JP2002313719A - Crystalline semiconductor thin film and manufacturing method thereof - Google Patents

Crystalline semiconductor thin film and manufacturing method thereof

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JP2002313719A
JP2002313719A JP2001114475A JP2001114475A JP2002313719A JP 2002313719 A JP2002313719 A JP 2002313719A JP 2001114475 A JP2001114475 A JP 2001114475A JP 2001114475 A JP2001114475 A JP 2001114475A JP 2002313719 A JP2002313719 A JP 2002313719A
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region
thin film
semiconductor thin
crystallization
growth
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Shinji Maekawa
真司 前川
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Sharp Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize high quality crystallization of an amorphous semiconductor thin film to form a high performance semiconductor deice (e.g. TFT). SOLUTION: The manufacturing method comprises forming a specified pattern 10 from an amorphous silicon thin film, introducing a catalyst element into introducing regions 11 and heat treating to from crystal grains 100. The width and thickness of a crystallized region 12 are not greater than ten times the crystal grain 100 (e.g. 1 μm or less) in the initial crystallizing stage. This allowing only the single crystal grin 100 to pass through the crystallizing region 12. Among equivalent <111> planes, only any one kind of facets are formed on the top ends of the crystal grains 100 and moved in a one-dimensional direction to crystallize the amorphous silicon thin film in the crystallizing regions 12.

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、結晶性半導体薄膜
およびその製造方法に関する。詳細には、非晶質基板上
あるいは非晶質絶縁膜上に形成された非晶質半導体を加
熱することにより結晶化された結晶性の半導体薄膜およ
びその製造方法に関する。
The present invention relates to a crystalline semiconductor thin film and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a crystalline semiconductor thin film crystallized by heating an amorphous semiconductor formed on an amorphous substrate or an amorphous insulating film, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】非晶質基板上あるいは非晶質絶縁膜上
に、高性能ポリシリコン薄膜を形成し、薄膜トランジス
タ(Thin Film Transistor;TFT)を作製する技術
は、液晶ディスプレイへの応用や、SRAM(Static R
andom Access Memory )の負荷デバイス、3次元ICへ
の応用など利用範囲が極めて広く、活発に研究されてい
る。
2. Description of the Related Art A technique of forming a high-performance polysilicon thin film on an amorphous substrate or an amorphous insulating film to form a thin film transistor (TFT) is applied to a liquid crystal display or an SRAM. (Static R
The range of application of andom access memory) to load devices and application to three-dimensional ICs is extremely wide and is being actively studied.

【0003】近年特に、単結晶基板あるいはSOI(Si
licon On Insulator)基板に匹敵し、高い移動度をねら
える結晶化技術が熱心に研究されている。これらの技術
のうち、ニッケルに代表される遷移金属を微量添加する
ことによって、非晶質シリコン薄膜を結晶化する手法は
非常にユニークである。この手法によって、きわめて広
い領域を大傾角粒界なしに形成することができる。この
手法は、SMC(Silicide-Midiated Crystallization
)法、MIC(Metal Induced Crystallization )
法、MILC(Metal Induced Lateral Crystallizatio
n )法等と略記されることが多い。メタルを特にニッケ
ルに限った場合は、CANDI(Crystallization Assi
sted by Nickel DIsilicide )法と呼ぶことにする。例
えば、本出願人が既に出願している発明(特願2000
−320095号)によれば、所定の領域内に大傾角粒
界が存在しないように結晶化させることが可能である。
In recent years, in particular, single-crystal substrates or SOI (Si
Crystallization technology that is comparable to a substrate (icon on insulator) and aims at high mobility is being enthusiastically studied. Among these techniques, a technique of crystallizing an amorphous silicon thin film by adding a trace amount of a transition metal represented by nickel is very unique. By this method, a very wide area can be formed without a large tilt grain boundary. This method uses SMC (Silicide-Midiated Crystallization).
) Method, MIC (Metal Induced Crystallization)
Method, MILC (Metal Induced Lateral Crystallizatio)
n) Often abbreviated as law. If the metal is particularly limited to nickel, CANDI (Crystallization Assi
sted by Nickel DIsilicide) method. For example, for the invention already filed by the applicant (Japanese Patent Application 2000
According to -320095), it is possible to crystallize such that a large tilt grain boundary does not exist in a predetermined region.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】CANDI法は、所定
の領域を大傾角粒界が存在しないように結晶化できるの
で、従来の固相成長法に比べて、高いTFT特性が得ら
れることが知られている。しかしレーザー結晶化法のよ
うな溶融結晶化法と比べると、特性のトップデータとし
ては、劣っている。これは、CANDI法により得られ
た結晶は、粒界による特性劣化が少ないものの、結晶欠
陥の密度が比較的高いためである。従って、ガラス基板
上に色々な機能を持った回路を集積しようとするSOP
(System On Panel )のような応用に必要とされる、よ
り高特性のTFTを形成するためには、結晶欠陥を低減
し、結晶品質そのものを一層向上させることが望まれ
る。
It is known that the CANDI method can crystallize a predetermined region so that there is no large-angle grain boundary, so that higher TFT characteristics can be obtained as compared with the conventional solid phase growth method. Have been. However, as compared with a melt crystallization method such as a laser crystallization method, the top data of the characteristics is inferior. This is because the crystal obtained by the CANDI method has a relatively high density of crystal defects, although the characteristic deterioration due to grain boundaries is small. Therefore, an SOP that attempts to integrate circuits having various functions on a glass substrate
In order to form TFTs with higher characteristics required for applications such as (System On Panel), it is desired to reduce crystal defects and further improve crystal quality itself.

【0005】そこで、本発明者は、現状のCANDI法
において結晶欠陥が高い原因を詳細に調べた。CAND
I法では、結晶成長は10nm〜100nm程度の幅の
ファイバーを単位として成長しており、その先端にはN
iSi2 のプレイトレット(platelette;薄板状の結
晶)が存在する。このシリサイドプレイトレットは、フ
ァイバーの成長と共に移動し、常にファイバーの先端に
存在する。NiSi2 とシリコンの結晶は、格子定数が
0.4%しか違わず、マッチングがきわめて良好であ
る。このNiSi2 プレイトレット上にシリコンが良好
にエピタキシャル成長することが、CANDI法の特徴
である。
Therefore, the present inventors have investigated in detail the cause of high crystal defects in the current CANDI method. CAND
In the I method, the crystal is grown in units of a fiber having a width of about 10 nm to 100 nm, and an N
A platelet of iSi 2 is present. This silicide platelet moves with the growth of the fiber and always exists at the tip of the fiber. The crystals of NiSi 2 and silicon differ only by 0.4% in lattice constant, and have very good matching. It is a feature of the CANDI method that silicon grows favorably on the NiSi 2 platelet.

【0006】しかし、ファイバー先端での成長を詳細に
調べると以下のような問題点があることが分かった。先
端のNiSi2 プレイトレットは、{111}面で囲ま
れたいわゆるファセット成長をしている。薄膜の成長に
おいては、膜厚方向には成長できないので、{111}
面に等価な3つの成長面が存在することになる。例え
ば、ファイバー先端が{100}の結晶面を有している
場合、これら3つの成長面は、ファイバー先端面に対し
ていずれも54.75度傾いており、互いに直角に交わ
っている。
However, when the growth at the fiber tip was examined in detail, the following problems were found. The NiSi 2 platelet at the tip has a so-called facet growth surrounded by {111} planes. In the growth of a thin film, it cannot be grown in the film thickness direction, so {111}
There will be three growth planes equivalent to the plane. For example, when the fiber tip has a {100} crystal plane, these three growth faces are all inclined at 54.75 degrees with respect to the fiber tip face, and intersect each other at right angles.

【0007】図1Aは、{100}面成長をしているフ
ァイバー先端でのNiSi2 プレイトレット100の形
状を示す斜視図であり、ファイバーの{100}面を斜
線で示す。図1Bは、{100}面成長をしているファ
イバー先端面1の形状の変化を示す模式図であり、非晶
質シリコン側2から結晶性シリコン側3に成長する程
に、ファイバー先端面1の幅が大きくなる。図1A,1
Bに示すように、NiSi2 プレイトレット100の3
方向の成長面から同じ速度で結晶化が進行するので、フ
ァイバーの幅は急速に拡大する。ファイバーの先端での
シリサイド形成に必要なニッケル量のバランスを保つた
めに、NiSi2 プレイトレット100は急速に薄くな
っていき、次第にシリサイド形成に必要なニッケル量を
維持できなくなり、やがて結晶成長が止まってしまう。
FIG. 1A is a perspective view showing the shape of a NiSi 2 platelet 100 at the tip of a fiber growing on a {100} plane, and the {100} plane of the fiber is indicated by oblique lines. FIG. 1B is a schematic view showing a change in the shape of the fiber tip surface 1 growing on the {100} plane. As the fiber grows from the amorphous silicon side 2 to the crystalline silicon side 3, the fiber tip face 1 Becomes wider. FIG. 1A, 1
As shown in B, 3 of NiSi 2 play door toilet 100
Since the crystallization proceeds at the same rate from the growth plane in the direction, the width of the fiber increases rapidly. In order to maintain the balance of the amount of nickel necessary for silicide formation at the tip of the fiber, the NiSi 2 platelet 100 rapidly becomes thinner, and gradually becomes unable to maintain the amount of nickel necessary for silicide formation, and eventually stops crystal growth. Would.

【0008】一定期間の成長停止の後、ファイバーの先
端にニッケルが補充され、再び小さなシリサイド形成が
可能になると、成長方向の先端では分裂または他の等価
な方向への分岐を起こして再び成長が始まる。固相成長
においては、一般にストレスが大きいので、分裂または
分岐による各ファイバー間で、微小な結晶方位の揺らぎ
が発生し、転位等の結晶欠陥が誘起される。図2は、
{100}面成長をしているファイバーのTEM(Tran
smission Electron Microscope)による写真であり、写
真の下部から上部にかけてファイバーの幅が急速に拡大
している。
After the growth is stopped for a certain period of time, when the tip of the fiber is replenished with nickel and small silicide can be formed again, the growth in the growth direction causes splitting or branching in another equivalent direction, and the growth is resumed. Begin. In the solid phase growth, stress is generally large, so that minute crystal orientation fluctuations occur between fibers due to splitting or branching, and crystal defects such as dislocations are induced. FIG.
TEM of {100} -grown fiber
This is a photograph taken by a Smission Electron Microscope, and the width of the fiber is rapidly expanding from the bottom to the top of the photograph.

【0009】図3Aは、{110}面成長をしているフ
ァイバー先端でのNiSi2 プレイトレット100の形
状を示す斜視図であり、ファイバーの{110}面を斜
線で示す。図3Bは、{110}面成長をしているファ
イバー先端面1の形状の変化を示す模式図であり、非晶
質シリコン側2から結晶性シリコン側3に成長する程
に、ファイバー先端面1が徐々に大きくなる。ファイバ
ーが{110}面やその他の結晶面を有する場合は、互
いに鈍角で交わるので、{100}面の場合に比べて、
ファイバーの幅が広がる速度は遅くなる。しかし、やが
ては{100}面の場合と同様に、徐々にファイバーの
幅が広がり、成長が維持できなくなるので、成長の停止
が一時起こり、その後、等価な方向への分岐成長が起こ
る。
FIG. 3A is a perspective view showing the shape of the NiSi 2 platelet 100 at the tip of the fiber growing on the {110} plane, and the {110} plane of the fiber is shown by oblique lines. FIG. 3B is a schematic diagram showing a change in the shape of the fiber tip surface 1 growing on the {110} plane. As the fiber grows from the amorphous silicon side 2 to the crystalline silicon side 3, the fiber tip face 1 Gradually increases. When the fiber has a {110} plane or another crystal plane, they intersect each other at an obtuse angle,
The speed at which the width of the fiber spreads decreases. However, as in the case of the {100} plane, the width of the fiber gradually widens, and growth cannot be maintained. Therefore, the growth stops temporarily, and thereafter, the branch grows in an equivalent direction.

【0010】以上述べたように、各ファイバーについて
は、NiSi2 プレイトレット100上へのエピタキシ
ャル成長によって、高品質の結晶が形成されている。そ
れにもかかわらず、成長方向の先端で{111}面に等
価な3つの成長面から成長(以下、二次元成長ともい
う。)しているので、一定の大きさのNiSi2 プレイ
トレット100を維持できず、分割、分枝が頻繁に発生
する。分割や分枝の成長による結晶間のミスフィットの
ため、全体としては高密度の結晶欠陥を含んだ薄膜とな
っている。
As described above, for each fiber, a high-quality crystal is formed by epitaxial growth on the NiSi 2 platelet 100. Nevertheless, the NiSi 2 platelet 100 having a certain size is maintained since it grows from three growth planes equivalent to the {111} plane at the tip in the growth direction (hereinafter, also referred to as two-dimensional growth). No, splitting and branching occur frequently. Due to misfit between crystals due to division or branch growth, the whole is a thin film containing high-density crystal defects.

【0011】本発明は、結晶欠陥の極めて少ない高品質
な結晶性半導体薄膜およびその製造方法の提供を目的と
する。
An object of the present invention is to provide a high-quality crystalline semiconductor thin film having extremely few crystal defects and a method for producing the same.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の結晶性半導体薄
膜の製造方法は、基板上に形成された非晶質半導体薄膜
に、前記非晶質半導体薄膜の結晶化を助長する触媒元素
を導入し、前記半導体と前記触媒元素とから結晶粒を形
成し、前記結晶粒の移動によって、前記非晶質半導体薄
膜の結晶化を行う、結晶性半導体薄膜の製造方法であっ
て、前記基板上に前記非晶質半導体薄膜を形成する工程
と、前記触媒元素が導入される導入領域を含む第1領域
と、前記第1領域に接続された結晶化領域とを少なくと
も有するパターンに、前記非晶質半導体薄膜を形成する
工程と、前記導入領域に前記触媒元素を導入する工程
と、前記導入領域に導入された前記触媒元素を加熱し
て、少なくとも単一の前記結晶粒を形成する工程と、前
記単一の結晶粒の移動によって、前記結晶化領域におけ
る前記非晶質半導体薄膜の結晶化を行う工程と、を含
み、前記結晶化領域の膜厚および幅は、結晶成長初期に
形成される前記結晶粒の大きさの10倍以下であり、前
記結晶化領域内を移動する前記単一の結晶粒の先端に
は、等価な{111}面のうちいずれか1種類の面のみ
のファセットが形成され、前記ファセットが一次元方向
に移動することによって、前記非晶質半導体薄膜が結晶
化する。
According to a method of manufacturing a crystalline semiconductor thin film of the present invention, a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous semiconductor thin film is introduced into an amorphous semiconductor thin film formed on a substrate. Forming a crystal grain from the semiconductor and the catalyst element, and crystallizing the amorphous semiconductor thin film by moving the crystal grain, the method for manufacturing a crystalline semiconductor thin film, comprising: Forming a pattern including at least a step of forming the amorphous semiconductor thin film, a first region including an introduction region into which the catalyst element is introduced, and a crystallized region connected to the first region; Forming a semiconductor thin film, introducing the catalytic element into the introduction region, heating the catalytic element introduced into the introduction region to form at least a single crystal grain, Single grain movement Crystallizing the amorphous semiconductor thin film in the crystallized region, wherein the thickness and width of the crystallized region are set to 10 times the size of the crystal grains formed at the beginning of crystal growth. A facet of only one of the equivalent {111} planes is formed at the tip of the single crystal grain moving in the crystallization region, and the facet is one-dimensional. By moving in the direction, the amorphous semiconductor thin film is crystallized.

【0013】本発明の結晶性半導体薄膜の製造方法は、
前記結晶化領域の膜厚および幅が1μm以下であること
が好ましい。
The method for producing a crystalline semiconductor thin film of the present invention comprises:
It is preferable that the thickness and width of the crystallized region be 1 μm or less.

【0014】また、前記パターンの前記第1領域は、前
記導入領域と前記結晶化領域とを接続する予備成長領域
をさらに有し、前記結晶化領域との接続部における前記
予備成長領域の幅は、前記結晶化領域の幅よりも大き
く、前記導入領域で形成された前記結晶粒は、前記予備
成長領域を通って前記結晶化領域へと向かうようにして
も良い。
Further, the first region of the pattern further has a pre-growth region connecting the introduction region and the crystallization region, and a width of the pre-growth region at a connection portion with the crystallization region is The crystal grains larger than the width of the crystallization region and formed in the introduction region may pass through the preliminary growth region toward the crystallization region.

【0015】本発明の結晶性半導体薄膜は、非晶質半導
体薄膜の結晶化を助長する触媒元素と前記半導体とから
形成された結晶粒が、前記非晶質半導体薄膜中を移動す
ることによって、前記非晶質半導体薄膜が結晶化された
結晶性半導体薄膜であって、前記結晶粒の先端には、等
価な{111}面のうちいずれか1種類の面のみのファ
セットが形成され、前記ファセットが一次元方向に移動
することによって、前記非晶質半導体薄膜が結晶化され
ている。
[0015] The crystalline semiconductor thin film of the present invention is characterized in that crystal grains formed from a catalyst element for promoting crystallization of an amorphous semiconductor thin film and the semiconductor move in the amorphous semiconductor thin film. A crystalline semiconductor thin film obtained by crystallizing the amorphous semiconductor thin film, wherein a facet of only one of the equivalent {111} faces is formed at a tip of the crystal grain; Moves in a one-dimensional direction, whereby the amorphous semiconductor thin film is crystallized.

【0016】本発明の結晶性半導体薄膜は、前記ファセ
ットが一次元方向に移動する結晶化領域の膜厚および幅
が、結晶成長初期に形成される前記結晶粒の幅の10倍
以下であることが好ましい。
In the crystalline semiconductor thin film according to the present invention, the thickness and width of a crystallized region in which the facet moves in a one-dimensional direction are not more than 10 times the width of the crystal grains formed at an early stage of crystal growth. Is preferred.

【0017】本発明の半導体装置は、上記の結晶性半導
体薄膜を含む。また、本発明のTFTは、上記の結晶性
半導体薄膜をチャネル領域に含み、前記チャネル領域に
おける前記結晶性半導体薄膜の両側面にゲート電極が接
する。さらに、本発明の表示装置は、上記に記載の半導
体装置を含む。
A semiconductor device according to the present invention includes the above crystalline semiconductor thin film. Further, the TFT of the present invention includes the above crystalline semiconductor thin film in a channel region, and a gate electrode is in contact with both side surfaces of the crystalline semiconductor thin film in the channel region. Further, a display device of the present invention includes the semiconductor device described above.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。以下の実施形態では、結晶性シ
リコン薄膜をチャネルに用いたTFTを例にする。な
お、本発明はシリコン、ゲルマニウム、ゲルマニウムと
シリコンとの混晶、これらの化合物についても適用する
ことができる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, a TFT using a crystalline silicon thin film for a channel will be described as an example. The present invention can be applied to silicon, germanium, a mixed crystal of germanium and silicon, and compounds thereof.

【0019】基板として非晶質基板または非晶質絶縁膜
が用いられるが、以下の実施形態では石英基板を用い
る。なお、石英基板上に非晶質シリコン膜を形成する前
に、石英基板上に酸化シリコンからなる下地膜を形成し
て、基板中の不純物が非晶質シリコン膜に拡散するのを
防ぐことが好ましい。本発明において「基板」は、非晶
質基板上または非晶質絶縁膜上に、下地膜などの他の膜
が積層されたものを包含する。
Although an amorphous substrate or an amorphous insulating film is used as the substrate, a quartz substrate is used in the following embodiments. Before forming the amorphous silicon film on the quartz substrate, a base film made of silicon oxide is formed on the quartz substrate to prevent impurities in the substrate from diffusing into the amorphous silicon film. preferable. In the present invention, the “substrate” includes a substrate in which another film such as a base film is stacked on an amorphous substrate or an amorphous insulating film.

【0020】本明細書では、記載の簡略化のために、パ
ターンおよび非晶質シリコン薄膜の語句を省略して記載
することがある。例えば、「結晶化領域におけるパター
ンの膜厚」は、「結晶化領域の膜厚」と記載することが
ある。
In this specification, for the sake of simplicity, the terms “pattern” and “amorphous silicon thin film” may be omitted. For example, “the film thickness of the pattern in the crystallized region” may be described as “the film thickness of the crystallized region”.

【0021】(実施形態1)本発明の結晶性半導体薄膜
の製造方法は、(1)基板上に非晶質半導体薄膜を形成
する工程、(2)触媒元素が導入される導入領域と、導
入領域に接続された結晶化領域とを少なくとも有するパ
ターンに、非晶質半導体薄膜を形成する工程、(3)導
入領域に触媒元素を導入する工程、(4)導入領域に導
入された触媒元素を加熱して、少なくとも単一の結晶粒
を形成する工程および(5)単一の結晶粒の移動によっ
て、結晶化領域における非晶質半導体薄膜の結晶化を行
う工程を含む。図4は、実施形態1の結晶性半導体薄膜
の製造プロセスを示す平面図であり、図4を参照しなが
ら、各製造プロセス(1)〜(5)を説明する。
(Embodiment 1) The method for producing a crystalline semiconductor thin film of the present invention comprises (1) a step of forming an amorphous semiconductor thin film on a substrate, (2) an introduction region into which a catalytic element is introduced, Forming an amorphous semiconductor thin film in a pattern having at least a crystallization region connected to the region, (3) introducing a catalyst element into the introduction region, and (4) introducing the catalyst element into the introduction region. A step of heating to form at least a single crystal grain; and (5) a step of crystallizing the amorphous semiconductor thin film in the crystallization region by moving the single crystal grain. FIG. 4 is a plan view illustrating a manufacturing process of the crystalline semiconductor thin film of the first embodiment. Each manufacturing process (1) to (5) will be described with reference to FIG.

【0022】(1)非晶質シリコン薄膜形成工程 本工程は、非晶質シリコン薄膜を基板上に形成する工程
である。非晶質シリコン薄膜を基板上に形成する方法と
しては、特に限定されないが、プラズマCVD(Chemic
al Vapor Deposition )法、スパッタ法などを挙げるこ
とができる。
(1) Step of Forming Amorphous Silicon Thin Film This step is a step of forming an amorphous silicon thin film on a substrate. The method of forming the amorphous silicon thin film on the substrate is not particularly limited, but may be a plasma CVD (Chemic) method.
al Vapor Deposition) method and sputtering method.

【0023】基板上に形成する非晶質シリコン薄膜の膜
厚は、結晶成長初期に形成される結晶粒の幅の10倍以
下、好ましくは1μm以下である。非晶質シリコン薄膜
の膜厚が、結晶成長初期に形成される結晶粒の幅の10
倍を越えると、後述する結晶化領域において二次元成長
が起こり、結晶性が劣化するおそれがある。
The thickness of the amorphous silicon thin film formed on the substrate is 10 times or less, preferably 1 μm or less, of the width of the crystal grains formed in the initial stage of crystal growth. The thickness of the amorphous silicon thin film is set to 10 times the width of a crystal grain formed in the initial stage of crystal growth.
If it exceeds twice, two-dimensional growth may occur in a crystallization region described later, and crystallinity may be deteriorated.

【0024】結晶成長初期に形成される結晶粒の幅は、
触媒元素の種類等によって異なるが、例えばNiSi2
の場合、5nm〜100nm程度である。結晶成長初期
に形成される結晶粒の幅は、例えば光学顕微鏡を用いて
測定することができる。非晶質シリコン薄膜の膜厚の下
限は特に限定されず、作成する半導体装置の特性などを
考慮して決定される。本実施形態では、非晶質シリコン
薄膜の膜厚は30nm以上100nm以下である。な
お、結晶成長初期に形成される結晶粒の幅については後
述する。
The width of a crystal grain formed at the initial stage of crystal growth is
Although it depends on the type of the catalyst element, for example, NiSi 2
In this case, it is about 5 nm to 100 nm. The width of the crystal grains formed in the initial stage of crystal growth can be measured using, for example, an optical microscope. The lower limit of the thickness of the amorphous silicon thin film is not particularly limited, and is determined in consideration of the characteristics of a semiconductor device to be manufactured. In the present embodiment, the thickness of the amorphous silicon thin film is 30 nm or more and 100 nm or less. The width of the crystal grains formed in the initial stage of crystal growth will be described later.

【0025】(2)パターニング工程 本工程は、非晶質シリコン薄膜を所定のパターン(図4
A参照)に形成する工程である。このパターン10は、
導入領域11を含む第1領域15と、第1領域15に接
続された結晶化領域12とを少なくとも有する。導入領
域11は、非晶質シリコン薄膜の結晶化を助長する触媒
元素が導入される領域である。結晶化領域12は、TF
Tのチャネルとなる領域である。
(2) Patterning Step In this step, an amorphous silicon thin film is formed into a predetermined pattern (FIG. 4).
A). This pattern 10
At least a first region 15 including the introduction region 11 and a crystallization region 12 connected to the first region 15 are provided. The introduction region 11 is a region into which a catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon thin film is introduced. The crystallization region 12 is made of TF
This is a region that becomes a channel of T.

【0026】結晶化領域12の幅は、結晶成長初期に形
成される結晶粒の幅の10倍以下、好ましくは1μm以
下である。結晶化領域12の幅が結晶成長初期に形成さ
れる結晶粒の幅の10倍を越えると、結晶化領域12に
おいて二次元成長が起こり、結晶性が劣化するおそれが
ある。
The width of the crystallized region 12 is 10 times or less, preferably 1 μm or less, of the width of a crystal grain formed at the beginning of crystal growth. If the width of the crystallized region 12 exceeds 10 times the width of the crystal grains formed in the initial stage of crystal growth, two-dimensional growth occurs in the crystallized region 12 and the crystallinity may be degraded.

【0027】結晶化領域12の膜厚および幅は、結晶成
長初期に形成される結晶粒の幅の10倍以下、好ましく
は1μm以下に制限されている。言い換えれば、結晶粒
と同程度の幅に制限されているので、単一(1個)の結
晶粒のみが結晶化領域12を通過することができる。ま
た、非晶質シリコン薄膜に接する結晶粒のファセット
が、等価な{111}面のうちいずれか1種類だけとな
り、この唯一の{111}面上で結晶成長(以下、一次
元成長ともいう。)する。言い換えれば、結晶粒のファ
セットが一次元方向に移動する。したがって、結晶化領
域12内において、成長方向先端の結晶粒が一定の大き
さを保つことができ、成長が乱れることなく継続され
る。結晶化領域12全体が良好なエピタキシャル成長に
より、結晶欠陥の極めて少ない単結晶シリコンとなる。
The thickness and width of the crystallized region 12 are limited to 10 times or less, preferably 1 μm or less, of the width of a crystal grain formed at the beginning of crystal growth. In other words, since the width is limited to about the same as the crystal grain, only a single (one) crystal grain can pass through the crystallization region 12. Also, the facets of the crystal grains in contact with the amorphous silicon thin film are only one kind among the equivalent {111} planes, and crystal growth (hereinafter also referred to as one-dimensional growth) on this single {111} plane. ). In other words, the facets of the crystal grains move in a one-dimensional direction. Therefore, in the crystallization region 12, the crystal grain at the tip in the growth direction can keep a certain size, and the growth is continued without being disturbed. The entire crystallized region 12 becomes single crystal silicon with very few crystal defects due to favorable epitaxial growth.

【0028】結晶化領域12の幅W1は、巨視的な成長
方向に対して直角をなす方向における結晶化領域12の
長さをいう。巨視的な成長方向とは、言い換えれば、結
晶粒のファセットが結晶化領域12内を移動する方向で
ある。
The width W1 of the crystallization region 12 refers to the length of the crystallization region 12 in a direction perpendicular to the macroscopic growth direction. The macroscopic growth direction is, in other words, the direction in which the facets of the crystal grains move in the crystallization region 12.

【0029】パターン10の第1領域15は、導入領域
11と結晶化領域12とを接続する予備成長領域17を
さらに有する。導入領域11で形成された単一または複
数個の結晶粒は、予備成長領域17を通って結晶化領域
12へ向かって成長する。予備成長領域17は、結晶化
領域12との接続部13における幅W2が、結晶化領域
12の幅W1よりも大きい。これにより、結晶化領域1
2と予備成長領域17との接続部13付近に、少なくと
も1個の結晶粒を存在させることができ、結晶化領域1
2内を移動する結晶粒を確保することができる。
The first region 15 of the pattern 10 further has a preliminary growth region 17 connecting the introduction region 11 and the crystallization region 12. The single or plural crystal grains formed in the introduction region 11 grow toward the crystallization region 12 through the preliminary growth region 17. The width W2 of the pre-growth region 17 at the connection portion 13 with the crystallization region 12 is larger than the width W1 of the crystallization region 12. Thereby, the crystallization region 1
At least one crystal grain can be present in the vicinity of the connection portion 13 between the pre-growth region 17 and the crystallization region 1.
The crystal grains which move in 2 can be secured.

【0030】パターン10は、結晶化領域12に接続さ
れた第2領域16を有しており、第2領域16は、二次
元成長領域19と、二次元成長領域19に接続された不
要結晶化領域14とを有する。二次元成長領域19は、
結晶化領域12内を一次元成長した結晶粒が二次元成長
する領域である。不要結晶化領域14は、結晶成長の先
端が集合する領域であり、触媒元素が集積される領域で
ある。
The pattern 10 has a second region 16 connected to the crystallization region 12. The second region 16 includes a two-dimensional growth region 19 and an unnecessary crystallization region connected to the two-dimensional growth region 19. Region 14. The two-dimensional growth area 19 is
This is a region where crystal grains that have grown one-dimensionally in the crystallization region 12 grow two-dimensionally. The unnecessary crystallization region 14 is a region where the tips of crystal growth are gathered, and is a region where the catalyst element is accumulated.

【0031】パターン10の形成は、通常のフォトリソ
グラフィ法を用いて行えば良く、非晶質シリコン薄膜上
に、フォトレジストを塗布し、プリベーキング、露光、
現像のフォトリソグラフィの各工程を経て、所定形状の
パターニングが行われる。
The formation of the pattern 10 may be performed using a normal photolithography method. A photoresist is applied on an amorphous silicon thin film, and prebaking, exposure,
Through each step of photolithography for development, patterning of a predetermined shape is performed.

【0032】なお、パターン10の第1領域15が導入
領域11のみからなり、この導入領域11が結晶化領域
12に接続されていてもよい。この場合、結晶化領域1
2との接続部における導入領域11の幅は、結晶化領域
12の幅W1よりも大きくなるように設定する。
Note that the first region 15 of the pattern 10 may include only the introduction region 11, and the introduction region 11 may be connected to the crystallization region 12. In this case, the crystallization region 1
The width of the introduction region 11 at the connection with the second region 2 is set to be larger than the width W1 of the crystallization region 12.

【0033】(3)触媒元素導入工程 本工程は、シリコンの結晶化を助長する触媒元素を非晶
質シリコン薄膜の導入領域11に導入する工程である。
まず、パターン10の導入領域11のみに触媒元素を導
入するために、導入領域11以外の非晶質シリコン薄膜
を保護する。図4Bに示すように、非晶質シリコン薄膜
のパターンが形成された石英基板上に、SiH4 ガスお
よびO2 ガスを使用した常圧CVD法によって、200
nmの膜厚のSiO2 膜(不図示)を形成する。そし
て、SiO2 膜(不図示)上にフォトレジスト(不図
示)を塗布して、プリベーキング、露光、現像のフォト
リソグラフィの各工程を経て、矩形状の導入領域11を
覆うSiO2 膜15を、10:1BHFのエッチング溶
液によってエッチングして、導入領域11の非晶質シリ
コン薄膜を露出させる。この露出した非晶質シリコン薄
膜の導入領域11に触媒元素を導入する。
(3) Catalyst Element Introducing Step This step is a step of introducing a catalytic element for promoting crystallization of silicon into the introduction region 11 of the amorphous silicon thin film.
First, in order to introduce the catalytic element only into the introduction region 11 of the pattern 10, the amorphous silicon thin film other than the introduction region 11 is protected. As shown in FIG. 4B, a normal pressure CVD method using a SiH 4 gas and an O 2 gas was performed on a quartz substrate on which an amorphous silicon thin film pattern was formed.
An SiO 2 film (not shown) having a thickness of nm is formed. Then, a photoresist (not shown) is applied on the SiO 2 film (not shown), and the SiO 2 film 15 covering the rectangular introduction region 11 is formed through the respective steps of pre-baking, exposure and development photolithography. The amorphous silicon thin film in the introduction region 11 is exposed by etching with an etching solution of 10: 1 BHF. A catalyst element is introduced into the exposed introduction region 11 of the amorphous silicon thin film.

【0034】本実施形態では、触媒元素としてNiを用
いる。Niの他にも半導体の結晶化を助長する触媒元素
としては、Fe、Co、Ge、Ru、Rh、Pd、O
s、Ir、Pt、Cu、Au、In、Sn、Al、Sb
などが挙げられ、これらから選ばれた一種または二種以
上の元素を用いることによって、微量で結晶化助長の効
果が生じる。
In this embodiment, Ni is used as a catalyst element. In addition to Ni, catalyst elements that promote crystallization of the semiconductor include Fe, Co, Ge, Ru, Rh, Pd, and O.
s, Ir, Pt, Cu, Au, In, Sn, Al, Sb
The use of one or two or more elements selected from these elements has the effect of promoting crystallization in a trace amount.

【0035】触媒元素を導入する方法としては、スパッ
タ法、蒸着法、メッキ法、イオンドーピング法、CVD
法、スピンコート法などが挙げられる。スピンコート法
は、触媒元素の溶液または分散液を基板上に塗布して乾
燥させる方法であり、溶液または分散液中の触媒元素の
濃度を調整することによって、非晶質シリコン薄膜に導
入する触媒元素の量を調整することができる。
Examples of the method for introducing a catalyst element include sputtering, vapor deposition, plating, ion doping, and CVD.
And a spin coating method. Spin coating is a method in which a solution or dispersion of a catalyst element is applied to a substrate and dried, and the catalyst introduced into the amorphous silicon thin film is adjusted by adjusting the concentration of the catalyst element in the solution or dispersion. The amount of the element can be adjusted.

【0036】触媒元素を含む溶液をスピンコート法によ
って、表面濃度が1×1011〜2×1016atoms /cm
2 となるように、導入領域11上に塗布し、乾燥させる
ことによって、非晶質シリコン膜中の触媒元素の濃度を
2×1016atoms /cm3 以上4×1021atoms /cm
3 以下程度にすることができる。なお、触媒元素の表面
濃度は、全反射蛍光X線分析(TRXRF)法などによ
って測定することができる。触媒元素を含む溶液は、
水、メタノール、エタノール、n−プロパノール、i−
プロパノール、アセトンからなる群から選ばれた少なく
とも一種の溶媒を含むことが好ましい。
A solution containing a catalyst element is coated with a solution having a surface concentration of 1 × 10 11 to 2 × 10 16 atoms / cm by spin coating.
Then, the concentration of the catalytic element in the amorphous silicon film is 2 × 10 16 atoms / cm 3 or more and 4 × 10 21 atoms / cm 3
It can be about 3 or less. The surface concentration of the catalytic element can be measured by a total reflection X-ray fluorescence (TRXRF) method or the like. The solution containing the catalytic element is
Water, methanol, ethanol, n-propanol, i-
It is preferable to include at least one solvent selected from the group consisting of propanol and acetone.

【0037】(4)結晶粒形成工程 本工程は、シリコンと触媒元素との化合物(シリサイ
ド)を形成し、シリサイドから結晶粒を形成する工程で
ある。触媒元素による結晶化法では、触媒元素が導入さ
れた状態での加熱工程で、触媒元素とシリコンの反応に
よって、シリサイドが形成される。
(4) Step of Forming Crystal Grains This step is a step of forming a compound (silicide) of silicon and a catalyst element and forming crystal grains from silicide. In the crystallization method using a catalytic element, silicide is formed by a reaction between the catalytic element and silicon in a heating step in a state where the catalytic element is introduced.

【0038】加熱処理は、窒素雰囲気下で電気炉を用い
て行われ、550℃以上650℃以下の温度で、1時間
以上50時間以下の加熱処理を行う。加熱処理は、RT
A(ラピッドサーマルアニール)を用いても良い。
The heat treatment is performed using an electric furnace under a nitrogen atmosphere, and the heat treatment is performed at a temperature of 550 ° C. to 650 ° C. for 1 hour to 50 hours. Heat treatment is RT
A (rapid thermal annealing) may be used.

【0039】例えば、ダイシリサイド(NiSi2
は、300℃〜400℃程度で形成され、さらに加熱し
て約500℃以上になると、結晶成長が始まって結晶粒
が形成される。この結晶成長初期に形成されるNiSi
2 の結晶粒は八面体の核であり、核の直径は10nm以
上100nm以下程度、例えば50nmである。導入領
域11で形成された結晶粒は、近接する予備成長領域1
7の非晶質シリコン薄膜を結晶化させながら二次元成長
する。この結晶粒が非晶質シリコン薄膜中を移動するこ
とによって、ファイバーが成長する。結晶粒のうち特に
薄板状のものをプレイトレットといい、ファイバーが成
長する方向の先端に存在する。このプレイトレットは、
等価な4つの{111}面で囲まれており、薄膜中の結
晶成長では、膜厚方向に成長できないので、等価な3つ
の{111}面がファセットとなり、ファセット成長に
よってファイバーの幅が拡大する。
For example, disilicide (NiSi 2 )
Is formed at about 300 ° C. to 400 ° C., and when heated to about 500 ° C. or more, crystal growth starts and crystal grains are formed. NiSi formed at the beginning of the crystal growth
The crystal grain 2 is an octahedral nucleus, and the diameter of the nucleus is about 10 nm or more and 100 nm or less, for example, 50 nm. The crystal grains formed in the introduction region 11 are adjacent to the pre-growth region 1
The two-dimensionally growing amorphous silicon thin film of No. 7 is crystallized. The fiber grows as the crystal grains move in the amorphous silicon thin film. Among the crystal grains, a particularly thin plate-like one is called a platelet and exists at the tip in the direction in which the fiber grows. This playlet,
It is surrounded by four equivalent {111} planes and cannot grow in the film thickness direction by crystal growth in a thin film. Therefore, three equivalent {111} planes become facets, and the width of the fiber is expanded by facet growth. .

【0040】NiSi2 プレイトレットの{111}面
は、ファイバーの広がる速度が遅いので、結晶成長が停
止するまでの時間が長く、成長する距離が長い。図5A
は、結晶成長によるファイバー先端のNiSi2 プレイ
トレットの移動を示す模式図である。図5Aに示すよう
に、導入領域11内で発生したプレイトレット100
は、近接する予備成長領域17の非晶質シリコン薄膜を
結晶化させながら、結晶化領域12に向かう。なお、図
5Aでは単一のプレイトレット100を示しているが、
複数個の結晶粒を成長させても良い。
Since the {111} plane of the NiSi 2 platelet has a low fiber spreading speed, the time until crystal growth stops is long, and the growth distance is long. FIG. 5A
FIG. 3 is a schematic diagram showing the movement of a NiSi 2 platelet at the tip of a fiber due to crystal growth. As shown in FIG. 5A, the platelet 100 generated in the introduction area 11
Goes toward the crystallization region 12 while crystallizing the amorphous silicon thin film in the adjacent pre-growth region 17. Although FIG. 5A shows a single platelet 100,
A plurality of crystal grains may be grown.

【0041】(5)結晶化工程 本工程は、単一の結晶粒が結晶化領域12内を移動する
ことによって、結晶化領域12における非晶質半導体薄
膜が結晶化する工程である。プレイトレット100は、
予備成長領域17と結晶化領域12との接続部13ま
で、幅を広げながら(二次元成長しながら)移動する。
結晶成長初期のプレイトレット100は、成長方向の厚
みが数十Å程度であるが、成長するに従って成長方向の
厚みを減少させて、プレイトレット100の幅(成長方
向に対して直角をなす方向の大きさ)を結晶成長初期の
10倍程度にまで広げることが可能である。結晶化領域
12の膜厚および幅は、結晶成長初期に形成される結晶
粒の大きさの10倍以下であるので、単一(1個)の結
晶粒のみが通過することができる。
(5) Crystallization Step This step is a step in which a single crystal grain moves in the crystallization region 12 to crystallize the amorphous semiconductor thin film in the crystallization region 12. The playlet 100 is
It moves to the connecting portion 13 between the pre-growth region 17 and the crystallization region 12 while increasing the width (while growing two-dimensionally).
The platelet 100 in the initial stage of crystal growth has a thickness of about several tens of degrees in the growth direction. Size) can be increased to about ten times the initial stage of crystal growth. Since the thickness and width of the crystallized region 12 are 10 times or less the size of the crystal grains formed at the initial stage of crystal growth, only a single (one) crystal grain can pass.

【0042】また、結晶化領域12の膜厚および幅を制
限することによって、プレイトレット100の等価な3
つの{111}面のうちいずれか1種類の面のみのファ
セットが形成される。したがって、図5B,5Cに示す
ように、結晶粒の1種類のファセットのみが一次元方向
に移動することによって、非晶質シリコン側2から結晶
性シリコン側3に結晶化が進行する(一次元成長)。こ
れにより、二次元成長が排除され、成長方向先端での一
次元方向のみの成長とすることができるので、結晶化さ
れた領域全体が良好なエピタキシャル成長により、結晶
欠陥の極めて少ない単結晶の半導体薄膜となる。
Also, by limiting the thickness and width of the crystallization region 12, the equivalent three-
Facets of only one of the {111} planes are formed. Therefore, as shown in FIGS. 5B and 5C, only one type of facet of the crystal grain moves in the one-dimensional direction, so that crystallization proceeds from the amorphous silicon side 2 to the crystalline silicon side 3 (one-dimensional). growth). Thereby, the two-dimensional growth is eliminated, and the growth can be performed only in the one-dimensional direction at the tip of the growth direction. Becomes

【0043】結晶化領域12を通過した後の結晶粒は、
結晶化領域12での幅の規制がなくなるので、結晶化領
域12に接続された第2領域16(二次元成長領域19
および不要結晶化領域14を含む)を再び二次元成長す
る。
The crystal grains after passing through the crystallization region 12 are as follows:
Since the width of the crystallized region 12 is no longer restricted, the second region 16 (two-dimensional growth region 19
And the unnecessary crystallization region 14) are again two-dimensionally grown.

【0044】結晶化が完了した後、導入領域11および
不要結晶化領域14をエッチングによって除去する(図
4C参照)。導入領域11および不要結晶化領域14に
は、リークの原因となるニッケルが蓄積されているから
である。この除去工程は、素子(TFT)の活性領域
(ソース、ドレイン領域)を規定するときのエッチング
と兼ねることができる。
After the crystallization is completed, the introduction region 11 and the unnecessary crystallization region 14 are removed by etching (see FIG. 4C). This is because nickel causing a leak is accumulated in the introduction region 11 and the unnecessary crystallization region 14. This removal step can also serve as etching when defining the active regions (source and drain regions) of the element (TFT).

【0045】以降の工程は、通常のTFT製造工程と同
様に進めることができる。簡単に述べると、ゲート絶縁
膜を堆積後、ゲート電極となる膜を堆積し、ゲート形状
に加工する。その後、ソースおよびドレイン領域にn型
あるいはp型の不純物を注入し、活性化アニールによ
り、低抵抗化させる。さらに絶縁膜を堆積後、コンタク
ト部18を開口し(図4D参照)、配線膜を堆積する。
この配線膜を加工した後、アニールをすることにより、
最も単純なTFTが完成する。
Subsequent steps can proceed in the same manner as a normal TFT manufacturing step. Briefly, after depositing a gate insulating film, a film serving as a gate electrode is deposited and processed into a gate shape. Thereafter, n-type or p-type impurities are implanted into the source and drain regions, and the resistance is reduced by activation annealing. After depositing an insulating film, the contact portion 18 is opened (see FIG. 4D), and a wiring film is deposited.
After processing this wiring film, by annealing,
The simplest TFT is completed.

【0046】(実施形態2)液晶駆動用のトランジスタ
を考えた場合、一定の駆動電圧が必要であるが、単結晶
シリコンを用いても、チャネル寸法の極端な微細化で
は、一定の駆動電圧を得るのが難しいことが多い。しか
し、図6A,6Bに示すように、ダブルゲート構造のト
ランジスタ20を採用することによって、駆動電圧を確
保することが可能である。すなわち、チャネルとなる結
晶化領域12における半導体薄膜の膜厚を大きくし、結
晶化領域12における半導体薄膜の両側面12aにゲー
ト電極21が接するようにする。ダブルゲート構造の場
合、結晶化領域12における半導体薄膜の膜厚D1は、
結晶成長初期に形成される結晶粒の大きさの10倍以
下、好ましくは1μm以下にする。本実施形態では、2
00nm以上1μm以下にする。また、結晶化領域12
の幅W1も、結晶成長初期に形成される結晶粒の大きさ
の10倍以下、例えば1μm以下にする必要があり、本
実施形態では30nm以上1μm以下にする。結晶化領
域12の幅W1は、薄い方がダブルゲートによる完全空
乏型駆動を行ないやすい。
(Embodiment 2) When a transistor for driving a liquid crystal is considered, a constant driving voltage is required. However, even if single crystal silicon is used, a constant driving voltage is required in an extremely miniaturized channel. Often difficult to obtain. However, as shown in FIGS. 6A and 6B, the drive voltage can be ensured by employing the transistor 20 having the double gate structure. That is, the thickness of the semiconductor thin film in the crystallized region 12 serving as a channel is increased, and the gate electrode 21 is in contact with both side surfaces 12a of the semiconductor thin film in the crystallized region 12. In the case of the double gate structure, the thickness D1 of the semiconductor thin film in the crystallization region 12 is
The size is set to 10 times or less, preferably 1 μm or less, of the size of the crystal grains formed in the initial stage of crystal growth. In the present embodiment, 2
The thickness is set to not less than 00 nm and not more than 1 μm. The crystallization region 12
Is required to be 10 times or less, for example, 1 μm or less, of the size of the crystal grains formed in the initial stage of crystal growth. In the present embodiment, the width W1 is 30 nm or more and 1 μm or less. The thinner the width W1 of the crystallization region 12, the more easily the complete depletion type driving by the double gate is performed.

【0047】本実施形態のTFTは、実施形態1のTF
Tと同様にして、製造することができる。図6Bを参照
しながら簡単に述べると、ソース・ドレイン部の外側に
設けたニッケル導入領域11にニッケルを導入し、加熱
処理すると、非晶質シリコン薄膜の膜厚D1に応じた大
きさのシリサイド粒が単一または複数個形成され、予備
成長領域17と結晶化領域12との接続部13まで成長
する。TFTのチャネルとなる結晶化領域12では単一
のシリサイド粒しか通過できず、プレイトレット100
の1種類のファセットのみが一次元方向に移動する。こ
の結晶化領域12で完全な一次元成長が実現される。結
晶化領域12を通過した後、シリサイド粒は二次元成長
領域19を通過して不要結晶化領域14まで二次元成長
する。
The TFT of the present embodiment is the same as the TFT of the first embodiment.
It can be manufactured in the same manner as T. Briefly referring to FIG. 6B, when nickel is introduced into the nickel introduction region 11 provided outside the source / drain portion and heat treatment is performed, a silicide having a size corresponding to the thickness D1 of the amorphous silicon thin film is obtained. A single or a plurality of grains are formed and grow up to the connection portion 13 between the preliminary growth region 17 and the crystallization region 12. Only a single silicide grain can pass through the crystallized region 12 serving as a channel of the TFT.
Only one type of facet moves in the one-dimensional direction. Complete one-dimensional growth is realized in the crystallization region 12. After passing through the crystallization region 12, the silicide grains pass through the two-dimensional growth region 19 and grow two-dimensionally to the unnecessary crystallization region.

【0048】結晶化が完了した後、導入領域11および
不要結晶化領域14をエッチングによって除去する(図
6B参照)。この除去工程は、素子(TFT)の活性領
域(ソース、ドレイン領域)を規定するときのエッチン
グと兼ねることができる。さらに、ゲート絶縁膜22を
形成した後、図6Aに示すように、ゲート電極21がチ
ャネル(結晶化領域12)の両側面12aを覆うように
設ける。このときのチャネル幅は、チャネル(結晶化領
域12)の膜厚D1の2倍となる。例えばチャネル(結
晶化領域12)の膜厚D1が1μmであれば、チャネル
幅は約2μmになる。なお、チャネルの幅は、結晶化領
域12の幅W1の意味ではなく、チャネル(結晶化領域
12)がゲート絶縁膜22を介してゲート電極21と接
する面の幅をいう。このように、結晶化領域の幅W1が
例えば1μm以下に制限される場合でも、ダブルゲート
構造を採用することによって、チャネル幅を約2μmに
することができ、電流駆動能力を一層向上させることが
可能である。
After the crystallization is completed, the introduction region 11 and the unnecessary crystallization region 14 are removed by etching (see FIG. 6B). This removal step can also serve as etching when defining the active regions (source and drain regions) of the element (TFT). Further, after forming the gate insulating film 22, as shown in FIG. 6A, the gate electrode 21 is provided so as to cover both side surfaces 12a of the channel (crystallized region 12). The channel width at this time is twice the film thickness D1 of the channel (crystallized region 12). For example, if the thickness D1 of the channel (crystallized region 12) is 1 μm, the channel width becomes about 2 μm. Note that the width of the channel does not mean the width W1 of the crystallized region 12, but the width of the surface where the channel (crystallized region 12) is in contact with the gate electrode 21 via the gate insulating film 22. As described above, even when the width W1 of the crystallization region is limited to, for example, 1 μm or less, the channel width can be reduced to approximately 2 μm by employing the double gate structure, and the current driving capability can be further improved. It is possible.

【0049】(実施形態3)本実施形態のTFT30
は、図7に示すように、結晶化領域が2本の結晶化領域
121,122に分割されている。各結晶化領域12
1,122の両側面121a,122aに、ゲート絶縁
膜22を介してゲート電極21が接している。このとき
のチャネル幅は、結晶化領域121,122の膜厚D2
の4倍となる。本実施形態では、比較的長いチャネル長
(ゲート電極21と重なる結晶化領域の長手方向の距
離)L1のTFTについても、結晶化領域121,12
2の膜厚D2を小さくすることができ、TFTをフラッ
トにすることができる。したがって、製造が容易とな
る。例えば、仮にチャネル長L1を2μmと設計して
も、膜厚がそれぞれ500nmの2分割の結晶化領域1
21,122を形成すれば、チャネル幅は500nm×
4=2μmとなり、チャネル長/チャネル幅の比を1に
することができ、フラットなTFTを作成することがで
きる。
(Embodiment 3) TFT 30 of this embodiment
In FIG. 7, the crystallization region is divided into two crystallization regions 121 and 122, as shown in FIG. Each crystallization region 12
The gate electrode 21 is in contact with both side surfaces 121a and 122a of the gate electrodes 1 and 122 via the gate insulating film 22. At this time, the channel width is the thickness D2 of the crystallized regions 121 and 122.
4 times of In this embodiment, the TFTs having a relatively long channel length (the length in the longitudinal direction of the crystallized region overlapping with the gate electrode 21) L1 are also used for the TFTs of the crystallized regions 121 and 12.
2 can be reduced, and the TFT can be made flat. Therefore, manufacturing becomes easy. For example, even if the channel length L1 is designed to be 2 μm, the crystallized region 1 is divided into two portions each having a thickness of 500 nm.
21 and 122, the channel width is 500 nm ×
4 = 2 μm, the ratio of channel length / channel width can be set to 1, and a flat TFT can be manufactured.

【0050】このように、本発明の結晶性半導体薄膜
は、結晶欠陥の極めて少ない高品質な半導体薄膜である
ので、本発明の半導体薄膜から複数のスイッチング素子
を製造した場合、移動度が大きいので、ON特性が高い
高性能の半導体装置が得られる。
As described above, the crystalline semiconductor thin film of the present invention is a high-quality semiconductor thin film having very few crystal defects. Therefore, when a plurality of switching elements are manufactured from the semiconductor thin film of the present invention, the mobility is large. A high-performance semiconductor device having high ON characteristics can be obtained.

【0051】本発明の半導体装置をスイッチング素子に
使用した液晶表示装置では、表示斑の発生が抑えられた
鮮明な画像が得られる。液晶表示装置は、本発明の半導
体装置を有する素子基板と、この素子基板に対向して配
置され、対向電極を有する対向基板と、素子基板と対向
基板との間に介在する液晶層とを少なくとも備える。本
発明の結晶性半導体薄膜から駆動回路を製造することも
可能であり、ガラス基板上の半導体薄膜からスイッチン
グ素子および駆動回路を形成することによって、大幅な
コストダウン、コンパクト化、信頼性の向上が実現され
得る。
In a liquid crystal display device using the semiconductor device of the present invention as a switching element, a clear image in which the occurrence of display unevenness is suppressed can be obtained. The liquid crystal display device includes at least an element substrate having the semiconductor device of the present invention, a counter substrate disposed to face the element substrate, having a counter electrode, and a liquid crystal layer interposed between the element substrate and the counter substrate. Prepare. It is also possible to manufacture a drive circuit from the crystalline semiconductor thin film of the present invention. By forming the switching element and the drive circuit from the semiconductor thin film on the glass substrate, a significant cost reduction, downsizing, and improvement in reliability can be achieved. Can be realized.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明によれば、非晶質半導体薄膜の高
品質な結晶化が実現でき、高性能の半導体装置(例えば
TFT)を形成することができる。
According to the present invention, high-quality crystallization of an amorphous semiconductor thin film can be realized, and a high-performance semiconductor device (for example, a TFT) can be formed.

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

【図1A】{100}面成長をしているファイバー先端
でのNiSi2 プレイトレット100の形状を示す斜視
図である。
FIG. 1A is a perspective view showing the shape of a NiSi 2 platelet 100 at the tip of a fiber growing on a {100} plane.

【図1B】{100}面成長をしているファイバー先端
面1の形状の変化を示す模式図である。
FIG. 1B is a schematic diagram showing a change in the shape of a fiber tip surface 1 growing on a {100} plane.

【図2】{100}面成長をしているファイバーのTE
Mによる写真である。
FIG. 2 TE of {100} grown fiber
M is a photograph.

【図3A】{110}面成長をしているファイバー先端
でのNiSi2 プレイトレット100の形状を示す斜視
図である。
FIG. 3A is a perspective view showing the shape of a NiSi 2 platelet 100 at the tip of a fiber growing on a {110} plane.

【図3B】{110}面成長をしているファイバー先端
面1の形状の変化を示す模式図である。
FIG. 3B is a schematic diagram showing a change in the shape of the fiber tip surface 1 growing on a {110} plane.

【図4】実施形態1の結晶性半導体薄膜の製造プロセス
を示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view illustrating a manufacturing process of the crystalline semiconductor thin film of the first embodiment.

【図5A】結晶成長によるファイバー先端のNiSi2
プレイトレット100の移動を示す模式図である。
FIG. 5A: NiSi 2 at the fiber tip by crystal growth
FIG. 3 is a schematic diagram showing movement of a platelet 100.

【図5B】結晶化領域12中を移動するNiSi2 プレ
イトレット100を模式的に示す斜視図である。
5B is a perspective view schematically showing the NiSi 2 platelet 100 moving in the crystallization region 12. FIG.

【図5C】結晶化領域12中を移動するNiSi2 プレ
イトレット100を模式的に示す斜視図である。
5C is a perspective view schematically showing the NiSi 2 platelet 100 moving in the crystallization region 12. FIG.

【図6A】実施形態2のTFTを示す斜視図である。FIG. 6A is a perspective view showing a TFT according to a second embodiment.

【図6B】実施形態2の結晶化途中を模式的に示す斜視
図である。
FIG. 6B is a perspective view schematically showing a state during crystallization according to the second embodiment.

【図7】実施形態3のTFTを示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a TFT according to a third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 パターン 11 導入領域 12、121、122 結晶化領域 15 第1領域 17 予備成長領域 W1 結晶化領域の幅 D1、D2 膜厚 12a、121a、122a チャネル領域の側面 21 ゲート電極 100 プレイトレット(結晶粒) Reference Signs List 10 pattern 11 introduction region 12, 121, 122 crystallization region 15 first region 17 pre-growth region W1 width of crystallization region D1, D2 film thickness 12a, 121a, 122a side surface of channel region 21 gate electrode 100 platelet (crystal grain) )

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/78 617N 618C Fターム(参考) 2H092 JA24 JA35 JA37 JA41 KA05 MA02 MA04 MA05 MA08 MA12 MA29 NA21 NA22 NA24 NA29 5F052 AA11 AA17 AA24 CA04 DA02 DB03 DB07 FA06 FA07 JA01 5F110 AA30 BB01 BB07 BB11 CC10 DD03 DD13 EE30 GG01 GG02 GG03 GG13 GG17 GG24 GG25 GG29 GG43 GG45 HJ23 PP01 PP02 PP10 PP23 PP34 PP36──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification FI FI theme coat ゛ (Reference) H01L 29/78 617N 618C F-term (Reference) 2H092 JA24 JA35 JA37 JA41 KA05 MA02 MA04 MA05 MA08 MA12 MA29 NA21 NA22 NA24 NA29 5F052 AA11 AA17 AA24 CA04 DA02 DB03 DB07 FA06 FA07 JA01 5F110 AA30 BB01 BB07 BB11 CC10 DD03 DD13 EE30 GG01 GG02 GG03 GG13 GG17 GG24 GG25 GG29 GG43 GG45 HJ23 PP01 PP02 PP10 PP23 PP34 PP36

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成された非晶質半導体薄膜
に、前記非晶質半導体薄膜の結晶化を助長する触媒元素
を導入し、前記半導体と前記触媒元素とから結晶粒を形
成し、前記結晶粒の移動によって、前記非晶質半導体薄
膜の結晶化を行う、結晶性半導体薄膜の製造方法であっ
て、 前記基板上に前記非晶質半導体薄膜を形成する工程と、 前記触媒元素が導入される導入領域を含む第1領域と、
前記第1領域に接続された結晶化領域とを少なくとも有
するパターンに、前記非晶質半導体薄膜を形成する工程
と、 前記導入領域に前記触媒元素を導入する工程と、 前記導入領域に導入された前記触媒元素を加熱して、少
なくとも単一の前記結晶粒を形成する工程と、 前記単一の結晶粒の移動によって、前記結晶化領域にお
ける前記非晶質半導体薄膜の結晶化を行う工程と、を含
み、 前記結晶化領域の膜厚および幅は、結晶成長初期に形成
される前記結晶粒の大きさの10倍以下であり、 前記結晶化領域内を移動する前記単一の結晶粒の先端に
は、等価な{111}面のうちいずれか1種類の面のみ
のファセットが形成され、前記ファセットが一次元方向
に移動することによって、前記非晶質半導体薄膜が結晶
化する、結晶性半導体薄膜の製造方法。
A catalyst element for promoting crystallization of the amorphous semiconductor thin film is introduced into the amorphous semiconductor thin film formed on the substrate, and crystal grains are formed from the semiconductor and the catalyst element; A method for manufacturing a crystalline semiconductor thin film, wherein the amorphous semiconductor thin film is crystallized by moving the crystal grains, wherein the step of forming the amorphous semiconductor thin film on the substrate; A first region including an introduction region to be introduced;
Forming the amorphous semiconductor thin film in a pattern having at least a crystallization region connected to the first region; introducing the catalyst element into the introduction region; and introducing the catalyst element into the introduction region. Heating the catalyst element to form at least a single crystal grain, and crystallizing the amorphous semiconductor thin film in the crystallization region by moving the single crystal grain; Wherein the thickness and width of the crystallized region are not more than 10 times the size of the crystal grain formed at the beginning of crystal growth, and the tip of the single crystal grain moving in the crystallized region A facet of only one of the equivalent {111} faces is formed, and the amorphous semiconductor thin film is crystallized by moving the facet in a one-dimensional direction. Thin film Manufacturing method.
【請求項2】 前記結晶化領域の膜厚および幅は1μm
以下である、請求項1に記載の結晶性半導体薄膜の製造
方法。
2. The thickness and width of the crystallized region are 1 μm.
The method for producing a crystalline semiconductor thin film according to claim 1, wherein the method is as follows.
【請求項3】 前記パターンの前記第1領域は、前記導
入領域と前記結晶化領域とを接続する予備成長領域をさ
らに有し、 前記結晶化領域との接続部における前記予備成長領域の
幅は、前記結晶化領域の幅よりも大きく、 前記導入領域で形成された前記結晶粒は、前記予備成長
領域を通って前記結晶化領域へと向かう、請求項1に記
載の結晶性半導体薄膜の製造方法。
3. The first region of the pattern further includes a pre-growth region connecting the introduction region and the crystallization region, and a width of the pre-growth region at a connection with the crystallization region is 2. The manufacturing method of the crystalline semiconductor thin film according to claim 1, wherein the crystal grains formed in the introduction region are larger than a width of the crystallization region and travel toward the crystallization region through the pre-growth region. Method.
【請求項4】 非晶質半導体薄膜の結晶化を助長する触
媒元素と前記半導体とから形成された結晶粒が、前記非
晶質半導体薄膜中を移動することによって、前記非晶質
半導体薄膜が結晶化された結晶性半導体薄膜であって、 前記結晶粒の先端には、等価な{111}面のうちいず
れか1種類の面のみのファセットが形成され、前記ファ
セットが一次元方向に移動することによって、前記非晶
質半導体薄膜が結晶化された、結晶性半導体薄膜。
4. The amorphous semiconductor thin film is formed by moving crystal grains formed from a catalyst element promoting the crystallization of the amorphous semiconductor thin film and the semiconductor in the amorphous semiconductor thin film. A crystallized crystalline semiconductor thin film, wherein a facet of only one of the equivalent {111} faces is formed at a tip of the crystal grain, and the facet moves in a one-dimensional direction. A crystalline semiconductor thin film obtained by crystallizing the amorphous semiconductor thin film.
【請求項5】 前記ファセットが一次元方向に移動する
結晶化領域の膜厚および幅は、結晶成長初期に形成され
る前記結晶粒の大きさの10倍以下である、請求項4に
記載の結晶性半導体薄膜。
5. The crystallized region in which the facet moves in a one-dimensional direction has a film thickness and a width that are 10 times or less the size of the crystal grains formed at an early stage of crystal growth. Crystalline semiconductor thin film.
【請求項6】 請求項4または5に記載の結晶性半導体
薄膜を含む半導体装置。
6. A semiconductor device comprising the crystalline semiconductor thin film according to claim 4.
【請求項7】 請求項4または5に記載の結晶性半導体
薄膜をチャネル領域に含み、前記チャネル領域における
前記結晶性半導体薄膜の両側面にゲート電極が接する、
薄膜トランジスタ。
7. A channel region comprising the crystalline semiconductor thin film according to claim 4 or 5, wherein a gate electrode contacts both side surfaces of the crystalline semiconductor thin film in the channel region.
Thin film transistor.
【請求項8】 請求項6に記載の半導体装置を含む液晶
表示装置。
8. A liquid crystal display device including the semiconductor device according to claim 6.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006093715A (en) * 2004-09-25 2006-04-06 Samsung Electronics Co Ltd Method of manufacturing thin-film transistor
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