JP2002294451A - Method for forming polycrystalline semiconductor thin- film, method for manufacturing semiconductor device, and apparatus for carrying out these methods - Google Patents

Method for forming polycrystalline semiconductor thin- film, method for manufacturing semiconductor device, and apparatus for carrying out these methods

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JP2002294451A
JP2002294451A JP2001098313A JP2001098313A JP2002294451A JP 2002294451 A JP2002294451 A JP 2002294451A JP 2001098313 A JP2001098313 A JP 2001098313A JP 2001098313 A JP2001098313 A JP 2001098313A JP 2002294451 A JP2002294451 A JP 2002294451A
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hydrogen
film
silicon
polycrystalline
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JP2001098313A
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Hideo Yamanaka
英雄 山中
Hisayoshi Yamoto
久良 矢元
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus which can easily form a thin film of a semiconductor such as polycrystalline silicon having high crystallization rate and high quality, on a large area and at a low cost. SOLUTION: The method for obtaining the polycrystalline semiconductor thin-film 7 comprises forming an amorphous or a microcrystalline silicon thin- film 100A containing granular products of SiOx or/and SiNy, on a substrate 1, by a catalytic CVD method or the like; etching the amorphous constituents by reacting the silicon thin film 100A with the hydrogen active species which are generated by means of contacting hydrogen gas or hydrogen-including gas with a heated catalyzer body 46 (by bias catalytic AHA(Atomic Hydrogen Anneal) treatment); further forming a layer 100B of silicon ultra-fine particles through precipitating the ultra-fine particles of silicon out of SiOx or/and SiNy; and growing a polycrystalline semiconductor thin-film on the above seeds by the catalytic CVD method or the like (by further repeating the catalytic AHA treatment and the catalytic CVD or the like).

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、基体上に多結晶性
シリコンなどの多結晶性半導体薄膜を気相成長させる方
法及びその装置、その多結晶性半導体薄膜を基体上に有
する半導体装置の製造方法及びその装置に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for vapor-phase growing a polycrystalline semiconductor thin film such as polycrystalline silicon on a substrate, and to manufacture a semiconductor device having the polycrystalline semiconductor thin film on the substrate. A method and an apparatus therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、MOSFET(Metal-Oxide-Semi
conductor Field Effect Transistor)である例えばM
OSTFT(Thin Film Transistor=薄膜絶縁ゲート型
電界効果トランジスタ)のソース、ドレイン及びチャン
ネル領域を多結晶シリコン膜で形成するに際し、プラズ
マCVD(CVD:Chemical Vapor Deposition=化学
的気相成長法)や減圧CVD法等が用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, MOSFETs (Metal-Oxide-Semi
conductor Field Effect Transistor)
When the source, drain and channel regions of an OSTFT (Thin Film Transistor) are formed of a polycrystalline silicon film, plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) or low pressure CVD is used. The law is used.

【0003】例えば特開平6−140327号、特開平
5−275335号によれば、シラン系ガスと酸素系ガ
スの混合ガスのプラズマCVDにより、SiOx(0<
x≦2)の粒子状生成物を、又はシラン系ガスと窒素系
ガスの混合ガスのプラズマCVD法によりSiNy(1
0<y<70atomic%)の粒子状生成物をアモル
ファスシリコンマトリックス中に存在させ、RF/EC
R水素プラズマ処理によりアモルファスシリコンをエッ
チングして微結晶シリコンの核を形成する。この粒子状
生成物は10nm以下のサイズであり、0.1μm角の
領域に100個以下分散されているのが好ましい。そし
て、この後に、 (1)ジシラン、シランを高水素希釈してプラズマCV
D法により多結晶シリコン薄膜を得る。 (2)ジシラン、シランのプラズマCVD法によりアモ
ルファスシリコン膜を形成し、500〜600℃で長時
間アニールすることにより結晶化する。 (3)極薄膜のアモルファスシリコン成膜と水素プラズ
マ処理の繰り返しにより多結晶シリコン膜を形成する。
According to, for example, JP-A-6-140327 and JP-A-5-275335, SiO x (0 <
x ≦ 2) or SiN y (1) by a plasma CVD method using a mixed gas of a silane-based gas and a nitrogen-based gas.
0 <y <70 atomic%) of the particulate product in the amorphous silicon matrix
Amorphous silicon is etched by R hydrogen plasma treatment to form microcrystalline silicon nuclei. This particulate product has a size of 10 nm or less, and preferably 100 or less are dispersed in a 0.1 μm square region. After this, (1) disilane and silane are diluted with high hydrogen and plasma CV
A polycrystalline silicon thin film is obtained by the method D. (2) An amorphous silicon film is formed by plasma CVD of disilane and silane, and is crystallized by annealing at 500 to 600 ° C. for a long time. (3) A polycrystalline silicon film is formed by repeating the formation of an extremely thin amorphous silicon film and the hydrogen plasma treatment.

【0004】また、プラズマCVD法、減圧CVD法等
により形成したアモルファス又は多結晶シリコンは、特
開平7−131030号、特開平9−116156号、
特公平7−118443号にみられるように、単に高温
アニール又はエキシマレーザーアニール(ELA:Exci
mer Laser Anneal)処理することにより、多結晶シリコ
ン膜のキャリア移動度の改善を図ってきたが、この方法
では80〜120cm 2/V・sec程度のキャリア移
動度を得るのが限界であった。しかし、プラズマCVD
法によるアモルファスシリコンのELAで得られた多結
晶シリコンを用いるMOSTFTの電子移動度は、10
0cm2/V・sec前後であり、高精細化にも対応で
きるので、最近は駆動回路一体型の多結晶シリコンMO
STFTを用いたLCD(Liquid Crystal Display=液
晶表示装置)が注目されている(特開平6−24243
3号参照)。
In addition, plasma CVD, low pressure CVD, etc.
The amorphous or polycrystalline silicon formed by
Kaihei 7-131030, JP-A-9-116156,
As seen in Japanese Patent Publication No. Hei 7-118443, simply high temperature
Annealing or excimer laser annealing (ELA: Exci
mer Laser Anneal) treatment to produce polycrystalline silicon
The carrier mobility of the thin film has been improved.
Then 80-120cm Two/ V · sec carrier transfer
Mobility was the limit. However, plasma CVD
Obtained from amorphous silicon by ELA
The electron mobility of MOSTFT using crystalline silicon is 10
0cmTwo/ V · sec, compatible with high definition
Recently, polycrystalline silicon MO integrated with drive circuit
LCD using STFT (Liquid Crystal Display = liquid)
(Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-24243)
No. 3).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た方法はいずれも、次に示す欠点を回避することができ
ない。
However, none of the above methods can avoid the following disadvantages.

【0006】1)プラズマCVD法によりSiOx又は
SiNyからなる粒子状生成物をシードとして多結晶シ
リコンを成膜する場合、プラズマCVD法での粒子状生
成物の大きさと個数のコントロールは難しい上に、RF
/ECR水素プラズマ処理では、活性化水素イオンの発
生が少なく、プラズマエネルギーが小さいために、アモ
ルファスシリコンのエッチングレートが小さく、形成し
た多結晶シリコンの粒径のバラツキが大きく、多結晶シ
リコン化の効率が低い。このために、キャリア移動度が
小さく、また多結晶シリコン化の効率が低いので、生産
性も低い。そして、SiO2はSi−O結合が強いの
で、エネルギーの弱いプラズマ水素処理してもシリコン
を微粒子化しにくい。
1) When forming a polycrystalline silicon film by using a particulate product of SiO x or SiN y as a seed by the plasma CVD method, it is difficult to control the size and number of the particulate product by the plasma CVD method. And RF
In the / ECR hydrogen plasma treatment, the generation of activated hydrogen ions is small and the plasma energy is small, so that the etching rate of amorphous silicon is small, the variation in the grain size of the formed polycrystalline silicon is large, and the efficiency of polycrystalline silicon formation is high. Is low. For this reason, the carrier mobility is low and the efficiency of polycrystalline silicon formation is low, so that the productivity is low. And, since SiO 2 has a strong Si—O bond, it is difficult to atomize silicon even by plasma hydrogen treatment with low energy.

【0007】また、エキシマレーザーを用いると、その
出力の安定性や、生産性、大型化による装置価格の上
昇、歩留/品質低下等の問題が山積しており、特に、1
m×1mの大型ガラス基板になると、前記の問題が拡大
して性能/品質向上とコストダウンが一層難しくなる。
[0007] Further, when an excimer laser is used, there are many problems such as stability of output, productivity, increase in apparatus price due to increase in size, and decrease in yield / quality.
In the case of a large glass substrate of mx 1 m, the above-mentioned problems are magnified, and it becomes more difficult to improve performance / quality and reduce costs.

【0008】また、固相成長法による多結晶シリコンM
OSTFTの製法では、600℃以上での十数時間のア
ニールと、約1000℃での熱酸化のゲートSiO2
形成が必要なために、半導体製造装置を採用せざるを得
ない。このために、基板サイズは、ウエーハサイズ8〜
12インチφが限界であり、また高耐熱性で高価な石英
ガラスを採用しなければならず、コストダウンが難し
く、EVFやデータ/AVプロジェクタに用途が限定さ
れている。
Further, polycrystalline silicon M by a solid phase growth method is used.
In the manufacturing method of the OSTFT, annealing for more than 10 hours at 600 ° C. or more and formation of a gate SiO 2 for thermal oxidation at about 1000 ° C. are required, so that a semiconductor manufacturing apparatus has to be employed. For this reason, the substrate size should be wafer size 8 ~
The limit is 12 inches φ, and expensive heat-resistant and expensive quartz glass must be adopted, which makes it difficult to reduce the cost and limits its use to EVF and data / AV projectors.

【0009】近時、ガラス基板のような絶縁性基板上
に、多結晶シリコン膜、窒化シリコン膜等を低温で作製
し得る優れた熱CVDである触媒CVD法が開発され
(特公昭63−40314号、特公平8−250438
号参照)、実用化の検討が推進されている。触媒CVD
法においては、結晶化アニールなしで、30cm2/V
・sec程度のキャリア移動度を得ているが、良質なM
OSTFTデバイスを作製するにはまだ不十分である。
そして、ガラス基板上に多結晶シリコン膜を形成する
と、成膜条件次第では初期のアモルファスシリコンの遷
移層(厚さ5〜10nm)が形成されやすいので、ボト
ムゲート型MOSTFTとした場合は所望のキャリア移
動度は得にくい。一般に駆動回路一体型の多結晶シリコ
ンMOSTFTを用いたLCDは、ボトムゲート型MO
STFTが歩留及び生産性の面で製造しやすいが、この
問題がネックとなってくる。
Recently, a catalytic CVD method, which is an excellent thermal CVD method capable of forming a polycrystalline silicon film, a silicon nitride film and the like at a low temperature on an insulating substrate such as a glass substrate, has been developed (Japanese Patent Publication No. 63-40314). No., Tokuhei 8-250438
No.), and studies for practical use are being promoted. Catalytic CVD
In the method, 30 cm 2 / V without crystallization annealing
・ Carrier mobility of about sec, but high quality M
It is still not enough to make OSTFT devices.
When a polycrystalline silicon film is formed on a glass substrate, an initial amorphous silicon transition layer (5 to 10 nm in thickness) is likely to be formed depending on the film formation conditions. Mobility is difficult to obtain. Generally, an LCD using a polycrystalline silicon MOSTFT integrated with a driving circuit is a bottom gate type MOFET.
Although STFTs are easy to manufacture in terms of yield and productivity, this problem is a bottleneck.

【0010】本発明の目的は、高結晶化率で大粒径の高
品質の多結晶性シリコン等の多結晶性半導体薄膜を容易
かつ低コストに、しかも大面積に形成可能な方法と、こ
の方法を実施する装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a method capable of forming a polycrystalline semiconductor thin film such as polycrystalline silicon having a high crystallization rate and a large grain size with high quality easily and at low cost and in a large area. It is to provide an apparatus for performing the method.

【0011】本発明の他の目的は、こうした多結晶性半
導体薄膜を構成部分として有するMOSTFT等の半導
体装置の製造方法と、この方法を実施する装置を提供す
ることにある。
It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device such as a MOSTFT having such a polycrystalline semiconductor thin film as a constituent part, and an apparatus for implementing the method.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、基体上
に多結晶性半導体薄膜を形成するに際し、或いは基体上
に多結晶性半導体薄膜を有する半導体装置を製造するに
際し、前記基体上に、SiOx(0<x≦2)及び/又
はSiNy(0.1<y<1.4)からなる粒子状生成
物を含有する低級結晶性半導体薄膜を形成する工程と、
水素又は水素含有ガスを加熱された触媒体に接触させ、
これによって生成した水素系活性種を前記低級結晶性半
導体薄膜に作用させてアニールを行い、シリコン超微粒
子を形成する工程と、このシリコン超微粒子を結晶成長
の核として半導体材料薄膜を気相成長させる工程とを経
て前記多結晶性半導体薄膜を得る、多結晶性半導体薄膜
の形成方法、又は半導体装置の製造方法に係るものであ
る。
That is, the present invention relates to a method for forming a polycrystalline semiconductor thin film on a substrate or manufacturing a semiconductor device having the polycrystalline semiconductor thin film on the substrate. Forming a lower crystalline semiconductor thin film containing a particulate product consisting of SiO x (0 <x ≦ 2) and / or SiN y (0.1 <y <1.4);
Contacting hydrogen or a hydrogen-containing gas with the heated catalyst body;
The step of forming the silicon ultra-fine particles by applying the hydrogen-based active species generated thereby to the lower crystalline semiconductor thin film to anneal, and growing the semiconductor material thin film in vapor phase using the silicon ultra-fine particles as a nucleus of crystal growth. A method for forming a polycrystalline semiconductor thin film, or a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the polycrystalline semiconductor thin film is obtained through steps.

【0013】また、本発明は、本発明の方法を実施する
装置として、SiOx(0<x≦2)及び/又はSiNy
(0.1<y<1.4)からなる粒子状生成物を含有す
る低級結晶性半導体薄膜の形成手段と、水素又は水素含
有ガス供給手段と、前記多結晶性半導体薄膜となる半導
体材料薄膜の原料ガスの供給手段と、触媒体と、触媒体
加熱手段と、基体加熱手段とを有する、多結晶性半導体
薄膜の形成装置、又は半導体装置の製造装置を提供する
ものである。
Further, the present invention provides an apparatus for carrying out the method of the present invention, wherein SiO x (0 <x ≦ 2) and / or SiN y.
Means for forming a lower crystalline semiconductor thin film containing a particulate product comprising (0.1 <y <1.4), hydrogen or a hydrogen-containing gas supply means, and a semiconductor material thin film serving as the polycrystalline semiconductor thin film The present invention provides an apparatus for forming a polycrystalline semiconductor thin film or an apparatus for manufacturing a semiconductor device, comprising: a raw material gas supply unit, a catalyst body, a catalyst body heating unit, and a substrate heating unit.

【0014】本発明によれば、基体上に多結晶性半導体
薄膜を形成するに際し、前記基体上にSiOx(0<x
≦2)及び/又はSiNy(0.1<y<1.4)から
なる粒子状生成物を含有する低級結晶性半導体薄膜を形
成し、水素又は水素含有ガスを加熱された触媒体に接触
させ、これによって生成した水素系活性種等を前記低級
結晶性半導体薄膜に作用させてアニールを行い、シリコ
ン超微粒子を形成し、このシリコン超微粒子を結晶成長
のシードとして前記半導体材料薄膜を気相成長させてい
るので、次の(1)〜(3)に示すような顕著な作用効
果が得られる。
According to the present invention, when a polycrystalline semiconductor thin film is formed on a substrate, SiO x (0 <x
≦ 2) and / or a lower crystalline semiconductor thin film containing a particulate product of SiN y (0.1 <y <1.4) is formed, and hydrogen or a hydrogen-containing gas is brought into contact with the heated catalyst. The hydrogen-based active species and the like thus generated are allowed to act on the lower crystalline semiconductor thin film to perform annealing, thereby forming silicon ultra-fine particles. The semiconductor ultra-fine particles are used as seeds for crystal growth, and the semiconductor material thin film is vapor-phased. Since it is grown, remarkable effects and effects as shown in the following (1) to (3) are obtained.

【0015】(1)加熱された触媒体に水素又は水素含
有ガスを接触させて生成した活性種(高温の水素系分
子、水素系原子、活性化水素イオン等の水素系活性種)
等による処理(以下、これを触媒AHA(Atomic Hydro
gen Anneal)処理と称する。)により、高温の水素系分
子、水素系原子、活性水素イオン等の水素系活性種を前
記低級結晶性半導体薄膜に対し吹き付け等で作用させて
いるので、高温の加熱触媒体の輻射熱による加熱も加わ
って、次の顕著な効果を示す。
(1) Active species generated by bringing hydrogen or a hydrogen-containing gas into contact with a heated catalyst (hydrogen-based active species such as high-temperature hydrogen-based molecules, hydrogen-based atoms, and activated hydrogen ions)
(Hereinafter referred to as catalyst AHA (Atomic Hydro
gen Anneal) process. ), High-temperature hydrogen-based molecules, hydrogen-based atoms, active hydrogen ions, and other hydrogen-based active species are allowed to act on the lower crystalline semiconductor thin film by spraying or the like, so that the high-temperature heating catalyst can be heated by radiant heat. In addition, it has the following significant effects:

【0016】1.この触媒AHA処理は、減圧下(例え
ば10〜50Paの水素系キャリアガス圧)で、水素を
高温の触媒体(融点未満の800〜2000℃、例えば
タングステンでは1500〜2000℃)に接触させ
て、大量の高温の水素系活性種(水素系分子/水素系原
子/活性化水素イオン等)を生成し、これを基板上に形
成したアモルファス又は微結晶シリコン膜等に吹き付け
ると(但し、基板温度は特に300〜400℃)、従来
のRF/VHFプラズマ水素処理やECRプラズマ水素
処理に比べて、高いエネルギーの高温の水素系活性種等
が有する大量の熱エネルギーが効率良くその膜等に移動
して、その膜等の温度を効率良くかつ均一性良く上昇さ
せる。これによって、アモルファスシリコン膜や微結晶
シリコン膜等は、水素系活性種の還元作用によりアモル
ファス構造のシリコンが高いエッチングレートで選択的
にエッチング除去され、更に膜中に含有されるSiOx
がSiとSiOやH2Oに変化し、又膜中に含有される
SiNyがSiとNH3等に分解して効率良く高品質のシ
リコン超微粒子が多数形成され、これを次の多結晶性シ
リコン等の成長の核(シード)として有効に働かせるこ
とができる。この時、シリコン超微粒子は粒径は1nm
以上、好ましくは1〜10nm、個数は1個/μm2
上、好ましくは、1〜100個/μm2で点在している
のが望ましい。尚、触媒AHA処理の水素系活性種によ
るシリコンエッチング作用は、アモルファス構造シリコ
ンのみならず、微結晶、多結晶及び単結晶構造シリコン
にも起こるが、アモルファス構造シリコンのエッチング
作用が大きいので、その選択性を利用する方法である。
1. In the catalyst AHA treatment, hydrogen is brought into contact with a high-temperature catalyst body (800 to 2000 ° C. having a melting point lower than the melting point, for example, 1500 to 2000 ° C. for tungsten) under reduced pressure (for example, a hydrogen-based carrier gas pressure of 10 to 50 Pa). When a large amount of high-temperature hydrogen-based active species (hydrogen-based molecules / hydrogen-based atoms / activated hydrogen ions, etc.) are generated and sprayed onto an amorphous or microcrystalline silicon film formed on a substrate (the substrate temperature is In particular, 300-400 ° C.), compared with the conventional RF / VHF plasma hydrogen treatment or ECR plasma hydrogen treatment, a large amount of thermal energy of high-energy, high-temperature hydrogen-based active species is efficiently transferred to the film or the like. , The temperature of the film or the like is increased efficiently and uniformly. As a result, the amorphous silicon film, the microcrystalline silicon film, and the like are selectively etched away at a high etching rate by the reduction action of hydrogen-based active species at a high etching rate, and the SiO x contained in the film is further removed.
Is changed to Si and SiO or H 2 O, and SiN y contained in the film is decomposed into Si and NH 3 to form a large number of high-quality silicon ultrafine particles efficiently, which is converted into the next polycrystalline silicon. Can effectively function as a nucleus (seed) for growing silicon or the like. At this time, the silicon ultrafine particles have a particle size of 1 nm.
As described above, it is preferable that the particles are scattered at 1 to 10 nm, the number is 1 / μm 2 or more, preferably 1 to 100 / μm 2 . The silicon etching effect of the hydrogen-based active species in the catalytic AHA treatment occurs not only in amorphous structure silicon but also in microcrystalline, polycrystalline, and single crystal structure silicon. This is a method that makes use of sex.

【0017】2.この触媒AHA処理は、従来のRF/
VHFプラズマ水素処理やECRプラズマ水素処理に比
べ、高いエッチングレートでアモルファス構造のシリコ
ンをエッチングして大粒径多結晶性シリコン膜を形成
し、そのキャリア移動度の向上を図れる。即ち、触媒A
HA処理されて得られるシリコン超微粒子をシードとし
て、この上に半導体材料薄膜が多結晶化され易い状態で
(多結晶性半導体薄膜として)成長し易くなり、特に次
の触媒AHA処理及び気相成長により、上記多結晶性半
導体薄膜上に気相成長されたシリコン膜等はこの多結晶
性半導体薄膜をシードとして結晶化が促進されるので、
目的とする高結晶化率、高品質の多結晶性半導体薄膜を
得ることができる。即ち、触媒AHA処理により、例え
ばバイアス又は非バイアス触媒CVDで成膜された微結
晶シリコン膜にアモルファス構造のシリコンが存在して
いると、これが水素系活性種によりエッチング除去され
てシリコン超微粒子が形成され、その上に気相成長する
シリコン膜は下地のシリコン超微粒子をシード(核)に
してより多結晶性シリコン膜化し易く、更には、同様の
触媒AHA処理と気相成長とを繰り返すと、大量の高温
の水素系活性種等が有する熱エネルギーがその膜等に移
動して、その膜等の温度を上昇させ、水素系活性種の還
元作用によりアモルファスシリコンや微結晶シリコン薄
膜は多結晶化し、多結晶性シリコン薄膜は高結晶化し
て、高結晶化率、大粒径の多結晶性シリコン薄膜を形成
することができる。この結果、トップゲート型のみなら
ず、ボトムゲート型、デュアルゲート型MOSTFTで
も、高いキャリア(電子/正孔)移動度の大粒径の多結
晶性シリコン薄膜等が得られるために、この高性能の多
結晶性シリコン等の半導体薄膜を使用した高速、高電流
密度の半導体装置、電気光学装置、更には高効率の太陽
電池等の製造が可能となる。
2. This catalytic AHA treatment is a conventional RF /
Compared to VHF plasma hydrogen treatment or ECR plasma hydrogen treatment, amorphous silicon is etched at a higher etching rate to form a large-diameter polycrystalline silicon film, and the carrier mobility thereof can be improved. That is, the catalyst A
Using the silicon ultrafine particles obtained by the HA treatment as a seed, a semiconductor material thin film is easily grown thereon (as a polycrystalline semiconductor thin film) in a state where it is easily polycrystallized. In particular, the following catalyst AHA treatment and vapor phase growth Thus, crystallization of a silicon film or the like grown by vapor phase on the polycrystalline semiconductor thin film is promoted using the polycrystalline semiconductor thin film as a seed,
It is possible to obtain an intended high crystallization ratio and high quality polycrystalline semiconductor thin film. That is, if the amorphous silicon is present in the microcrystalline silicon film formed by, for example, biased or non-biased catalytic CVD by the catalytic AHA treatment, this is etched away by hydrogen-based active species to form silicon ultrafine particles. The silicon film to be vapor-grown thereon is more easily formed into a polycrystalline silicon film by using the underlying silicon ultrafine particles as seeds (nuclei). Further, when the same catalytic AHA treatment and vapor-phase growth are repeated, Thermal energy of a large amount of high-temperature hydrogen-based active species is transferred to the film, etc., and the temperature of the film is increased, and amorphous silicon or microcrystalline silicon thin film is polycrystallized by the reducing action of the hydrogen-based active species. In addition, the polycrystalline silicon thin film is highly crystallized, so that a polycrystalline silicon thin film having a high crystallization rate and a large grain size can be formed. As a result, not only the top gate type but also the bottom gate type and the dual gate type MOS TFT can obtain a large grain size polycrystalline silicon thin film having high carrier (electron / hole) mobility. It is possible to manufacture high-speed, high-current-density semiconductor devices, electro-optical devices, and high-efficiency solar cells using semiconductor thin films such as polycrystalline silicon.

【0018】3.触媒AHA処理は従来のプラズマ水素
処理に比べ、基板上に形成した多結晶性シリコン膜上又
は膜内又は粒界にシリコン酸化物が存在した時に、これ
と反応してSiO等を形成して効率よく蒸発除去させる
ので、その膜内等のシリコン酸化物を効率良く減少/除
去でき、キャリア移動度の向上を図れる。
3. The catalytic AHA treatment is more efficient than conventional plasma hydrogen treatment when silicon oxide is present on the polycrystalline silicon film formed on the substrate, in the film, or at the grain boundaries and reacts with the silicon oxide to form SiO or the like. Since the silicon oxide is well removed by evaporation, silicon oxide in the film or the like can be efficiently reduced / removed, and carrier mobility can be improved.

【0019】4.触媒AHA処理では、活性化水素イオ
ン等の水素系活性種によるクリーニング(基板等への吸
着ガス及び有機物残渣等の還元除去)が可能であり、触
媒体も酸化劣化し難くなる(なお、このような効果は、
上記のバイアス又は非バイアス触媒CVD時も水素系キ
ャリアガスを用いることから、同様に生じる)。
4. In the catalyst AHA treatment, cleaning with hydrogen-based active species such as activated hydrogen ions (reduction and removal of adsorbed gas and organic residue on a substrate or the like) is possible, and the catalyst body is also less likely to be oxidized and deteriorated (as described above). The effect is
The same applies to the above-described bias or non-bias catalytic CVD because a hydrogen-based carrier gas is used.)

【0020】5.触媒AHA処理では、活性化水素イオ
ン等の水素系活性種の水素化作用により、半導体膜中の
例えばシリコンダングリングボンドをなくし、特性が向
上する。
[5] In the catalytic AHA treatment, for example, silicon dangling bonds in the semiconductor film are eliminated by the hydrogenation of hydrogen-based active species such as activated hydrogen ions, and the characteristics are improved.

【0021】6.触媒AHA処理時に、低級結晶性又は
多結晶性半導体薄膜中に存在するキャリア不純物は高温
で活性化され、各領域において最適なキャリア不純物濃
度を得る。
6. During the catalytic AHA treatment, the carrier impurities present in the lower crystalline or polycrystalline semiconductor thin film are activated at a high temperature, and an optimum carrier impurity concentration is obtained in each region.

【0022】(2)触媒AHA処理は、プラズマの発生
なしに行えるので、プラズマによるダメージがなく、ま
たプラズマ処理に比べ、シンプルで安価な装置を実現で
きる。
(2) Since the catalyst AHA treatment can be performed without generating plasma, there is no damage by plasma, and a simpler and less expensive apparatus can be realized as compared with plasma treatment.

【0023】(3)基体温度を低温化しても上記水素系
活性種のエネルギーが大きいために、目的とするシリコ
ン超微粒子が確実に安定して得られることから、基体温
度を特に200〜400℃と低温化しても、多結晶性半
導体薄膜がシリコン超微粒子をシードに効率良く成長
し、従って大型で安価な低歪点の絶縁基板(ガラス基
板、耐熱性樹脂基板等)を使用でき、この点でもコスト
ダウンが可能となる。
(3) Since the energy of the hydrogen-based active species is large even when the substrate temperature is lowered, the desired silicon ultrafine particles can be obtained stably. Even when the temperature is lowered, the polycrystalline semiconductor thin film grows efficiently using the ultrafine silicon particles as seeds, so that a large, inexpensive insulating substrate (glass substrate, heat-resistant resin substrate, etc.) with a low strain point can be used. However, cost reduction becomes possible.

【0024】なお、本発明において、上記の触媒AHA
処理で形成されるシリコン超微粒子は、粒径1nm以
上、好ましくは1〜10nmで1個/μm2以上、好ま
しくは1〜100個/μm2の面積比率で点在している
ことが望ましい。また、本発明において、上記の低級結
晶性半導体薄膜とは、後述の定義のようにほぼアモルフ
ァス成分のみの構造、例えばアモルファスシリコン薄膜
とアモルファス成分を含有する微結晶をベースとした構
造、例えば微結晶シリコン薄膜又は微結晶を含有するア
モルファス(非晶質)をベースとした構造、例えば微結
晶シリコン含有アモルファスシリコン薄膜からなり、上
記の多結晶性半導体薄膜は、そうしたアモルファス成分
が除去された大粒径(グレインサイズでは通常、数10
0nm以上)の多結晶をベースとした微結晶も含有する
構造からなる。
In the present invention, the above-mentioned catalyst AHA
Silicon formed by processing ultrafine particles, the particle diameter 1nm or more, preferably one / [mu] m 2 or more at 1 to 10 nm, preferably it is desirable that interspersed with 1-100 / [mu] m 2 of area ratio. In the present invention, the above-mentioned lower crystalline semiconductor thin film is a structure having substantially only an amorphous component as defined below, for example, a structure based on an amorphous silicon thin film and a microcrystal containing an amorphous component, for example, a microcrystal. It is composed of a silicon thin film or an amorphous (amorphous) based structure containing microcrystals, for example, a microcrystalline silicon-containing amorphous silicon thin film. (In grain size, usually several tens
(0 nm or more).

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】本発明の方法及びその装置におい
ては、前記低級結晶性半導体薄膜を気相成長法(バイア
ス又は非バイアス触媒CVD法、高密度プラズマCVD
法、高密度触媒CVD法等:以下、同様)によって、前
記半導体材料薄膜を気相成長法によって形成するのがよ
い。この場合、望ましくは融点未満の温度(例えば16
00〜1800℃)に加熱された前記触媒体に、前記原
料ガス及び水素系キャリアガス(水素又は水素含有ガス
等)の少なくとも一部を接触させて触媒的に分解させ、
これによって生成したラジカル、イオン等の反応種を加
熱された前記基体上に堆積させて前記低級結晶性半導体
薄膜及び/又は前記半導体材料薄膜を触媒CVDにより
気相成長させるのがよい。また、この気相成長後に、連
続して前記原料ガスの供給を停止し、望ましくは、融点
未満の温度に加熱された触媒体(これは前記触媒体と同
一物であるのがよいが、別のものであってもよい。)に
前記水素系キャリアガス(水素又は水素含有ガス)の少
なくとも一部を接触させ、これによって生成した大量の
高温の水素系分子、水素系原子、活性化水素イオン等の
水素系活性種を前記低級結晶性半導体薄膜/又は前記半
導体材料薄膜に作用させて触媒AHA処理による前記ア
ニールを行うのがよい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the method and the apparatus according to the present invention, the lower crystalline semiconductor thin film is grown by a vapor phase growth method (biased or non-biased catalytic CVD method, high-density plasma CVD method).
, A high-density catalytic CVD method, etc .: the same applies hereinafter). In this case, it is desirable that the temperature be lower than the melting point (for example, 16
At least a part of the raw material gas and a hydrogen-based carrier gas (hydrogen or a hydrogen-containing gas or the like) is brought into contact with the catalyst body heated to the temperature of about 00 to 1800 ° C. to cause catalytic decomposition.
It is preferable that reactive species such as radicals and ions generated thereby are deposited on the heated substrate, and the lower crystalline semiconductor thin film and / or the semiconductor material thin film are vapor-phase grown by catalytic CVD. Further, after the vapor phase growth, the supply of the raw material gas is stopped continuously, and preferably, a catalyst body heated to a temperature lower than the melting point (this is preferably the same as the catalyst body, With at least a part of the hydrogen-based carrier gas (hydrogen or hydrogen-containing gas), and a large amount of high-temperature hydrogen-based molecules, hydrogen-based atoms, activated hydrogen ions It is preferable that the annealing by catalytic AHA treatment is performed by causing a hydrogen-based active species such as the above to act on the lower crystalline semiconductor thin film and / or the semiconductor material thin film.

【0026】この場合、前記気相成長時の水素又は水素
含有ガス供給量よりも前記アニール時の水素又は水素含
有ガス供給量を多くする。例えば、気相成長時に用いる
水素系キャリアガスは水素又は水素と不活性ガス(熱伝
導性が良好であって反応性向上に寄与するアルゴン、ヘ
リウム、キセノン、クリプトン、ラドン等)との混合ガ
スであり、混合ガスの場合は水素含有比率は50モル%
以上とすることによって、触媒体の酸化劣化を防止でき
る。また、触媒AHA処理時に用いる水素又は水素含有
ガスは、気相成長時の水素系キャリアガスと同様であっ
てよいが、例えばガス流量300〜1000SCCM
(Standard cc per minute)、ガス圧10〜50Paと
大きくし(バイアス又は非バイアス触媒CVDのときの
ガス圧は0.1〜数Pa)、ガスによる熱伝導の増大と
ラジカル水素イオン等発生量の増大とを図るのがよい。
但し、ガス圧が高くなると、ラジカル水素イオン等の平
均自由工程が低下し、活性化エネルギーが低下するの
で、ガス圧の最適化が必要である。
In this case, the supply amount of hydrogen or the hydrogen-containing gas during the annealing is set to be larger than the supply amount of hydrogen or the hydrogen-containing gas during the vapor phase growth. For example, the hydrogen-based carrier gas used during vapor phase growth is hydrogen or a mixed gas of hydrogen and an inert gas (argon, helium, xenon, krypton, radon, etc., which have good thermal conductivity and contribute to the improvement of reactivity). In the case of mixed gas, the hydrogen content ratio is 50 mol%
With the above, oxidation deterioration of the catalyst body can be prevented. The hydrogen or the hydrogen-containing gas used in the catalyst AHA treatment may be the same as the hydrogen-based carrier gas used in the vapor phase growth.
(Standard cc per minute), the gas pressure is increased to 10 to 50 Pa (gas pressure in the case of bias or non-bias catalytic CVD is 0.1 to several Pa), and the increase in heat conduction by the gas and the generation amount of radical hydrogen ions etc. It is better to increase.
However, when the gas pressure increases, the mean free path of radical hydrogen ions and the like decreases, and the activation energy decreases. Therefore, it is necessary to optimize the gas pressure.

【0027】また、前記半導体材料薄膜の気相成長後
に、連続して水素又は水素含有ガスを加熱された触媒体
に接触させ、これによって生成した高温の水素系分子、
水素系原子、活性化水素イオン等の水素系活性種を前記
半導体材料薄膜に作用させてアニールを行い、必要あれ
ば、前記半導体材料薄膜と同様の半導体材料薄膜の気相
成長と前記アニールとを繰り返すのが望ましい。このた
めには、前記原料ガス供給手段と前記水素又は水素含有
ガス供給手段とを制御する制御手段を有するのがよい。
Further, after the vapor phase growth of the semiconductor material thin film, hydrogen or a hydrogen-containing gas is continuously brought into contact with the heated catalyst to generate high-temperature hydrogen-based molecules,
Hydrogen-based atoms, activated hydrogen ions or other hydrogen-based active species such as activated hydrogen ions are applied to the semiconductor material thin film to perform annealing, and if necessary, vapor-phase growth of the same semiconductor material thin film as the semiconductor material thin film and the annealing are performed. It is desirable to repeat. To this end, it is preferable to have control means for controlling the raw material gas supply means and the hydrogen or hydrogen-containing gas supply means.

【0028】即ち、触媒AHA処理されて得られる多結
晶性半導体薄膜上に更に半導体材料薄膜を気相成長させ
る工程とアニール工程とを目的とする膜厚となるまで繰
り返す、いわば2ステップ又はそれ以上のマルチ触媒A
HA処理により、この半導体材料薄膜は既に触媒AHA
処理で多結晶化された下地膜上に、これをシードとして
多結晶化され易い状態で成長し易くなり、目的とする高
結晶化率、高品質の多結晶性半導体膜を所定の膜厚で得
ることができる。即ち、触媒CVDと触媒AHA処理を
繰り返すマルチ触媒AHA処理により、例えばバイアス
又は非バイアス触媒CVDでシリコン超微粒子層上に成
膜された多結晶性シリコン薄膜を触媒AHA処理でシー
ド化し、この上にバイアス又は非バイアス触媒CVDで
多結晶性シリコン薄膜を気相成長させ、更に触媒AHA
処理することにより、高結晶化率、大粒径の多結晶性シ
リコン膜等を形成することができる。
That is, the step of further vapor-phase growing a semiconductor material thin film on the polycrystalline semiconductor thin film obtained by the catalytic AHA treatment and the annealing step are repeated until the target film thickness is reached, so to speak, two steps or more. Multi-catalyst A
By the HA treatment, the semiconductor material thin film has already been converted to the catalyst AHA.
On the base film polycrystallized by the treatment, it is easy to grow in a state easily polycrystallized by using this as a seed, and a target high crystallization rate, high quality polycrystalline semiconductor film with a predetermined thickness is obtained. Obtainable. That is, a polycrystalline silicon thin film formed on a silicon ultrafine particle layer by, for example, biased or non-biased catalytic CVD is seeded by a catalytic AHA treatment by a multi-catalyst AHA treatment in which a catalytic CVD and a catalytic AHA treatment are repeated, and A polycrystalline silicon thin film is vapor-phase grown by biased or non-biased catalytic CVD, and a catalyst AHA
By performing the treatment, a polycrystalline silicon film or the like having a high crystallization rate and a large grain size can be formed.

【0029】具体的には、触媒AHA処理時に大量の高
温の水素系活性種(水素系分子、水素系原子、活性化水
素イオン等)が有する熱エネルギーが移動して、シリコ
ン薄膜の温度を局部的に上昇させ、水素系活性種の還元
作用によりアモルファス構造のシリコンをエッチングし
て微結晶シリコン薄膜等は多結晶化し、多結晶性シリコ
ン薄膜は高結晶化して高結晶化率で大粒径の多結晶性シ
リコン薄膜が形成され易くなると共に、この上に更に気
相成長させるシリコン薄膜はより高結晶化、より大粒径
化され、キャリア移動度の更なる向上が図れる。
More specifically, the thermal energy of a large amount of high-temperature hydrogen-based active species (hydrogen-based molecules, hydrogen-based atoms, activated hydrogen ions, etc.) is transferred during the catalytic AHA treatment, and the temperature of the silicon thin film is locally reduced. The silicon of amorphous structure is etched by the reducing action of the hydrogen-based active species to polycrystallize the microcrystalline silicon thin film and the like, and the polycrystalline silicon thin film is highly crystallized and has a high crystallization rate and a large grain size. A polycrystalline silicon thin film is easily formed, and a silicon thin film to be further vapor-grown thereon is further crystallized and has a larger grain size, so that carrier mobility can be further improved.

【0030】しかも、多結晶性シリコン膜上又は膜内又
は粒界にシリコン酸化物が存在したとき、水素系活性種
がこれと反応してSiO等を生成して蒸発除去させるの
で、多結晶性シリコン膜上又は膜内のシリコン酸化物を
減少/除去させることができ、キャリア移動度の向上を
図ることができる。
In addition, when silicon oxide is present on or in the polycrystalline silicon film, or in the film or at the grain boundaries, the hydrogen-based active species reacts with the silicon oxide to form SiO and the like, thereby evaporating and removing it. Silicon oxide on or in the silicon film can be reduced / removed, and carrier mobility can be improved.

【0031】また、この触媒CVDの場合、触媒体の種
類及び温度、基板加熱温度、気相成膜条件、原料ガスの
種類、添加するn又はp型不純物濃度等により、広範囲
のn又はp型不純物濃度の多結晶性シリコン薄膜が容易
に得られ、かつ、触媒AHA処理により高結晶化率で大
きな粒径の多結晶性シリコン薄膜を形成できるので、高
キャリア移動度でVth(しきい値)調整が容易であり、
低抵抗での高速動作が可能となる。
In the case of this catalytic CVD, a wide range of n-type or p-type is selected depending on the type and temperature of the catalyst body, the substrate heating temperature, the vapor deposition conditions, the type of source gas, and the concentration of n-type or p-type impurities to be added. Since a polycrystalline silicon thin film having an impurity concentration can be easily obtained, and a polycrystalline silicon thin film having a high crystallinity and a large grain size can be formed by the catalytic AHA treatment, V th (threshold value) can be obtained with high carrier mobility. ) Easy to adjust,
High speed operation with low resistance becomes possible.

【0032】更に、プラズマCVDでのアモルファスシ
リコン膜中に10〜20%含有する水素を触媒AHA処
理で減少/除去させ、大きな粒径の多結晶性シリコン膜
を形成できるので、大きなキャリア移動度の多結晶性シ
リコン膜の形成が可能となる。更に、基板加熱温度、気
相成膜条件、原料ガスの種類、触媒AHA処理条件、添
加するn又はp型不純物濃度等により、広範囲のn又は
p型不純物濃度の多結晶性シリコン薄膜が容易に得られ
るので、高移動度でVth調整が容易で低抵抗での高速動
作が可能となる。
Further, hydrogen contained in the amorphous silicon film by plasma CVD at 10 to 20% is reduced / removed by the catalytic AHA treatment to form a polycrystalline silicon film having a large particle size. A polycrystalline silicon film can be formed. Further, a polycrystalline silicon thin film having a wide range of n or p-type impurity concentration can be easily formed depending on the substrate heating temperature, the vapor deposition conditions, the type of the raw material gas, the catalyst AHA treatment conditions, and the added n or p-type impurity concentration. As a result, Vth adjustment is easy at high mobility, and high-speed operation with low resistance is possible.

【0033】前記触媒CVDによる上記の気相成長は、
具体的には、前記触媒体を800〜2000℃の範囲で
あってその融点未満の温度に加熱し(例えば触媒体に通
電してそれ自体の抵抗加熱によって加熱し)、この加熱
された触媒体により前記原料ガス及び前記水素系キャリ
アガス(水素又は水素含有ガス等)の少なくとも一部を
触媒反応又は熱分解反応させて生成した前記反応種を原
料種として、基体の歪点以下の温度、例えば200〜8
00℃に加熱した基板上に薄膜を堆積させることができ
る。このような触媒体温度や下記の触媒体材質は触媒A
HA処理時も同様である。
The above-mentioned vapor phase growth by the catalytic CVD is as follows.
Specifically, the catalyst body is heated to a temperature in the range of 800 to 2000 ° C. and lower than its melting point (for example, the catalyst body is heated by its own resistance heating), and the heated catalyst body is heated. The reaction species generated by subjecting at least a part of the raw material gas and the hydrogen-based carrier gas (hydrogen or a hydrogen-containing gas or the like) to a catalytic reaction or a thermal decomposition reaction as a raw material species at a temperature below the strain point of the substrate, for example, 200-8
A thin film can be deposited on a substrate heated to 00 ° C. Such a catalyst body temperature and the following catalyst body material are catalyst A
The same applies to the HA processing.

【0034】ここで、触媒体の加熱温度が800℃未満
であると、原料ガスの触媒反応又は熱分解反応が不十分
となって堆積速度が低下し易く、また2000℃を超え
ると触媒体の構成材料が堆積膜中に混入して膜の電気的
特性を阻害し、膜質低下を生じ、また、触媒体の融点以
上の加熱は、その形態安定性が失われるので、回避する
のがよい。触媒体の加熱温度は、その構成材料の融点未
満であって1100℃〜1800℃であるのが好まし
い。
Here, if the heating temperature of the catalyst is less than 800 ° C., the catalytic reaction or thermal decomposition reaction of the raw material gas becomes insufficient and the deposition rate tends to decrease. Constituent materials are mixed into the deposited film to inhibit the electrical properties of the film, resulting in deterioration of the film quality, and heating above the melting point of the catalytic body loses its morphological stability. The heating temperature of the catalyst body is lower than the melting point of the constituent material and is preferably 1100 ° C to 1800 ° C.

【0035】触媒体は、タングステン、トリア含有タン
グステン、モリブデン、白金、パラジウム、バナジウ
ム、シリコン、アルミナ、金属を付着したセラミック
ス、及び炭化ケイ素からなる群より選ばれた少なくとも
1種の材料によって形成することができる。
The catalyst body is formed of at least one material selected from the group consisting of tungsten, thoria-containing tungsten, molybdenum, platinum, palladium, vanadium, silicon, alumina, ceramics having metal attached thereto, and silicon carbide. Can be.

【0036】そして、この触媒体及びこれを支持する支
持体の純度を99.99wt%(4N)以上とし、好ま
しくは99.999wt%(5N)又はそれ以上とする
ことによって、形成される多結晶性半導体薄膜の重金属
汚染を低減することができる。
Then, the purity of the catalyst and the support supporting the catalyst is 99.99 wt% (4 N) or more, preferably 99.999 wt% (5 N) or more, whereby the polycrystal formed is formed. Heavy metal contamination of the conductive semiconductor thin film can be reduced.

【0037】また、基板温度は、基板の歪点以下の温
度、例えば200〜800℃が好ましく、より好ましく
は300〜400℃とすれば、効率的で高品質の成膜を
行なえる。基板温度が高いと、安価なほうけい酸ガラ
ス、アルミノけい酸ガラスが使用できなくなり、また熱
の影響によって不純物のドーピング濃度分布が変化し易
くなる。
The substrate temperature is preferably lower than the strain point of the substrate, for example, 200 to 800 ° C., and more preferably 300 to 400 ° C., so that efficient and high quality film formation can be performed. When the substrate temperature is high, inexpensive borosilicate glass and aluminosilicate glass cannot be used, and the doping concentration distribution of impurities tends to change due to the influence of heat.

【0038】通常の熱CVD法で多結晶性シリコン膜を
形成する場合には、基板温度を約600〜900℃とす
る必要があるが、本発明に基づく成膜では、プラズマや
光励起を必要とせずに、上記のような低温での熱CVD
が可能となることが極めて有利である。本発明に基づく
触媒CVD時の基板温度が上記したように低いため、基
板、例えばガラス基板として、歪点が470〜670℃
と低いほうけい酸ガラスやアルミノけい酸ガラス等のガ
ラスや耐熱性樹脂基板等を用いることができる。これ
は、安価で、薄板化が容易であり、大型化(1m×1m
以上)が可能であり、また長尺ロール化されたガラス板
を作製できる。例えば、長尺ロール化ガラス板上に、上
記手法を用いて、薄膜を連続して又は非連続に作製する
ことができる。
When a polycrystalline silicon film is formed by a normal thermal CVD method, the substrate temperature needs to be about 600 to 900 ° C. However, in the film formation according to the present invention, plasma or optical excitation is required. Instead, thermal CVD at low temperature as described above
It is very advantageous that this is possible. Since the substrate temperature during the catalytic CVD according to the present invention is low as described above, the strain point of the substrate, for example, a glass substrate is 470 to 670 ° C.
Glass such as borosilicate glass or aluminosilicate glass, or a heat-resistant resin substrate can be used. This is inexpensive, easy to make thin, and large (1m × 1m
Above) is possible, and a long rolled glass plate can be produced. For example, a thin film can be continuously or discontinuously formed on a long rolled glass plate by using the above method.

【0039】本発明においてバイアス又は非バイアス触
媒CVDによる気相成長での低級結晶性半導体薄膜形成
に使用する原料ガスは、水素化ケイ素又はその誘導体、
水素化ケイ素又はその誘導体と水素、ゲルマニウム、炭
素又はスズを含有するガスとの混合物、水素化ケイ素又
はその誘導体と周期表第III族又は第V族元素からなる
不純物を含有するガスとの混合物、水素化ケイ素又はそ
の誘導体と水素、ゲルマニウム、炭素又はスズを含有す
るガスと周期表第III族又は第V族元素からなる不純物
を含有するガスとの混合物等が挙げられる。
In the present invention, the source gas used for forming the lower crystalline semiconductor thin film by vapor phase growth by bias or non-bias catalytic CVD is silicon hydride or a derivative thereof,
A mixture of silicon hydride or a derivative thereof and hydrogen, a gas containing germanium, carbon or tin, a mixture of silicon hydride or a derivative thereof and a gas containing an impurity consisting of an element of Group III or Group V of the periodic table, Examples include a mixture of silicon hydride or a derivative thereof, a gas containing hydrogen, germanium, carbon, or tin, and a gas containing an impurity consisting of a Group III or Group V element in the periodic table.

【0040】上記の如き原料ガスを使用することによっ
て、アモルファスシリコン、微結晶シリコン含有アモル
ファスシリコン膜、微結晶シリコン(アモルファスシリ
コン含有微結晶シリコン)膜、アモルファスシリコン及
び微結晶シリコン含有多結晶シリコン膜、微結晶ゲルマ
ニウム含有アモルファスゲルマニウム膜、アモルファス
ゲルマニウム、微結晶ゲルマニウム(アモルファスゲル
マニウム含有微結晶ゲルマニウム)膜、アモルファスゲ
ルマニウム及び微結晶ゲルマニウム含有多結晶ゲルマニ
ウム膜、又はSixGe1-x(0<x<1)で示されるア
モルファスシリコンゲルマニウム膜からなる前記低級結
晶性半導体薄膜を形成することができる。この低級結晶
性半導体は、アモルファスをベースとし、また微結晶を
含む場合には粒径が10nm以下の微結晶が点在するの
がよい。また、多結晶性半導体薄膜として、多結晶性シ
リコン膜、多結晶性ゲルマニウム膜、多結晶性シリコン
−ゲルマニウム膜、多結晶性炭化ケイ素膜を形成するこ
とができる。
By using the raw material gas as described above, amorphous silicon, microcrystalline silicon-containing amorphous silicon film, microcrystalline silicon (amorphous silicon-containing microcrystalline silicon) film, amorphous silicon and microcrystalline silicon-containing polycrystalline silicon film, microcrystalline germanium-containing amorphous germanium film, an amorphous germanium, microcrystalline germanium (amorphous germanium containing microcrystalline germanium) film, an amorphous germanium and microcrystalline germanium containing polycrystalline germanium film, or Si x Ge 1-x (0 <x <1) The lower crystalline semiconductor thin film made of the amorphous silicon germanium film represented by the formula (1) can be formed. This lower crystalline semiconductor is based on an amorphous material, and when it contains fine crystals, fine crystals having a particle size of 10 nm or less are preferably scattered. Further, as the polycrystalline semiconductor thin film, a polycrystalline silicon film, a polycrystalline germanium film, a polycrystalline silicon-germanium film, or a polycrystalline silicon carbide film can be formed.

【0041】そして、この低級結晶性半導体薄膜の成長
時又は成長後に、錫、ゲルマニウム、鉛等のIV族元素の
少なくとも1種を合計が適量(1015atoms/cc
以上、例えば1018〜1020atoms/cc)含有さ
せる(更にこの状態で触媒AHA処理による前記アニー
ル工程を行う)と、多結晶性半導体薄膜の結晶粒界に存
在する不整を低減し、その膜ストレスを低減して高キャ
リア移動度、高品質の多結晶性半導体が得られ易くな
る。このIV族元素は、原料ガス中にガス成分として混合
したり、或いはイオン注入又はイオンドーピングによ
り、半導体材料薄膜中に含有させることができる。ま
た、本発明により形成した多結晶性シリコン薄膜中の酸
素、窒素、炭素濃度はそれぞれ1×1019atoms/
cc以下、好ましくは5×1018atoms/cc以下
がよく、水素濃度は0.01原子%以上が好ましい。
又、ナトリウム(Na)濃度はSIMS最低濃度領域で
1×1018atoms/cc以下が好ましい。
At the time of or after the growth of the lower crystalline semiconductor thin film, a proper amount (10 15 atoms / cc) of at least one of Group IV elements such as tin, germanium and lead is added.
As described above, for example, when 10 18 to 10 20 atoms / cc is contained (further, in this state, the annealing step by the catalytic AHA treatment is performed), irregularities existing at the crystal grain boundaries of the polycrystalline semiconductor thin film are reduced, and the film is removed. Stress can be reduced to easily obtain a high carrier mobility and high quality polycrystalline semiconductor. The group IV element can be mixed as a gas component in the source gas, or can be contained in the semiconductor material thin film by ion implantation or ion doping. The oxygen, nitrogen, and carbon concentrations in the polycrystalline silicon thin film formed according to the present invention were 1 × 10 19 atoms / s.
cc or less, preferably 5 × 10 18 atoms / cc or less, and the hydrogen concentration is preferably 0.01 atomic% or more.
The sodium (Na) concentration is preferably 1 × 10 18 atoms / cc or less in the SIMS minimum concentration region.

【0042】なお、前記触媒CVD(又はバイアス触媒
CVD)する前に、前記触媒体を水素系ガス雰囲気中で
加熱(空焼き)処理することが望ましい。これは、触媒
体の熱処理が不十分な場合に、触媒体の構成材料が放出
され、これが成膜された膜中に混入することがあるが、
触媒体を水素系ガス雰囲気中で成膜前の空焼き加熱する
ことによってそのような混入を解消することができる。
従って、成膜室内を水素系ガスで充たした状態で触媒体
を成膜時よりも高い温度(例えばタングステンでは22
00〜2500℃)で所定時間の空焼きを行った後に、
通常の成膜時の温度(例えばタングステンでは1700
℃)に戻すように加熱し、次いで水素系ガスをキャリア
ガスとして原料ガス(いわゆる反応ガス)を供給するこ
とがよい。尚、触媒体の純度、材料によっては、この空
焼き処理は最初のみ実施し、必ずしも成膜毎に実施する
必要はない。
Prior to the catalytic CVD (or the bias catalytic CVD), it is desirable that the catalyst be heated (burned) in a hydrogen-based gas atmosphere. This is because, when the heat treatment of the catalyst body is insufficient, the constituent material of the catalyst body is released and may be mixed into the formed film,
Such incorporation can be eliminated by baking and heating the catalyst body before film formation in a hydrogen-based gas atmosphere.
Therefore, in a state where the film-forming chamber is filled with a hydrogen-based gas, the temperature of the catalyst body is higher than that at the time of film-forming (for example, 22% for tungsten).
(200 to 2500 ° C.) after baking for a predetermined time,
Temperature during normal film formation (for example, 1700 for tungsten)
° C), and then a source gas (a so-called reaction gas) is preferably supplied using a hydrogen-based gas as a carrier gas. Note that, depending on the purity and the material of the catalyst, this baking treatment is performed only at the beginning, and does not necessarily need to be performed for each film formation.

【0043】前記触媒AHA処理は、高温の水素系活性
種により前記低級結晶性半導体薄膜中の特にアモルファ
ス成分を選択的にエッチングする作用があり、高結晶化
率、大粒径(特にグレインサイズが数100nm以上)
の多結晶をベースとする薄膜を形成し得、かつ膜中のキ
ャリア不純物を活性化する処理であるが、その際、触媒
体温度は1600〜2000℃、基板−触媒体間の距離
は20〜50mmとし、バイアス又は非バイアス触媒C
VDよりも水素系キャリアガス流量を多く(ガス圧を高
く)して水素系活性種等の増大化率を図ることにより処
理時間を短縮する等、処理効果向上のため、任意に変更
してもよい。
The catalytic AHA treatment has the effect of selectively etching particularly the amorphous component in the lower crystalline semiconductor thin film by the high-temperature hydrogen-based active species, and has a high crystallization rate and a large grain size (particularly, a grain size is small). Several hundred nm or more)
Is a process for forming a thin film based on polycrystals and activating carrier impurities in the film. At this time, the catalyst temperature is 1600 to 2000 ° C., and the distance between the substrate and the catalyst is 20 to 50 mm, biased or non-biased catalyst C
Any change may be made to improve the processing effect, such as shortening the processing time by increasing the flow rate of the hydrogen-based carrier gas (increasing the gas pressure) from VD to increase the rate of the hydrogen-based active species, etc. Good.

【0044】本発明の処理で得られた前記多結晶性半導
体薄膜によって、MOSTFTのチャンネル、ソース及
びドレイン領域、又は配線、抵抗、容量又は電子放出体
等を形成することができる。この場合、前記チャンネ
ル、ソース及びドレイン領域の形成後に、これらの領域
に対し、この触媒AHA処理を施すと、上記のn型又は
p型不純物のイオン活性化を行える。
With the polycrystalline semiconductor thin film obtained by the process of the present invention, a channel, a source and a drain region, a wiring, a resistor, a capacitor, an electron emitter and the like of a MOSTFT can be formed. In this case, after the channel, source and drain regions are formed, if these regions are subjected to the catalytic AHA treatment, the ion activation of the n-type or p-type impurities can be performed.

【0045】また、多結晶性シリコン等の前記多結晶性
半導体薄膜中への外部からの酸素侵入を低減するため
に、例えば多結晶性シリコン薄膜等内においてゲート絶
縁膜側から外部に向って結晶粒径を小さくして高密度化
するか、或いはアモルファスシリコン膜又は微結晶含有
アモルファスシリコン膜によって前記多結晶性シリコン
薄膜を被覆するのがよい。この場合、汎用フォトリソグ
ラフィ及びエッチング技術により、微結晶シリコン又は
アモルファスシリコン薄膜を除去し、前記多結晶性シリ
コン薄膜とコンタクトしたソース、ドレイン電極を形成
することができる。
In order to reduce the invasion of oxygen from the outside into the polycrystalline semiconductor thin film such as polycrystalline silicon, for example, a crystal is formed from the gate insulating film side to the outside in the polycrystalline silicon thin film or the like. It is preferable to increase the density by reducing the particle size, or to cover the polycrystalline silicon thin film with an amorphous silicon film or a microcrystal-containing amorphous silicon film. In this case, the microcrystalline silicon or amorphous silicon thin film can be removed by general-purpose photolithography and etching techniques to form source and drain electrodes in contact with the polycrystalline silicon thin film.

【0046】本発明は、シリコン半導体装置、シリコン
半導体集積回路装置、シリコン−ゲルマニウム半導体装
置、シリコン−ゲルマニウム半導体集積回路装置、化合
物半導体装置、化合物半導体集積回路装置、炭化ケイ素
半導体装置、炭化ケイ素半導体集積回路装置、液晶表示
装置、有機又は無機エレクトロルミネセンス(EL)表
示装置、フィールドエミッションディスプレイ(FE
D)装置、発光ポリマー表示装置、発光ダイオード表示
装置、CCDエリア/リニアセンサ装置、MOSセンサ
装置、太陽電池装置用の薄膜を形成するのに好適であ
る。
The present invention relates to a silicon semiconductor device, a silicon semiconductor integrated circuit device, a silicon-germanium semiconductor device, a silicon-germanium semiconductor integrated circuit device, a compound semiconductor device, a compound semiconductor integrated circuit device, a silicon carbide semiconductor device, and a silicon carbide semiconductor integrated device. Circuit device, liquid crystal display device, organic or inorganic electroluminescence (EL) display device, field emission display (FE)
D) It is suitable for forming thin films for devices, light-emitting polymer displays, light-emitting diode displays, CCD area / linear sensor devices, MOS sensor devices, and solar cell devices.

【0047】この場合、内部回路及び周辺回路を有する
半導体装置、固体撮像装置、電気光学装置等の製造に際
し、これらの少なくとも一部を構成するMOSTFTの
チャンネル、ソース及びドレイン領域を前記多結晶性半
導体薄膜によって形成してよく、また駆動回路、映像信
号処理回路及びメモリー回路等の周辺回路一体型の構成
とすることもできる。
In this case, when manufacturing a semiconductor device having an internal circuit and a peripheral circuit, a solid-state image pickup device, an electro-optical device, etc., the channel, source and drain regions of the MOSTFT constituting at least a part of these devices are replaced with the polycrystalline semiconductor. It may be formed of a thin film, or may be a structure integrated with peripheral circuits such as a driving circuit, a video signal processing circuit, and a memory circuit.

【0048】また、各色用の有機又は無機エレクトロル
ミネセンス層(EL層)の下層にそれぞれ、前記MOS
TFTのドレイン又はソースと接続された陰極又は陽極
を有するEL素子構造とするのがよい。
Further, under the organic or inorganic electroluminescent layer (EL layer) for each color,
An EL element structure having a cathode or an anode connected to the drain or the source of the TFT is preferable.

【0049】この場合、前記MOSTFT及びダイオー
ド等の能動素子上も前記陰極が覆うようにすれば、陽極
が上部にある構造では発光面積が増大すると共に、陰極
の遮光作用で発光光が前記能動素子に入射してリーク電
流を発生させることを防止できる。また、前記各色用の
有機又は無機EL層の各層上及び各層間の全面に前記陰
極又は陽極が被着されるようにすれば、全面が陰極又は
陽極で覆われることにより、湿気に弱い有機EL層の劣
化や電極の酸化を防止して、長寿命、高品質、高信頼性
が可能となり、また陰極で覆われると放熱効果が高まる
ので、発熱による薄膜の構造変化(融解あるいは再結晶
化)が低減し、長寿命、高品質、高信頼性が可能とな
り、更にこれにより、高精度、高品質のフルカラーの有
機EL層を生産性良く形成できるので、コストダウンが
可能となる。
In this case, if the cathode covers the active elements such as the MOSTFT and the diode, the light emitting area is increased in the structure having the anode on the upper side, and the emitted light is blocked by the light shielding action of the cathode. To generate a leak current. Further, if the cathode or the anode is attached to each of the organic or inorganic EL layers for the respective colors and the entire surface between the respective layers, the organic EL which is vulnerable to moisture is covered by the entire surface with the cathode or the anode. Long life, high quality, and high reliability can be prevented by preventing layer deterioration and electrode oxidation. Also, when covered with the cathode, the heat dissipation effect is enhanced, so the structural change of the thin film due to heat generation (melting or recrystallization) , And a long life, high quality, and high reliability can be achieved. Further, since a high-precision, high-quality, full-color organic EL layer can be formed with high productivity, the cost can be reduced.

【0050】また、前記各色用の前記有機又は無機EL
層間にクロム、二酸化クロム等のブラックマスク層を形
成すると、各色間又は画素間での光漏れを防ぎ、コント
ラストが向上する。
The organic or inorganic EL for each of the colors
When a black mask layer of chromium, chromium dioxide, or the like is formed between layers, light leakage between colors or between pixels is prevented, and contrast is improved.

【0051】本発明をフィールドエミッションディスプ
レイ(FED)装置に適用するときは、そのエミッタ
(電界放出カソード)を、前記多結晶性半導体薄膜を介
して前記MOSTFTのドレインに接続すると共に前記
多結晶性半導体薄膜上に成長されたn型多結晶性半導体
膜又は多結晶性ダイヤモンド膜又は窒素含有又は非含有
の炭素薄膜又は窒素含有又は非含有の炭素薄膜の表面に
形成した多数の微細突起構造(例えばカーボンナノチュ
ーブ)などによって形成するのがよい。
When the present invention is applied to a field emission display (FED) device, its emitter (field emission cathode) is connected to the drain of the MOSTFT via the polycrystalline semiconductor thin film and Numerous fine projection structures (eg, carbon) formed on the surface of an n-type polycrystalline semiconductor film, a polycrystalline diamond film, a nitrogen-containing or non-containing carbon thin film, or a nitrogen-containing or non-containing carbon thin film grown on the thin film. Nanotubes) or the like.

【0052】この場合、前記MOSTFT、ダイオード
等の能動素子上にアース電位の金属遮蔽膜(これは、前
記FED装置のゲート引き出し電極と同一材料で同一工
程により形成すると、工程簡略化等の点で有利であ
る。)を形成すると、気密容器内にあるガスがエミッタ
から放出された電子により正イオン化されて絶縁層上に
チャージアップし、この正電荷が絶縁層下にある能動素
子に不要な反転層を形成したり、この反転層を介して余
分な電流が流れるために生じるエミッタ電流の暴走を防
止することができる。また、エミッタから放出された電
子の衝突により蛍光体が発光する際、この光によりTF
Tのゲートチャンネル内に電子、正孔が発生してリーク
電流が生じることも防止できる。
In this case, a metal shielding film having a ground potential is formed on the active element such as the MOSTFT or the diode by using the same material and the same process as the gate lead-out electrode of the FED device. In this case, the gas in the hermetic container is positively ionized by the electrons emitted from the emitter and charged up on the insulating layer, and this positive charge is unnecessary for the active element below the insulating layer to invert the inversion. A runaway of an emitter current caused by forming a layer or an excess current flowing through the inversion layer can be prevented. Also, when the phosphor emits light due to the collision of electrons emitted from the emitter, this light causes TF
It is also possible to prevent generation of electrons and holes in the T gate channel to cause a leak current.

【0053】次に、本発明を好ましい実施の形態につい
て更に詳細に説明する。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments.

【0054】第1の実施の形態 図1〜図11について、本発明の第1の実施の形態を説
明する。
First Embodiment A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0055】本実施の形態は、本発明をトップゲート型
の多結晶性シリコンCMOS(Complementary MOS)T
FTに適用したものである。
In this embodiment, a top gate type polycrystalline silicon CMOS (Complementary MOS) T
This is applied to FT.

【0056】<触媒CVD法とその装置>まず、本実施
の形態に用いる触媒CVD法及び触媒AHA処理につい
て説明する。触媒CVD法においては水素系キャリアガ
スとシランガス等の原料ガスとからなる反応ガスを加熱
されたタングステン等の触媒体に接触させ、これによっ
て生成したラジカルな堆積種又はその前駆体及び活性化
水素イオン等の水素系活性種に高いエネルギーを与え、
基板上にアモルファス又は微結晶シリコン等の低級結晶
性半導体薄膜や、多結晶性シリコン薄膜等の多結晶性半
導体薄膜を気相成長させる。そして、この成膜後に原料
ガスの供給を停止し、水素系キャリアガスのみを供給す
ることによって、例えば低級結晶性シリコン薄膜又は多
結晶性シリコン薄膜の触媒AHA処理を行い(つまり、
高温の水素系分子、水素系原子、活性化水素イオン等の
水素系活性種によりアモルファス構造のシリコン等を選
択的に還元エッチングし)、シリコン超微粒子を形成
し、或いはこのシリコン超微粒子をシード(核)にして
多結晶性シリコン等を大粒径に成長させる。これらの触
媒AHA処理とバイアス又は非バイアス触媒CVDとを
繰り返して、より高結晶化率でより大粒径で所定膜厚の
多結晶性シリコン薄膜等の多結晶性半導体薄膜を得る。
なお、本明細書中で上記の「バイアス」とは、プラズマ
放電の生じない条件下での直流及び/又は交流の電界、
又は/及び磁界によるバイアス作用で、加速した指向性
運動エネルギーを付与することを意味する。
<Catalytic CVD Method and Apparatus> First, the catalytic CVD method and the catalytic AHA treatment used in the present embodiment will be described. In the catalytic CVD method, a reactive gas composed of a hydrogen-based carrier gas and a raw material gas such as silane gas is brought into contact with a heated catalyst such as tungsten, and the radical deposition species or its precursor generated thereby and activated hydrogen ions are generated. Giving high energy to hydrogen-based active species such as
A low-crystalline semiconductor thin film such as amorphous or microcrystalline silicon or a polycrystalline semiconductor thin film such as a polycrystalline silicon thin film is vapor-phase grown on a substrate. Then, after the film formation, the supply of the raw material gas is stopped, and only the hydrogen-based carrier gas is supplied to perform, for example, the catalytic AHA treatment of the lower crystalline silicon thin film or the polycrystalline silicon thin film (that is,
Silicon or the like having an amorphous structure is selectively reduced and etched by hydrogen-based active species such as high-temperature hydrogen-based molecules, hydrogen-based atoms, and activated hydrogen ions) to form silicon ultrafine particles, or to seed these silicon ultrafine particles ( As a core, polycrystalline silicon or the like is grown to a large grain size. By repeating the catalytic AHA treatment and the bias or non-bias catalytic CVD, a polycrystalline semiconductor thin film such as a polycrystalline silicon thin film having a higher crystallization rate, a larger grain size and a predetermined thickness is obtained.
In the present specification, the above-mentioned “bias” refers to a DC and / or AC electric field under conditions where plasma discharge does not occur,
And / or and / or applying a biased kinetic energy by a magnetic field.

【0057】このバイアス又は非バイアス触媒CVD及
び触媒AHA処理は、図5〜図6に示す如き装置を用い
て実施される。
The biased or non-biased catalytic CVD and the catalytic AHA treatment are carried out using an apparatus as shown in FIGS.

【0058】この装置によれば、水素系キャリアガスと
水素化ケイ素(例えばモノシラン、ジシラン、トリシラ
ン)等の原料ガス及びN2O、NO2、NO又はN2、ア
ンモニア(必要に応じてB26やPH3などのドーピン
グガスも含む。)からなる反応ガス40は、供給導管4
1からシャワーヘッド42の供給口(図示せず)を通し
て成膜室44へ導入される。成膜室44の内部には、ガ
ラス等の基板1を支持するためのサセプタ45と、耐熱
性の良い(望ましくは触媒体46と同じか或いはそれ以
上の融点を有する材質の)シャワーヘッド42と、例え
ばコイル状のタングステン等の触媒体46と、更には開
閉可能なシャッター47とがそれぞれ配されている。な
お、図示はしないが、サセプタ45と成膜室44との間
には磁気シールが施され、また、成膜室44は前工程を
行なう前室に後続され、ターボ分子ポンプ等でバルブを
介して排気される。
According to this apparatus, a hydrogen-based carrier gas, a raw material gas such as silicon hydride (for example, monosilane, disilane, trisilane), N 2 O, NO 2 , NO or N 2 , and ammonia (B 2 A reaction gas 40 comprising a doping gas such as H 6 or PH 3 ) is supplied to the supply conduit 4.
1 is introduced into the film forming chamber 44 through a supply port (not shown) of the shower head 42. Inside the film forming chamber 44, a susceptor 45 for supporting the substrate 1 such as glass, and a shower head 42 having good heat resistance (preferably made of a material having a melting point equal to or higher than that of the catalyst body 46) are provided. For example, a coiled catalyst body 46 such as tungsten and a shutter 47 that can be opened and closed are provided. Although not shown, a magnetic seal is provided between the susceptor 45 and the film forming chamber 44, and the film forming chamber 44 follows the front chamber for performing the pre-process, and is provided via a valve by a turbo molecular pump or the like. Exhausted.

【0059】そして、基板1はサセプタ45内のヒータ
ー線等の加熱手段で加熱され、また触媒体46は例えば
抵抗線として融点以下(特に800〜2000℃、タン
グステンの場合は約1600〜1800℃)に加熱され
て活性化される。触媒体46の両端子は直流又は交流の
触媒体電源48に接続され、この電源からの通電により
所定温度に加熱される。
Then, the substrate 1 is heated by a heating means such as a heater wire in the susceptor 45, and the catalyst body 46 is, for example, a resistance wire having a melting point or less (especially 800 to 2000 ° C., and about 1600 to 1800 ° C. for tungsten). Is activated by heating. Both terminals of the catalyst body 46 are connected to a DC or AC catalyst power supply 48, and are heated to a predetermined temperature by energization from the power supply.

【0060】触媒CVD法を実施するには、図5の状態
で、成膜室44内の真空度を1.33×10-4〜1.3
3×10-6Paとし、例えば水素系キャリアガス50〜
100SCCMを常時供給して、触媒体を所定温度に加
熱して活性化した後に、水素化ケイ素(例えばモノシラ
ン)ガス1〜10SCCM(及び必要に応じてB2
6や、PH3等のドーピングガスも適量含む。)、H2
又はHe希釈O20.1〜0.2SCCM、窒素又はア
ンモニア等の窒素系ガス、N2O、NO2、NO等の窒素
酸化物ガスそれぞれ1〜10SCCMからなる反応ガス
40を供給導管41からシャワーヘッド42の供給口4
3を通して導入して、ガス圧を0.133〜13.3P
a、例えば1.33Paとする。ここで、水素系キャリ
アガスは、水素、水素+アルゴン、水素+ヘリウム、水
素+ネオン、水素+キセノン、水素+クリプトン等の、
水素に不活性ガスを適量混合させたガスであれば、いず
れでもよい(以下、同様)。尚、原料ガスの種類又は触
媒体の材質によっては、必ずしも水素系キャリアガスは
必要ではない。
In order to carry out the catalytic CVD method, the degree of vacuum in the film forming chamber 44 is set to 1.33 × 10 −4 to 1.3 in the state shown in FIG.
3 × 10 −6 Pa, for example, a hydrogen-based carrier gas of 50 to
After constantly supplying 100 SCCM and heating the catalyst to a predetermined temperature to activate the catalyst, 1 to 10 SCCM of silicon hydride (for example, monosilane) gas (and B 2 H if necessary)
6 and also includes an appropriate amount doping gas such as PH 3. ), H 2 O
Alternatively, a reaction gas 40 composed of 0.1 to 0.2 SCCM of He diluted O 2 , a nitrogen-based gas such as nitrogen or ammonia, and a nitrogen oxide gas of 1 to 10 SCCM such as N 2 O, NO 2 , NO is supplied from a supply conduit 41. Supply port 4 of shower head 42
3 and gas pressure of 0.133-13.3P
a, for example, 1.33 Pa. Here, the hydrogen-based carrier gas is hydrogen, hydrogen + argon, hydrogen + helium, hydrogen + neon, hydrogen + xenon, hydrogen + krypton, etc.
Any gas may be used as long as an appropriate amount of hydrogen is mixed with an inert gas (the same applies hereinafter). Note that the hydrogen-based carrier gas is not necessarily required depending on the type of the raw material gas or the material of the catalyst.

【0061】そして、図6のようにシャッター47を開
け、水素系キャリアガス及び反応ガス40の少なくとも
一部を触媒体46と接触して触媒的に分解させ、触媒分
解反応または熱分解反応によって、高エネルギーをもつ
シリコン等のイオン、ラジカル等の反応種の集団(即
ち、堆積種又はその前駆体及びラジカル水素イオン)を
形成する。こうして生成したイオン、ラジカル等の反応
種50を高いエネルギーで基板の歪点以下の温度である
例えば200〜800℃(例えば300〜400℃)に
保持された基板1上にSiOx(0<x≦2)及び/又
はSiNy(0.1<y<1.4)から成る粒子状生成
物を含有するアモルファスシリコン、微結晶性シリコン
等の所定の膜として気相成長させる。
Then, as shown in FIG. 6, the shutter 47 is opened, and at least a part of the hydrogen-based carrier gas and the reaction gas 40 is brought into contact with the catalyst 46 to be catalytically decomposed. A group of reactive species such as ions and radicals such as silicon and ions having high energy (that is, deposited species or a precursor thereof and radical hydrogen ions) is formed. The reactive species 50, such as ions and radicals, generated in this manner are subjected to SiO x (0 <x) on the substrate 1 held at a high energy and a temperature below the strain point of the substrate, for example, 200 to 800 ° C. (eg, 300 to 400 ° C.). ≦ 2) and / or vapor phase growth of a predetermined film of amorphous silicon, microcrystalline silicon, or the like containing a particulate product of SiN y (0.1 <y <1.4).

【0062】こうして、プラズマを発生することなく、
反応種に対し、触媒体46の触媒作用とその熱エネルギ
ーによるエネルギーを与えるので、反応ガスを効率良く
反応種に変えて、基板1上に均一に熱CVDで堆積する
ことができる。
Thus, without generating plasma,
Since the catalytic action of the catalyst body 46 and the energy by the thermal energy are given to the reactive species, the reactive gas can be efficiently converted to the reactive species and uniformly deposited on the substrate 1 by thermal CVD.

【0063】また、基板温度を低くしても堆積種のエネ
ルギーが大きいために、目的の良質の膜が得られること
から、基板温度を上記の如く更に低温化でき、大型で安
価な絶縁基板(ほうけい酸ガラス、アルミノけい酸ガラ
ス等のガラス基板、ポリイミド等の耐熱性樹脂基板等)
を使用でき、この点でもコストダウンが可能となる。
Further, since the energy of the deposited species is large even when the substrate temperature is lowered, a desired high-quality film can be obtained. Therefore, the substrate temperature can be further lowered as described above, and a large and inexpensive insulating substrate ( Glass substrates such as borosilicate glass and aluminosilicate glass, and heat-resistant resin substrates such as polyimide)
Can be used, and the cost can be reduced in this respect as well.

【0064】また、勿論のことであるが、プラズマの発
生がないので、プラズマによるダメージがなく、低スト
レスの生成膜が得られると共に、プラズマCVD法に比
べ、はるかにシンプルで安価な装置が実現する。
Further, needless to say, since there is no generation of plasma, there is no damage by the plasma, a low stress generated film can be obtained, and a much simpler and less expensive device can be realized as compared with the plasma CVD method. I do.

【0065】この場合、減圧下(例えば0.133〜
1.33Pa)又は常圧下で操作を行なえるが、減圧タ
イプよりも常圧タイプの方がよりシンプルで安価な装置
が実現する。そして、常圧タイプでも従来の常圧CVD
と比べて密度、均一性、密着性のよい高品質膜が得られ
る。この場合も、減圧タイプよりも常圧タイプの方がス
ループットが大であり、生産性が高く、コストダウンが
可能である。
In this case, under reduced pressure (for example, 0.133
The operation can be performed at 1.33 Pa) or normal pressure, but a simpler and cheaper device is realized with the normal pressure type than with the reduced pressure type. And even the normal pressure type, the conventional normal pressure CVD
A high quality film having better density, uniformity and adhesion can be obtained. Also in this case, the normal pressure type has higher throughput, higher productivity, and cost reduction than the reduced pressure type.

【0066】上記のバイアス又は非バイアス触媒CVD
において、触媒体46による副射熱のために、基板温度
は上昇するが、上記のように、必要に応じて基板加熱用
ヒーター51を設置してよい。また、触媒体46はコイ
ル状(これ以外にメッシュ、ワイヤー、多孔板状もよ
い。)としているが、更にガス流方向に複数段(例えば
2〜3段)として、ガスとの接触面積を増やすのがよ
い。なお、このCVDにおいて、基板1をサセプタ45
の下面においてシャワーヘッド42の上方に配している
ので、成膜室44内で生じたパーティクルが落下して基
板1又はその上の膜に付着することがない。
The above-described biased or non-biased catalytic CVD
In the above, the substrate temperature rises due to the secondary heat generated by the catalyst body 46. However, as described above, the substrate heating heater 51 may be provided as necessary. Further, the catalyst body 46 has a coil shape (a mesh, a wire, or a perforated plate may be used in addition to the above shape). Is good. Note that, in this CVD, the substrate 1 is
Is disposed above the shower head 42 on the lower surface of the substrate 1, so that particles generated in the film forming chamber 44 do not fall and adhere to the substrate 1 or the film thereon.

【0067】<触媒AHA処理とその装置>そして、本
実施の形態においては、上記の装置をそのまま用い、触
媒CVDによる気相成長後に、モノシラン等の原料ガス
の供給を停止し、触媒CVD時よりも多い流量で水素系
キャリアガスのみを成膜室44内に供給して、SiOx
又は/及びSiNy粒子状生成物含有の微結晶シリコン
薄膜等に対して触媒AHA処理を行い、水素系活性種の
選択的な還元作用によりそのアモルファス構造のシリコ
ンをエッチングして多結晶化のためのアニールを施し、
かつ、この触媒CVDと触媒AHA処理とを所定回数繰
り返して、目的とする膜厚の多結晶性シリコン薄膜等の
多結晶性半導体薄膜を形成する。
<Catalyst AHA Treatment and its Apparatus> In the present embodiment, the above apparatus is used as it is, and after the vapor phase growth by catalytic CVD, the supply of the source gas such as monosilane is stopped. only hydrogen-based carrier gas is supplied into the film forming chamber 44 in many flow, SiO x
Or / and subjected to catalytic AHA treatment against the microcrystalline silicon thin film or the like of the SiN y particulate product containing, for etching to polycrystalline silicon of the amorphous structure by selective reduction action of the hydrogen-based active species Is annealed,
The catalyst CVD and the catalyst AHA treatment are repeated a predetermined number of times to form a polycrystalline semiconductor thin film such as a polycrystalline silicon thin film having a desired film thickness.

【0068】この触媒AHA処理は、水素系キャリアガ
スが加熱触媒体で触媒的に分解されて生成した大量の高
温の水素系活性種等により選択的に前記アモルファス構
造のシリコンをエッチングしてシリコン超微粒子を生成
すると共に、半導体材料薄膜の場合は下地のシリコン超
微粒子をシードとして多結晶化し易くして、高結晶化
率、大粒径(特にグレインサイズが数100nm以上)
の多結晶をベースとする薄膜を形成し易くし、且つ膜中
のキャリア不純物を活性化する処理であるが、その際、
触媒体温度1600〜1800℃、基板−触媒体間の距
離20〜50mm、基板温度300〜400℃とし、ま
た水素系キャリアガスは上記したと同様に水素又は水素
と不活性ガス(アルゴン、ヘリウム、キセノン、クリプ
トン、ラドン等)との混合ガスであり、混合ガスの場合
は水素含有比率は50モル%以上とすることによって触
媒体の酸化劣化を防止できる。また、触媒AHA処理時
に用いる水素又は水素含有ガスは、気相成長時の水素系
キャリアガスと同様であってよいが、ガス流量300〜
1000SCCM、ガス圧10〜50Paと大きくし
(バイアス又は非バイアス触媒CVDのときは0.1〜
数Pa)、ガスによる熱伝導の増大と水素系活性種等の
発生量の増大を図るのがよい。
In the catalytic AHA treatment, the amorphous silicon is selectively etched by a large amount of high-temperature hydrogen-based active species generated by catalytic decomposition of a hydrogen-based carrier gas by a heated catalyst, and the like. In addition to generating fine particles, in the case of a semiconductor material thin film, it is easy to polycrystallize using silicon ultrafine particles as a seed, and has a high crystallization rate and a large grain size (particularly, a grain size of several hundred nm or more).
This is a process for facilitating the formation of a polycrystalline-based thin film and activating carrier impurities in the film.
The catalyst temperature is 1600 to 1800 ° C., the distance between the substrate and the catalyst is 20 to 50 mm, the substrate temperature is 300 to 400 ° C., and the hydrogen-based carrier gas is hydrogen or hydrogen and an inert gas (argon, helium, Xenon, krypton, radon, etc.), and in the case of a mixed gas, the oxidative deterioration of the catalyst can be prevented by setting the hydrogen content to 50 mol% or more. Further, the hydrogen or the hydrogen-containing gas used at the time of the catalyst AHA treatment may be the same as the hydrogen-based carrier gas at the time of the vapor phase growth.
1000 SCCM, gas pressure as large as 10 to 50 Pa (0.1 to 0.1 in case of bias or non-bias catalytic CVD)
Several Pa), it is preferable to increase the heat conduction by the gas and increase the generation amount of hydrogen-based active species and the like.

【0069】図7は、上記の触媒CVDと触媒AHA処
理における上記水素系キャリアガス及び原料ガスの導入
時間及びタイミングを多結晶性シリコン薄膜形成の場合
について示し、また図8は、流量計(MFC)や調整弁
などを組み込んだガス導入系を示す。
FIG. 7 shows the introduction time and timing of the hydrogen-based carrier gas and the source gas in the above-mentioned catalytic CVD and catalytic AHA treatment in the case of forming a polycrystalline silicon thin film. FIG. 8 shows a flow meter (MFC). ) And a gas introduction system incorporating a regulating valve.

【0070】まず、成膜を行う前に、ゲートバルブを通
してチャンバ(成膜室)44内に基板1を搬入し、サセ
プタ45に載置し、次いで、排気系を作動させてチャン
バ44内を所定圧力まで排気するとともに、サセプタ4
5に内蔵されたヒーターを作動させて基板1を所定温度
まで加熱する。
First, before film formation, the substrate 1 is carried into a chamber (film formation chamber) 44 through a gate valve, and is placed on a susceptor 45. Then, the inside of the chamber 44 is activated by operating an exhaust system. Exhaust to the pressure and
The substrate 1 is heated to a predetermined temperature by operating a heater incorporated in the substrate 5.

【0071】そして、ガス導入系によって、まず水素系
キャリアガス300〜1000SCCM、例えば500
SCCMをチャンバ1内に導入する。導入された水素ガ
スの一部は、加熱触媒体46による接触分解反応により
活性化水素イオン等の水素系活性種となり、基板表面に
到達して、基板1の表面クリーニングを行う。その後に
水素系キャリアガスを150SCCMにする。
Then, depending on the gas introduction system, first, a hydrogen-based carrier gas of 300 to 1000 SCCM, for example, 500
The SCCM is introduced into the chamber 1. A part of the introduced hydrogen gas becomes a hydrogen-based active species such as activated hydrogen ions by a catalytic decomposition reaction by the heating catalyst 46, reaches the substrate surface, and cleans the surface of the substrate 1. Thereafter, the hydrogen-based carrier gas is set to 150 SCCM.

【0072】このように、チャンバ44内に水素系キャ
リアガスが供給されている状態で、ガス導入系を作動さ
せ、原料ガス(モノシラン15SCCM)、H2O又は
He希釈O20.1〜0.2SCCM、N2O等1〜10
SCCMをチャンバ44内に導入する。導入された原料
ガス等は、加熱触媒体46の熱触媒反応及び熱分解反応
により堆積種が生成され、SiOx(0<x≦2)及び
/又はSiNy(0.1<y<1.4)からなる粒子状
生成物含有の低級結晶性シリコン薄膜等として基板表面
に気相成長する。
As described above, while the hydrogen-based carrier gas is being supplied into the chamber 44, the gas introduction system is operated, and the source gas (monosilane 15 SCCM), H 2 O or He-diluted O 2 0.1 to 0 is used. .2SCCM, N 2 O or the like 10
The SCCM is introduced into the chamber 44. Deposited species are generated from the introduced source gas and the like by a thermal catalytic reaction and a thermal decomposition reaction of the heating catalyst body 46, and SiO x (0 <x ≦ 2) and / or SiN y (0.1 <y <1. 4) Vapor-phase growth on the substrate surface as a low-crystalline silicon thin film containing a particulate product comprising 4).

【0073】その後、原料ガス等の導入を停止して、チ
ャンバ44内から原料ガス等を排出し、更に水素系キャ
リアガスのみを300〜1000SCCM、例えば50
0SCCMの流量で導入する。これによって、加熱触媒
体による接触分解反応で生じた活性化水素イオン等の水
素系活性種が上記の低級結晶性シリコン薄膜等に作用し
て(触媒AHA処理して)、そのアモルファス構造のシ
リコンを選択的にエッチングし、アモルファス成分が除
去されたシリコン超微粒子を形成し、更に、この膜中に
含有されるSiOxがSiとSiO、H2O等に分解し、
又SiNyがSiとNH3等に分解してシリコン超微粒子
が析出形成され、またこれをシードとして更に上記の触
媒CVDにより結晶化が促進された高結晶化率、大粒径
の多結晶性シリコン薄膜を得る。
Thereafter, the introduction of the source gas or the like is stopped, the source gas or the like is discharged from the chamber 44, and only the hydrogen-based carrier gas is supplied at 300 to 1000 SCCM, for example, 50 SCCM.
Introduce at a flow rate of 0 SCCM. As a result, hydrogen-based active species such as activated hydrogen ions generated by the catalytic cracking reaction by the heated catalyst act on the lower crystalline silicon thin film and the like (catalyst AHA treatment) to convert the amorphous silicon into silicon. Selectively etching to form silicon ultrafine particles from which amorphous components have been removed, and further, SiO x contained in this film is decomposed into Si, SiO, H 2 O, etc.
Further, SiN y is decomposed into Si and NH 3 to form ultrafine silicon particles, which are used as seeds, and crystallization is further promoted by the above-mentioned catalytic CVD, so that a high crystallization rate and a large crystallinity are obtained. Obtain a silicon thin film.

【0074】こうして得た多結晶性シリコン薄膜を更に
触媒AHA処理し、この上に、再び上記の触媒CVDを
施し、多結晶性シリコン薄膜をシードとしてその上に多
結晶性シリコン薄膜を成長させ、更に触媒AHA処理、
触媒CVDを繰り返して行うことにより、多結晶性シリ
コン薄膜の膜厚をコントロールしつつ最終的には目的と
する膜厚で高結晶化率、大粒径の多結晶性シリコン薄膜
を形成することができる。
The polycrystalline silicon thin film thus obtained is further subjected to a catalyst AHA treatment, and the above-mentioned catalytic CVD is performed thereon again, and a polycrystalline silicon thin film is grown thereon using the polycrystalline silicon thin film as a seed. Further catalytic AHA treatment,
By repeatedly performing the catalytic CVD, it is possible to control the thickness of the polycrystalline silicon thin film and finally form a polycrystalline silicon thin film having a high crystallization rate and a large grain size with a desired thickness. it can.

【0075】このように、水素系活性種のラジカル作用
により、熱エネルギーが膜に移動して局部的に温度上昇
させ、低級結晶性シリコン薄膜は、アモルファス構造の
シリコンが選択的にエッチングされて結晶化が促進さ
れ、大粒径の多結晶性シリコン薄膜化し、高キャリア移
動度、高品質の多結晶性シリコン薄膜を得ることがで
き、しかも、低級結晶性シリコンは膜上又は膜内にシリ
コン酸化物が存在したときに、これと還元反応してSi
O等を生成して蒸発除去させるので、その膜上又は膜内
のシリコン酸化物を減少/除去させることができ、高キ
ャリア移動度、高品質の多結晶性シリコン膜等を得るこ
とができる。
As described above, due to the radical action of the hydrogen-based active species, the thermal energy moves to the film to locally raise the temperature, and the lower crystalline silicon thin film is formed by selectively etching amorphous structure silicon. The formation of a thin film of polycrystalline silicon having a large grain size can be achieved, and a high-crystallinity silicon film having high carrier mobility and high quality can be obtained. When a substance is present, it undergoes a reduction reaction with
Since O and the like are generated and evaporated and removed, silicon oxide on or in the film can be reduced / removed, and a high-carrier mobility, high-quality polycrystalline silicon film or the like can be obtained.

【0076】また、微結晶シリコン含有アモルファスシ
リコン又はアモルファスシリコン含有微結晶シリコン薄
膜などは、下地のシリコン超微粒子をシードとして多結
晶化し、多結晶性シリコン薄膜は高結晶率化が促進さ
れ、高結晶化率で大粒径の多結晶性シリコン膜化する。
しかも、その膜に含有されるアモルファス構造のシリコ
ンが水素系活性種の作用でエッチングされるので、高結
晶化率で大粒径の多結晶性シリコン薄膜が形成される。
The amorphous silicon-containing amorphous silicon or the amorphous silicon-containing microcrystalline silicon thin film is polycrystallized by using the underlying silicon ultrafine particles as a seed. A polycrystalline silicon film having a large grain size at a conversion rate is formed.
Moreover, since the amorphous silicon contained in the film is etched by the action of the hydrogen-based active species, a polycrystalline silicon thin film having a high crystallization rate and a large grain size is formed.

【0077】そして、この触媒AHA処理時に、半導体
薄膜中に存在するキャリア不純物は高温で活性化され、
各領域において最適なキャリア不純物濃度を得ることが
でき、また、大量の高温の水素系活性種(水素分子、水
素原子及び活性化水素イオン)などによるクリーニング
(基板等への吸着ガス及び有機物残渣等の還元除去)が
可能であり、触媒体も酸化劣化し難しくなり、更に水素
化により、半導体膜中の例えばシリコンダングリングボ
ンドをなくし、特性が向上する。
At the time of the catalytic AHA treatment, the carrier impurities present in the semiconductor thin film are activated at a high temperature,
An optimum carrier impurity concentration can be obtained in each region, and a large amount of high-temperature hydrogen-based active species (hydrogen molecules, hydrogen atoms and activated hydrogen ions) are used for cleaning (adsorbed gas and organic residue on a substrate or the like). Can be reduced), and the catalyst body is also oxidized and deteriorated, and it becomes difficult. Further, by hydrogenation, for example, silicon dangling bonds in the semiconductor film are eliminated, and the characteristics are improved.

【0078】こうした触媒AHA処理によるアニールと
半導体薄膜の触媒CVDによる気相成長とを目的とする
膜厚となるまで繰り返すことにより、この半導体薄膜は
既に触媒AHA処理で多結晶化された下地膜上に多結晶
化され易い状態で成長し易くなり、目的とする高結晶化
率、高品質の多結晶性半導体薄膜を所定の膜厚で得るこ
とができる。即ち、触媒CVDと触媒AHA処理を繰り
返すマルチ触媒AHA処理により、例えば触媒CVDで
成膜された微結晶シリコン含有アモルファスシリコン又
はアモルファスシリコン及び微結晶シリコン含有多結晶
シリコン薄膜等を触媒AHA処理で多結晶性シリコン薄
膜化し、多結晶性シリコン薄膜は高結晶率化し、更にこ
の多結晶性シリコン薄膜をシードとした触媒CVDで多
結晶性シリコン薄膜の気相成長、更には触媒AHA処理
を繰り返すので、高結晶化率、大粒径の多結晶性シリコ
ン薄膜を形成することができる。
By repeating the annealing by the catalytic AHA treatment and the vapor phase growth of the semiconductor thin film by the catalytic CVD until the target film thickness is obtained, the semiconductor thin film is formed on the base film already polycrystallized by the catalytic AHA treatment. It is easy to grow in a state where polycrystallization is easily performed, and a desired high crystallinity and high quality polycrystalline semiconductor thin film can be obtained with a predetermined thickness. That is, for example, a multi-catalyst AHA process in which a catalyst CVD and a catalyst AHA process are repeated to form, for example, amorphous silicon containing amorphous silicon or a thin film of amorphous silicon and polycrystalline silicon containing microcrystal silicon formed by the catalyst CVD in a polycrystalline manner by the catalyst AHA process. Since the polycrystalline silicon thin film is made into a crystalline silicon thin film and the polycrystalline silicon thin film is made to have a high crystallization rate, and the vapor phase growth of the polycrystalline silicon thin film is further performed by catalytic CVD using the polycrystalline silicon thin film as a seed, and further, the catalytic AHA treatment is repeated, A polycrystalline silicon thin film having a crystallization ratio and a large grain size can be formed.

【0079】なお、上記の触媒CVD及び触媒AHA処
理はいずれも、プラズマの発生なしに行えるので、プラ
ズマによるダメージがなく、低ストレスの生成膜が得ら
れ、また、プラズマCVD法に比べ、シンプルで安価な
装置を実現することができる。
Since both the above-mentioned catalytic CVD and catalytic AHA treatment can be performed without generation of plasma, a plasma-damaged film without damage by plasma can be obtained, and is simpler than the plasma CVD method. An inexpensive device can be realized.

【0080】図9は、本実施の形態による上記のマルチ
触媒AHA処理(触媒CVDと触媒AHA処理の繰り返
し)で得られた多結晶性シリコン薄膜のラマンスペクト
ルをその繰り返し回数等に応じて示すものである。この
結果によれば、触媒CVDによるシリコンの堆積(de
po)時のガス流量をSiH4:H2=5:500SCC
M、触媒温度=1800〜2000℃、基板温度=40
0℃とし、触媒AHA処理の条件を各種とし、繰り返し
回数も変えたところ、この繰り返し回数を多くし、かつ
処理時間を長くし、処理時の水素流量を増加させると、
サンプル#1→#2→#3→#4の順に、アモルファス
(非晶質)シリコンや微結晶シリコンが減少し、多結晶
シリコンが増加すること(即ち、大粒径化、高結晶化す
ること)が明らかである。尚、ここで、AHA1は成膜
前の基板表面のクリーニング処理であり、本来の触媒A
HA処理はAHA2〜4である。
FIG. 9 shows Raman spectra of a polycrystalline silicon thin film obtained by the above-described multi-catalyst AHA treatment (repetition of catalytic CVD and catalytic AHA treatment) according to the present embodiment according to the number of repetitions and the like. It is. According to this result, deposition of silicon by catalytic CVD (de
The gas flow rate at the time of po) is SiH 4 : H 2 = 5: 500 SCC
M, catalyst temperature = 1800-2000 ° C., substrate temperature = 40
When the temperature was set to 0 ° C., the conditions of the catalyst AHA treatment were various, and the number of repetitions was changed, the number of repetitions was increased, the treatment time was lengthened, and the hydrogen flow rate during the treatment was increased.
In the order of samples # 1 → # 2 → # 3 → # 4, amorphous (amorphous) silicon and microcrystalline silicon decrease, and polycrystalline silicon increases (ie, increase in grain size and high crystallization). ) Is obvious. Here, AHA1 is a cleaning process of the substrate surface before film formation, and the original catalyst A
HA processing is AHA2-4.

【0081】また、図10は、各サンプルについての結
晶化率を多結晶性シリコン薄膜中の多結晶の有無につい
て比較して示すものである。これによれば、結晶化率は
サンプル#1→#2→#3→#4の順に高くなり、かつ
微結晶(Im)を含む方が高くなることが分かる。
FIG. 10 shows the crystallization ratio of each sample in comparison with the presence or absence of polycrystal in the polycrystalline silicon thin film. According to this, it is understood that the crystallization ratio increases in the order of samples # 1 → # 2 → # 3 → # 4, and that the ratio including microcrystals (Im) increases.

【0082】これらの結果は、本発明に基づく処理が高
結晶化率、大粒径の多結晶性半導体薄膜の形成にとって
非常に優れた方法であることを示すものである。
These results show that the treatment according to the present invention is a very excellent method for forming a polycrystalline semiconductor thin film having a high crystallization rate and a large grain size.

【0083】なお、本実施の形態において、上記の触媒
CVDでは、例えば0.4mmφタングステンワイヤー
の触媒体及びこれを支持している例えば0.8mmφモ
リブデンワイヤーの支持体(図示せず)の純度が問題と
なるが、従来の純度:3N(99.9wt%)を4N
(99.99wt%)以上、好ましくは5N(99.9
99wt%)又はそれ以上に純度を上げることにより、
触媒CVDによる多結晶性シリコン薄膜中の鉄、ニッケ
ル、クロム等の重金属汚染を低減できることが実証され
ている。図11(A)は純度3Nでの膜中の鉄、ニッケ
ル、クロム等の重金属濃度を示すが、これを5Nに高め
ることによって図11(B)に示すように鉄、ニッケ
ル、クロム等の重金属濃度を大幅に減らせることが判明
した。これにより、TFT特性の向上が可能となる。
In the present embodiment, in the above-mentioned catalytic CVD, the purity of the catalyst of 0.4 mmφ tungsten wire and the support of 0.8 mmφ molybdenum wire (not shown) supporting the same is obtained. Although there is a problem, the conventional purity: 3N (99.9 wt%) is changed to 4N.
(99.99 wt%) or more, preferably 5N (99.9 wt%).
99 wt%) or higher,
It has been demonstrated that heavy metal contamination such as iron, nickel and chromium in a polycrystalline silicon thin film by catalytic CVD can be reduced. FIG. 11 (A) shows the concentration of heavy metals such as iron, nickel and chromium in the film at a purity of 3N. By increasing this to 5N, heavy metals such as iron, nickel and chromium as shown in FIG. It has been found that the concentration can be significantly reduced. Thereby, the TFT characteristics can be improved.

【0084】<トップゲート型CMOSTFTの製造>
次に、本実施の形態によるトップゲート型CMOSTF
Tの製造例を示す。
<Manufacture of Top Gate Type CMOS TFT>
Next, the top gate type CMOSTF according to the present embodiment
The production example of T is shown.

【0085】まず、図1の(1)に示す石英ガラス、結
晶化ガラス、ほうけい酸ガラス、アルミノけい酸ガラス
などの絶縁基板1の少なくともTFT形成領域に、プラ
ズマCVD、バイアス又は非バイアス触媒CVD、減圧
CVD等の気相成長法により、保護用の窒化シリコン膜
及び酸化シリコン膜の積層膜からなる下地保護膜(図示
せず)を下記の条件で形成する(以下、同様)。
First, plasma CVD, biased or non-biased catalytic CVD is performed on at least a TFT forming region of an insulating substrate 1 such as quartz glass, crystallized glass, borosilicate glass, or aluminosilicate glass shown in FIG. Then, an underlying protective film (not shown) composed of a laminated film of a protective silicon nitride film and a silicon oxide film is formed under the following conditions by a vapor phase growth method such as low pressure CVD (the same applies hereinafter).

【0086】この場合、TFT形成のプロセス温度によ
ってガラス材質を使い分ける。200〜500℃の低温
の場合:ほうけい酸、アルミノけい酸ガラス等のガラス
基板(500×600×0.5〜1.1μm厚)、耐熱
性樹脂基板を用いてもよい。600〜1000℃の高温
の場合:石英ガラス、結晶化ガラス等の耐熱性ガラス基
板(6〜12インチφ、700〜800μm厚)を用い
てもよい。保護膜用の窒化シリコン膜はガラス基板から
のNaイオンストップのために形成するが、合成石英ガ
ラスを用いる場合は不要である。
In this case, a glass material is properly used depending on the process temperature of TFT formation. In the case of a low temperature of 200 to 500 ° C .: A glass substrate (500 × 600 × 0.5 to 1.1 μm thick) such as borosilicate or aluminosilicate glass, or a heat-resistant resin substrate may be used. High temperature of 600 to 1000 ° C .: A heat-resistant glass substrate (6 to 12 inches φ, 700 to 800 μm thick) such as quartz glass or crystallized glass may be used. The silicon nitride film for the protective film is formed to stop Na ions from the glass substrate, but is not required when using synthetic quartz glass.

【0087】また、バイアス又は非バイアス触媒CVD
を用いる場合、図5及び図6に示したと同様の装置が使
用可能であるが、触媒体の酸化劣化防止のために、水素
系キャリアガスを供給して触媒体を所定温度(約160
0〜1800℃、例えば約1700℃)に加熱し、成膜
後は触媒体を問題ない温度まで冷却して水素系キャリア
ガスをカットする必要がある。
Also, biased or non-biased catalytic CVD
In the case of using the catalyst, the same device as that shown in FIGS. 5 and 6 can be used. However, in order to prevent the catalyst from being oxidized and deteriorated, a hydrogen-based carrier gas is supplied to bring the catalyst into a predetermined temperature (about 160
After the film formation, the catalyst body needs to be cooled to a temperature at which there is no problem to cut off the hydrogen-based carrier gas.

【0088】成膜条件としては、チャンバ内に水素系キ
ャリアガス(水素、アルゴン+水素、ヘリウム+水素、
ネオン+水素等)を常時流し、流量と圧力、サセプタ温
度を下記の所定の値に制御する。 チャンバ内圧力:1〜15Pa程度、例えば10Pa サセプタ温度 :300〜400℃ 水素系キャリアガス流量(混合ガスの場合、水素は70
〜90モル%):50〜150SCCM
The film forming conditions are as follows: a hydrogen-based carrier gas (hydrogen, argon + hydrogen, helium + hydrogen,
Neon + hydrogen, etc.) is constantly flowed, and the flow rate, pressure, and susceptor temperature are controlled to the following predetermined values. Chamber pressure: about 1 to 15 Pa, for example, 10 Pa Susceptor temperature: 300 to 400 ° C. Hydrogen carrier gas flow rate (in the case of mixed gas, hydrogen is 70
-90 mol%): 50-150 SCCM

【0089】また、窒化シリコン膜は、次の条件で50
〜200nmの厚みに形成する。水素(H2)をキャリ
アガスとし、原料ガスとしてモノシラン(SiH4)に
アンモニア(NH3)を適量比率で混合して形成。 H2流量 :50〜150SCCM、 SiH4流量:1〜20SCCM、 NH3流量 :5〜60SCCM
The silicon nitride film has a thickness of 50
It is formed to a thickness of 200 nm. Hydrogen (H 2 ) is used as a carrier gas, and monosilane (SiH 4 ) is mixed with ammonia (NH 3 ) at an appropriate ratio as a source gas. H 2 flow rate: 50 to 150 SCCM, SiH 4 flow rate: 1 to 20 SCCM, NH 3 flow rate: 5 to 60 SCCM

【0090】また、酸化シリコン膜は、次の条件で50
〜100nmの厚みに形成する。水素(H2)をキャリ
アガス、原料ガスとしてモノシラン(SiH4)にHe
希釈O2を適量比率で混合して形成。 H2流量 :50〜150SCCM、 SiH4流量 :1〜20SCCM、 He希釈O2流量:1〜2SCCM
The silicon oxide film has a thickness of 50
It is formed to a thickness of about 100 nm. Hydrogen (H 2 ) is used as a carrier gas and a raw material gas, and monosilane (SiH 4 ) is used for He.
Formed by mixing diluted O 2 in appropriate ratio. H 2 flow rate: 50 to 150 SCCM, SiH 4 flow rate: 1 to 20 SCCM, He diluted O 2 flow rate: 1 to 2 SCCM

【0091】次いで、図1の(1)に示すように、本発
明に基づく触媒CVD法等により上記の保護膜上に、次
の条件でSiOx(0<x≦2)及び/又はSiN
y(0.1<y<1.4)からなる粒子状生成物含有の
低級結晶性シリコン(例えばアモルファスシリコン)1
00Aを5〜10nmの厚みに形成する。
Next, as shown in FIG. 1 (1), SiO x (0 <x ≦ 2) and / or SiN was formed on the protective film by the catalytic CVD method or the like based on the present invention under the following conditions.
y (0.1 <y <1.4) Lower crystalline silicon (eg, amorphous silicon) 1 containing a particulate product
00A is formed to a thickness of 5 to 10 nm.

【0092】SiOx(0<x≦2)含有アモルファス
シリコン膜は、5〜10nm形成する。水素(H2)を
キャリアガス、原料ガスとしてモノシラン(Si
4)、H2O又はHe希釈O2を適量比率混合して形
成。 H2流量 ;50〜100SCCM、 SiH4流量 ;1〜20SCCM、 H2O又はHe希釈O2流量 ;0.1〜0.2SCCM
The amorphous silicon film containing SiO x (0 <x ≦ 2) is formed to a thickness of 5 to 10 nm. Hydrogen (H 2 ) is used as a carrier gas and a source gas, and monosilane (Si) is used.
H 4 ), H 2 O or He diluted O 2 is formed by mixing an appropriate ratio. Flow rate of H 2; 50~100SCCM, SiH 4 flow rate; 1~20SCCM, H 2 O or He diluted O 2 flow rate; 0.1~0.2SCCM

【0093】SiNy(0.1<y<1.4)含有アモ
ルファスシリコン膜は、5〜10nm形成する。水素
(H2)をキャリアガス、原料ガスとしてモノシラン
(SiH4)にN2又はアンモニアを適量比率混合して形
成。 H2流量 ;50〜100SCCM、 SiH4流量 ;1〜10SCCM、 N2又はアンモニア流量;1〜10SCCM
The amorphous silicon film containing SiN y (0.1 <y <1.4) is formed to a thickness of 5 to 10 nm. Hydrogen (H 2 ) is used as a carrier gas and a raw material gas is formed by mixing monosilane (SiH 4 ) with N 2 or ammonia in an appropriate ratio. Flow rate of H 2; 50~100SCCM, SiH 4 flow rate; 1~10SCCM, N 2 or ammonia flow rate; 1~10SCCM

【0094】SiOx(0<x≦2)及びSiNy(0.
1<y<1.4)混在アモルファスシリコン膜は、5〜
10nm形成する。水素(H2)をキャリアガス、原料
ガスとしてモノシラン(SiH4)にN2O又はNO2
適量比率混合して形成。 H2流量 ;50〜100SCCM、 SiH4流量 ;1〜10SCCM、 N2O又はNO2又はNO流量;1〜10SCCM
SiO x (0 <x ≦ 2) and SiN y (0.
1 <y <1.4) Mixed amorphous silicon film
It is formed to a thickness of 10 nm. It is formed by mixing monosilane (SiH 4 ) with N 2 O or NO 2 at an appropriate ratio as hydrogen (H 2 ) as a carrier gas and a source gas. Flow rate of H 2; 50~100SCCM, SiH 4 flow rate; 1~10SCCM, N 2 O or NO 2 or NO flow rate; 1~10SCCM

【0095】次いで、図1の(2)に示すように、連続
して触媒AHA処理により、上記のSiOx又は/及び
SiNy含有のアモルファスシリコン膜100Aからア
モルファス構造のシリコンを選択的にエッチングし、更
に膜中に含有されるSiOxをSiとSiO及びH2O等
に分解し、又は/及び、SiNyをSiとNH3等に分解
することで、シリコン超微粒子を析出形成し、シリコン
超微粒子層100Bを形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, the silicon having an amorphous structure is selectively etched from the above-described amorphous silicon film 100A containing SiO x and / or SiN y by a continuous catalytic AHA treatment. Further, by decomposing SiO x contained in the film into Si, SiO and H 2 O, and / or decomposing SiN y into Si, NH 3 and the like, silicon ultrafine particles are deposited and formed. An ultrafine particle layer 100B is formed.

【0096】この触媒AHA処理は、触媒CVD法にお
いて原料ガスを供給しないで処理する方法であり、具体
的には、減圧下で、水素系キャリアガスを供給して触媒
体を所定温度(約1600〜1800℃、例えば約17
00℃設定)に加熱し、例えば300〜1000SCC
Mの水素系キャリアガスを供給して10〜50Paのガ
ス圧とし、大量の高温の水素系活性種(活性化水素イオ
ンなど)を発生させて、これらを基板上に形成した、例
えばSiOx(0<x≦2)及び/又はSiNy(0.1
<y<1.4)の粒子状生成物含有のアモルファス又は
微結晶シリコン膜100Aに吹き付ける。これにより大
量の高温の水素系活性種(活性化水素イオンなど)が有
する高い熱エネルギーがそれらの膜に移動して、それら
の膜温度を局部的に上昇させ、アモルファス又は微結晶
シリコン膜100Aに存在するアモルファス構造のシリ
コンを選択的にエッチングし、更に膜中に含有されるS
iOxをSiとSiO及びH2O等に分解し、又は/及
び、SiNyをSiとNH3等に分解することで、シリコ
ン超微粒子を析出形成し、多結晶性シリコン成長の核と
する。
This catalytic AHA treatment is a treatment method in which a raw material gas is not supplied in the catalytic CVD method. Specifically, a hydrogen-based carrier gas is supplied under reduced pressure to bring the catalyst to a predetermined temperature (about 1600). 11800 ° C., for example, about 17
(Set to 00 ° C), for example, 300 to 1000 SCC
A hydrogen-based carrier gas of M is supplied to a gas pressure of 10 to 50 Pa to generate a large amount of high-temperature hydrogen-based active species (eg, activated hydrogen ions), and these are formed on a substrate, for example, SiO x ( 0 <x ≦ 2) and / or SiN y (0.1
It is sprayed on the amorphous or microcrystalline silicon film 100A containing the particulate product of <y <1.4). As a result, the high thermal energy of a large amount of high-temperature hydrogen-based active species (eg, activated hydrogen ions) is transferred to those films, and the film temperatures are locally increased, and the amorphous or microcrystalline silicon film 100A The existing amorphous silicon is selectively etched, and the S contained in the film is further removed.
By decomposing io x into Si and SiO and H 2 O and / or decomposing SiN y into Si and NH 3 and the like, silicon ultra-fine particles are deposited and formed, and used as a nucleus for polycrystalline silicon growth. .

【0097】次いで、図1の(3)に示すように、連続
して触媒CVD法(或いはマルチ触媒AHA処理)によ
って、例えば周期表IV族元素、例えば錫を1015ato
ms/cc以上、好ましくは1018〜1020atoms
/ccドープした(これはCVD時又は成膜後のイオン
注入によってドープしてよい。)多結晶性シリコン薄膜
7をシリコン超微粒子層100Bをシードに50〜10
0nm厚、例えば50nm厚に気相成長させる。但し、
この錫のドーピングは必ずしも必要ではない(以下、同
様)。
Then, as shown in FIG. 1C, for example, a group IV element of the periodic table, for example, tin, for example, is subjected to a catalytic CVD method (or a multi-catalyst AHA treatment) at 10 15 atom.
ms / cc or more, preferably 10 18 to 10 20 atoms
/ Cc doped (this may be doped by CVD or ion implantation after film formation).
Vapor phase growth is performed to a thickness of 0 nm, for example, 50 nm. However,
This tin doping is not always necessary (the same applies hereinafter).

【0098】このとき、必要に応じて、モノシランにn
型不純物(燐、ひ素、アンチモン)又はp型不純物(ボ
ロン等)を適量添加、例えば1015〜1018atoms
/cc含有させて、n型又はp型の多結晶性シリコン薄
膜を形成してもよい。また、シリコン超微粒子100B
上に、バイアス又は非バイアス触媒CVDにより微結晶
シリコン又は多結晶性シリコン薄膜を10〜30nm厚
に成長させた後、触媒AHA処理し、更にその上にバイ
アス又は非バイアス触媒CVDにより多結晶性シリコン
を10〜30nm厚に成長させ、更に触媒AHA処理
し、更にその上にバイアス又は非バイアス触媒CVDに
よりアモルファスシリコン又は微結晶シリコン又は多結
晶性シリコン薄膜を10〜30nm厚に成長させ、更に
触媒AHA処理してもよい。この方法によって、より高
結晶化率でより大きい粒径のより厚い膜の多結晶性シリ
コン薄膜を形成できる。
At this time, if necessary, n is added to the monosilane.
-Type impurities (phosphorus, arsenic, antimony) or p-type impurities (boron, etc.) are added in an appropriate amount, for example, 10 15 to 10 18 atoms.
/ Cc to form an n-type or p-type polycrystalline silicon thin film. Also, silicon ultra fine particles 100B
After growing a microcrystalline silicon or polycrystalline silicon thin film to a thickness of 10 to 30 nm by bias or non-bias catalytic CVD, a catalytic AHA treatment is performed thereon, and then polycrystalline silicon by bias or non-bias catalytic CVD. Is grown to a thickness of 10 to 30 nm, further treated with a catalyst AHA, and further grown on the amorphous or microcrystalline silicon or polycrystalline silicon thin film by a biased or non-biased catalytic CVD to a thickness of 10 to 30 nm. May be processed. According to this method, a polycrystalline silicon thin film having a higher crystallization ratio and a larger thickness and a larger thickness can be formed.

【0099】この場合、図5及び図6に示した装置を用
い、上記のバイアス又は非バイアス触媒CVDにより下
記の条件で例えば錫ドープの多結晶性シリコンを気相成
長させ、しかる後に下記の条件で触媒AHA処理を行っ
てアニールし、多結晶性シリコン薄膜をより多結晶化
し、これらのバイアス又は非バイアス触媒CVDと触媒
AHA処理とを繰り返して50nm厚の多結晶性シリコ
ン薄膜7を形成してよい。例えば、バイアス又は非バイ
アス触媒CVDで10〜30nm厚の膜を成長させ、触
媒AHA処理後、バイアス又は非バイアス触媒CVDで
10〜30nm厚の膜を成長させ、更に触媒AHA処理
後に、バイアス又は非バイアス触媒CVDで10〜30
nm厚の膜を成長させて、最終的に目的とする膜厚の多
結晶性シリコン膜を得る。
In this case, for example, tin-doped polycrystalline silicon is vapor-phase grown under the following conditions by the above-described biased or non-biased catalytic CVD using the apparatus shown in FIGS. The catalyst AHA treatment is performed and annealed to make the polycrystalline silicon thin film more polycrystalline, and these biased or non-biased catalytic CVD and the catalyst AHA treatment are repeated to form a polycrystalline silicon thin film 7 having a thickness of 50 nm. Good. For example, a film having a thickness of 10 to 30 nm is grown by biased or non-biased catalytic CVD, and a film having a thickness of 10 to 30 nm is grown by biased or non-biased catalytic CVD after the catalytic AHA treatment. 10 to 30 by bias catalytic CVD
A film having a thickness of nm is grown to finally obtain a polycrystalline silicon film having a desired film thickness.

【0100】触媒CVDによる錫含有多結晶性シリコン
の成膜:水素(H2)をキャリアガス、原料ガスとして
モノシラン(SiH4)、水素化錫(SnH4)等を適量
比率で混合して形成。H2流量:50〜150SCC
M、SiH4流量:1〜20SCCM、SnH4流量:1
〜20SCCM。この時、原料ガスのシラン系ガス(シ
ラン又はジシラン又はトリシラン等)に、n型のリン又
はひ素又はアンチモン等を適量混入したり、又はp型の
ボロン等を適量混入することにより、任意のn又はp型
不純物キャリア濃度の錫含有多結晶性シリコン薄膜を形
成してもよい。 n型化の場合:ホスフィン(PH3)、アルシン(As
3)、スチビン(SbH3) p型化の場合:ジボラン(B26
Film formation of tin-containing polycrystalline silicon by catalytic CVD: formed by mixing hydrogen (H 2 ) as a carrier gas and monosilane (SiH 4 ), tin hydride (SnH 4 ) and the like in an appropriate ratio as a raw material gas. . H 2 flow rate: 50~150SCC
M, SiH 4 flow rate: 1 to 20 SCCM, SnH 4 flow rate: 1
~ 20 SCCM. At this time, by mixing an appropriate amount of n-type phosphorus, arsenic, antimony, or the like, or a suitable amount of p-type boron, etc., into a silane-based gas (silane, disilane, trisilane, or the like) as a raw material gas, Alternatively, a tin-containing polycrystalline silicon thin film having a p-type impurity carrier concentration may be formed. In the case of n-type conversion: phosphine (PH 3 ), arsine (As)
H 3), stibine (SbH 3) for p-type: diborane (B 2 H 6)

【0101】触媒AHA処理:触媒AHA処理は、触媒
CVDにおいて原料ガスを供給しない方法であり、具体
的には、減圧下で、水素系キャリアガスをガス流量30
0〜1000SCCM、ガス圧10〜50Paで供給し
て触媒体を所定温度(約1600〜1800℃、例えば
約1700℃)に加熱し、大量の高温の水素系活性種
(水素分子、水素原子、活性化水素イオン等)を発生さ
せ、これらを基板上に形成した例えば多結晶性シリコン
膜に吹き付ける。これにより、水素系活性種(水素分
子、水素原子、活性化水素イオン等)が有する熱エネル
ギーがそれらの膜に移動して、それらの膜温度を上昇さ
せ、アモルファスシリコンや微結晶シリコン薄膜のとき
には水素系活性種の還元作用によりアモルファス構造の
シリコンが選択的にエッチングされてこれらは多結晶化
し、多結晶性シリコン薄膜は高結晶化して、高結晶化率
で大粒径の錫含有多結晶性シリコン膜化し、錫等のIV族
元素の効果によりその結晶粒界に存在する不整及びスト
レスを低減し、高キャリア移動度及び高品質の錫含有多
結晶性シリコン薄膜を形成することができる。
Catalytic AHA treatment: Catalytic AHA treatment is a method in which a raw material gas is not supplied in catalytic CVD. Specifically, a hydrogen-based carrier gas is supplied at a gas flow rate of 30 under reduced pressure.
The catalyst is heated at a predetermined temperature (about 1600 to 1800 ° C., for example, about 1700 ° C.) by supplying the catalyst at 0 to 1000 SCCM and a gas pressure of 10 to 50 Pa, and a large amount of high-temperature hydrogen-based active species (hydrogen molecules, hydrogen atoms, active Hydrogen ions and the like are sprayed onto, for example, a polycrystalline silicon film formed on the substrate. As a result, the thermal energy of the hydrogen-based active species (hydrogen molecules, hydrogen atoms, activated hydrogen ions, etc.) moves to those films and raises their film temperatures, and in the case of amorphous silicon or microcrystalline silicon thin films, The amorphous structure silicon is selectively etched by the reduction action of hydrogen-based active species, and these are polycrystallized. The polycrystalline silicon thin film is highly crystallized, and the tin-containing polycrystal having a high crystallization rate and a large grain size is obtained. A silicon film is formed, and irregularities and stress existing at the crystal grain boundaries are reduced by the effect of a group IV element such as tin, so that a tin-containing polycrystalline silicon thin film having high carrier mobility and high quality can be formed.

【0102】また、上記の水素系活性種等は、多結晶性
シリコン等の薄膜上又は膜内にシリコン酸化物が存在し
たときにこれと還元反応してSiO等を生成し、蒸発除
去させるので、それらの膜上又は膜内のシリコン酸化物
を減少/除去させることができ、高キャリア移動度及び
高品質の多結晶性シリコン薄膜を形成できる。この触媒
AHA処理を後述のゲートチャンネル/ソース/ドレイ
ン形成後に行うと、大量の高温の水素系活性種等が有す
る熱エネルギーがそれらの膜に移動して、それらの膜温
度を上昇させ、結晶化促進と同時にゲートチャンネル/
ソース/ドレイン領域に注入されたキャリア不純物
(燐、ひ素、ボロン等)がイオン活性化される。
The above-mentioned hydrogen-based active species and the like, when a silicon oxide is present on or in a thin film of polycrystalline silicon or the like, undergo a reduction reaction with the silicon oxide to produce SiO or the like, which is removed by evaporation. , Silicon oxide on or in those films can be reduced / removed, and a high carrier mobility and high quality polycrystalline silicon thin film can be formed. If this catalytic AHA treatment is performed after the formation of the gate channel / source / drain described later, a large amount of high-temperature hydrogen-based active species and the like transfer heat energy to the films, raise the film temperatures, and cause crystallization. Gate channel at the same time as promotion /
Carrier impurities (phosphorus, arsenic, boron, etc.) implanted in the source / drain regions are ion-activated.

【0103】なお、上記の各膜を同一のチャンバで形成
する場合は、水素系キャリアガスを常時供給し、触媒体
を所定温度に加熱してスタンバイをしておき、次のよう
に処理してよい。
When each of the above films is formed in the same chamber, a hydrogen-based carrier gas is constantly supplied, the catalyst is heated to a predetermined temperature, and a standby is performed. Good.

【0104】モノシランにアンモニアを適当比率で混合
して所定膜厚の窒化シリコン膜を形成し、前の原料ガス
を十分に排出した後に、連続してモノシランとHe希釈
2を適当比率で混合して所定膜厚の酸化シリコン膜を
形成し、前の原料ガス等を十分に排出した後に、連続し
てモノシランとSnH4、又はモノシランとH2O、
2、N2O等を適量比率で混合して、所定膜厚のSiO
x又は/及びSiNy粒子状生成物含有のアモルファス又
は微結晶シリコン薄膜、又は所定膜厚の錫含有多結晶性
シリコン薄膜を形成し、前の原料ガスを十分に排出した
後に、連続して原料ガスをカットして触媒AHA処理に
よりシリコン薄膜をシリコン超微粒子化し、或いは錫含
有多結晶性シリコン薄膜をより高結晶化させ、必要に応
じて前の原料ガスを十分に排出した後に、連続してモノ
シランとHe希釈O2を適当比率で混合して所定膜厚の
酸化シリコン膜を形成する。成膜後は原料ガスをカット
し、触媒体を問題ない温度まで冷却して水素系キャリア
ガスをカットする。この時、絶縁膜形成時の原料ガスは
傾斜減少又は傾斜増加させて、傾斜接合の絶縁膜として
もよい。
Mixing monosilane with ammonia at an appropriate ratio
To form a silicon nitride film of a predetermined thickness,
After fully draining, continuously dilute monosilane and He
OTwoAre mixed in an appropriate ratio to form a silicon oxide film of a predetermined thickness.
After forming and exhausting the previous raw material gas etc.
Monosilane and SnHFourOr monosilane and HTwoO,
N Two, NTwoO and the like are mixed in an appropriate ratio to form
xOr / and SiNyAmorphous or particulate products
Is a microcrystalline silicon thin film or a tin-containing polycrystalline material with a predetermined thickness
Formed a silicon thin film and exhausted the previous source gas sufficiently
Later, the raw material gas is cut continuously for catalytic AHA treatment
The silicon thin film is made into ultrafine silicon particles or contains tin.
Higher crystallization of polycrystalline silicon thin film
After the previous source gas has been sufficiently exhausted,
Silane and He diluted OTwoAre mixed in an appropriate ratio and
A silicon oxide film is formed. After film formation, cut the source gas
And cool the catalyst to a temperature that does not cause a problem.
Cut off the gas. At this time, the source gas for forming the insulating film is
Increasing or decreasing the slope, as an insulating film for the slope junction
Is also good.

【0105】或いは、それぞれ独立したチャンバで形成
する場合は、各チャンバ内に水素系キャリアガスを常時
供給し、触媒体を所定温度に加熱してスタンバイしてお
き、次のように処理してよい。Aチャンバに移し、モノ
シランにアンモニアを適量比率で混合して所定膜厚の窒
化シリコン膜を形成する。次にBチャンバに移し、モノ
シランにHe希釈O2を適量比率で混合して酸化シリコ
ン膜を形成する。次にCチャンバに移し、モノシランと
SnH4、又はモノシランとH2O、N2、N2O等を適量
比率で混合して、SiOx又はSiNy粒子状生成物含有
のアモルファス又は微結晶シリコン薄膜、又は錫含有の
多結晶性シリコン薄膜を形成し、連続して(或いは別の
チャンバで)水素系キャリアガスによる触媒AHA処理
により、シリコン超微粒子化し、或いは錫含有の多結晶
性シリコン薄膜をより高結晶化する。必要に応じて次に
Bチャンバに移し、モノシランにHe希釈O2を適量比
率で混合して酸化シリコン膜を形成する。成膜後は原料
ガスをカットし、触媒体を問題ない温度まで冷却して水
素系キャリアガスをカットする。この時に、それぞれの
チャンバ内に水素系キャリアガスとそれぞれの原料ガス
を常時供給して、スタンバイの状態にしておいてもよ
い。
Alternatively, when formed in independent chambers, a hydrogen-based carrier gas may be constantly supplied into each chamber, the catalyst may be heated to a predetermined temperature, and a standby may be performed. . The wafer is transferred to the chamber A, and ammonia is mixed with monosilane in an appropriate ratio to form a silicon nitride film having a predetermined thickness. Next, the chamber is moved to the B chamber, and He-diluted O 2 is mixed with monosilane at an appropriate ratio to form a silicon oxide film. Next, the mixture is transferred to a C chamber, and monosilane and SnH 4 , or monosilane and H 2 O, N 2 , N 2 O, etc. are mixed at an appropriate ratio, and amorphous or microcrystalline silicon containing SiO x or SiN y particulate products is mixed. A thin film or a tin-containing polycrystalline silicon thin film is formed, and continuously (or in another chamber) is subjected to catalytic AHA treatment with a hydrogen-based carrier gas to form ultrafine silicon particles, or a tin-containing polycrystalline silicon thin film. Higher crystallization. Then, the silicon oxide film is transferred to the chamber B if necessary, and He diluted O 2 is mixed with monosilane at an appropriate ratio to form a silicon oxide film. After the film formation, the raw material gas is cut, and the catalyst body is cooled to a temperature at which there is no problem to cut the hydrogen-based carrier gas. At this time, the hydrogen-based carrier gas and the respective source gases may be constantly supplied into the respective chambers so as to be in a standby state.

【0106】そして次に、多結晶性シリコン薄膜7をソ
ース、チャンネル及びドレイン領域とするMOSTFT
の作製を行なう。
Next, a MOSTFT using the polycrystalline silicon thin film 7 as a source, channel and drain region
Is made.

【0107】即ち、図2の(4)に示すように、汎用フ
ォトリソグラフィ及びエッチングにより多結晶性シリコ
ン薄膜7をアイランド化した後、nMOSTFT用のチ
ャンネル領域の不純物濃度制御によるしきい値(Vth
の最適化のために、pMOSTFT部をフォトレジスト
9でマスクし、イオン注入又はイオンドーピングにより
p型不純物イオン(例えばボロンイオン)10を例えば
5×1011atoms/cm2のドーズ量でドーピング
し、1×1017atoms/ccのアクセプタ濃度に設
定し、多結晶性シリコン薄膜7の導電型をp型化した多
結晶性シリコン薄膜11とする。
That is, as shown in (4) of FIG. 2, after the polycrystalline silicon thin film 7 is formed into islands by general-purpose photolithography and etching, the threshold (V th) by controlling the impurity concentration of the channel region for the nMOS TFT is obtained. )
In order to optimize the above, the pMOSTFT portion is masked with a photoresist 9 and a p-type impurity ion (for example, boron ion) 10 is doped by ion implantation or ion doping at a dose of, for example, 5 × 10 11 atoms / cm 2 . The acceptor concentration is set to 1 × 10 17 atoms / cc, and the polycrystalline silicon thin film 7 is made to be a p-type polycrystalline silicon thin film 11.

【0108】次いで、図2の(5)に示すように、pM
OSTFT用のチャンネル領域の不純物濃度制御による
thの最適化のために、今度はnMOSTFT部をフォ
トレジスト12でマスクし、イオン注入又はイオンドー
ピングによりn型不純物イオン(例えば燐イオン)13
を例えば1×1012atoms/cm2のドーズ量でド
ーピングし、2×1017atoms/ccのドナー濃度
に設定し、多結晶性シリコン薄膜7の導電型をn型化し
た多結晶性シリコン薄膜14とする。尚、多結晶性シリ
コン薄膜7の上に酸化シリコン膜がある場合は除去し
て、しきい値(V th)の最適化のイオン注入又はイオン
ドーピングしてもよい。
Next, as shown in (5) of FIG.
By controlling the impurity concentration of the channel region for the OSTFT
VthIn order to optimize the
Mask with photoresist 12 and perform ion implantation or ion doping.
N-type impurity ions (eg, phosphorus ions) 13
For example 1 × 1012atoms / cmTwoOf dose
2 × 1017Donors concentration of atoms / cc
And the conductivity type of the polycrystalline silicon thin film 7 is changed to n-type.
The polycrystalline silicon thin film 14 is obtained. In addition, polycrystalline silicon
If there is a silicon oxide film on the thin film 7, remove it.
And the threshold (V th) Optimization of ion implantation or ion
It may be doped.

【0109】次いで、図3の(6)に示すように、必要
あれば結晶化促進と膜中の不純物の活性化のために上記
の触媒AHA処理を行なった後、触媒CVD等によりゲ
ート絶縁膜の酸化シリコン膜50nm厚8を形成した
後、ゲート電極材料としてのリンドープド多結晶シリコ
ン膜15を例えば2〜20SCCMのPH3及び20S
CCMのモノシランの供給下での上記と同様の触媒CV
D法によって厚さ例えば400nm厚に堆積させる。
Next, as shown in FIG. 3 (6), if necessary, the above-mentioned catalytic AHA treatment is performed to promote crystallization and activate the impurities in the film, and then the gate insulating film is subjected to catalytic CVD or the like. silicon oxide film after forming the 50nm thickness 8, of the Rindopudo polycrystalline silicon film 15 as a gate electrode material, such 2~20SCCM PH 3 and 20S of
Catalyst CV as described above under supply of CCM monosilane
It is deposited to a thickness of, for example, 400 nm by the D method.

【0110】次いで、図3の(7)に示すように、フォ
トレジスト16を所定パターンに形成し、これをマスク
にしてリンドープド多結晶シリコン膜15をゲート電極
形状にパターニングし、更に、必要に応じてフォトレジ
スト16の除去後に図3の(8)に示すように、例えば
触媒CVD等によりゲート電極用保護膜の酸化シリコン
膜17を20〜30nm厚に形成する。
Next, as shown in FIG. 3 (7), a photoresist 16 is formed in a predetermined pattern, and the photoresist 16 is used as a mask to pattern the phosphorus-doped polycrystalline silicon film 15 into a gate electrode shape. After removing the photoresist 16, a silicon oxide film 17 as a gate electrode protective film is formed to a thickness of 20 to 30 nm by, for example, catalytic CVD or the like, as shown in FIG.

【0111】次いで、図3の(9)に示すように、pM
OSTFT部をフォトレジスト18でマスクし、イオン
注入又はイオンドーピングによりn型不純物である例え
ば燐イオン19を例えば1×1015atoms/cm2
のドーズ量でドーピングし、2×1020atoms/c
cのドナー濃度に設定し、nMOSTFTのn+型ソー
ス領域20及びドレイン領域21をそれぞれ形成する。
Next, as shown in (9) of FIG.
The OSTFT portion is masked with a photoresist 18 and, for example, phosphorus ions 19 which are n-type impurities are ion-implanted or ion-doped, for example, at 1 × 10 15 atoms / cm 2.
2 × 10 20 atoms / c
By setting the donor concentration to c, the n + -type source region 20 and the drain region 21 of the nMOS TFT are formed.

【0112】次いで、図4の(10)に示すように、n
MOSTFT部をフォトレジスト22でマスクし、イオ
ン注入又はイオンドーピングによりp型不純物である例
えばボロンイオン23を例えば1×1015atoms/
cm2のドーズ量でドーピングし、2×1020atom
s/ccのアクセプタ濃度に設定し、pMOSTFTの
+型ソース領域24及びドレイン領域25をそれぞれ
形成する。
Next, as shown in FIG. 4 (10), n
The MOSTFT portion is masked with a photoresist 22, and for example, boron ions 23, which are p-type impurities, are ion-implanted or ion-doped, for example, at 1 × 10 15 atoms / cm 2.
doping with a dose of cm 2 , and 2 × 10 20 atoms
An acceptor concentration of s / cc is set, and p + -type source region 24 and drain region 25 of the pMOS TFT are formed.

【0113】こうしてゲート、ソース及びドレインを形
成するが、これらは上記したプロセス以外の方法で形成
することが可能である。
The gate, the source, and the drain are formed in this manner, and these can be formed by a method other than the above-described process.

【0114】即ち、図1の(3)の工程後に、多結晶性
シリコン薄膜7をpMOSTFTとnMOSTFT領域
にアイランド化し、pMOSTFT領域にイオン注入又
はイオンドーピングでn型不純物、例えば燐イオンを1
×1012atoms/cm2のドーズ量でドーピング
し、2×1017atoms/ccのドナー濃度に設定
し、nMOSTFT領域にp型不純物、例えばボロンイ
オンを5×1011atoms/cm2のドーズ量でドー
ピングし、1×1017atoms/ccのアクセプタ濃
度に設定し、各チャンネル領域の不純物濃度を制御し、
thを最適化する。
That is, after the step (3) in FIG. 1, the polycrystalline silicon thin film 7 is made into islands in pMOSTFT and nMOSTFT regions, and n-type impurities, for example, phosphorus ions are implanted into the pMOSTFT region by ion implantation or ion doping.
Doping is performed at a dose of × 10 12 atoms / cm 2 , a donor concentration of 2 × 10 17 atoms / cc is set, and a p-type impurity, for example, boron ion is dosed at a dose of 5 × 10 11 atoms / cm 2 in the nMOSTFT region. To set the acceptor concentration to 1 × 10 17 atoms / cc, and to control the impurity concentration of each channel region,
V th is optimized.

【0115】そして、次いで、汎用フォトリソグラフィ
技術により、フォトレジストマスクで各ソース/ドレイ
ン領域を形成する。nMOSTFTの場合、イオン注入
又はイオンドーピング法によりn型不純物、例えばひ
素、燐イオンを1×1015atoms/cm2のドーズ
量でドーピングして、2×1020atoms/ccのド
ナー濃度に設定し、pMOSTFTの場合、イオン注入
又はイオンドーピング法によりp型不純物、例えばボロ
ンイオンを1×1015atoms/cm2のドーズ量で
ドーピングして、2×1020atoms/ccのアクセ
プタ濃度に設定する。
Then, each source / drain region is formed by a general-purpose photolithography technique using a photoresist mask. In the case of an nMOSTFT, an n-type impurity, for example, arsenic or phosphorus ions is doped at a dose of 1 × 10 15 atoms / cm 2 by ion implantation or ion doping to set a donor concentration of 2 × 10 20 atoms / cc. In the case of a pMOS TFT, a p-type impurity, for example, boron ion is doped at a dose of 1 × 10 15 atoms / cm 2 by ion implantation or ion doping to set an acceptor concentration of 2 × 10 20 atoms / cc.

【0116】しかる後、必要あれば膜中の不純物の活性
化のために触媒AHA処理を行った後、ゲート絶縁膜と
して酸化シリコン膜を形成するが、必要に応じて連続し
て窒化シリコン膜と酸化シリコン膜を形成する。即ち、
必要に応じて、触媒AHA処理後に連続してバイアス又
は非バイアス触媒CVD法により、水素系キャリアガス
とモノシランにHe希釈O2を適量比率で混合して酸化
シリコン膜8を20〜30nm厚に形成し、必要に応じ
て水素系キャリアガスとモノシランにNH3を適量比率
で混合して窒化シリコン膜を10〜20nm厚に形成
し、更に前記の条件で酸化シリコン膜を20〜30nm
厚に形成する。この後は、上記と同様の汎用の触媒CV
D法、フォトリソグラフィ技術によりゲート電極を形成
する。
Thereafter, if necessary, a catalytic AHA treatment is performed to activate impurities in the film, and then a silicon oxide film is formed as a gate insulating film. A silicon oxide film is formed. That is,
If necessary, a silicon oxide film 8 is formed in a thickness of 20 to 30 nm by mixing a hydrogen-based carrier gas and monosilane with He diluted O 2 at an appropriate ratio by a bias or non-bias catalytic CVD method continuously after the catalyst AHA treatment. Then, if necessary, a hydrogen-based carrier gas and monosilane are mixed with NH 3 at an appropriate ratio to form a silicon nitride film with a thickness of 10 to 20 nm, and further, a silicon oxide film with a thickness of 20 to 30 nm under the above conditions.
It is formed thick. Thereafter, the same general-purpose catalyst CV as described above is used.
A gate electrode is formed by a method D or a photolithography technique.

【0117】ゲート、ソース及びドレイン形成後は、図
4の(11)に示すように、全面に上記したと同様の触
媒CVD法等によって、水素系キャリアガス150SC
CMを共通として、1〜2SCCMのヘリウムガス希釈
のO2、15〜20SCCMのモノシラン供給下で酸化
シリコン膜26を例えば100〜200nm厚に、1〜
20SCCMのPH3、1〜2SCCMのヘリウム希釈
のO2、15〜20SCCMのモノシラン供給下でフォ
スフィンシリケートガラス(PSG)膜27を300〜
400nm厚に形成し、50〜60SCCMのNH3
15〜20SCCMのモノシラン供給下で窒化シリコン
膜28を例えば100〜200nm厚に形成し、積層絶
縁膜を形成する。その後に、例えば約1000℃で20
〜30秒のRTA(Rapid Thermal Anneal)処理でイオ
ン活性化させ、各領域に設定したキャリア不純物濃度と
する。
After the formation of the gate, source and drain, as shown in FIG. 4 (11), the hydrogen-based carrier gas 150 SC is formed on the entire surface by the same catalytic CVD method as described above.
With the common CM, the silicon oxide film 26 is formed to a thickness of, for example, 100 to 200 nm under the supply of O 2 diluted with 1 to 2 SCCM of helium gas and 15 to 20 SCCM of monosilane.
A phosphine silicate glass (PSG) film 27 is formed by supplying 20 SCCM PH 3 , 1-2 SCCM helium diluted O 2 , and 15-20 SCCM monosilane.
Formed to a thickness of 400 nm, with NH 3 of 50-60 SCCM,
The silicon nitride film 28 is formed to a thickness of, for example, 100 to 200 nm under a supply of monosilane of 15 to 20 SCCM to form a laminated insulating film. Then, for example, at about 1000 ° C. for 20 minutes
Ions are activated by RTA (Rapid Thermal Anneal) treatment for up to 30 seconds, and the carrier impurity concentration is set in each region.

【0118】次いで、図4の(12)に示すように、上
記の絶縁膜の所定位置にコンタクト窓開けを行い、各コ
ンタクトホールを含む全面に1%Si入りアルミニウム
等の電極材料をスパッタ法等で1μmの厚みに堆積し、
これをパターニングして、pMOSTFT及びnMOS
TFTのそれぞれのソース又はドレイン電極29(S又
はD)とゲート取出し電極又は配線30(G)を形成
し、トップゲート型のCMOSTFTを形成する。この
後に、フォーミングガス中で400℃、1hの水素化及
びシンター処理する。
Next, as shown in (12) of FIG. 4, a contact window is opened at a predetermined position of the insulating film, and an electrode material such as aluminum containing 1% Si is sputtered on the entire surface including each contact hole by sputtering or the like. To a thickness of 1 μm,
By patterning this, pMOSTFT and nMOS
A source or drain electrode 29 (S or D) and a gate extraction electrode or wiring 30 (G) of each TFT are formed to form a top gate type CMOS TFT. Thereafter, hydrogenation and sintering are performed at 400 ° C. for 1 hour in a forming gas.

【0119】なお、上記のゲート電極の形成に代えて、
全面にMo−Ta合金等の耐熱性金属のスパッタ膜40
0〜500nm厚を形成し、汎用フォトリソグラフィ及
びエッチング技術により、nMOSTFT及びpMOS
TFTのゲート電極を形成してよい。
Note that instead of forming the gate electrode,
Sputtered film 40 of heat-resistant metal such as Mo-Ta alloy on the entire surface
A thickness of 0 to 500 nm is formed, and nMOSTFT and pMOS are formed by general-purpose photolithography and etching technology.
A gate electrode of a TFT may be formed.

【0120】上述したように、本実施の形態によれば、
下記(a)〜(m)の優れた作用効果を得ることができ
る。
As described above, according to the present embodiment,
The following excellent effects (a) to (m) can be obtained.

【0121】(a)上記の触媒AHA処理は、10〜5
0Paの水素系キャリアガス圧下で、水素系キャリアガ
スを高温触媒体(例えばタングステン、1500〜20
00℃)に接触させて、大量の高温の水素系活性種(水
素系分子、水素系原子、活性化水素イオン等)を形成
し、絶縁性基板上に形成したSiOx又は/及びSiNy
粒子状生成物含有のアモルファス又は微結晶シリコン薄
膜に吹き付けると(基板温度300〜400℃)、従来
のRF/VHFプラズマ水素処理やECRプラズマ水素
処理に比べて、高いエネルギーの高温の水素系活性種等
が有する大量の熱エネルギーが効率良くその膜等に移動
して、その膜等の温度を効率良くかつ均一性良く上昇さ
せる。これによって、アモルファスシリコン膜や微結晶
シリコン膜等は、水素系活性種の還元作用によりアモル
ファス構造のシリコンが高いエッチングレートで選択的
にエッチング除去され、更に、膜中に含有されるSiO
xがSiとSiOやH2O等に分解し、又、膜中に含有さ
れるSiNyがSiとNH3等に分解して効率良く高品質
のシリコン超微粒子が形成され、これを次の多結晶性シ
リコン等の結晶成長の核(シード)として有効に働かせ
ることができる。このとき、シリコン超微粒子は粒径は
1nm以上、好ましくは1〜10nm、個数は1個/μ
2以上、好ましくは1〜100個/μm2で点在してい
るのが望ましい。
(A) The above catalyst AHA treatment is
Under a hydrogen-based carrier gas pressure of 0 Pa, a hydrogen-based carrier gas is supplied to a high-temperature catalyst (for example, tungsten,
(00 ° C.) to form a large amount of high-temperature hydrogen-based active species (hydrogen-based molecules, hydrogen-based atoms, activated hydrogen ions, etc.), and form SiO x and / or SiN y on the insulating substrate.
When sprayed on an amorphous or microcrystalline silicon thin film containing a particulate product (at a substrate temperature of 300 to 400 ° C.), a high-energy, high-temperature hydrogen-based active species is obtained as compared with conventional RF / VHF plasma hydrogen treatment or ECR plasma hydrogen treatment. A large amount of heat energy of the film or the like efficiently moves to the film or the like, and increases the temperature of the film or the like efficiently and uniformly. As a result, the amorphous silicon film, the microcrystalline silicon film, and the like are selectively etched away at a high etching rate by the reduction action of the hydrogen-based active species, and the silicon contained in the film is further removed.
x decomposes into Si and SiO, H 2 O and the like, and SiN y contained in the film decomposes into Si and NH 3 and the like to efficiently form high-quality silicon ultrafine particles. It can effectively work as a nucleus (seed) for crystal growth of polycrystalline silicon or the like. At this time, the ultrafine silicon particles have a particle size of 1 nm or more, preferably 1 to 10 nm, and the number is 1 / μ.
m 2 or more, preferably 1 to 100 / μm 2 .

【0122】(b)触媒AHA処理は、従来のRF/V
HFプラズマ水素処理やECRプラズマ水素処理に比
べ、高いエッチングレートでアモルファス構造のシリコ
ンをエッチングして大粒径多結晶性シリコン膜を形成
し、そのキャリア移動度の向上を図れる。即ち、触媒A
HA処理されて得られるシリコン超微粒子をシードとし
て、この上に半導体材料薄膜が多結晶化され易い状態で
(多結晶性半導体薄膜として)成長し易くなり、特に次
の触媒AHA処理及び気相成長により、上記多結晶性半
導体薄膜上に気相成長されたシリコン膜等はこの多結晶
性半導体薄膜をシードとして結晶化が促進されるので、
目的とする高級結晶化率、高品質の多結晶性半導体薄膜
を得ることができる。即ち、触媒AHA処理により、例
えばバイアス又は非バイアス触媒CVDで成膜された微
結晶シリコン膜にアモルファス構造のシリコンが存在し
ていると、これが水素系活性種によりエッチング除去さ
れてシリコン超微粒子が形成され、その上に気相成長す
るシリコン膜は下地のシリコン超微粒子をシード(核)
にしてより多結晶性シリコン膜化し易く、更には、同様
の触媒AHA処理と気相成長とを繰り返すと、大量の高
温の水素系活性種等が有する熱エネルギーがその膜等に
移動して、その膜等の温度を上昇させ、水素系活性種の
還元作用によりアモルファスシリコンや微結晶シリコン
薄膜は多結晶化し、多結晶性シリコン薄膜は高結晶化し
て、高結晶化率、大粒径の多結晶性シリコン薄膜を形成
することができる。
(B) The catalyst AHA treatment is performed using the conventional RF / V
Compared with HF plasma hydrogen treatment or ECR plasma hydrogen treatment, amorphous silicon is etched at a higher etching rate to form a large-diameter polycrystalline silicon film, and the carrier mobility can be improved. That is, the catalyst A
Using the silicon ultrafine particles obtained by the HA treatment as a seed, a semiconductor material thin film is easily grown thereon as a polycrystalline semiconductor thin film (as a polycrystalline semiconductor thin film). In particular, the following catalyst AHA treatment and vapor phase growth Thus, crystallization of a silicon film or the like grown by vapor phase on the polycrystalline semiconductor thin film is promoted using the polycrystalline semiconductor thin film as a seed,
It is possible to obtain a target high crystallization rate and high quality polycrystalline semiconductor thin film. That is, if the amorphous silicon is present in the microcrystalline silicon film formed by, for example, biased or non-biased catalytic CVD by the catalytic AHA treatment, this is etched away by hydrogen-based active species to form silicon ultrafine particles. The silicon film to be vapor-grown thereon is seeded (nucleated) with the underlying silicon ultrafine particles.
It is easier to form a polycrystalline silicon film, and further, when the same catalyst AHA treatment and vapor phase growth are repeated, a large amount of heat energy of a high-temperature hydrogen-based active species or the like moves to the film or the like, The temperature of the film or the like is raised, and the amorphous silicon or microcrystalline silicon thin film is polycrystallized by the reducing action of the hydrogen-based active species, and the polycrystalline silicon thin film is highly crystallized, and has a high crystallization rate and a large grain size. A crystalline silicon thin film can be formed.

【0123】(c)触媒AHA処理は従来のプラズマ水
素処理に比べて、基板上に形成した多結晶性シリコン薄
膜上又は膜内又は粒界にシリコン酸化物が存在したとき
に、これと反応してSiO等を形成することにより効率
良く蒸発除去させるので、その膜内等のシリコン酸化物
を効率良く減少/除去でき、キャリア移動度の向上を図
れる。
(C) The catalyst AHA treatment reacts with silicon oxide when silicon oxide is present on the polycrystalline silicon thin film formed on the substrate, in the film or at the grain boundary, as compared with the conventional plasma hydrogen treatment. By forming SiO and the like efficiently by evaporation, silicon oxide in the film or the like can be efficiently reduced / removed, and carrier mobility can be improved.

【0124】(d)触媒AHA処理では、活性化水素イ
オン等の水素系活性種によるクリーニング(基板等への
吸着ガス及び有機物残渣等の還元除去)が可能であり、
触媒体も酸化劣化し難くなる(なお、このような効果
は、上記のバイアス又は非バイアス触媒CVD時も水素
系キャリアガスを用いることから、同様に生じる)。
(D) In the catalytic AHA treatment, cleaning with hydrogen-based active species such as activated hydrogen ions (reduction and removal of adsorbed gas and organic residue on a substrate or the like) is possible.
The catalyst is also less susceptible to oxidative degradation (this effect also occurs because the hydrogen-based carrier gas is used during the above-described biased or non-biased catalytic CVD).

【0125】(e)触媒AHA処理では、活性化水素イ
オン等の水素系活性種の水素化作用により、半導体膜中
の例えばシリコンダングリングボンドをなくし、特性が
向上する。
(E) In the catalytic AHA treatment, for example, silicon dangling bonds in the semiconductor film are eliminated by the hydrogenation of hydrogen-based active species such as activated hydrogen ions, and the characteristics are improved.

【0126】(f)触媒AHA処理時に、低級結晶性又
は多結晶性半導体薄膜中に存在するキャリア不純物は高
温で活性化され、各領域において最適なキャリア不純物
濃度を得る。
(F) During the catalytic AHA treatment, the carrier impurities present in the lower crystalline or polycrystalline semiconductor thin film are activated at a high temperature, and an optimum carrier impurity concentration is obtained in each region.

【0127】(g)触媒CVDによる成膜後に触媒AH
A処理を行う場合、触媒体の種類及び温度、基板加熱温
度、気相成膜条件、原料ガスの種類、添加するn又はp
型不純物濃度等により、広範囲のn又はp型不純物濃度
の多結晶性シリコン薄膜が容易に得られ、かつ触媒AH
A処理により大きな粒径で高結晶化率の多結晶性シリコ
ン薄膜を形成できるので、高キャリア移動度でVth調整
が容易で低抵抗での高速動作が可能となる。
(G) Catalyst AH after film formation by catalytic CVD
When performing the A treatment, the type and temperature of the catalyst body, the substrate heating temperature, the vapor deposition conditions, the type of the source gas, and the n or p to be added
A polycrystalline silicon thin film having a wide range of n or p type impurity concentration can be easily obtained depending on the type impurity concentration and the like.
Since the polycrystalline silicon thin film having a large grain size and a high crystallization rate can be formed by the A treatment, high carrier mobility, easy Vth adjustment, and high-speed operation with low resistance are possible.

【0128】(h)触媒CVD、高密度触媒CVD等に
より、例えば錫を1018〜1020atoms/cc含有
する多結晶性シリコン薄膜を形成し、この多結晶性シリ
コン粒界に存在する結晶不整を減少させて内部応力を減
少させるので、高キャリア移動度の錫含有多結晶性シリ
コン薄膜形成が可能となる。また、触媒CVDの成膜後
の触媒AHA処理の場合、触媒体の種類及び温度、基板
加熱温度、気相成膜条件、原料ガスの種類、添加するn
又はp型不純物濃度により、広範囲の任意のn又はp型
不純物濃度の、例えば錫を1018〜1020atoms/
cc含有多結晶シリコン薄膜が容易に得られ、かつ、触
媒AHA処理により大きな粒径の多結晶性シリコン薄膜
を形成し、多結晶性シリコン粒界に存在する結晶不整を
減少させて内部応力を減少させるので、高キャリア移動
度でVth調整が容易で低抵抗での高速動作が可能とな
る。
(H) A polycrystalline silicon thin film containing, for example, 10 18 to 10 20 atoms / cc of tin is formed by catalytic CVD, high-density catalytic CVD, or the like, and a crystal irregularity existing at the polycrystalline silicon grain boundary is formed. Is reduced to reduce the internal stress, so that a tin-containing polycrystalline silicon thin film having high carrier mobility can be formed. Further, in the case of the catalyst AHA treatment after the film formation by the catalyst CVD, the type and temperature of the catalyst body, the substrate heating temperature, the vapor phase film formation conditions, the type of the source gas, and the n
Alternatively, depending on the p-type impurity concentration, tin having a wide range of arbitrary n- or p-type impurity concentrations, for example, tin at 10 18 to 10 20 atoms /
A cc-containing polycrystalline silicon thin film can be easily obtained, and a polycrystalline silicon thin film having a large particle size is formed by the catalytic AHA treatment, thereby reducing the crystal irregularity existing at the polycrystalline silicon grain boundary and reducing the internal stress. Therefore, Vth adjustment is easy with high carrier mobility and high-speed operation with low resistance is possible.

【0129】(i)プラズマCVD(高周波又は低周波
プラズマCVD等)による成膜後に触媒AHA処理を行
う場合、プラズマCVDでのアモルファスシリコン膜中
に10〜20%含有する水素を触媒AHA処理で減少/
除去させ、大きな粒径の多結晶性シリコン薄膜を形成す
るので、大きなキャリア移動度の多結晶性シリコン薄膜
の形成が可能となる。更に、基板加熱温度、気相成膜条
件、原料ガスの種類、触媒AHA処理条件、添加するn
又はp型不純物濃度により、広範囲のn又はp型不純物
濃度の多結晶性シリコン薄膜が容易に得られるので、高
キャリア移動度でVth調整が容易で低抵抗での高速動作
が可能となる。
(I) When the catalyst AHA treatment is performed after the film formation by plasma CVD (high-frequency or low-frequency plasma CVD, etc.), the hydrogen contained in the amorphous silicon film by plasma CVD is reduced by 10 to 20% by the catalyst AHA treatment. /
Since it is removed and a polycrystalline silicon thin film having a large grain size is formed, a polycrystalline silicon thin film having a large carrier mobility can be formed. Further, the substrate heating temperature, the vapor deposition conditions, the type of the source gas, the catalyst AHA treatment conditions,
Alternatively, a polycrystalline silicon thin film having a wide range of n or p-type impurity concentration can be easily obtained depending on the p-type impurity concentration, so that Vth adjustment can be easily performed with high carrier mobility, and high-speed operation with low resistance can be performed.

【0130】(j)トップゲート型のみならず、ボトム
ゲート型、デュアルゲート型MOSTFTでも高いキャ
リア移動度の大粒径で高結晶化率の多結晶性シリコン薄
膜が得られるために、この高性能の多結晶性シリコン薄
膜を使用した高速、高電流密度の半導体装置、電気光学
装置、更には、高効率の太陽電池等の製造が可能とな
る。
(J) In addition to the top gate type, bottom gate type and dual gate type MOS TFTs, a polycrystalline silicon thin film with high carrier mobility, large grain size and high crystallization ratio can be obtained. , A high-speed, high-current-density semiconductor device, an electro-optical device, and a highly efficient solar cell using the polycrystalline silicon thin film.

【0131】(k)触媒AHA処理は、プラズマの発生
なしに行えるので、プラズマによるダメージがなく、ま
たプラズマAHA処理に比べ、シンプルで安価な装置を
実現できる。
(K) Since the catalyst AHA treatment can be performed without generating plasma, there is no damage by plasma, and a simple and inexpensive apparatus can be realized as compared with the plasma AHA treatment.

【0132】(l)基体温度を低温化しても上記水素系
活性種のエネルギーが大きいために、目的とする大きさ
及び個数のシリコン超微粒子が確実に安定して得られ、
また多結晶性シリコンの成膜が可能となることから、基
体温度を特に300〜400℃と低温化でき、従って大
型で安価な低歪点の絶縁基板(ガラス基板、耐熱性樹脂
基板等)を使用することができ、この点でもコストダウ
ンを図ることが可能となる。
(L) Even if the temperature of the substrate is lowered, the energy of the hydrogen-based active species is large, so that silicon ultrafine particles of a desired size and number can be obtained stably.
In addition, since a polycrystalline silicon film can be formed, the substrate temperature can be lowered particularly to 300 to 400 ° C., so that a large and inexpensive low-strain-point insulating substrate (glass substrate, heat-resistant resin substrate, etc.) It can be used, and the cost can be reduced in this respect as well.

【0133】(m)ゲートチャンネル/ソース/ドレイ
ン領域に添加されたn又はp型不純物の触媒AHA処理
でのイオン活性化に、条件によっては触媒CVD装置が
兼用できるので、設備投資の削減、生産性向上でのコス
トダウンが可能となる。
(M) The catalytic CVD apparatus can be used for the ion activation of the n-type or p-type impurities added to the gate channel / source / drain regions in the catalytic AHA treatment depending on the conditions. The cost can be reduced by improving the performance.

【0134】第2の実施の形態 <LCDの製造例1>本実施の形態は、高温プロセスに
よる多結晶性シリコンMOSTFTを用いたLCD(液
晶表示装置)に本発明を適用したものであり、以下にそ
の製造例を示す(この製造例は、後述する有機ELやF
ED等の表示装置等にも同様に適用可能である)。
Second Embodiment <Manufacturing Example 1 of LCD> In this embodiment, the present invention is applied to an LCD (Liquid Crystal Display) using a polycrystalline silicon MOSTFT by a high-temperature process. The production example is shown in FIG.
The present invention can be similarly applied to a display device such as an ED).

【0135】まず、図12の(1)に示すように、画素
部及び周辺回路部において、石英ガラス、結晶化ガラス
などの耐熱性絶縁基板61(歪点約800〜1100
℃、厚さ50ミクロン〜数mm)の一主面に、上述した
触媒CVD法等によって、下地保護膜(図示せず)の形
成後に、この上にSiOx又は/及びSiNyからなる粒
子状生成物を含有するアモルファス又は微結晶シリコン
薄膜100Aを形成する。
First, as shown in FIG. 12A, in the pixel portion and the peripheral circuit portion, a heat-resistant insulating substrate 61 (strain point of about 800 to 1100) made of quartz glass, crystallized glass or the like is used.
° C., on one main surface of a 50 micron thick to several mm), by catalytic CVD method as described above, after formation of the base protective film (not shown), particulate comprised of SiO x or / and SiN y on this An amorphous or microcrystalline silicon thin film 100A containing a product is formed.

【0136】次いで、図12の(2)に示すように、上
述の触媒AHA処理により、シリコン薄膜100Aをシ
リコン超微粒子層100Bに改質させる。
Next, as shown in FIG. 12B, the silicon thin film 100A is reformed into the silicon ultrafine particle layer 100B by the above-mentioned catalytic AHA treatment.

【0137】次いで、図12の(3)に示すように、上
述した触媒CVD法等によって、シリコン超微粒子層1
00Bをシードに多結晶性シリコン薄膜67を例えば5
0nm厚に形成する。この多結晶性シリコン薄膜は、上
述のマルチ触媒AHA処理により形成してよい。
Then, as shown in FIG. 12C, the silicon ultrafine particle layer 1 is formed by the above-described catalytic CVD method or the like.
00B as a seed and a polycrystalline silicon thin film 67 of, for example, 5
It is formed to a thickness of 0 nm. This polycrystalline silicon thin film may be formed by the above-described multi-catalyst AHA treatment.

【0138】次いで、図13の(4)に示すように、フ
ォトレジストマスクを用いて多結晶性シリコン薄膜67
をパターニング(アイランド化)し、例えば、表示領域
のnMOSTFT部と周辺駆動回路領域のnMOSTF
T部及びpMOSTFT部などのトランジスタ、ダイオ
ード等の能動素子、抵抗、容量、インダクタンス等の受
動素子の活性層を形成する。
Next, as shown in FIG. 13D, a polycrystalline silicon thin film 67 is formed using a photoresist mask.
(Islanding), for example, the nMOSTFT part in the display area and the nMOSTF in the peripheral drive circuit area
Active layers of transistors such as a T section and a pMOS TFT section, active elements such as diodes, and passive elements such as resistors, capacitors, and inductances are formed.

【0139】次いで、トランジスタ活性層67のチャン
ネル領域の不純物濃度制御によるV thの最適化のために
前記と同様のボロン又は燐等の所定の不純物のイオン注
入を行なった後、図13の(5)に示すように、例えば
上記と同様の触媒CVD法等によって多結晶性シリコン
薄膜67の表面に厚さ例えば50nm厚のゲート絶縁膜
用の酸化シリコン膜68を形成する。触媒CVD法等で
ゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜68を形成する場合、
基板温度及び触媒体温度は上記したものと同様である
が、酸素ガス流量は1〜2SCCM、モノシランガス流
量は15〜20SCCM、水素系キャリアガスは150
SCCMとしてよい。尚、チャンネル領域の不純物濃度
制御する前又は後に、例えば、約1000℃、30分の
高温熱酸化により、ゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜6
8を形成してもよい。
Next, the channel of the transistor active layer 67 is
V by controlling the impurity concentration in the tunnel region thFor optimization
Ion injection of specified impurities such as boron or phosphorus as described above
After the insertion, as shown in (5) of FIG.
Polycrystalline silicon by the same catalytic CVD method as above
A gate insulating film having a thickness of, for example, 50 nm on the surface of the thin film 67.
A silicon oxide film 68 is formed. By catalytic CVD method etc.
When forming a silicon oxide film 68 for a gate insulating film,
Substrate temperature and catalyst temperature are the same as above
However, the oxygen gas flow rate is 1-2 SCCM, monosilane gas flow
The amount is 15 to 20 SCCM, and the hydrogen-based carrier gas is 150
It may be SCCM. The impurity concentration of the channel region
Before or after controlling, for example, at about 1000 ° C. for 30 minutes
Silicon oxide film 6 for gate insulating film by high temperature thermal oxidation
8 may be formed.

【0140】次いで、図13の(6)に示すように、ゲ
ート電極及びゲートライン用材料として、例えばMo−
Ta合金をスパッタリングで厚さ例えば400nm厚に
堆積させるか、或いは、リンドープド多結晶性シリコン
膜を例えば水素系キャリアガス150SCCM、2〜2
0SCCMのフォスフィン(PH3)及び20SCCM
のモノシランガスの供給下での上記と同様の触媒CVD
法等によって厚さ例えば400nm厚に堆積させる。そ
して、汎用フォトリソグラフィー及びエッチング技術に
より、ゲート電極材料層をゲート電極75及びゲートラ
インの形状にパターニングする。尚、リンドープド多結
晶性シリコン膜の場合は、触媒CVD等により、その表
面に保護用酸化シリコン膜(10〜20nm厚)を形成
してもよい。
Next, as shown in FIG. 13 (6), as a material for the gate electrode and the gate line, for example, Mo-
A Ta alloy is deposited to a thickness of, for example, 400 nm by sputtering, or a phosphorus-doped polycrystalline silicon film is deposited, for example, in a hydrogen-based carrier gas of 150 SCCM, 2-2.
0 SCCM phosphine (PH 3 ) and 20 SCCM
Catalytic CVD as described above under supply of monosilane gas
It is deposited to a thickness of, for example, 400 nm by a method or the like. Then, the gate electrode material layer is patterned into the shape of the gate electrode 75 and the gate line by general-purpose photolithography and etching technology. In the case of a phosphorus-doped polycrystalline silicon film, a protective silicon oxide film (10 to 20 nm thick) may be formed on the surface by catalytic CVD or the like.

【0141】次いで、図14の(7)に示すように、p
MOSTFT部をフォトレジスト78でマスクし、イオ
ン注入又はイオンドーピング法によりn型不純物である
例えばヒ素(又は燐)イオン79を例えば1×1015
toms/cm2のドーズ量でドーピングし、2×10
20atoms/ccのドナー濃度に設定し、nMOST
FTのn+型ソース領域80及びドレイン領域81をそ
れぞれ形成する。
Next, as shown in FIG. 14 (7), p
The MOSTFT portion is masked with a photoresist 78, and an n-type impurity such as arsenic (or phosphorus) ion 79 is, for example, 1 × 10 15 a by ion implantation or ion doping.
doping at a dose of toms / cm 2 , 2 × 10
The donor concentration was set to 20 atoms / cc and the nMOST
An FT n + type source region 80 and a drain region 81 are formed.

【0142】次いで、図14の(8)に示すように、n
MOSTFT部をフォトレジスト82でマスクし、イオ
ン注入又はイオンドーピング法によりp型不純物である
例えばボロンイオン83を例えば1×1015atoms
/cm2のドーズ量でドーピングし、2×1020ato
ms/ccのアクセプタ濃度に設定し、pMOSTFT
のp+型ソース領域84及びドレイン領域85をそれぞ
れ形成する。
Next, as shown in FIG. 14 (8), n
The MOSTFT portion is masked with a photoresist 82 and, for example, boron ions 83 which are p-type impurities are ion-implanted or ion-doped, for example, at 1 × 10 15 atoms.
/ Cm 2 at a dose of 2 × 10 20 at
ms / cc acceptor concentration, pMOSTFT
The p + type source region 84 and the drain region 85 are respectively formed.

【0143】次いで、図14の(9)に示すように、全
面に上記したと同様の触媒CVD法等によって、水素系
キャリアガス150〜200SCCMを共通として、1
〜2SCCMのHe希釈O2、15〜20SCCMのモ
ノシラン供給下で酸化シリコン膜を例えば100〜20
0nm厚に、更に、1〜20SCCMのフォスフィン
(PH3)、1〜2SCCMのHe希釈O2、15〜20
SCCMのモノシラン供給下でフォスフィンシリケート
ガラス(PSG)膜を300〜400nm厚に形成し、
50〜60SCCMのアンモニア(NH3)、15〜2
0SCCMのモノシラン供給下で窒化シリコン膜を例え
ば100〜200nm厚に形成する。これらの絶縁膜の
積層によって層間絶縁膜86を形成する。なお、このよ
うな層間絶縁膜は、上記とは別の通常の方法で形成して
もよい。この後に、例えば900℃、5分間のN2中の
アニール又は1000℃、20〜30秒のN2中のRT
A処理によりイオン活性化し、各領域に設定したキャリ
ア不純物濃度とする。
Next, as shown in FIG. 14 (9), a hydrogen-based carrier gas of 150 to 200 SCCM is commonly used for the entire surface by the same catalytic CVD method or the like as described above.
The silicon oxide film is formed, for example, under the supply of He diluted O 2 of 22 SCCM and monosilane of 15 to 20 SCCM, for example, from 100 to 20 SCCM.
0 nm thickness, 1-20 SCCM phosphine (PH 3 ), 1-2 SCCM He diluted O 2 , 15-20
A phosphine silicate glass (PSG) film is formed to a thickness of 300 to 400 nm under SCCM monosilane supply,
Ammonia 50~60SCCM (NH 3), 15~2
A silicon nitride film is formed to a thickness of, for example, 100 to 200 nm while supplying monosilane at 0 SCCM. An interlayer insulating film 86 is formed by stacking these insulating films. Note that such an interlayer insulating film may be formed by another ordinary method different from the above. After this, for example 900 ° C., annealing or 1000 ° C. in 5 min N 2, in N 2 for 20-30 seconds RT
The ions are activated by the A treatment, and the carrier impurity concentration is set in each region.

【0144】次いで、図15の(10)に示すように、
上記の絶縁膜86の所定位置にコンタクト窓開けを行
い、各コンタクトホールを含む全面にアルミニウムなど
の電極材料をスパッタ法等で1μmの厚みに堆積し、こ
れをパターニングして、画素部のnMOSTFTのソー
ス電極87及びデータライン、周辺回路部のpMOST
FT及びnMOSTFTのソース電極88、90とドレ
イン電極89、91及び配線をそれぞれ形成する。この
後に、例えばフォーミングガス中、400℃、1hの水
素化及びシンター処理して界面準位の改善とオーミック
コンタクトの改善を図る。
Next, as shown in (10) of FIG.
A contact window is opened at a predetermined position of the insulating film 86, and an electrode material such as aluminum is deposited to a thickness of 1 μm on the entire surface including each contact hole by a sputtering method or the like, and is patterned to form an nMOS TFT of a pixel portion. Source electrode 87, data line, pMOST of peripheral circuit section
Source electrodes 88 and 90 and drain electrodes 89 and 91 of FT and nMOSTFT and wiring are formed, respectively. Thereafter, for example, hydrogenation and sintering are performed at 400 ° C. for 1 hour in a forming gas to improve the interface state and the ohmic contact.

【0145】次いで、表面上に酸化シリコン膜等の層間
絶縁膜92をCVD法等で形成した後、図15の(1
1)に示すように、画素部のnMOSTFTドレイン領
域において層間絶縁膜92及び86にコンタクトホール
を開け、例えば130〜150nm厚のITO(Indium
tin oxide:インジウム酸化物にスズをドープした透明
電極材料)膜を真空蒸着法等で全面に堆積させ、パター
ニングしてnMOSTFTのドレイン領域81に接続さ
れた透明画素電極93を形成する。この後に、例えばフ
ォーミングガス中、250℃、1h、アニールして、I
TOとのオーミックコンタクトを改善し、ITO膜の透
明度を向上させる。
Next, after an interlayer insulating film 92 such as a silicon oxide film is formed on the surface by a CVD method or the like, (1) in FIG.
As shown in 1), contact holes are formed in the interlayer insulating films 92 and 86 in the nMOSTFT drain region of the pixel portion, and for example, ITO (Indium) having a thickness of 130 to 150 nm is formed.
A tin oxide (a transparent electrode material in which tin is doped into indium oxide) is deposited on the entire surface by a vacuum evaporation method or the like, and is patterned to form a transparent pixel electrode 93 connected to the drain region 81 of the nMOS TFT. Thereafter, annealing is performed, for example, in a forming gas at 250 ° C. for 1 hour to obtain I
Improve ohmic contact with TO and improve transparency of ITO film.

【0146】こうしてアクティブマトリクス基板(以
後、TFT基板と称する)を作製し、透過型のLCDを
作製することができる。この透過型LCDは、図15の
(12)に示すように、透明画素電極93上に配向膜9
4、液晶95、配向膜96、透明電極97、対向基板9
8が積層された構造からなっている。
Thus, an active matrix substrate (hereinafter, referred to as a TFT substrate) is manufactured, and a transmission type LCD can be manufactured. This transmission type LCD has an alignment film 9 on a transparent pixel electrode 93 as shown in FIG.
4, liquid crystal 95, alignment film 96, transparent electrode 97, counter substrate 9
8 are laminated.

【0147】なお、上記した工程は、反射型のLCDの
製造にも同様に適用可能である。図20(A)には、こ
の反射型のLCDの一例が示されているが、図中の10
1は粗面化された絶縁膜92上に被着された反射膜であ
り、MOSTFTのドレインと接続されている。
The above-described steps can be similarly applied to the manufacture of a reflective LCD. FIG. 20A shows an example of this reflection type LCD.
Reference numeral 1 denotes a reflection film deposited on the roughened insulating film 92, which is connected to the drain of the MOSTFT.

【0148】このLCDの液晶セルを面面組立で作製す
る場合(2インチサイズ以上の中/大型液晶パネルに適
している。)、まず、TFT基板61と、全面ベタのI
TO(Indium Tin Oxide)電極97を設けた対向基板9
8の素子形成面に、ポリイミド配向膜94、96を形成
する。このポリイミド配向膜はロールコート、スピンコ
ート等により50〜100nm厚に形成し、180℃/
2hで硬化キュアする。
When the liquid crystal cell of this LCD is manufactured by surface assembly (suitable for medium / large liquid crystal panels of 2 inch size or more), first, the TFT substrate 61 and the solid I
Counter substrate 9 provided with TO (Indium Tin Oxide) electrode 97
On the element formation surface of No. 8, polyimide alignment films 94 and 96 are formed. This polyimide alignment film is formed to a thickness of 50 to 100 nm by roll coating, spin coating, etc.
Cure for 2 hours.

【0149】次いで、TFT基板61と対向基板98を
ラビング、又は光配向処理する。ラビングバフ材にはコ
ットンやレーヨン等があるが、バフかす(ゴミ)やリタ
デーション等の面からはコットンの方が安定している。
光配向は非接触の線型偏光紫外線照射による液晶分子の
配向技術である。なお、配向には、ラビング以外にも、
偏光又は非偏光を斜め入射させることによって高分子配
向膜を形成することができる(このような高分子化合物
は、例えばアゾベンゼンを有するポリメチルメタクリレ
ート系高分子等がある)。
Next, the TFT substrate 61 and the counter substrate 98 are subjected to rubbing or optical alignment processing. Rubbing buff materials include cotton and rayon, but cotton is more stable in terms of buff residue (garbage) and retardation.
Photoalignment is a technique for aligning liquid crystal molecules by non-contact linearly polarized ultraviolet irradiation. In addition, the orientation other than rubbing,
A polymer alignment film can be formed by obliquely entering polarized light or non-polarized light (such a polymer compound includes, for example, a polymethyl methacrylate-based polymer having azobenzene).

【0150】次いで、洗浄後に、TFT基板61側には
コモン剤塗布、対向基板98側にはシール剤塗布する。
ラビングバフかす除去のために、水、又はIPA(イソ
プロピルアルコール)洗浄する。コモン剤は導電性フィ
ラーを含有したアクリル、又はエポキシアクリレート、
又はエポキシ系接着剤であってよく、シール剤はアクリ
ル、又はエポキシアクリレート、又はエポキシ系接着剤
であってよい。加熱硬化、紫外線照射硬化、紫外線照射
硬化+加熱硬化のいずれも使用できるが、重ね合せの精
度と作業性からは紫外線照射硬化+加熱硬化タイプが良
い。
Next, after cleaning, a common agent is applied to the TFT substrate 61 side, and a sealing agent is applied to the counter substrate 98 side.
Wash with water or IPA (isopropyl alcohol) to remove rubbing buff debris. Common agent is acrylic or epoxy acrylate containing conductive filler,
Alternatively, the sealant may be an acrylic adhesive, an epoxy acrylate, or an epoxy adhesive. Any of heat curing, ultraviolet irradiation curing, ultraviolet irradiation curing and heat curing can be used, but from the viewpoint of overlay accuracy and workability, the ultraviolet irradiation curing and heat curing type is preferable.

【0151】次いで、対向基板98側に所定のギャップ
を得るためのスペーサを散布し、TFT基板61と所定
の位置で重ね合せる。対向基板98側のアライメントマ
ークとTFT基板61側のアライメントマークとを精度
よく合わせた後に、紫外線照射してシール剤を仮硬化さ
せ、その後に一括して加熱硬化する。
Next, spacers for obtaining a predetermined gap are scattered on the counter substrate 98 side, and are superposed on the TFT substrate 61 at a predetermined position. After the alignment mark on the counter substrate 98 and the alignment mark on the TFT substrate 61 are precisely aligned, the sealant is temporarily cured by irradiating with ultraviolet light, and then heat-cured collectively.

【0152】次いで、スクライブブレークして、TFT
基板61と対向基板98を重ね合せた単個の液晶パネル
を作成する。
Next, a scribe break is performed to
A single liquid crystal panel in which the substrate 61 and the counter substrate 98 are overlapped is created.

【0153】次いで、液晶95を両基板61−98間の
ギャップ内に注入し、注入口を紫外線接着剤で封止後
に、IPA洗浄する。液晶の種類は何れでも良いが、例
えばネマティック液晶を用いる高速応答のTN(ツイス
トネマティック)モードが一般的である。
Next, the liquid crystal 95 is injected into the gap between the substrates 61-98, and the injection port is sealed with an ultraviolet adhesive, and then subjected to IPA cleaning. Any type of liquid crystal may be used, but for example, a high-speed response TN (twisted nematic) mode using a nematic liquid crystal is generally used.

【0154】次いで、加熱急冷処理して、液晶95を配
向させる。
Next, the liquid crystal 95 is oriented by heating and quenching.

【0155】次いで、TFT基板61のパネル電極取り
出し部にフレキシブル配線を異方性導電膜の熱圧着で接
続し、更に対向基板98に偏光板を貼合わせる。
Next, a flexible wiring is connected to the panel electrode take-out portion of the TFT substrate 61 by thermocompression bonding of an anisotropic conductive film, and a polarizing plate is bonded to the counter substrate 98.

【0156】また、液晶パネルの面単組立の場合(2イ
ンチサイズ以下の小型液晶パネルに適している。)、上
記と同様、TFT基板61と対向基板98の素子形成面
に、ポリイミド配向膜94、96を形成し、両基板をラ
ビング、又は非接触の線型偏光紫外線光の配向処理す
る。
Also, in the case of a single liquid crystal panel surface assembly (suitable for a small liquid crystal panel having a size of 2 inches or less), a polyimide alignment film 94 is formed on the element forming surfaces of the TFT substrate 61 and the counter substrate 98 in the same manner as described above. , 96, and both substrates are subjected to rubbing or non-contact linear polarization ultraviolet light alignment treatment.

【0157】次いで、TFT基板61と対向基板98を
ダイシング又はスクライブブレークで単個に分割し、水
又はIPA洗浄する。TFT基板61にはコモン剤塗
布、対向基板98にはスペーサ含有のシール剤塗布し、
両基板を重ね合せる。これ以降のプロセスは上記に準ず
る。
Next, the TFT substrate 61 and the opposing substrate 98 are divided into single pieces by dicing or scribe break, and washed with water or IPA. A common agent is applied to the TFT substrate 61, a sealing agent containing a spacer is applied to the counter substrate 98,
Lay both substrates together. Subsequent processes follow the above.

【0158】上記したLCDにおいて、対向基板98は
CF(カラーフィルタ)基板であって、カラーフィルタ
層(図示せず)をITO電極97下に設けたものであ
る。対向基板98側からの入射光は例えば反射膜93で
効率良く反射されて対向基板98側から出射してよい。
In the above-mentioned LCD, the counter substrate 98 is a CF (color filter) substrate, in which a color filter layer (not shown) is provided below the ITO electrode 97. The incident light from the counter substrate 98 side may be efficiently reflected by, for example, the reflection film 93 and may be emitted from the counter substrate 98 side.

【0159】他方、TFT基板61として、TFT基板
61にカラーフィルタを設けたオンチップカラーフィル
タ(OCCF)構造のTFT基板とするときには、対向
基板98にはITO電極がベタ付け(又はブラックマス
ク付きのITO電極がベタ付け)される。
On the other hand, when the TFT substrate 61 is a TFT substrate having an on-chip color filter (OCCF) structure in which a color filter is provided on the TFT substrate 61, the counter substrate 98 is provided with a solid ITO electrode (or a black mask). The ITO electrode is solid).

【0160】透過型LCDの場合、次のようにしてオン
チップカラーフィルタ(OCCF)構造とオンチップブ
ラック(OCB)構造を作製することができる。
In the case of a transmissive LCD, an on-chip color filter (OCCF) structure and an on-chip black (OCB) structure can be manufactured as follows.

【0161】即ち、図15の(13)に示すように、フ
ォスフィンシリケートガラス/酸化シリコンの絶縁膜8
6のドレイン部も窓開けしてドレイン電極用のアルミニ
ウム埋込み層を形成した後、R、G、Bの各色を各セグ
メント毎に顔料分散したフォトレジスト99を所定厚さ
(1〜1.5μm)で形成した後、汎用フォトリソグラ
フィ技術で所定位置(各画素部)のみを残すパターニン
グで各カラーフィルタ層99(R)、99(G)、99
(B)を形成する(オンチップカラーフィルタ構造)。
この際、ドレイン部の窓開けも行う。なお、不透明なセ
ラミック基板や低透過率のガラス及び耐熱性樹脂基板は
使用できない。
That is, as shown in FIG. 15 (13), the insulating film 8 of phosphine silicate glass / silicon oxide
The drain portion of No. 6 was also opened to form an aluminum buried layer for the drain electrode, and then a photoresist 99 in which each color of R, G, and B was dispersed in a pigment for each segment to a predetermined thickness (1 to 1.5 μm). After the formation, the color filter layers 99 (R), 99 (G), and 99 are patterned by a general-purpose photolithography technique to leave only predetermined positions (each pixel portion).
(B) is formed (on-chip color filter structure).
At this time, the window of the drain part is also opened. In addition, an opaque ceramic substrate, glass with low transmittance, and a heat-resistant resin substrate cannot be used.

【0162】次いで、表示用TFTのドレインに連通す
るコンタクトホールに、カラーフィルタ層上にかけてブ
ラックマスク層となる遮光層100’を金属のパターニ
ングで形成する。例えば、スパッタ法により、モリブデ
ンを200〜250nm厚で成膜し、表示用MOSTF
Tを覆って遮光する所定の形状にパターニングする(オ
ンチップブラック構造)。
Next, in a contact hole communicating with the drain of the display TFT, a light-shielding layer 100 'serving as a black mask layer is formed by metal patterning over the color filter layer. For example, a molybdenum film having a thickness of 200 to 250 nm is formed by sputtering,
Patterning into a predetermined shape that covers T and shields light (on-chip black structure).

【0163】次いで、透明樹脂の平坦化膜92を形成
し、更にこの平坦化膜に設けたスルーホールにITO透
明電極93を遮光層100’に接続するように形成す
る。
Next, a flattening film 92 made of a transparent resin is formed, and an ITO transparent electrode 93 is formed in a through hole provided in the flattening film so as to be connected to the light shielding layer 100 '.

【0164】このように、表示アレイ部上に、カラーフ
ィルタ99やブラックマスク100’を作り込むことに
より、液晶表示パネルの開口率を改善し、またバックラ
イトも含めたディスプレイモジュールの低消費電力化が
実現する。
As described above, by forming the color filter 99 and the black mask 100 'on the display array portion, the aperture ratio of the liquid crystal display panel is improved, and the power consumption of the display module including the backlight is reduced. Is realized.

【0165】図16は、上述のトップゲート型MOST
FTを組み込んで駆動回路一体型に構成したアクティブ
マトリクス液晶表示装置(LCD)の全体を概略的に示
すものである。このアクティブマトリクスLCDは、主
基板61(これはアクティブマトリクス基板を構成す
る。)と対向基板98とをスペーサ(図示せず)を介し
て貼り合わせたフラットパネル構造からなり、両基板6
1−98間に液晶(ここでは図示せず)が封入されてい
る。主基板61の表面には、マトリクス状に配列した画
素電極93と、この画素電極を駆動するスイッチング素
子とからなる表示部、及びこの表示部に接続される周辺
駆動回路部とが設けられている。
FIG. 16 shows the above-mentioned top gate type MOST.
1 schematically shows the entirety of an active matrix liquid crystal display device (LCD) configured with a drive circuit integrated by incorporating an FT. This active matrix LCD has a flat panel structure in which a main substrate 61 (which constitutes an active matrix substrate) and a counter substrate 98 are bonded via a spacer (not shown).
Liquid crystal (not shown) is sealed between 1-98. On the surface of the main substrate 61, a display unit including pixel electrodes 93 arranged in a matrix, a switching element for driving the pixel electrodes, and a peripheral drive circuit unit connected to the display unit are provided. .

【0166】表示部のスイッチング素子は、上記したn
MOS又はpMOS又はCMOSでLDD構造のトップ
ゲート型MOSTFTで構成される。また、周辺駆動回
路部にも、回路要素として、上記したトップゲート型M
OSTFTのCMOS又はnMOS又はpMOSTFT
又はこれらの混在が形成されている。なお、一方の周辺
駆動回路部はデータ信号を供給して各画素のTFTを水
平ライン毎に駆動する水平駆動回路であり、また他方の
周辺駆動回路部は各画素のTFTのゲートを走査ライン
毎に駆動する垂直駆動回路であり、通常は表示部の両辺
にそれぞれ設けられる。これらの駆動回路は、点順次ア
ナログ方式、線順次デジタル方式のいずれも構成でき
る。
The switching element of the display unit is n
It is composed of a MOS, pMOS or CMOS top-gate MOSTFT having an LDD structure. In the peripheral drive circuit section, the above-mentioned top gate type M
OSTFT CMOS or nMOS or pMOSTFT
Alternatively, a mixture of these is formed. Note that one of the peripheral drive circuit units is a horizontal drive circuit that supplies a data signal to drive the TFT of each pixel for each horizontal line, and the other peripheral drive circuit unit connects the gate of the TFT of each pixel for each scan line. , And are usually provided on both sides of the display unit. These drive circuits can be configured in either a dot-sequential analog system or a line-sequential digital system.

【0167】図17に示すように、直交するゲートバス
ラインとデータバスラインの交差部に上記のMOSTF
Tが配置され、このMOSTFTを介して液晶容量(C
LC)に画像情報を書き込み、次の情報がくるまで電荷を
保持する。この場合、TFTのチャンネル抵抗だけで保
持させるには十分ではないので、それを補うため液晶容
量と並列に蓄積容量(補助容量)(CS)を付加し、リ
ーク電流による液晶電圧の低下を補ってよい。こうした
LCD用MOSTFTでは、画素部(表示部)に使用す
るTFTの特性と周辺駆動回路に使用するTFTの特性
とでは要求性能が異なり、特に画素部のTFTではオフ
電流の制御、オン電流の確保が重要な問題となる。この
ため、表示部には、後述の如きLDD構造のTFTを設
けることによって、ゲート−ドレイン間に電界がかかり
にくい構造としてチャンネル領域にかかる実効的な電界
を低減させ、オフ電流を低減し、特性の変化も小さくで
きる。しかし、プロセス的には複雑になり、素子サイズ
も大きくなり、かつオン電流が低下するなどの問題も発
生するため、それぞれの使用目的に合わせた最適設計が
必要である。
As shown in FIG. 17, at the intersection of the orthogonal gate bus line and data bus line, the MOSTF
T is disposed, and a liquid crystal capacitance (C
LC ) Writes image information and holds the charge until the next information comes. In this case, it is not enough to hold the TFT channel resistance alone. To compensate for this, a storage capacitor (auxiliary capacitor) (C S ) is added in parallel with the liquid crystal capacitor to compensate for a decrease in the liquid crystal voltage due to leak current. May be. In such a MOSTFT for LCDs, the required performance differs between the characteristics of the TFT used for the pixel portion (display portion) and the characteristics of the TFT used for the peripheral drive circuit. Is an important issue. For this reason, by providing a TFT having an LDD structure as described later in the display portion, an effective electric field applied to the channel region is reduced as a structure in which an electric field is hardly applied between the gate and the drain, and an off current is reduced. Can be reduced. However, the process becomes complicated, the element size becomes large, and problems such as a decrease in on-current occur. Therefore, an optimum design is required for each purpose of use.

【0168】なお、使用可能な液晶としては、TN液晶
(アクティブマトリクス駆動のTNモード用に用いられ
るネマチック液晶)をはじめ、STN(スーパーツイス
テッドネマチック)、GH(ゲスト・ホスト)、PC
(フェーズ・チェンジ)、FLC(強誘電性液晶)、A
FLC(反強誘電性液晶)、PDLC(ポリマー分散型
液晶)等の各種モード用の液晶を採用してよい。
Usable liquid crystals include TN liquid crystal (nematic liquid crystal used for TN mode of active matrix driving), STN (super twisted nematic), GH (guest / host), PC
(Phase change), FLC (ferroelectric liquid crystal), A
Liquid crystals for various modes such as FLC (antiferroelectric liquid crystal) and PDLC (polymer dispersed liquid crystal) may be employed.

【0169】<LCDの製造例2>次に、本実施の形態
による低温プロセスの多結晶性シリコンMOSTFTを
用いたLCD(液晶表示装置)の製造例を示す(この製
造例は後述する有機ELやFEDの表示装置等にも同様
に適用可能である)。
<Manufacturing Example 2 of LCD> Next, a manufacturing example of an LCD (liquid crystal display device) using a polycrystalline silicon MOSTFT of a low-temperature process according to the present embodiment will be described. The present invention is similarly applicable to a display device of an FED and the like.

【0170】この製造例では、上述の製造例1におい
て、基板61としてアルミノけい酸ガラス、ホウケイ酸
ガラス等を使用し、図12の(1)、(2)及び(3)
の工程を同様に行う。即ち、基板61上に触媒CVDと
触媒AHA処理により錫含有(又は非含有)の多結晶性
シリコン薄膜67を形成してこれをアイランド化し、表
示領域のnMOSTFT部と周辺駆動回路領域のnMO
STFT部及びpMOSTFT部を形成する。この場
合、同時に、ダイオード、コンデンサ、インダクタン
ス、抵抗等の領域を形成する。
In this manufacturing example, aluminosilicate glass, borosilicate glass or the like is used as the substrate 61 in the above-described manufacturing example 1, and (1), (2) and (3) in FIG.
Is performed in the same manner. That is, a tin-containing (or non-containing) polycrystalline silicon thin film 67 is formed on the substrate 61 by catalytic CVD and catalytic AHA treatment to form an island, and the nMOS TFT portion in the display region and the nMO TFT in the peripheral drive circuit region are formed.
An STFT section and a pMOSTFT section are formed. In this case, at the same time, regions such as a diode, a capacitor, an inductance, and a resistor are formed.

【0171】次いで、図18の(1)に示すように(但
し、シリコン超微粒子層100Bは図示省略:以下、同
様)、各MOSTFTゲートチャンネル領域のキャリア
不純物濃度を制御してVthを最適化するために、表示領
域のnMOSTFT部と周辺駆動回路領域のnMOST
FT部をフォトレジスト82でカバーし、周辺駆動回路
領域のpMOSTFT部に、イオン注入又はイオンドー
ピング法により例えば燐、ひ素等のn型不純物79を1
×1012atoms/cm2のドーズ量でドーピング
し、2×1017atoms/ccのドナー濃度に設定
し、更に図18の(2)に示すように、周辺駆動回路領
域のpMOSTFT部をフォトレジスト82でカバー
し、表示領域のnMOSTFT部と周辺駆動回路領域の
nMOSTFT部に、イオン注入又はイオンドーピング
法により例えばボロン等のp型不純物83を5×1011
atoms/cm2のドーズ量でドーピングし、1×1
17atoms/ccのアクセプタ濃度を設定する。
Next, as shown in (1) of FIG. 18 (however, the silicon ultrafine particle layer 100B is not shown; the same applies hereinafter), V th is optimized by controlling the carrier impurity concentration of each MOSTFT gate channel region. In order to achieve this, the nMOSTFT part in the display area and the nMOSTT in the peripheral drive circuit area
The FT portion is covered with a photoresist 82, and an n-type impurity 79 such as phosphorus or arsenic is added to the pMOSTFT portion in the peripheral drive circuit region by ion implantation or ion doping.
Doping is performed at a dose of × 10 12 atoms / cm 2 , the donor concentration is set to 2 × 10 17 atoms / cc, and as shown in FIG. Then, a p-type impurity 83 such as boron, for example, is implanted into the nMOSTFT portion of the display region and the nMOSTFT portion of the peripheral drive circuit region by 5 × 10 11 by ion implantation or ion doping.
doping at a dose of atoms / cm 2 , 1 × 1
0 17 Set the acceptor concentration of atoms / cc.

【0172】次いで、図18の(3)に示すように、表
示領域のnMOSTFT部にn-型のLDD(Lightly D
oped Drain)部を形成するために、汎用フォトリソグラ
フィ技術により、表示領域のnMOSTFTのゲート部
と周辺駆動領域のpMOSTFT及びnMOSTFT全
部をフォトレジスト82で覆い、露出した表示領域のn
MOSTFTのソース/ドレイン領域に、イオン注入又
はイオンドーピング法により例えば燐等のn型不純物7
9を1×1013atoms/cm2のドーズ量でドーピ
ングし、2×1018atoms/ccのドナー濃度に設
定して、n-型のLDD部を形成する。
Next, as shown in (3) of FIG. 18, an n - type LDD (Lightly D
In order to form an oped drain) portion, the gate portion of the nMOSTFT in the display region and all the pMOSTFTs and nMOSTFTs in the peripheral driving region are covered with a photoresist 82 by a general-purpose photolithography technique, and n in the exposed display region is formed.
An n-type impurity 7 such as phosphorus is implanted into the source / drain region of the MOSTFT by ion implantation or ion doping.
9 is doped at a dose of 1 × 10 13 atoms / cm 2 and the donor concentration is set to 2 × 10 18 atoms / cc to form an n -type LDD portion.

【0173】次いで、図19の(4)に示すように、表
示領域のnMOSTFT部及び周辺駆動回路領域のnM
OSTFT部の全部をフォトレジスト82でカバーし、
周辺駆動回路領域のpMOSTFT部のゲート部をフォ
トレジスト82でカバーして露出したソース、ドレイン
領域に、イオン注入又はイオンドーピング法により例え
ばボロン等のp型不純物83を1×1015atoms/
cm2のドーズ量でドーピングし、2×1020atom
s/ccのアクセプタ濃度に設定してp+型のソース部
84、ドレイン部85を形成する。
Next, as shown in FIG. 19D, the nMOSTFT portion in the display region and the nM TFT in the peripheral drive circuit region are used.
The entire OSTFT portion is covered with a photoresist 82,
A p-type impurity 83 such as boron, for example, is ion-implanted or ion-doped into the source and drain regions exposed by covering the gate portion of the pMOSTFT portion of the peripheral drive circuit region with the photoresist 82 at 1 × 10 15 atoms / s.
doping with a dose of cm 2 , and 2 × 10 20 atoms
A source portion 84 and a drain portion 85 of p + type are formed at an acceptor concentration of s / cc.

【0174】次いで、図19の(5)に示すように、周
辺駆動回路領域のpMOSTFT部をフォトレジスト8
2でカバーし、表示領域のnMOSTFTのゲート及び
LDD部と周辺駆動回路領域のnMOSTFT部のゲー
ト部をフォトレジスト82でカバーし、露出した表示領
域及び周辺駆動領域のnMOSTFTのソース、ドレイ
ン領域に、イオン注入又はイオンドーピング法により例
えば燐、ひ素等のn型不純物79を1×1015atom
s/cm2のドーズ量でイオンドーピングし、2×10
20atoms/ccのドナー濃度に設定し、n+型のソ
ース部80、ドレイン部81を形成する。
Next, as shown in FIG. 19 (5), the pMOSTFT portion in the peripheral drive circuit region is
2, the gate of the nMOSTFT in the display area and the LDD part and the gate part of the nMOSTFT part in the peripheral drive circuit area are covered with a photoresist 82, and the exposed source and drain areas of the nMOSTFT in the display area and the peripheral drive area are For example, an n-type impurity 79 such as phosphorus or arsenic is doped with 1 × 10 15 atoms by ion implantation or ion doping.
ion doping at a dose of s / cm 2 ,
At a donor concentration of 20 atoms / cc, an n + -type source portion 80 and a drain portion 81 are formed.

【0175】次いで、図19の(6)に示すように、プ
ラズマCVD、TEOS系プラズマCVD、触媒CVD
法等により、ゲート絶縁膜68として、酸化シリコン膜
40〜50nm厚、窒化シリコン膜10〜20nm厚、
酸化シリコン膜40〜50nm厚の積層膜を形成する。
そして、ハロゲンランプ等でのRTA処理を例えば、約
1000℃、10〜30秒行い、添加したn又はp型不
純物をイオン活性化することにより、設定した各々のキ
ャリア不純物濃度を得る。
Next, as shown in FIG. 19 (6), plasma CVD, TEOS plasma CVD, catalytic CVD
As a gate insulating film 68, a silicon oxide film 40 to 50 nm thick, a silicon nitride film 10 to 20 nm thick,
A silicon oxide film having a thickness of 40 to 50 nm is formed.
Then, RTA treatment with a halogen lamp or the like is performed, for example, at about 1000 ° C. for 10 to 30 seconds, and the added n or p-type impurities are ion-activated to obtain each set carrier impurity concentration.

【0176】この後に、全面に400〜500nm厚の
1%Si入りアルミニウムスパッタ膜を形成し、汎用フ
ォトリソグラフィ及びエッチングにより、全TFTのゲ
ート電極75及びゲートラインを形成する。更にこの後
に、プラズマCVD、触媒CVD法等により、酸化シリ
コン膜100〜200nm厚、フォスフィンシリケート
ガラス(PSG)膜200〜300nm厚、窒化シリコ
ン膜100〜200nm厚の積層膜からなる絶縁膜86
を形成する。
Thereafter, an aluminum sputtered film containing 1% Si with a thickness of 400 to 500 nm is formed on the entire surface, and gate electrodes 75 and gate lines of all TFTs are formed by general-purpose photolithography and etching. Further, thereafter, an insulating film 86 composed of a stacked film having a silicon oxide film thickness of 100 to 200 nm, a phosphine silicate glass (PSG) film of 200 to 300 nm, and a silicon nitride film of 100 to 200 nm thickness by plasma CVD, catalytic CVD, or the like.
To form

【0177】次いで、汎用フォトリソグラフィ及びエッ
チング技術により、周辺駆動回路の全TFT部のソース
/ドレイン部及び表示用nMOSTFT部のソース部の
窓開けを行う。窒化シリコン膜はCF4のプラズマエッ
チング、酸化シリコン膜及びリンシリケートガラス膜は
フッ酸系エッチング液でエッチング処理する。
Next, the windows of the source / drain portions of all the TFT portions of the peripheral drive circuit and the source portions of the display nMOSTFT portion are opened by general-purpose photolithography and etching techniques. The silicon nitride film is plasma-etched with CF 4 , and the silicon oxide film and the phosphosilicate glass film are etched with a hydrofluoric acid-based etchant.

【0178】次いで、図19の(7)に示すように、全
面に400〜500nm厚の1%Si入りアルミニウム
スパッタ膜を形成し、汎用フォトリソグラフィ及びエッ
チング技術により、周辺駆動回路の全TFTのソース、
ドレイン電極88、89、90、91を形成すると同時
に、表示用nMOSTFTのソース電極87及びデータ
ラインを形成する。
Next, as shown in FIG. 19 (7), an aluminum sputtered film containing 1% Si with a thickness of 400 to 500 nm is formed on the entire surface, and the source of all the TFTs of the peripheral drive circuit is formed by general-purpose photolithography and etching techniques. ,
At the same time as forming the drain electrodes 88, 89, 90 and 91, the source electrode 87 and the data line of the display nMOSTFT are formed.

【0179】次いで、図示は省略したが、プラズマCV
D、触媒CVD法等により、酸化シリコン膜100〜2
00nm厚、フォスフィンシリケートガラス膜(PSG
膜)200〜300nm厚、窒化シリコン膜100〜3
00nm厚を層間絶縁膜(上述の92)として全面に形
成し、フォーミングガス中で約400℃、1時間、水素
化及びシンター処理する。その後に、表示用nMOST
FTのドレイン部コンタクト用窓開けを行う。
Next, although not shown, the plasma CV
D, silicon oxide films 100 to 2 by catalytic CVD, etc.
00 nm thick phosphine silicate glass film (PSG
Film) 200 to 300 nm thick, silicon nitride films 100 to 3
A 00 nm thickness is formed on the entire surface as an interlayer insulating film (92 described above), and hydrogenation and sintering are performed in a forming gas at about 400 ° C. for 1 hour. After that, the display nMOST
A window for contacting the drain portion of the FT is opened.

【0180】ここで、LCDが透過型の場合は、画素開
口部の酸化シリコン膜、フォスフィンシリケートガラス
膜及び窒化シリコン膜は除去し、また反射型の場合は、
画素開口部等の酸化シリコン膜、フォスフィンシリケー
トガラス膜及び窒化シリコン膜は除去する必要はない
(これは上述又は後述のLCDにおいても同様であ
る)。
Here, when the LCD is of the transmission type, the silicon oxide film, the phosphine silicate glass film and the silicon nitride film at the pixel opening are removed.
It is not necessary to remove the silicon oxide film, the phosphine silicate glass film, and the silicon nitride film in the pixel openings and the like (this is the same in the above-described or later-described LCD).

【0181】透過型の場合、図15の(10)と同様
に、全面に、スピンコート等で2〜3μm厚のアクリル
系透明樹脂平坦化膜を形成し、汎用フォトリソグラフィ
及びエッチング技術により、表示用TFTのドレイン側
の透明樹脂窓開けを形成した後、全面に130〜150
nm厚のITOスパッタ膜を形成し、汎用フォトリソグ
ラフィ及びエッチング技術により、表示用nMOSTF
Tのドレイン部とコンタクトしたITO透明電極を形成
する。更に熱処理(フォーミングガス中で200〜25
0℃、1時間)により、コンタクト抵抗の低減化とIT
O透明度向上を図る。
In the case of the transmission type, as in (10) of FIG. 15, an acrylic transparent resin flattening film having a thickness of 2 to 3 μm is formed on the entire surface by spin coating or the like, and display is performed by general-purpose photolithography and etching techniques. After forming a transparent resin window opening on the drain side of the TFT for
An ITO sputtered film with a thickness of nm is formed, and nMOSTF for display is formed by general-purpose photolithography and etching technology.
An ITO transparent electrode in contact with the drain of T is formed. Further heat treatment (200 to 25 in forming gas)
0 ° C., 1 hour) to reduce contact resistance and reduce IT
O To improve transparency.

【0182】反射型の場合は、全面に、スピンコート等
で2〜3μm厚の感光性樹脂膜を形成し、汎用フォトリ
ソグラフィ及びエッチング技術により、少なくとも画素
部に凹凸形状パターンを形成し、リフローさせて凹凸反
射下部を形成する。同時に、表示用nMOSTFTのド
レイン部の感光性樹脂窓開けを形成する。しかる後、全
面に、300〜400nm厚の1%Si入りアルミニウ
ムスパッタ膜を形成し、汎用フォトリソグラフィ及びエ
ッチング技術により、画素部以外のアルミニウム膜を除
去し、表示用nMOSTFTのドレイン電極と接続した
凹凸形状のアルミニウム反射部を形成する。その後に、
フォーミングガス中で300℃、1時間シンター処理す
る。
In the case of the reflection type, a photosensitive resin film having a thickness of 2 to 3 μm is formed on the entire surface by spin coating or the like, and a concavo-convex pattern is formed on at least the pixel portion by general-purpose photolithography and etching techniques. To form a concave and convex reflecting lower portion. At the same time, a photosensitive resin window opening at the drain of the display nMOS TFT is formed. Thereafter, an aluminum sputtered film containing 1% Si with a thickness of 300 to 400 nm is formed on the entire surface, the aluminum film other than the pixel portion is removed by general-purpose photolithography and etching technology, and the irregularities connected to the drain electrode of the display nMOS TFT are formed. An aluminum reflector having a shape is formed. Then,
Sintering is performed at 300 ° C. for 1 hour in a forming gas.

【0183】なお、上記において、nMOSTFTのソ
ース、ドレインを形成した後に、触媒AHA処理すれ
ば、多結晶性シリコン薄膜の膜温度を局部的に上昇さ
せ、結晶化が更に促進され、高移動度及び高品質の多結
晶性シリコン薄膜を形成する。同時に、高温の水素分
子、水素原子、活性化水素イオン等が有する熱エネルギ
ーが膜に移動して、膜温度を局部的に上昇させるので、
ゲートチャンネル/ソース/ドレイン領域に注入された
燐、ひ素、ボロンイオン等が活性化される。
In the above, if the catalyst AHA treatment is performed after the source and drain of the nMOS TFT are formed, the film temperature of the polycrystalline silicon thin film is locally increased, and the crystallization is further promoted, and the high mobility and high mobility can be obtained. Form a high quality polycrystalline silicon thin film. At the same time, the thermal energy of high-temperature hydrogen molecules, hydrogen atoms, activated hydrogen ions, etc. moves to the film and locally raises the film temperature,
Phosphorus, arsenic, boron ions and the like implanted in the gate channel / source / drain regions are activated.

【0184】なお、プラズマCVD法によってアモルフ
ァスシリコン含有微結晶シリコン薄膜等を形成した場
合、膜中に10〜20%の水素が含有されるが、触媒A
HA処理によって減少/除去することができて多結晶性
シリコン膜化し、高移動度及び高品質の多結晶性シリコ
ン薄膜を形成できる。又、多結晶性シリコン薄膜等の膜
上又は膜内にシリコン酸化物が存在するときに、これと
還元反応してSiOを生成し、蒸発除去させるので、そ
れらの薄膜上又は膜内のシリコン酸化物を減少/除去さ
せることができ、高移動度及び高品質の多結晶性シリコ
ン薄膜を形成できる。
When an amorphous silicon-containing microcrystalline silicon thin film or the like is formed by the plasma CVD method, the film contains 10 to 20% of hydrogen.
The polycrystalline silicon film can be reduced / removed by the HA treatment to form a polycrystalline silicon film, and a high-mobility and high-quality polycrystalline silicon thin film can be formed. Further, when silicon oxide is present on or in a film such as a polycrystalline silicon thin film, the silicon oxide is generated by a reduction reaction with the silicon oxide and is evaporated and removed. An object can be reduced / removed, and a high mobility and high quality polycrystalline silicon thin film can be formed.

【0185】<ボトムゲート型又はデュアルゲート型M
OSTFT>MOSTFTを組み込んだ例えばLCDに
おいて、上述のトップゲート型に代えて、ボトムゲート
型、デュアルゲート型のMOSTFTからなる透過型L
CDを製造した例を述べる(但し、反射型LCDも同様
である)。
<Bottom Gate Type or Dual Gate Type M
For example, in an LCD incorporating OSTFT> MOSTFT, a transmissive type L composed of a bottom gate type and a dual gate type MOSTFT is used instead of the above-described top gate type.
An example of manufacturing a CD will be described (however, the same applies to a reflective LCD).

【0186】図20(B)に示すように、表示部及び周
辺部にはボトムゲート型のnMOSTFTが設けられ、
或いは図20(C)に示すように、表示部及び周辺部に
はデュアルゲート型のnMOSTFTがそれぞれ設けら
れている。これらのボトムゲート型、デュアルゲート型
MOSTFTのうち、特にデュアルゲート型の場合には
上下のゲート部によって駆動能力が向上し、高速スイッ
チングに適し、また上下のゲート部のいずれかを選択的
に用いて場合に応じてトップゲート型又はボトムゲート
型として動作させることもできる。
As shown in FIG. 20B, a bottom gate type nMOSTFT is provided in the display portion and the peripheral portion.
Alternatively, as shown in FIG. 20C, dual gate type nMOSTFTs are provided in the display portion and the peripheral portion, respectively. Of these bottom gate type and dual gate type MOS TFTs, especially in the case of the dual gate type, the driving capability is improved by the upper and lower gate portions, suitable for high-speed switching, and selectively using one of the upper and lower gate portions. Depending on the case, it can be operated as a top gate type or a bottom gate type.

【0187】図20(B)のボトムゲート型MOSTF
Tにおいて、図中の102はMo−Ta合金等のゲート
電極であり、103は窒化シリコン膜及び104は酸化
シリコン膜であってゲート絶縁膜を形成し、このゲート
絶縁膜上にはトップゲート型MOSTFTと同様の多結
晶性シリコン薄膜67を用いたチャンネル領域等が形成
されている。また、図20(C)のデュアルゲート型M
OSTFTにおいて、下部ゲート部はボトムゲート型M
OSTFTと同様であるが、上部ゲート部は、ゲート絶
縁膜106を酸化シリコン薄膜と窒化シリコン膜、必要
に応じて更に酸化シリコン膜の積層膜で形成し、この上
に上部ゲート電極75を設けている。
The bottom gate type MOSTF shown in FIG.
In the figure, reference numeral 102 denotes a gate electrode made of a Mo—Ta alloy or the like, 103 denotes a silicon nitride film, and 104 denotes a silicon oxide film to form a gate insulating film. A channel region and the like using a polycrystalline silicon thin film 67 similar to the MOSTFT are formed. Further, the dual gate type M shown in FIG.
In the OSTFT, the lower gate portion is a bottom gate type M
Similar to the OSTFT, except that the upper gate portion is formed by forming a gate insulating film 106 with a laminated film of a silicon oxide thin film and a silicon nitride film, and further, if necessary, a silicon oxide film, and providing an upper gate electrode 75 thereon. I have.

【0188】<ボトムゲート型MOSTFTの製造>ま
ず、ガラス基板61上の全面に、Mo−Ta合金のスパ
ッタ膜を300〜400nm厚に形成し、これを汎用フ
ォトリソグラフィ及びエッチング技術により20〜45
度のテーパーエッチングし、少なくともTFT形成領域
に、ボトムゲート電極102を形成すると同時に、ゲー
トラインを形成する。ガラス材質の使い分けは上述した
トップゲート型に準ずる。
<Manufacture of Bottom Gate Type MOSTFT> First, a 300-400 nm-thick Mo-Ta alloy sputtered film is formed on the entire surface of a glass substrate 61, and is formed by general-purpose photolithography and etching techniques to form a 20-45 nm thick sputtered film.
The gate line is formed at the same time as the bottom gate electrode 102 is formed at least in the TFT formation region by taper etching. The selection of the glass material is in accordance with the above-mentioned top gate type.

【0189】次いで、プラズマCVD、TEOS系プラ
ズマCVD、バイアス又は非バイアス触媒CVD、減圧
CVD等の気相成長法により、ゲート絶縁膜及び保護膜
用の窒化シリコン膜103及び酸化シリコン膜104
を、バイアス又は非バイアス触媒CVD等によりSiO
x又はSiNy粒子状生成物含有のアモルファスシリコン
又は微結晶シリコン薄膜を形成し、触媒AHA処理によ
りシリコン超微粒子を形成する。これをシードにバイア
ス又は非バイアス触媒CVD等により錫含有又は非含有
の多結晶性シリコン薄膜を形成し、更に触媒AHA処理
を繰り返して高結晶化率の大粒径多結晶性シリコン薄膜
67を形成する。これらの気相成膜条件は上述したトッ
プゲート型に準ずる。なお、ボトムゲート絶縁膜及び保
護膜用の窒化シリコン膜はガラス基板からのNaイオン
ストッパ作用を期待して設けるものであるが、合成石英
ガラスの場合は不要である。尚、シリコン超微粒子層は
図20(B)では省略している。
Next, a silicon nitride film 103 and a silicon oxide film 104 for a gate insulating film and a protective film are formed by a vapor phase growth method such as plasma CVD, TEOS plasma CVD, bias or non-bias catalytic CVD, and low pressure CVD.
Is converted to SiO 2 by bias or non-bias catalytic CVD or the like.
x or to form an amorphous silicon or microcrystalline silicon thin film of SiN y particulate product containing, a silicon ultrafine particles by catalytic AHA treatment. Using this as a seed, a polycrystalline silicon thin film containing or not containing tin is formed by bias or non-bias catalytic CVD or the like, and a catalyst AHA treatment is repeated to form a large grain size polycrystalline silicon thin film 67 having a high crystallization rate. I do. These vapor deposition conditions are based on the above-mentioned top gate type. Note that the bottom gate insulating film and the silicon nitride film for the protective film are provided in expectation of the Na ion stopper function from the glass substrate, but are unnecessary in the case of synthetic quartz glass. The silicon ultrafine particle layer is omitted in FIG.

【0190】これ以降のプロセスは上述したものに準ず
るが、すでに上記の工程でゲート電極を形成しているの
で、ここではゲート電極用多結晶シリコン膜形成、ゲー
ト電極形成、ゲート多結晶シリコン酸化工程は不要であ
る。
The subsequent processes are the same as those described above. However, since the gate electrode has already been formed in the above-described steps, the steps of forming a polycrystalline silicon film for a gate electrode, forming a gate electrode, and oxidizing a gate polycrystalline silicon are performed here. Is unnecessary.

【0191】そして次に、上述したと同様に、pMOS
TFT、nMOSTFT領域をアイランド化し(但し、
一方の領域のみを図示:以下、同様)、各チャンネル領
域のキャリア不純物濃度を制御してVthを最適化するた
めに、イオン注入又はイオンドーピング法によりn型又
はp型不純物を適当量混入した後、更に、各MOSTF
Tのソース、ドレイン領域を形成するためにイオン注入
又はイオンドーピング法によりn型又はp型不純物を適
当量混入させる。この後に、不純物活性化のために触媒
AHA処理又はRTA処理のアニールをする。
Then, as described above, the pMOS
The TFT and nMOS TFT regions are made islands (however,
Only one region is shown: the same applies hereinafter), and an appropriate amount of n-type or p-type impurities is mixed by ion implantation or ion doping to control the carrier impurity concentration in each channel region to optimize Vth . Later, each MOSTF
In order to form T source and drain regions, an appropriate amount of n-type or p-type impurities is mixed by ion implantation or ion doping. Thereafter, annealing of the catalyst AHA treatment or RTA treatment is performed to activate the impurities.

【0192】これ以降のプロセスは、上述したものに準
ずる。
The subsequent processes are the same as those described above.

【0193】<デュアルゲート型MOSTFTの製造>
上記のボトムゲート型と同様に、ボトムゲート電極10
2、ゲート絶縁膜103及び104、シリコン超微粒子
をシードとして形成した高結晶化率で大粒径の多結晶性
シリコン薄膜67をそれぞれ形成する。但し、ボトムゲ
ート絶縁膜及び保護膜用の窒化シリコン膜103はガラ
ス基板からのNaイオンストッパ作用を期待して設ける
ものであるが、合成石英ガラスの場合は不要である。
<Manufacture of Dual Gate MOSTFT>
Similarly to the above bottom gate type, the bottom gate electrode 10
2. The gate insulating films 103 and 104, and the polycrystalline silicon thin film 67 having a high crystallization rate and a large grain size formed by using ultrafine silicon particles as seeds, respectively. However, the silicon nitride film 103 for the bottom gate insulating film and the protective film is provided in expectation of the Na ion stopper function from the glass substrate, but is unnecessary in the case of synthetic quartz glass.

【0194】そして次に、上述したと同様に、pMOS
TFT、nMOSTFT領域をアイランド化し、各チャ
ンネル領域のキャリア不純物濃度を制御してVthを最適
化するために、イオン注入又はイオンドーピング法によ
りn型又はp型不純物を適当量混入した後、更に、各M
OSTFTのソース、ドレイン領域を形成するためにイ
オン注入又はイオンドーピング法によりn型又はp型不
純物を適当量混入させる。
Then, as described above, the pMOS
In order to optimize the V th by controlling the carrier impurity concentration of each channel region by forming the islands of the TFT and nMOS TFT regions, an appropriate amount of n-type or p-type impurities are mixed by ion implantation or ion doping, and then, Each M
In order to form the source and drain regions of the OSTFT, an appropriate amount of n-type or p-type impurities is mixed by ion implantation or ion doping.

【0195】次いで、トップゲート絶縁膜106用の酸
化シリコン膜及び窒化シリコン膜、必要に応じて更に酸
化シリコン膜の積層膜を成膜する。気相成長条件は上述
したトップゲート型に準ずる。尚、この後に不純物活性
化のためにRTA処理のアニールをする。
Next, a stacked film of a silicon oxide film and a silicon nitride film for the top gate insulating film 106 and, if necessary, a silicon oxide film are further formed. The vapor phase growth conditions are based on the above-mentioned top gate type. After that, RTA annealing is performed to activate the impurities.

【0196】この後に、全面に400〜500nm厚の
1%Si入りアルミニウムスパッタ膜を形成し、汎用フ
ォトリグラフィ及びエッチング技術により、全TFTの
トップゲート電極75及びゲートラインを形成する。こ
の後に、プラズマCVD、触媒CVD法等により、酸化
シリコン膜100〜200nm厚、フォスフィンシリケ
ートガラス(PSG)膜200〜300nm厚等からな
る絶縁膜86を形成する。次に、汎用フォトリソグラフ
ィ及びエッチング技術により、周辺駆動回路の全MOS
TFTのソース、ドレイン電極部、さらに表示部nMO
STFTのソース電極部の窓開けを行う。
Thereafter, an aluminum sputtered film containing 1% Si with a thickness of 400 to 500 nm is formed on the entire surface, and top gate electrodes 75 and gate lines of all TFTs are formed by general-purpose photolithography and etching techniques. Thereafter, an insulating film 86 made of a silicon oxide film having a thickness of 100 to 200 nm, a phosphine silicate glass (PSG) film having a thickness of 200 to 300 nm, or the like is formed by plasma CVD, catalytic CVD, or the like. Next, using general-purpose photolithography and etching technology, all MOS
TFT source / drain electrode part, display part nMO
A window is opened in the source electrode portion of the STFT.

【0197】次いで、全面に400〜500nm厚の1
%Si入りアルミニウムスパッタ膜を形成し、汎用フォ
トリソグラフィ及びエッチング技術により、ソース及び
ドレインの各アルミニウム電極87、88及び89、ソ
ースライン及び配線等を形成する。次いで、プラズマC
VD、触媒CVD法等により、酸化シリコン膜100〜
200nm厚、フォスフィンシリケートガラス膜(PS
G膜)200〜300nm厚、窒化シリコン膜100〜
300nm厚を層間絶縁膜92として全面に形成し、フ
ォーミングガス中で約400℃、1時間、水素化及びシ
ンター処理する。その後に、表示用nMOSTFTのド
レイン部コンタクト用窓開けを行い、ITO等の画素電
極93を形成する。
Next, a 400-500 nm thick 1
An aluminum sputtered film containing% Si is formed, and source and drain aluminum electrodes 87, 88 and 89, a source line and a wiring are formed by general-purpose photolithography and etching techniques. Next, plasma C
VD, catalytic CVD method, etc.
200 nm thick phosphine silicate glass film (PS
G film) 200-300 nm thick, silicon nitride film 100-
A 300 nm thick interlayer insulating film 92 is formed on the entire surface, and is subjected to hydrogenation and sintering at about 400 ° C. for 1 hour in a forming gas. Thereafter, a drain contact window of the display nMOSTFT is opened to form a pixel electrode 93 of ITO or the like.

【0198】上述したように、本実施の形態によれば、
上述の第1の実施の形態と同様に、バイアス又は非バイ
アス触媒CVDと触媒AHA処理により、LCDの表示
部及び周辺駆動回路部のMOSTFTのゲートチャンネ
ル、ソース及びドレイン領域となる、高キャリア移動度
でVth調整が容易であり、低抵抗での高速動作が可能な
高結晶化率で大粒径の多結晶性シリコン薄膜を形成する
ことができる。この多結晶性シリコン薄膜によるトップ
ゲート、ボトムゲート又はデュアルゲート型MOSTF
Tを用いた液晶表示装置は、高いスイッチング特性と低
リーク電流のLDD構造を有する表示部と、高い駆動能
力のCMOS、又はnMOS、又はpMOS周辺駆動回
路、映像信号処理回路、メモリー回路等を一体化した構
成が可能となり、高画質、高精細、狭額縁、高効率、安
価な液晶パネルの実現が可能である。
As described above, according to the present embodiment,
As in the first embodiment described above, the bias or non-bias catalytic CVD and the catalytic AHA treatment are used to form the high channel mobility, the gate channel, the source and the drain region of the MOSTFT of the LCD and the peripheral drive circuit. Thus, it is possible to form a polycrystalline silicon thin film having a high crystallization ratio and a large grain size, which facilitates Vth adjustment and enables high-speed operation with low resistance. Top gate, bottom gate or dual gate type MOSTF using this polycrystalline silicon thin film
A liquid crystal display device using T integrates a display unit having an LDD structure with high switching characteristics and low leakage current, a CMOS or nMOS or pMOS peripheral driving circuit with high driving capability, a video signal processing circuit, a memory circuit, and the like. This makes it possible to realize a high-quality, high-definition, narrow frame, high-efficiency, and inexpensive liquid crystal panel.

【0199】そして、低温(300〜400℃)で形成
できるので、安価で、大型化が容易な低歪点ガラスを採
用でき、コストダウンが可能となる。しかも、アレイ部
上にカラーフィルタやブラックマスクを作り込むことに
より、液晶表示パネルの開口率、輝度等を改善し、カラ
ーフィルタ基板を不要とし、生産性改善等によるコスト
ダウンが実現する。
Further, since it can be formed at a low temperature (300 to 400 ° C.), it is possible to use a low strain point glass which is inexpensive and can be easily enlarged, and the cost can be reduced. In addition, by forming a color filter and a black mask on the array portion, the aperture ratio and luminance of the liquid crystal display panel are improved, a color filter substrate is not required, and cost reduction is achieved by improving productivity and the like.

【0200】第3の実施の形態 本実施の形態は、本発明を有機又は無機のエレクトロル
ミネセンス(EL)表示装置、例えば有機EL表示装置
に適用したものである。以下にその構造例と製造例を示
す。
Third Embodiment In the present embodiment, the present invention is applied to an organic or inorganic electroluminescence (EL) display device, for example, an organic EL display device. An example of the structure and a manufacturing example are shown below.

【0201】<有機EL素子の構造例I>図21
(A)、(B)に示すように、この構造例Iによれば、
ガラス等の基板111上に、本発明に基づいて上述した
方法で形成された高結晶化率、大粒径の多結晶性シリコ
ン薄膜によって、スイッチング用MOSTFT1と電流
駆動用MOSTFT2のゲートチャンネル117、ソー
ス領域120及びドレイン領域121が形成されてい
る。そして、ゲート絶縁膜118上にゲート電極11
5、ソース及びドレイン領域上にソース電極127及び
ドレイン電極128、131が形成されている。MOS
TFT1のドレインとMOSTFT2のゲートとはドレ
イン電極128を介して接続されていると共に、MOS
TFT2のソース電極127との間に絶縁膜136を介
してキャパシタCが形成され、かつ、MOSTFT2の
ドレイン電極131は有機EL素子の陰極138にまで
延設されている。
<Structural Example I of Organic EL Element> FIG.
As shown in (A) and (B), according to this structural example I,
The gate channel 117 and the source of the switching MOSTFT 1 and the current driving MOSTFT 2 are formed on a substrate 111 made of glass or the like by a polycrystalline silicon thin film having a high crystallization rate and a large grain size formed by the method described above according to the present invention. A region 120 and a drain region 121 are formed. Then, the gate electrode 11 is formed on the gate insulating film 118.
5. A source electrode 127 and drain electrodes 128 and 131 are formed on the source and drain regions. MOS
The drain of TFT1 and the gate of MOSTFT2 are connected via a drain electrode 128, and
A capacitor C is formed between the source electrode 127 of the TFT 2 and the insulating film 136, and the drain electrode 131 of the MOS TFT 2 extends to the cathode 138 of the organic EL element.

【0202】各MOSTFTは絶縁膜130で覆われ、
この絶縁膜上には陰極を覆うように有機EL素子の例え
ば緑色有機発光層132(又は青色有機発光層133、
更には図示しない赤色有機発光層)が形成され、この有
機発光層を覆うように陽極(1層目)134が形成さ
れ、更に共通の陽極(2層目)135が全面に形成され
ている。なお、CMOSTFTからなる周辺駆動回路、
映像信号処理回路、メモリー回路等の製法は、上述した
液晶表示装置に準ずる(以下、同様)。
Each MOSTFT is covered with an insulating film 130,
On this insulating film, for example, a green organic light emitting layer 132 (or a blue organic light emitting layer 133,
Further, a red organic light emitting layer (not shown) is formed, an anode (first layer) 134 is formed so as to cover the organic light emitting layer, and a common anode (second layer) 135 is formed on the entire surface. In addition, a peripheral driving circuit composed of a CMOS TFT,
The method of manufacturing the video signal processing circuit, the memory circuit, and the like conforms to the above-described liquid crystal display device (the same applies hereinafter).

【0203】この構造の有機EL表示部は、有機EL発
光層が電流駆動用MOSTFT2のドレインに接続さ
れ、陰極(Li−Al、Mg−Agなど)138がガラ
ス等の基板111の面に被着され、陽極(ITO膜な
ど)134、135がその上部に設けられており、従っ
て、上面発光136’となる。また、陰極がMOSTF
T上を覆っている場合は発光面積が大きくなり、このと
きには陰極が遮光膜となり、発光光等がMOSTFTに
入射しないのでリーク電流発生がなく、TFT特性の悪
化がない。
In the organic EL display section having this structure, the organic EL light emitting layer is connected to the drain of the current driving MOSTFT 2 and the cathode (Li-Al, Mg-Ag, etc.) 138 is attached to the surface of the substrate 111 such as glass. Then, the anodes (ITO films and the like) 134 and 135 are provided on the upper portion thereof, and therefore, the top emission 136 ′ is obtained. The cathode is MOSTF
In the case where T is covered, the light emitting area becomes large. At this time, the cathode serves as a light-shielding film, and the emitted light does not enter the MOSTFT, so that no leak current is generated and the TFT characteristics are not deteriorated.

【0204】また、各画素部周辺に図21(C)のよう
にブラックマスク部(クロム、二酸化クロム等)140
を形成すれば、光漏れ(クロストーク等)を防止し、コ
ントラストの向上が図れる。
Further, as shown in FIG. 21C, a black mask portion (chromium, chromium dioxide, etc.) 140 is formed around each pixel portion.
Is formed, light leakage (such as crosstalk) can be prevented, and the contrast can be improved.

【0205】なお、画素表示部に緑色、青色、赤色の3
色発光層を使用する方法、色変換層を使用する方法、白
色発光層にカラーフィルターを使用する方法のいずれで
も、良好なフルカラーのEL表示装置が実現でき、ま
た、各色発光材料である高分子化合物のスピンコーティ
ング法、又は金属錯体の真空加熱蒸着法においても、長
寿命、高精度、高品質、高信頼性のフルカラー有機EL
部を生産性良く作成できるので、コストダウンが可能と
なる(以下、同様)。
It is to be noted that the green, blue and red colors are displayed in the pixel display section.
Either a method using a color light-emitting layer, a method using a color conversion layer, or a method using a color filter for a white light-emitting layer can realize a good full-color EL display device, and a polymer that is a light-emitting material for each color. Long-life, high-precision, high-quality, high-reliability full-color organic EL even in compound spin coating or metal complex vacuum evaporation
Since the parts can be created with high productivity, the cost can be reduced (the same applies hereinafter).

【0206】従来のこの種の有機ELは、アモルファス
又は微結晶シリコンMOSTFTを用いているので、V
thが変動しても電流値が変わり易く、画質に変動が起き
易い。しかも、移動度が小さいため、高速応答でドライ
ブできる電流にも限界があり、またpチャンネルの形成
が困難であり、小規模なCMOS回路構成さえも困難で
ある。そこで、比較的大面積化が容易であって高信頼性
でキャリア移動度も高く、CMOS回路構成も可能な多
結晶性シリコンMOSTFTを用いることが望ましい
が、従来の多結晶シリコン薄膜は、1)アモルファスシ
リコン膜を300〜400℃のプラズマCVD法で成膜
し、エキシマレーザーアニールして多結晶シリコン膜化
する。2)アモルファスシリコン膜を430〜500℃
のLPCVD法で成膜し、窒素ガス中で600℃/5〜
20hrと850℃/0.5〜3hrで固相成長させて
多結晶シリコン膜化する。
A conventional organic EL of this type uses an amorphous or microcrystalline silicon MOSTFT.
Even if th fluctuates, the current value easily fluctuates, and the image quality fluctuates easily. In addition, since the mobility is low, the current that can be driven with high speed response is limited, and it is difficult to form a p-channel, and even a small-scale CMOS circuit configuration is difficult. Therefore, it is preferable to use a polycrystalline silicon MOSTFT which can be relatively easily formed in a large area, has high reliability, has high carrier mobility, and can form a CMOS circuit. An amorphous silicon film is formed by a plasma CVD method at 300 to 400 [deg.] C. and excimer laser annealing is performed to form a polycrystalline silicon film. 2) 430-500 ° C amorphous silicon film
Formed by LPCVD method at 600 ° C./5
Solid phase growth is carried out at 20 hours and 850 ° C./0.5 to 3 hours to form a polycrystalline silicon film.

【0207】しかし、1)は、高価なエキシマレーザー
装置の採用、エキシマレーザーの不安定性起因のTFT
特性むらと品質問題、生産性低下等によるコストアップ
となる。2)は、600℃以上、15〜20hrsの長
時間の熱処理のために、汎用ガラス基板を使用できず、
石英ガラス採用となるので、コストアップとなる。ま
た、フルカラー有機EL層では、その微細加工プロセス
において、電極の酸化や有機EL材料が酸素、水分にさ
らされたり、加熱で構造変化(溶解あるいは再結晶化)
して劣化しやすいので、各色発光領域を高精度に形成す
るのが難しい。
However, 1) adopts an expensive excimer laser device, and a TFT caused by instability of the excimer laser.
Cost increases due to characteristic unevenness, quality problems, and reduced productivity. 2) The general-purpose glass substrate cannot be used due to the long-term heat treatment at 600 ° C. or higher and 15 to 20 hrs,
Since quartz glass is used, the cost is increased. In the full-color organic EL layer, in the microfabrication process, the electrode is oxidized, the organic EL material is exposed to oxygen and moisture, or the structure is changed by heating (dissolution or recrystallization).
Therefore, it is difficult to form each color light emitting region with high accuracy.

【0208】次に、本実施の形態による有機EL素子の
製造プロセスを説明すると、まず、図22の(1)に示
すように、上述した工程を経て多結晶性シリコン薄膜か
らなるソース領域120、チャンネル領域117及びド
レイン領域121を形成した後、ゲート絶縁膜118を
形成し、この上にMOSTFT1、2のゲート電極11
5をMo−Ta合金等のスパッタリング成膜とフォトリ
ソグラフィ及びエッチング技術により形成し、またMO
STFT1のゲート電極に接続されるゲートラインをス
パッタリング成膜とフォトリソグラフィ及びエッチング
技術により(以下、同様)形成する。そして、オーバー
コート膜(酸化シリコン等)137をバイアス触媒CV
D等の気相成長法により(以下、同様)形成後、100
0℃、10〜30秒等のRTA処理によりイオン活性化
する。そして、MOSTFT2のソース電極127及び
アースラインを形成し、更にオーバーコート膜(酸化シ
リコン/窒化シリコン積層膜など)136を形成する。
Next, the manufacturing process of the organic EL device according to the present embodiment will be described. First, as shown in FIG. 22A, the source region 120 made of a polycrystalline silicon thin film is formed through the above-described steps. After forming the channel region 117 and the drain region 121, a gate insulating film 118 is formed, and the gate electrodes 11 of the MOSTFTs 1 and 2 are formed thereon.
5 is formed by sputtering a Mo—Ta alloy or the like, photolithography and etching techniques.
A gate line connected to the gate electrode of the STFT 1 is formed by sputtering film formation, photolithography, and etching technology (the same applies hereinafter). Then, the overcoat film (silicon oxide or the like) 137 is applied to the bias catalyst CV.
D and the like, and then 100
Ion activation is performed by RTA treatment at 0 ° C. for 10 to 30 seconds. Then, a source electrode 127 and an earth line of the MOSTFT 2 are formed, and an overcoat film (silicon oxide / silicon nitride laminated film) 136 is further formed.

【0209】次いで、図22の(2)に示すように、M
OSTFT1のソース/ドレイン部、MOSTFT2の
ゲート部の窓開けを行った後、図22の(3)に示すよ
うに、1%Si入りAlのスパッタリングと汎用フォト
リソグラフィ及びエッチング技術によりMOSTFT1
のドレイン電極とMOSTFT2のゲート電極を1%S
i入りAl配線128で接続し、同時にMOSTFT1
のソース電極と、この電極に接続される1%Si入りA
lからなるソースラインを形成する。そして、オーバー
コート膜(酸化シリコン/フォスフィンシリケートガラ
ス/窒化シリコン積層膜など)130を形成し、MOS
TFT2のドレイン部の窓開けを行い、MOSTFT2
のドレイン部と接続した発光部の陰極138を形成す
る。
Next, as shown in (2) of FIG.
After opening the windows of the source / drain portion of the OSTFT1 and the gate portion of the MOSTFT2, as shown in (3) of FIG.
1% S between the drain electrode of
connected with the Al wiring 128 containing i,
Source electrode and A containing 1% Si connected to this electrode.
1 is formed. Then, an overcoat film (silicon oxide / phosphine silicate glass / silicon nitride laminated film) 130 is formed, and a MOS
Open the window of the drain part of TFT2, MOSTFT2
The cathode 138 of the light-emitting part connected to the drain part of FIG.

【0210】次いで、図22の(4)に示すように、有
機発光層132等及び陽極134、135を形成する。
Next, as shown in FIG. 22D, an organic light emitting layer 132 and the like and anodes 134 and 135 are formed.

【0211】なお、上記において、緑色(G)発光有機
EL層、青色(B)発光有機EL層、赤色(R)発光有
機EL層はそれぞれ、100〜200nm厚に形成する
が、これらの有機EL層は、低分子化合物の場合は真空
加熱蒸着法で形成され、高分子化合物の場合はディッピ
ングコーティング、スピンコーティングなどの塗布法や
インクジェット法によりR、G、B発光ポリマーを配列
する方法が用いられる。金属錯体の場合は、昇華可能な
材料を真空加熱蒸着法で形成される。
In the above description, the green (G) light emitting organic EL layer, the blue (B) light emitting organic EL layer, and the red (R) light emitting organic EL layer are formed to have a thickness of 100 to 200 nm, respectively. The layer is formed by a vacuum heating evaporation method in the case of a low molecular weight compound, and in the case of a high molecular weight compound, a method of arranging R, G, B light emitting polymers by an application method such as dipping coating or spin coating or an inkjet method is used. . In the case of a metal complex, a sublimable material is formed by a vacuum heating evaporation method.

【0212】有機EL層には、単層型、二層型、三層型
等があるが、ここでは低分子化合物の三層型の例を示
す。 単層型;陽極/バイポーラー発光層/陰極、 二層型;陽極/ホール輸送層/電子輸送性発光層/陰
極、又は陽極/ホール輸送性発光層/電子輸送層/陰
極、 三層型;陽極/ホール輸送層/発光層/電子輸送層/陰
極、又は陽極/ホール輸送性発光層/キャリアブロック
層/電子輸送性発光層/陰極
The organic EL layer includes a single-layer type, a two-layer type, a three-layer type, and the like. Here, an example of a low-molecular compound three-layer type is shown. Single layer type; anode / bipolar light emitting layer / cathode, double layer type; anode / hole transporting layer / electron transporting light emitting layer / cathode, or anode / hole transporting light emitting layer / electron transporting layer / cathode, three layer type; Anode / hole transporting layer / light emitting layer / electron transporting layer / cathode, or anode / hole transporting light emitting layer / carrier blocking layer / electron transporting light emitting layer / cathode

【0213】なお、図21(B)の素子において、有機
発光層の代わりに公知の発光ポリマーを用いれば、パッ
シブマトリクス又はアクティブマトリクス駆動の発光ポ
リマー表示装置(LEPD)として構成することができ
る(以下、同様)。
In the element of FIG. 21B, if a known light emitting polymer is used instead of the organic light emitting layer, it can be configured as a light emitting polymer display device (LEPD) driven by a passive matrix or an active matrix (hereinafter, referred to as LEPD). And similar).

【0214】<有機EL素子の構造例II>図23
(A)、(B)に示すように、この構造例IIによれば、
ガラス等の基板111上に、上記の構造例Iと同様に、
本発明に基づいて上述した方法で形成された高結晶化
率、大粒径の多結晶性シリコン薄膜によって、スイッチ
ング用MOSTFT1と電流駆動用MOSTFT2のゲ
ートチャンネル117、ソース領域120及びドレイン
領域121が形成されている。そして、ゲート絶縁膜1
18上にゲート電極115、ソース及びドレイン領域上
にソース電極127及びドレイン電極128、131が
形成されている。MOSTFT1のドレインとMOST
FT2のゲートとはドレイン電極128を介して接続さ
れていると共に、MOSTFT2のドレイン電極131
との間に絶縁膜136を介してキャパシタCが形成さ
れ、かつ、MOSTFT2のソース電極127は有機E
L素子の陽極144にまで延設されている。
<Structural Example II of Organic EL Element> FIG.
As shown in (A) and (B), according to this structural example II,
On a substrate 111 made of glass or the like, similar to the above structure example I,
The gate channel 117, the source region 120, and the drain region 121 of the switching MOSTFT1 and the current driving MOSTFT2 are formed by the polycrystalline silicon thin film having a high crystallization rate and a large grain size formed by the above-described method according to the present invention. Have been. And the gate insulating film 1
A gate electrode 115 is formed on the source electrode 18, and a source electrode 127 and drain electrodes 128 and 131 are formed on the source and drain regions. MOSTFT1 drain and MOST
The gate of the FT2 is connected via the drain electrode 128 and the drain electrode 131 of the MOSTFT2.
And a capacitor C is formed via an insulating film 136, and the source electrode 127 of the MOSTFT 2 is an organic
It extends to the anode 144 of the L element.

【0215】各MOSTFTは絶縁膜130で覆われ、
この絶縁膜上には陽極を覆うように有機EL素子の例え
ば緑色有機発光層132(又は青色有機発光層133、
更には図示しない赤色有機発光層)が形成され、この有
機発光層を覆うように陰極(1層目)141が形成さ
れ、更に共通の陰極(2層目)142が全面に形成され
ている。
Each MOSTFT is covered with an insulating film 130,
On the insulating film, for example, a green organic light emitting layer 132 (or a blue organic light emitting layer 133,
Further, a red organic light emitting layer (not shown) is formed, a cathode (first layer) 141 is formed so as to cover the organic light emitting layer, and a common cathode (second layer) 142 is formed on the entire surface.

【0216】この構造の有機EL表示部は、有機EL発
光層が電流駆動用MOSTFT2のソースに接続され、
ガラス等の基板111の面に被着された陽極144を覆
うように有機EL発光層を形成し、その有機EL発光層
を覆うように陰極141を形成し、全面に陰極142を
形成しており、従って、下面発光136’となる。ま
た、陰極が有機EL発光層間及びMOSTFT上を覆っ
ている。即ち、全面に、例えば緑色発光有機EL層を真
空加熱蒸着法等により形成した後に、緑色発光有機EL
部をフォトリソグラフィ及びドライエッチングで形成
し、連続して同様に、青色、赤色発光有機EL部を形成
し、最後に全面に陰極(電子注入層)141をマグネシ
ウム:銀合金又はアルミニウム:リチウム合金により形
成する。この全面に更に形成した陰極(電子注入層)で
密封するので、外部から有機EL層間に湿気が侵入する
ことを特に全面被着の陰極142により防止して湿気に
弱い有機EL層の劣化や電極の酸化を防止し、長寿命、
高品質、高信頼性が可能となる(これは、図21の構造
例Iでも陽極で全面被覆されているため、同様であ
る)。また、陰極141及び142により放熱効果が高
まるので、発熱による薄膜の構造変化(融解又は再結晶
化)が低減し、長寿命、高品質、高信頼性が可能とな
る。しかも、これによって、高精度、高品質のフルカラ
ーの有機EL層を生産性良く作成できるので、コストダ
ウンが可能となる。
In the organic EL display section having this structure, the organic EL light emitting layer is connected to the source of the current driving MOSTFT 2,
An organic EL light emitting layer is formed so as to cover the anode 144 attached to the surface of the substrate 111 such as glass, a cathode 141 is formed so as to cover the organic EL light emitting layer, and a cathode 142 is formed over the entire surface. Therefore, bottom emission 136 'is obtained. Further, the cathode covers the organic EL light emitting layer and the MOSTFT. That is, after forming, for example, a green light emitting organic EL layer on the entire surface by a vacuum heating evaporation method or the like, the green light emitting organic EL layer is formed.
The portion is formed by photolithography and dry etching, and a blue and red light-emitting organic EL portion is continuously formed in the same manner. Finally, a cathode (electron injection layer) 141 is entirely formed of a magnesium: silver alloy or aluminum: lithium alloy. Form. Since the entire surface is sealed with a cathode (electron injection layer) further formed, the invasion of moisture from the outside to the organic EL layer is particularly prevented by the cathode 142 deposited on the entire surface, and the deterioration of the organic EL layer which is weak to moisture and the electrode are prevented. Prevents oxidation, long life,
High quality and high reliability are possible (the same is true for the structural example I in FIG. 21 because the entire surface is covered with the anode). In addition, since the heat radiation effect is enhanced by the cathodes 141 and 142, a structural change (melting or recrystallization) of the thin film due to heat generation is reduced, and a long life, high quality, and high reliability can be achieved. In addition, since a high-precision, high-quality, full-color organic EL layer can be produced with high productivity, the cost can be reduced.

【0217】また、各画素部周辺に図23(C)のよう
にブラックマスク部(クロム、二酸化クロム等)140
を形成すれば、光漏れ(クロストーク等)を防止し、コ
ントラストの向上が図れる。なお、このブラックマスク
部140は、酸化シリコン膜143(これはゲート絶縁
膜118と同時に同一材料で形成してよい。)によって
覆われている。
Further, as shown in FIG. 23C, a black mask portion (chromium, chromium dioxide, etc.) 140 is formed around each pixel portion.
Is formed, light leakage (such as crosstalk) can be prevented, and the contrast can be improved. Note that the black mask portion 140 is covered with a silicon oxide film 143 (this may be formed simultaneously with the gate insulating film 118 using the same material).

【0218】次に、この有機EL素子の製造プロセスを
説明すると、まず、図24の(1)に示すように、上述
した工程を経て高結晶化率で大粒径の多結晶性シリコン
薄膜からなるソース領域120、チャンネル領域117
及びドレイン領域121を形成した後、バイアス触媒C
VD等の気相成長法によりゲート絶縁膜118を形成
し、Mo−Ta合金等のスパッタリング成膜及び汎用フ
ォトリソグラフィ及びエッチング技術によりこの上にM
OSTFT1、2のゲート電極115を形成し、またM
o−Ta合金等のスパッタリング成膜及び汎用フォトリ
ソグラフィ及びエッチング技術によりMOSTFT1の
ゲート電極に接続されるゲートラインを形成する。そし
て、触媒CVD等の気相成長法によりオーバーコート膜
(酸化シリコン等)137を形成後、1000℃、10
〜30秒のRTA処理によりイオン活性化する。そし
て、1%Si入りAlのスパッタリング成膜及び汎用フ
ォトリソグラフィ及びエッチング技術によりMOSTF
T2のドレイン電極131及びVddラインを形成し、更
にバイアス触媒CVD等の気相成長法によりオーバーコ
ート膜(酸化シリコン/窒化シリコン積層膜等)136
を形成する。
Next, the manufacturing process of the organic EL device will be described. First, as shown in FIG. 24A, a polycrystalline silicon thin film having a high crystallization rate and a large grain size is formed through the above-described steps. Source region 120 and channel region 117
After forming the drain region 121 and the bias catalyst C
A gate insulating film 118 is formed by a vapor phase growth method such as VD, and sputtering is performed using a Mo-Ta alloy or the like, and M is formed thereon by general-purpose photolithography and etching techniques.
The gate electrodes 115 of the OSTFTs 1 and 2 are formed.
A gate line connected to the gate electrode of the MOSTFT 1 is formed by sputtering film formation of an o-Ta alloy or the like and general-purpose photolithography and etching techniques. Then, after forming an overcoat film (silicon oxide or the like) 137 by a vapor phase growth method such as catalytic CVD, 1000 ° C., 10 ° C.
Activate ions by RTA treatment for ~ 30 seconds. MOSTF is formed by sputtering film formation of Al containing 1% Si and general-purpose photolithography and etching technology.
A drain electrode 131 of T2 and a Vdd line are formed, and an overcoat film (silicon oxide / silicon nitride laminated film) 136 is formed by a vapor phase growth method such as bias catalytic CVD.
To form

【0219】次いで、図24の(2)に示すように、汎
用フォトリソグラフィ及びエッチング技術によりMOS
TFT1のソース/ドレイン部、MOSTFT2のゲー
ト部の窓開けを行った後、図24の(3)に示すよう
に、1%Si入りAlのスパッタリング成膜及び汎用フ
ォトリソグラフィ及びエッチング技術により、MOST
FT1のドレインとMOSTFT2のゲートを1%Si
入りAl配線128で接続し、同時にMOSTFT1の
ソースに接続される1%Si入りAlからなるソースラ
インを形成する。そして、オーバーコート膜(酸化シリ
コン/フォスフィンシリケートガラス/窒化シリコン積
層膜など)130を形成し、汎用フォトリソグラフィ及
びエッチング技術によりMOSTFT2のソース部の窓
開けを行い、ITO等のスパッタリング及び汎用フォト
リソグラフィ及びエッチング技術によりMOSTFT2
のソース部と接続した発光部の陽極144を形成する。
Next, as shown in FIG. 24B, the MOS is formed by general-purpose photolithography and etching techniques.
After opening the windows of the source / drain portion of the TFT 1 and the gate portion of the MOSTFT2, as shown in FIG.
The drain of FT1 and the gate of MOSTFT2 are 1% Si
A source line made of Al containing 1% Si and connected to the source of the MOSTFT 1 at the same time is formed. Then, an overcoat film (silicon oxide / phosphine silicate glass / silicon nitride laminated film, etc.) 130 is formed, a window of the source portion of the MOSTFT 2 is opened by general-purpose photolithography and etching technology, and sputtering such as ITO and general-purpose photolithography are performed. And MOSTFT2 by etching technology
The anode 144 of the light emitting portion connected to the source portion of the light emitting device is formed.

【0220】次いで、図24の(4)に示すように、上
記のように有機発光層132等及び陰極141、142
を形成する。
Next, as shown in FIG. 24D, the organic light emitting layer 132 and the cathodes 141 and 142 are formed as described above.
To form

【0221】なお、以下に述べる有機ELの各層の構成
材料や形成方法は図23の例に適用されるが、図21の
例にも同様に適用されてよい。
The constituent materials and forming method of each layer of the organic EL described below are applied to the example of FIG. 23, but may be similarly applied to the example of FIG.

【0222】緑色発光有機EL層に低分子化合物を用い
る場合は、ガラス基板上の陽極(ホール注入層)である
電流駆動用MOSTFTのソース部とコンタクトしたI
TO透明電極上に、連続した真空加熱蒸着法により形成
する。 1)ホール輸送層は、アミン系化合物(例えば、トリア
リールアミン誘導体、アリールアミンオリゴマー、芳香
族第三アミン等)等 2)発光層は、緑色発光材料であるトリス(8−ヒドロ
キシキシリノ)Al錯体(Alq)等 3)電子輸送層は、1,3,4−オキサジアゾール誘導
体(OXD)、1,2,4−トリアゾール誘導体(TA
Z)等 4)陰極である電子注入層は、4eV以下の仕事関数を
有する材料で作られるのが好ましい。 例えば、10:1(原子比)のマグネシウム:銀合金の
10〜30nm厚 アルミニウム:リチウム(濃度は0.5〜1%)合金の
10〜30nm厚 ここで、銀は有機界面との接着性を増すためにマグネシ
ウム中に1〜10原子%添加され、リチウムは安定化の
ためにアルミニウム中に濃度は0.5〜1%添加され
る。
In the case where a low molecular compound is used for the green light emitting organic EL layer, an I (contact) source which is in contact with a source portion of a current driving MOSTFT which is an anode (hole injection layer) on a glass substrate.
It is formed on the TO transparent electrode by a continuous vacuum heating evaporation method. 1) The hole transport layer is made of an amine compound (for example, a triarylamine derivative, an arylamine oligomer, an aromatic tertiary amine, etc.) 2) The light emitting layer is made of tris (8-hydroxyxylino) Al which is a green light emitting material Complex (Alq), etc. 3) The electron transport layer is made of 1,3,4-oxadiazole derivative (OXD), 1,2,4-triazole derivative (TA
Z) etc. 4) The electron injection layer serving as the cathode is preferably made of a material having a work function of 4 eV or less. For example, 10 to 30 nm thickness of a 10: 1 (atomic ratio) magnesium: silver alloy 10 to 30 nm thickness of an aluminum: lithium (concentration: 0.5 to 1%) alloy Here, silver has an adhesive property with an organic interface. 1 to 10 atomic% is added to magnesium for increasing, and lithium is added to aluminum at a concentration of 0.5 to 1% for stabilization.

【0223】緑色画素部を形成するには、緑色画素部を
フォトレジストでマスクし、CCl 4ガスのプラズマエ
ッチングにより陰極である電子注入層のアルミニウム:
リチウム合金を除去し、連続して電子輸送層、発光層、
ホール輸送層の低分子系化合物及びフォトレジストを酸
素プラズマエッチングで除去し、緑色画素部を形成す
る。この時に、フォトレジストの下にはアルミニウム:
リチウム合金があるので、フォトレジストがエッチング
されても問題ない。又、この時に、電子輸送層、発光
層、ホール輸送層の低分子系化合物層は、ホール注入層
のITO透明電極よりも大きい面積とし、後工程で全面
に形成する陰極142の電子注入層(マグネシウム:銀
合金等)と電気的ショートしないようにする。
To form a green pixel portion, a green pixel portion is formed.
Mask with photoresist and CCl FourGas plasma
The aluminum of the electron injection layer which is the cathode by the etching:
Remove the lithium alloy, continuously electron transport layer, light emitting layer,
The low-molecular compound and the photoresist in the hole transport layer are acidified.
Removed by elementary plasma etching to form a green pixel part
You. At this time, the aluminum under the photoresist:
Photoresist is etched due to lithium alloy
There is no problem if it is done. At this time, the electron transport layer,
Layer and the hole transport layer
Area larger than the ITO transparent electrode of
Electron injection layer of the cathode 142 (magnesium: silver
Alloy, etc.).

【0224】次に、青色発光有機EL層を低分子化合物
で形成する場合は、ガラス基板上の陽極(ホール注入
層)である電流駆動用TFTのソース部とコンタクトし
たITO透明電極上に、連続して真空加熱蒸着により形
成する。 1)ホール輸送層は、アミン系化合物(例えば、トリア
リールアミン誘導体、アリールアミンオリゴマー、芳香
族第三アミン等)等 2)発光層は、青色発光材料であるDTVBiのような
ジスチリル誘導体等 3)電子輸送層は、1,3,4−オキサジアゾール誘導
体(TAZ)、1,2,4−トリアゾール誘導体(TA
Z)等 4)陰極である電子注入層は、4eV以下の仕事関数を
有する材料で作られるのが好ましい。 例えば、10:1(原子比)のマグネシウム:銀合金の
10〜30nm厚 アルミニウム:リチウム(濃度は0.5〜1%)合金の
10〜30nm厚 ここで、銀は有機界面との接着性を増すためにマグネシ
ウム中に1〜10原子%添加され、リチウムは安定化の
ためにアルミニウム中に濃度は0.5〜1%添加され
る。
Next, when the blue light-emitting organic EL layer is formed of a low-molecular compound, the blue light-emitting organic EL layer is continuously formed on the ITO transparent electrode in contact with the source of the current driving TFT which is the anode (hole injection layer) on the glass substrate. And formed by vacuum heating evaporation. 1) The hole transport layer is an amine compound (for example, a triarylamine derivative, an arylamine oligomer, an aromatic tertiary amine, etc.) 2) The light emitting layer is a distyryl derivative such as DTVBi which is a blue light emitting material 3) The electron transport layer is composed of a 1,3,4-oxadiazole derivative (TAZ), a 1,2,4-triazole derivative (TA
Z) etc. 4) The electron injection layer serving as the cathode is preferably made of a material having a work function of 4 eV or less. For example, 10 to 30 nm thickness of a 10: 1 (atomic ratio) magnesium: silver alloy 10 to 30 nm thickness of an aluminum: lithium (concentration: 0.5 to 1%) alloy Here, silver has an adhesive property with an organic interface. 1 to 10 atomic% is added to magnesium for increasing, and lithium is added to aluminum at a concentration of 0.5 to 1% for stabilization.

【0225】青色画素部を形成するには、青色画素部を
フォトレジストでマスクし、CCl 4ガスのプラズマエ
ッチングで陰極である電子注入層のアルミニウム:リチ
ウム合金を除去し、連続して電子輸送層、発光層、ホー
ル輸送層の低分子系化合物及びフォトレジストを酸素プ
ラズマエッチングで除去し、青色画素部を形成する。こ
の時に、フォトレジストの下にはアルミニウム:リチウ
ム合金があるので、フォトレジストがエッチングされて
も問題ない。又、この時に、電子輸送層、発光層、ホー
ル輸送層の低分子系化合物層は、ホール注入層のITO
透明電極よりも大きい面積とし、後工程で全面に形成す
る陰極142の電子注入層(マグネシウム:銀合金等)
と電気的ショートしないようにする。
In order to form a blue pixel portion, the blue pixel portion
Mask with photoresist and CCl FourGas plasma
Of the electron injection layer which is the cathode in the etching: Li
Alloy, and the electron transport layer, light emitting layer,
Oxygen-transporting the low molecular weight compound and photoresist in the
It is removed by plasma etching to form a blue pixel portion. This
At the time of the photoresist under the aluminum: Lithium
The photoresist is etched
No problem. At this time, the electron transport layer, the light emitting layer,
The low-molecular compound layer of the hole transport layer is made of ITO of the hole injection layer.
Make the area larger than the transparent electrode and form it over the entire surface in a later process
Electron injection layer of the cathode 142 (magnesium: silver alloy, etc.)
And electrical shorts.

【0226】また、赤色発光有機EL層を低分子化合物
で形成する場合は、ガラス基板上の陽極(ホール注入
層)である電流駆動用TFTのソース部とコンタクトし
たITO透明電極上に、連続して真空加熱蒸着により形
成する。 1)ホール輸送層は、アミン系化合物(例えば、トリア
リールアミン誘導体、アリールアミンオリゴマー、芳香
族第三アミン等)等 2)発光層は、赤色発光材料であるEu(Eu(DBM)
3(Phen))等 3)電子輸送層は、1,3,4−オキサジアゾール誘導
体(OXD)、1,2,4−トリアゾール誘導体(TA
Z)等 4)陰極である電子注入層は、4eV以下の仕事関数を
有する材料で作られるのが好ましい。 例えば、10:1(原子比)のマグネシウム:銀合金の
10〜30nm厚 アルミニウム:リチウム(濃度は0.5〜1%)合金の
10〜30nm厚 銀は有機界面との接着性を増すためにマグネシウム中に
1〜10原子%添加され、リチウムは安定化のためにア
ルミニウム中に濃度は0.5〜1%添加される。
When the red light-emitting organic EL layer is formed of a low-molecular compound, the red light-emitting organic EL layer is continuously formed on the ITO transparent electrode in contact with the source of the current driving TFT which is the anode (hole injection layer) on the glass substrate. Formed by vacuum heating evaporation. 1) The hole transport layer is made of an amine compound (for example, a triarylamine derivative, an arylamine oligomer, an aromatic tertiary amine, etc.) 2) The light emitting layer is made of Eu (Eu (DBM)) which is a red light emitting material
3 ) (Phen)) 3) The electron transport layer is made of a 1,3,4-oxadiazole derivative (OXD), a 1,2,4-triazole derivative (TA
Z) etc. 4) The electron injection layer serving as the cathode is preferably made of a material having a work function of 4 eV or less. For example, a 10: 1 (atomic ratio) magnesium: silver alloy having a thickness of 10 to 30 nm, an aluminum: lithium (concentration of 0.5 to 1%) alloy having a thickness of 10 to 30 nm, silver is used to increase the adhesion to an organic interface. 1 to 10 atomic% is added to magnesium, and lithium is added to aluminum at a concentration of 0.5 to 1% for stabilization.

【0227】赤色画素部を形成するには、赤色画素部を
フォトレジストでマスクし、CCl 4ガスのプラズマエ
ッチングで陰極である電子注入層のアルミニウム:リチ
ウム合金を除去し、連続して電子輸送層、発光層、ホー
ル輸送層の低分子系化合物及びフォトレジストを酸素プ
ラズマエッチングで除去し、赤色画素部を形成する。こ
の時に、フォトレジストの下にはアルミニウム:リチウ
ム合金があるので、フォトレジストがエッチングされて
も問題ない。又、この時に、電子輸送層、発光層、ホー
ル輸送層の低分子系化合物層は、ホール注入層のITO
透明電極よりも大きい面積とし、後工程で全面に形成す
る陰極142の電子注入層(マグネシウム:銀合金等)
と電気的ショートしないようにする。この後に、共通の
陰極142の電子注入層(マグネシウム:銀合金等)を
全面に形成する。
To form a red pixel portion, the red pixel portion
Mask with photoresist and CCl FourGas plasma
Of the electron injection layer which is the cathode in the etching: Li
Alloy, and the electron transport layer, light emitting layer,
Oxygen-transporting the low molecular weight compound and photoresist in the
It is removed by plasma etching to form a red pixel portion. This
At the time of the photoresist under the aluminum: Lithium
The photoresist is etched
No problem. At this time, the electron transport layer, the light emitting layer,
The low-molecular compound layer of the hole transport layer is made of ITO of the hole injection layer.
Make the area larger than the transparent electrode and form it over the entire surface in a later process
Electron injection layer of the cathode 142 (magnesium: silver alloy, etc.)
And electrical shorts. After this, the common
The electron injection layer (magnesium: silver alloy, etc.) of the cathode 142
Formed over the entire surface.

【0228】陰極である電子注入層は、4eV以下の仕
事関数を有する材料で作られるのが好ましい。例えば、
10:1(原子比)のマグネシウム:銀合金の10〜3
0nm厚、又はアルミニウム:リチウム(濃度は0.5
〜1%)合金の10〜30nm厚とする。ここで、銀は
有機界面との接着性を増すためにマグネシウム中に1〜
10原子%添加され、リチウムは安定化のためにアルミ
ニウム中に濃度は0.5〜1%添加される。なお、スパ
ッタリングで成膜してもよい。
The electron injection layer serving as a cathode is preferably made of a material having a work function of 4 eV or less. For example,
10 to 3 of 10: 1 (atomic ratio) magnesium: silver alloy
0 nm thick, or aluminum: lithium (concentration is 0.5
11%) The thickness of the alloy is 10 to 30 nm. Here, silver is added to magnesium in magnesium in order to increase adhesiveness with an organic interface.
10 atomic% is added, and lithium is added to aluminum at a concentration of 0.5 to 1% for stabilization. Note that the film may be formed by sputtering.

【0229】第4の実施の形態 本実施の形態は、本発明を電界放出型(フィールドエミ
ッション)ディスプレイ装置(FED:Field Emission
Display)に適用したものである。以下にその構造例と
製造例を示す。
Fourth Embodiment In this embodiment, the present invention is applied to a field emission type (field emission) display device (FED: Field Emission).
Display). An example of the structure and a manufacturing example are shown below.

【0230】<FEDの構造例I>図25(A)、
(B)、(C)に示すように、この構造例Iによれば、
ガラス等の基板111上に、本発明に基づいて上述した
方法で形成された高結晶化率、大粒径の多結晶性シリコ
ン薄膜によって、スイッチング用MOSTFT1と電流
駆動用MOSTFT2のゲートチャンネル117、ソー
ス領域120及びドレイン領域121が形成されてい
る。そして、ゲート絶縁膜118上にゲート電極11
5、ソース及びドレイン領域上にソース電極127及び
ドレイン電極128が形成されている。MOSTFT1
のドレインとMOSTFT2のゲートとはドレイン電極
128を介して接続されていると共に、MOSTFT2
のソース電極127との間に絶縁膜136を介してキャ
パシタCが形成され、かつ、MOSTFT2のドレイン
領域121はそのままFED素子のFEC(電界放出カ
ソード)にまで延設され、エミッタ領域152として機
能している。
<Structure Example I of FED> FIG.
As shown in (B) and (C), according to this structural example I,
The gate channel 117 and the source of the switching MOSTFT 1 and the current driving MOSTFT 2 are formed on a substrate 111 made of glass or the like by a polycrystalline silicon thin film having a high crystallization rate and a large grain size formed by the method described above according to the present invention. A region 120 and a drain region 121 are formed. Then, the gate electrode 11 is formed on the gate insulating film 118.
5. A source electrode 127 and a drain electrode 128 are formed on the source and drain regions. MOSTFT1
And the gate of the MOSTFT2 are connected via a drain electrode 128, and the MOSTFT2
A capacitor C is formed between the source electrode 127 and the source electrode 127 via an insulating film 136, and the drain region 121 of the MOSTFT 2 is extended as it is to the FEC (field emission cathode) of the FED element and functions as an emitter region 152. ing.

【0231】各MOSTFTは絶縁膜130で覆われ、
この絶縁膜上には、FECのゲート引き出し電極150
と同一材料にて同一工程で接地用の金属遮蔽膜151が
形成され、各MOSTFT上を覆っている。FECにお
いては、多結晶性シリコン薄膜からなるエミッタ領域1
52上に電界放出エミッタとなるn型多結晶性シリコン
膜153が形成され、更にm×n個の各エミッタに区画
するための開口を有するように、絶縁膜118、13
7、136及び130がパターニングされ、この上面に
はゲート引き出し電極150が被着されている。
Each MOSTFT is covered with an insulating film 130,
On this insulating film, an FEC gate lead electrode 150 is formed.
A metal shielding film 151 for grounding is formed of the same material and in the same step, and covers each MOSTFT. In the FEC, an emitter region 1 made of a polycrystalline silicon thin film is used.
An n-type polycrystalline silicon film 153 serving as a field emission emitter is formed on 52, and insulating films 118 and 13 are formed so as to have openings for partitioning into m × n emitters.
7, 136 and 130 are patterned, and a gate lead-out electrode 150 is deposited on the upper surface thereof.

【0232】また、このFECに対向して、バックメタ
ル155付きの蛍光体156をアノードとして形成した
ガラス基板等の基板157が設けられており、FECと
の間は高真空に保持されている。
A substrate 157 such as a glass substrate formed with a phosphor 156 having a back metal 155 as an anode is provided facing the FEC, and a high vacuum is maintained between the FEC and the FEC.

【0233】この構造のFECにおいては、ゲート引き
出し電極150の開口下には、本発明に基づいて形成さ
れた多結晶性シリコン薄膜152上に成長されたn型多
結晶性シリコン膜153が露出し、これがそれぞれ電子
154を放出する薄膜型のエミッタとして機能する。即
ち、エミッタの下地となる多結晶性シリコン薄膜152
は、大粒径(グレインサイズ数100nm以上)のグレ
インからなっているため、これをシードとしてその上に
n型多結晶性シリコン膜153をバイアス又は非バイア
ス触媒CVD等によって成長させると、この多結晶性シ
リコン膜153はさらに大きな粒径で成長し、表面が電
子放出にとって有利な微細な凹凸158を生じるように
形成されるのである。尚、この時に、多結晶性ダイヤモ
ンド膜、窒素含有又は非含有の炭素薄膜、窒素含有又は
非含有の炭素薄膜表面に多数の微細突起構造(例えばカ
ーボンナノチューブ)を有する電子放出体(エミッタ)
としてもよい。
In the FEC having this structure, the n-type polycrystalline silicon film 153 grown on the polycrystalline silicon thin film 152 formed according to the present invention is exposed below the opening of the gate extraction electrode 150. , Each function as a thin-film type emitter that emits electrons 154. That is, the polycrystalline silicon thin film 152 serving as the base of the emitter
Is composed of grains having a large grain size (a grain size of 100 nm or more). When the n-type polycrystalline silicon film 153 is grown thereon by bias or non-bias catalytic CVD, etc. The crystalline silicon film 153 grows with a larger grain size, and is formed such that the surface has fine irregularities 158 that are advantageous for electron emission. At this time, a polycrystalline diamond film, a carbon thin film containing or not containing nitrogen, and an electron emitter (emitter) having a large number of fine projection structures (for example, carbon nanotubes) on the surface of a carbon thin film containing or not containing nitrogen.
It may be.

【0234】従って、エミッタが薄膜からなる面放出型
であるために、その形成が容易であると共に、エミッタ
性能も安定し、長寿命化が可能となる。
Therefore, since the emitter is of a surface emission type composed of a thin film, it can be easily formed, the emitter performance is stabilized, and the life can be extended.

【0235】また、すべての能動素子(これには周辺駆
動回路及び画素表示部のMOSTFTとダイオードが含
まれる。)の上部にアース電位の金属遮蔽膜151(こ
の金属遮蔽膜は、ゲート引き出し電極150と同じ材料
(Nb、Ti/Mo等)、同じ工程で形成すると工程上
都合がよい。)が形成されているので、次の(1)、
(2)の利点を得ることができる。
A ground potential metal shielding film 151 (this metal shielding film is formed of a gate lead-out electrode 150) is placed on top of all active elements (including a peripheral driving circuit and a MOSTFT and a diode of a pixel display section). The same material (Nb, Ti / Mo, etc.) is formed in the same step, which is convenient for the process.) Therefore, the following (1),
The advantage of (2) can be obtained.

【0236】(1)気密容器内にあるガスがエミッタ1
53から放出された電子により正イオン化されて絶縁層
上にチャージアップし、この正電荷が絶縁層下にあるM
OSTFTに不要な反転層を形成し、この反転層からな
る不要な電流経路を介して余分な電流が流れるために、
エミッタ電流の暴走が起きる。しかし、MOSTFT上
の絶縁層に金属遮蔽膜151を形成してアース電位に落
としているので、チャージアップ防止が可能となり、エ
ミッタ電流の暴走を防止できる。
(1) The gas in the airtight container is the emitter 1
The electrons emitted from the electrons 53 are positively ionized and charged up on the insulating layer.
An unnecessary inversion layer is formed in the OSTFT, and an extra current flows through an unnecessary current path including the inversion layer.
Runaway of the emitter current occurs. However, since the metal shielding film 151 is formed on the insulating layer on the MOSTFT and dropped to the ground potential, charge-up can be prevented, and runaway of the emitter current can be prevented.

【0237】(2)エミッタ153から放出された電子
の衝突により蛍光体156が発光するが、この光により
MOSTFTのゲートチャンネル内に電子、正孔が発生
し、リーク電流となる。しかし、MOSTFT上の絶縁
層に金属遮蔽膜151が形成されているので、MOST
FTへの光入射が防止され、MOSTFTの動作不良は
生じない。
(2) The phosphor 156 emits light due to the collision of the electrons emitted from the emitter 153, and this light generates electrons and holes in the gate channel of the MOSTFT, resulting in a leak current. However, since the metal shielding film 151 is formed on the insulating layer on the MOSTFT, the MOST
Light incidence on the FT is prevented, and no operation failure of the MOSTFT occurs.

【0238】また、バイアス又は非バイアス触媒CVD
等により、少なくとも多結晶性シリコンMOSTFTの
ドレイン領域に連続してn型多結晶性シリコン膜等の電
子放出体(エミッタ)が形成されているので、その接合
性が良好であり、高効率のエミッタ特性が可能となる。
In addition, biased or non-biased catalytic CVD
As a result, an electron emitter such as an n-type polycrystalline silicon film is formed at least continuously to the drain region of the polycrystalline silicon MOSTFT. Characteristic becomes possible.

【0239】また、1つの画素表示部の電子放出体(エ
ミッタ)領域を複数に分割し、それぞれにスイッチング
素子のMOSTFTを接続すれば、たとえ1つのMOS
TFTが故障しても、他のMOSTFTが動作するの
で、1つの画素表示部は必ず電子放出する構成となって
おり、高品質で歩留が高く、コストダウンできる。又、
これらのMOSTFTにおいて、電気的オープン不良の
MOSTFTは問題ないが、電気的ショートしたMOS
TFTはレーザーリペアで分離できるので、高品質で歩
留が高く、コストダウンできる。
If the electron emitter (emitter) region of one pixel display section is divided into a plurality of parts and each of them is connected to a MOSTFT of a switching element, one MOS
Even if the TFT fails, the other MOSTFT operates, so that one pixel display unit always emits electrons, so that high quality, high yield, and cost reduction can be achieved. or,
Among these MOSTFTs, there is no problem with the MOSTFT having an electrically open defect,
Since TFTs can be separated by laser repair, high quality, high yield, and cost reduction can be achieved.

【0240】これに比べて、従来のFEDでは、シリコ
ン単結晶基板を用いるために、基板コストが高く、ウエ
ーハサイズ以上の大面積化が困難である。そして、カソ
ード電極表面に減圧CVD等により導電性の多結晶シリ
コン膜を形成し、その表面にプラズマCVD等により結
晶性ダイヤモンド膜を形成して電子放出体を構成するこ
とが提案されているが、減圧CVD時の成膜温度が63
0℃と高く、ガラス基板を採用できないので、コストダ
ウンが難しい。そして、その減圧CVDによる多結晶シ
リコン膜は粒径が小さく、その上の結晶性ダイヤモンド
膜も粒径が小さく、電子放出体の特性が良くない。更
に、プラズマCVDのために、反応エネルギーが不足し
ているので、良い結晶性ダイヤモンド膜は得にくい。
又、透明電極又はAl、Ti、Cr等の金属のカソード
電極と導電性の多結晶シリコン膜の接合性が悪いので、
良好な電子放出特性は得られない。
On the other hand, in the conventional FED, since a silicon single crystal substrate is used, the substrate cost is high, and it is difficult to increase the area over the wafer size. It has been proposed to form an electron emitter by forming a conductive polycrystalline silicon film on the cathode electrode surface by low pressure CVD or the like and forming a crystalline diamond film on the surface by plasma CVD or the like. Film forming temperature during low pressure CVD is 63
Since the temperature is as high as 0 ° C. and a glass substrate cannot be employed, cost reduction is difficult. Then, the polycrystalline silicon film formed by the low pressure CVD has a small particle size, and the crystalline diamond film on the polycrystalline silicon film also has a small particle size, so that the characteristics of the electron emitter are not good. Furthermore, since plasma CVD has insufficient reaction energy, it is difficult to obtain a good crystalline diamond film.
In addition, since the bonding property between the conductive polycrystalline silicon film and the transparent electrode or the cathode electrode of a metal such as Al, Ti, and Cr is poor,
Good electron emission characteristics cannot be obtained.

【0241】次に、本実施の形態によるFEDの製造プ
ロセスを説明すると、まず、図26の(1)に示すよう
に、上述した工程を経て全面に多結晶性シリコン薄膜1
17を形成した後、汎用フォトリソグラフィ及びエッチ
ング技術によりMOSTFT1とMOSTFT2及びエ
ミッタ領域にアイランド化し、プラズマCVD、触媒C
VD法等により全面に保護用酸化シリコン膜159を形
成する。
Next, the manufacturing process of the FED according to the present embodiment will be described. First, as shown in FIG.
17 are formed, MOSTFT1, MOSTFT2, and an emitter region are formed into islands by general-purpose photolithography and etching techniques.
A protective silicon oxide film 159 is formed on the entire surface by a VD method or the like.

【0242】次いで、MOSTFT1、2のゲートチャ
ンネル不純物濃度の制御によるVthの最適化のために、
イオン注入又はイオンドーピング法により全面にボロン
イオン83を5×1011atoms/cm2のドーズ量
でドーピングし、1×1017atoms/ccのアクセ
プタ濃度に設定する。
Next, in order to optimize V th by controlling the gate channel impurity concentration of the MOSTFTs 1 and 2,
The whole surface is doped with boron ions 83 at a dose of 5 × 10 11 atoms / cm 2 by ion implantation or ion doping to set an acceptor concentration of 1 × 10 17 atoms / cc.

【0243】次いで、図26の(2)に示すように、フ
ォトレジスト82をマスクにして、イオン注入又はイオ
ンドーピング法によりMOSTFT1、2のソース/ド
レイン部及びエミッタ領域に燐イオン79を1×1015
atoms/cm2のドーズ量でドーピングし、2×1
20atoms/ccのドナー濃度に設定し、ソース領
域120、ドレイン領域121、エミッタ領域152を
それぞれ形成した後、汎用フォトリソグラフィ及びエッ
チング技術によりエミッタ領域の保護用酸化シリコン膜
を除去する。
Next, as shown in FIG. 26 (2), using the photoresist 82 as a mask, 1 × 10 5 phosphorus ions 79 are applied to the source / drain portions and the emitter regions of the MOSTFTs 1 and 2 by ion implantation or ion doping. Fifteen
doping at a dose of atoms / cm 2 , 2 × 1
After setting the donor concentration to 0 20 atoms / cc and forming the source region 120, the drain region 121, and the emitter region 152, the silicon oxide film for protecting the emitter region is removed by general-purpose photolithography and etching techniques.

【0244】次いで、図26の(3)に示すように、バ
イアス又は非バイアス触媒CVDによりエミッタ領域を
形成する多結晶性シリコン薄膜152をシードに、モノ
シランとPH3等のドーパントを適量比率で混合し、表
面に微細凹凸158を有し、ドーパントを例えば5×1
20〜1×1021atoms/cc含有するn型多結晶
性シリコン膜153を1〜5μm厚にエミッタ領域に形
成し、同時に他の酸化シリコン膜159及びガラス基板
111上にはn型アモルファスシリコン膜160を1〜
5μm厚に形成する。
Next, as shown in (3) of FIG. 26, monosilane and a dopant such as PH 3 are mixed at an appropriate ratio using a polycrystalline silicon thin film 152 for forming an emitter region by bias or non-bias catalytic CVD as a seed. The surface has fine irregularities 158, and the dopant is, for example, 5 × 1
An n-type polycrystalline silicon film 153 containing 0 20 to 1 × 10 21 atoms / cc is formed in the emitter region to a thickness of 1 to 5 μm, and at the same time, the other silicon oxide film 159 and the n-type amorphous silicon The membrane 160
It is formed to a thickness of 5 μm.

【0245】次いで、図26の(4)に示すように、上
述した触媒AHA処理時の水素系活性種などの作用によ
り、アモルファスシリコン膜160を選択的にエッチン
グ除去し、酸化シリコン膜159のエッチング除去後に
触媒CVD等によりゲート絶縁膜(酸化シリコン膜等)
118を形成する。
Next, as shown in FIG. 26D, the amorphous silicon film 160 is selectively etched away by the action of the hydrogen-based active species during the above-described catalytic AHA treatment, and the silicon oxide film 159 is etched. Gate insulating film (silicon oxide film etc.) by catalytic CVD etc. after removal
Form 118.

【0246】次いで、図27の(5)に示すように、ス
パッタリング法によるMo−Ta合金等の耐熱性金属に
よりMOSTFT1、2のゲート電極115、MOST
FT1のゲート電極に接続されるゲートラインを形成
し、オーバーコート膜(酸化シリコン膜等)137を形
成した後、RTA処理等の1000℃、10〜20秒の
イオン活性化処理を行う。その後に、MOSTFT2の
ソース部窓開け後にスパッタリング法によるMo−Ta
合金等の耐熱性金属でMOSTFT2のソース電極12
7及びアースラインを形成する。更に、プラズマCV
D、触媒CVD等によりオーバーコート膜(酸化シリコ
ン/窒化シリコン積層膜など)136を形成する。
Next, as shown in (5) of FIG. 27, the gate electrodes 115 of the MOSTFTs 1 and 2 are formed using a heat-resistant metal such as a Mo-Ta alloy by a sputtering method.
After a gate line connected to the gate electrode of the FT1 is formed and an overcoat film (silicon oxide film or the like) 137 is formed, ion activation treatment such as RTA treatment is performed at 1000 ° C. for 10 to 20 seconds. Then, after opening the source window of the MOSTFT 2, Mo-Ta by sputtering is used.
The source electrode 12 of the MOSTFT 2 is made of a heat-resistant metal such as an alloy.
7 and an earth line are formed. Furthermore, plasma CV
D. Overcoat film (silicon oxide / silicon nitride laminated film) 136 is formed by catalytic CVD or the like.

【0247】次いで、図27の(6)に示すように、M
OSTFT1のソース/ドレイン部及びMOSTFT2
のゲート部の窓開けを行い、MOSTFT1のドレイン
とMOSTFT2のゲートを1%Si入りAl配線12
8で接続し、同時にMOSTFT1のソース電極とその
ソースに接続されるソースライン127を形成する。
Next, as shown in (6) of FIG.
Source / drain part of OSTFT1 and MOSTFT2
Of the gate of the MOSTFT1 and the gate of the MOSTFT2 are connected to the Al wiring 12 containing 1% Si.
8 and at the same time, a source electrode of the MOSTFT 1 and a source line 127 connected to the source are formed.

【0248】次いで、図27の(7)に示すように、オ
ーバーコート膜(酸化シリコン/フォスフィンシリケー
トガラス/窒化シリコン積層膜など)130を形成した
後、GNDラインの窓開けし、図27の(8)に示すよ
うに、ゲート引き出し電極150や金属遮蔽膜151を
Nb蒸着後のエッチングで形成し、更に電界放出カソー
ド部を窓開けしてエミッタ153を露出させ、上述した
触媒AHA処理での水素系活性種等でクリーニングする
と同時に水素系活性種等の選択的エッチング作用により
微細な凹凸を顕著化させる。
Next, as shown in FIG. 27 (7), after forming an overcoat film (silicon oxide / phosphine silicate glass / silicon nitride laminated film) 130, a GND line window is opened, As shown in (8), the gate extraction electrode 150 and the metal shielding film 151 are formed by etching after Nb deposition, and the field emission cathode portion is opened to expose the emitter 153. At the same time as cleaning with a hydrogen-based active species, fine irregularities are made remarkable by a selective etching action of the hydrogen-based active species.

【0249】<FEDの構造例II>図28(A)、
(B)、(C)に示すように、この構造例IIによれば、
ガラス等の基板111上に、上記の構造例Iと同様に、
本発明に基づいて上述した方法で形成された高結晶化
率、大粒径の多結晶性シリコン薄膜によって、スイッチ
ング用MOSTFT1と電流駆動用MOSTFT2のゲ
ートチャンネル117、ソース領域120及びドレイン
領域121が形成されている。そして、ゲート絶縁膜1
18上にゲート電極115、ソース及びドレイン領域上
にソース電極127及びドレイン電極128が形成され
ている。MOSTFT1のドレインとMOSTFT2の
ゲートとはドレイン電極128を介して接続されている
と共に、MOSTFT2のソース電極127との間に絶
縁膜136を介してキャパシタCが形成され、かつ、M
OSTFT2のドレイン領域121はそのままFED素
子のFEC(電界放出カソード)にまで延設され、エミ
ッタ領域152として機能している。
<Structure Example II of FED> FIG.
As shown in (B) and (C), according to this structural example II,
On a substrate 111 made of glass or the like, similar to the above structure example I,
The gate channel 117, the source region 120, and the drain region 121 of the switching MOSTFT1 and the current driving MOSTFT2 are formed by the polycrystalline silicon thin film having a high crystallization rate and a large grain size formed by the above-described method according to the present invention. Have been. Then, the gate insulating film 1
, A source electrode 127 and a drain electrode 128 are formed on the source and drain regions. The drain of the MOSTFT1 and the gate of the MOSTFT2 are connected via a drain electrode 128, and a capacitor C is formed between the drain of the MOSTFT2 and the source electrode 127 of the MOSTFT2 via an insulating film 136.
The drain region 121 of the OSTFT 2 extends as it is to the FEC (field emission cathode) of the FED element, and functions as the emitter region 152.

【0250】各MOSTFTは絶縁膜130で覆われ、
この絶縁膜上には、FECのゲート引き出し電極150
と同一材料にて同一工程で接地用の金属遮蔽膜151が
形成され、各MOSTFT上を覆っている。FECにお
いては、多結晶性シリコン薄膜からなるエミッタ領域1
52上に電界放出エミッタとなるn型多結晶性ダイヤモ
ンド膜163が形成され、更にm×n個の各エミッタに
区画するための開口を有するように、絶縁膜118、1
37、136及び130がパターニングされ、この上面
にはゲート引き出し電極150が被着されている。
Each MOSTFT is covered with an insulating film 130,
On this insulating film, an FEC gate lead electrode 150 is formed.
A metal shielding film 151 for grounding is formed of the same material and in the same step, and covers each MOSTFT. In the FEC, an emitter region 1 made of a polycrystalline silicon thin film is used.
An n-type polycrystalline diamond film 163 serving as a field emission emitter is formed on 52, and insulating films 118, 1 are formed so as to have openings for partitioning into m × n emitters.
37, 136 and 130 are patterned, and a gate extraction electrode 150 is attached on the upper surface thereof.

【0251】また、このFECに対向して、バックメタ
ル155付きの蛍光体156をアノードとして形成した
ガラス基板等の基板157が設けられており、FECと
の間は高真空に保持されている。
A substrate 157 such as a glass substrate formed with a phosphor 156 having a back metal 155 as an anode is provided opposite to the FEC, and a high vacuum is maintained between the substrate and the FEC.

【0252】この構造のFECは、ゲート引き出し電極
150の開口下には、本発明に基づいて形成された多結
晶性シリコン薄膜152上に成長されたn型多結晶ダイ
ヤモンド膜163が露出し、これがそれぞれ電子154
を放出する薄膜型のエミッタとして機能する。即ち、エ
ミッタの下地となる多結晶性シリコン膜152は、大粒
径(グレインサイズ数100nm以上)のグレインから
なっているため、これをシードとしてその上にn型多結
晶性ダイヤモンド膜163を触媒CVD等によって成長
させると、この多結晶性ダイヤモンド膜163はやはり
大粒径で成長し、表面が電子放出にとって有利な微細な
凹凸168を生じるように形成されるのである。尚、こ
の時は、窒素含有又は非含有の炭素薄膜、窒素含有又は
非含有の炭素薄膜表面に多数の微細突起構造(例えばカ
ーボンナノチューブ)を有する電子放出体(エミッタ)
としてもよい。
In the FEC having this structure, an n-type polycrystalline diamond film 163 grown on a polycrystalline silicon thin film 152 formed according to the present invention is exposed below the opening of the gate lead electrode 150, and this is exposed. Each electronic 154
Function as a thin-film emitter that emits light. In other words, since the polycrystalline silicon film 152 serving as the base of the emitter is composed of grains having a large grain size (a grain size of 100 nm or more), the n-type polycrystalline diamond film 163 is used as a seed on the catalyst to form a catalyst. When grown by CVD or the like, the polycrystalline diamond film 163 also grows with a large grain size, and the surface is formed so as to generate fine irregularities 168 advantageous for electron emission. At this time, an electron emitter (emitter) having a large number of fine projection structures (for example, carbon nanotubes) on the surface of a carbon thin film containing or not containing nitrogen and a carbon thin film containing or not containing nitrogen.
It may be.

【0253】従って、エミッタが薄膜からなる面放出型
であるために、その形成が容易であると共に、エミッタ
性能も安定し、長寿命化が可能となる。
Therefore, since the emitter is of a surface emission type composed of a thin film, it can be easily formed, the emitter performance is stabilized, and the life can be extended.

【0254】また、すべての能動素子(これには周辺駆
動回路及び画素表示部のMOSTFTとダイオードが含
まれる。)の上部にアース電位の金属遮蔽膜151(こ
の金属遮蔽膜は、ゲート引き出し電極150と同じ材料
(Nb、Ti/Mo等)、同じ工程で形成すると工程上
都合がよい。)が形成されているので、上述したと同様
に、MOSTFT上の絶縁層に金属遮蔽膜151を形成
してアース電位に落とし、チャージアップ防止が可能と
なり、エミッタ電流の暴走を防止でき、また、MOST
FT上の絶縁層に金属遮蔽膜151が形成されているの
で、MOSTFTへの光入射が防止され、MOSTFT
の動作不良は生じない。
A ground potential metal shielding film 151 (this metal shielding film is formed of a gate lead-out electrode 150) is placed on top of all active elements (including a peripheral driving circuit and a MOSTFT and a diode of a pixel display section). The same material (Nb, Ti / Mo, etc.) is formed in the same step, which is convenient for the process.) As described above, the metal shielding film 151 is formed on the insulating layer on the MOSTFT as described above. To the ground potential to prevent charge-up, to prevent runaway of the emitter current.
Since the metal shielding film 151 is formed on the insulating layer on the FT, light is prevented from being incident on the MOSTFT.
Does not occur.

【0255】次に、このFEDの製造プロセスを説明す
ると、まず、図29の(1)に示すように、上述した工
程を経て全面に多結晶性シリコン薄膜117を形成した
後、汎用フォトリソグラフィ及びエッチング技術により
MOSTFT1とMOSTFT2及びエミッタ領域にア
イランド化し、プラズマCVD、触媒CVD法等により
全面に保護用酸化シリコン膜159を形成する。
Next, the manufacturing process of this FED will be described. First, as shown in FIG. 29 (1), a polycrystalline silicon thin film 117 is formed on the entire surface through the above-described steps, and then general-purpose photolithography and An island is formed in the MOSTFT1 and MOSTFT2 and the emitter region by an etching technique, and a protective silicon oxide film 159 is formed on the entire surface by plasma CVD, catalytic CVD or the like.

【0256】次いで、MOSTFT1、2のゲートチャ
ンネル不純物濃度の制御によるVthの最適化のために、
イオン注入又はイオンドーピング法により全面にボロン
イオン83を5×1011atoms/cm2のドーズ量
でドーピングし、1×1017atoms/ccのアクセ
プタ濃度に設定する。
Next, in order to optimize V th by controlling the gate channel impurity concentration of the MOSTFTs 1 and 2,
The whole surface is doped with boron ions 83 at a dose of 5 × 10 11 atoms / cm 2 by ion implantation or ion doping to set an acceptor concentration of 1 × 10 17 atoms / cc.

【0257】次いで、図29の(2)に示すように、フ
ォトレジスト82をマスクにして、イオン注入又はイオ
ンドーピング法によりMOSTFT1、2のソース/ド
レイン部及びエミッタ領域に燐イオン79を1×1015
atoms/cm2のドーズ量でドーピングし、2×1
20atoms/ccのドナー濃度に設定し、ソース領
域120、ドレイン領域121、エミッタ領域152を
それぞれ形成した後、汎用フォトリソグラフィ及びエッ
チング技術によりエミッタ領域の保護用酸化シリコン膜
を除去する。
Next, as shown in FIG. 29 (2), using the photoresist 82 as a mask, phosphorus ions 79 are implanted into the source / drain portions and the emitter regions of the MOSTFTs 1 and 2 by 1 × 10 5 by ion implantation or ion doping. Fifteen
doping at a dose of atoms / cm 2 , 2 × 1
After setting the donor concentration to 0 20 atoms / cc and forming the source region 120, the drain region 121, and the emitter region 152, the silicon oxide film for protecting the emitter region is removed by general-purpose photolithography and etching techniques.

【0258】次いで、図29の(3)に示すように、バ
イアス又は非バイアス触媒CVDによりエミッタ領域を
形成する多結晶性シリコン薄膜152をシードに、モノ
シランとメタン(CH4)及びドーパントを適量比率混
合し、表面に微細凹凸168を有するn型多結晶性ダイ
ヤモンド膜163をエミッタ領域に形成し、同時に他の
酸化シリコン膜159及びガラス基板111上にはn型
アモルファスダイヤモンド膜170を形成する。
Next, as shown in (3) of FIG. 29, monosilane, methane (CH 4 ) and an appropriate ratio of dopant are used as seeds with the polycrystalline silicon thin film 152 forming the emitter region by bias or non-bias catalytic CVD. After mixing, an n-type polycrystalline diamond film 163 having fine irregularities 168 on the surface is formed in the emitter region. At the same time, an n-type amorphous diamond film 170 is formed on the other silicon oxide film 159 and the glass substrate 111.

【0259】次いで、図29の(4)に示すように、上
述した触媒AHA処理時の水素系活性種などの作用によ
り、アモルファスダイヤモンド膜170を選択的にエッ
チング除去し、酸化シリコン膜159のエッチング除去
後に触媒CVD等によりゲート絶縁膜(酸化シリコン膜
等)118を形成する。
Next, as shown in (4) of FIG. 29, the amorphous diamond film 170 is selectively etched away by the action of the hydrogen-based active species during the above-described catalytic AHA treatment, and the silicon oxide film 159 is etched. After the removal, a gate insulating film (silicon oxide film or the like) 118 is formed by catalytic CVD or the like.

【0260】次いで、図30の(5)に示すように、ス
パッタリング法によるMo−Ta合金等の耐熱性金属に
よりMOSTFT1、2のゲート電極115、MOST
FT1のゲート電極に接続されるゲートラインを形成
し、オーバーコート膜(酸化シリコン膜等)137を形
成した後、RTA等の1000℃、10〜20秒のイオ
ン活性化処理を行う。この後に、MOSTFT2のソー
ス部窓開け後にスパッタリング法によるMo−Ta合金
等の耐熱性金属でMOSTFT2のソース電極127及
びアースラインを形成する。更に、プラズマCVD、触
媒CVD等によりオーバーコート膜(酸化シリコン/窒
化シリコン積層膜など)136を形成する。
Next, as shown in FIG. 30 (5), the gate electrodes 115 of the MOSTFTs 1 and 2 are formed using a heat-resistant metal such as a Mo—Ta alloy by a sputtering method.
After a gate line connected to the gate electrode of the FT1 is formed and an overcoat film (silicon oxide film or the like) 137 is formed, ion activation treatment such as RTA at 1000 ° C. for 10 to 20 seconds is performed. Thereafter, after opening the window of the source of the MOSTFT 2, the source electrode 127 and the ground line of the MOSTFT 2 are formed of a heat-resistant metal such as a Mo-Ta alloy by a sputtering method. Further, an overcoat film (silicon oxide / silicon nitride laminated film) 136 is formed by plasma CVD, catalytic CVD, or the like.

【0261】次いで、図30の(6)に示すように、M
OSTFT1のソース/ドレイン部及びMOSTFT2
のゲート部の窓開けを行い、MOSTFT1のドレイン
とMOSTFT2のゲートを1%Si入りAl配線12
8で接続し、これと同時にMOSTFT1のソース電極
とそのソースに接続されるソースライン127を形成す
る。
Next, as shown in (6) of FIG.
Source / drain part of OSTFT1 and MOSTFT2
Of the gate of the MOSTFT1 and the gate of the MOSTFT2 are connected to the Al wiring 12 containing 1% Si.
8 and at the same time, a source electrode of the MOSTFT 1 and a source line 127 connected to the source are formed.

【0262】次いで、図30の(7)に示すように、オ
ーバーコート膜(酸化シリコン/フォスフィンシリケー
トガラス/窒化シリコン積層膜など)130を形成した
後、GNDラインの窓開けし、図30の(8)に示すよ
うに、ゲート引き出し電極150や金属遮蔽膜151を
Nb蒸着後のエッチングで形成し、更に電界放出カソー
ド部を窓開けしてエミッタ163を露出させ、上述した
触媒AHA処理の水素系活性種等でクリーニングすると
同時に、水素系活性種等の選択的エッチング作用により
微細な凹凸を顕著化させる。
Next, as shown in FIG. 30 (7), after forming an overcoat film (silicon oxide / phosphine silicate glass / silicon nitride laminated film) 130, the window of the GND line is opened and the window shown in FIG. As shown in (8), the gate lead-out electrode 150 and the metal shielding film 151 are formed by etching after Nb deposition, and the field emission cathode portion is opened to expose the emitter 163. At the same time as cleaning with active species, fine irregularities are made more pronounced by the selective etching action of active species such as hydrogen.

【0263】なお、上記において、多結晶性ダイヤモン
ド膜163を成膜する際、使用する原料ガスとしての炭
素含有化合物は、例えば 1)メタン、エタン、プロパン、ブタン等のパラフィン
系炭化水素 2)アセチレン、アリレン系のアセチレン系炭化水素 3)エチレン、プロピレン、ブチレン等のオレフィン系
炭化水素 4)ブタジエン等のジオレフィン系炭化水素 5)シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、
シクロヘキサン等の脂環式炭化水素 6)シクロブタジエン、ベンゼン、トルエン、キシレ
ン、ナフタリン等の芳香族炭化水素 7)アセトン、ジエチルケトン、ベンゾフェノン等のケ
トン類 8)メタノール、エタノール等のアルコール類 9)トリメチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類 10)グラファイト、石炭、コークス等の炭素原子のみ
からなる物質であってよく、これらは、1種を単独で用
いることもできるし、2種以上を併用することもでき
る。
In the above, when forming the polycrystalline diamond film 163, the carbon-containing compound used as a source gas is, for example, 1) a paraffinic hydrocarbon such as methane, ethane, propane or butane, 2) acetylene. , Allylene-based acetylene-based hydrocarbons 3) olefin-based hydrocarbons such as ethylene, propylene, butylene 4) di-olefin-based hydrocarbons such as butadiene 5) cyclopropane, cyclobutane, cyclopentane,
Alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane 6) Aromatic hydrocarbons such as cyclobutadiene, benzene, toluene, xylene and naphthalene 7) Ketones such as acetone, diethyl ketone and benzophenone 8) Alcohols such as methanol and ethanol 9) Trimethylamine And amines such as triethylamine. 10) It may be a substance consisting of only carbon atoms such as graphite, coal, coke, etc., and these may be used alone or in combination of two or more.

【0264】また、使用可能な不活性ガスは、例えばア
ルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、ラ
ドンである。ドーパントとしては、例えばホウ素、リチ
ウム、窒素、リン、硫黄、塩素、ひ素、セレン、ベリリ
ウム等を含む化合物又は単体が使用可能であり、そのド
ーピング量は1016atoms/cc以上であってよ
い。
Further, usable inert gases are, for example, argon, helium, neon, krypton, xenon and radon. As the dopant, for example, a compound containing boron, lithium, nitrogen, phosphorus, sulfur, chlorine, arsenic, selenium, beryllium, or a simple substance can be used, and the doping amount may be 10 16 atoms / cc or more.

【0265】第5の実施の形態 本実施の形態は、本発明を光電変換装置としての太陽電
池に適用したものである。以下にその製造例を示す。
Fifth Embodiment In the present embodiment, the present invention is applied to a solar cell as a photoelectric conversion device. The production example is shown below.

【0266】まず、図31の(1)に示すように、ステ
ンレス等の金属基板111上に、上述したバイアス又は
非バイアス触媒CVD法等によって、下地保護膜(図示
せず)の形成後に、この上にSiOx又はSiNy粒子状
生成物含有のアモルファス又は微結晶シリコン薄膜10
0Aを形成する。
First, as shown in FIG. 31A, after forming a base protective film (not shown) on a metal substrate 111 such as stainless steel by the above-described bias or non-bias catalytic CVD method, etc. Amorphous or microcrystalline silicon thin film 10 containing particulate SiO x or SiN y product
OA is formed.

【0267】次いで、図31の(2)に示すように、上
述した触媒AHA処理によって、シリコン薄膜100A
をシリコン超微粒子層100Bに変質させる。
Next, as shown in FIG. 31B, the silicon thin film 100A is
Is transformed into a silicon ultrafine particle layer 100B.

【0268】次いで、図31の(3)に示すように、上
述した触媒CVD法等によって、シリコン超微粒子層1
00Bをシードにn型多結晶性シリコン膜7を形成す
る。このn型多結晶性シリコン膜7は、上述のマルチ触
媒AHA処理により形成してよく、高結晶化率、大粒径
の錫又は他のIV族元素(Ge、Pb)の単独又は混合物
含有のn型多結晶性シリコン膜として、100〜200
nm厚に形成する。このn型多結晶性シリコン膜7に
は、リン等のn型不純物をPH3等としてモノシランと
共に供給して、例えば1×1017〜1×1018atom
s/cc含有させる。
Next, as shown in FIG. 31C, the silicon ultrafine particle layer 1 is formed by the above-described catalytic CVD method or the like.
An n-type polycrystalline silicon film 7 is formed using 00B as a seed. This n-type polycrystalline silicon film 7 may be formed by the above-mentioned multi-catalyst AHA treatment, and contains a single crystal or a mixture of tin or another group IV element (Ge, Pb) having a high crystallization rate and a large particle diameter. 100 to 200 as an n-type polycrystalline silicon film
It is formed to a thickness of nm. An n-type impurity such as phosphorus is supplied to the n-type polycrystalline silicon film 7 together with monosilane as PH 3 or the like, for example, from 1 × 10 17 to 1 × 10 18 atoms.
s / cc.

【0269】次いで、図32の(4)に示すように、n
型多結晶性シリコン膜7上に、これをシードにしてバイ
アス又は非バイアス触媒CVD等により錫又は他のIV族
元素(Ge、Pb)の単独又は混合物含有のi型多結晶
性シリコン膜180、錫又は他のIV族元素(Ge、P
b)の単独又は混合物含有のp型多結晶性シリコン膜1
81等を成長させ、光電変換層を形成する。
Next, as shown in FIG. 32 (4), n
An i-type polycrystalline silicon film 180 containing tin or another group IV element (Ge, Pb) alone or in a mixture by bias or non-bias catalytic CVD or the like using the polycrystalline silicon film 7 as a seed, Tin or other group IV element (Ge, P
b) A p-type polycrystalline silicon film 1 containing a single or mixture thereof
81 and the like are grown to form a photoelectric conversion layer.

【0270】例えば、バイアス又は非バイアス触媒CV
Dにより、モノシランに水素化錫(SnH4)を適量比
率で混合してi型の大粒径の錫含有多結晶性シリコン膜
180を2〜5μm厚に成長させ、この上に、モノシラ
ンにp型不純物ボロン(B26など)と水素化錫(Sn
4)を適量比率混合して、例えば1×1017〜1×1
18atoms/cc含有させたp型の大粒径の錫含有
多結晶性シリコン膜181を100〜200nm厚に形
成する。この時にそれぞれの膜中に錫又は他のIV族元素
(Ge、Pb)の単独又は混合物、例えば錫を1×10
16atoms/cc以上、好ましくは1×1018〜1×
1020atoms/cc含有させることにより、結晶粒
界に存在する結晶不整及び応力を低減させるので、キャ
リア移動度向上を図ることができる(これは、n型又は
p型多結晶性シリコン膜7、181を形成する場合も同
様である)。
For example, a biased or non-biased catalyst CV
D, tin hydride (SnH 4 ) is mixed with monosilane in an appropriate ratio to grow an i-type tin-containing polycrystalline silicon film 180 having a large grain size to a thickness of 2 to 5 μm. -Type impurity boron (B 2 H 6 etc.) and tin hydride (Sn
H 4 ) in an appropriate ratio, for example, 1 × 10 17 to 1 × 1
A tin-containing polycrystalline silicon film 181 having a large grain size of p-type and containing 0 18 atoms / cc is formed to a thickness of 100 to 200 nm. At this time, tin or other group IV element (Ge, Pb) alone or in a mixture, for example, tin is added to each film at 1 × 10 4
16 atoms / cc or more, preferably 1 × 10 18 to 1 ×
By containing 10 20 atoms / cc, the crystal irregularity and stress existing at the crystal grain boundaries are reduced, so that the carrier mobility can be improved (this is because the n-type or p-type polycrystalline silicon film 7, 181 is similarly formed).

【0271】また、上述したマルチ触媒AHA処理を行
ってよい。例えば、バイアス又は非バイアス触媒CVD
でn型又はp型の錫含有多結晶性シリコン薄膜を20〜
50nm厚に成長させた後、触媒AHA処理を行い、バ
イアス又は非バイアス触媒CVDでn型又はp型の錫含
有多結晶性シリコン膜を20〜50nm厚に成長させ、
触媒AHA処理後、更にバイアス又は非バイアス触媒C
VDでn型又はp型の錫含有多結晶性シリコン薄膜を2
0〜50nmに成長させた後、触媒AHA処理を行うよ
うに、各処理を必要回数繰り返す方法で成膜してもよい
(これはi型多結晶性シリコン膜180の場合も同様で
ある)。この方法によって、より高結晶化率でより大き
い粒径の錫含有多結晶性シリコン膜を形成できる。ま
た、成膜途中で原料ガス供給量を増加して、高速成膜と
してもよい。
Also, the above-described multi-catalyst AHA treatment may be performed. For example, biased or non-biased catalytic CVD
The n-type or p-type tin-containing polycrystalline silicon thin film in 20 to
After growing to a thickness of 50 nm, a catalytic AHA treatment is performed, and an n-type or p-type tin-containing polycrystalline silicon film is grown to a thickness of 20 to 50 nm by biased or non-biased catalytic CVD,
After the treatment with the catalyst AHA, further bias or non-bias catalyst C
VD is applied to the n-type or p-type tin-containing polycrystalline silicon thin film.
After growing the film to a thickness of 0 to 50 nm, a film may be formed by a method of repeating the respective processes a required number of times such that the catalyst AHA process is performed (this is the same for the i-type polycrystalline silicon film 180). By this method, a tin-containing polycrystalline silicon film having a higher crystallization rate and a larger grain size can be formed. In addition, a high-speed film formation may be performed by increasing the supply amount of the source gas during the film formation.

【0272】次いで、図32の(5)に示すように、上
記の方法で形成したn−i−p接合の高結晶化率で大粒
径の錫含有多結晶性シリコン膜の全面に、透明電極18
2を形成する。例えば、汎用スパッタリング技術によ
り、無反射コート用のITO(Indium Tin Oxide)又は
IZO(Indium Zinc Oxide)膜等の透明電極182を
130〜150nm厚に形成する。そして、この上に、
汎用スパッタリング技術により、メタルマスクを用い
て、所定領域に銀等のくし型電極183を100〜15
0nm厚に形成する。
Next, as shown in FIG. 32 (5), a transparent layer is formed on the entire surface of the tin-containing polycrystalline silicon film having a high crystallization rate and a large grain size of the nip junction formed by the above method. Electrode 18
Form 2 For example, a transparent electrode 182 such as an ITO (Indium Tin Oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide) film for antireflection coating is formed to a thickness of 130 to 150 nm by a general-purpose sputtering technique. And on this,
Using a general-purpose sputtering technique, a comb-shaped electrode 183 of silver or the like is formed in a predetermined area by using a metal mask by 100 to 15
It is formed to a thickness of 0 nm.

【0273】なお、上記の膜は錫又は他のIV族元素を必
ずしも含有していなくてもよいが、この場合も上記と同
様に製造することができる。また、上記のn−i−p接
合構造以外にも、p−i−n接合、p−n接合、n−p
接合等の構造も同様に作製することができる。
The above film does not necessarily need to contain tin or another group IV element, but can be manufactured in the same manner as described above. In addition to the above nip junction structure, a pin junction, a pn junction, an np
A structure such as bonding can be similarly manufactured.

【0274】本実施の形態による太陽電池は、本発明に
基づく高結晶化率で大粒径の多結晶性シリコン膜によっ
て、高キャリア移動度で変換効率の大きい光電変換薄膜
を形成でき、良好な表面テクスチャ構造と裏面テクスチ
ャ構造が形成されるので、光封じ込め効果が高く、変換
効率の大きい光電変換薄膜を形成できる。これはまた、
太陽電池に限らず、電子写真用の感光体ドラム等の薄膜
光電変換装置にも有利に利用することができる。
In the solar cell according to this embodiment, a photoelectric conversion thin film having high carrier mobility and high conversion efficiency can be formed by the polycrystalline silicon film having a high crystallization rate and a large grain size according to the present invention. Since the surface texture structure and the back surface texture structure are formed, a photoelectric conversion thin film having a high light confinement effect and a high conversion efficiency can be formed. This is also
The present invention can be advantageously used not only for a solar cell but also for a thin-film photoelectric conversion device such as a photosensitive drum for electrophotography.

【0275】これに比べて、従来のこの種の光電変換装
置では、RFプラズマCVD、VHFプラズマCVD等
によりアモルファスカーボン薄膜を形成し、プラズマ水
素処理でカーボン超微粒子を形成してこれを多結晶シリ
コン結晶成長の核として大粒径多結晶シリコン膜を形成
しており、n型多結晶シリコン層とi型多結晶シリコン
活性層及びp型多結晶シリコン層を連続成膜し、その全
面にITO膜を積層し、最後にくし型電極を形成して、
2μm厚程度の薄膜多結晶性シリコン太陽電池を得てい
る。
On the other hand, in this type of conventional photoelectric conversion device, an amorphous carbon thin film is formed by RF plasma CVD, VHF plasma CVD, or the like, and ultrafine carbon particles are formed by plasma hydrogen treatment. A large grain polycrystalline silicon film is formed as a nucleus for crystal growth. An n-type polycrystalline silicon layer, an i-type polycrystalline silicon active layer and a p-type polycrystalline silicon layer are continuously formed, and an ITO film is formed on the entire surface. And finally form a comb-shaped electrode,
A thin-film polycrystalline silicon solar cell having a thickness of about 2 μm has been obtained.

【0276】ところが、この従来法では、次のような欠
点を回避できない。 1)RFプラズマCVD、VHFプラズマCVD法等に
よる低温形成の結晶質シリコン系薄膜は、そのエネルギ
ーが低いので、原料ガスの化学的分解反応やプラズマ水
素処理が不十分になりやすく、結晶粒径が小さいので、
移動度が小さく、しかも粒界の多さやピンホール等のた
めに局部的な電気的ショート又はリークによる過剰電流
が発生しやすく、光電変換層として必要な数μmの膜厚
に堆積させたときに膜の内部応力や歪が大きくなって、
最悪の場合には膜が剥離してしまうという問題がある。
これによって、光電変換層の製造歩留や信頼性を著しく
低下させ、それを含む光電変換装置の実用化を目指す上
で大きな支障となる。 2)RFプラズマCVD、VHFプラズマCVD等のプ
ラズマCVD法はエネルギーが低いので、原料ガスの利
用効率が5〜10%と低い。このために、生産性が低
く、コストダウンしにくい。
However, this conventional method cannot avoid the following disadvantages. 1) Since a crystalline silicon-based thin film formed at a low temperature by RF plasma CVD, VHF plasma CVD, or the like has low energy, the chemical decomposition reaction of the source gas and the plasma hydrogen treatment are likely to be insufficient, and the crystal grain size is small. Because it ’s small
Mobility is small, and excessive current due to local electrical short or leakage is likely to occur due to the large number of grain boundaries or pinholes, and when deposited to a thickness of several μm required as a photoelectric conversion layer. The internal stress and strain of the film increase,
In the worst case, there is a problem that the film is peeled off.
As a result, the production yield and the reliability of the photoelectric conversion layer are significantly reduced, which is a great obstacle to the practical use of a photoelectric conversion device including the same. 2) Since the plasma CVD method such as the RF plasma CVD and the VHF plasma CVD has low energy, the utilization efficiency of the source gas is as low as 5 to 10%. For this reason, productivity is low and cost reduction is difficult.

【0277】以上に述べた本発明の実施の形態は、本発
明の技術的思想に基づいて種々変形が可能である。
The embodiments of the present invention described above can be variously modified based on the technical concept of the present invention.

【0278】例えば、上述したバイアス又は非バイアス
触媒CVD法と触媒AHA処理の繰り返し回数や各条件
は種々変更してよく、用いる基板等の材質も上述したも
のに限定されることはない。
For example, the number of repetitions and each condition of the above-mentioned bias or non-bias catalytic CVD method and the catalytic AHA treatment may be variously changed, and the material of the substrate and the like to be used is not limited to the above.

【0279】また、本発明は、表示部等の内部回路や周
辺駆動回路及び映像信号処理回路及びメモリー等のMO
STFTに好適なものであるが、それ以外にもダイオー
ドなどの素子の能動領域や、抵抗、キャパシタンス(容
量)、配線、インダクタンス等の受動領域を本発明によ
る多結晶性シリコン薄膜で形成することも可能である。
The present invention also relates to an internal circuit such as a display unit, a peripheral driving circuit, a video signal processing circuit, and an MO such as a memory.
Although it is suitable for STFTs, it is also possible to form an active region of an element such as a diode and a passive region such as a resistor, a capacitance (capacitance), a wiring, and an inductance with a polycrystalline silicon thin film according to the present invention. It is possible.

【0280】[0280]

【発明の作用効果】本発明は上述したように、基体上に
多結晶性半導体薄膜を形成するに際し、前記基体上にS
iOx(0<x≦2)及び/又はSiNy(0.1<y<
1.4)からなる粒子状生成物を含有する低級結晶性半
導体薄膜を形成し、水素又は水素含有ガスを加熱された
触媒体に接触させ、これによって生成した水素系活性種
を前記低級結晶性半導体薄膜に作用させてアニールを行
い、シリコン超微粒子を形成し、このシリコン超微粒子
を結晶成長のシード(核)として前記半導体材料薄膜を
気相成長させているので、次の(1)〜(3)に示すよ
うな顕著な作用効果が得られる。
According to the present invention, as described above, when a polycrystalline semiconductor thin film is formed on a substrate, S
iO x (0 <x ≦ 2) and / or SiN y (0.1 <y <
Forming a lower crystalline semiconductor thin film containing a particulate product consisting of 1.4), bringing hydrogen or a hydrogen-containing gas into contact with a heated catalyst, and allowing the hydrogen-based active species generated thereby to produce the lower crystalline semiconductor; The semiconductor thin film is annealed to act on the semiconductor thin film to form silicon ultrafine particles, and the silicon ultrafine particles are used as seeds (nuclei) for crystal growth, and the semiconductor material thin film is vapor-phase grown. A remarkable function and effect as shown in 3) can be obtained.

【0281】(1)触媒AHA処理により、高温の水素
系分子、水素系原子、活性水素イオン等の水素系活性種
を前記低級結晶性半導体薄膜に対し吹き付け等で作用さ
せているので、高温の加熱触媒体の輻射熱による加熱も
加わって、次の顕著な効果を示す。
(1) Since high-temperature hydrogen-based molecules, hydrogen-based atoms, active hydrogen ions, and other hydrogen-based active species are caused to act on the lower crystalline semiconductor thin film by spraying the catalyst AHA treatment, The following remarkable effects are exhibited by the addition of the heating of the heating catalyst body by radiant heat.

【0282】1.この触媒AHA処理は、減圧下(例え
ば、10〜50Paの水素系キャリアガス圧)で、水素
を高温の触媒体(融点未満の800〜2000℃、例え
ばタングステンでは1500〜2000℃)に接触させ
て、大量の高温の水素系活性種(水素系分子/水素系原
子/活性化水素イオン等)を生成し、これを基板上に形
成したアモルファス又は微結晶シリコン薄膜等に吹き付
けると(但し、基板温度は特に300〜400℃)、従
来のRF/VHFプラズマ水素処理やECRプラズマ水
素処理に比べて、高いエネルギーの高温の水素系活性種
等が有する大量の熱エネルギーが効率良くその膜等に移
動して、その膜等の温度を効率良くかつ均一性良く上昇
させる。これによって、アモルファスシリコン膜や微結
晶シリコン膜等は、水素系活性種の還元作用によりアモ
ルファス構造のシリコンが高いエッチングレートでエッ
チング除去され、SiOxがSiとSiOやH2O等に分
解し、又、膜中に含有されるSiNyがSiとNH3等に
分解して効率良く高品質のシリコン超微粒子が形成さ
れ、これを次の多結晶性シリコン等の成長の核(シー
ド)として有効に働かせることができる。この時、シリ
コン超微粒子は、粒系は1nm以上、好ましくは1〜1
0nm、個数は1個/μm2以上、好ましくは1〜10
0個/μm2で点在しているのが望ましい。
[0282] 1. In the catalyst AHA treatment, hydrogen is brought into contact with a high-temperature catalyst body (800 to 2000 ° C. lower than the melting point, for example, 1500 to 2000 ° C. for tungsten) under reduced pressure (for example, a hydrogen-based carrier gas pressure of 10 to 50 Pa). When a large amount of high-temperature active hydrogen-based species (hydrogen-based molecules / hydrogen-based atoms / activated hydrogen ions, etc.) are generated and sprayed onto an amorphous or microcrystalline silicon thin film formed on a substrate (however, the substrate temperature Is particularly 300 to 400 ° C.). Compared to conventional RF / VHF plasma hydrogen treatment or ECR plasma hydrogen treatment, a large amount of heat energy of high-energy, high-temperature hydrogen-based active species is efficiently transferred to the film or the like. Thus, the temperature of the film or the like is increased efficiently and uniformly. As a result, the amorphous silicon film, the microcrystalline silicon film, and the like are removed by etching of the amorphous structure silicon at a high etching rate by the reducing action of the hydrogen-based active species, and SiO x is decomposed into Si, SiO, H 2 O, and the like. In addition, SiN y contained in the film is decomposed into Si and NH 3 to efficiently form high-quality silicon ultrafine particles, which are effective as seeds for the next growth of polycrystalline silicon or the like. Can work to. At this time, the ultrafine silicon particles have a grain size of 1 nm or more, preferably 1 to 1 nm.
0 nm, the number is 1 / μm 2 or more, preferably 1 to 10
It is desirable that the dots are scattered at 0 / μm 2 .

【0283】2.触媒AHA処理は、従来のRF/VH
Fプラズマ水素処理やECRプラズマ水素処理に比べ、
高いエッチングレートでアモルファス構造のシリコンを
エッチングして大粒径多結晶性シリコン膜を形成し、そ
のキャリア移動度の向上を図れる。即ち、触媒AHA処
理で得られるシリコン超微粒子をシードとして、この上
に半導体材料薄膜が多結晶化され易い状態で(多結晶性
シリコン薄膜として)成長し易くなり、特に次の触媒A
HA処理及び気相成長により、上記多結晶性シリコン薄
膜上に気相成長されたシリコン膜等はこの多結晶性シリ
コン薄膜をシードとして結晶化が促進されるので、目的
とする高結晶化率、高品質の多結晶性シリコン薄膜を得
ることができる。即ち、触媒AHA処理により、例えば
バイアス又は非バイアス触媒CVDで成膜されたアモル
ファスシリコン膜、又は微結晶シリコン膜にアモルファ
ス構造のシリコンが存在していると、これが水素系活性
種により選択的にエッチング除去されてシリコン超微粒
子が形成され、その上に気相成長するシリコン膜は下地
のシリコン超微粒子をシード(核)にしてより多結晶性
シリコン膜化し易く、更には、同様の触媒AHA処理と
気相成長とを繰り返すと、高温の水素系活性種が有する
熱エネルギーがその膜等に移動して、その膜等の温度を
上昇させ、水素系活性種の還元作用によりアモルファス
シリコン又は微結晶シリコン薄膜等は多結晶化し、多結
晶性シリコン薄膜は高結晶化して、高結晶化率、大粒径
の多結晶性シリコン薄膜を形成することができる。この
結果、トップゲート型のみならず、ボトムゲート型、デ
ュアルゲート型MOSTFTでも、高いキャリア(電子
/正孔)移動度の高結晶化率で大粒径の多結晶性シリコ
ン薄膜等が得られるために、この高性能の多結晶性シリ
コン等の半導体薄膜を使用した高速、高電流密度の半導
体装置、電気光学装置、更には高効率の太陽電池等の製
造が可能となる。
[0283] 2. The catalyst AHA treatment is the same as the conventional RF / VH
Compared to F plasma hydrogen treatment and ECR plasma hydrogen treatment,
Amorphous silicon is etched at a high etching rate to form a large grain polycrystalline silicon film, and the carrier mobility thereof can be improved. That is, using the silicon ultrafine particles obtained by the catalyst AHA treatment as a seed, a semiconductor material thin film is easily grown thereon (as a polycrystalline silicon thin film) in a state where it is easily polycrystallized.
By the HA treatment and the vapor phase growth, the crystallization of the silicon film or the like vapor-grown on the above-mentioned polycrystalline silicon thin film is promoted by using the polycrystalline silicon thin film as a seed. A high-quality polycrystalline silicon thin film can be obtained. In other words, if the amorphous silicon film or the microcrystalline silicon film formed by, for example, biased or non-biased catalytic CVD, exists in the amorphous silicon film by the catalytic AHA treatment, this is selectively etched by the hydrogen-based active species. The silicon ultra-fine particles are formed by removing the silicon ultra-fine particles, and the silicon film to be vapor-grown thereon is easily formed into a polycrystalline silicon film by using the silicon ultra-fine particles of the base as seeds (nuclei). When the vapor phase growth is repeated, the thermal energy of the high-temperature hydrogen-based active species moves to the film and the like, and the temperature of the film and the like is increased, and amorphous silicon or microcrystalline silicon is reduced by the reduction action of the hydrogen-based active species. The polycrystalline silicon thin film is polycrystallized, and the polycrystalline silicon thin film is highly crystallized to form a polycrystalline silicon thin film having a high crystallization rate and a large grain size. Door can be. As a result, not only the top gate type but also the bottom gate type and the dual gate type MOS TFT can obtain a polycrystalline silicon thin film having a high crystallinity with a high carrier (electron / hole) mobility and a large grain size. In addition, a high-speed, high-current-density semiconductor device, an electro-optical device, and a high-efficiency solar cell using the high-performance semiconductor thin film such as polycrystalline silicon can be manufactured.

【0284】3.触媒AHA処理は従来のプラズマ水素
処理に比べ、基板上に形成したアモルファスシリコン又
は微結晶シリコン又は多結晶シリコン薄膜上又は膜内又
は粒界にシリコン酸化物が存在した時に、これと反応し
てSiOを形成して効率良く蒸発除去させるので、その
膜内等のシリコン酸化物を効率良く減少/除去でき、キ
ャリア移動度の向上を図れる。
[0284] 3. The catalytic AHA treatment is different from the conventional plasma hydrogen treatment in that when silicon oxide is present on amorphous silicon, microcrystalline silicon, or polycrystalline silicon thin film formed on a substrate, in a film, or at a grain boundary, SiO 2 reacts with the silicon oxide. Is formed and is efficiently evaporated and removed, so that silicon oxide in the film or the like can be efficiently reduced / removed, and carrier mobility can be improved.

【0285】4.触媒AHA処理では、活性化水素イオ
ン等の水素系活性種によるクリーニング(基板等への吸
着ガス及び有機物残渣等の還元除去)が可能であり、触
媒体も酸化劣化し難くなる(なお、このような効果は、
上記のバイアス又は非バイアス触媒CVD時も水素系キ
ャリアガスを用いることから、同様に生じる)。
[0285] 4. In the catalyst AHA treatment, cleaning with hydrogen-based active species such as activated hydrogen ions (reduction and removal of adsorbed gas and organic residue on a substrate or the like) is possible, and the catalyst body is also less likely to be oxidized and deteriorated (as described above). The effect is
The same applies to the above-described bias or non-bias catalytic CVD because a hydrogen-based carrier gas is used.)

【0286】5.触媒AHA処理では、活性化水素イオ
ン等の水素系活性種の水素化作用により、半導体膜中の
例えばシリコンダングリングボンドをなくし、特性が向
上する。
[0286] 5. In the catalytic AHA treatment, for example, silicon dangling bonds in the semiconductor film are eliminated by the hydrogenation of hydrogen-based active species such as activated hydrogen ions, and the characteristics are improved.

【0287】6.触媒AHA処理時に、低級結晶性又は
多結晶性半導体薄膜中に存在するキャリア不純物は高温
で活性化され、各領域において最適なキャリア不純物濃
度を得る。
[0287] 6. During the catalytic AHA treatment, the carrier impurities present in the lower crystalline or polycrystalline semiconductor thin film are activated at a high temperature, and an optimum carrier impurity concentration is obtained in each region.

【0288】(2)触媒AHA処理は、プラズマの発生
なしに行えるので、プラズマによるダメージがなく、ま
たプラズマ処理に比べ、シンプルで安価な装置を実現で
きる。
(2) Since the catalyst AHA treatment can be performed without generating plasma, there is no damage by plasma, and a simpler and less expensive apparatus can be realized as compared with plasma treatment.

【0289】(3)基体温度を低温化しても上記水素系
活性種のエネルギーが大きいために、目的とするシリコ
ン超微粒子が確実に安定して得られることから、基体温
度を特に300〜400℃と低温化しても、多結晶性シ
リコン薄膜がシリコン超微粒子をシードに効率良く成長
し、従って大型で安価な低歪点の絶縁基板(ガラス基
板、耐熱性樹脂基板等)を使用でき、この点でもコスト
ダウンが可能となる。
(3) Even if the substrate temperature is lowered, the energy of the hydrogen-based active species is large, so that the desired silicon ultrafine particles can be obtained stably. Even when the temperature is lowered, the polycrystalline silicon thin film grows efficiently using the ultrafine silicon particles as seeds, so that a large-sized and inexpensive insulating substrate (glass substrate, heat-resistant resin substrate, etc.) having a low strain point can be used. However, cost reduction becomes possible.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態によるMOSTFT
の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
FIG. 1 shows a MOSTFT according to a first embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing the manufacturing process in order of steps.

【図2】同、製造プロセスを工程順に示す断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process in the order of steps.

【図3】同、製造プロセスを工程順に示す断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view showing the manufacturing process in the order of steps.

【図4】同、製造プロセスを工程順に示す断面図であ
る。
FIG. 4 is a sectional view showing the manufacturing process in the order of steps.

【図5】同、製造に用いる触媒CVD及び触媒AHA処
理用の装置の一状態での概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of one state of an apparatus for catalytic CVD and catalytic AHA treatment used in the production.

【図6】同、この装置の他の状態での概略断面図であ
る。
FIG. 6 is a schematic sectional view of the same device in another state.

【図7】同、この装置を用いた処理時のガス流量のタイ
ミングチャートである。
FIG. 7 is a timing chart of a gas flow rate during processing using this apparatus.

【図8】同、この装置のガス供給系の概略図である。FIG. 8 is a schematic diagram of a gas supply system of the apparatus.

【図9】同、この処理により得られた半導体膜のラマン
スペクトルを比較して示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a comparison of Raman spectra of the semiconductor films obtained by this processing.

【図10】同、半導体薄膜の結晶化率を比較して示すグ
ラフである。
FIG. 10 is a graph showing the crystallization ratios of the semiconductor thin films in comparison.

【図11】同、触媒体及びこの支持体の純度による膜中
の重金属濃度を比較して示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing the comparison of the heavy metal concentration in the membrane depending on the purity of the catalyst and the support.

【図12】本発明の第2の実施の形態によるLCDの製
造プロセスを工程順に示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the LCD according to the second embodiment of the present invention in the order of steps.

【図13】同、製造プロセスを工程順に示す断面図であ
る。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the manufacturing process in the order of steps.

【図14】同、製造プロセスを工程順に示す断面図であ
る。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the manufacturing process in the order of steps.

【図15】同、製造プロセスを工程順に示す断面図であ
る。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing the manufacturing process in the order of steps.

【図16】同、LCDの全体の概略レイアウトを示す斜
視図である。
FIG. 16 is a perspective view showing a schematic layout of the whole LCD.

【図17】同、LCDの等価回路図である。FIG. 17 is an equivalent circuit diagram of the LCD.

【図18】同、LCDの他の製造プロセスを工程順に示
す断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing another manufacturing process of the LCD in the order of steps.

【図19】同、製造プロセスを工程順に示す断面図であ
る。
FIG. 19 is a cross-sectional view showing the manufacturing process in the order of steps.

【図20】同、LCDのMOSTFTを各種示す断面図
である。
FIG. 20 is a cross-sectional view showing various types of MOSTFTs of the LCD.

【図21】本発明の第3の実施の形態による有機EL表
示装置の要部の等価回路図(A)、同要部の拡大断面図
(B)及び同画素周辺部の断面図(C)である。
FIG. 21 is an equivalent circuit diagram (A) of an essential part of the organic EL display device according to the third embodiment of the present invention, an enlarged sectional view (B) of the essential part, and a sectional view (C) of the peripheral part of the pixel. It is.

【図22】同、有機EL表示装置の製造プロセスを工程
順に示す断面図である。
FIG. 22 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the organic EL display device in the order of steps.

【図23】同、他の有機EL表示装置の要部の等価回路
図(A)、同要部の拡大断面図(B)及び同画素周辺部
の断面図(C)である。
FIG. 23 is an equivalent circuit diagram (A) of a main part of another organic EL display device, an enlarged cross-sectional view (B) of the main part, and a cross-sectional view (C) of a peripheral part of the pixel.

【図24】同、有機EL表示装置の製造プロセスを工程
順に示す断面図である。
FIG. 24 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the organic EL display device in the order of steps.

【図25】本発明の第4の実施の形態によるFEDの要
部の等価回路図(A)、同要部の拡大断面図(B)及び
同要部の概略平面図(C)である。
FIG. 25 is an equivalent circuit diagram (A) of a main part of an FED according to a fourth embodiment of the present invention, an enlarged sectional view (B) of the main part, and a schematic plan view (C) of the main part.

【図26】同、FEDの製造プロセスを工程順に示す断
面図である。
FIG. 26 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the FED in the order of steps.

【図27】同、製造プロセスを工程順に示す断面図であ
る。
FIG. 27 is a cross-sectional view showing the manufacturing process in the order of steps.

【図28】同、他のFEDの要部の等価回路図(A)、
同要部の拡大断面図(B)及び同要部の平面図(C)で
ある。
FIG. 28 is an equivalent circuit diagram (A) of a main part of another FED,
It is the expanded sectional view (B) of the principal part, and the top view (C) of the principal part.

【図29】同、FEDの製造プロセスを工程順に示す断
面図である。
FIG. 29 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the FED in the order of steps.

【図30】同、製造プロセスを工程順に示す断面図であ
る。
FIG. 30 is a cross-sectional view showing the manufacturing process in the order of steps.

【図31】本発明の第5の実施の形態による太陽電池の
製造プロセスを工程順に示す断面図である。
FIG. 31 is a sectional view illustrating the manufacturing process of the solar cell according to the fifth embodiment of the present invention in the order of steps.

【図32】同、製造プロセスを工程順に示す断面図であ
る。
FIG. 32 is a cross-sectional view showing the manufacturing process in the order of steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、61、98、111、157…基板、7、67…多
結晶性シリコン薄膜、14、67、117…チャンネ
ル、15、75、102、105、115…ゲート電
極、8、68、103、104、106、118…ゲー
ト絶縁膜、20、21、80、81、120、121…
+型ソース又はドレイン領域、24、25、84、8
5…p+型ソース又はドレイン領域、27、28、8
6、92、130、136、137…絶縁膜、29、3
0、87、88、89、90、91、93、97、12
7、128、131…電極、40…原料ガス、42…シ
ャワーヘッド、44…成膜室、45…サセプタ、46…
触媒体、47…シャッター、48…触媒体電源、94、
96…配向膜、95…液晶、99…カラーフィルタ層、
100A…SiOx又はSiOy粒子状生成物含有のアモ
ルファス又は微結晶シリコン薄膜、100B…シリコン
超微粒子層、100’、140…ブラックマスク層、1
32、133…有機発光層、134、135、144…
陽極、138、141、142、171…陰極、150
…ゲート引き出し電極(ゲートライン)、151…遮蔽
膜、152…エミッタ、153…n型多結晶性シリコン
膜、155…バックメタル、156…蛍光体、158、
168…微細凹凸、163…n型多結晶性ダイヤモンド
膜、180…i型多結晶性シリコン膜、181…p型多
結晶性シリコン膜、182…透明電極、183…くし型
電極
1, 61, 98, 111, 157: substrate, 7, 67: polycrystalline silicon thin film, 14, 67, 117: channel, 15, 75, 102, 105, 115: gate electrode, 8, 68, 103, 104 , 106, 118 ... gate insulating film, 20, 21, 80, 81, 120, 121 ...
n + type source or drain regions, 24, 25, 84, 8
5 ... p + type source or drain region, 27, 28, 8
6, 92, 130, 136, 137 ... insulating films, 29, 3
0, 87, 88, 89, 90, 91, 93, 97, 12
7, 128, 131 ... electrode, 40 ... source gas, 42 ... shower head, 44 ... film forming chamber, 45 ... susceptor, 46 ...
Catalyst body, 47 ... shutter, 48 ... catalyst body power supply, 94,
96: alignment film, 95: liquid crystal, 99: color filter layer,
100A: amorphous or microcrystalline silicon thin film containing a particulate product of SiO x or SiO y , 100B: ultrafine silicon particle layer, 100 ′, 140: black mask layer, 1
32, 133 ... organic light emitting layer, 134, 135, 144 ...
Anode, 138, 141, 142, 171 ... cathode, 150
.., Gate extraction electrode (gate line), 151, shielding film, 152, emitter, 153, n-type polycrystalline silicon film, 155, back metal, 156, phosphor, 158,
168: fine irregularities; 163, n-type polycrystalline diamond film; 180, i-type polycrystalline silicon film; 181, p-type polycrystalline silicon film; 182, transparent electrode; 183, comb-type electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/20 H01L 21/20 5F051 21/205 21/205 5F052 27/08 331 27/08 331E 5F110 29/786 29/78 618A 21/336 618B 31/04 618F 618E 619B 627G 31/04 A X Fターム(参考) 2H092 JA26 KA04 KA05 KB25 MA05 MA08 MA15 MA19 MA27 MA29 MA30 NA26 NA27 NA29 PA02 PA06 PA08 PA09 QA07 4K030 AA06 AA13 AA17 AA18 BA09 BA29 BA37 BA40 BA44 BB04 CA06 DA09 FA17 LA15 LA16 LA18 5C094 AA07 AA08 AA25 AA43 AA53 BA03 BA12 BA27 BA32 BA34 BA43 CA19 CA24 DA09 DA13 DB01 DB04 EA04 EA05 EA10 EB02 ED03 ED15 FA01 FA02 FB12 FB14 FB15 GB10 JA01 5F045 AA10 AB03 AC01 AC11 AC12 AC15 AC16 AC17 AC18 AC19 AD07 AE01 AE29 AF07 BB08 BB16 CA09 CA15 DP05 EB02 EC01 5F048 AA09 AB10 AC04 BA16 BC06 BG07 5F051 AA03 CB12 DA03 DA04 FA02 FA04 GA02 5F052 AA11 CA04 CA10 DA02 DB01 GA02 JA01 KA05 KA06 5F110 AA01 AA16 AA19 AA28 BB02 BB04 CC02 CC08 DD01 DD02 DD03 DD13 DD14 DD17 EE06 EE09 EE14 EE23 EE30 EE32 EE38 EE44 EE45 FF02 FF03 FF09 FF10 FF23 FF29 GG01 GG02 GG03 GG13 GG14 GG15 GG16 GG19 GG25 GG32 GG33 GG34 GG44 GG45 GG51 GG52 HJ01 HJ04 HJ12 HJ13 HJ23 HL03 HL06 HL07 HL23 HM15 NN03 NN04 NN05 NN23 NN24 NN25 NN27 NN35 NN36 NN43 NN46 NN72 NN73 PP31 PP35 PP36 QQ11 QQ19 QQ24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/20 H01L 21/20 5F051 21/205 21/205 5F052 27/08 331 27/08 331E 5F110 29 / 786 29/78 618A 21/336 618B 31/04 618F 618E 619B 627G 31/04 A X F-term (reference) 2H092 JA26 KA04 KA05 KB25 MA05 MA08 MA15 MA19 MA27 MA29 MA30 NA26 NA27 NA29 PA02 PA06 PA08 PA09 QA07 4K030 A AA18 BA09 BA29 BA37 BA40 BA44 BB04 CA06 DA09 FA17 LA15 LA16 LA18 5C094 AA07 AA08 AA25 AA43 AA53 BA03 BA12 BA27 BA32 BA34 BA43 CA19 CA24 DA09 DA13 DB01 DB04 EA04 EA05 EA10 EB02 ED03 ED15 FA01 AC14 GB01 FB05 AC15 AC16 AC17 AC18 AC19 AD07 AE01 AE29 AF07 BB08 BB16 CA09 CA15 DP05 EB02 EC01 5F048 AA09 AB1 0 AC04 BA16 BC06 BG07 5F051 AA03 CB12 DA03 DA04 FA02 FA04 GA02 5F052 AA11 CA04 CA10 DA02 DB01 GA02 JA01 KA05 KA06 5F110 AA01 AA16 AA19 AA28 BB02 BB04 CC02 CC08 DD01 DD02 DD03 DD13 DD14 DD17 EE04 EE23 EE04 EE04 FF10 FF23 FF29 GG01 GG02 GG03 GG13 GG14 GG15 GG16 GG19 GG25 GG32 GG33 GG34 GG44 GG45 GG51 GG52 HJ01 HJ04 HJ12 HJ13 HJ23 HL03 QNN NN06 NN03 NN04 NN05 NN04 NN05 NN04 NN05 NN04 NN05

Claims (50)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基体上に多結晶性半導体薄膜を形成する
に際し、 前記基体上に、SiOx(0<x≦2)及び/又はSi
y(0.1<y<1.4)からなる粒子状生成物を含
有する低級結晶性半導体薄膜を形成する工程と、 水素又は水素含有ガスを加熱された触媒体に接触させ、
これによって生成した水素系活性種を前記低級結晶性半
導体薄膜に作用させてアニールを行い、シリコン超微粒
子を形成する工程と、 このシリコン超微粒子を結晶成長の核として半導体材料
薄膜を気相成長させる工程とを経て前記多結晶性半導体
薄膜を得る、多結晶性半導体薄膜の形成方法。
When forming a polycrystalline semiconductor thin film on a substrate, SiO x (0 <x ≦ 2) and / or Si
Forming a lower crystalline semiconductor thin film containing a particulate product comprising N y (0.1 <y <1.4); and contacting hydrogen or a hydrogen-containing gas with the heated catalyst.
A step of forming the silicon ultra-fine particles by applying the hydrogen-based active species generated thereby to the lower crystalline semiconductor thin film to anneal, and growing the semiconductor material thin film in a vapor phase by using the silicon ultra-fine particles as a nucleus of crystal growth. Forming a polycrystalline semiconductor thin film through the steps described above.
【請求項2】 基体上に多結晶性半導体薄膜を有する半
導体装置を製造するに際し、 前記基体上に、SiOx(0<x≦2)及び/又はSi
y(0.1<y<1.4)からなる粒子状生成物を含
有する低級結晶性半導体薄膜を形成する工程と、 水素又は水素含有ガスを加熱された触媒体に接触させ、
これによって生成した水素系活性種を前記低級結晶性半
導体薄膜に作用させてアニールを行い、シリコン超微粒
子を形成する工程と、 このシリコン超微粒子を結晶成長の核として半導体材料
薄膜を気相成長させる工程とを経て前記多結晶性半導体
薄膜を得る、半導体装置の製造方法。
2. When manufacturing a semiconductor device having a polycrystalline semiconductor thin film on a substrate, SiO x (0 <x ≦ 2) and / or Si
Forming a lower crystalline semiconductor thin film containing a particulate product comprising N y (0.1 <y <1.4); and contacting hydrogen or a hydrogen-containing gas with the heated catalyst.
A step of forming the silicon ultra-fine particles by applying the hydrogen-based active species generated thereby to the lower crystalline semiconductor thin film to anneal, and growing the semiconductor material thin film in a vapor phase by using the silicon ultra-fine particles as a nucleus of crystal growth. And a step of obtaining the polycrystalline semiconductor thin film through a process.
【請求項3】 前記低級結晶性半導体薄膜を気相成長法
によって形成し、前記半導体材料薄膜を気相成長法によ
って形成する、請求項1又は2に記載した方法。
3. The method according to claim 1, wherein the lower crystalline semiconductor thin film is formed by a vapor deposition method, and the semiconductor material thin film is formed by a vapor deposition method.
【請求項4】 原料ガス及び水素又は水素含有ガスの少
なくとも一部を加熱された触媒体に接触させて触媒的に
分解させ、これによって生成したラジカル、イオン等の
反応種を基体上に堆積させて、前記低級結晶性半導体薄
膜及び/又は前記半導体材料薄膜を気相成長させる、請
求項1又は2に記載した方法。
4. A raw material gas and at least a part of hydrogen or a hydrogen-containing gas are brought into contact with a heated catalyst to be catalytically decomposed, and reactive species such as radicals and ions generated thereby are deposited on a substrate. The method according to claim 1, wherein the lower crystalline semiconductor thin film and / or the semiconductor material thin film is vapor-grown.
【請求項5】 前記半導体材料薄膜の気相成長後に、水
素又は水素含有ガスを加熱された触媒体に接触させ、こ
れによって生成した高温の水素系分子、水素系原子、活
性化水素イオン等の水素系活性種を前記半導体材料薄膜
に作用させてアニールを行い、必要あれば、前記半導体
材料薄膜と同様の半導体材料薄膜の気相成長と前記アニ
ールとを繰り返す、請求項4に記載した方法。
5. After the vapor-phase growth of the semiconductor material thin film, hydrogen or a hydrogen-containing gas is brought into contact with a heated catalyst to generate high-temperature hydrogen-based molecules, hydrogen-based atoms, activated hydrogen ions, etc. The method according to claim 4, wherein annealing is performed by causing a hydrogen-based active species to act on the semiconductor material thin film, and if necessary, vapor-phase growth of the same semiconductor material thin film as the semiconductor material thin film and the annealing are repeated.
【請求項6】 前記加熱触媒体に前記水素又は水素含有
ガスの少なくとも一部を接触させ、これによって生成し
た高温の水素系分子、水素系原子、活性化水素イオン等
の水素系活性種を前記低級結晶性半導体薄膜又は前記半
導体材料薄膜に作用させてアニールを行う、請求項1又
は2に記載した方法。
6. A method in which at least a part of the hydrogen or the hydrogen-containing gas is brought into contact with the heating catalyst, and a high-temperature hydrogen-based molecule, a hydrogen-based atom, an activated hydrogen ion or other hydrogen-based active species is generated. 3. The method according to claim 1, wherein the annealing is performed by acting on the lower crystalline semiconductor thin film or the semiconductor material thin film.
【請求項7】 加熱された前記触媒体に、原料ガス及び
水素系キャリアガスの少なくとも一部を接触させて触媒
的に分解させ、これによって生成したラジカル、イオン
等の反応種を加熱された前記基体上に堆積させて前記低
級結晶性半導体薄膜又は前記半導体材料薄膜を気相成長
させた後、前記原料ガスの供給を停止し、加熱された触
媒体に前記水素系キャリアガスの少なくとも一部を接触
させ、これによって生成した高温の水素系分子、水素系
原子、活性化水素イオン等の水素系活性種を前記低級結
晶性半導体薄膜又は前記半導体材料薄膜に作用させてア
ニールを行う、請求項1、2又は5に記載した方法。
7. The heated catalyst body is brought into contact with at least a part of a raw material gas and a hydrogen-based carrier gas to be catalytically decomposed, and the generated reactive species such as radicals and ions are heated. After the lower crystalline semiconductor thin film or the semiconductor material thin film is deposited on a substrate and vapor-phase grown, the supply of the source gas is stopped, and at least a part of the hydrogen-based carrier gas is heated to the heated catalyst. The method according to claim 1, wherein the annealing is performed by causing the high-temperature hydrogen-based molecules, hydrogen-based atoms, activated hydrogen ions, or other hydrogen-based active species generated thereby to act on the lower crystalline semiconductor thin film or the semiconductor material thin film. The method described in 2 or 5.
【請求項8】 前記気相成長時の水素又は水素含有ガス
供給量よりも前記アニール時の水素又は水素含有ガス供
給量を多くする、請求項7に記載した方法。
8. The method according to claim 7, wherein a supply amount of hydrogen or a hydrogen-containing gas during the annealing is set to be larger than a supply amount of hydrogen or a hydrogen-containing gas during the vapor phase growth.
【請求項9】 タングステン、トリア含有タングステ
ン、モリブデン、白金、パラジウム、バナジウム、シリ
コン、アルミナ、金属を付着したセラミックス、及び炭
化ケイ素からなる群より選ばれた少なくとも1種の材料
によって、前記触媒体を形成する、請求項1又は2に記
載した方法。
9. The catalyst body is made of at least one material selected from the group consisting of tungsten, tria-containing tungsten, molybdenum, platinum, palladium, vanadium, silicon, alumina, ceramics to which metal is attached, and silicon carbide. A method according to claim 1 or 2, wherein the method comprises:
【請求項10】 前記触媒体及びこれを支持する支持体
の純度を99.99wt%以上、好ましくは99.99
9wt%又はそれ以上とする、請求項1又は2に記載し
た方法。
10. The purity of the catalyst and the support supporting the catalyst is 99.99 wt% or more, preferably 99.99 wt%.
3. The method according to claim 1, wherein the amount is 9 wt% or more.
【請求項11】 前記低級結晶性半導体薄膜がアモルフ
ァスシリコン、微結晶シリコン含有アモルファスシリコ
ン膜、微結晶シリコン(アモルファスシリコン含有微結
晶シリコン)膜、アモルファスシリコン及び微結晶シリ
コン含有多結晶シリコン膜、アモルファスゲルマニウ
ム、微結晶ゲルマニウム含有アモルファスゲルマニウム
膜、微結晶ゲルマニウム(アモルファスゲルマニウム含
有微結晶ゲルマニウム)膜、アモルファスゲルマニウム
及び微結晶ゲルマニウム含有多結晶ゲルマニウム膜、又
はSixGe1-x(0<x<1)で示されるアモルファス
シリコンゲルマニウム膜からなり、かつ、前記水素又は
水素含有ガスが水素又は水素と付活性なガスとの混合ガ
スからなる、請求項1又は2に記載した方法。
11. The lower crystalline semiconductor thin film is made of amorphous silicon, microcrystalline silicon-containing amorphous silicon film, microcrystalline silicon (amorphous silicon-containing microcrystalline silicon) film, amorphous silicon and microcrystalline silicon-containing polycrystalline silicon film, amorphous germanium. , microcrystalline germanium-containing amorphous germanium film, shown in microcrystalline germanium (amorphous germanium containing microcrystalline germanium) film, an amorphous germanium and microcrystalline germanium containing polycrystalline germanium film, or Si x Ge 1-x (0 <x <1) 3. The method according to claim 1, wherein the amorphous silicon germanium film is formed and the hydrogen or the hydrogen-containing gas is hydrogen or a mixed gas of hydrogen and an activated gas. 4.
【請求項12】 前記多結晶性半導体薄膜が多結晶性シ
リコン薄膜、多結晶性ゲルマニウム薄膜、多結晶性シリ
コン−ゲルマニウム薄膜、多結晶性炭化ケイ素薄膜から
なり、かつ、前記水素又は水素含有ガスが水素又は水素
と不活性なガスとの混合ガスからなる、請求項1又は2
に記載した方法。
12. The polycrystalline semiconductor thin film comprises a polycrystalline silicon thin film, a polycrystalline germanium thin film, a polycrystalline silicon-germanium thin film, a polycrystalline silicon carbide thin film, and the hydrogen or the hydrogen-containing gas is 3. The method according to claim 1, comprising hydrogen or a mixed gas of hydrogen and an inert gas.
The method described in.
【請求項13】 前記半導体薄膜に錫等のIV族元素の少
なくとも1種を適量含有させ、この状態で前記アニール
を行う、請求項12に記載した方法。
13. The method according to claim 12, wherein the semiconductor thin film contains at least one kind of a group IV element such as tin in an appropriate amount, and the annealing is performed in this state.
【請求項14】 前記多結晶性半導体薄膜によって、薄
膜絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャンネル、ソ
ース及びドレイン領域、又は配線、抵抗、容量又は電子
放出体等を形成する、請求項1又は2に記載した方法。
14. A thin film insulated gate field effect transistor according to claim 1, wherein said polycrystalline semiconductor thin film forms a channel, a source and a drain region, a wiring, a resistor, a capacitor or an electron emitter. Way.
【請求項15】 前記チャンネル、ソース及びドレイン
領域の形成後に、これらの領域に対し、水素又は水素含
有ガスを加熱された触媒体に接触させることによって生
成した水素系活性種を作用させる、請求項14に記載し
た方法。
15. After forming the channel, source, and drain regions, a hydrogen-based active species generated by bringing hydrogen or a hydrogen-containing gas into contact with a heated catalyst is applied to these regions. 14. The method according to 14.
【請求項16】 前記多結晶性半導体薄膜内においてゲ
ート絶縁膜側から外部に向って結晶粒径を小さくして高
密度化するか、或いはアモルファス半導体薄膜又は微結
晶含有アモルファス半導体薄膜で前記多結晶性半導体薄
膜を被覆する、請求項1又は2に記載した方法。
16. The polycrystalline semiconductor thin film, wherein the crystal grain size is reduced from the gate insulating film side toward the outside to increase the density, or the polycrystalline semiconductor thin film or the amorphous semiconductor thin film containing microcrystals is used as the polycrystalline semiconductor thin film. The method according to claim 1, wherein the conductive semiconductor thin film is coated.
【請求項17】 前記アルファモス半導体薄膜又は微結
晶含有アモルファス半導体薄膜を除去し、前記多結晶性
半導体薄膜とコンタクトしたソース、ドレイン電極を形
成する、請求項16に記載した方法。
17. The method according to claim 16, wherein the alpha-mos semiconductor thin film or the microcrystalline-containing amorphous semiconductor thin film is removed to form source and drain electrodes in contact with the polycrystalline semiconductor thin film.
【請求項18】 シリコン半導体装置、シリコン半導体
集積回路装置、シリコン−ゲルマニウム半導体装置、シ
リコン−ゲルマニウム半導体集積回路装置、化合物半導
体装置、化合物半導体集積回路装置、炭化ケイ素半導体
装置、炭化ケイ素半導体集積回路装置、液晶表示装置、
有機又は無機エレクトロルミネセンス表示装置、フィー
ルドエミッションディスプレイ(FED)装置、発光ポ
リマー表示装置、発光ダイオード表示装置、CCDエリ
ア/リニアセンサ装置、MOSセンサ装置、太陽電池装
置用の薄膜を製造する、請求項1又は2に記載した方
法。
18. A silicon semiconductor device, a silicon semiconductor integrated circuit device, a silicon-germanium semiconductor device, a silicon-germanium semiconductor integrated circuit device, a compound semiconductor device, a compound semiconductor integrated circuit device, a silicon carbide semiconductor device, and a silicon carbide semiconductor integrated circuit device. , Liquid crystal display,
Manufacturing thin films for organic or inorganic electroluminescent displays, field emission displays (FED) devices, light emitting polymer displays, light emitting diode displays, CCD area / linear sensor devices, MOS sensor devices, solar cell devices. 3. The method according to 1 or 2.
【請求項19】 内部回路及び周辺回路を有する半導体
装置、固体撮像装置、電気光学装置等の製造に際し、こ
れらの少なくとも一部を構成する薄膜絶縁ゲート型電界
効果トランジスタのチャンネル、ソース及びドレイン領
域を前記多結晶性半導体薄膜によって形成する、請求項
18に記載した方法。
19. When manufacturing a semiconductor device, a solid-state imaging device, an electro-optical device, or the like having an internal circuit and a peripheral circuit, a channel, a source, and a drain region of a thin-film insulated gate field-effect transistor constituting at least a part thereof are formed. The method according to claim 18, wherein the method is formed by the polycrystalline semiconductor thin film.
【請求項20】 各色用の有機又は無機エレクトロルミ
ネセンス層の下層にそれぞれ、前記薄膜絶縁ゲート型電
界効果トランジスタのドレイン又はソースと接続された
陰極又は陽極を有する、請求項19に記載した方法。
20. The method according to claim 19, further comprising a cathode or an anode connected to a drain or a source of the thin film insulated gate field effect transistor, respectively, below the organic or inorganic electroluminescent layer for each color.
【請求項21】 前記薄膜絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタを含む能動素子上も前記陰極が覆い、或いは前記
各色用の有機又は無機エレクトロルミネセンス層の各層
上及び各層間の全面に前記陰極又は陽極が被着されてい
る装置を製造する、請求項20に記載した方法。
21. The cathode also covers the active element including the thin-film insulated gate field-effect transistor, or the cathode or the anode is provided on each layer of the organic or inorganic electroluminescent layer for each color and on the entire surface between each layer. 21. The method of claim 20, wherein the method comprises manufacturing the device being deposited.
【請求項22】 前記各色用の前記有機又は無機エレク
トロルミネセンス層間にブラックマスク層を形成する、
請求項20に記載した方法。
22. A black mask layer is formed between the organic or inorganic electroluminescent layers for each color.
The method according to claim 20.
【請求項23】 フィールドエミッションディスプレイ
装置のエミッタを、前記多結晶性半導体薄膜を介して前
記薄膜絶縁ゲート型電界効果トランジスタのドレインに
接続すると共に前記多結晶性半導体薄膜上に成長された
n型多結晶性半導体膜又は多結晶性ダイヤモンド膜又は
窒素含有又は非含有の炭素薄膜又は窒素含有又は非含有
の炭素薄膜表面に形成した多数の微細突起構造(例えば
カーボンナノチューブ)などによって形成する、請求項
19に記載した方法。
23. An n-type polysilicon grown on the polycrystalline semiconductor thin film while connecting an emitter of the field emission display device to the drain of the thin film insulated gate field effect transistor via the polycrystalline semiconductor thin film. 20. A crystalline semiconductor film, a polycrystalline diamond film, a carbon thin film containing or not containing nitrogen, or a plurality of fine projection structures (for example, carbon nanotubes) formed on the surface of a carbon thin film containing or not containing nitrogen. The method described in.
【請求項24】 前記薄膜絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタを含む能動素子上にアース電位の金属遮蔽膜を形
成する、請求項23に記載した方法。
24. The method according to claim 23, wherein a ground potential metal shielding film is formed on the active device including the thin film insulated gate field effect transistor.
【請求項25】 前記金属遮蔽膜を前記フィールドエミ
ッションディスプレイ装置のゲート引き出し電極と同一
材料で同一工程により形成する、請求項24に記載した
方法。
25. The method according to claim 24, wherein the metal shielding film is formed by the same process using the same material as the gate extraction electrode of the field emission display device.
【請求項26】 基体上に多結晶性半導体薄膜を形成す
るための装置であって、 SiOx(0<x≦2)及び/又はSiNy(0.1<y
<1.4)からなる粒子状生成物を含有する低級結晶性
半導体薄膜の形成手段と、 水素又は水素含有ガス供給手段と、 前記多結晶性半導体薄膜となる半導体材料薄膜の原料ガ
スの供給手段と、 触媒体と、 触媒体加熱手段と、 基体加熱手段とを有する、多結晶性半導体薄膜の形成装
置。
26. An apparatus for forming a polycrystalline semiconductor thin film on a substrate, comprising: SiO x (0 <x ≦ 2) and / or SiN y (0.1 <y
Means for forming a lower crystalline semiconductor thin film containing a particulate product comprising <1.4); hydrogen or a hydrogen-containing gas supply means; and means for supplying a source gas for a semiconductor material thin film to be the polycrystalline semiconductor thin film An apparatus for forming a polycrystalline semiconductor thin film, comprising: a catalyst body; a catalyst body heating means; and a substrate heating means.
【請求項27】 基体上に多結晶性半導体薄膜を有する
半導体装置を製造するための装置であって、 SiOx(0<x≦2)及び/又はSiNy(0.1<y
<1.4)からなる粒子状生成物を含有する低級結晶性
半導体薄膜の形成手段と、 水素又は水素含有ガス供給手段と、 前記多結晶性半導体薄膜となる半導体材料薄膜の原料ガ
スの供給手段と、 触媒体と、 触媒体加熱手段と、 基体加熱手段とを有する、半導体装置の製造装置。
27. An apparatus for manufacturing a semiconductor device having a polycrystalline semiconductor thin film on a base, comprising: SiO x (0 <x ≦ 2) and / or SiN y (0.1 <y
Means for forming a lower crystalline semiconductor thin film containing a particulate product comprising <1.4); hydrogen or a hydrogen-containing gas supply means; and means for supplying a source gas for a semiconductor material thin film to be the polycrystalline semiconductor thin film An apparatus for manufacturing a semiconductor device, comprising: a catalyst body; a catalyst body heating unit; and a substrate heating unit.
【請求項28】 前記低級結晶性半導体薄膜が気相成長
法によって形成され、前記半導体材料薄膜が気相成長法
によって形成される、請求項26又は27に記載した装
置。
28. The apparatus according to claim 26, wherein the lower crystalline semiconductor thin film is formed by a vapor deposition method, and the semiconductor material thin film is formed by a vapor deposition method.
【請求項29】 原料ガス及び水素又は水素含有ガスの
少なくとも一部を加熱された触媒体に接触させて触媒的
に分解させ、これによって生成したラジカル、イオン等
の反応種を基体上に堆積させて、前記低級結晶性半導体
薄膜及び/又は前記半導体材料薄膜を気相成長させる、
請求項26又は27に記載した装置。
29. A raw material gas and at least a part of hydrogen or a hydrogen-containing gas are brought into contact with a heated catalyst body to be catalytically decomposed, and reactive species such as radicals and ions generated thereby are deposited on a substrate. Growing the lower crystalline semiconductor thin film and / or the semiconductor material thin film in vapor phase,
Apparatus according to claim 26 or 27.
【請求項30】 原料ガス及び水素又は水素含有ガスの
少なくとも一部を加熱された前記触媒体に接触させて触
媒的に分解させ、これによって生成したラジカル、イオ
ン等の反応種を前記基体上に堆積させることにより前記
低級結晶性半導体薄膜又は前記半導体材料薄膜を気相成
長させた後、原料ガスの供給を停止し、水素又は水素含
有ガスの少なくとも一部を加熱された前記触媒体に接触
させ、これによって生成した高温の水素系分子、水素系
原子、活性化水素イオン等の水素系活性種を前記低級結
晶性半導体薄膜又は前記半導体材料薄膜に作用させるア
ニール工程を行い、更に、この半導体材料薄膜のアニー
ル工程と、前記半導体材料薄膜と同様の半導体材料薄膜
の気相成長工程とを繰り返すために、前記原料ガス供給
手段と前記水素又は水素含有ガス供給手段とを制御する
制御手段を有する、請求項29に記載した装置。
30. A raw material gas and at least a part of hydrogen or a hydrogen-containing gas are brought into contact with the heated catalyst to decompose catalytically, and reactive species such as radicals and ions generated on the substrate are deposited on the substrate. After the vapor deposition of the lower crystalline semiconductor thin film or the semiconductor material thin film by deposition, the supply of the raw material gas is stopped, and at least a part of hydrogen or a hydrogen-containing gas is brought into contact with the heated catalyst body. Performing an annealing step of causing a hydrogen-based active species such as a high-temperature hydrogen-based molecule, a hydrogen-based atom, or an activated hydrogen ion to act on the lower crystalline semiconductor thin film or the semiconductor material thin film. In order to repeat the thin film annealing process and the semiconductor material thin film vapor phase growth process similar to the semiconductor material thin film, the raw material gas supply unit and the hydrogen or 30. The apparatus according to claim 29, further comprising control means for controlling the hydrogen-containing gas supply means.
【請求項31】 前記加熱触媒体に前記水素又は水素含
有ガスの少なくとも一部を接触させ、これによって生成
した高温の水素系分子、水素系原子、活性化水素イオン
等の水素系活性種を前記低級結晶性半導体薄膜又は前記
半導体材料薄膜に作用させてアニールを行う、請求項2
6又は27に記載した装置。
31. The heating catalyst body is brought into contact with at least a part of the hydrogen or the hydrogen-containing gas, and a high-temperature hydrogen-based molecule, a hydrogen-based atom, an activated hydrogen ion or other hydrogen-based active species generated by the contact is generated. 3. The annealing is performed by acting on the lower crystalline semiconductor thin film or the semiconductor material thin film.
28. The apparatus according to 6 or 27.
【請求項32】 加熱された前記触媒体に、原料ガス及
び水素系キャリアガスの少なくとも一部を接触させて触
媒的に分解させ、これによって生成したラジカル、イオ
ン等の反応種を加熱された前記基体上に堆積させて前記
低級結晶性半導体薄膜又は前記半導体材料薄膜を気相成
長させた後、前記原料ガスの供給を停止し、加熱された
触媒体に前記水素系キャリアガスの少なくとも一部を接
触させ、これによって生成した高温の水素系分子、水素
系原子、活性化水素イオン等の水素系活性種を前記低級
結晶性半導体薄膜又は前記半導体材料薄膜に作用させて
アニールを行う、請求項26、27、30又は31に記
載した装置。
32. The heated catalyst body is brought into contact with at least a part of a raw material gas and a hydrogen-based carrier gas to be catalytically decomposed, and the generated reactive species such as radicals and ions are heated. After the lower crystalline semiconductor thin film or the semiconductor material thin film is deposited on a substrate and vapor-phase grown, the supply of the source gas is stopped, and at least a part of the hydrogen-based carrier gas is heated to the heated catalyst. 27. Annealing is performed by contacting and causing a hydrogen-based active species such as a high-temperature hydrogen-based molecule, a hydrogen-based atom, or an activated hydrogen ion generated thereby to act on the lower crystalline semiconductor thin film or the semiconductor material thin film. , 27, 30 or 31.
【請求項33】 前記低級結晶性半導体薄膜又は前記半
導体材料薄膜の気相成長時の水素又は水素含有ガス供給
量よりも前記アニール時の水素又は水素含有ガス供給量
が多くされる、請求項32に記載した装置。
33. The supply amount of hydrogen or a hydrogen-containing gas at the time of the annealing is larger than the supply amount of hydrogen or a hydrogen-containing gas during vapor phase growth of the lower crystalline semiconductor thin film or the semiconductor material thin film. The device described in 1.
【請求項34】 タングステン、トリア含有タングステ
ン、モリブデン、白金、パラジウム、バナジウム、シリ
コン、アルミナ、金属を付着したセラミックス、及び炭
化ケイ素からなる群より選ばれた少なくとも1種の材料
によって、前記触媒体が形成されている、請求項26又
は27に記載した装置。
34. The catalyst body is made of at least one material selected from the group consisting of tungsten, tungsten containing thoria, molybdenum, platinum, palladium, vanadium, silicon, alumina, a ceramic to which a metal is attached, and silicon carbide. Apparatus according to claim 26 or 27, wherein the apparatus is formed.
【請求項35】 前記触媒体及びこれを支持する支持体
の純度を99.99wt%以上、好ましくは99.99
9wt%又はそれ以上とする、請求項26又は27に記
載した装置。
35. The purity of the catalyst and the support supporting the catalyst is 99.99 wt% or more, preferably 99.99 wt%.
28. The device according to claim 26 or 27, wherein the content is 9 wt% or more.
【請求項36】 前記低級結晶性半導体薄膜がアモルフ
ァスシリコン、微結晶シリコン含有アモルファスシリコ
ン膜、微結晶シリコン(アモルファスシリコン含有微結
晶シリコン)膜、アモルファスシリコン及び微結晶シリ
コン含有多結晶シリコン膜、微結晶ゲルマニウム含有ア
モルファスゲルマニウム膜、アモルファスゲルマニウ
ム、微結晶ゲルマニウム(アモルファスゲルマニウム含
有微結晶ゲルマニウム)膜、アモルファスゲルマニウム
及び微結晶ゲルマニウム含有多結晶ゲルマニウム膜、又
はSixGe1-x(0<x<1)で示されるアモルファス
シリコンゲルマニウム膜からなり、かつ、前記水素又は
水素含有ガスが水素又は水素と付活性なガスとの混合ガ
スからなる、請求項26又は27に記載した装置。
36. The low-crystalline semiconductor thin film is made of amorphous silicon, microcrystalline silicon-containing amorphous silicon film, microcrystalline silicon (amorphous silicon-containing microcrystalline silicon) film, amorphous silicon and microcrystalline silicon-containing polycrystalline silicon film, microcrystal. germanium-containing amorphous germanium film, an amorphous germanium, represented by the microcrystalline germanium (amorphous germanium containing microcrystalline germanium) film, an amorphous germanium and microcrystalline germanium containing polycrystalline germanium film, or Si x Ge 1-x (0 <x <1) 28. The apparatus according to claim 26, wherein the amorphous silicon germanium film is formed, and the hydrogen or the hydrogen-containing gas is hydrogen or a mixed gas of hydrogen and an activated gas.
【請求項37】 前記多結晶性半導体薄膜が多結晶性シ
リコン薄膜、多結晶性ゲルマニウム薄膜、多結晶性シリ
コン−ゲルマニウム膜、多結晶性炭化ケイ素薄膜からな
り、かつ、前記水素又は水素含有ガスが水素又は水素と
不活性なガスとの混合ガスからなる、請求項26又は2
7に記載した装置。
37. The polycrystalline semiconductor thin film comprises a polycrystalline silicon thin film, a polycrystalline germanium thin film, a polycrystalline silicon-germanium film, a polycrystalline silicon carbide thin film, and the hydrogen or the hydrogen-containing gas is 27. A gas comprising hydrogen or a mixed gas of hydrogen and an inert gas.
7. The apparatus according to 7.
【請求項38】 前記多結晶性半導体薄膜に錫等のIV族
元素の少なくとも1種を適量含有させ、この状態で前記
アニールが行われる、請求項37に記載した装置。
38. The apparatus according to claim 37, wherein the polycrystalline semiconductor thin film contains at least one kind of a group IV element such as tin in an appropriate amount, and the annealing is performed in this state.
【請求項39】 前記多結晶性半導体薄膜によって、薄
膜絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャンネル、ソ
ース及びドレイン領域、又は配線、抵抗、容量又は電子
放出体等を形成する、請求項26又は27に記載した装
置。
39. The polycrystalline semiconductor thin film forms a channel, a source and a drain region of a thin film insulated gate field effect transistor, or a wiring, a resistor, a capacitor, an electron emitter, or the like. Equipment.
【請求項40】 前記チャンネル、ソース及びドレイン
領域の形成後に、これらの領域に対し、水素又は水素含
有ガスを加熱された触媒体に接触させることによって生
成した活性種等を作用させる、請求項39に記載した装
置。
40. After the formation of the channel, source and drain regions, an active species or the like generated by bringing hydrogen or a hydrogen-containing gas into contact with a heated catalyst body is applied to these regions. The device described in 1.
【請求項41】 前記多結晶性半導体薄膜内においてゲ
ート絶縁膜側から外部に向って結晶粒径を小さくして高
密度化するか、或いはアモルファス半導体薄膜又は微結
晶含有アモルファス半導体薄膜で前記多結晶性半導体薄
膜を被覆する、請求項26又は27に記載した装置。
41. In the polycrystalline semiconductor thin film, the crystal grain size is reduced from the gate insulating film side to the outside to increase the density, or the polycrystalline semiconductor thin film or the amorphous semiconductor thin film containing microcrystals is used as the polycrystalline semiconductor thin film. The device according to claim 26 or 27, which coats a conductive semiconductor thin film.
【請求項42】 前記アモルファス半導体薄膜又は微結
晶含有アモルファス半導体薄膜を除去し、前記多結晶性
半導体薄膜とコンタクトしたソース、ドレイン電極を形
成する、請求項41に記載した方法。
42. The method according to claim 41, wherein the amorphous semiconductor thin film or the microcrystalline-containing amorphous semiconductor thin film is removed to form source and drain electrodes in contact with the polycrystalline semiconductor thin film.
【請求項43】 シリコン半導体装置、シリコン半導体
集積回路装置、シリコン−ゲルマニウム半導体装置、シ
リコン−ゲルマニウム半導体集積回路装置、化合物半導
体装置、化合物半導体集積回路装置、炭化ケイ素半導体
装置、炭化ケイ素半導体集積回路装置、液晶表示装置、
有機又は無機エレクトロルミネセンス表示装置、フィー
ルドエミッションディスプレイ(FED)装置、発光ポ
リマー表示装置、発光ダイオード表示装置、CCDエリ
ア/リニアセンサ装置、MOSセンサ装置、太陽電池装
置用の薄膜を製造する、請求項26又は27に記載した
装置。
43. A silicon semiconductor device, a silicon semiconductor integrated circuit device, a silicon-germanium semiconductor device, a silicon-germanium semiconductor integrated circuit device, a compound semiconductor device, a compound semiconductor integrated circuit device, a silicon carbide semiconductor device, and a silicon carbide semiconductor integrated circuit device. , Liquid crystal display,
Manufacturing thin films for organic or inorganic electroluminescent displays, field emission displays (FED) devices, light emitting polymer displays, light emitting diode displays, CCD area / linear sensor devices, MOS sensor devices, solar cell devices. 28. The apparatus according to 26 or 27.
【請求項44】 内部回路及び周辺回路を有する半導体
装置、固体撮像装置、電気光学装置等の製造に際し、こ
れらの少なくとも一部を構成する薄膜絶縁ゲート型電界
効果トランジスタのチャンネル、ソース及びドレイン領
域を前記多結晶性半導体薄膜によって形成する、請求項
43に記載した装置。
44. When manufacturing a semiconductor device, a solid-state imaging device, an electro-optical device, and the like having an internal circuit and a peripheral circuit, a channel, a source and a drain region of a thin-film insulated gate field-effect transistor constituting at least a part of these devices. 44. The device according to claim 43, wherein said device is formed by said polycrystalline semiconductor thin film.
【請求項45】 各色用の有機又は無機エレクトロルミ
ネセンス層の下層にそれぞれ、前記薄膜絶縁ゲート型電
界効果トランジスタのドレイン又はソースと接続された
陰極又は陽極を有する装置を製造する、請求項44に記
載した装置。
45. The device according to claim 44, wherein a device having a cathode or an anode connected to a drain or a source of the thin-film insulated gate field effect transistor, respectively, is manufactured below the organic or inorganic electroluminescent layer for each color. The described device.
【請求項46】 前記薄膜絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタを含む能動素子上も前記陰極が覆い、或いは前記
各色用の有機又は無機エレクトロルミネセンス層の各層
上及び各層間の全面に前記陰極又は陽極が被着されてい
る装置を製造する、請求項45に記載した装置。
46. The cathode also covers an active element including the thin-film insulated gate field effect transistor, or the cathode or anode is provided on each layer of the organic or inorganic electroluminescent layer for each color and on the entire surface between each layer. 46. The device of claim 45, wherein the device manufactures the device being deposited.
【請求項47】 前記各色用の前記有機又は無機エレク
トロルミネセンス層間にブラックマスク層を形成する、
請求項45に記載した装置。
47. forming a black mask layer between the organic or inorganic electroluminescent layers for each color,
An apparatus according to claim 45.
【請求項48】 フィールドエミッションディスプレイ
装置のエミッタを、前記多結晶性半導体薄膜を介して前
記薄膜絶縁ゲート型電界効果トランジスタのドレインに
接続すると共に前記多結晶性半導体薄膜上に成長された
n型多結晶性半導体膜又は多結晶性ダイヤモンド膜又は
窒素含有又は非含有の炭素薄膜又は窒素含有又は非含有
の炭素薄膜表面に形成した多数の微細突起構造(例えば
カーボンナノチューブ)などによって形成する、請求項
44に記載した装置。
48. An emitter of the field emission display device is connected to the drain of the thin-film insulated gate field effect transistor via the polycrystalline semiconductor thin film, and the n-type polycrystalline semiconductor is grown on the polycrystalline semiconductor thin film. 45. The film is formed of a crystalline semiconductor film, a polycrystalline diamond film, a carbon thin film containing or not containing nitrogen, or a plurality of fine projection structures (for example, carbon nanotubes) formed on the surface of a carbon thin film containing or not containing nitrogen. The device described in 1.
【請求項49】 前記薄膜絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタを含む能動素子上にアース電位の遮蔽膜を形成す
る、請求項48に記載した装置。
49. The apparatus according to claim 48, wherein a ground potential shielding film is formed on the active element including the thin film insulated gate field effect transistor.
【請求項50】 前記遮蔽膜を前記フィールドエミッシ
ョンディスプレイ装置のゲート引き出し電極と同一材料
で同一工程により形成する、請求項49に記載した装
置。
50. The device according to claim 49, wherein the shielding film is formed of the same material and in the same process as the gate extraction electrode of the field emission display device.
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