膜に、
ケイ素の結晶化を促進させる触媒元素を導入する工程
と、上記第1の非晶質ケイ素膜に加熱処理を施すことに
より、上記第1の非晶質ケイ素膜を結晶化させて、結晶
性ケイ素膜を形成する工程と、上記結晶性ケイ素膜上に
第2の非晶質ケイ素膜を設ける工程と、上記結晶性ケイ
素膜および上記第2の非晶質ケイ素膜に高速熱アニール
処理を施すことにより、上記結晶性ケイ素膜中の上記触
媒元素を上記第2の非晶質ケイ素膜へ移動させる工程
と、上記第2の非晶質ケイ素膜を除去して、上記結晶性
ケイ素膜を半導体素子形成領域とする工程とを有するこ
とを特徴としている。
In order to solve the above problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises forming a first amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and forming the first amorphous silicon film on the first amorphous silicon film.
A step of introducing a catalytic element for accelerating crystallization of silicon, and a step of subjecting the first amorphous silicon film to a heat treatment to crystallize the first amorphous silicon film, Forming a film, providing a second amorphous silicon film on the crystalline silicon film, and subjecting the crystalline silicon film and the second amorphous silicon film to rapid thermal annealing Accordingly, a step of moving the catalytic element of the crystalline silicon film to the second amorphous silicon film, and removing the second amorphous silicon film, a semiconductor device of the above crystalline silicon film Forming a formation region.

【0020】上記構成の半導体装置の製造方法によれ
ば、絶縁表面を有する基板上に形成された第1の非晶質
ケイ素膜にその結晶化を促進する触媒元素を導入し、加
熱処理により第1の非晶質ケイ素膜を結晶成長させる。
その後、上記結晶性ケイ素膜上に、第2の非晶質ケイ素
膜を設けて高速熱アニール処理を行うことにより、結晶
性ケイ素膜中の触媒元素を第2の非晶質ケイ素膜へと移
動させる。そして、上記第2の非晶質ケイ素膜を除去し
て、結晶性ケイ素膜を半導体素子形成領域とする訳であ
る。このように、上記高速熱アニール処理を行って、結
晶性ケイ素膜中の触媒元素を第2の非晶質ケイ素膜へと
移動させることて、特開平10−223534号公報、
特開平10−229048号公報および特開平11−3
1660号公報の方法に比べて、半導体素子形成領域に
おける残留触媒元素量を大きく低減することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device having the above structure, a catalytic element for promoting crystallization is introduced into the first amorphous silicon film formed on the substrate having an insulating surface, and the first amorphous silicon film is subjected to heat treatment. Crystal growth of one amorphous silicon film.
Then, a catalytic element in the crystalline silicon film is moved to the second amorphous silicon film by providing a second amorphous silicon film on the crystalline silicon film and performing a rapid thermal annealing treatment. make. Then, by removing the second amorphous silicon film, which mean that the crystalline silicon film and the semiconductor element forming region. As described above, the catalyst element in the crystalline silicon film is moved to the second amorphous silicon film by performing the above-described rapid thermal annealing treatment, and the method is disclosed in JP-A-10-223534.
JP-A-10-229048 and JP-A-11-3
Compared with the method disclosed in Japanese Patent No. 1660, the amount of the residual catalyst element in the semiconductor element formation region can be significantly reduced.

【0021】また、上記半導体素子形成領域における残
留触媒元素量を大きく低減しているから、半導体素子形
成領域を用いて作製した半導体素子ではオフ動作時のリ
ーク電流の異常も見られない。したがって、半導体装置
の性能および信頼性を高めることができる。すなわち、
特開平10−223534号公報、特開平10−229
048号公報および特開平11−31660号公報の方
法に比べて、より高い電流駆動能力をもつ高性能半導体
装置を得ることができる。
Further, because they greatly reduce the residual catalytic element amount in the semiconductor device forming region, not seen abnormalities of the leakage current in the OFF operation in the semiconductor element manufactured using the semiconductor device forming region. Therefore, the performance and reliability of the semiconductor device can be improved. That is,
JP-10-223534, JP-A No. 10-229
It is possible to obtain a high-performance semiconductor device having a higher current driving capability than the methods disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 048 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-31660.

【0022】以下、上記高速熱アニール処理を用いたゲ
ッタリングのメカニズムについてより詳しく説明する。
[0022] Hereinafter, will be described in more detail the mechanism of the gettering using the rapid thermal annealing process.

【0023】上記結晶性ケイ素膜中の触媒元素をある領
域へと移動させる、すなわちゲッタリングするためのメ
カニズムの1つとしては、ある領域での触媒元素に対す
る固溶度を他の領域より上げて、そこへ触媒元素を移動
させる方法がある。また、その他に方法として、触媒元
素をトラップするような欠陥あるいは偏析サイトを形成
し、そこに触媒元素を移動させトラップさせる方法があ
る。本発明では、高速熱アニールを行うことで、後者の
方法における利点を最大限に引き出すことができる。す
なわち、上記第2の非晶質ケイ素膜の欠陥が触媒元素に
対する偏析サイトとなり、触媒元素を結晶性ケイ素膜よ
り移動させ、第2の非晶質ケイ素膜でトラップする訳で
ある。その結果、上記半導体素子形成領域となる結晶性
ケイ素膜中の触媒元素濃度は大きく低減し、半導体素子
形成領域を用いて作製した半導体素子におけるオフ動作
時のリーク電流の異常が無くなり、高い信頼性を得るこ
とができる。
One of the mechanisms for moving the catalyst element in the crystalline silicon film to a certain region, that is, for gettering, is to increase the solid solubility of the catalyst element in the certain region from that in the other region. , there is a method of moving the catalyst element to it. As another method, there is a method of forming a defect or a segregation site for trapping a catalytic element, and moving the catalytic element there to trap. In the present invention, the advantage of the latter method can be maximized by performing the rapid thermal annealing. That is, the defects of the second amorphous silicon film serve as segregation sites for the catalyst element, and the catalyst element is moved from the crystalline silicon film and trapped by the second amorphous silicon film. As a result, the concentration of the catalytic element in the crystalline silicon film as a semiconductor element forming region is greatly reduced, there is no abnormality in the leak current in the off operation of the semiconductor device manufactured using the semiconductor device formation regions, highly reliable Can be obtained.

【0024】一実施形態の半導体装置の製造方法は、上
記高速熱アニール処理では、上記第2の非晶質ケイ素膜
の少なくとも一部を非晶質の状態に維持し得る予熱温度
から昇温が始まり、上記第2の非晶質ケイ素膜の少なく
とも一部を非晶質の状態に維持し得る昇温速度で上記昇
温を行われる。
The manufacturing method of a semiconductor device of one embodiment, in the rapid thermal annealing treatment, heated from the preheating temperature to at least a portion of said second amorphous silicon film can be maintained in the state of amorphous First, the temperature is increased at a rate that can maintain at least a part of the second amorphous silicon film in an amorphous state.

【0025】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、本発明の大きなポイントは、ゲッタリングシンク
となる第2の非晶質ケイ素膜の状態と、高速熱アニール
処理におけるその昇温速度にある。具体的に説明する
と、上記結晶性ケイ素膜上に設けるケイ素膜は非晶質化
していることが重要で、さらには、引き続き行われる高
速熱アニール処理において、ゲッタリングシンクとなる
ケイ素膜の少なくとも一部を非晶質の状態に維持し得る
予熱温度から昇温を始めると共に、ゲッタリングシンク
となるケイ素膜の少なくとも一部を非晶質の状態に維持
し得る昇温速度で昇温が行われることが重要である。こ
のようにすることにより、上記第2の晶質ケイ素膜中に
存在する多量の結晶欠陥を偏析サイトとして、結晶性ケ
イ素膜中の触媒元素が、第2の非晶質ケイ素膜へと移動
し、第2の非晶質ケイ素膜でトラップされて、所謂前述
の欠陥誘起型のゲッタリング作用を最大に引き出すこと
ができる。
According to the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment, a big point of the present invention, a state of the second amorphous silicon film serving as a gettering sink, to the heating rate in the rapid thermal annealing is there. More specifically, it is important that the silicon film provided on the crystalline silicon film is amorphous, and further, at least one of the silicon films serving as gettering sinks in the subsequent rapid thermal annealing treatment. The temperature is increased from a preheating temperature at which the portion can be maintained in an amorphous state, and the temperature is increased at a temperature rising rate capable of maintaining at least a part of the silicon film serving as a gettering sink in an amorphous state. This is very important. By doing so, the catalytic element in the crystalline silicon film moves to the second amorphous silicon film by using a large number of crystal defects existing in the second crystalline silicon film as segregation sites. And the second amorphous silicon film is trapped by the second amorphous silicon film, so that the so-called defect-induced gettering action can be maximized.

【0026】また、上記結晶性ケイ素膜中の触媒元素
を、ゲッタリングシンクである第2の非晶質ケイ素膜へ
と移動させる(ゲッタリングする)効果は、高速熱アニ
ール処理の昇温レートにより大きく異なる。このときの
熱処理の温度を上げると、一般的にゲッタリング効果は
向上する。これは、上記結晶性ケイ素膜中における触媒
元素の拡散速度が向上し、固溶限が上がるためである。
しかし、このときのゲッタリング効果は、図6中の×で
示すように、アニール処理の処理温度を上げていくと、
その処理温度が600℃程度で頭打ちとなり、それ以上
温度を上げても効果が得られない。ノンドープの非晶質
ケイ素膜をゲッタリングシンクとして用いても、ゲッタ
リング効果は得られるが、図6中の×で示す結果は、5
族B元素のリンを含有させた非晶質ケイ素膜をゲッタリ
ングシンクとして用いた場合の結果である。図6におい
て、縦軸は、アニール処理を行う前後での結晶性ケイ素
膜中における触媒元素の残存率を示し、横軸は、アニー
ル処理における処理温度を示している。そして、図6中
の点線が従来の方法で行ったデータである。前述したよ
うに、処理温度が600℃程度で触媒元素の低減効果は
頭打ちしており、このときの触媒元素の残存率は約0.
2、すなわち結晶性ケイ素膜に存在していた触媒元素の
うちの約2割が未だ残っており、これ以上温度を上げて
も除去できないでいる。
The effect of transferring (gettering) the catalytic element in the crystalline silicon film to the second amorphous silicon film as a gettering sink is caused by the rate of temperature increase in the rapid thermal annealing process. to differ greatly. Increasing the temperature of the heat treatment at this time generally improves the gettering effect. This is because the diffusion rate of the catalyst element in the crystalline silicon film is improved, and the solid solubility limit is increased.
However, the gettering effect of this time, as shown by × in FIG. 6, when gradually increasing the processing temperature of the annealing treatment,
The processing temperature becomes plateau at about 600 ° C., no effect can be obtained even by raising the higher temperature. Even if a non-doped amorphous silicon film is used as a gettering sink, a gettering effect can be obtained, but the result indicated by x in FIG.
This is a result when an amorphous silicon film containing phosphorus of Group B element is used as a gettering sink. In FIG. 6, the vertical axis shows the residual ratio of the catalytic element in the crystalline silicon film before and after the annealing, and the horizontal axis shows the processing temperature in the annealing. Then, a data dotted line made in a conventional manner in Fig. As described above, the effect of reducing the catalytic element treatment temperature at about 600 ° C. has been peaked, the residual ratio of the catalyst element at this time is about 0.
2, i.e. about 20% of the catalytic element present in the crystalline silicon film are still remains, and not be removed even by raising the further temperature.

【0027】本発明者らがこの理由を詳しく調べてみた
ところ、この熱処理において、ゲッタリングシンクとな
る非晶質ケイ素膜が結晶化されるかどうかが、このゲッ
タリング効率の面で大きなポイントになっていることが
判った。そして、上記第2の非晶質ケイ素膜の非晶質状
態を保持したまま、第2の非晶質ケイ素膜をより高い温
度に昇温して加熱すると、従来法での限界温度600℃
以上においても、今まで見られなかった、より高いゲッ
タリング効果が得られることが判った。このときの本発
明を用いた際のデータを図6の実線で示してある。特に
600℃以上の温度では、従来法とは明らかに差が見ら
れ、触媒元素の残存率が大きく低下している。したがっ
て、従来のゲッタリング効果を制限していた理由は、5
族B元素を含有している非晶質ケイ素膜が、ゲッタリン
グの熱処理の際に、再結晶化することにあると考えられ
る。しかし、ゲッタリングシンクとなる第2の非晶質ケ
イ素膜も同様に均一に高温に保持しないと、ゲッタリン
グ効果は得られないため、その昇温過程において、どう
しても結晶成長が起こってしまう。すなわち、従来法で
は、ゲッタリングシンクとなる第2の非晶質ケイ素膜
が、昇温過程において結晶化されてしまった地点、その
段階の温度でゲッタリング効果が小さくなってしまうた
め、このときの処理温度に対して効果の限界が生じてい
ると考えられる。このときに小さくなるゲッタリング効
果は、主に非晶質状態の欠陥をトラップとする欠陥誘起
型のゲッタリング効果であり、このゲッタリング効果
は、第2の非晶質ケイ素膜が昇温過程において結晶化さ
れてしまった段階で、ゲッタリング効果が全く得られな
くなってしまう。図6に結果を示す実験では、リンを導
入した非晶質ケイ素膜を用いているが、本発明のような
高速熱アニール処理を用いることで、高温で欠陥誘起型
のゲッタリング作用を引き出すことができるようにな
り、ノンドープの非晶質ケイ素膜でもゲッタリングシン
クとして作用させることができる。
When the present inventors examined the reason in detail, it was determined whether or not the amorphous silicon film serving as a gettering sink was crystallized in this heat treatment in terms of the gettering efficiency. It turned out to be. Then, while maintaining the amorphous state of the second amorphous silicon film, when heated by elevating the temperature of the second amorphous silicon film to a higher temperature, limit temperature 600 ° C. in the conventional method
As described above, it was found that a higher gettering effect, which had not been seen until now, can be obtained. The data at the time of using the present invention in this case is shown by the solid line in FIG. In particular, at a temperature of 600 ° C. or higher, a clear difference from the conventional method is observed, and the residual ratio of the catalytic element is greatly reduced. Therefore, the reason for restricting the conventional gettering effect is as follows.
It is considered that the amorphous silicon film containing Group B element is recrystallized during the heat treatment for gettering. However, since the gettering effect cannot be obtained unless the second amorphous silicon film serving as the gettering sink is also kept at a uniform high temperature, crystal growth will inevitably occur during the temperature rise process. That is, in the conventional method, the gettering effect is reduced at the point where the second amorphous silicon film serving as the gettering sink has been crystallized in the temperature increasing process, and the temperature at that stage is reduced. It is considered that there is a limit to the effect on the processing temperature. The gettering effect that is reduced at this time is a defect-induced gettering effect in which defects in the amorphous state are trapped mainly. The gettering effect cannot be obtained at all at the stage of crystallization. In the experiment results shown in FIG. 6, but using the amorphous silicon film obtained by introducing a phosphorus by using rapid thermal annealing as in the present invention, to elicit a gettering effect of defect-induced at a high temperature You will be able to, can act as a gettering sink in the amorphous silicon film of non-doped.

【0028】また、上記高速熱アニールのメカニズム
は、従来法の横方向(基板の表面と平行な方向)に触媒
元素を移動させる(ゲッタリングする)場合にも適用で
きる。しかしながら、膜厚方向にゲッタリングする本発
明の方法は、そのゲッタリング距離が膜厚分だけと非常
に短くて済むため、短時間のアニール処理でゲッタリン
グが終了できる。すなわち、ゲッタリングシンクである
第2の非晶質ケイ素膜が結晶化する前にゲッタリング処
理を終わらせることも可能で、そのような場合、アニー
ル処理の全域にわたって大きなゲッタリング効果を引き
出すことができる。なぜなら、上記第2の非晶質ケイ素
膜が完全に結晶化した段階で、欠陥誘起型のゲッタリン
グ効果は無くなるからである。
Further, the mechanism of the rapid thermal anneal moves the catalytic element in the lateral direction of the conventional method (parallel to the substrate surface) (gettered) can also be applied in the case. However, in the method of the present invention in which gettering is performed in the film thickness direction, the gettering distance is as short as the film thickness, so that gettering can be completed by a short annealing process. That is, the second amorphous silicon film, which is a gettering sink is also possible to end the gettering process prior to crystallization, if such, be drawn a large gettering effect over the entire annealing process it can. This is because the defect-induced gettering effect is lost at the stage when the second amorphous silicon film is completely crystallized.

【0029】以上から、ゲッタリングの熱処理として高
速熱アニール処理を用い、かつ、上記高速熱アニール処
理では、第2の非晶質ケイ素膜の少なくとも一部を非晶
質の状態に維持し得る予熱温度から昇温を始めると共
に、第2の非晶質ケイ素膜の少なくとも一部を非晶質の
状態に維持し得る昇温速度で昇温が行われることが、非
常に重要なポイントとなる。このようにすることで、初
めて、意図したアニール温度で、ゲッタリングシンクで
ある第2の非晶質ケイ素膜を非晶質状態としてアニール
を行うことができ、本来、このときの熱処理の温度が持
っている高いゲッタリング効果を得ることができる。
As described above, high-speed thermal annealing is used as the heat treatment for gettering, and in the high-speed thermal annealing, preheating capable of maintaining at least a part of the second amorphous silicon film in an amorphous state is performed. with start heating from the temperature, at least part of the second amorphous silicon film be heated at a Atsushi Nobori rate capable of maintaining the state of the amorphous takes place, a very important point. In this way, for the first time, in the intended annealing temperature, it can be annealed to the second amorphous silicon film, which is a gettering sink as an amorphous state, the original temperature of the heat treatment at this time High gettering effect can be obtained.

【0030】このようにして得られた結晶性ケイ素膜に
対して、触媒元素の残留を簡易的に確認する方法として
用いている、フッ酸系のエッチャントによるライトエッ
チング処理を行った。その結果、残留している触媒元素
を顕在化させる評価において、従来見られていたエッチ
ピットは全く見られない。
The crystalline silicon film thus obtained was subjected to a light etching treatment using a hydrofluoric acid-based etchant, which was used as a method for simply confirming the residual catalytic element. As a result, in the evaluation for revealing the remaining catalyst element, no etch pit conventionally observed was observed.

【0031】また、よりシビアな評価として、さらに高
温での熱処理を行った。もし、上記半導体素子形成領域
内の触媒元素を大きく低減できていなければ、その触媒
元素が熱処理により再凝集してシリサイド状態となって
現れるが、このような評価を行っても、特開平11−3
1660号公報、特開平10−223534号公報およ
び特開平10−229048号公報の技術で見られたよ
うな触媒元素の再凝集は全く見られなかった。そして、
実際に上記半導体素子形成領域を用いてTFTを作成し
たところ、上記3つの公報および従来技術で同様にTF
Tを作成したときには3%以上の確率で見られたTFT
オフ時のリーク電流の異常な増大現象が、本発明の方法
では全く見られず正に0%であった。さらに、そのよう
にして得られたTFTを用いて作製した液晶表示装置で
は、従来法で頻発していた線状の表示むら(ドライバー
部のサンプリングTFT起因)やオフ時のリーク電流に
よる画素欠陥も全く無く、表示品位を大きく向上できた
上に、良品率を飛躍的に高めることができた。
Further, as a more severe evaluation, heat treatment at a higher temperature was performed. If the catalytic element in the semiconductor element formation region has not been significantly reduced, the catalytic element re-aggregates due to the heat treatment and appears in a silicide state. 3
No re-aggregation of the catalytic element was observed at all as seen in the techniques of JP 1660, JP-A-10-223534 and JP-A-10-229048. And
When a TFT was actually produced using the above-mentioned semiconductor element formation region, a TF was similarly obtained in the above three publications and the prior art.
TFT seen in more than 3% of the probability when you created the T
The abnormal increase phenomenon of the leak current at the time of off was not observed at all in the method of the present invention, and was exactly 0%. Further, in the liquid crystal display device manufactured using the TFT thus obtained, the linear display unevenness (caused by the sampling TFT in the driver portion) and the pixel defect due to the leak current at the time of off, which frequently occur in the conventional method, are also reduced. There was nothing at all, and the display quality could be greatly improved, and the non-defective rate could be dramatically increased.

【0032】一実施形態の半導体装置の製造方法は、上
記予熱温度は550℃以下であり、上記昇温速度は30
℃/分を上回る。
In one embodiment of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, the preheating temperature is 550 ° C. or less, and the heating rate is 30.
℃ / greater than the minute.

【0033】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、上記高速熱アニール処理は、550℃以下の予熱
温度から昇温を始め、その昇温速度は少なくとも30℃
/分を上回る昇温速度で昇温することが望ましい。さら
に好適には、上記昇温速度は100℃/分を上回ること
がより望ましい。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the above embodiment, the high-speed thermal annealing process starts with a preheating temperature of 550 ° C. or less, and the rate of temperature rise is at least 30 ° C.
It is desirable that the temperature be raised at a rate of temperature increase exceeding / minute. More preferably, the heating rate is more desirable that greater than 100 ° C. / min.

【0034】仮に、上記予熱温度が550℃以下である
と、第2の非晶質ケイ素膜において全く結晶成長が生じ
ないで、ゲッタリング効果を大きくすることができる。
一方、上記予熱温度が550℃を越えると、第2の非晶
質ケイ素膜において結晶成長が生じてしまって、ゲッタ
リング効果が小さくなってしまう。
If the preheating temperature is 550 ° C. or lower, the gettering effect can be increased without any crystal growth in the second amorphous silicon film.
On the other hand, if the preheating temperature exceeds 550 ° C., and got crystal growth occurs in the second amorphous silicon film, the gettering effect is reduced.

【0035】そして、上記昇温速度が30℃/分以上で
あれば、その昇温過程において、第2の非晶質ケイ素膜
の結晶化は完全には終了せず、非晶質成分を残した状態
で、結晶性ケイ素膜の触媒元素をゲッタリングするため
のメイン加熱処理に入ることができる。また、上記昇温
速度が100℃/分以上であれば、その昇温過程におい
て、第2の非晶質ケイ素膜で結晶化がほとんど生じず、
第2の非晶質ケイ素膜のほぼ全部が非晶質状態のまま
で、メイン加熱処理に入ることができる。
[0035] Then, if the heating rate is 30 ° C. / min or more, in the Atsushi Nobori process, the crystallization of the second amorphous silicon film is not terminated completely, leaving the amorphous component in the state, it can enter the catalytic element of the crystalline silicon film on the main heat treatment for gettering. In addition, when the temperature increase rate is 100 ° C./min or more, crystallization hardly occurs in the second amorphous silicon film during the temperature increase process,
The main heat treatment can be started while almost all of the second amorphous silicon film remains in the amorphous state.

【0036】図5(a),(b)に、本発明者らが行っ
た、このときの昇温速度に関する実験データを示す。図
5(a),(b)は、高速熱アニール温度を675℃と
して行った実験結果である。そして、図5(a)は、高
速熱アニール処理前後でのケイ素膜中の触媒元素の残存
率を表している。なお、上記触媒元素の残存率の測定は
微小領域SIMSにより行っている。
FIGS. 5 (a) and 5 (b) show experimental data conducted by the present inventors regarding the heating rate at this time. Figure 5 (a), (b) shows the experimental results was performed with 675 ° C. rapid thermal annealing temperature. FIG. 5A shows the residual ratio of the catalytic element in the silicon film before and after the rapid thermal annealing. The measurement of the residual ratio of the catalyst element is performed by micro area SIMS.

【0037】図5(a)から判るように、上記高速熱ア
ニール処理の昇温速度のほぼ30℃/分を境にして、触
媒元素の残存率が大きく変化しており、昇温速度が30
℃/分以上になると、触媒元素の残存率のさらなる低下
が起こり出す。一方、上記昇温速度が30℃/分未満で
は、高速熱アニール処理の温度を上げても、触媒元素が
低下する効果は見られず、30℃/分という昇温速度
が、本発明の効果を得るためには最低限必要な昇温速度
であることが判る。そして、上記触媒元素の残存率は、
30℃/分から昇温速度が上がるにしたがって、さらに
低下し、約100℃/分以上で飽和状態となる。したが
って、上記昇温速度を100℃/分以上とすることで、
高速熱アニール処理の温度における触媒元素のゲッタリ
ング効果を最大限に引き出すことができる。
As can be seen from FIG. 5 (a), the residual rate of the catalytic element greatly changes at about 30 ° C./min of the rate of temperature rise in the high-speed thermal annealing treatment.
° C. / min becomes more than a further decrease in the residual ratio of the catalyst element starts to occur. Meanwhile, in the above heating rate is less than 30 ° C. / min, even at elevated temperatures of the rapid thermal annealing, the effect of the catalytic element is reduced not observed, the Atsushi Nobori rate of 30 ° C. / min, the effect of the present invention It can be seen that the rate of temperature rise is the minimum necessary for obtaining the temperature. The residual ratio of the catalyst element,
According 30 ° C. / min heating rate increases further decreased, the saturation at about 100 ° C. / min or more. Accordingly, by the heating rate and 100 ° C. / min or more,
The gettering effect of a catalyst element may be maximized at a temperature of rapid thermal annealing.

【0038】また、図5(b)に、上記ゲッタリング効
果を最大限に引き出すメカニズムを解明するために行っ
た実験の結果を示している。具体的には、図5(b)
は、上記第2の非晶質ケイ素膜における非晶質領域の割
合と、高速熱アニール処理における昇温速度との関係を
調べたグラフである。上記実験では、石英基板を用い、
アニール温度が675℃に達した地点で急冷し、1μm
φのスポットのラマン分光法により結晶シリコンと非晶
質シリコンのラマンピーク比を調べることにより行っ
た。図5(b)から判るように、触媒元素の低減率に対
して同様の結果が得られ、昇温速度が30℃/分から非
晶質のピークが現れ始め、昇温速度に伴ってそのラマン
ピーク比が大きくなり、約100℃/分で飽和状態とな
っている。よって、その原因としては、ゲッタリングシ
ンクとなる第2の非晶質ケイ素膜の結晶状態がポイント
になっていることがはっきりと判る。
Further, in FIG. 5 (b), shows the results of experiments conducted to elucidate the mechanism to maximize the gettering effect. Specifically, FIG.
Is a graph of examining the proportion of amorphous regions in the second amorphous silicon film, the relationship between the heating rate in the rapid thermal annealing process. In the above experiment, using a quartz substrate,
Quenched at a point where the annealing temperature reaches 675 ° C., 1 [mu] m
The measurement was performed by examining the Raman peak ratio between crystalline silicon and amorphous silicon by Raman spectroscopy of the spot of φ. As can be seen from FIG. 5 (b), a similar result was obtained with respect to the reduction rate of the catalytic element, and an amorphous peak began to appear at a heating rate of 30 ° C./min. peak ratio increases, and has a saturated at about 100 ° C. / min. Therefore, it can be clearly understood that the cause is the crystal state of the second amorphous silicon film serving as a gettering sink.

【0039】一実施形態の半導体装置の製造方法は、上
記高速熱アニール処理では、上記結晶性ケイ素膜中の上
記触媒元素を上記第2の非晶質ケイ素膜へ移動させるた
めのメイン加熱を上記昇温後に行っていて、上記メイン
加熱は、600℃〜750℃の範囲の平均温度で1秒〜
15分間行われる。
In one embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor device, in the rapid thermal annealing treatment, the main heating for moving the catalyst element in the crystalline silicon film to the second amorphous silicon film is performed by the main heating. The main heating is performed after the temperature is raised, and the main heating is performed at an average temperature of 600 ° C. to 750 ° C. for 1 second to
Performed for 15 minutes.

【0040】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、上記高速熱アニール処理において昇温後に行わ
れ、結晶性ケイ素膜中の上記触媒元素を第2の非晶質ケ
イ素膜へ移動させるためのメイン加熱は、600℃〜7
50℃の範囲の平均温度で1秒〜15分間行われること
が望ましい。これは、図6のグラフから判るように、メ
イン加熱の温度に相当する処理温度が600℃以上にお
いて初めて、本発明による触媒元素濃度の大きな低減効
果が現れ出すからである。なお、図5のデータは、昇温
速度を120℃/分に設定して得られたものである。図
5中の点線で示す従来法では、前述のように、触媒元素
を低減する効果は600℃程度で頭打ちしているが、本
発明では、図5中の実線で示してあるように、こ600
℃以上で、今まで見られなかった、より高いゲッタリン
グ効果が得られる。しかしながら、このときの処理温度
は高ければ高いほど良いという訳ではなく、上限が存在
する。この理由を以下に説明する。
According to the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment, in the rapid thermal annealing process conducted after the Atsushi Nobori, for moving the catalytic element of the crystalline silicon film to the second amorphous silicon film of the main heating, 600 ℃ ~7
It is preferably performed 1 second to 15 minutes at an average temperature in the range of 50 ° C.. This is because, as can be seen from the graph of FIG. 6, the effect of greatly reducing the catalyst element concentration according to the present invention appears only when the processing temperature corresponding to the main heating temperature is 600 ° C. or higher. Note that the data in FIG. 5 was obtained by setting the heating rate to 120 ° C./min. In the conventional method shown by the dotted line in FIG. 5, as as previously described, the effect of reducing the catalytic element has plateaued at about 600 ° C., in the present invention is shown by the solid line in FIG. 5, this 600
℃ or more, was not seen until now, higher gettering effect can be obtained. However, the higher the processing temperature is, the better it is not, and there is an upper limit. The reason will be described below.

【0041】上記処理温度がより高温になると、触媒元
素のランダムな拡散が起こるようになり、第2の非晶質
ケイ素膜から外部へも触媒元素が動くようになる。その
結果、上記結晶性ケイ素膜中の触媒元素の濃度は逆に上
がり出す。特に上記処理温度が750℃以上になると急
激に触媒元素の残存率が上昇し、また、このとき少しで
も酸素が存在すると、触媒元素のシリサイドが選択的に
酸化され、ケイ素膜に穴が空くようになってしまう。し
たがって、上記処理温度の上限は、その2点で制約さ
れ、750℃となっている。また、アニール時間(メイ
ン加熱が行われる時間)は、1秒〜15分間の範囲で、
十分な効果が見られる。したがって、上記結晶性ケイ素
膜中の上記触媒元素を第2の非晶質ケイ素膜へ移動させ
るためのメイン加熱は、600℃〜750℃の範囲の平
均温度で1秒〜15分間行われることが望ましい。
When the treatment temperature is higher, random diffusion of the catalytic element occurs, and the catalytic element moves from the second amorphous silicon film to the outside. As a result, the concentration of the catalytic element in the crystalline silicon film starts to increase. In particular, when the treatment temperature is 750 ° C. or higher, the residual ratio of the catalytic element sharply increases. At this time, if any oxygen is present, the silicide of the catalytic element is selectively oxidized to form a hole in the silicon film. Become. Therefore, the upper limit of the processing temperature is restricted by these two points, and is 750 ° C. The annealing time (time during which the main heating is performed) ranges from 1 second to 15 minutes.
A sufficient effect can be seen. Therefore, the main heating for transferring the catalyst element in the crystalline silicon film to the second amorphous silicon film may be performed at an average temperature in the range of 600 ° C. to 750 ° C. for 1 second to 15 minutes. desirable.

【0042】一実施形態の半導体装置の製造方法は、上
記メイン加熱は、650℃〜700℃の範囲の平均温度
で1分〜10分間行われる。
In one embodiment of the present invention, the main heating is performed at an average temperature in the range of 650 ° C. to 700 ° C. for 1 minute to 10 minutes.

【0043】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、さらに好適には、上記メイン加熱は、650℃〜
700℃の範囲の平均温度で1分〜10分間行われるこ
とがより望ましい。図5から判るように、メイン加熱の
温度に相当する処理温度が約650℃になると、触媒元
素の低減効果はほぼ飽和状態となり、それから約700
℃にかけてさらに緩やかに低下するが、700℃で触媒
元素の残存率は極値となり、700℃以上では触媒元素
の残存率が逆に上がり出す。これは、前述の理由によ
る。したがって、650℃〜700℃の範囲の平均温度
が、メイン加熱における最適な温度範囲である。また、
上記メイン加熱が行われる時間としては、1分〜10分
の範囲内であれば、触媒元素の低減効果を十分に得るこ
とができる。また、上記メイン加熱の時間が1分〜10
分の範囲内であれば、基板として例えばガラスを用いた
場合の熱的損傷(反りやシュリンケージ)も最低減に抑
えることができる。
[0043] According to the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment, more preferably, the main heating, 650 ° C. ~
More preferably, it is performed at an average temperature in the range of 700 ° C. for 1 minute to 10 minutes. As can be seen from FIG. 5, when the processing temperature corresponding to the temperature of the main heating is about 650 ° C., the effect of reducing the catalytic element becomes almost saturated state, then about 700
° C. Furthermore gradually drops toward, but the residual ratio of the catalyst element at 700 ° C. becomes an extreme value, at 700 ° C. or higher out up conversely residual ratio of the catalyst element. This is for the reasons described above. Thus, the average temperature in the range of 650 ° C. to 700 ° C. is an optimum temperature range in the main heating. Also,
If the time for the main heating is within the range of 1 minute to 10 minutes, the effect of reducing the catalytic element can be sufficiently obtained. Also, the main heating time is 1 minute to 10 minutes.
Within the range of minutes, thermal damage (warpage or shrinkage) when, for example, glass is used as the substrate can be minimized.

【0044】一実施形態の半導体装置の製造方法は、上
記高速熱アニール処理は、タングステン−ハロゲンラン
プ、キセノンアークランプ、抵抗性加熱炉および高温ガ
ス加熱を用いて行われる。
In one embodiment of the present invention, the high-speed thermal annealing is performed using a tungsten-halogen lamp, a xenon arc lamp, a resistive heating furnace, and high-temperature gas heating.

【0045】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、上記高速熱アニール処理の具体的な手法として
は、タングステン−ハロゲンランプ、キセノンアークラ
ンプ、抵抗性加熱炉および高温ガス加熱を用いるのが望
ましい。上記タングステン−ハロゲンランプやキセノン
アークランプであれば、Si層のみでなく、基板全体を
瞬時に加熱することが可能であり、本発明に適してい
る。また、上記抵抗性加熱炉を用いる場合は、炉内に温
度勾配を持たせ、基板の熱容量を小さくするため一枚ず
つ炉内に挿入する。その際の挿入速度をコントロールす
ることで、昇温速度のコントロールを行えばよい。さら
に、このとき高温に加熱された窒素などの不活性ガスを
基板に吹き付けるような高温ガス加熱も併用すると、よ
り早い昇温レートで基板の昇温が可能となる。この場合
には、より均一に基板全体を瞬時に加熱することが可能
であり、その昇温速度および降温速度が精度良く制御可
能となるため、上記のランプ加熱方法に比べて、より本
発明に適している。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the above embodiment, as the specific method of the high-speed thermal annealing, a tungsten-halogen lamp, a xenon arc lamp, a resistive heating furnace, and high-temperature gas heating are used. desirable. The above-described tungsten-halogen lamp or xenon arc lamp can heat not only the Si layer but also the entire substrate instantaneously, and is suitable for the present invention. In the case of using the above-described resistance heating furnace, the resistive heating furnace is inserted into the furnace one by one in order to provide a temperature gradient in the furnace and reduce the heat capacity of the substrate. The heating rate may be controlled by controlling the insertion speed at that time. Further, at this time, when a high-temperature gas heating such as blowing an inert gas such as nitrogen heated to a high temperature onto the substrate is also used, the temperature of the substrate can be increased at a faster rate. In this case, it is possible to heat the entire substrate more uniformly instantaneously, since the heating rate and cooling rate is accurately controllable, as compared to the above-described lamp heating method, and more invention Are suitable.

【0046】一実施形態の半導体装置の製造方法は、上
記触媒元素は、Ni(ニッケル)、Co(コバルト)、
Fe(鉄)、Pd(パラジウム)、Pt(白金)、Cu
(銅)およびAu(金)のうちから選ばれた1種類また
は複数種類の元素である。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device, the catalyst element is Ni (nickel), Co (cobalt),
Fe (iron), Pd (palladium), Pt (platinum), Cu
Is one or more kinds of elements selected from among the (copper) and Au (gold).

【0047】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、上記触媒元素として、Ni、Co、Fe、Pd、
Pt、CuおよびAuのうちから選ばれた1種類または
複数種類の元素を利用することができる。Ni、Co、
Fe、Pd、Pt、CuおよびAuのうちから選ばれた
1種類または複数種類の元素であれば、微量であっても
非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する効果がある。それら
の中でも、特にNiを触媒元素として用いた場合に最も
顕著な効果を得ることができる。この理由については、
次のようなモデルが考えられる。上記触媒元素は単独で
は作用せず、Siと結合してシリサイド化することで結
晶成長に作用する。そのときの結晶構造が、非晶質ケイ
素膜の結晶化時に一種の鋳型のように作用し、非晶質ケ
イ素膜の結晶化を促すといったモデルである。具体的に
は、Niは2つのSiとでNiSiのシリサイドを形
成する。上記NiSiは螢石型の結晶構造を示し、そ
の結晶構造は、単結晶ケイ素のダイヤモンド構造と非常
に類似したものである。しかも、上記NiSiはその
格子定数が5.406Åであり、結晶シリコンのダイヤ
モンド構造での格子定数5.430Åに非常に近い値を
もつ。したがって、上記NiSiは、非晶質ケイ素膜
を結晶化させるための鋳型としては最高のものであるの
で、触媒元素としては特にNiを用いるのが最も望まし
い。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the above embodiment, Ni, Co, Fe, Pd,
One or more elements selected from Pt, Cu and Au can be used. Ni, Co,
Fe, Pd, Pt, if one or more kinds of elements selected from among Cu, and Au, the effect for accelerating crystallization of even trace amounts of amorphous silicon film. Among them, it is possible to obtain particularly most remarkable effect in the case of using Ni as a catalyst element. For this reason,
Models such as the following can be considered. The catalytic element alone does not act combines with Si acting on crystal growth by silicidation. This is a model in which the crystal structure at that time acts like a kind of template when the amorphous silicon film is crystallized, and promotes the crystallization of the amorphous silicon film. Specifically, Ni forms NiSi 2 silicide with two Sis. The NiSi 2 shows the crystal structure of the fluorite type, the crystal structure was very similar to the diamond structure of single crystal silicon. In addition, NiSi 2 has a lattice constant of 5.406 °, which is very close to the lattice constant of 5.430 ° in the diamond structure of crystalline silicon. Therefore, NiSi 2 is the best as a template for crystallizing an amorphous silicon film, and it is most preferable to use Ni as a catalyst element.

【0048】一実施形態の半導体装置の製造方法は、上
記第2の非晶質ケイ素膜は5族Bから選ばれた元素を含
む。
In one embodiment of the present invention, the second amorphous silicon film contains an element selected from Group V B.

【0049】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、第2の非晶質ケイ素膜が5族Bから選ばれた元素
を含むから、結晶性ケイ素膜中の触媒元素が第2の非晶
質ケイ素膜へ効率的よく移動して、ゲッタリング効果を
向上させることができる。つまり、上記触媒元素のゲッ
タリング効果を上げるには、第2の非晶質ケイ素膜に5
族Bから選ばれた元素を含有させることが非常に有効で
ある。これは、上記第2の非晶質ケイ素膜が5族Bから
選ばれた元素を含んでいると、第2の非晶質ケイ素膜に
おける触媒元素の固溶度が飛躍的に上がり、固溶度の差
により触媒元素の移動も同時に行われるようになるから
である。すなわち、上記触媒元素のゲッタリングの2つ
のメカニズム・効果を双方とも同時に得ることができ、
半導体素子形成領域となる結晶性ケイ素膜において大き
く触媒元素の膜中濃度をより低減することができる。
[0049] According to the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment, since including a second amorphous silicon film is selected from Group 5 B element, the catalyst element of the crystalline silicon film and the second non moving efficiently well into amorphous silicon film, it is possible to improve the gettering effect. In other words, in order to increase the gettering effect of the catalyst element, it is necessary to add 5
It is very effective to contain an element selected from group B. This is because when the second amorphous silicon film contains an element selected from Group V B, the solid solubility of the catalyst element in the second amorphous silicon film is dramatically increased, This is because the movement of the catalyst element is performed at the same time due to the difference in the degree. That is, the two mechanisms and effects of gettering of the catalyst element can be simultaneously obtained,
In the crystalline silicon film to be the semiconductor element formation region, the concentration of the catalyst element in the film can be greatly reduced.

【0050】また、本発明は、特開平11−31660
号公報のように、半導体素子形成領域となる結晶性ケイ
素膜の上に形成された第2の非晶質ケイ素膜へと縦方向
(膜厚方向)に触媒元素を移動ゲッタリングするもので
あるが、ポイントは全く異なる。本発明では、高速熱ア
ニールを用いることで、ゲッタリングシンクとなる第2
の非晶質ケイ素膜に例えばリンのような5族B元素を含
ませなくてもゲッタリングが可能となる。なぜなら、前
述のように欠陥誘起型の偏析ゲッタリング効果を有する
からである。また、このような膜厚方向へのゲッタリン
グは、そのゲッタリング距離(触媒元素の移動すべき距
離)は、膜厚分のみであるため、特開平10−2235
34号公報および特開平10−229048号公報のよ
うな一般的な横方向(基板の表面と平行な方向)へのゲ
ッタリングに比べて、その距離が短くて済む。その結
果、短時間の処理でゲッタリングでき、高速熱アニール
処理とのマッチングが非常によい。長時間のアニール処
理では、安価なガラス基板を用いた場合に反りやたわみ
が発生する。
Further, the present invention relates to a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-31660.
As described in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-207, a catalyst element is moved and gettered in a vertical direction (thickness direction) to a second amorphous silicon film formed on a crystalline silicon film to be a semiconductor element formation region. But the points are completely different. In the present invention, by using the rapid thermal annealing, the second gettering sink is used.
Gettering is possible even if the amorphous silicon film does not contain a Group V element such as phosphorus. This is because it has a defect-induced segregation gettering effect as described above. Also, in such gettering in the film thickness direction, the gettering distance (the distance to move the catalyst element) is only for the film thickness.
The distance is shorter than that in general gettering in a horizontal direction (a direction parallel to the surface of the substrate) as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 34-294 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-229048. As a result, gettering can be performed in a short time, and the matching with the rapid thermal annealing is very good. In a long-time annealing process, warpage or bending occurs when an inexpensive glass substrate is used.

【0051】また、本発明が上記特開平10−2235
34号公報および特開平10−229048号公報と異
なるのは、それらの公報では、強光を照射してケイ素膜
を選択的に加熱するような熱処理のため、強光を熱吸収
するためのマスク膜を用いているのに対して、本発明で
は、高速熱アニールにより、基板全体を均一にアニール
する。したがって、本発明では、上記公報のような余分
なマスク膜は不要である。また、上記基板の全体を均一
に熱処理することは重要なポイントであり、例えば、上
記特開平10−223534号公報では、強光吸収マス
クに覆われた領域が集中的にアニールされるが、5族B
元素が導入された領域は十分に温度が上がらない。この
ような場合、十分なゲッタリングが得られないことが判
明している。そのため、特開平10−223534号公
報の発明者らは、引き続き、次の特開平10−2290
48号公報の発明を成している。特開平10−2290
48号公報では、強光を熱吸収するための膜を全面に形
成し、5族B元素が導入された領域も含めて、基板の全
体を均一にアニールしようとするものである。この方法
の方がよりゲッタリング効果は高いが、強光を熱吸収す
るためのマスク膜の形成が全く余分な工程となってしま
う。また、この方法だけでは、まだゲッタリング効果は
十分ではなく、さらにプラスαが必要である。
Further, the present invention relates to the above-mentioned JP-A-10-2235.
No. 34 and JP-A-10-229048 are different from those of JP-A-10-229048 in that a mask for absorbing heat is used for heat treatment for irradiating strong light to selectively heat a silicon film. In contrast to using a film, the present invention uniformly anneals the entire substrate by rapid thermal annealing. Therefore, the present invention does not require an extra mask film as described in the above publication. It is important to uniformly heat-treat the entire substrate. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-223534, a region covered with a strong light absorption mask is annealed intensively. Tribe B
The temperature in the region where the element is introduced does not rise sufficiently. In this case, it has been found that no sufficient gettering is obtained. For this reason, the inventors of Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-223534 have continued the following Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2290.
No. 48 discloses the invention. JP-A-10-2290
In JP-A-48-48, a film for thermally absorbing strong light is formed on the entire surface, and the entire substrate, including the region into which Group V element B has been introduced, is to be uniformly annealed. Although this method has a higher gettering effect, formation of a mask film for heat absorption of strong light is an extra step. Also, the gettering effect is not yet sufficient with this method alone, and a plus α is required.

【0052】一実施形態の半導体装置の製造方法は、上
記5族Bから選ばれた元素は、P(リン)、As(ヒ
素)およびSb(アンチモン)から選ばれた1種類また
は複数種類の元素である。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device, the element selected from Group V B is one or more elements selected from P (phosphorus), As (arsenic) and Sb (antimony). it is.

【0053】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、上記5族Bから選ばれた元素として、P、Asお
よびSbのなかから選ばれた少なくとも1つの元素を用
いることができる。P、AsおよびSbのなかから選ば
れた少なくとも1つの元素であれば、結晶性ケイ素膜中
の触媒元素を効率的に移動させることができ、十分なゲ
ッタリング効果が得られる。このゲッタリングのメカニ
ズムに関しては、未だ詳しい知見は得られていないが、
P、AsおよびSbの元素の中でも、最も効果が高いの
はPであることがわかっている。
[0053] According to the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment, as an element selected from the Group V B, it may be at least one element selected from among P, As and Sb. If at least one element selected from P, As, and Sb, the catalyst element in the crystalline silicon film can be efficiently moved, and a sufficient gettering effect can be obtained. Although no detailed knowledge has been obtained on the mechanism of this gettering,
It has been found that among the elements P, As and Sb, P has the highest effect.

【0054】一実施形態の半導体装置の製造方法は、上
記第2の非晶質ケイ素膜は、PとB(ホウ素)との2種
類の元素を含む。
In one embodiment of the present invention, the second amorphous silicon film contains two elements, P and B (boron).

【0055】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、上記第2の非晶質ケイ素膜に、5族Bから選ばれ
た元素としてPに加え、さらにBも含有させた場合、よ
り大きなゲッタリング効果が得られる。ゲッタリングシ
ンクとなる第2の非晶質ケイ素膜に、PだけでなくBも
ドープすると、そのゲッタリングのメカニズムが変わる
ことがわかっている。すなわち、上記第2の非晶質ケイ
素膜がPのみを含んでる場合には、ノンドープの非ゲッ
タリング領域との触媒元素の固溶度の差を利用した拡散
移動型のゲッタリングであるが、加えてBを含ませるこ
とで、逆にゲッタリングシンクで触媒元素が析出し易く
なり、欠陥あるいは偏析誘起型のゲッタリング作用が優
勢になる。この欠陥あるいは偏析誘起型のゲッタリング
の方が、よりゲッタリング能力は高いが、欠陥・偏析誘
起型であるためにアニール温度に対してよりシビアにな
る。上記高速熱アニール処理は、欠陥のようなゲッタリ
ングサイトを残したまま、高温でのアニール処理を行う
ため、前述のように欠陥・偏析誘起型のゲッタリング作
用に対して非常に有効である。よって、このように第2
の非晶質ケイ素膜にP,Bを含有させることで、より大
きな触媒元素のゲッタリング効果を得ることができ、半
導体素子形成領域となる結晶性ケイ素膜の触媒元素濃度
の低減が図れる。
[0055] According to the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment, on the second amorphous silicon film, in addition to P as the element selected from Group 5 B, when the further B also be included, larger gettering effect can be obtained. The second amorphous silicon film serving as a gettering sink, when also doped B not only P, it has been found that the mechanism of the gettering changes. That is, when the second amorphous silicon film contains only P, the diffusion transfer type gettering utilizing the difference in the solid solubility of the catalyst element with the non-doped non-gettering region is used. In addition, the inclusion of B makes it easier for the catalyst element to be precipitated at the gettering sink, and the defect or segregation-induced gettering action becomes dominant. This defect or segregation-inducing type gettering has higher gettering ability, but is more severe with respect to the annealing temperature because of the defect or segregation-inducing type. Since the high-speed thermal annealing is performed at a high temperature while leaving gettering sites such as defects, it is very effective against the defect / segregation-induced gettering action as described above. Therefore, the second
Amorphous silicon film by the inclusion P, and B, more can be obtained a gettering effect of a large catalytic element, it can be reduced in concentration of the catalytic element in the crystalline silicon film to be the semiconductor device forming region.

【0056】一実施形態の半導体装置の製造方法は、上
記第2の非晶質ケイ素膜は、少なくともSiH(シラ
ン)ガスとPH(ホスフィン)ガスとを材料ガスに用
いて、成膜温度400℃以下でのプラズマCVD法によ
り形成する。
In one embodiment of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, the second amorphous silicon film is formed by using at least a SiH 4 (silane) gas and a PH 3 (phosphine) gas as material gases at a film forming temperature. formed by a plasma CVD method at 400 ° C. or less.

【0057】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、上記第2の非晶質ケイ素膜を形成する工程として
は、少なくともSiHガスとPHガスとを材料ガス
として、成膜温度400℃以下でのプラズマCVD法に
より形成することが望ましい。上記第2の非晶質ケイ素
膜にリンを含有させる場合には、通常イオンドーピング
法が用いられるが、イオンドーピング時に基板が高温と
なり、第2の非晶質ケイ素膜がマイクロクリスタル化す
る場合が多い。このような微結晶化が行われると、本発
明の効果は小さくなる。また、SiHガスとPH
スとを材料ガスとした成膜温度400℃以下でのプラズ
マCVD法では、ほぼ完全な非晶質状態の非晶質ケイ素
膜が得られ、またリンの膜中濃度も非常に高濃度にする
ことができる。しかも、SiHガスとPHガスとを
材料ガスとした成膜温度400℃以下でのプラズマCV
D法は、処理能力が高く、量産においても適している。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the above embodiment, the step of forming the second amorphous silicon film includes forming at least a SiH 4 gas and a PH 3 gas as material gases at a film forming temperature of 400 ° C. It is desirable to form it by a plasma CVD method at a temperature of not more than ℃. When phosphorus is contained in the second amorphous silicon film, an ion doping method is usually used. However, the temperature of the substrate becomes high at the time of ion doping, and the second amorphous silicon film may become microcrystalline. Many. When such microcrystallization is performed, the effect of the present invention is reduced. In addition, a plasma CVD method using a SiH 4 gas and a PH 3 gas as material gases at a deposition temperature of 400 ° C. or lower can obtain an amorphous silicon film in an almost complete amorphous state. The concentration can also be very high. Moreover, the plasma CV at a film forming temperature of 400 ° C. or less using SiH 4 gas and PH 3 gas as material gases.
Method D has a high processing capability and is suitable for mass production.

【0058】一実施形態の半導体装置の製造方法は、上
記第2の非晶質ケイ素膜は、少なくともSiHガスと
PHガスとB(ジボラン)ガスとを材料ガスに
用いて、成膜温度400℃以下でのプラズマCVD法に
より形成する。
[0058] The method of manufacturing a semiconductor device of one embodiment, the second amorphous silicon film, using at least a SiH 4 gas and PH 3 gas and B 2 H 6 (diborane) material gas and a gas, The film is formed by a plasma CVD method at a film formation temperature of 400 ° C. or lower.

【0059】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、上記第2の非晶質ケイ素膜を形成する方法として
も、少なくともSiHガスとPHガスとB
スとを材料ガスに用いて、成膜温度400℃以下でのプ
ラズマCVD法により形成することが望ましい。このよ
うにすることで、ほぼ完全な非晶質状態のケイ素膜が得
られ、またリンとホウ素の膜中濃度も非常に高濃度とす
ることができる。しかも、上記SiHガスとPH
スとBガスとを材料ガスとした成膜温度400℃
以下でのプラズマCVD法は、処理能力が高く、量産に
おいても適している。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the above embodiment, at least the SiH 4 gas, the PH 3 gas, and the B 2 H 6 gas are used as a material gas for forming the second amorphous silicon film. It is desirable to form by a plasma CVD method at a film formation temperature of 400 ° C. or lower. By doing so, a silicon film in an almost perfect amorphous state can be obtained, and the concentration of phosphorus and boron in the film can be made very high. Moreover, a film forming temperature of 400 ° C. using the above SiH 4 gas, PH 3 gas and B 2 H 6 gas as material gases.
The plasma CVD method described below has a high processing capability and is suitable for mass production.

【0060】一実施形態の半導体装置の製造方法は、上
記第2の非晶質ケイ素膜は、Ar(アルゴン)、Kr
(クリプトン)およびXe(キセノン)のうちから選ば
れた1種類または複数種類の希ガス元素を含む。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device, the second amorphous silicon film is formed of Ar (argon), Kr
(Krypton) and one or more rare gas elements selected from Xe (xenon).

【0061】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、上記第2の非晶質ケイ素膜を用いたゲッタリング
の効果を高める方法の1つとして、Ar、Kr、Xeか
ら選ばれた1種類または複数種類の希ガス元素を、ゲッ
タリングシンクとなる第2の非晶質ケイ素膜に含有させ
ることも非常に有効である。上記ゲッタリングシンクと
なる第2の非晶質ケイ素膜においてAr、Kr、Xeか
ら選ばれた1種類または複数種類の希ガス元素が存在す
ると、その存在箇所で大きな格子間歪みが生じ、もとも
と本発明の特徴である高速熱アニール処理による欠陥・
偏析誘起型のゲッタリング作用が非常に強力に働く。こ
のことは、一般的にSiウエハーを用いるICの分野で
もよく知られた技術である。上記希ガス元素は第2の非
晶質ケイ素膜中に存在することによって、第2の非晶質
ケイ素膜の結晶成長が阻害され、結晶成長(結晶核発
生)までの潜伏期間が長くなり、第2の非晶質ケイ素膜
の結晶成長速度を遅らせる効果を奏する。これにより、
上記高速熱アニール処理時、ゲッタリングシンクとなる
第2の非晶質ケイ素膜を、より長く非晶質状態のままで
保つことができて、より大きな欠陥誘起型のゲッタリン
グ作用を得ることができる。したがって、Ar、Kr、
Xeから選ばれた1種類または複数種類の希ガス元素を
第2の非晶質ケイ素膜に含有させることは、本発明のコ
ンセプト・目的に一致した、非常に有効な手段である。
また、上記希ガス元素の中で、最も効果が高いのはAr
であり、Arを用いた時に、最も大きな効果を得ること
ができる。つまり、上記第2の非晶質ケイ素膜によるゲ
ッタリング効果を極めて高めることができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the above embodiment, one of the methods for improving the gettering effect using the second amorphous silicon film is selected from Ar, Kr, and Xe. It is also very effective to include one or more kinds of rare gas elements in the second amorphous silicon film serving as a gettering sink. If one or more rare gas elements selected from Ar, Kr, and Xe are present in the second amorphous silicon film serving as the gettering sink, a large interstitial distortion occurs at the location where the rare gas elements are present. Defects caused by rapid thermal annealing, which is a feature of the invention,
The segregation-inducing type gettering works extremely strongly. This is a well-known technique in the field of ICs using Si wafers. By the presence of the rare gas element in the second amorphous silicon film, the crystal growth of the second amorphous silicon film is inhibited, and the incubation period until crystal growth (generation of crystal nuclei) becomes longer, This has the effect of slowing down the crystal growth rate of the second amorphous silicon film. This allows
At the time of the rapid thermal annealing treatment, the second amorphous silicon film serving as a gettering sink can be kept in an amorphous state for a longer time, and a larger defect-induced gettering action can be obtained. it can. Therefore, Ar, Kr,
The inclusion of one or more rare gas elements selected from Xe in the second amorphous silicon film is a very effective means that is consistent with the concept and purpose of the present invention.
Among the rare gas elements, the most effective is Ar gas.
, And the when using Ar, can be obtained the greatest effect. That is, it is possible to increase significantly the gettering effect by the second amorphous silicon film.

【0062】また、上記希ガス元素を含む第2の非晶質
ケイ素膜を形成する方法としては、プラズマCVD法に
より形成した非晶質ケイ素膜に、Ar、Kr、Xeから
選ばれた1種類または複数種類の希ガス元素をイオンド
ーピング法でドーピングして、第2の非晶質ケイ素膜を
形成する方法が望ましい。上記非晶質ケイ素膜を先に形
成した後、ドーピングして希ガス元素を導入することで
得られる第2の非晶質ケイ素膜では、格子間歪みをより
大きくなる。こりにより、上記第2の非晶質ケイ素膜を
用いてより高いゲッタリング効果が得られる。また、こ
のときのドーピングの材料ガスは希ガスであり、純度1
00%であるので、ドーピングの処理能力(スループッ
ト)も非常に高い。
As a method of forming the second amorphous silicon film containing the rare gas element, an amorphous silicon film formed by a plasma CVD method may be formed by adding one kind selected from Ar, Kr and Xe. Alternatively, a method of forming a second amorphous silicon film by doping a plurality of types of rare gas elements by an ion doping method is preferable. In the second amorphous silicon film obtained by doping and introducing a rare gas element after the amorphous silicon film is formed first, interstitial distortion is further increased. Thus, a higher gettering effect can be obtained by using the second amorphous silicon film. The material gas for doping at this time is a rare gas and has a purity of 1%.
Since it is 00%, the processing capability (throughput) of doping is also very high.

【0063】一実施形態の半導体装置の製造方法は、上
記結晶性ケイ素膜と上記第2の非晶質ケイ素膜との間
に、上記第2の非晶質ケイ素膜を除去する際のエッチン
グストッパーとなるバリア薄膜を設ける。
[0063] The method of manufacturing a semiconductor device of an embodiment, between the crystalline silicon film and the second amorphous silicon film, an etching stopper when removing the second amorphous silicon film a barrier film comprising a.

【0064】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、上記結晶性ケイ素膜上に第2の非晶質ケイ素膜を
設け、第2の非晶質ケイ素膜へと触媒元素を移動させる
ものであるが、このゲッタリングシンクとなる第2の非
晶質ケイ素膜は、触媒元素をゲッタリングした後は、半
導体装置にとって不必要なものである。よって、この第
2の非晶質ケイ素膜は除去する必要があるが、その際
に、第2の非晶質ケイ素膜に対して下層の結晶性ケイ素
膜を残すように、第2の非晶質ケイ素膜のみを除去する
必要がある。このためには、上記結晶性ケイ素膜と第2
の非晶質ケイ素膜との間で100%近いエッチング選択
比をもったエッチング処理が望まれるが、実際には、同
様のケイ素膜系材料であるので、その選択エッチングは
不可能である。よって、上記結晶性ケイ素膜と第2の非
晶質ケイ素膜との間に、第2の非晶質ケイ素膜を除去す
る際のエッチングストッパーとなるバリア薄膜を設ける
ことが有効である。このときのバリア薄膜としては、第
2の非晶質ケイ素膜を除去する際のエッチングストッパ
ーとして、十分なエッチング選択比を有している必要が
あるのは勿論であるが、結晶性ケイ素膜からバリア薄膜
を通過して第2の非晶質ケイ素膜へと触媒元素の移動が
行われる必要がある。このときの移動をバリア薄膜が阻
害するようであれば、ゲッタリングシンクとなる第2の
非晶質ケイ素膜への触媒元素の十分な移動は行われず、
十分なゲッタリング効果は得られない。そのため、上記
結晶性ケイ素膜と第2の非晶質ケイ素膜との間に設けら
れるバリア薄膜としては、膜厚50Å以下の酸化ケイ素
膜を用いることが望ましい。このようなバリア薄膜であ
れば、そのバリア薄膜は、選択エッチグを可能にし、触
媒元素の移動を阻害しない。また、上記バリア薄膜の膜
厚が50Åより厚ければ、結晶性ケイ素膜と第2の非晶
質ケイ素膜との間で触媒元素の十分な移動は行われず、
高いゲッタリング効果を得ることはできない。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the above embodiment, a second amorphous silicon film is provided on the crystalline silicon film, and the catalyst element is moved to the second amorphous silicon film. However, after the gettering of the catalytic element, the second amorphous silicon film serving as the gettering sink is unnecessary for the semiconductor device. Therefore, it is necessary to remove the second amorphous silicon film. At this time, the second amorphous silicon film is removed so as to leave a lower crystalline silicon film with respect to the second amorphous silicon film. it is necessary to remove the only quality silicon film. For this purpose, the crystalline silicon film and the second
It is desired to perform an etching process having an etching selectivity close to 100% with the amorphous silicon film. However, since the same silicon film-based material is used, the selective etching is impossible. Therefore, it is effective to provide a barrier thin film serving as an etching stopper when removing the second amorphous silicon film between the crystalline silicon film and the second amorphous silicon film. The barrier film of this time, as an etching stopper when removing the second amorphous silicon film, but it is of course need to have a sufficient etching selection ratio, a crystalline silicon film move through the barrier film into the second amorphous silicon film of the catalytic element needs to be performed. If the barrier thin film hinders the movement at this time, sufficient movement of the catalyst element to the second amorphous silicon film serving as a gettering sink is not performed.
A sufficient gettering effect cannot be obtained. Therefore, as the barrier film provided between the crystalline silicon film and the second amorphous silicon film, it is desirable to use the following silicon oxide film thickness 50 Å. With such a barrier thin film, the barrier thin film enables selective etching and does not hinder the movement of the catalytic element. Further, if the thickness of the barrier thin film is more than 50 °, sufficient movement of the catalytic element between the crystalline silicon film and the second amorphous silicon film is not performed,
A high gettering effect cannot be obtained.

【0065】一実施形態の半導体装置の製造方法は、レ
ーザ光の照射により結晶性が高められた上記結晶性ケイ
素膜上に、上記第2の非晶質ケイ素膜を設けている。
In one embodiment of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, the second amorphous silicon film is provided on the crystalline silicon film whose crystallinity has been improved by laser light irradiation.

【0066】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、上記触媒元素により結晶化された結晶性ケイ素膜
の結晶性をより向上させ、半導体装置の性能、特に電流
駆動能力をより向上させる方法としては、触媒元素によ
り結晶化された結晶性ケイ素膜に対してさらに高温の酸
化雰囲気中にて熱処理を行うか、あるいは、その結晶性
ケイ素膜に対してレーザ光を照射することが有効であ
る。前者の高温で酸化雰囲気中にて熱処理を行うことに
より、結晶性ケイ素膜の結晶性をさらに向上する方法で
は、触媒元素により結晶化された結晶性ケイ素膜に対し
て、さらに高温(800℃〜1100℃)で酸化処理を
行うと、酸化作用により生じる過飽和Si原子が、結晶
性ケイ素膜中へ供給されて、結晶性ケイ素膜中の結晶欠
陥(特に不対結合手:ダングリングボンド)に入り込む
ことによって、その結晶欠陥を消滅させることができ
る。しかし、このような方法では、安価なガラス基板を
基板として使用できない。その観点から、後者のレーザ
光を照射する方法がより有効である。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the above embodiment, a method of further improving the crystallinity of a crystalline silicon film crystallized by the above catalyst element and further improving the performance of the semiconductor device, particularly the current driving capability. the further or subjected to heat treatment at a high temperature in an oxidizing atmosphere with respect to the crystallized crystalline silicon film by the catalytic element, or it is effective to irradiate a laser beam to the crystalline silicon film . In the former method of further improving the crystallinity of the crystalline silicon film by performing the heat treatment in an oxidizing atmosphere at a high temperature, the crystalline silicon film crystallized by the catalyst element is heated at a higher temperature (800 ° C. When the oxidation treatment is performed at 1100 ° C.), supersaturated Si atoms generated by the oxidation are supplied into the crystalline silicon film and enter crystal defects (particularly dangling bonds) in the crystalline silicon film. Thereby, the crystal defect can be eliminated. However, in such a method, an inexpensive glass substrate cannot be used as a substrate. From that viewpoint, the latter method of irradiating laser light is more effective.

【0067】また、上記触媒元素により結晶化された結
晶性ケイ素膜にレーザ光を照射した場合、結晶性ケイ素
膜と非晶質ケイ素膜との融点の相違から結晶粒界部や微
小な残留非晶質領域(未結晶化領域)が集中的に処理さ
れる訳であるが、通常の固相成長法で形成した結晶性ケ
イ素膜では、結晶構造が双晶状態であるため、強光照射
後も結晶粒内部で双晶欠陥として残る。それに比べ、上
記触媒元素により結晶化した結晶性ケイ素膜は、柱状結
晶で形成されており、その内部は単結晶状態であるた
め、強光の照射により結晶粒界部が処理されると基板全
面にわたって単結晶状態に近い良質の結晶性ケイ素膜が
得られ、結晶性の観点から、その有効性は非常に高い。
また、元々結晶性を有する結晶性ケイ素膜に対してレー
ザ照射を行うのであるから、非晶質ケイ素膜に直接レー
ザ照射して、その非晶質ケイ素膜を結晶化する方法とは
異なり、レーザ照射のばらつきは大きく緩和され、均一
性上の問題も生じない。但し、このようなレーザ光照射
処理を行う工程は、半導体素子形成領域となる結晶性ケ
イ素膜上に第2の非晶質ケイ素膜を設ける工程の前に、
すなわち、触媒元素を第2の非晶質ケイ素膜へゲッタリ
ングする前に、行うことが望ましい。なぜなら、上記触
媒元素による固相結晶化で得られた結晶性ケイ素膜にレ
ーザ光を照射すると、触媒元素の存在形態に変化が生じ
る。具体的に述べると、シリサイドとしての凝集・再凝
集が起こる訳である。上記結晶性ケイ素膜より触媒元素
を取り除くゲッタリング工程としては、結晶性ケイ素膜
の結晶状態が完全に固まってから行うのが望ましく、そ
うすることにより理想的なゲッタリングが行える。逆に
言うと、ゲッタリング後に結晶性ケイ素膜の結晶性を助
長するような処理を行った場合、ゲッタリング後に残留
し固溶していた触媒元素が再凝集してシリサイド化して
しまう。このようにシリサイド化した触媒元素が含まれ
る半導体素子形成領域を用いて半導体素子を形成した場
合は、半導体素子に電気的悪影響を与える可能性があ
る。
When the crystalline silicon film crystallized by the above-mentioned catalyst element is irradiated with laser light, a difference in melting point between the crystalline silicon film and the amorphous silicon film causes a grain boundary portion or minute residual non-uniformity. The crystalline region (uncrystallized region) is intensively treated. However, in a crystalline silicon film formed by a normal solid-phase growth method, the crystalline structure is in a twinned state, and thus after irradiation with strong light. Also remains as twin defects inside the crystal grains. In contrast, the crystalline silicon film crystallized by the catalytic element is formed by columnar crystals, the inside thereof because of the single-crystal state, if the crystal grain boundary portion by the irradiation of strong light is processed entire substrate Thus, a high-quality crystalline silicon film close to a single crystal state can be obtained, and its effectiveness is extremely high from the viewpoint of crystallinity.
Further, since it is performed with a laser irradiation with respect to the crystal silicon film originally having a crystallinity, by laser irradiation directly to the amorphous silicon film, unlike the method of crystallizing the amorphous silicon film, laser variation of irradiation is significantly alleviated, not caused problems on uniformity. However, the step of performing such a laser beam irradiation treatment is performed before the step of providing the second amorphous silicon film on the crystalline silicon film to be a semiconductor element formation region.
That is, before gettering a catalytic element into the second amorphous silicon film, it is desirable to perform. This is because, when irradiated with a laser beam to the crystalline silicon film obtained in the solid-phase crystallization by the catalyst element, a change in the existing form of the catalyst element occurs. To be specific, it mean that aggregation and reaggregation as a silicide occurs. It is desirable that the gettering step of removing the catalytic element from the crystalline silicon film be performed after the crystalline state of the crystalline silicon film is completely solidified, so that ideal gettering can be performed. Conversely, when performing the process that promotes crystallinity of the crystalline silicon film after gettering, the catalytic element which remains dissolved after gettering will silicided by re-agglomeration. When a semiconductor element is formed using the semiconductor element formation region containing the silicidized catalyst element, there is a possibility that the semiconductor element is adversely affected.

【0068】一実施形態の半導体装置の製造方法は、上
記半導体素子形成領域における上記触媒元素の濃度は、
1×1016atoms/cm〜2×1017ato
ms/cmの範囲内である。
[0068] The method of manufacturing a semiconductor device of one embodiment, the concentration of the catalytic element in the semiconductor device forming region,
1 × 10 16 atoms / cm 3 to 2 × 10 17 atoms
ms / cm 3 .

【0069】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、上記半導体素子形成領域内に残留する触媒元素量
を出来る限り低減し、高性能で高信頼性、高安定性の半
導体装置を実現することを目的としている。このために
は、最終的に得られる半導体装置の半導体素子形成領域
における触媒元素の濃度が、1×1016atoms/
cm〜2×1017atoms/cmの範囲内であ
れば良い。上記半導体素子形成領域中の触媒元素濃度を
2×1017atoms/cm以下にすることで、触
媒元素が半導体素子特性に及ぼす電気的な悪影響は全く
見られなくなる。そして、本発明の半導体装置の製造方
法を用いた結果、このような低濃度を実現することがで
きる。また、上記触媒元素を用い結晶化を行う限りは、
最低限1×1016atoms/cmの濃度の触媒元
素は半導体素子形成領域内に残り、これ以下に低減する
ことは、現状考えられるどのような方法をもってしても
不可能である。そのため、上記触媒元素により結晶化を
行った結果として、少なくとも1×1016atoms
/cm以上の濃度の触媒元素が半導体素子形成領域内
に残存する。
[0069] According to the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment, to reduce as much as possible the catalytic element amount remaining in the semiconductor device forming region, high reliability performance, to realize a semiconductor device with high stability It is intended to be. For this purpose, the concentration of the catalyst element in the semiconductor device formation regions of the finally obtained semiconductor device, 1 × 10 16 atoms /
It may be in the range of cm 3 to 2 × 10 17 atoms / cm 3 . By setting the concentration of the catalyst element in the semiconductor element formation region to 2 × 10 17 atoms / cm 3 or less, there is no electrical adverse effect of the catalyst element on the characteristics of the semiconductor element. As a result of using the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention, it is possible to realize such a low concentration. In addition, as long as crystallization is performed using the above catalyst element,
Catalytic element concentration of least 1 × 10 16 atoms / cm 3 remains in the semiconductor device forming region, be reduced to less is not possible even with any method conceivable situation. Therefore, as a result of crystallization using the above catalyst element, at least 1 × 10 16 atoms
/ Cm 3 or more concentrations of the catalyst element remains in the semiconductor device forming region.

【0070】[0070]

【発明の実施の形態】(実施の形態1)図1(a)〜
(g)は、本発明の実施の形態1の半導体装置の製造方
法を示す工程断面図であり、本実施の形態1では、ガラ
ス基板上にN型TFTを作製する際の工程に対して本発
明を利用した場合についての説明を行う。上記N型TF
Tは、アクティブマトリクス型の液晶表示装置のドライ
バー回路や画素部分は勿論、薄膜集積回路を構成する素
子としても利用することができる。なお、上記半導体装
置の製造方法によれば、図1(a),(b),…,
(g)の順に工程が順次進行する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (Embodiment 1) FIGS.
FIG. 2G is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment of the present invention. In the first embodiment, the present embodiment relates to a process for manufacturing an N-type TFT on a glass substrate. a description will be given with respect to the case of utilizing the invention. The above N-type TF
T can be used not only as a driver circuit and a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display device but also as an element constituting a thin film integrated circuit. Incidentally, according to the manufacturing method of the semiconductor device, FIG. 1 (a), (b), ...,
The steps sequentially proceed in the order of (g).

【0071】以下、上記半導体装置の製造方法について
説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor device will be described.

【0072】まず、図1(a)に示すように、絶縁表面
を有する基板としてのガラス基板101上に例えばプラ
ズマCVD法によって厚さ300nm〜500nm程度
の酸化ケイ素からなる下地膜102を形成する。この下
地膜102は、ガラス基板101上に積層される層へガ
ラス基板101の不純物が拡散するのを防ぐために設け
られる。
First, as shown in FIG. 1A, a base film 102 made of silicon oxide having a thickness of about 300 to 500 nm is formed on a glass substrate 101 as a substrate having an insulating surface by, for example, a plasma CVD method. The base film 102, the impurity of the glass substrate 101 to the layer stacked on the glass substrate 101 is provided to prevent the diffusion.

【0073】引き続いて、プラズマCVD法によって、
厚さ20nm〜80nm、例えば厚さ40nmの真性
(I型)の第1の非晶質ケイ素膜(a−Si膜)103
を下地膜102上に成膜する。本実施の形態1では、平
行平板式のプラズマCVD装置を用い、加熱温度を30
0℃とし、シラン(SiH)ガスと水素(H)ガス
を材料ガスに用いている。そして、RFパワーのパワー
密度を10mW/cm〜200mW/cm、例えば
80mW/cmにして、第1の非晶質ケイ素膜103
の形成を行っている。
Subsequently, by the plasma CVD method,
Intrinsic (I-type) first amorphous silicon film (a-Si film) 103 having a thickness of 20 nm to 80 nm, for example, 40 nm
Is formed on the base film 102. In the first embodiment, a parallel plate type plasma CVD apparatus is used, and the heating temperature is set to 30.
At 0 ° C., silane (SiH 4 ) gas and hydrogen (H 2 ) gas are used as material gases. Then, the power density of the RF power 10mW / cm 2 ~200mW / cm 2 , for example, in the 80 mW / cm 2, the first amorphous silicon film 103
The formation of.

【0074】そして、上記第1の非晶質ケイ素膜103
の表面に、触媒元素としてのニッケル104の微量添加
を行う。このニッケル104の微量添加は、ニッケルが
溶かされた溶液を第1の非晶質ケイ素膜103上に保持
し、その溶液をスピナーにより第1の非晶質ケイ素膜1
03上に均一に延ばし乾燥させることにより行ってい
る。本実施の形態1では、上記溶液の溶質として酢酸ニ
ッケルを用い、上記溶液の溶媒として水を用いており、
上記溶液中のニッケル濃度は10ppmとなるように調
節されている。また、上記第1の非晶質ケイ素膜103
の表面上のニッケル濃度を全反射蛍光X線分析(TRX
RF)法により測定すると、そのニッケル濃度は7×1
12atoms/cm程度であった。
Then, the first amorphous silicon film 103
On the surface of, performing slight amount of nickel 104 as a catalyst element. This small amount of nickel 104 is added by holding a solution in which nickel is dissolved on the first amorphous silicon film 103, and using the solution to spin the first amorphous silicon film 1 by a spinner.
03 and uniformly dried. In the first embodiment, nickel acetate is used as a solute of the solution, and water is used as a solvent of the solution.
Nickel concentration in the solution is adjusted to be 10 ppm. Further, the first amorphous silicon film 103
Total reflection X-ray fluorescence analysis (TRX)
As measured by RF) method, the nickel concentration is 7 × 1
0 was 12 atoms / cm 2 about.

【0075】次に、不活性雰囲気下、例えば窒素雰囲気
にて加熱処理を行う。この加熱処理においては、昇温途
中にまず第1の非晶質ケイ素膜103中の水素離脱処理
を行った後、さらに高温で第1の非晶質ケイ素膜103
の結晶化を行っている。具体的には、第1ステップの加
熱処理として450℃〜520℃で1時間〜2時間のア
ニール処理を行い、第2ステップの加熱処理としては5
20℃〜570℃で2時間〜8時間のアニール処理を行
う。本実施の形態1では、一例として、500℃にて1
時間の処理を行った後、550℃で4時間の加熱処理を
行っている。これにより、上記第1の非晶質ケイ素膜1
03の表面に添加されたニッケル104が第1の非晶質
ケイ素膜103中に拡散すると共に、非晶質ケイ素膜1
03内でシリサイドが生じ、そのシリサイドを核として
第1の非晶質ケイ素膜103の結晶化が進行する。そう
すると、図1(b)に示すように、上記非晶質ケイ素膜
103は結晶化され、結晶性ケイ素膜103aとなる。
Next, under an inert atmosphere, a heat treatment at e.g. nitrogen performed. In this heat treatment, first, a hydrogen desorption treatment in the first amorphous silicon film 103 is performed during the temperature rise, and then the first amorphous silicon film 103 is heated at a higher temperature.
Is being crystallized. Specifically, an annealing treatment is performed at 450 ° C. to 520 ° C. for 1 hour to 2 hours as a first step heat treatment, and a 5 hour heat treatment is performed as a second step heat treatment.
For 2 to 8 hours annealing at 20 ° C. to 570 ° C.. In the first embodiment, for example, at 500 ° C., 1
After performing the heat treatment for 4 hours, heat treatment is performed at 550 ° C. for 4 hours. Thus, the first amorphous silicon film 1
03 is diffused into the first amorphous silicon film 103 and the amorphous silicon film 1
The silicide is generated in the silicon oxide film 03, and crystallization of the first amorphous silicon film 103 proceeds with the silicide as a nucleus. Then, as shown in FIG. 1B, the amorphous silicon film 103 is crystallized to become a crystalline silicon film 103a.

【0076】次に、上記結晶性ケイ素膜103aにレー
ザ光105を照射することにより、結晶性ケイ素膜10
3aを再結晶化し、その結晶性ケイ素膜103aの結晶
性を向上させる。そのレーザ光105は、波長308n
m、パルス幅40nsecのXeCl(キセノン塩素)
エキシマレーザ装置を用いて照射される。また、上記レ
ーザ光105の照射条件は、照射時にガラス基板101
を200℃〜450℃、例えば400℃に加熱し、エネ
ルギ密度が250mJ/cm〜450mJ/cm
例えば350mJ/cmで照射することである。その
レーザ光105のビームサイズは、ガラス基板101の
表面で150mm×1mmの長尺形状となるように設定
されており、長尺方向に対して垂直方向に0.05mm
のステップ幅で順次走査を行った。すなわち、上記結晶
性ケイ素膜103aの任意の一点において、計20回の
レーザ照射が行われることになる。このようにして、固
相結晶化により得られた結晶性ケイ素膜103aは、レ
ーザ照射の溶融固化過程により結晶欠陥が低減され、よ
り高品質な結晶性ケイ素膜103bとなる。
Next, the crystalline silicon film 103a is irradiated with a laser beam 105 to thereby form the crystalline silicon film 103a.
3a is recrystallized to improve the crystallinity of the crystalline silicon film 103a. The laser beam 105 has a wavelength of 308 n
m, XeCl of pulse width 40nsec (xenon chlorine)
Irradiation is performed using an excimer laser device. The irradiation conditions of the laser beam 105 are as follows:
Is heated to 200 ° C. to 450 ° C., for example, 400 ° C., and the energy density is 250 mJ / cm 2 to 450 mJ / cm 2 ,
For example, irradiation is performed at 350 mJ / cm 2 . The beam size of the laser light 105 is set to be 150 mm × 1 mm long on the surface of the glass substrate 101, and 0.05 mm in a direction perpendicular to the long direction.
Were sequentially scanned at a step width of That is, laser irradiation is performed a total of 20 times at any one point of the crystalline silicon film 103a. In this manner, the crystalline silicon film 103a obtained by the solid-phase crystallization, crystal defects are reduced by melt solidification process of laser irradiation, a higher quality crystalline silicon film 103b.

【0077】次に、上記結晶性ケイ素膜103bの表面
層を薄膜酸化することで、図1(c)に示すように、エ
ッチングストッパーとなるバリア薄膜としての酸化ケイ
素膜106を形成する。上記酸化ケイ素膜106の形成
は、結晶性ケイ素膜103bの表面にオゾン水を保持す
ることで行っている。このときのオゾン水中のオゾン濃
度は、5mg/l以上であることが望ましく、本実施の
形態1では、上記オゾン水中のオゾン濃度は例えば8m
g/lとしている。また、上記結晶性ケイ素膜103b
の表面におけるオゾン水の保持時間は例えば1分として
いる。より緻密な酸化ケイ素膜106を形成するには、
オゾン水処理の前に、結晶性ケイ素膜103bの表面の
自然酸化膜を取っておくことが望ましく、本実施の形態
1でもオゾン水処理の前にフッ酸洗浄を行って、活性な
ケイ素膜表面を露出させてから、オゾン水による処理を
行っている。このようにして形成された酸化ケイ素膜1
06の膜厚を分光エリプソで測定したところ、その膜厚
は約30Åであった。
Next, the surface layer of the crystalline silicon film 103b is thinly oxidized to form a silicon oxide film 106 as a barrier thin film serving as an etching stopper, as shown in FIG. 1C. The formation of the silicon oxide film 106 is performed by holding ozone water on the surface of the crystalline silicon film 103b. At this time, the ozone concentration in the ozone water is desirably 5 mg / l or more. In the first embodiment, the ozone concentration in the ozone water is, for example, 8 m / l.
g / l. Further, the crystalline silicon film 103b
The holding time of the ozone water on the surface of is, for example, 1 minute. To form a more dense silicon oxide film 106,
Before the ozone water treatment, it is desirable to keep a natural oxide film on the surface of the crystalline silicon film 103b, performing hydrofluoric acid cleaning before the ozone water treatment, even the first embodiment, the active silicon film surface Is exposed, and then treatment with ozone water is performed. Silicon oxide film 1 thus formed
06 of the film thickness was measured by spectroscopic ellipsometry, the film thickness was about 30Å.

【0078】次に、上記酸化ケイ素膜106上に第2の
非晶質ケイ素膜を、成膜温度400℃以下でのプラズマ
CVDにより形成する。この第2の非晶質ケイ素膜は、
ノンドープの(イントリンシックな)非晶質ケイ素膜1
07と、この非晶質ケイ素膜107上に形成され、リン
(P)を含有する非晶質ケイ素膜108とからなる。そ
のノンドープの非晶質ケイ素膜107は、酸化ケイ素膜
106を覆うように、プラズマCVD法により形成され
ている。そして、上記非晶質ケイ素膜107上に、リン
を含む非晶質ケイ素膜108をプラズマCVD法を用い
て積層している。本実施の形態1では、マルチチャンバ
ーのプラズマCVD装置を用いて、大気中に出すことな
く、非晶質ケイ素膜107および非晶質ケイ素膜108
を連続で形成している。非晶質ケイ素膜107は、ニッ
ケルに対するゲッタリングシンクであり、非晶質ケイ素
膜108から結晶性ケイ素膜103bへのリンの拡散・
汚染を防止するためのバッファ層の役割も担っている。
このときの非晶質ケイ素膜107の成膜には、基板加熱
温度を350℃とし、シランガスと水素ガスを材料ガス
として用いている。また、上記非晶質ケイ素膜108の
形成では、シランガスとホスフィン(PH)ガスを材
料ガスとして用いている。この際、上記非晶質ケイ素膜
108中のリンの濃度は、ホスフィンガスの流量比で任
意に変更することが可能である。本実施の形態1では、
PH/SiH流量比を3/100としている。この
ときの非晶質ケイ素膜108中のリン濃度は1%程度で
ある。
Next, a second amorphous silicon film is formed on the silicon oxide film 106 by plasma CVD at a film formation temperature of 400 ° C. or less. This second amorphous silicon film is
Non-doped (intrinsic) amorphous silicon film 1
07 and an amorphous silicon film 108 formed on the amorphous silicon film 107 and containing phosphorus (P). The non-doped amorphous silicon film 107 is formed by a plasma CVD method so as to cover the silicon oxide film 106. Then, an amorphous silicon film 108 containing phosphorus is laminated on the amorphous silicon film 107 by using a plasma CVD method. In the first embodiment, the amorphous silicon film 107 and the amorphous silicon film 108 are not exposed to the air using a multi-chamber plasma CVD apparatus.
Are formed continuously. The amorphous silicon film 107 is a gettering sink for nickel, and diffuses phosphorus from the amorphous silicon film 108 to the crystalline silicon film 103b.
It also plays the role of a buffer layer to prevent contamination.
For the formation of the amorphous silicon film 107 at this time, the substrate heating temperature was set to 350 ° C., and silane gas and hydrogen gas were used as material gases. In forming the amorphous silicon film 108, a silane gas and a phosphine (PH 3 ) gas are used as material gases. At this time, the concentration of phosphorus in the amorphous silicon film 108 can be arbitrarily changed by the flow rate ratio of the phosphine gas. In the first embodiment,
The PH 3 / SiH 4 flow ratio is set to 3/100. At this time, the phosphorus concentration in the amorphous silicon film 108 is about 1%.

【0079】次に、不活性雰囲気下、例えば窒素雰囲気
にて高速熱アニール処理を施す。このときの高速熱アニ
ール処理では、550℃以下の予熱温度から昇温が始め
ると共に、少なくとも30℃/分以上、好ましくは10
0℃/分以上の昇温速度で昇温が行われることが望まし
い。そして、上記高速熱アニール処理において昇温後に
行うべきメイン加熱は、600℃〜750℃の温度で1
秒〜15分で行われるのが望ましく、650℃〜700
℃の温度で1分〜10分であることがより望ましい。ま
た、本実施の形態1では、ガラス基板101を用いてい
るので、ガラス基板101の反りとシュリンケージ(熱
収縮率あるいは熱膨張率)の対策から、メイン加熱の温
度から少なくとも550℃までの降温速度は100℃/
分以下であることが望ましい。このようにすることで、
ガラス基板101の反りも発生せず、シュリンケージ値
も実用範囲内の25ppm以下に抑えることができる。
実際に本実施の形態1では、図7(a)に示すように、
ガラス基板101を400℃に余熱した状態から、昇温
速度138℃/分,約2分間の昇温を行うことにより、
メイン加熱の温度675℃まで上げる。そして、その6
75℃のメイン加熱を3分間行った後、降温速度69℃
/分,約4分間の降温を行って400℃まで降温し、さ
らに200℃/分,1分間の降温を行って400℃から
基板取り出し温度の200℃まで下げる。本実施の形態
1では、図示しないが、抵抗性加熱炉を用いている。こ
の抵抗性加熱炉内で温度勾配をつくり、ガラス基板10
1を抵抗性加熱炉内に挿入する速度をコントロールする
ことで、図7(a)に示す温度プロファイルの高速熱ア
ニール処理を実現した。このとき、上記ガラス基板10
1は1枚ずつ処理し、抵抗性過熱炉内に挿入する際の熱
容量を出来る限り小さくすることがポイントである。ま
た、上記高速熱アニール処理は、ガラス基板101の表
面に高温加熱されたNガスを均一に吹き付けること
で、熱輻射のみでは得られない高速の昇温速度と、昇温
途中でのガラス基板101の表面内の均熱性とを得てい
る。このような高温ガス加熱を併用した枚葉式の抵抗性
加熱炉を用いるメリットとして、ガラス基板101の各
部の温度を均一に保ったまま、昇温・降温が行えるた
め、ガラス基板101における歪みが生じにくい。ま
た、昇温・降温速度を非常に制御よくコンロトールする
ことが可能であり、他のランプ照射法に比べ、ガラス基
板101の使用に対してより適している。
Next, high-speed thermal annealing is performed in an inert atmosphere, for example, in a nitrogen atmosphere. In the high-speed thermal annealing treatment at this time, the temperature rise starts from a preheating temperature of 550 ° C. or less, and at least 30 ° C./min or more, preferably 10 ° C. or more.
It is desirable that the temperature is raised at a rate of 0 ° C./min or more. The main heating to be performed after the temperature rise in the high-speed thermal annealing treatment is performed at a temperature of 600 ° C. to 750 ° C.
It is preferably carried out in seconds to 15 minutes, 650 ° C. to 700
More preferably, the temperature is 1 minute to 10 minutes at a temperature of ° C. Further, in the first embodiment, since the glass substrate 101 is used, the temperature is reduced from the temperature of the main heating to at least 550 ° C. in order to prevent the glass substrate 101 from warping and shrinkage (thermal shrinkage or thermal expansion). The speed is 100 ° C /
It is desirable that it be less than minutes. By doing this,
The warpage of the glass substrate 101 does not occur, and the shrinkage value can be suppressed to 25 ppm or less within a practical range.
Indeed in the first embodiment, as shown in FIG. 7 (a),
The glass substrate 101 from preheat state to 400 ° C., rising rate of 138 ° C. / min temperature, by performing the heating for approximately 2 minutes,
Increase the temperature of the main heating to 675 ° C. And that 6
After the main heating of 75 ° C. 3 min, cooling rate 69 ° C.
The temperature is lowered to 400 ° C. by lowering the temperature for about 4 minutes per minute, and further lowered to 200 ° C. from 400 ° C. by lowering the temperature to 200 ° C. for 1 minute. In the first embodiment, although not shown, a resistive heating furnace is used. A temperature gradient is created in this resistance heating furnace, and the glass substrate 10
By controlling the speed at which the sample No. 1 was inserted into the resistance heating furnace, a high-speed thermal annealing process having a temperature profile shown in FIG. 7A was realized. At this time, the glass substrate 10
The point 1 is to process one sheet at a time and to minimize the heat capacity when inserting the resistive superheater into the furnace. The high-speed thermal annealing is performed by uniformly spraying a high-temperature heated N 2 gas on the surface of the glass substrate 101, and a high-temperature heating rate that cannot be obtained only by heat radiation. 101, and soaking properties within the surface. As an advantage of using a single-wafer type resistive heating furnace combined with such high-temperature gas heating, the temperature of each part of the glass substrate 101 can be increased and decreased while the temperature of each part is kept uniform. It is unlikely to occur. In addition, it is possible to control the temperature rising / falling rate with very high control, and it is more suitable for use of the glass substrate 101 than other lamp irradiation methods.

【0080】上記高速熱アニール処理により、非晶質ケ
イ素膜107と、リンを含む非晶質ケイ素膜108とは
完全には結晶化されず、非晶質ケイ素膜107,108
の欠陥がニッケルに対する偏析トラップとなって、結晶
性ケイ素膜103b中のニッケル104が、図1(d)
の矢印109で示す方向に引き出される。このとき、リ
ンを含非晶質ケイ素膜108においては、リンによるニ
ッケルのゲッタリング効果も加わり、より強烈なゲッタ
リングシンクとして作用する。このときニッケルは薄膜
の酸化ケイ素膜106を通過して移動するが、膜厚が約
30Åの酸化ケイ素膜106はその移動の妨げとはなら
ない。これにより、上記結晶性ケイ素膜103b中のニ
ッケルのほとんどは、非晶質ケイ素膜107と、リンを
含む非晶質ケイ素膜108とへと移動し、非晶質ケイ素
膜107,108のニッケル濃度が高くなる。逆に、上
記結晶性ケイ素膜103bのニッケル濃度は大幅に低く
なり、ニッケル濃度の低い高品質な結晶性ケイ素膜10
3cが得られる。このときの実際の結晶性ケイ素膜10
3c中のニッケル濃度は、二次イオン質量分析法(SI
MS)により測定したところ5×1016atoms/
cm程度にまで低減されていた。ちなみに、本発明の
ような高速熱アニール処理を用いない従来法の場合に
は、2×1017atoms/cm程度である。上記
結晶性ケイ素膜103bの膜中のニッケル濃度は1×1
18atoms/cm程度であり、高速熱アニール
処理により約1/20まで残留ニッケル濃度を低減する
ことができた。この段階で結晶性ケイ素膜103cに残
っているニッケルは、シリサイド状態では無く、固溶し
た状態で存在しているため、TFTの電気特性上問題と
ならない。
The amorphous silicon film 107 and the phosphorus-containing amorphous silicon film 108 are not completely crystallized by the above-mentioned rapid thermal annealing, and the amorphous silicon films 107 and 108 are not crystallized.
Defects serve as segregation traps for nickel, and nickel 104 in the crystalline silicon film 103b is removed as shown in FIG.
In the direction indicated by arrow 109. At this time, in the phosphorus-containing amorphous silicon film 108, a gettering effect of nickel by phosphorus is added, and the amorphous silicon film 108 acts as a more intense gettering sink. In this case nickel moves through the silicon oxide film 106 of the thin film, but a silicon oxide film 106 having a film thickness of about 30Å is not an obstacle to its movement. Thereby, most of the nickel in the crystalline silicon film 103b moves to the amorphous silicon film 107 and the amorphous silicon film 108 containing phosphorus, and the nickel concentration of the amorphous silicon films 107 and 108 is increased. Will be higher. Conversely, the nickel concentration in the crystalline silicon film 103b is much lower, low nickel concentrations high quality crystalline silicon film 10
3c is obtained. At this time, the actual crystalline silicon film 10
The nickel concentration in 3c was determined by secondary ion mass spectrometry (SI
MS) and 5 × 10 16 atoms /
cm 3 . By the way, in the case of the conventional method which does not use the rapid thermal annealing as in the present invention, it is about 2 × 10 17 atoms / cm 3 . Nickel concentration in the film of the crystalline silicon film 103b is 1 × 1
0 18 atoms / cm 3 , and the high-speed thermal annealing reduced the residual nickel concentration to about 1/20. At this stage, the nickel remaining in the crystalline silicon film 103c is not in a silicide state but in a solid solution state, so that there is no problem in electrical characteristics of the TFT.

【0081】次に、上記ニッケルをゲッタリングし、ニ
ッケル濃度が高くなった非晶質ケイ素膜107,108
を全面的にエッチング除去する。このときのエッチング
では、酸化ケイ素膜106がエッチングストッパーとし
て十分作用するように、酸化ケイ素膜106と十分エッ
チング選択比のあるエッチャントが求められる。本実施
の形態1では、現像液のような強アルカリ溶液を用い
た。上記非晶質ケイ素膜107,108を除去した後、
酸化ケイ素膜106をエッチング除去する。このとき、
十分に下層の結晶性ケイ素膜103cと選択性のある
1:100バッファードフッ酸(BHF)をエッチャン
トとして用い、ウェットエッチングを行っている。
Next, the above-mentioned nickel is gettered to form amorphous silicon films 107 and 108 having a high nickel concentration.
Is entirely removed by etching. In the etching at this time, an etchant having a sufficient etching selectivity with the silicon oxide film 106 is required so that the silicon oxide film 106 sufficiently functions as an etching stopper. In the first embodiment, a strong alkaline solution such as a developer is used. After removal of the amorphous silicon film 107 and 108,
The silicon oxide film 106 is removed by etching. At this time,
Wet etching is performed using a 1: 100 buffered hydrofluoric acid (BHF), which has a sufficiently lower crystalline silicon film 103c and selectivity, as an etchant.

【0082】その後、上記結晶性ケイ素膜103cの不
要な部分を除去して素子間分離を行と、図1(e)に示
すように、TFTを形成するための島状の半導体素子形
成領域(ソース領域,ドレイン領域,チャネル領域)1
10が形成される。
Thereafter, unnecessary portions of the crystalline silicon film 103c are removed to perform element isolation, and as shown in FIG. 1E, an island-shaped semiconductor element forming region (for forming a TFT) is formed. a source region, drain region, channel region) 1
10 are formed.

【0083】次に、上記半導体素子形成領域110を覆
うために、図1(f)に示すように、酸化ケイ素からな
り、厚さ20nm〜150nm、例えば100nmのゲ
ート絶縁膜111を成膜する。上記ゲート絶縁膜111
を成膜した後、ゲート絶縁膜111自身のバルク特性、
および、半導体素子形成領域110とゲート絶縁膜11
1との界面特性を向上させるために、不活性ガス雰囲気
下で500℃〜600℃で1時間〜4時間のアニールを
行った。本実施の形態1のゲート絶縁膜111の形成で
は、TEOS(Tetra Ethoxy Ortho Silicate)を原料
とし、それを酸素と共に基板温度150℃〜600℃、
好ましくは300℃〜450℃で、RFプラズマCVD
法で分解・堆積している。また、上記ゲート絶縁膜11
1の形成は、TEOSを原料とし、それをオゾンガスと
共に基板温度を350℃〜600℃、好ましくは400
℃〜550℃で、減圧CVD法もしくは常圧CVD法で
形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 1F, a gate insulating film 111 made of silicon oxide and having a thickness of 20 nm to 150 nm, for example, 100 nm is formed to cover the semiconductor element formation region 110. The gate insulating film 111
After forming the gate insulating film 111 itself bulk properties,
And the semiconductor element forming region 110 and the gate insulating film 11
Annealing was performed at 500 ° C. to 600 ° C. for 1 hour to 4 hours in an inert gas atmosphere in order to improve the interfacial properties with respect to 1. In the formation of the gate insulating film 111 according to the first embodiment, TEOS (Tetra Ethoxy Ortho Silicate) is used as a raw material, and is used together with oxygen at a substrate temperature of 150 ° C. to 600 ° C.
RF plasma CVD preferably at 300 ° C. to 450 ° C.
It is decomposed and deposited by law. The gate insulating film 11
1 is formed by using TEOS as a raw material and using it as an ozone gas at a substrate temperature of 350 ° C. to 600 ° C., preferably 400 ° C.
C. to 550.degree. C. may be formed by a low pressure CVD method or a normal pressure CVD method.

【0084】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ400nm〜800nm、例えば600nmのアル
ミニウム膜をゲート絶縁膜111上に成膜する。そし
て、上記アルミニウム膜を所望の形状にパターニングす
ることより、ゲート電極112を形成する。さらに、上
記ゲート電極112の表面層を陽極酸化して、酸化物層
113を形成する。このゲート電極112を例えばアク
ティブマトリクス基板の画素TFTのゲート電極とする
場合には、平面的にはゲート電極112がゲートバスラ
インも構成することになる。また、上記陽極酸化は、酒
石酸が1%〜5%含まれたエチレングリコール溶液中で
行い、最初一定電流で220Vまで電圧を上げ、その状
態で1時間保持して終了させる。このようにして得られ
た酸化物層113の厚さは200nmである。なお、上
記酸化物層113は、後のイオンドーピング工程におい
て、オフセットゲート領域を形成する厚さとなるので、
オフセットゲート領域の長さを上記陽極酸化工程で決め
ることができる。
[0084] Then, by a sputtering method,
An aluminum film having a thickness of 400 nm to 800 nm, for example, 600 nm is formed over the gate insulating film 111. Then, the gate electrode 112 is formed by patterning the aluminum film into a desired shape. Further, the surface layer of the gate electrode 112 is anodized to form an oxide layer 113. When the gate electrode 112 is used as, for example, a gate electrode of a pixel TFT on an active matrix substrate, the gate electrode 112 also constitutes a gate bus line in plan view. The anodic oxidation is performed in an ethylene glycol solution containing tartaric acid at 1% to 5%. The voltage is first increased to 220 V at a constant current, and the state is maintained for 1 hour to end the process. The thickness of the oxide layer 113 thus obtained is 200 nm. Note that since the oxide layer 113 has a thickness for forming an offset gate region in a later ion doping step,
The length of the offset gate region may be determined in the above anodization step.

【0085】次に、イオンドーピング法によって、ゲー
ト電極112とその周囲の酸化物層113をマスクとし
て、不純物であるリンを注入する。これにより、上記リ
ンが注入されたN型の不純物拡散領域115,116
は、TFTのソース領域,ドレイン領域にすべき領域で
あり、ゲート電極112およびその周囲の酸化層113
にマスクされ不純物が注入されない領域114は、TF
Tのチャネル領域にすべき領域である。本実施の形態1
では、ドーピングガスとしてホスフィンを用い、加速電
圧を60kV〜90kV、例えば80kV、ドーズ量を
1×1015cm−2〜8×1015cm−2、例えば
2×1015cm−2としている。
Next, phosphorus as an impurity is implanted by ion doping using the gate electrode 112 and the oxide layer 113 around the gate electrode 112 as a mask. Thus, impurity diffusion regions of the N type which the phosphorus is implanted 115
Are regions to be used as a source region and a drain region of the TFT, and include a gate electrode 112 and an oxide layer 113 around the gate electrode 112.
Region 114, which is masked by
This is a region to be a T channel region. Embodiment 1
In using a phosphine as a doping gas, the acceleration voltage 60KV~90kV, for example 80 kV, and the dose amount 1 × 10 15 cm-2~8 × 10 15 cm -2, for example, 2 × 10 15 cm -2.

【0086】その後、レーザ光120の照射によってア
ニール処理を行い、イオン注入した不純物のリンを活性
化を行うと同時に、上記不純物導入工程で結晶性が劣化
した部分の結晶性を改善させる。この際に使用するレー
ザ装置は、波長308nm、パルス幅40nsecのX
eClエキシマレーザ装置であり、レーザ光120のエ
ネルギ密度は150mJ/cm〜400mJ/c
、好ましくは200mJ/cm〜250mJ/c
である。こうして形成されたN型の不純物拡散領域
115,116のシート抵抗は、200Ω/□〜500
Ω/□であった。
Thereafter, an annealing process is performed by irradiation with the laser beam 120 to activate the ion-implanted impurity phosphorus, and at the same time, to improve the crystallinity of the portion where the crystallinity has deteriorated in the impurity introducing step. The laser device used at this time is an X-ray having a wavelength of 308 nm and a pulse width of 40 nsec.
It is an eCl excimer laser device, and the energy density of the laser beam 120 is 150 mJ / cm 2 to 400 mJ / c.
m 2, preferably 200mJ / cm 2 ~250mJ / c
a m 2. The sheet resistance of the N-type impurity diffusion regions 115 and 116 thus formed is 200Ω / □ to 500Ω.
Ω / □.

【0087】引き続いて、図1(g)に示す層間絶縁膜
121を形成するために、厚さ600nm程度の酸化ケ
イ素膜あるいは窒化ケイ素膜を積層する。上記酸化ケイ
素膜を積層する場合には、TEOSを原料とし、これと
酸素とのプラズマCVD法、もしくはオゾンとの減圧C
VD法あるいは常圧CVD法によって形成すれば、段差
被覆性に優れた良好な層間絶縁膜121が得られる。ま
た、シランガスとアンモニア(NH)ガスを原料ガス
としてプラズマCVD法で成膜された窒化ケイ素膜を用
いれば、半導体素子形成領域110とゲート絶縁膜11
1との界面に水素原子が供給されて、TFT特性を劣化
させる不対結合手を低減する効果がある。
Subsequently, in order to form the interlayer insulating film 121 shown in FIG. 1G, a silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of about 600 nm is laminated. In the case of laminating the silicon oxide film, TEOS is used as a raw material, and a plasma CVD method using the raw material and oxygen or a reduced pressure C using ozone is used.
When formed by the VD method or the normal pressure CVD method, a good interlayer insulating film 121 having excellent step coverage can be obtained. When a silicon nitride film formed by a plasma CVD method using silane gas and ammonia (NH 3 ) gas as a source gas is used, the semiconductor element formation region 110 and the gate insulating film 11 are formed.
1 interface hydrogen atoms is supplied to the, the effect of reducing the dangling bonds that degrade the TFT characteristic.

【0088】次に、上記酸化ケイ素膜あるいは窒化ケイ
素膜にコンタクホールを形成して、層間絶縁膜121を
得る。そして、上記コンタクトホールを埋めるように、
金属材料、例えば窒化チタン膜とアルミニウム膜とを積
層して、TFT123の電極・配線122,122を形
成する。上記窒化チタン膜は、アルミニウムが半導体層
に拡散するのを防止する目的のバリア膜として設けられ
る。また、上記TFT123を画素TFTとして用いる
場合、TFT123は画素電極をスイッチングする素子
であるので、ドレイン電極となる一方の電極・配線12
2には、ITOなど透明導電膜からなる画素電極を設け
る。この場合、他方の電極・配線122は、ソースバス
ラインを構成することになり、ソースバスラインを介し
てビデオ信号が供給され、ゲートバスラインを兼ねるゲ
ート電極112のゲート信号に基づいて画素電極に必要
な電荷が書き込まれる。
Next, a contact hole is formed in the silicon oxide film or silicon nitride film to obtain an interlayer insulating film 121. And so as to fill the contact hole,
By stacking a metal material, for example, a titanium nitride film and an aluminum film, the electrodes and wirings 122 of the TFT 123 are formed. The titanium nitride film is provided as a barrier film for preventing aluminum from diffusing into the semiconductor layer. When the above-mentioned TFT 123 is used as a pixel TFT, the TFT 123 is an element for switching a pixel electrode.
2, a pixel electrode made of a transparent conductive film such as ITO is provided. In this case, the other electrode / wiring 122 constitutes a source bus line, a video signal is supplied via the source bus line, and a video signal is supplied to the pixel electrode based on a gate signal of the gate electrode 112 also serving as a gate bus line. The required charge is written.

【0089】最後に、1気圧の水素雰囲気で350℃、
1時間のアニール処理を行って、TFT123を完成さ
せる。さらに必要に応じて、TFT123を保護する目
的で、TFT123上に窒化ケイ素膜などからなる保護
膜を設けてもよい。
Finally, at 350 ° C. in a hydrogen atmosphere of 1 atm.
Annealing is performed for one hour, to complete the TFT123. If necessary, a protective film made of a silicon nitride film or the like may be provided on the TFT 123 for the purpose of protecting the TFT 123.

【0090】このように作製したTFT123は、電界
効果移動度が250cm/Vs程度、閾値電圧が1.
5V程度と非常に高性能であるのにもかかわらず、従来
の方法で作製されたTFTで頻繁に見られたTFTオフ
動作時のリーク電流の異常な増大が全く無く、単位W当
たり1pA以下と非常に低い値を安定して示した。この
値は、触媒元素を用いずに作成した従来のTFTと比べ
ても全く差が無いものであり、製造歩留まりを大きく向
上することができた。また、繰り返し測定やバイアスや
温度ストレスによる耐久性試験を行っても、ほとんど特
性劣化は見られず、従来のものと比べて非常に信頼性が
高い。
The TFT 123 thus manufactured has a field effect mobility of about 250 cm 2 / Vs and a threshold voltage of 1.
Despite the very high as about 5V, conventional abnormal increase without any frequently seen TFT off operation when the leakage current in the fabricated TFT by a method, the following 1pA per unit W Very low values were shown stably. This value is not much different from that of a conventional TFT formed without using a catalytic element, and the production yield was greatly improved. Further, even when the durability test is performed by repeated measurement or bias or temperature stress, almost no characteristic deterioration is observed, and the reliability is much higher than the conventional one.

【0091】そして、本実施の形態1に基づいて作製さ
れた液晶表示用アクティブマトリクス基板を実際に点灯
評価したところ、従来の方法により作成したものに比べ
て表示むらが明らかに少なく、TFTリークによる画素
欠陥も極めて少なく、コントラスト比の高い高表示品位
の液晶パネルが得られた。
Then, when the active matrix substrate for a liquid crystal display manufactured according to the first embodiment was actually evaluated for lighting, the display unevenness was clearly smaller than that of the active matrix substrate manufactured by the conventional method, and TFT leakage was caused. A pixel defect was extremely small, and a high display quality liquid crystal panel having a high contrast ratio was obtained.

【0092】また、上記TFT123は薄膜集積回路な
どにも簡単に応用でき、その場合にはゲート電極112
上にもコンタクトホールを形成し、必要とする配線を施
せばよい。
The TFT 123 can be easily applied to a thin film integrated circuit or the like.
A contact hole may be formed thereover and a necessary wiring may be provided.

【0093】(実施の形態2)図2(a)〜(d)およ
び図3(e)〜(g)は、本発明の実施の形態2の半導
体装置の製造方法を示す工程断面図であり、本実施の形
態2では、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の周
辺駆動回路や、一般の薄膜集積回路を形成するN型TF
TとP型TFTを相補型に構成したCMOS構造の回路
をガラス基板上に作製する。なお、上記半導体装置の製
造方法は、図2(a),…,(d)、図3(e),…,
(g)の順に工程が順次進行する。
(Embodiment 2) FIGS. 2A to 2D and 3E to 3G are cross-sectional views showing steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention. In the second embodiment, an N-type TF which forms a peripheral driving circuit of an active matrix type liquid crystal display device and a general thin film integrated circuit is used.
A circuit having a CMOS structure in which a T-type TFT and a P-type TFT are configured to be complementary is manufactured on a glass substrate. The method of manufacturing the semiconductor device is described in FIGS. 2 (a),.
The steps sequentially proceed in the order of (g).

【0094】まず、図2(a)に示すように、絶縁表面
を有する基板としてのガラス基板201上に例えばスパ
ッタリング法によって厚さ300nm〜500nm程度
の酸化ケイ素からなる下地膜202を形成する。この下
地膜202は、ガラス基板201上に積層される層へガ
ラス基板201の不純物が拡散するのを防ぐために設け
られる。
First, as shown in FIG. 2A, a base film 202 made of silicon oxide having a thickness of about 300 to 500 nm is formed on a glass substrate 201 as a substrate having an insulating surface by, for example, a sputtering method. The base film 202 is provided to prevent impurities of the glass substrate 201 from diffusing into a layer stacked on the glass substrate 201.

【0095】次に、プラズマCVD法によって、厚さ2
0nm〜80nm、例えば40nmの真性(I型)の第
1の非晶質ケイ素膜203を成膜する。本実施の形態2
では、平行平板式のプラズマCVD装置を用い、加熱温
度を300℃とし、シランガスと水素ガスを材料ガスに
用いている。そして、RFパワーのパワー密度を10m
W/cm〜200mW/cm、例えば80mW/c
として行っている。
Next, the thickness 2 is formed by the plasma CVD method.
0Nm~80nm, forming a first amorphous silicon film 203 of for example 40nm intrinsic (I type). Embodiment 2
Here, a parallel plate type plasma CVD apparatus is used, the heating temperature is set to 300 ° C., and silane gas and hydrogen gas are used as material gases. And the power density of the RF power is 10 m
W / cm 2 to 200 mW / cm 2 , for example, 80 mW / c
It is carried out with the m 2.

【0096】次に、上記第1の非晶質ケイ素膜203の
表面上に、触媒元素としてのニッケル204の微量添加
を行う。このニッケル204の微量添加は、ニッケルを
溶かせた溶液を第1の非晶質ケイ素膜203上に保持
し、その溶液をスピナーにより第1の非晶質ケイ素膜2
03上に均一に延ばし乾燥させることにより行ってい
る。本実施の形態2では、上記溶液の溶質として酢酸ニ
ッケルを用い、上記溶液の溶媒としてエタノールを用い
ており、上記溶液中のニッケル濃度は1ppmとなるよ
うに調節されている。また、上記第1の非晶質ケイ素膜
203の表面上のニッケル濃度を全反射蛍光X線分析法
により測定すると、5×1012atoms/cm
度であった。
Next, on the surface of the first amorphous silicon film 203, a trace amount of nickel 204 as a catalyst element is added. This addition of a small amount of nickel 204 is performed by holding a solution in which nickel is dissolved on the first amorphous silicon film 203, and using the spinner to deposit the solution.
03 and uniformly dried. In the second embodiment, nickel acetate is used as a solute of the solution, and ethanol is used as a solvent of the solution. The nickel concentration in the solution is adjusted to be 1 ppm. The nickel concentration on the surface of the first amorphous silicon film 203 measured by total reflection X-ray fluorescence analysis was about 5 × 10 12 atoms / cm 2 .

【0097】そして、不活性雰囲気下、例えば窒素雰囲
気にて加熱処理を行う。この加熱処理としては、520
℃〜570℃で2時間〜8時間のアニール処理を行うこ
とが望ましく、本実施の形態2では、一例として、55
0℃で4時間の加熱処理を行っている。これにより、上
記第1の非晶質ケイ素膜203の表面上に添加されたニ
ッケル204のシリサイド化が起こり、シリサイド化し
たニッケルを核として第1の非晶質ケイ素膜203の結
晶化が進行し、図2(b)に示すように、結晶性ケイ素
膜203aとなる。しかし、上記ニッケル204の添加
量は、非晶質ケイ素膜203を全て結晶化するために
は、触媒元素の量が不十分であり、結晶性ケイ素膜20
3aの一部において微小な(数μm程度の)非晶質領域
が残存し、結晶成長が停止している。570℃以下の温
度では、ケイ素膜自体の結晶成長は起こらないため、結
晶成長が及ばない未結晶化領域はそのまま残る。要する
に、本実施の形態2における550℃、4時間の加熱処
理の後に得られる結晶性ケイ素膜203aは、結晶化領
域の中に微小な非晶質領域が混在した状態となってい
る。
Then, heat treatment is performed in an inert atmosphere, for example, in a nitrogen atmosphere. As this heat treatment, 520
It is desirable to perform annealing at 2 to 8 hours at a temperature of 5 to 570 ° C. In the second embodiment, for example, 55
Heat treatment is performed at 0 ° C. for 4 hours. Thus, occur silicidation of the first amorphous silicon nickel 204 is added on the surface of the film 203, a silicide nickel crystallization of the first amorphous silicon film 203 progresses as nuclei As shown in FIG. 2B, a crystalline silicon film 203a is formed. However, the amount of the nickel 204 added is such that the amount of the catalytic element is insufficient to crystallize the entire amorphous silicon film 203 and the crystalline silicon film 20
A minute (about several μm) amorphous region remains in a part of 3a, and crystal growth is stopped. At a temperature of 570 ° C. or lower, the crystal growth of the silicon film itself does not occur, so that an uncrystallized region that does not reach the crystal growth remains as it is. In short, the crystalline silicon film 203a obtained after the heat treatment at 550 ° C. for 4 hours in Embodiment Mode 2 has a state in which minute amorphous regions are mixed in the crystallized regions.

【0098】次に、上記結晶性ケイ素膜203aにレー
ザ光205を照射することにより、結晶性ケイ素膜20
3aをさらに結晶化させ、結晶性ケイ素膜203bを得
る。そのレーザ光205は、波長308nm、パルス幅
40nsecのXeClエキシマレーザ装置を用いて照
射される。また、上記レーザ光205の照射条件は、照
射時にガラス基板201を200℃〜450℃、例えば
400℃に加熱し、エネルギ密度200mJ/cm
450mJ/cm、例えば350mJ/cm でする
ことである。そのレーザ光205のビームサイズは、ガ
ラス基板201の表面で150mm×1mmの長尺形状
となるように設定されており、長尺方向に対して垂直方
向に0.05mmのステップ幅で順次走査を行った。す
なわち、上記結晶性ケイ素膜203aの任意の一点にお
いて、計20回のレーザ照射が行われることになる。こ
のレーザ照射により、結晶性ケイ素膜203a中に残存
している非晶質領域が優先的に溶融し、結晶化領域の良
好な結晶成分のみを反映して膜全体が結晶化される。
Next, laser is applied to the crystalline silicon film 203a.
By irradiating the light 205, the crystalline silicon film 20
3a is further crystallized to obtain a crystalline silicon film 203b.
You. The laser light 205 has a wavelength of 308 nm and a pulse width of 308 nm.
Using a 40 nsec XeCl excimer laser device
Fired. The irradiation conditions of the laser light 205 are as follows.
When the glass substrate 201 is irradiated at 200 ° C. to 450 ° C., for example,
Heat to 400 ° C, energy density 200mJ / cm2~
450mJ / cm2, For example, 350 mJ / cm 2Do
That is. The beam size of the laser beam 205 is
Long shape of 150 mm x 1 mm on the surface of the lath substrate 201
Is set so that it is perpendicular to the long direction.
Scanning was sequentially performed in the direction with a step width of 0.05 mm. You
That is, at any one point of the crystalline silicon film 203a,
Thus, a total of 20 laser irradiations are performed. This
Remains in the crystalline silicon film 203a by the laser irradiation of
The amorphous region that has been melted preferentially
The entire film is crystallized by reflecting only favorable crystal components.

【0099】次に、上記結晶性ケイ素膜203bの表面
層を薄膜酸化することで、エッチングストッパーとなる
バリア薄膜としての酸化ケイ素膜206を形成する。こ
の酸化ケイ素膜206の形成は、結晶性ケイ素膜203
bの表面にエキシマUV(紫外線)光を照射することに
より行っている。上記エキシマUV光の照射時間は1分
であり、酸化ケイ素膜206の膜厚を分光エリプソで測
定したところ、その膜厚は約30Åであった。
[0099] Next, the surface layer of the crystalline silicon film 203b by thin oxidized to form a silicon oxide film 206 as a barrier thin film as an etching stopper. The formation of the silicon oxide film 206, the crystalline silicon film 203
This is performed by irradiating the surface of b with excimer UV (ultraviolet) light. The irradiation time of the excimer UV light was 1 minute, and the film thickness of the silicon oxide film 206 was measured by spectroscopic ellipsometry.

【0100】次に、成膜温度400℃以下でのプラズマ
CVD法によって、図2(c)に示すように、酸化ケイ
素膜206を覆うように、リンとホウ素(B)とを含む
第2の非晶質ケイ素膜208を形成する。本実施の形態
2では、平行平板式のプラズマCVD装置を用いて、基
板加熱温度を350℃とし、シランガスとホスフィンガ
ス、ジボラン(B)ガスを材料ガスとして、第2
の非晶質ケイ素膜208の成膜を行っている。この際、
上記第2の非晶質ケイ素膜208中のリンおよびホウ素
の濃度は、これらの3種のガスの流量比で任意に変更す
ることが可能である。本実施の形態2では、PH/B
/SiH流量比を3/1/100として行って
いる。このときの第2の非晶質ケイ素膜208中のリン
濃度は1.0%程度であり、ホウ素の濃度は0.5%程
度であった。
Next, as shown in FIG. 2C, a second film containing phosphorus and boron (B) is formed so as to cover the silicon oxide film 206 by a plasma CVD method at a film forming temperature of 400 ° C. or lower. An amorphous silicon film 208 is formed. In the second embodiment, a parallel plate type plasma CVD apparatus is used, the substrate heating temperature is set to 350 ° C., and silane gas, phosphine gas, and diborane (B 2 H 6 ) gas are used as material gases.
Of the amorphous silicon film 208 is formed. On this occasion,
The concentration of phosphorus and boron in the second amorphous silicon film 208 can be arbitrarily changed by the flow ratio of these three gases. In the second embodiment, PH 3 / B
The flow rate ratio of 2 H 6 / SiH 4 was set to 3/1/100. At this time, the phosphorus concentration in the second amorphous silicon film 208 was about 1.0%, and the boron concentration was about 0.5%.

【0101】次に、不活性雰囲気下、例えば窒素雰囲気
にて高速熱アニール処理を施す。このときの高速熱アニ
ール処理では、550℃以下の予熱温度から昇温が始め
ると共に、少なくとも30℃/分以上、好ましくは10
0℃/分以上の昇温速度で昇温を行われることが望まし
い。そして、上記高速熱アニール処理において昇温後に
行うべきメイン加熱は、600℃〜750℃の温度で1
秒〜15分で行われるのが望ましく、650℃〜700
℃の温度で1分〜10分で行われることがより望まし
い。本実施の形態2では、ガラス基板201を用いてい
るので、ガラス基板201の反りとシュリンケージ(熱
収縮率あるいは熱膨張率)の対策から、メイン加熱の温
度から少なくとも550℃までの降温速度は100℃/
分以下であることが望ましい。このようにすることで、
上記ガラス基板201の反りも発生せず、シュリンケー
ジ値も実用範囲内の25ppm以下に抑えることができ
る。実際に本実施の形態2では、図7(b)に示すよう
に、ガラス基板201を500℃に余熱した状態から、
昇温速度200℃/分,1分間の昇温を行うことによ
り、メイン加熱の温度700℃まで上げる。そして、7
00℃のメイン加熱を1分間行った後、降温速度50℃
/分,4分間の降温を行って500℃まで下げる。さら
に、200℃/分,1分間の降温を行って、500℃か
ら基板取り出し温度の300℃まで下げる。本実施の形
態2では、抵抗性加熱炉を用いて抵抗性加熱炉内で温度
勾配をつくり、ガラス基板201を抵抗性加熱炉内に挿
入する速度をコントロールすることで、図7(b)に示
す温度プロファイルの高速熱アニール処理を実現してい
る。このとき、上記ガラス基板201は1枚ずつ処理
し、抵抗性加熱炉内に挿入する際の熱容量を出来る限り
小さくすることがポイントである。また、上記高速熱ア
ニール処理は、ガラス基板201の表面に高温加熱され
た窒素(N)ガスを均一に吹き付けることで、熱輻射
のみでは得られない高速の昇温速度と昇温途中でのガラ
ス基板201の表面内の均熱性を得ている。このような
高温ガス加熱を併用した枚葉式の抵抗性加熱炉を用いる
メリットとして、ガラス基板21の各部の温度を均一に
保ったまま、昇温降温が行えるため、ガラス基板201
における歪みが生じにくい。また、昇温・降温速度を非
常に制御よくコンロトールすることが可能であり、他の
ランプ照射法に比べ、ガラス基板201の使用に対して
より適している。
Next, high-speed thermal annealing is performed in an inert atmosphere, for example, in a nitrogen atmosphere. In the high-speed thermal annealing treatment at this time, the temperature rise starts from a preheating temperature of 550 ° C. or less, and at least 30 ° C./min or more, preferably 10 ° C. or more.
It is desirable that the temperature be raised at a rate of 0 ° C./min or more. The main heating to be performed after the temperature rise in the high-speed thermal annealing treatment is performed at a temperature of 600 ° C. to 750 ° C.
It is preferably carried out in seconds to 15 minutes, 650 ° C. to 700
More preferably, it is carried out at a temperature of 1C for 1 minute to 10 minutes. In the second embodiment, since the glass substrate 201 is used, the rate of temperature decrease from the temperature of the main heating to at least 550 ° C. is taken in consideration of the warpage of the glass substrate 201 and measures against shrinkage (thermal shrinkage or thermal expansion). 100 ℃ /
It is desirable that it be less than minutes. By doing this,
The warpage of the glass substrate 201 does not occur, and the shrinkage value can be suppressed to 25 ppm or less in a practical range. Actually, in the second embodiment, as shown in FIG.
By raising the temperature at a rate of 200 ° C./min for 1 minute, the temperature of the main heating is increased to 700 ° C. And 7
After the main heating of 00 ° C for 1 minute, the temperature decreasing rate is 50 ° C
The temperature is lowered to 500 ° C. for 4 minutes per minute. Further, the temperature is lowered at 200 ° C./min for 1 minute to lower the temperature from 500 ° C. to the substrate taking-out temperature of 300 ° C. In Embodiment 2, a temperature gradient is formed in the resistance heating furnace using a resistance heating furnace, and the speed at which the glass substrate 201 is inserted into the resistance heating furnace is controlled. High-speed thermal annealing with the temperature profile shown is realized. At this time, the point is that the glass substrates 201 are processed one by one, and the heat capacity when the glass substrates 201 are inserted into the resistance heating furnace is made as small as possible. In the high-speed thermal annealing treatment, a nitrogen (N 2 ) gas heated at a high temperature is uniformly sprayed on the surface of the glass substrate 201, so that a high-speed heating rate that cannot be obtained only by thermal radiation and a high-speed heating The temperature uniformity within the surface of the glass substrate 201 is obtained. An advantage of using a single-wafer type resistive heating furnace that uses such high-temperature gas heating is that the temperature of each part of the glass substrate 21 can be raised and lowered while the temperature of each part is kept uniform.
Is hardly distorted. Further, it is possible to control the temperature rising / falling rate with very high control, and it is more suitable for use of the glass substrate 201 than other lamp irradiation methods.

【0102】上記高速熱アニール処理により、第2の非
晶質ケイ素膜208は完全には結晶化されず、その欠陥
がニッケルに対する偏析トラップとなって下層の結晶性
ケイ素膜203b中のニッケル204が、図2(c)の
矢印209で示す方向に向かって引き出される。このと
き、リンとホウ素との作用により、このゲッタリング効
果は非常に高められ、より強烈なゲッタリングシンクと
して作用する。このときニッケルは薄膜の酸化ケイ素膜
206を通過して移動するが、膜厚が約30Åの酸化ケ
イ素膜206はその移動の妨げとはならない。これによ
り、上記結晶性ケイ素膜203b中のニッケルのほとん
どは、第2の非晶質ケイ素膜208へと移動し、第2の
非晶質ケイ素膜208でのニッケル濃度が高くなる。逆
に、上記結晶性ケイ素膜203bのニッケル濃度は大幅
に低くなり、ニッケル濃度の低い高品質な結晶性ケイ素
膜203cが得られる。このときの実際の結晶性ケイ素
膜203c中のニッケル濃度は、二次イオン質量分析法
により測定したところ4×1016atoms/cm
程度にまで低減されていた。ちなみに、本発明のような
高速熱アニール処理を用いない従来法の場合には、2×
1017atoms/cm程度である。そして、上記
結晶性ケイ素膜203bの膜中ニッケル濃度は1×10
18atoms/cm程度であり、本発明により約1
/20まで残留ニッケル濃度を低減することができた。
この段階で結晶性ケイ素膜203cに残っているニッケ
ルは、シリサイド状態では無く、固溶した状態で存在し
ているため、TFTの電気特性上問題とならない。
By the above-described rapid thermal annealing, the second amorphous silicon film 208 is not completely crystallized, and its defects serve as segregation traps for nickel, and the nickel 204 in the lower crystalline silicon film 203b is removed. 2C is pulled out in a direction indicated by an arrow 209 in FIG. At this time, this gettering effect is greatly enhanced by the action of phosphorus and boron, and acts as a more intense gettering sink. At this time, nickel moves through the thin silicon oxide film 206, but the silicon oxide film 206 having a thickness of about 30 ° does not hinder the movement. As a result, most of the nickel in the crystalline silicon film 203b moves to the second amorphous silicon film 208, and the nickel concentration in the second amorphous silicon film 208 increases. Conversely, the nickel concentration of the crystalline silicon film 203b is significantly reduced, and a high-quality crystalline silicon film 203c having a low nickel concentration is obtained. At this time, the actual nickel concentration in the crystalline silicon film 203c was 4 × 10 16 atoms / cm 3 as measured by secondary ion mass spectrometry.
To a degree. Incidentally, in the case of the conventional method not using the rapid thermal annealing treatment as in the present invention, 2 ×
It is about 10 17 atoms / cm 3 . The nickel concentration in the crystalline silicon film 203b is 1 × 10
18 atoms / cm 3 and about 1 atom / cm 3 according to the present invention.
The residual nickel concentration could be reduced to / 20.
At this stage, the nickel remaining in the crystalline silicon film 203c is not in a silicide state but in a solid solution state, so that there is no problem in electrical characteristics of the TFT.

【0103】次に、上記ニッケルをゲッタリングし、ニ
ッケル濃度が高くなった第2の非晶質ケイ素膜208を
全面的にエッチング除去する。このときのエッチングと
しては、酸化ケイ素膜206がエッチングストッパーと
して十分作用するように、酸化ケイ素膜206と十分エ
ッチング選択比のあるエッチャントが求められる。本実
施の形態2では、現像液のような強アルカリ液を用いて
いる。上記第2の非晶質ケイ素膜208を除去した後、
酸化ケイ素膜206をエッチング除去する。このとき、
十分に下層の結晶性ケイ素膜203cと選択性のある
1:100バッファードフッ酸をエッチャントとして用
い、ウェットエッチングにより行っている。
Next, the nickel is gettered, and the entire surface of the second amorphous silicon film 208 having a high nickel concentration is removed by etching. Etching at this time requires an etchant having a sufficient etching selectivity with the silicon oxide film 206 so that the silicon oxide film 206 sufficiently functions as an etching stopper. In the second embodiment, a strong alkaline solution such as a developer is used. After removing the second amorphous silicon film 208,
The silicon oxide film 206 is removed by etching. At this time,
The etching is performed by wet etching using a 1: 100 buffered hydrofluoric acid, which is sufficiently selective with the lower crystalline silicon film 203c, as an etchant.

【0104】その後、上記結晶性ケイ素膜203cを所
望の形状にパターニングすることにより、図2(d)に
示すように、TFTを形成するための半導体素子形成領
域210n,210pを残し、それ以外の領域をエッチ
ング除去して素子間分離を行う。
Thereafter, the crystalline silicon film 203c is patterned into a desired shape to leave semiconductor element forming regions 210n and 210p for forming a TFT as shown in FIG. The region is removed by etching to separate elements.

【0105】次に、上記半導体素子形成領域210n,
210pを覆うために、図3(e)に示すように、酸化
ケイ素からなり、厚さ20nm〜150nm、例えば1
00nmのゲート絶縁膜211として成膜する。本実施
の形態2のゲート絶縁膜211の形成は、TEOSを原
料とし、それを酸素と共に基板温度150℃〜600
℃、好ましくは300℃〜450℃で、RFプラズマC
VD法で分解・堆積している。
Next, the semiconductor element formation region 210n,
To cover 210p, as shown in FIG. 3E, it is made of silicon oxide and has a thickness of 20 nm to 150 nm, for example, 1 nm.
The gate insulating film 211 is formed to have a thickness of 00 nm. The gate insulating film 211 of the second embodiment is formed by using TEOS as a raw material and using it as a substrate at a substrate temperature of 150 ° C. to 600 ° C. together with oxygen.
C, preferably 300-450 C, RF plasma C
Decomposed and deposited by VD method.

【0106】引き続いて、上記ゲート絶縁膜211上に
スパッタリング法によって高融点メタルを堆積し、これ
を所望の形状にパターニング形成して、ゲート電極21
2n,212pとする。このときの高融点メタルとして
は、タンタル(Ta)あるいはタングステン(W)が望
ましい。本実施の形態2では、微量の窒素が添加された
Taを用いて、厚さが300nm〜600nm、例えば
450nmのゲート電極212n,212pを形成して
いる。
Subsequently, a high-melting point metal is deposited on the gate insulating film 211 by a sputtering method, and this is patterned and formed into a desired shape.
2n, 212p. At this time, the high melting point metal is preferably tantalum (Ta) or tungsten (W). In the second embodiment, the gate electrodes 212n and 212p each having a thickness of 300 nm to 600 nm, for example, 450 nm are formed using Ta to which a slight amount of nitrogen is added.

【0107】次に、イオンドーピング法によって、ゲー
ト電極212n,212pをマスクとして、不純物であ
るリン217を注入する。このときのドーピングは、ゲ
ート絶縁膜211越しに行う、所謂スルードーピングを
適用した。また、ドーピングガスとしてはホスフィンを
用い、ドーピング条件としては、加速電圧を60kV〜
90kV、例えば80kVとし、ドーズ量を2×10
15cm−2〜8×10 15cm−2、例えば5×10
15cm−2としている。上記リン217の注入によ
り、ゲート電極212n,212pでマスクされてリン
が注入されない領域214n,215pは、TFTのチ
ャネル領域にすべき領域である。また、リンが注入され
たN型の不純物拡散領域215n,216n,215n
´,216n´のうち不純物拡散領域215n,216
はN型TFTのソース領域,ドレイン領域にすべき領域
である。また、上記不純物拡散領域215n´,216
n´は、P型TFTのソース領域,ドレイン領域にすべ
き領域であるが、リンがイオン注入されていることによ
りN型になっている。そのため、上記不純物拡散領域2
15n´,216n´は後の工程の処理でP型にしなけ
らばならない。
Next, the gate is formed by ion doping.
Using the electrodes 212n and 212p as masks,
Is injected. Doping at this time is
So-called through doping over the gate insulating film 211
Applied. Phosphine is used as a doping gas.
The doping conditions used are an acceleration voltage of 60 kV-
90 kV, for example, 80 kV, and the dose amount is 2 × 10
Fifteencm-2~ 8 × 10 Fifteencm-2, For example, 5 × 10
Fifteencm-2And By the injection of phosphorus 217,
Is masked by the gate electrodes 212n and 212p,
The regions 214n and 215p into which is not implanted are TFT chips.
This is the area that should be the channel area. Also phosphorus is injected
N-type impurity diffusion regions 215n, 216n, 215n
, 216n 'of the impurity diffusion regions 215n, 216
Is the region to be the source and drain regions of the N-type TFT
It is. Further, the impurity diffusion regions 215n ', 216
n ′ is all in the source region and the drain region of the P-type TFT.
Area due to phosphorus ion implantation.
N type. Therefore, the impurity diffusion region 2
15n 'and 216n' must be P-type in the later process
Must be.

【0108】次に、フォトリソグラフィ工程を行って、
図3(f)に示すように、領域214nおよび不純物拡
散領域215n,216nの上方に、フォトレジストに
より、選択ドーピングのためのマスク219を形成す
る。その後、上記マスク219,ゲート電極212pを
マスクとして用いてホウ素218のイオン注入を行う
と、ホウ素218が注入された不純物拡散領域215
p,216pが得られる。このとき、ドーピングガスと
して、ジボラン(B)を用い、40kV〜80k
V、例えば65kVの加速電圧で、1×1016cm
−2〜5×1016cm −2、例えば2×1016cm
−2の高ドーズ量でドーピングを行っている。これによ
り、先にドーピングされたN型不純物であるリンがキャ
ンセルされ、過剰なホウ素により反転してP型の不純物
拡散領域215p,216pが形成されている。所謂カ
ウンタードーピングを行ったのである。このようにホウ
素218をイオン注入する工程では、ゲート電極212
pでマスクされているから、領域214nにはホウ素が
注入されない。
Next, a photolithography step is performed.
As shown in FIG. 3F, the region 214n and the impurity
In the photoresist above the diffusion regions 215n and 216n
To form a mask 219 for selective doping.
You. After that, the mask 219 and the gate electrode 212p are removed.
Ion implantation of boron 218 using as a mask
And an impurity diffusion region 215 into which boron 218 has been implanted.
p, 216p are obtained. At this time, doping gas and
And diborane (B2H6), And 40 kV to 80 k
V, for example, at an accelerating voltage of 65 kV, 1 × 1016cm
-2~ 5 × 1016cm -2, For example, 2 × 1016cm
-2Doping at a high dose. This
And the previously doped N-type impurity phosphorus
And is inverted by excess boron to form P-type impurities.
Diffusion regions 215p and 216p are formed. So-called mosquito
Unter doping was performed. Like this
In the step of ion-implanting the element 218, the gate electrode 212
The region 214n contains boron because it is masked with p.
Not injected.

【0109】そして、上記選択ドーピングのためのマス
ク219を除去した後、不活性雰囲気下、例えば窒素雰
囲気にて熱処理を行う。本実施の形態2では、窒素雰囲
気中にて、600℃、4時間の処理を行った。この熱処
理により、N型の不純物拡散領域215n,216nお
よびP型の不純物拡散領域215p,215pの活性化
が行われる。その活性化後にシート抵抗値を測定する
と、N型の不純物拡散領域215n,216nが0.4
kΩ/□〜0.8kΩ/□であり、P型の不純物拡散領
域215p,216pが1.0kΩ/□〜2.0kΩ/
□であった。また、上記ゲート絶縁膜211の焼成処理
も同時に行われ、ゲート絶縁膜211自身のバルク特
性、および、半導体素子形成領域210n,210pと
ゲート絶縁膜211との界面特性の向上が図れる。さら
には、その熱処理が行われることにより、不純物拡散領
域215n,216n,215p,216pにドーピン
グされているリンが、チャネル領域にすべき領域214
n,214p中に残存しているニッケルを不純物拡散領
域215n,216n,215p,216pへと移動さ
せる。すなわち、再度、チャネル領域にすべき領域21
4n,214pに絞ってのゲッタリングを追加すること
ができ、先のゲッタリングと合わせて2段階の完全なゲ
ッタリングが行える。また、その熱処理の工程を高速熱
アニール処理により行うことも可能であり、その場合に
は、不純物拡散領域215n,216n,215p,2
16pの活性化、および、チャネル領域にすべき領域2
14n,214pのゲッタリング効果において、より優
れた結果が得られる。
After removing the mask 219 for selective doping, heat treatment is performed in an inert atmosphere, for example, in a nitrogen atmosphere. In the second embodiment, the treatment was performed at 600 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. This heat treatment activates the N-type impurity diffusion regions 215n and 216n and the P-type impurity diffusion regions 215p and 215p. When the sheet resistance is measured after the activation, the N-type impurity diffusion regions 215n and 216n
kΩ / □ to 0.8 kΩ / □, and P-type impurity diffusion regions 215 p and 216 p are 1.0 kΩ / □ to 2.0 kΩ / □.
It was □. In addition, the baking process of the gate insulating film 211 is performed at the same time, so that the bulk characteristics of the gate insulating film 211 itself and the interface characteristics between the semiconductor element formation regions 210n and 210p and the gate insulating film 211 can be improved. Further, by performing the heat treatment, the phosphorus doped in the impurity diffusion regions 215n, 216n, 215p, and 216p is converted into a region 214 to be a channel region.
The nickel remaining in n, 214p is moved to impurity diffusion regions 215n, 216n, 215p, 216p. That is, the region 21 to be the channel region again
It is possible to add gettering limited to 4n and 214p, and two-stage complete gettering can be performed together with the gettering described above. In addition, the heat treatment process can be performed by a high-speed thermal annealing process. In this case, the impurity diffusion regions 215n, 216n, 215p, and 2
Activation of 16p and region 2 to be channel region
More excellent results are obtained in the gettering effect of 14n and 214p.

【0110】引き続いて、図3(g)に示すような層間
絶縁膜221を形成するために、プラズマCVD法によ
って例えば厚さ900nmの酸化ケイ素膜を積層する。
Subsequently, in order to form an interlayer insulating film 221 as shown in FIG. 3G, a silicon oxide film having a thickness of, for example, 900 nm is laminated by a plasma CVD method.

【0111】そして、上記酸化ケイ素膜にコンタクトホ
ールを形成して、そのコンタクホールを埋めるように、
金属材料、例えば窒化チタン膜とアルミニウム膜と積層
して、N型TFT223,P型TFT224の電極・配
線222を形成する。最後に、1気圧の水素雰囲気下で
350℃、1時間のアニール処理を行い、N型TFT2
23とP型TFT224とを完成させる。さらに必要に
応じて、上記ゲート電極212n,212p上にもコン
タクトホールを設け、ゲート電極212n,212pと
配線を接続してもよい。また、上記N型TFT223,
P型TFT224を保護する目的で、N型TFT22
3,P型TFT224上に窒化ケイ素膜などからなる保
護膜を設けてもよい。
Then, a contact hole is formed in the silicon oxide film, and the contact hole is filled.
By stacking a metal material, for example, a titanium nitride film and an aluminum film, electrodes / wirings 222 of the N-type TFT 223 and the P-type TFT 224 are formed. Finally, an annealing process is performed at 350 ° C. for 1 hour in a hydrogen atmosphere at 1 atm to form an N-type TFT 2.
23 and the P-type TFT 224 are completed. If necessary, contact holes may be provided on the gate electrodes 212n and 212p to connect the gate electrodes 212n and 212p to wiring. Further, the N-type TFT 223,
In order to protect the P-type TFT 224, the N-type TFT 22
3. A protective film made of a silicon nitride film or the like may be provided on the P-type TFT 224.

【0112】以上の実施例にしたがって作製したCMO
S構造回路において、電界効果移動度はN型TFT22
3で200cm/Vs〜250cm/Vs、P型T
FT224で100cm/Vs〜130cm/Vs
と高く、閾値電圧はN型TFT223で1.5V程度、
P型TFT224で−2V程度と非常に良好な特性を示
す。しかも、従来例で頻繁に見られたTFTオフ動作時
のリーク電流の異常な増大が全く無く、リーク電流値自
体も単位W当たり1pA以下と非常に低い値を安定して
示した。この値は、触媒元素を用いずに作成した従来の
TFTと比べても全く差が無いものであり、製造歩留ま
りを大きく向上することができた。また、繰り返し測定
やバイアスや温度ストレスによる耐久性試験を行って
も、ほとんど特性劣化は見られず、従来のものと比べて
非常に信頼性が高く、安定した回路特性を示した。
The CMO manufactured according to the above embodiment
In the S structure circuit, the field effect mobility is N-type TFT 22
3 in 200cm 2 / Vs~250cm 2 / Vs, P -type T
FT224 in 100cm 2 / Vs~130cm 2 / Vs
The threshold voltage is about 1.5 V for the N-type TFT 223,
The P-type TFT 224 shows very good characteristics of about -2V. In addition, there was no abnormal increase in the leakage current during the TFT off operation, which was frequently seen in the conventional example, and the leakage current itself was stably shown as a very low value of 1 pA or less per unit W. This value is not much different from that of a conventional TFT formed without using a catalytic element, and the production yield was greatly improved. Further, even if the durability test by repeating the measurement and the bias or temperature stress, little characteristic degradation is not observed, very reliable as compared with the conventional, showed stable circuit characteristics.

【0113】(実施の形態3)図4(a)〜(g)は、
本発明の実施の形態3の半導体装置の製造方法を示す工
程断面図であり、本実施の形態3では、実施の形態1と
同様に、ガラス基板上にN型TFTを作製する際の工程
に対して本発明を利用した場合についての説明を行う。
上記N型TFTは、アクティブマトリクス型の液晶表示
装置のドライバー回路や画素部分は勿論、薄膜集積回路
を構成する素子としても利用することができる。なお、
上記半導体装置の製造方法によれば、図4(a),
(b),…,(g)の順に工程が順次進行する。
(Embodiment 3) FIGS. 4 (a) to 4 (g)
FIG. 14 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of the third embodiment of the present invention. The case where the present invention is used will be described.
The N-type TFT can be used not only as a driver circuit and a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display device but also as an element constituting a thin film integrated circuit. In addition,
According to the method of manufacturing a semiconductor device, FIG.
The steps proceed sequentially in the order of (b),..., (G).

【0114】以下、上記半導体装置の製造方法について
説明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the semiconductor device will be described.

【0115】まず、図4(a)に示すように、絶縁表面
を有する基板としてのガラス基板301上に例えばプラ
ズマCVD法によって厚さ300nm〜500nm程度
の酸化ケイ素からなる下地膜302を形成する。
First, as shown in FIG. 4A, a base film 302 made of silicon oxide having a thickness of about 300 nm to 500 nm is formed on a glass substrate 301 as a substrate having an insulating surface by, for example, a plasma CVD method.

【0116】次に、プラズマCVD法によって、厚さ2
0nm〜80nm、例えば40nmの真性(I型)の第
1の非晶質ケイ素膜303を成膜する。
Next, the thickness 2 is formed by the plasma CVD method.
An intrinsic (I-type) first amorphous silicon film 303 having a thickness of 0 nm to 80 nm, for example, 40 nm is formed.

【0117】次に、上記第1の非晶質ケイ素膜303の
表面上に、触媒元素としてのニッケル304の微量添加
を行う。このニッケル304の微量添加は、ニッケルを
溶かせた溶液を第1の非晶質ケイ素膜303上に保持
し、その溶液をスピナーにより第1の非晶質ケイ素膜3
03上に均一に延ばし乾燥させることにより行った。本
実施の形態3では、上記溶液の溶質としては酢酸ニッケ
ルを用い、上記溶液の溶媒としては水を用い、上記溶液
中のニッケル濃度は10ppmとなるように調節されて
いる。また、上記第1の非晶質ケイ素膜303の表面上
のニッケル濃度を全反射蛍光X線分析法により測定する
と、そのニッケル濃度は7×1012atoms/cm
程度であった。
Next, a slight amount of nickel 304 as a catalyst element is added to the surface of the first amorphous silicon film 303. This addition of a small amount of nickel 304 is performed by holding a solution in which nickel is dissolved on the first amorphous silicon film 303, and using the spinner to spin the solution.
03 and uniformly dried. In the third embodiment, nickel acetate is used as the solute of the solution, water is used as the solvent of the solution, and the nickel concentration in the solution is adjusted to 10 ppm. When the nickel concentration on the surface of the first amorphous silicon film 303 is measured by total reflection X-ray fluorescence spectroscopy, the nickel concentration is 7 × 10 12 atoms / cm.
It was about 2 .

【0118】引き続いて、不活性雰囲気下、例えば窒素
雰囲気にて加熱処理を行う。この加熱処理では、520
℃〜570℃、例えば550℃で、2時間〜8時間、例
えば4時間のアニール処理が行われている。これによ
り、上記非晶質ケイ素膜303の表面に添加されたニッ
ケル304で非晶質ケイ素膜303が結晶化され、図4
(b)に示す結晶性ケイ素膜303aとなる。
Subsequently, heat treatment is performed in an inert atmosphere, for example, in a nitrogen atmosphere. In this heat treatment, 520
Annealing is performed at a temperature of 550 ° C. to 570 ° C. for 2 hours to 8 hours, for example, 4 hours. As a result, the amorphous silicon film 303 is crystallized with the nickel 304 added to the surface of the amorphous silicon film 303, and FIG.
The crystalline silicon film 303a shown in FIG.

【0119】さらに、上記結晶性ケイ素膜303aにレ
ーザ光305を照射することにより、この結晶性ケイ素
膜303aを再結晶化し、その結晶性を向上させる。そ
のレーザ光305は、波長308nm、パルス幅40n
secのXeClエキシマレーザ装置を用いて照射され
る。また、上記レーザ光305の照射条件は、照射時に
ガラス基板301を200℃〜450℃、例えば400
℃に加熱し、エネルギ密度250mJ/cm〜450
mJ/cm、例えば350mJ/cmで照射するこ
とである。このようにして、固相結晶化により得られた
結晶性ケイ素膜303aは、レーザ照射による溶融固化
過程により結晶欠陥が低減され、より高品質な結晶性ケ
イ素膜303bとなる。
Further, by irradiating the crystalline silicon film 303a with a laser beam 305, the crystalline silicon film 303a is recrystallized to improve its crystallinity. The laser light 305 has a wavelength of 308 nm and a pulse width of 40 n.
Irradiation is performed using a XeCl excimer laser device for sec. The irradiation conditions of the laser light 305 are as follows.
And heated to an energy density of 250 mJ / cm 2 to 450
mJ / cm 2, it is to irradiate, for example, 350 mJ / cm 2. In this manner, the crystalline silicon film 303a obtained by the solid-phase crystallization has a crystal defect reduced by a melting and solidifying process by laser irradiation, and becomes a higher quality crystalline silicon film 303b.

【0120】次に、図4(c)に示すように、上記結晶
性ケイ素膜303bの表面層を薄膜酸化することで、エ
ッチングストッパーとなるバリア薄膜としての酸化ケイ
素膜306を形成する。この酸化ケイ素膜306の形成
は、結晶性ケイ素膜303bの表面にオゾン水を保持す
ることで行っている。このようにして得られた酸化ケイ
素膜306の膜厚を分光エリプソで測定したところ、そ
の膜厚は約30Åであった。
Next, as shown in FIG. 4C, the surface layer of the crystalline silicon film 303b is thinly oxidized to form a silicon oxide film 306 as a barrier thin film serving as an etching stopper. The formation of the silicon oxide film 306 is performed by holding ozone water on the surface of the crystalline silicon film 303b. When the thickness of the silicon oxide film 306 thus obtained was measured by spectroscopic ellipsometry, the thickness was about 30 °.

【0121】そして、上記酸化膜306を覆うように、
プラズマCVD法により、ノンドープの第2の非晶質ケ
イ素膜307を形成する(イントリンシックな第2の非
晶質ケイ素膜307を形成する)。さらに、上記第2の
非晶質ケイ素膜307に対して、アルゴン(Ar)30
8をイオンドーピング法によって導入する。このとき、
ドーピングガスとしては100%のアルゴンガスを用
い、加速電圧を例えば30kVとし、ドーズ量は1×1
15cm−2〜1×1016cm−2、例えば3×1
15cm−2としている。
Then, so as to cover the oxide film 306,
A non-doped second amorphous silicon film 307 is formed by plasma CVD (an intrinsic second amorphous silicon film 307 is formed). Further, an argon (Ar) 30 is formed on the second amorphous silicon film 307.
8 is introduced by an ion doping method. At this time,
As the doping gas, 100% argon gas is used, the acceleration voltage is set to, for example, 30 kV, and the dose is 1 × 1.
0 15 cm −2 to 1 × 10 16 cm −2 , for example, 3 × 1
0 15 cm -2 .

【0122】そして、不活性雰囲気下、例えば窒素雰囲
気にて高速熱アニール処理を施す。このときの高速熱ア
ニール処理では、550℃以下の予熱温度から昇温を始
めると共に、少なくとも30℃/分以上、好ましくは1
00℃/分以上の昇温速度で昇温を行われることが望ま
しい。そして、上記高速熱アニール処理において昇温後
に行うべきメイン加熱は、600℃〜750℃の温度で
1秒〜15分で行われるのが望ましく、650℃〜70
0℃の温度で1分〜10分で行われることがより望まし
い。本実施の形態3では、実施の形態1と同様の温度プ
ロファイルで、高速熱アニール処理を行っている。すな
わち、図7(a)に示すように、ガラス基板301を4
00℃に余熱した状態から、昇温速度138℃/分,約
2分間の昇温を行うことにより、メイン加熱の温度67
5℃まで昇温する。そして、その675℃のメイン加熱
を3分間行った後、降温速度69℃/分,4分間の降温
を行って400℃まで降温し、さらに200℃/分,1
分間の降温を行って400℃から基板取り出し温度の2
00℃まで下げる。なお、上記高速熱アニール処理を行
うための装置としても、図示しないが、実施の形態1と
同様の装置を用いている。
Then, high-speed thermal annealing is performed in an inert atmosphere, for example, in a nitrogen atmosphere. In this high-speed thermal annealing treatment, the temperature is raised from a preheating temperature of 550 ° C. or less, and at least 30 ° C./min or more, preferably 1 ° C. or more.
It is desirable that the temperature be raised at a rate of at least 00 ° C./min. The main heating to be performed after the temperature rise in the high-speed thermal annealing treatment is desirably performed at a temperature of 600 ° C. to 750 ° C. for 1 second to 15 minutes.
More preferably, it is performed at a temperature of 0 ° C. for 1 minute to 10 minutes. In the third embodiment, high-speed thermal annealing is performed with the same temperature profile as in the first embodiment. That is, as shown in FIG.
From the state of being preheated to 00 ° C., the temperature is raised at a rate of 138 ° C./min.
Raise the temperature to 5 ° C. Then, after the main heating at 675 ° C. is performed for 3 minutes, the temperature is reduced to 400 ° C. by lowering the temperature at a rate of 69 ° C./min for 4 minutes, and further reduced to 200 ° C./min.
The temperature is taken out from 400 ° C. for 2 minutes,
Lower to 00 ° C. Although not shown, an apparatus similar to that of the first embodiment is used as an apparatus for performing the high-speed thermal annealing.

【0123】上記高速熱アニール処理により、第2の非
晶質ケイ素膜307は完全に結晶化されず、その第2の
非晶質ケイ素膜307の欠陥がニッケルに対する偏析ト
ラップとなって結晶性ケイ素膜303b中のニッケル3
04を、図4(d)の矢印309に示すように上方向に
向かって引き出す。このとき、上記第2の非晶質ケイ素
膜307ではドーピングされたアルゴン308が、より
大きな格子間歪みをもたらすことによって、第2の非晶
質ケイ素膜307はより強烈なゲッタリングシンクとし
て作用する。このとき、上記ニッケルは薄膜の酸化ケイ
素膜306を通過して移動するが、酸化ケイ素膜306
は、膜厚が約30Åなので、その移動の妨げとはならな
い。これにより、上記結晶性ケイ素膜303b中のニッ
ケルのほとんどは、第2の非晶質ケイ素膜307へと移
動し、第2の非晶質ケイ素膜307におけるニッケル濃
度が高くなる。逆に、上記結晶性ケイ素膜303bのニ
ッケル濃度は大幅に低くなり、ニッケル濃度の低い高品
質な結晶性ケイ素膜303cが得られる。このときの実
際の結晶性ケイ素膜303c中のニッケル濃度は、二次
イオン質量分析法により測定したところ5×1016
toms/cm程度にまで低減されていた。
By the above-mentioned rapid thermal annealing, the second amorphous silicon film 307 is not completely crystallized, and the defects of the second amorphous silicon film 307 serve as segregation traps for nickel to form crystalline silicon. Nickel 3 in film 303b
04 is pulled out upward as indicated by an arrow 309 in FIG. At this time, in the second amorphous silicon film 307, the doped argon 308 causes a larger interstitial distortion, so that the second amorphous silicon film 307 functions as a stronger gettering sink. . At this time, the nickel moves through the thin silicon oxide film 306, but the silicon oxide film 306
Has a thickness of about 30 °, so that it does not hinder its movement. Thus, most of the nickel in the crystalline silicon film 303b moves to the second amorphous silicon film 307, and the nickel concentration in the second amorphous silicon film 307 increases. Conversely, the nickel concentration of the crystalline silicon film 303b is significantly reduced, and a high-quality crystalline silicon film 303c having a low nickel concentration is obtained. The actual nickel concentration in the crystalline silicon film 303c at this time was measured by secondary ion mass spectrometry to be 5 × 10 16 a
It was reduced to about toms / cm 3 .

【0124】次に、上記ニッケルをゲッタリングし、ニ
ッケル濃度が高くなった第2の非晶質ケイ素膜307を
全面的にエッチング除去する。このときのエッチングと
しては、酸化ケイ素膜306がエッチングストッパーと
して十分作用するように、酸化ケイ素膜と十分エッチン
グ選択比のあるエッチャントが求められる。本実施の形
態3では、現像液のような強アルカリ溶液を用いた。上
記第2の非晶質ケイ素膜を除去した後、酸化ケイ素膜3
06をエッチング除去する。このときのエッチャントと
しては、十分に下層の結晶性ケイ素膜303cと選択性
のある1:100バッファードフッ酸を用い、ウェット
エッチングにより行っている。
Next, the nickel is gettered, and the entire surface of the second amorphous silicon film 307 having a high nickel concentration is removed by etching. Etching at this time requires an etchant having a sufficient etching selectivity with the silicon oxide film so that the silicon oxide film 306 sufficiently functions as an etching stopper. In the third embodiment, a strong alkaline solution such as a developer is used. After removing the second amorphous silicon film, the silicon oxide film 3
06 is removed by etching. As an etchant at this time, wet etching is performed using a sufficiently lower crystalline silicon film 303c and 1: 100 buffered hydrofluoric acid having selectivity.

【0125】その後、上記結晶性ケイ素膜303cの不
要な部分を除去して素子間分離を行って、図4(e)に
示すように、TFTを形成するための半導体素子形成領
域(ソース領域,ドレイン領域,チャネル領域)310
を形成する。
After that, unnecessary portions of the crystalline silicon film 303c are removed to perform element isolation, and as shown in FIG. 4E, a semiconductor element forming region (source region, (Drain region, channel region) 310
To form

【0126】次に、上記半導体素子形成領域310を覆
うために、図4(f)に示すように、酸化ケイ素からな
り、厚さ20nm〜150nm、例えば100nmのゲ
ート絶縁膜311を成膜する。そして、上記ゲート絶縁
膜311を成膜した後、ゲート絶縁膜111自身のバル
ク特性、および、半導体素子形成領域310とゲート絶
縁膜111との界面特性を向上させるために、不活性ガ
ス雰囲気下で500℃〜600℃で1時間〜4時間のア
ニール処理を行った。
Next, as shown in FIG. 4F, a gate insulating film 311 made of silicon oxide and having a thickness of 20 nm to 150 nm, for example, 100 nm is formed to cover the semiconductor element formation region 310. Then, after the gate insulating film 311 is formed, in order to improve the bulk characteristics of the gate insulating film 111 itself and the interface characteristics between the semiconductor element formation region 310 and the gate insulating film 111, the gate insulating film 311 is formed under an inert gas atmosphere. Annealing was performed at 500 ° C. to 600 ° C. for 1 hour to 4 hours.

【0127】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ400nm〜800nm、例えば600nmのアル
ミニウム膜をゲート絶縁膜311上に成膜する。そし
て、上記アルミニウム膜をパターニングすることより、
ゲート電極312を形成する。さらに、上記ゲート電極
312の表面層を陽極酸化して、酸化物層313を形成
する。
Subsequently, by the sputtering method,
An aluminum film with a thickness of 400 nm to 800 nm, for example, 600 nm is formed over the gate insulating film 311. Then, by patterning the aluminum film,
A gate electrode 312 is formed. Further, an oxide layer 313 is formed by anodizing the surface layer of the gate electrode 312.

【0128】次に、イオンドーピング法によって、ゲー
ト電極312とその周囲の酸化物層313をマスクとし
て、不純物であるリンを注入する。これにより、上記リ
ンが注入されたN型の不純物拡散領域315,316
は、TFTのソース領域,ドレイン領域にすべき領域で
あり、ゲート電極312およびその周囲の酸化層313
にマスクされ不純物が注入されない領域314は、TF
Tのチャネル領域にすべき領域である。
Next, phosphorus, which is an impurity, is implanted by ion doping using the gate electrode 312 and the oxide layer 313 around the gate electrode 312 as a mask. As a result, the N-type impurity diffusion regions 315 and 316 into which phosphorus has been implanted are formed.
Is a region to be used as a source region and a drain region of the TFT. The gate electrode 312 and the oxide layer 313 around the gate electrode 312
The region 314 where the impurity is not implanted is masked by TF
This is a region to be a T channel region.

【0129】その後、レーザ光320の照射によってア
ニール処理を行い、イオン注入した不純物のリンを活性
化を行うと同時に、上記不純物導入工程で結晶性が劣化
した部分の結晶性を改善させる。この際に使用するレー
ザ装置は、波長308nm、パルス幅40nsecのX
eClエキシマレーザ装置であり、レーザ光320のエ
ネルギ密度は150mJ/cm〜400mJ/c
、好ましくは200mJ/cm〜250mJ/c
である。
Thereafter, an annealing process is performed by irradiation with the laser beam 320 to activate the ion-implanted impurity phosphorus, and at the same time, to improve the crystallinity of the portion where the crystallinity is deteriorated in the impurity introducing step. The laser device used at this time is an X-ray having a wavelength of 308 nm and a pulse width of 40 nsec.
This is an eCl excimer laser device, and the energy density of the laser beam 320 is 150 mJ / cm 2 to 400 mJ / c.
m 2, preferably 200mJ / cm 2 ~250mJ / c
a m 2.

【0130】引き続いて、図4(g)に示すような層間
絶縁膜321を形成するために、厚さ600nm程度の
酸化ケイ素膜あるいは窒化ケイ素膜を積層する。上記酸
化ケイ素膜を積層する場合には、TEOSを原料とし、
これと酸素とのプラズマCVD法、もしくはオゾンとの
減圧CVD法あるいは常圧CVD法によって形成すれ
ば、段差被覆性に優れた良好な層間絶縁膜121が得ら
れる。また、シランガスとアンモニアガスを原料ガスと
してプラズマCVD法で成膜された窒化ケイ素膜を用い
れば、素子形成量領域310とゲート絶縁膜311との
界面に水素原子が供給されて、TFT特性を劣化させる
不対結合手を低減する効果がある。
Subsequently, in order to form an interlayer insulating film 321 as shown in FIG. 4G, a silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of about 600 nm is laminated. When laminating the silicon oxide film, TEOS is used as a raw material,
If this is formed by a plasma CVD method with oxygen, a reduced pressure CVD method with ozone, or a normal pressure CVD method, a good interlayer insulating film 121 having excellent step coverage can be obtained. If a silicon nitride film formed by a plasma CVD method using silane gas and ammonia gas as a source gas is used, hydrogen atoms are supplied to an interface between the element formation amount region 310 and the gate insulating film 311 to degrade TFT characteristics. This has the effect of reducing the number of dangling bonds to be caused.

【0131】次に、上記酸化ケイ素膜あるいは窒化ケイ
素膜にコンタクホールを形成して、層間絶縁膜321を
得る。そして、上記コンタクトホールを埋めるように、
金属材料、例えば窒化チタン膜とアルミニウム膜を積層
して、TFT323の電極・配線322,322を形成
する。
Next, a contact hole is formed in the silicon oxide film or the silicon nitride film to obtain an interlayer insulating film 321. And so as to fill the contact hole,
By stacking a metal material, for example, a titanium nitride film and an aluminum film, electrodes / wirings 322 and 322 of the TFT 323 are formed.

【0132】最後に、1気圧の水素雰囲気で350℃、
1時間のアニール処理を行い、TFT123を完成させ
る。さらに必要に応じて、TFT123を保護する目的
で、TFT123上に窒化ケイ素膜などからなる保護膜
を設けてもよい。
Finally, at 350 ° C. in a hydrogen atmosphere of 1 atm.
The TFT 123 is completed by performing an annealing process for one hour. If necessary, a protective film made of a silicon nitride film or the like may be provided on the TFT 123 for the purpose of protecting the TFT 123.

【0133】このように、上記高速熱アニール処理を行
って、結晶性ケイ素膜303b中の触媒元素を第2の非
晶質ケイ素膜307へと移動させることて、特開平10
−223534号公報、特開平10−229048号公
報および特開平11−31660号公報の方法に比べ
て、半導体素子形成領域310における残留触媒元素量
を大きく低減することができる。
As described above, the catalyst element in the crystalline silicon film 303b is moved to the second amorphous silicon film 307 by performing the above-described rapid thermal annealing treatment.
As compared with the methods described in JP-A-223534, JP-A-10-229048 and JP-A-11-31660, the amount of the residual catalyst element in the semiconductor element formation region 310 can be greatly reduced.

【0134】また、上記半導体素子形成領域310にお
ける残留触媒元素量を大きく低減しているから、半導体
素子形成領域310を用いて作製したTFT123では
オフ動作時のリーク電流の異常も見られない。したがっ
て、半導体装置の性能および信頼性を高めることができ
る。すなわち、特開平10−223534号公報、特開
平10−229048号公報および特開平11−316
60号公報の方法に比べて、より高い電流駆動能力をも
つ高性能半導体装置を得ることができる。
Further, since the amount of the residual catalytic element in the semiconductor element formation region 310 is greatly reduced, no abnormality in the leakage current during the OFF operation is observed in the TFT 123 manufactured using the semiconductor element formation region 310. Therefore, the performance and reliability of the semiconductor device can be improved. That is, JP-A-10-223534, JP-A-10-229048 and JP-A-11-316
A high-performance semiconductor device having a higher current driving capability can be obtained as compared with the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-260.

【0135】以上、本発明の実施の形態1,2,3につ
き具体的に説明したが、本発明は上述の実施の形態1,
2,3に限定されるものではなく、本発明の技術的思想
に基づく各種の変形が可能である。
While the first, second, and third embodiments of the present invention have been specifically described, the present invention is not limited to the first, second, and third embodiments.
The present invention is not limited to the above examples, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.

【0136】例えば、上記実施の形態3においては、ニ
ッケルをゲッタリングシンクの第2の非晶質ケイ素膜へ
と移動させる際の高速熱アニール処理として、高温ガス
吹き付けによる抵抗性加熱炉を用いる方法を示したが、
タングステン−ハロゲンランプあるいはキセノンアーク
ランプによるランプアニール法でも同様に処理が可能で
ある。
For example, in the third embodiment, as a high-speed thermal annealing process for moving nickel to the second amorphous silicon film of the gettering sink, a method using a resistive heating furnace by blowing high-temperature gas is used. Was shown,
The same treatment can be performed by a lamp annealing method using a tungsten-halogen lamp or a xenon arc lamp.

【0137】また、上記実施の形態1,2,3では、上
記触媒元素としてのニッケルを導入する方法として、第
1の非晶質ケイ素膜の表面をニッケル塩を溶かせた溶液
を塗布する方法を採用したが、第1の非晶質ケイ素膜の
成膜前に下地膜の表面にニッケルを導入し、下地膜より
第1の非晶質ケイ素膜にニッケルを拡散させ結晶成長を
行わせる方法を採用してもよい。すなわち、結晶成長は
非晶質ケイ素膜の上面側(ガラス基板と反対側)から行
ってもよいし、下面側(ガラス基板側)から行ってもよ
い。また、上記ニッケルの導入方法としても、その他、
様々な手法を用いることができる。例えば、ニッケル塩
を溶かせる溶媒としてSOG(スピンオングラス)材料
を用い、酸化ケイ素膜より拡散させる方法もある。ま
た、例えば、スパッタリング法、蒸着法およびメッキ法
等により薄膜形成する方法や、イオンドーピング法によ
り直接導入する方法なども利用できる。さらに、ケイ素
の結晶化を促進する触媒元素としては、ニッケル以外に
コバルト、鉄、パラジウム、白金、銅、金を用いても同
様の効果が得られる。したがって、上記触媒元素は、ニ
ッケル、コバルト、鉄、パラジウム、白金、銅および金
のうちから選ばれた1種類または複数種類の元素であれ
ばよい。
In the first, second and third embodiments, as a method for introducing nickel as the catalyst element, a method in which a solution in which a nickel salt is dissolved is applied to the surface of the first amorphous silicon film is used. A method was adopted in which nickel was introduced into the surface of the base film before the formation of the first amorphous silicon film, and nickel was diffused from the base film into the first amorphous silicon film to cause crystal growth. May be adopted. That is, crystal growth may be performed from the upper surface side (the side opposite to the glass substrate) of the amorphous silicon film, or may be performed from the lower surface side (the glass substrate side). In addition, as the method for introducing the above nickel,
Various approaches can be used. For example, there is a method in which an SOG (spin-on-glass) material is used as a solvent for dissolving a nickel salt and is diffused from a silicon oxide film. Further, for example, a method of forming a thin film by a sputtering method, an evaporation method, a plating method, or the like, a method of directly introducing a thin film by an ion doping method, and the like can be used. Further, the same effect can be obtained by using cobalt, iron, palladium, platinum, copper, or gold in addition to nickel as a catalyst element for promoting crystallization of silicon. Accordingly, the catalyst element may be one or more elements selected from nickel, cobalt, iron, palladium, platinum, copper and gold.

【0138】また、上記実施の形態1,2では、結晶性
ケイ素膜のニッケルをゲッタリングする効果を高めるた
めに、第2の非晶質ケイ素膜に5族B元素のリンを含ま
せていたが、第2の非晶質ケイ素膜にリン以外の5族B
元素を含ませてもよい。例えば、窒素、ヒ素、アンチモ
ンおよびビスマスから選ばれた1種類または複数種類の
元素を、第2の非晶質ケイ素膜に含ませてもよい。要す
るに、窒素、リン、ヒ素、アンチモンおよびビスマスか
ら選ばれた1種類または複数種類の元素を、第2の非晶
質ケイ素膜に含ませてもよい。勿論、本発明の特徴でも
あるが、ノンドープの第2の非晶質ケイ素膜を用いても
よく、第2の非晶質ケイ素膜がノンドープであってもゲ
ッタリング効果を得ることができる。
In the first and second embodiments, in order to enhance the effect of gettering nickel in the crystalline silicon film, the second amorphous silicon film contains phosphorus of Group V element B. But the second amorphous silicon film has
Elements may be included. For example, one or more elements selected from nitrogen, arsenic, antimony, and bismuth may be included in the second amorphous silicon film. In short, one or more elements selected from nitrogen, phosphorus, arsenic, antimony, and bismuth may be included in the second amorphous silicon film. Of course, although it is a feature of the present invention, a non-doped second amorphous silicon film may be used, and even if the second amorphous silicon film is non-doped, a gettering effect can be obtained.

【0139】また、上記実施の形態3では、ゲッタリン
グシンクとなる第2の非晶質ケイ素膜にアルゴンをドー
ピングしていたが、クリプトンやキセノンをドーピング
してもよい。要するに、第2の非晶質ケイ素膜は、アル
ゴン、クリプトンおよびキセノンのうちから選ばれた1
種類または複数種類の希ガス元素を含んでもよい。この
場合も、結晶性ケイ素膜の触媒元素を第2の非晶質ケイ
素膜へゲッタリングすることができる。また、アルゴン
はイオンドーピング法により第2の非晶質ケイ素膜に導
入したが、シリコンターゲットを用いて、アルゴンをス
パッタリングガスとしてスパッタで、アルゴンを含有す
る第2の非晶質ケイ素膜を形成してもよい。この方法で
も、多量のアルゴンが第2の非晶質ケイ素膜中に含ませ
ることができる。また、CVD法を用いても、材料ガス
としてArを追加して処理を行っうことにより、アルゴ
ンを含有する第2の非晶質ケイ素膜を形成することがで
きる。
In the third embodiment, the second amorphous silicon film serving as the gettering sink is doped with argon. However, krypton or xenon may be doped. In short, the second amorphous silicon film is made of one selected from the group consisting of argon, krypton, and xenon.
It may contain one or more rare gas elements. Also in this case, the catalyst element of the crystalline silicon film can be gettered to the second amorphous silicon film. Argon was introduced into the second amorphous silicon film by an ion doping method. A second amorphous silicon film containing argon was formed by sputtering using a silicon target and using argon as a sputtering gas. You may. Also in this method, a large amount of argon can be included in the second amorphous silicon film. In addition, even when the CVD method is used, a second amorphous silicon film containing argon can be formed by adding Ar as a material gas and performing the treatment.

【0140】また、ゲッタリングシンクとなる第2の非
晶質ケイ素膜を除去する際のエッチングストッパーとな
るバリア薄膜も、上記実施の形態1,2,3で述べた酸
化ケイ素膜以外に窒化ケイ素膜など、その他様々な膜が
使用可能である。また、この酸化ケイ素膜の形成方法に
関しても、上記実施の形態1,2,3で説明したような
オゾン水処理やエキシマUV処理などによる薄膜酸化法
以外の方法、例えばCVDでの薄膜形成や酸素プラズマ
処理、熱酸化法や硫酸酸化などを用いても問題ない。
The barrier thin film serving as an etching stopper when removing the second amorphous silicon film serving as a gettering sink is not limited to the silicon oxide film described in the first, second, and third embodiments. Various other films, such as films, can be used. Also, as for the method of forming the silicon oxide film, a method other than the thin film oxidation method such as the ozone water treatment or the excimer UV treatment as described in the first, second, and third embodiments, for example, the thin film formation by CVD, There is no problem even if plasma treatment, thermal oxidation, sulfuric acid oxidation, or the like is used.

【0141】また、実施の形態1,2では、ニッケルに
より結晶化された結晶性ケイ素膜の結晶性をさらに助長
する手段として、パルスレーザであるエキシマレーザ照
射による加熱法を用いたが、それ以外のレーザ、例えば
連続発振Arレーザなどによる加熱法を用いてもよい。
この場合も、エキシマレーザ照射と同様の処理が可能で
ある。
In the first and second embodiments, as a means for further promoting the crystallinity of the crystalline silicon film crystallized with nickel, a heating method using excimer laser irradiation as a pulse laser is used. , A heating method using a continuous wave Ar laser or the like may be used.
Also in this case, the same processing as the excimer laser irradiation can be performed.

【0142】また、上記半導体素子形成領域における触
媒元素の濃度は、1×1016atoms/cm〜2
×1017atoms/cmの範囲内であればよい。
The concentration of the catalyst element in the semiconductor element formation region is 1 × 10 16 atoms / cm 3 to 2 × 10 16 atoms / cm 3.
It may be within the range of × 10 17 atoms / cm 3 .

【0143】さらに、本発明の半導体装置の製造方法の
応用としては、液晶表示用のアクティブマトリクス型基
板以外に、例えば、密着型イメージセンサー、ドライバ
ー内蔵型のサーマルヘッド、有機系EL等を発光素子と
したドライバー内蔵型の光書き込み素子や表示素子、三
次元IC等が考えられる。本発明を用いることで、これ
らの素子の高速、高解像度化等の高性能化が実現され
る。さらに本発明は、上述の実施例で説明したMOS型
トランジスタに限らず、結晶性半導体を素子材としたバ
イポーラトランジスタや静電誘導トランジスタをはじめ
として幅広く半導体プロセス全般に応用することができ
る。
Further, as an application of the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, in addition to an active matrix type substrate for liquid crystal display, for example, a contact type image sensor, a thermal head with a built-in driver, an organic EL, etc. An optical writing element or display element with a built-in driver, a three-dimensional IC, or the like can be considered. By using the present invention, high performance such as high speed and high resolution of these elements is realized. Further, the present invention is not limited to the MOS type transistors described in the above embodiments, but can be widely applied to all semiconductor processes including bipolar transistors and electrostatic induction transistors using a crystalline semiconductor as an element material.

【0144】また、上記実施の形態1,2,3では、結
晶性ケイ素膜の一部を半体素子形成領域としていたが、
結晶性ケイ素膜の全部を半導体素子形成領域としてもよ
い。
In the first, second, and third embodiments, a part of the crystalline silicon film is used as the half-element forming region.
The entire crystalline silicon film may be used as a semiconductor element formation region.

【0145】[0145]

【発明の効果】以上より明らかなように、本発明の半導
体装置の製造方法は、高速熱アニール処理を行って、結
晶性ケイ素膜中の触媒元素を第2の非晶質ケイ素膜へと
移動させるので、その結晶性ケイ素膜からなる半導体素
子形成領域における残留触媒元素量を極めて少なくする
ことができる。
As is clear from the above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the catalytic element in the crystalline silicon film is moved to the second amorphous silicon film by performing a rapid thermal annealing treatment. Therefore, the amount of residual catalyst elements in the semiconductor element formation region made of the crystalline silicon film can be extremely reduced.

【0146】また、上記半導体素子形成領域における残
留触媒元素量が極めて少ないので、半導体素子形成領域
を用いて作製した半導体素子におけるオフ動作時のリー
ク電流の発生を阻止することができて、半導体装置の性
能および信頼性を高めることができる。
Further, since the amount of the residual catalyst element in the semiconductor element formation region is extremely small, it is possible to prevent the generation of a leak current at the time of off operation in the semiconductor element manufactured using the semiconductor element formation region. Performance and reliability can be improved.

【0147】すなわち、リーク電流の異常な増大など特
性ばらつきの少ない安定した特性の高性能半導体素子の
作製をすることができ、さらに、集積度の高い高性能半
導体装置が、簡便な製造プロセスにて得られる。また、
その製造プロセスにおいて、良品率を大きく向上でき、
商品の低コスト化が図れる。特に液晶表示装置において
は、アクティブマトリクス基板に要求される画素スイッ
チングTFTのスイッチング特性の向上、周辺駆動回路
部を構成するTFTに要求される高性能化・高集積化を
同時に満足し、同一基板上にアクティブマトリクス部と
周辺駆動回路部を構成するドライバモノリシック型アク
ティブマトリクス基板を実現でき、モジュールのコンパ
クト化、高性能化、低コスト化がはかれる。
That is, it is possible to manufacture a high-performance semiconductor element having stable characteristics with little characteristic variation such as an abnormal increase in leakage current. Further, a high-performance semiconductor device with a high degree of integration can be manufactured by a simple manufacturing process. can get. Also,
In the manufacturing process, the non-defective product rate can be greatly improved,
Product cost can be reduced. In particular, in a liquid crystal display device, the switching characteristics of the pixel switching TFT required for the active matrix substrate are improved, and the high performance and high integration required for the TFTs constituting the peripheral drive circuit are simultaneously satisfied. In addition, a driver monolithic active matrix substrate constituting an active matrix section and a peripheral drive circuit section can be realized, and the module can be made compact, high-performance, and low in cost.

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

【図1】 図1(a)〜(g)は、本発明の実施の形態
1の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
FIGS. 1A to 1G are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 図2(a)〜(d)は、本発明の実施の形態
2の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
FIGS. 2A to 2D are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】 図3(e)〜(g)は、上記実施の形態2の
半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
3 (e) to 3 (g) are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the semiconductor device of the second embodiment.

【図4】 図4(a)〜(g)は、本発明の本実施の形
態3の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
FIGS. 4A to 4G are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図5】 図5(a)は、高速熱アニール処理前後での
ケイ素膜中の触媒元素の残存率を表すグラフであり、図
5(b)は、第2の非晶質ケイ素膜における非晶質領域
の割合と、高速熱アニール処理における昇温速度との関
係を示すグラフである。
FIG. 5 (a) is a graph showing the residual ratio of the catalytic element in the silicon film before and after the rapid thermal annealing treatment, and FIG. 4 is a graph showing a relationship between a ratio of a crystalline region and a heating rate in a rapid thermal annealing process.

【図6】 図6は、アニール処理を行う前後での結晶性
ケイ素膜中における触媒元素の残存率と、アニール処理
における処理温度との関係を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a residual ratio of a catalytic element in a crystalline silicon film before and after performing an annealing process and a processing temperature in the annealing process.

【図7】 図7(a)は実施の形態1,3の高速熱アニ
ール処理における温度プロファイルを示すグラフであ
り、図7(b)は実施の形態2の高速熱アニール処理に
おける温度プロファイルを示すグラフである。
FIG. 7A is a graph showing a temperature profile in the high-speed thermal annealing in the first and third embodiments, and FIG. 7B is a graph showing a temperature profile in the high-speed thermal annealing in the second embodiment. It is a graph.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,201,301 ガラス基板 103,203,303 第1の非晶質ケイ素膜 104,204,304 ニッケル 103a,103b,103c 結晶性ケイ素膜 203a,203b,203c 結晶性ケイ素膜 303a,303b,303c 結晶性ケイ素膜 107,108 非晶質ケイ素膜 208,307 第2の非晶質ケイ素膜 101, 201, 301 Glass substrate 103, 203, 303 First amorphous silicon film 104, 204, 304 Nickel 103a, 103b, 103c Crystalline silicon film 203a, 203b, 203c Crystalline silicon film 303a, 303b, 303c Crystal Silicon film 107,108 Amorphous silicon film 208,307 Second amorphous silicon film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F052 AA02 AA11 AA24 BB07 DA02 DB03 EA05 EA16 FA06 FA19 JA01 5F110 AA06 AA30 BB02 BB04 BB10 BB11 CC02 DD02 DD13 EE03 EE34 EE38 EE44 FF02 FF29 FF30 FF36 GG02 GG13 GG25 GG45 HJ01 HJ04 HJ12 HJ13 HJ23 HL01 HL03 HL07 HL11 HM14 NN03 NN04 NN23 NN24 NN35 NN72 PP03 PP10 PP29 PP34 PP35 PP38 QQ11 QQ23 QQ28  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference) HJ23 HL01 HL03 HL07 HL11 HM14 NN03 NN04 NN23 NN24 NN35 NN72 PP03 PP10 PP29 PP34 PP35 PP38 QQ11 QQ23 QQ28

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁表面を有する基板上に第1の非晶質
ケイ素膜を形成し、上記第1の非晶質ケイ素膜に、ケイ
素の結晶化を促進させる触媒元素を導入する工程と、 上記第1の非晶質ケイ素膜に加熱処理を施すことによ
り、上記第1の非晶質ケイ素膜を結晶化させて、結晶性
ケイ素膜を形成する工程と、 上記結晶性ケイ素膜上に第2の非晶質ケイ素膜を設ける
工程と、 上記結晶性ケイ素膜および上記第2の非晶質ケイ素膜に
高速熱アニール処理を施すことにより、上記結晶性ケイ
素膜中の上記触媒元素を上記第2の非晶質ケイ素膜へ移
動させる工程と、 上記第2の非晶質ケイ素膜を除去して、上記結晶性ケイ
素膜を半導体素子形成領域とする工程とを有することを
特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of forming a first amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and introducing a catalytic element for promoting crystallization of silicon into the first amorphous silicon film; Performing a heat treatment on the first amorphous silicon film to crystallize the first amorphous silicon film to form a crystalline silicon film; Providing a second amorphous silicon film, and subjecting the crystalline silicon film and the second amorphous silicon film to a high-speed thermal annealing treatment so that the catalytic element in the crystalline silicon film 2. A semiconductor device, comprising: a step of moving the crystalline silicon film to an amorphous silicon film; and a step of removing the second amorphous silicon film to make the crystalline silicon film a semiconductor element formation region. Manufacturing method.
【請求項2】 請求項1に記載の半導体装置の製造方法
において、 上記高速熱アニール処理では、上記第2の非晶質ケイ素
膜の少なくとも一部を非晶質の状態に維持し得る予熱温
度から昇温が始まり、上記第2の非晶質ケイ素膜の少な
くとも一部を非晶質の状態に維持し得る昇温速度で上記
昇温が行われることを特徴とする半導体装置の製造方
法。
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in said rapid thermal annealing, a preheating temperature capable of maintaining at least a part of said second amorphous silicon film in an amorphous state. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the temperature rise starts at a temperature rising rate at which at least a part of the second amorphous silicon film can be maintained in an amorphous state.
【請求項3】 請求項2に記載の半導体装置の製造方法
において、 上記予熱温度は550℃以下であり、上記昇温速度は3
0℃/分を上回ることを特徴とする半導体装置の製造方
法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the preheating temperature is 550 ° C. or less, and the heating rate is 3
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the temperature is higher than 0 ° C./min.
【請求項4】 請求項3に記載の半導体装置の製造方法
において、 上記昇温速度は100℃/分を上回ることを特徴とする
半導体装置の製造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein said temperature increasing rate is higher than 100 ° C./min.
【請求項5】 請求項2乃至4のいずれか1つに記載の
半導体装置の製造方法において、 上記高速熱アニール処理では、上記結晶性ケイ素膜中の
上記触媒元素を上記第2の非晶質ケイ素膜へ移動させる
ためのメイン加熱を上記昇温後に行っていて、上記メイ
ン加熱は、600℃〜750℃の範囲の平均温度で1秒
〜15分間行われることを特徴とする半導体装置の製造
方法。
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein in the rapid thermal annealing, the catalyst element in the crystalline silicon film is replaced with the second amorphous material. Manufacturing the semiconductor device, wherein the main heating for transferring to the silicon film is performed after the temperature increase, and the main heating is performed at an average temperature in a range of 600 ° C. to 750 ° C. for 1 second to 15 minutes. Method.
【請求項6】 請求項5に記載の半導体装置の製造方法
において、 上記メイン加熱は、650℃〜700℃の範囲の平均温
度で1分〜10分間行われることを特徴とする半導体装
置の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the main heating is performed at an average temperature in a range of 650 ° C. to 700 ° C. for 1 minute to 10 minutes. Method.
【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか1つに記載の
半導体装置の製造方法において、 上記高速熱アニール処理は、タングステン−ハロゲンラ
ンプ、キセノンアークランプ、抵抗性加熱炉および高温
ガス加熱を用いて行われることを特徴とする半導体装置
の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the high-speed thermal annealing includes a tungsten-halogen lamp, a xenon arc lamp, a resistive heating furnace, and high-temperature gas heating. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the method is performed by using the method.
【請求項8】 請求項1乃至7のいずれか1つに記載の
半導体装置の製造方法において、 上記触媒元素は、Ni、Co、Fe、Pd、Pt、Cu
およびAuのうちから選ばれた1種類または複数種類の
元素であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the catalyst element is Ni, Co, Fe, Pd, Pt, Cu.
And one or more elements selected from Au and Au.
【請求項9】 請求項1乃至8のいずれか1つに記載の
半導体装置の製造方法において、 上記第2の非晶質ケイ素膜は5族Bから選ばれた元素を
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second amorphous silicon film contains an element selected from Group V B. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項10】 請求項9に記載の半導体装置の製造方
法において、 上記5族Bから選ばれた元素は、P、AsおよびSbか
ら選ばれた1種類または複数種類の元素であることを特
徴とする半導体装置の製造方法。
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the element selected from Group V B is one or more elements selected from P, As, and Sb. Manufacturing method of a semiconductor device.
【請求項11】 請求項1乃至8のいずれか1つに記載
の半導体装置の製造方法において、 上記第2の非晶質ケイ素膜は、PとBとの2種類の元素
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second amorphous silicon film contains two kinds of elements, P and B. Manufacturing method of a semiconductor device.
【請求項12】 請求項1乃至11のいずれか1つに記
載の半導体装置の製造方法において、 上記第2の非晶質ケイ素膜は、少なくともSiHガス
とPHガスとを材料ガスに用いて、成膜温度400℃
以下でのプラズマCVD法により形成することを特徴と
する半導体装置の製造方法。
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second amorphous silicon film uses at least a SiH 4 gas and a PH 3 gas as a material gas. And a film forming temperature of 400 ° C.
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by being formed by a plasma CVD method described below.
【請求項13】 請求項11に記載の半導体装置の製造
方法において、 上記第2の非晶質ケイ素膜は、少なくともSiHガス
とPHガスとB ガスとを材料ガスに用いて、成
膜温度400℃以下でのプラズマCVD法により形成す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
13. Manufacturing of the semiconductor device according to claim 11.
In the method, the second amorphous silicon film comprises at least SiH4gas
And PH3Gas and B2H 6Using gas as the source gas,
Formed by a plasma CVD method at a film temperature of 400 ° C. or less.
A method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項14】 請求項1乃至8のいずれか1つに記載
の半導体装置の製造方法において、 上記第2の非晶質ケイ素膜は、Ar、KrおよびXeの
うちから選ばれた1種類または複数種類の希ガス元素を
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
14. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second amorphous silicon film is one or more selected from Ar, Kr, and Xe. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a plurality of types of rare gas elements.
【請求項15】 請求項14に記載の半導体装置の製造
方法において、 上記第2の非晶質ケイ素膜は、プラズマCVD法により
形成した非晶質ケイ素膜に、上記希ガス元素をイオンド
ーピング法でドーピングして形成していることを特徴と
する半導体装置の製造方法。
15. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14, wherein the second amorphous silicon film is formed by ion doping the amorphous silicon film formed by a plasma CVD method with the rare gas element. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor device is formed by doping with a semiconductor.
【請求項16】 請求項1乃至15のいずれか1つに記
載の半導体装置の製造方法において、 上記結晶性ケイ素膜と上記第2の非晶質ケイ素膜との間
に、上記第2の非晶質ケイ素膜を除去する際のエッチン
グストッパーとなるバリア薄膜を設けることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
16. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second non-crystalline silicon film is provided between the crystalline silicon film and the second amorphous silicon film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: providing a barrier thin film serving as an etching stopper when removing a crystalline silicon film.
【請求項17】 請求項16に記載の半導体装置の製造
方法において、 上記バリア薄膜は、膜厚50Å以下の酸化ケイ素膜であ
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
17. The method according to claim 16, wherein the barrier thin film is a silicon oxide film having a thickness of 50 ° or less.
【請求項18】 請求項1乃至17のいずれか1つに記
載の半導体装置の製造方法において、 レーザ光の照射により結晶性が高められた上記結晶性ケ
イ素膜上に、上記第2の非晶質ケイ素膜を設けているこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
18. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second amorphous layer is formed on the crystalline silicon film whose crystallinity has been increased by laser light irradiation. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising providing a porous silicon film.
【請求項19】 請求項1乃至18のいずれか1つに記
載の半導体装置の製造方法において、 上記半導体素子形成領域における上記触媒元素の濃度
は、1×1016atoms/cm〜2×1017
toms/cmの範囲内であることを特徴とする半導
体装置の製造方法。
19. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 18, the concentration of the catalytic element in the semiconductor device forming region, 1 × 10 16 atoms / cm 3 ~2 × 10 17 a
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the thickness is in the range of toms / cm 3 .
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