JP2003031499A - Preparation apparatus of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は結晶性を有する半導
体を用いた半導体装置およびその作製方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device using a crystalline semiconductor and a manufacturing method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】薄膜半導体を用いた薄膜トランジスタ
(以下TFT等)が知られている。このTFTは、基板
上に薄膜半導体を形成し、この薄膜半導体を用いて構成
されるものである。このTFTは、各種集積回路に利用
されているが、特に電気光学装置特にアクティブマトリ
ックス型の液晶表示装置の各画素の設けられたスイッチ
ング素子、周辺回路部分に形成されるドライバー素子と
して注目されている。2. Description of the Related Art A thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) using a thin film semiconductor is known. This TFT is formed by forming a thin film semiconductor on a substrate and using this thin film semiconductor. This TFT is used in various integrated circuits, and is particularly noted as a switching element provided in each pixel of an electro-optical device, particularly an active matrix type liquid crystal display device, and a driver element formed in a peripheral circuit portion. .
【0003】TFTに利用される薄膜半導体としては、
非晶質珪素膜を用いることが簡便であるが、その電気的
特性が低いという問題がある。TFTの特性向上を得る
ためには、結晶性を有するシリコン薄膜を利用するばよ
い。結晶性を有するシリコン膜は、多結晶シリコン、ポ
リシリコン、微結晶シリコン等と称されている。この結
晶性を有するシリコン膜を得るためには、まず非晶質珪
素膜を形成し、しかる後に加熱によって結晶化さればよ
い。As a thin film semiconductor used for TFT,
Although it is easy to use an amorphous silicon film, there is a problem in that its electrical characteristics are low. In order to improve the characteristics of the TFT, a crystalline silicon thin film may be used. A crystalline silicon film is referred to as polycrystalline silicon, polysilicon, microcrystalline silicon, or the like. In order to obtain this crystalline silicon film, an amorphous silicon film may first be formed and then crystallized by heating.
【0004】しかしながら、加熱による結晶化は、加熱
温度が600℃以上の温度で10時間以上の時間を掛け
ることが必要であり、基板としてガラス基板を用いるこ
とが困難であるという問題がある。例えばアクティブ型
の液晶表示装置に用いられるコーニング7059ガラス
はガラス歪点が593℃であり、基板の大面積化を考慮
した場合、600℃以上の加熱には問題がある。However, crystallization by heating requires heating at a temperature of 600 ° C. or higher for 10 hours or longer, which makes it difficult to use a glass substrate as a substrate. For example, Corning 7059 glass used in an active type liquid crystal display device has a glass strain point of 593 ° C., and there is a problem in heating at 600 ° C. or higher in consideration of increasing the area of a substrate.
【0005】〔発明の背景〕これら上記の問題点を解決
する手段として本発明人らによる発明、特願平05−2
94633が挙げられる。これは、溶液を用いて非晶質
珪素膜に触媒元素、特にニッケルを添加し、低温且つ短
時間の熱処理により結晶性珪素膜を得る方法であった。[Background of the Invention] As a means for solving the above problems, an invention by the present inventors, Japanese Patent Application No. 05-2
94633 can be mentioned. This is a method in which a catalytic element, especially nickel, is added to an amorphous silicon film using a solution and a crystalline silicon film is obtained by heat treatment at low temperature for a short time.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、触媒元素を
用いた600℃以下の熱処理による結晶性を有する薄膜
珪素半導体の作製において、前記発明特願平05−29
4633を前提とした上で、更に制御性が高く、マージ
ンの大きい生産性の高い方法を提供することを目的とす
る。即ち、より安定した再現性の高いプロセスで結晶性
珪素膜を得る方法を提供することを目的とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is directed to the production of a thin film silicon semiconductor having crystallinity by heat treatment at 600 ° C. or lower using a catalytic element, as described in Japanese Patent Application No. 05-29.
Based on 4633, it is an object of the present invention to provide a method with high controllability and a large margin and high productivity. That is, an object is to provide a method for obtaining a crystalline silicon film by a more stable and highly reproducible process.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】前記発明特願平05−2
94633において、素子形成領域として触媒元素が直
接添加された領域における基板に概略垂直な方向に結晶
成長した領域(以下縦成長領域と省略)を用いる場合
と、触媒元素を選択的に添加して該添加部周辺に基板に
概略水平方向に成長させた領域(以下横成長領域と省
略)を用いる場合の2つの結晶化方法を提案した。[Means for Solving the Problems] Japanese Patent Application No. 05-2
In 94633, a case where a region in which a catalytic element is directly added in a region in which crystal growth is performed in a direction substantially perpendicular to the substrate (hereinafter referred to as a vertical growth region) is used as an element formation region, Two crystallization methods have been proposed in the case of using a region (hereinafter, abbreviated as a lateral growth region) grown substantially horizontally on the substrate around the added portion.
【0008】そしてこの2つの結晶化方法について詳細
に検討した結果、素子形成領域を作成するためには、横
成長を用いた方が特性上望ましいという結論に達した。
そして前記横成長による結晶化方法について更なる検討
を行った。As a result of detailed examination of these two crystallization methods, it was concluded that lateral growth is preferable in terms of characteristics in order to form an element formation region.
Then, the crystallization method by the lateral growth was further examined.
【0009】前記発明特願平05−294633におけ
る横成長方法を簡単に要約すると以下の様なプロセスと
なる。(図1参照)まずコーニング7059基板の如き
ガラス基板上に、酸化珪素よりなる下地膜を成膜する。
これら基体11上に非晶質珪素膜12を100Å〜50
00Å、望ましくは500Å〜800Åの厚さにプラズ
マCVDあるいは減圧熱CVDにより成膜する。更にそ
の上に代表的には酸化珪素膜からなるマスク材料21を
成膜し、そこにニッケルを添加するための開孔部を開
け、下の非晶質珪素膜を露出させる。その後必要に応じ
て前記開孔部に露出した非晶質珪素膜の表面を薄く酸化
し(図1中では20で表示)、ニッケルを含有した溶液
14を用いてニッケルを添加する。上記方法によりニッ
ケルを添加した基板を、N2 等の不活性雰囲気中あるい
は酸化雰囲気中で、450〜600℃、代表的には55
0℃程度で熱処理することにより、横方向に結晶成長し
た結晶性珪素膜25を得る。The lateral growth method in Japanese Patent Application No. 05-294633 is briefly summarized as follows. (See FIG. 1) First, a base film made of silicon oxide is formed on a glass substrate such as a Corning 7059 substrate.
An amorphous silicon film 12 having a thickness of 100Å to 50 is formed on the base 11.
The film is formed by plasma CVD or reduced pressure thermal CVD to a thickness of 00Å, preferably 500Å to 800Å. Further, a mask material 21 typically made of a silicon oxide film is formed thereon, and an opening portion for adding nickel is formed therein to expose the underlying amorphous silicon film. Then, if necessary, the surface of the amorphous silicon film exposed in the openings is thinly oxidized (indicated by 20 in FIG. 1), and nickel is added using a solution 14 containing nickel. The substrate to which nickel is added by the above method is heated in an inert atmosphere such as N 2 or an oxidizing atmosphere at 450 to 600 ° C., typically 55
By performing a heat treatment at about 0 ° C., a crystalline silicon film 25 is obtained which has grown laterally.
【0010】上記一連のプロセスについて、マスク材料
を酸化珪素膜から窒化珪素膜に変更することを試みた。
その結果は、マスク材料が酸化珪素膜の場合、長時間熱
処理を加えるとニッケルが酸化珪素膜を透過して非晶質
珪素膜に到達してしまうことが確認された。これは現象
としては、通過したニッケルによる縦成長が発生してし
まい、横成長を阻害する様子が観察された。それに対
し、窒化珪素膜をマスク材料として用いた場合にはその
様な現象は観測されなかった。しかしながら、横成長量
が酸化珪素マスクに比較して若干少ないことが観測され
た。この横成長量の少なさは、その後の実験の結果、予
め水素出しを行っておくことにより回避できることが判
明した。即ち、結晶化の準備として水素が非晶質珪素膜
中から抜けることが必要であるが、窒化珪素膜をマスク
として用いた場合には、それが抜け難くなってしまうこ
とが原因であることが判明したのである。With respect to the above series of processes, an attempt was made to change the mask material from a silicon oxide film to a silicon nitride film.
As a result, it was confirmed that when the mask material was a silicon oxide film, nickel would permeate the silicon oxide film and reach the amorphous silicon film when heat treatment was performed for a long time. As a phenomenon, it was observed that vertical growth was caused by the nickel that had passed therethrough, and lateral growth was hindered. On the other hand, when a silicon nitride film was used as a mask material, such a phenomenon was not observed. However, it was observed that the lateral growth amount was slightly smaller than that of the silicon oxide mask. As a result of subsequent experiments, it was found that this small amount of lateral growth can be avoided by performing hydrogen discharge in advance. That is, it is necessary for hydrogen to escape from the amorphous silicon film as a preparation for crystallization, but when the silicon nitride film is used as a mask, it becomes difficult for it to escape. It turned out.
【0011】次に下地、非晶質珪素、マスク材料を大気
に一度も曝すことなく連続成膜する場合、あるいはそれ
ぞれ大気に曝して別々に成膜する場合を比較した。する
と、それぞれの膜質は同様になるように設定したにもか
かわらず、連続で成膜した場合の方が横成長距離が長
く、且つ結晶性が高いことが判明した。これは、基板に
概略平行に結晶成長する横成長というプロセスが、界面
の状態に非常に影響されることを意味するものと考えら
れる。Next, a comparison was made between the case where the underlayer, the amorphous silicon, and the mask material are continuously formed without being exposed to the atmosphere at all, or the case where they are separately exposed to the atmosphere. Then, it was found that although the film quality was set to be the same, the lateral growth distance was longer and the crystallinity was higher when the films were continuously formed. It is considered that this means that the process of lateral growth in which crystals grow substantially parallel to the substrate is greatly affected by the state of the interface.
【0012】よって、上記一連の実験から、再現性及び
制御性に優れた横成長を用いた結晶成長方法は、ガラス
基板上に連続して、酸化珪素膜、非晶質珪素膜を成膜す
る工程と、前記成膜された基板を大気に曝すことなく連
続して熱処理して水素出しを行う工程と、前記水素出し
が行われた基板に連続して窒化珪素膜を成膜する工程
と、前記3層膜が成膜された基板に対して、パターニン
グ及び窒化珪素膜のエッチングを施し、前記非晶質珪素
膜を部分的に露出せしめる工程と、ニッケルを含む溶液
を前記基板に塗布して、前記選択的に露出した非晶質珪
素膜にニッケルを添加する工程と、前記ニッケルが塗布
された基板を熱処理を施して結晶化せしめる工程とを有
するものである。そして、そのような構成をとるために
必要な多目的基板処理装置として、酸化珪素膜、非晶質
珪素膜、窒化珪素膜の連続成膜が可能であり、且つ一度
も大気に曝すことなく熱処理(水素出し工程)が可能な
構成を有する装置が必要であることが判る。Therefore, from the above series of experiments, according to the crystal growth method using lateral growth excellent in reproducibility and controllability, a silicon oxide film and an amorphous silicon film are continuously formed on a glass substrate. A step of continuously heat-treating the formed substrate without exposing the formed substrate to the atmosphere to form hydrogen, and a step of continuously forming a silicon nitride film on the substrate from which the hydrogen is formed. Patterning and etching of the silicon nitride film are performed on the substrate having the three-layer film formed thereon to partially expose the amorphous silicon film, and a solution containing nickel is applied to the substrate. And a step of adding nickel to the selectively exposed amorphous silicon film and a step of crystallizing the substrate coated with nickel by heat treatment. Then, as a multipurpose substrate processing apparatus required to have such a configuration, a silicon oxide film, an amorphous silicon film, and a silicon nitride film can be continuously formed, and a heat treatment (exposure) is performed without being exposed to the atmosphere even once. It is understood that an apparatus having a structure capable of performing the hydrogen discharging step) is required.
【0013】具体的には、複数の減圧可能な処理室を有
し、前記複数の処理室は減圧可能な共通室を介して連結
されており、前記共通室には各処理室間において基板を
搬送するための手段を有し、前期複数の処理室の内の少
なくとも一つはプラズマCVDを用いた酸化珪素膜の成
膜が可能であり、前期複数の処理室の内の少なくとも一
つはプラズマCVDを用いた窒化珪素膜が成膜可能であ
り、前期複数の処理室の内の少なくとも一つはプラズマ
CVDを用いた非晶質珪素膜が成膜可能であり、前期複
数の処理室の内の少なくとも一つは400℃以上の加熱
処理を複数の基板に同時に施すことが可能である、こと
を特徴とする多目的基板処理装置を必要とする。Specifically, there are a plurality of depressurizable processing chambers, and the plurality of processing chambers are connected via a depressurizable common chamber, and a substrate is placed between the processing chambers in the common chamber. At least one of the plurality of processing chambers is capable of forming a silicon oxide film by using plasma CVD, and at least one of the plurality of processing chambers is provided with a means for transferring. A silicon nitride film can be formed using CVD, and an amorphous silicon film can be formed using plasma CVD in at least one of the plurality of processing chambers in the previous period. At least one of the above needs a multipurpose substrate processing apparatus characterized in that it is possible to simultaneously perform heat treatment at 400 ° C. or higher on a plurality of substrates.
【0014】そのような装置の概要を図2及び図3に示
す。図2に示す装置は多目的に利用できるものであっ
て、必要とする成膜やアニール処理を施す処理室を必要
とする数で組み合わせることができる。図2に示す装置
で処理される基板としてはガラス基板、シリコン基板、
その他絶縁基板や半導体基板を用いることができる。即
ち、絶縁表面を有する基板であれば用いることができ
る。例えば、アクティブマトリクス型の液晶表示装置や
イメージセンサー等の電気光学装置であれば安価なガラ
ス基板を用いるのが一般的である。An overview of such a device is shown in FIGS. The apparatus shown in FIG. 2 can be used for various purposes, and it is possible to combine the required number of processing chambers for performing required film formation and annealing processing. Substrates processed by the apparatus shown in FIG. 2 include glass substrates, silicon substrates,
Alternatively, an insulating substrate or a semiconductor substrate can be used. That is, any substrate having an insulating surface can be used. For example, an inexpensive glass substrate is generally used for an electro-optical device such as an active matrix type liquid crystal display device or an image sensor.
【0015】例えば301を共通室である基板の搬送室
とし、基板の各種処理を行なう処理室の内、306と3
07とを予備室とし、一方を基板の搬入用に用い、他の
一方を基板の搬出用に用いる。また、302は絶縁膜を
形成するためのプラズマCVD装置とし、303を非晶
質珪素を成膜するためのプラズマCVD装置とし、30
4を窒化珪素膜を形成するためのプラズマCVD装置と
し、305を水素出しを行うための熱処理炉とする、と
いった構成を採ることができる。この中で、熱処理工程
のみが処理時間が数時間に及ぶプロセスであり、全体の
スループットの低下の原因となってしまうため、複数の
基板322を同時にヒーター310で加熱処理を施し、
必要によりステージ315により基板搬送位置まで運
び、ロボットアーム314により搬送して次の工程に移
る構成としたことは重要である。なお、予備室も基板の
搬入や搬出を行なう機能を有するという意味で処理室と
いうことができる。また各処理室の間は、ゲ─トバルブ
308〜313により仕切られており、それぞれ独立に
真空ポンプ319〜321による真空引きが可能で、各
処理時のガスによるコンタミを防ぐ構成となっている。
基板322はロボットアーム314により搬送され、マ
ルチタスクによりスループットの向上が可能である。For example, 301 is used as a substrate transfer chamber which is a common chamber, and 306 and 3 are provided in the processing chambers for performing various types of substrate processing.
07 is a spare chamber, one is used for loading a substrate, and the other is used for unloading the substrate. Further, 302 is a plasma CVD apparatus for forming an insulating film, 303 is a plasma CVD apparatus for forming amorphous silicon, and 30
4 may be a plasma CVD apparatus for forming a silicon nitride film, and 305 may be a heat treatment furnace for discharging hydrogen. Of these, only the heat treatment step is a process that takes several hours to process, which causes a decrease in the overall throughput. Therefore, the plurality of substrates 322 are simultaneously subjected to heat treatment by the heater 310,
It is important that the stage 315 carries the substrate to the substrate carrying position, the robot arm 314 carries the substrate to the next step, if necessary. The preliminary chamber can also be called a processing chamber in the sense that it has a function of loading and unloading substrates. The process chambers are partitioned by gate valves 308 to 313, and vacuum pumps 319 to 321 can be independently evacuated to prevent contamination by gas during each process.
The substrate 322 is transferred by the robot arm 314, and the throughput can be improved by multitasking.
【0016】このような組み合わせは任意に行なえるも
のである。これら組み合わせのできる要素としては、プ
ラズマCVD、減圧熱CVD(以下本明細書においては
LPCVDと省略する)、光CVD、マイクロ波CV
D、加熱炉、光照射によるアニール炉、スパッタリン
グ、プラズマアニール、プラズマエッチング(異方性あ
るいは等方性)を挙げることができが、本発明の構成を
達成するためには前述の様な構成が少なくとも必要であ
る。Such a combination can be arbitrarily performed. Elements that can be combined are plasma CVD, low pressure thermal CVD (hereinafter abbreviated as LPCVD in the present specification), photo CVD, and microwave CV.
D, heating furnace, annealing furnace by light irradiation, sputtering, plasma annealing, plasma etching (anisotropic or isotropic) can be mentioned, but in order to achieve the constitution of the present invention, the constitution as described above is used. At least necessary.
【0017】本発明においては、触媒元素としてニッケ
ルを用いた場合に最も顕著な効果を得ることができる
が、その他利用できる触媒元素の種類としては、好まし
くはNi、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、S
n、Pd、Sn、Pd、P、As、Sbから選ばれた一
種または複数種類の元素を利用することができる。In the present invention, the most remarkable effect can be obtained when nickel is used as the catalyst element, but the other usable catalyst elements are preferably Ni, Pd, Pt, Cu and Ag. Au, In, S
One or more kinds of elements selected from n, Pd, Sn, Pd, P, As and Sb can be used.
【0018】以下の本明細書で開示する発明の構成を示
す。本明細書で開示する第1の発明は、絶縁表面を有す
る基板上に酸化珪素膜と非晶質珪素膜とを成膜する工程
と、前記成膜された基板を大気に曝すことなく連続して
熱処理して水素出しを行う工程と、前記水素出しが行わ
れた基板に連続して窒化珪素膜を成膜する工程と、前記
窒化珪素膜をパターニングし選択的に非晶質珪素膜を露
呈させる工程と、前記露呈した非晶質珪素膜に接して非
晶質珪素膜の結晶化を助長する金属元素を導入する工程
と、加熱処理を行い前記非晶質珪素膜を前記金属元素が
導入された領域から基板に平行な方向に結晶成長させる
工程と、を有することを特徴とする。The structure of the invention disclosed in the present specification will be shown below. A first invention disclosed in this specification includes a step of forming a silicon oxide film and an amorphous silicon film over a substrate having an insulating surface, and the step of continuously forming the formed substrate without exposing the formed substrate to the atmosphere. And heat treatment to dehydrogenate, a step of continuously forming a silicon nitride film on the substrate degassed with hydrogen, and a patterning of the silicon nitride film to selectively expose the amorphous silicon film. And a step of introducing a metal element in contact with the exposed amorphous silicon film to promote crystallization of the amorphous silicon film, and performing a heat treatment to introduce the metal element into the amorphous silicon film. And a step of growing crystals from the formed region in a direction parallel to the substrate.
【0019】他の発明は、絶縁表面を有する基板上に酸
化珪素膜と非晶質珪素膜とを成膜するための第1の処理
室と、前記成膜された基板を大気に曝すことなく連続し
て熱処理して水素出しを行うための第2の処理室と、前
記水素出しが行われた基板に連続して窒化珪素膜を成膜
する第3のための処理室と、前記第1の処理室と前記第
2の処理室と前記第3の処理室とに共通して接続された
共通室と、を有し、前記第1の処理室と前記第2の処理
室と前記第3の処理室とは密閉された構造を有し、前記
共通室は基板または試料を搬送する手段を有することを
特徴とする。According to another aspect of the invention, there is provided a first processing chamber for forming a silicon oxide film and an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and without exposing the formed substrate to the atmosphere. A second processing chamber for continuously performing heat treatment to discharge hydrogen, a third processing chamber for continuously forming a silicon nitride film on the substrate from which hydrogen has been discharged, and the first processing chamber. Processing chamber, a second processing chamber, and a common chamber commonly connected to the third processing chamber, the first processing chamber, the second processing chamber, and the third processing chamber. The processing chamber has a closed structure, and the common chamber has means for transferring a substrate or a sample.
【0020】上記構成の例として、図2や図3に示す構
成を挙げることができる。As an example of the above structure, the structures shown in FIGS. 2 and 3 can be cited.
【0021】他の発明は、絶縁表面を有する基板上に酸
化珪素膜と非晶質珪素膜とを成膜する工程と、前記成膜
された基板を大気に曝すことなく連続して熱処理して水
素出しを行う工程と、前記水素出しが行われた基板に連
続して窒化珪素膜を成膜する工程と、前記窒化珪素膜を
活性層の形状にパターニングし選択的に非晶質珪素膜を
露呈させる工程と、前記露呈した非晶質珪素膜に接して
非晶質珪素膜の結晶化を助長する金属元素を導入する工
程と、加熱処理を行い前記非晶質珪素膜を前記金属元素
が導入された領域から基板に平行な方向に結晶成長させ
る工程と、残存した前記窒化珪素膜をマスクとして用い
て結晶成長した珪素膜をパターニングし活性層を構成す
る工程と、を有することを特徴とする。In another invention, a step of forming a silicon oxide film and an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and a heat treatment of the formed substrate continuously without exposing to the atmosphere. Dehydrogenating, forming a silicon nitride film continuously on the substrate dehydrogenated, and patterning the silicon nitride film into an active layer shape to selectively form an amorphous silicon film. Exposing the amorphous silicon film to the exposed amorphous silicon film; and introducing a metal element that promotes crystallization of the amorphous silicon film into the exposed amorphous silicon film. The method further comprises the steps of growing crystals from the introduced region in a direction parallel to the substrate, and patterning the grown silicon film using the remaining silicon nitride film as a mask to form an active layer. To do.
【0022】他の発明は、絶縁表面を有する基板上に形
成された非晶質珪素膜上に活性層を形成するためのマス
クとして窒化珪素膜を形成する工程と、前記窒化珪素膜
をマスクとして非晶質珪素膜の結晶化を助長する金属元
素を導入する工程と、加熱処理を加え前記非晶質珪素膜
を結晶化する工程と、前記窒化珪素膜をマスクとして活
性層を形成する工程と、を有することを特徴とする。Another invention is a step of forming a silicon nitride film as a mask for forming an active layer on an amorphous silicon film formed on a substrate having an insulating surface, and using the silicon nitride film as a mask. A step of introducing a metal element that promotes crystallization of the amorphous silicon film, a step of crystallizing the amorphous silicon film by applying heat treatment, and a step of forming an active layer using the silicon nitride film as a mask , Are included.
【0023】[0023]
【実施例】〔実施例1〕本実施例は、500Åの窒化珪
素膜を選択的に設け、この窒化珪素膜をマスクとして選
択的にニッケルを導入する例である。[Embodiment 1] This embodiment is an example in which a 500 Å silicon nitride film is selectively provided and nickel is selectively introduced using this silicon nitride film as a mask.
【0024】前述の説明で用いた図1を本実施例に焼き
直して本実施例における作製工程の概略を示す。まず、
ガラス基板(コーニング7059、10cm角)上に、
図2及び図3の装置を用いて酸化珪素膜を2000Å及
び、非晶質珪素膜12を100〜1500ÅプラズマC
VD法を用いて連続的に形成する。ここでは、非晶質珪
素膜12を1000Åの厚さに成膜する。酸化珪素膜の
成膜条件は、成膜圧力0.1〜1torr、本実施例で
は0.3torr、TEOS:O2 を1:10の比率と
し、RFパワー1〜500W、本実施例では300W
で、基板温度が100〜500℃、本実施例では400
℃で成膜を行った。非晶質珪素膜の成膜条件としては成
膜圧力0.1〜1torr、本実施例では0.3tor
r、モノシランを成膜ガスとし、RFパワー1〜100
W、本実施例では35Wで、基板温度が100〜300
℃、本実施例では160℃で成膜を行った。(図1
(A))次に、大気に曝すことなく熱処理炉305に基
板を搬送して、350〜550℃、ここでは400℃1
時間N2 中の熱処理を行ってプラズマCVDで成膜した
非晶質珪素膜12から水素を放出させる。その後再び大
気に曝すことなく処理室304に基板322を搬送し、
マスクとなる窒化珪素膜21を200Å以上、ここでは
500Åの厚さに成膜する。成膜条件は、成膜圧力0.
1〜1torr、本実施例では0.3torr、モノシ
ラン:アンモニアを1:4の比率とし、RFパワー10
0〜500W、本実施例では300Wで、基板温度が2
00〜500℃、本実施例では400℃で成膜を行っ
た。この窒化珪素膜21の膜厚については、発明者等の
実験によると100Åでも問題がないことを確認してお
り、膜質が緻密であれば更に薄くても良いと思われる。FIG. 1 used in the above description is reprinted in this embodiment to show the outline of the manufacturing process in this embodiment. First,
On a glass substrate (Corning 7059, 10 cm square),
Using the apparatus shown in FIGS. 2 and 3, the silicon oxide film has a thickness of 2000 Å and the amorphous silicon film 12 has a thickness of 100 to 1500 Å plasma C.
It is formed continuously using the VD method. Here, the amorphous silicon film 12 is formed to a thickness of 1000Å. The film formation conditions for the silicon oxide film are as follows: film formation pressure of 0.1 to 1 torr, 0.3 torr in this embodiment, TEOS: O 2 ratio of 1:10, RF power of 1 to 500 W, 300 W in this embodiment.
And the substrate temperature is 100 to 500 ° C., 400 in this embodiment.
Film formation was performed at ° C. The film forming conditions for the amorphous silicon film are a film forming pressure of 0.1 to 1 torr, and 0.3 tor in this embodiment.
RF power of 1 to 100 using r and monosilane as a film forming gas
W, 35 W in this embodiment, and the substrate temperature is 100 to 300.
C., in this example, the film was formed at 160.degree. (Fig. 1
(A)) Next, the substrate is transferred to the heat treatment furnace 305 without being exposed to the atmosphere, and 350 to 550 ° C., here, 400 ° C. 1
Hydrogen is released from the amorphous silicon film 12 formed by plasma CVD by performing heat treatment for a time N 2 . After that, the substrate 322 is transferred to the processing chamber 304 without being exposed to the atmosphere again,
The silicon nitride film 21 serving as a mask is formed to a thickness of 200 Å or more, here 500 Å. The film forming condition is that the film forming pressure is 0.
1 to 1 torr, 0.3 torr in this embodiment, the ratio of monosilane: ammonia is 1: 4, and the RF power is 10
0 to 500 W, 300 W in this embodiment, the substrate temperature is 2
The film formation was performed at 00 to 500 ° C., 400 ° C. in this example. Regarding the film thickness of the silicon nitride film 21, it has been confirmed by experiments by the inventors that there is no problem even if the film thickness is 100 Å, and it is considered that the film thickness may be further reduced if the film quality is dense.
【0025】そして通常のフォトリソパターニング工程
によって、必要とするパターンに窒化珪素膜21をパー
ニングする。そして、酸素雰囲気中における紫外線の照
射で薄い酸化珪素膜20を成膜する。この酸化珪素膜2
0の作製は、酸素雰囲気中でUV光を5分間照射するこ
とによって行なわれる。なおこの酸化珪素膜20の厚さ
は20〜50Å程度と考えられる(図1(A))。尚、
この濡れ性を改善するための酸化珪素膜については、溶
液とパターンのサイズが合致した場合には、マスクの酸
化珪素膜の親水性のみによっても丁度よく添加される場
合がある。しかしながらこの様な例は特殊であり、一般
的には酸化珪素膜20を使用したほうが安全である。Then, the silicon nitride film 21 is patterned into a required pattern by a normal photolithographic patterning process. Then, a thin silicon oxide film 20 is formed by irradiation of ultraviolet rays in an oxygen atmosphere. This silicon oxide film 2
Production of 0 is performed by irradiating UV light for 5 minutes in an oxygen atmosphere. The thickness of the silicon oxide film 20 is considered to be about 20 to 50Å (FIG. 1 (A)). still,
The silicon oxide film for improving the wettability may be added just by the hydrophilicity of the silicon oxide film of the mask only when the size of the solution and the pattern match. However, such an example is special, and it is generally safer to use the silicon oxide film 20.
【0026】この状態において、100ppmのニッケ
ルを含有した酢酸塩溶液を5ml滴下(10cm角基板
の場合)する。またこの際、スピナーを150rpmで
回転させつつ塗布することにより裏面への回り込みを防
ぐことが可能である。さらにこの状態で、5分間保持し
た後スピナーを用いて2000rpm、60秒のスピン
ドライを行う。(図1(B))In this state, 5 ml of an acetate solution containing 100 ppm of nickel is dropped (for a 10 cm square substrate). Further, at this time, it is possible to prevent wraparound to the back surface by applying while applying a spinner at 150 rpm. Further, in this state, after holding for 5 minutes, spin drying is performed at 2000 rpm for 60 seconds using a spinner. (Fig. 1 (B))
【0027】そして550度(窒素雰囲気)、8時間の
加熱処理を施すことにより、非晶質珪素膜12の結晶化
を行う。この際、ニッケルが導入された部分22の領域
から23で示されるように、ニッケルが導入されなかっ
た領域へと横方向に40μm程度の結晶成長が行われ
る。図1(C)において、24がニッケルが直接導入さ
れ結晶化が行われた領域であり、25が横方向に結晶化
が行われた領域である。なお25の領域は、概略〈11
1〉軸方向に結晶成長が行われていることが確認されて
いる。Then, the amorphous silicon film 12 is crystallized by performing a heat treatment at 550 ° C. (nitrogen atmosphere) for 8 hours. At this time, as indicated by 23 from the region of the portion 22 into which nickel is introduced, crystal growth of about 40 μm is performed in the lateral direction from the region into which nickel is not introduced. In FIG. 1C, 24 is a region where nickel is directly introduced and crystallized, and 25 is a region where lateral crystallization is performed. The 25 areas are roughly <11.
It has been confirmed that crystal growth is performed in the 1> axis direction.
【0028】本実施例において、溶液濃度、保持時間を
変化させることにより、ニッケルが直接導入された領域
におけるニッケルの濃度を1×1016atoms cm-3〜1
×1019atoms cm-3の範囲で制御可能であり、同様に
横成長領域の濃度をそれ以下に制御することが可能であ
る。In this embodiment, the concentration of nickel in the region into which nickel was directly introduced was changed from 1 × 10 16 atoms cm −3 to 1 by changing the solution concentration and the holding time.
The concentration can be controlled in the range of × 10 19 atoms cm −3 , and similarly, the concentration of the lateral growth region can be controlled to be lower than that.
【0029】その後にデバイスを形成する場合には、マ
スク材料を剥離する必要があるが、この際に以前の酸化
珪素マスクを用いた場合にはフッ酸系のエッチャントを
用いるか、あるいはフッ素系ガスを用いたドライエッチ
ングを用いなければならず、ガラス、下地酸化珪素への
ダメ─ジが大きかった。それに比較し、窒化珪素膜の場
合には熱リン酸を用いることが可能で、これは結晶性珪
素膜及び酸化珪素、ガラスにダメージが少ないという利
点を有する。When forming a device thereafter, the mask material needs to be peeled off. If a silicon oxide mask used before is used at this time, a hydrofluoric acid-based etchant is used, or a fluorine-based gas is used. It was necessary to use dry etching using a glass, and there was a great deal of damage to glass and underlying silicon oxide. On the other hand, in the case of a silicon nitride film, hot phosphoric acid can be used, which has an advantage that the crystalline silicon film, silicon oxide and glass are less damaged.
【0030】以上述べたように、横方向に結晶が成長し
た領域は触媒元素の濃度が小さく、しかも結晶性が良好
であるので、この領域を半導体装置の活性領域として用
いることは有用である。例えば、薄膜トランジスタのチ
ャネル形成領域として利用することは極めて有用であ
る。As described above, the region where the crystal has grown in the lateral direction has a low concentration of the catalyst element and has good crystallinity, and therefore it is useful to use this region as the active region of the semiconductor device. For example, it is extremely useful to use it as a channel formation region of a thin film transistor.
【0031】〔実施例2〕本実施例においては、実施例
1に示すようにニッケルを選択的に導入し、その部分か
ら横方向(基板に平行な方向)に結晶成長した領域を用
いて電子デバイスを形成する例を示す。このような構成
を採用した場合、デバイスの活性層領域におけるニッケ
ル濃度をさらに低くすることができ、デバイスの電気的
安定性や信頼性の上から極めて好ましい構成とすること
ができる。[Embodiment 2] In this embodiment, as shown in Embodiment 1, nickel is selectively introduced, and electrons are emitted from the portion where crystals are grown laterally (direction parallel to the substrate). An example of forming a device is shown. When such a structure is adopted, the nickel concentration in the active layer region of the device can be further lowered, and the structure can be made extremely preferable in terms of electrical stability and reliability of the device.
【0032】本実施例は、アクティブマトリクスの画素
の制御に用いられるTFTの作製工程に関するものであ
る。図4に本実施例の作製工程を示す。まず、基板20
1を洗浄し、図2及び図3にしめされる多目的基板処理
装置によりTEOS(テトラ・エトキシ・シラン)と酸
素を原料ガスとしてプラズマCVD法によって厚さ20
00Åの酸化珪素の下地膜202を形成する。そして、
連続してプラズマCVD法によって、厚さ500〜15
00Å、例えば1000Åの真性(I型)の非晶質珪素
膜203を成膜する。次に熱処理炉305により450
℃1時間の熱処理を行い水素出しを行う。その後同一装
置内で連続的に厚さ500〜2000Å、例えば100
0Åの窒化珪素膜205をプラズマCVD法によって成
膜する。そして、窒化珪素膜205を選択的にエッチン
グして、非晶質珪素の露出した領域206を形成する。
この領域のパタ─ニングは、その後のアイランド形成を
する領域上に窒化珪素膜が残る様に行うと、結晶化工程
の後、前記窒化珪素膜をマスクとして結晶性珪素膜のパ
ターニングが可能であり、工程上有用である。The present embodiment relates to a manufacturing process of a TFT used for controlling pixels of an active matrix. FIG. 4 shows the manufacturing process of this embodiment. First, the substrate 20
1 is washed, and TEOS (tetra-ethoxy-silane) and oxygen are used as source gases by the multipurpose substrate processing apparatus shown in FIGS.
A base film 202 of silicon oxide of 00Å is formed. And
The thickness is 500 to 15 continuously by the plasma CVD method.
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film 203 of 00Å, for example, 1000Å is formed. Next, 450 by the heat treatment furnace 305
Heat treatment is performed at 1 ° C. for 1 hour to discharge hydrogen. After that, the thickness is continuously 500 to 2000Å, for example 100 in the same device.
A 0Å silicon nitride film 205 is formed by a plasma CVD method. Then, the silicon nitride film 205 is selectively etched to form an exposed region 206 of amorphous silicon.
If the patterning of this region is performed so that the silicon nitride film remains on the region where the islands are to be formed thereafter, after the crystallization step, the crystalline silicon film can be patterned using the silicon nitride film as a mask. , Useful in the process.
【0033】そして実施例1に示した方法により結晶化
を助長する触媒元素であるニッケル元素を含んだ溶液
(ここでは酢酸塩溶液)塗布する。酢酸溶液中における
ニッケルの濃度は100ppmである。その他、詳細な
工程順序や条件は実施例1で示したものと同一である。Then, according to the method described in Example 1, a solution containing nickel element which is a catalytic element for promoting crystallization (here, an acetate solution) is applied. The concentration of nickel in the acetic acid solution is 100 ppm. In addition, the detailed process order and conditions are the same as those shown in the first embodiment.
【0034】この後、窒素雰囲気下で500〜620
℃、例えば550℃、4時間の加熱アニールを行い、珪
素膜303の結晶化を行う。結晶化は、ニッケルと珪素
膜が接触した領域206を出発点として、矢印で示され
るように基板に対して平行な方向に結晶成長が進行す
る。図においては領域204はニッケルが直接導入され
て結晶化した部分、領域203は横方向に結晶化した部
分を示す。この203で示される横方向への結晶は、2
5μm程度である。またその結晶成長方向は概略〈11
1〉軸方向であることが確認されている。(図4
(A))After this, 500 to 620 under a nitrogen atmosphere.
The silicon film 303 is crystallized by performing heat anneal at 4 ° C., for example, 550 ° C. for 4 hours. Crystallization proceeds from a region 206 where the nickel film and the silicon film are in contact with each other as a starting point, and crystal growth proceeds in a direction parallel to the substrate as indicated by an arrow. In the figure, a region 204 shows a portion crystallized by direct introduction of nickel, and a region 203 shows a portion crystallized laterally. The crystal in the lateral direction indicated by 203 is 2
It is about 5 μm. The crystal growth direction is roughly <11.
It has been confirmed that the direction is 1> axial. (Fig. 4
(A))
【0035】次に、窒化珪素膜205をマスクとして、
結晶性珪素膜204をドライエッチによりアイランド形
成を行う。この工程によりニッケル濃度の高い直接添加
領域206をエッチオフすることができ、その結果本実
施例においては、活性層208において、これらのニッ
ケル濃度の高い領域がチャネル形成領域と重ならないよ
うにした。その後熱リン酸を用いて窒化珪素膜205を
エッチングし、島状の活性層領域208を形成する。Next, using the silicon nitride film 205 as a mask,
An island is formed in the crystalline silicon film 204 by dry etching. By this step, the direct addition region 206 having a high nickel concentration can be etched off. As a result, in the present embodiment, these regions having a high nickel concentration are prevented from overlapping the channel forming region in the active layer 208. After that, the silicon nitride film 205 is etched using hot phosphoric acid to form an island-shaped active layer region 208.
【0036】その後、100体積%の水蒸気を含む10
気圧、500〜600℃の、代表的には550℃の雰囲
気中において、1時間放置することによって、活性層
(珪素膜)208の表面を酸化させ、酸化珪素膜209
を形成する。酸化珪素膜の厚さは1000Åとする。熱
酸化によって酸化珪素膜209を形成したのち、基板
を、アンモニア雰囲気(1気圧、100%)、400℃
に保持させる。そして、この状態で基板に対して、波長
0.6〜4μm、例えば、0.8〜1.4μmにピーク
をもつ赤外光を30〜180秒照射し、酸化珪素膜20
9に対して窒化処理を施す。なおこの際、雰囲気に0.
1〜10%のHClを混入してもよい。Thereafter, 10 containing 100% by volume of water vapor.
The surface of the active layer (silicon film) 208 is oxidized by leaving it in the atmosphere of 500 to 600 ° C., typically 550 ° C. for 1 hour to oxidize the surface of the silicon oxide film 209.
To form. The thickness of the silicon oxide film is 1000Å. After forming the silicon oxide film 209 by thermal oxidation, the substrate is placed in an ammonia atmosphere (1 atm, 100%) at 400 ° C.
To hold. Then, in this state, the substrate is irradiated with infrared light having a peak at a wavelength of 0.6 to 4 μm, for example, 0.8 to 1.4 μm for 30 to 180 seconds, and the silicon oxide film 20 is irradiated.
A nitriding process is performed on 9. At this time, the atmosphere was 0.
1-10% HCl may be mixed.
【0037】赤外線の光源としてはハロゲンランプを用
いる。赤外光の強度は、モニターの単結晶シリコンウェ
ハー上の温度が900〜1200℃の間にあるように調
整する。具体的には、シリコンウェハーに埋め込んだ熱
電対の温度をモニターして、これを赤外線の光源にフィ
ードバックさせる。本実施例では、昇温は、一定で速度
は50〜200℃/秒、降温は自然冷却で20〜100
℃とする。この赤外光照射は、珪素膜を選択的に加熱す
ることになるので、ガラス基板への加熱を最小限に抑え
ることができる。(図4(B))A halogen lamp is used as the infrared light source. The intensity of infrared light is adjusted so that the temperature on the monitor's single crystal silicon wafer is between 900 and 1200 ° C. Specifically, the temperature of the thermocouple embedded in the silicon wafer is monitored, and this is fed back to the infrared light source. In this embodiment, the temperature rise is constant, the speed is 50 to 200 ° C./sec, and the temperature fall is 20 to 100 by natural cooling.
℃. Since this infrared light irradiation selectively heats the silicon film, the heating of the glass substrate can be minimized. (Fig. 4 (B))
【0038】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ3000〜8000Å、例えば6000Åのアルミ
ニウム(0.01〜0.2%のスカンジウムを含む)を
成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極210を形成する。(図2(C))Subsequently, by the sputtering method,
A film of aluminum (containing 0.01 to 0.2% scandium) having a thickness of 3000 to 8000Å, for example, 6000Å is formed. Then, the aluminum film is patterned to form the gate electrode 210. (Fig. 2 (C))
【0039】さらに、このアルミニウムの電極の表面を
陽極酸化して、表面に酸化物層211を形成する。この
陽極酸化は、酒石酸が1〜5%含まれたエチレングリコ
ール溶液中で行う。得られる酸化物層211の厚さは2
000Åである。なお、この酸化物211は、後のイオ
ンドーピング工程において、オフセットゲイト領域を形
成する厚さとなるので、オフセットゲイト領域の長さを
上記陽極酸化工程で決めることができる。(図4
(D))Further, the surface of the aluminum electrode is anodized to form an oxide layer 211 on the surface. This anodic oxidation is performed in an ethylene glycol solution containing 1-5% tartaric acid. The resulting oxide layer 211 has a thickness of 2
It is 000Å. Since the oxide 211 has a thickness to form the offset gate region in the subsequent ion doping process, the length of the offset gate region can be determined by the anodic oxidation process. (Fig. 4
(D))
【0040】次に、イオンドーピング法(プラズマドー
ピング法とも言う)によって、活性層領域(ソース/ド
レイン、チャネルを構成する)にゲイト電極部、すなわ
ちゲイト電極210とその周囲の酸化層211をマスク
として、自己整合的にN導電型を付与する不純物(ここ
では燐)を添加する。ドーピングガスとして、フォスフ
ィン(PH3 )を用い、加速電圧を60〜90kV、例
えば80kVとする。ドーズ量は1×1015〜8×10
15cm-2、例えば、4×1015cm-2とする。この結
果、N型の不純物領域212と213を形成することが
できる。図からも明らかなように不純物領域とゲイト電
極とは距離xだけ放れたオフセット状態となる。このよ
うなオフセット状態は、特にゲイト電極に逆電圧(Nチ
ャネルTFTの場合はマイナス)を印加した際のリーク
電流(オフ電流ともいう)を低減する上で有効である。
特に、本実施例のようにアクティブマトリクスの画素を
制御するTFTにおいては良好な画像を得るために画素
電極に蓄積された電荷が逃げないようにリーク電流が低
いことが望まれるので、オフセットを設けることは有効
である。Next, the gate electrode portion, that is, the gate electrode 210 and the oxide layer 211 around it is used as a mask in the active layer region (which constitutes the source / drain and the channel) by the ion doping method (also called plasma doping method). An impurity (here, phosphorus) that imparts the N conductivity type is added in a self-aligning manner. Phosphine (PH 3 ) is used as the doping gas, and the acceleration voltage is set to 60 to 90 kV, for example, 80 kV. Dose amount is 1 × 10 15 to 8 × 10
It is set to 15 cm -2 , for example, 4 × 10 15 cm -2 . As a result, N-type impurity regions 212 and 213 can be formed. As is clear from the figure, the impurity region and the gate electrode are in an offset state separated by a distance x. Such an offset state is particularly effective in reducing a leak current (also referred to as an off current) when a reverse voltage (negative in the case of an N-channel TFT) is applied to the gate electrode.
In particular, in the TFT for controlling the pixels of the active matrix as in the present embodiment, it is desired that the leak current is low so that the charges accumulated in the pixel electrode do not escape in order to obtain a good image, and therefore an offset is provided. That is valid.
【0041】その後、レーザー光の照射によってアニー
ルを行った。レーザー光としては、KrFエキシマレー
ザー(波長248nm、パルス幅20nsec)を用い
るが、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射
条件は、エネルギー密度が200〜400mJ/c
m2 、例えば250mJ/cm2 とし、一か所につき2
〜10ショット、例えば2ショット照射した。このレー
ザー光の照射時に基板を200〜450℃程度に加熱す
ることによって、効果を増大せしめてもよい。(図4
(E))After that, annealing was performed by irradiation with laser light. As the laser light, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) is used, but other laser may be used. The laser light irradiation condition is that the energy density is 200 to 400 mJ / c.
m 2 , for example, 250 mJ / cm 2, and 2 per place
Irradiation was performed for 10 shots, for example, 2 shots. The effect may be increased by heating the substrate to about 200 to 450 ° C. during the irradiation of the laser light. (Fig. 4
(E))
【0042】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜21
4を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成す
る。さらに、スピンコーティング法によって透明なポリ
イミド膜215を形成し、表面を平坦化する。このよう
にして形成された平面上にスパッタ法によって厚さ80
0Åの透明導電性膜(ITO膜)を成膜し、これをパタ
ーニングして画素電極216を形成する。Subsequently, a silicon oxide film 21 having a thickness of 6000Å is formed.
4 as an interlayer insulator is formed by the plasma CVD method. Further, a transparent polyimide film 215 is formed by spin coating to flatten the surface. A thickness of 80 is formed on the flat surface thus formed by the sputtering method.
A 0 Å transparent conductive film (ITO film) is formed and patterned to form a pixel electrode 216.
【0043】そして、層間絶縁物214、215にコン
タクトホールを形成して、金属材料、例えば、窒化チタ
ンとアルミニウムの多層膜によってTFTの電極・配線
217、218を形成する。最後に、1気圧の水素雰囲
気で350℃、30分のアニールを行い、TFTを有す
るアクティブマトリクスの画素回路を完成する。(図4
(F))Then, contact holes are formed in the interlayer insulators 214 and 215, and electrodes / wirings 217 and 218 of the TFT are formed by a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum. Finally, annealing is performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere of 1 atm to complete an active matrix pixel circuit having TFTs. (Fig. 4
(F))
【0044】〔実施例3〕図5に本実施例の作製工程の
断面図を示す。まず、基板(コーニング7059)50
1上にスパッタリング法によって厚さ2000Åの酸化
珪素の下地膜102を形成した。基板は、下地膜の成膜
の前もしくは後に、歪み温度よりも高い温度でアニール
をおこなった後、0.1〜1.0℃/分で歪み温度以下
まで徐冷すると、その後の温度上昇を伴う工程(本発明
の熱酸化工程およびその後の熱アニール工程を含む)で
の基板の収縮が少なく、マスク合わせが用意となる。コ
ーニング7059基板では、620〜660℃で1〜4
時間アニールした後、0.03〜1.0℃/分、好まし
くは、0.1〜0.3℃/分で徐冷し、400〜500
℃まで温度が低下した段階で取り出すとよい。[Embodiment 3] FIG. 5 shows a cross-sectional view of a manufacturing process of this embodiment. First, the substrate (Corning 7059) 50
A base film 102 of silicon oxide having a thickness of 2000 Å was formed on 1 by a sputtering method. The substrate is annealed at a temperature higher than the strain temperature before or after the formation of the base film, and then gradually cooled to the strain temperature or less at 0.1 to 1.0 ° C./min. The shrinkage of the substrate in the accompanying steps (including the thermal oxidation step of the present invention and the subsequent thermal annealing step) is small, and mask alignment is ready. For Corning 7059 substrates, 1-4 at 620-660 ° C
After annealing for an hour, it is gradually cooled at 0.03 to 1.0 ° C./min, preferably 0.1 to 0.3 ° C./min, and 400 to 500.
It is recommended to take out when the temperature has dropped to ℃.
【0045】次に、プラズマCVD法によって、実施例
2と同様に酸化珪素膜、非晶質珪素膜、窒化珪素膜を連
続して成膜した。そして、実施例2で示した方法により
非晶質珪素膜の結晶化を行なった。そして窒素雰囲気
(大気圧)、600℃、48時間アニールして結晶化さ
せ、珪素膜を10〜1000μm角の大きさにパターニ
ングして、島状の珪素膜(TFTの活性層)503を形
成した。(図5(A))Then, a silicon oxide film, an amorphous silicon film, and a silicon nitride film were successively formed by the plasma CVD method as in the second embodiment. Then, the amorphous silicon film was crystallized by the method shown in Example 2. Then, it is annealed at 600 ° C. for 48 hours in a nitrogen atmosphere (atmospheric pressure) to be crystallized, and the silicon film is patterned into a size of 10 to 1000 μm square to form an island-shaped silicon film (active layer of TFT) 503. . (Figure 5 (A))
【0046】その後、70〜90%の水蒸気を含む1気
圧、500〜750℃、代表的には600℃の酸素雰囲
気を水素/酸素=1.5〜1.9の比率でパイロジェニ
ック反応法を用いて形成した。かかる雰囲気中におい
て、3〜5時間放置することによって、珪素膜表面を酸
化させ、厚さ500〜1500Å、例えば1000Åの
酸化珪素膜504を形成した。注目すべき歯、かかる酸
化により、初期の珪素膜は、その表面が50Å以上減少
し、結果として、珪素膜の最表面部分の汚染が、珪素−
酸化珪素界面には及ばないようになった、すなわち、清
浄な珪素−酸化珪素界面が得られたことである。酸化珪
素膜の厚さは酸化される珪素膜の2倍であるので、10
00Åの厚さの珪素膜を酸化して、厚さ1000Åの酸
化珪素膜を得た場合には、残った珪素膜の厚さは500
Åということになる。Thereafter, the pyrogenic reaction method was carried out in an oxygen atmosphere containing 70 to 90% of steam at 500 to 750 ° C., typically 600 ° C. at a hydrogen / oxygen ratio of 1.5 to 1.9. Formed using. By leaving it in such an atmosphere for 3 to 5 hours, the surface of the silicon film was oxidized to form a silicon oxide film 504 having a thickness of 500 to 1500 Å, for example, 1000 Å. Notable teeth, such oxidation reduces the surface of the initial silicon film by 50 Å or more, and as a result, the contamination of the outermost surface portion of the silicon film is
This means that the silicon oxide interface was not reached, that is, a clean silicon-silicon oxide interface was obtained. Since the thickness of the silicon oxide film is twice that of the silicon film to be oxidized, 10
When a silicon film having a thickness of 00Å is oxidized to obtain a silicon oxide film having a thickness of 1000Å, the remaining silicon film has a thickness of 500.
It means Å.
【0047】一般に酸化珪素膜(ゲイト絶縁膜)と活性
層は薄ければ薄いほど移動度の向上、オフ電流の減少と
いう良好な特性が得られる。一方、初期の非晶質珪素膜
の結晶化はその膜厚が大きいほど結晶化させやすい。し
たがって、従来は、活性層の厚さに関して、特性とプロ
セスの面で矛盾が存在していた。本発明はこの矛盾を初
めて解決したものであり、すなわち、結晶化前には非晶
質珪素膜を厚く形成し、良好な結晶性珪素膜を得る。そ
して、次にはこの珪素膜を酸化することによって珪素膜
を薄くし、TFTとしての特性を向上させるものであ
る。さらに、この熱酸化においては、再結合中心の存在
しやすい非晶質成分、結晶粒界が酸化されやすく、結果
的に活性層中の再結合中心を減少させるという特徴も有
する。このため製品の歩留りが高まる。Generally, the thinner the silicon oxide film (gate insulating film) and the active layer are, the better the characteristics of improving the mobility and reducing the off-current can be obtained. On the other hand, in the initial crystallization of the amorphous silicon film, the thicker the film, the easier the crystallization. Therefore, conventionally, regarding the thickness of the active layer, there is a contradiction in terms of characteristics and processes. The present invention solves this contradiction for the first time, that is, a thick amorphous silicon film is formed before crystallization to obtain a good crystalline silicon film. Then, next, the silicon film is thinned by oxidizing the silicon film to improve the characteristics as a TFT. Further, in this thermal oxidation, the amorphous component in which recombination centers are likely to exist and the crystal grain boundaries are easily oxidized, and as a result, the recombination centers in the active layer are reduced. Therefore, the product yield is increased.
【0048】熱酸化によって酸化珪素膜504を形成し
たのち、基板を一酸化二窒素雰囲気(1気圧、100
%)、600℃で2時間アニールした。(図5(B))
引き続いて、減圧CVD法によって、厚さ3000〜8
000Å、例えば6000Åの多結晶珪素(0.01〜
0.2%の燐を含む)を成膜した。そして、珪素膜をパ
ターニングして、ゲイト電極505を形成した。さら
に、この珪素膜をマスクとして自己整合的に、イオンド
ーピング法(プラズマドーピング法とも言う)によっ
て、活性層領域(ソース/ドレイン、チャネルを構成す
る)にN導電型を付与する不純物(ここでは燐)を添加
した。ドーピングガスとして、フォスフィン(PH3 )
を用い、加速電圧を60〜90kV、例えば80kVと
した。ドーズ量は1×1015〜8×1015cm-2、例え
ば、5×1015cm-2とした。この結果、N型の不純物
領域506と507が形成された。After the silicon oxide film 504 is formed by thermal oxidation, the substrate is placed in an atmosphere of dinitrogen monoxide (1 atm, 100 atm).
%), And annealed at 600 ° C. for 2 hours. (Fig. 5 (B))
Subsequently, a thickness of 3000 to 8 is obtained by a low pressure CVD method.
000Å, for example, 6000Å polycrystalline silicon (0.01 to
(Containing 0.2% phosphorus). Then, the silicon film was patterned to form a gate electrode 505. Further, by using the silicon film as a mask, an impurity (phosphorus in this case) which imparts N conductivity type to the active layer region (which constitutes a source / drain and a channel) is self-aligned by an ion doping method (also referred to as plasma doping method). ) Was added. Phosphine (PH 3 ) as doping gas
And the acceleration voltage was set to 60 to 90 kV, for example, 80 kV. The dose amount was set to 1 × 10 15 to 8 × 10 15 cm −2 , for example, 5 × 10 15 cm −2 . As a result, N-type impurity regions 506 and 507 were formed.
【0049】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行った。レーザー光としては、KrFエキシマレーザ
ー(波長248nm、パルス幅20nsec)を用いた
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が200〜400mJ/cm2 、
例えば250mJ/cm2 とし、一か所につき2〜10
ショット、例えば2ショット照射した。このレーザー光
の照射時に基板を200〜450℃程度に加熱すること
によって、効果を増大せしめてもよい。(図5(C))After that, annealing was performed by irradiation with laser light. As the laser light, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) was used, but another laser may be used. The laser light irradiation conditions are energy density of 200 to 400 mJ / cm 2 ,
For example, 250 mJ / cm 2 and 2 to 10 per place
Shot, for example, 2 shots were irradiated. The effect may be increased by heating the substrate to about 200 to 450 ° C. during the irradiation of the laser light. (Fig. 5 (C))
【0050】また、この工程は、近赤外光によるランプ
アニールによる方法でもよい。近赤外線は非晶質珪素よ
りも結晶化した珪素へは吸収されやすく、1000℃以
上の熱アニールにも匹敵する効果的なアニールを行うこ
とができる。その反面、ガラス基板(遠赤外光はガラス
基板に吸収されるが、可視・近赤外光(波長0.5〜4
μm)は吸収されにくい)へは吸収されにくいので、ガ
ラス基板を高温に加熱することがなく、また短時間の処
理ですむので、ガラス基板の縮みが問題となる工程にお
いては最適な方法であるといえる。Further, this step may be performed by lamp annealing with near infrared light. Near-infrared rays are more easily absorbed by crystallized silicon than by amorphous silicon, and effective annealing comparable to thermal annealing at 1000 ° C. or higher can be performed. On the other hand, a glass substrate (far infrared light is absorbed by the glass substrate, but visible / near infrared light (wavelength 0.5 to 4
(μm) is hard to be absorbed to), so the glass substrate does not have to be heated to a high temperature and can be processed in a short time, so it is an optimal method in the process where shrinkage of the glass substrate is a problem. Can be said.
【0051】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜50
8を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成し
た。この層間絶縁物としてはポリイミドを利用してもよ
い。さらにコンタクトホールを形成して、金属材料、例
えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってTF
Tの電極・配線509、510を形成した。最後に、1
気圧の水素雰囲気で350℃、30分のアニールを行
い、TFTを完成した。(図5(D))Then, a silicon oxide film 50 having a thickness of 6000Å is formed.
8 was formed by the plasma CVD method as an interlayer insulator. Polyimide may be used as the interlayer insulator. Further, a contact hole is formed, and TF is formed by a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum.
T electrodes / wirings 509 and 510 were formed. Finally, 1
The TFT was completed by annealing at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere at atmospheric pressure. (Figure 5 (D))
【0052】上記に示す方法で得られたTFTの移動度
は110〜150cm2 /Vs、S値は0.2〜0.5
V/桁であった。また、同様な方法によってソース/ド
レインにホウ素をドーピングしたPチャネル型TFTも
作製したところ、移動度は90〜120cm2 /Vs、
S値は0.4〜0.6V/桁であり、公知のPVD法や
CVD法によってゲイト絶縁膜を形成した場合に比較し
て、移動度は2割以上高く、S値は20%以上も減少し
た。また、信頼性の面からも、本実施例で作製されたT
FTは1000℃の高温熱酸化によって作製されたTF
Tにひけをとらない良好な結果を示した。The TFT obtained by the above method has a mobility of 110 to 150 cm 2 / Vs and an S value of 0.2 to 0.5.
It was V / digit. Further, when a P-channel TFT in which the source / drain is doped with boron was manufactured by the same method, the mobility was 90 to 120 cm 2 / Vs,
The S value is 0.4 to 0.6 V / digit, and the mobility is 20% or more higher than the case where the gate insulating film is formed by the known PVD method or the CVD method, and the S value is 20% or more. Diminished. In addition, in terms of reliability, the T
FT is a TF produced by high temperature thermal oxidation at 1000 ° C.
It showed good results comparable to T.
【0053】〔実施例4〕本実施例はアクティブマトリ
クス型の液晶表示装置に本発明を利用する場合の例を示
す。図6のアクティブマトリクス型の液晶表示装置の一
方の基板の概要を示した上面図を示す。[Embodiment 4] This embodiment shows an example in which the present invention is applied to an active matrix type liquid crystal display device. FIG. 7 is a top view showing an outline of one substrate of the active matrix type liquid crystal display device of FIG. 6.
【0054】図において、61はガラス基板であり、6
2はマトリクス状に構成された画素領域であり、画素領
域には数百×数百の画素が形成されている。この画素の
一つ一つにはスイッチング素子としてTFTが配置され
ている。この画素領域のTFTを駆動するためのドライ
バーTFTが配置されているのが周辺ドライバー領域6
2である。画素領域63とドライバー領域62とは同一
基板61上に一体かされて形成されている。In the figure, 61 is a glass substrate, and 6
Reference numeral 2 is a pixel region configured in a matrix, and several hundreds × several hundreds of pixels are formed in the pixel region. A TFT is arranged as a switching element in each of the pixels. The driver TFT for driving the TFT in this pixel area is arranged in the peripheral driver area 6
It is 2. The pixel region 63 and the driver region 62 are integrally formed on the same substrate 61.
【0055】ドライバー領域62に配置されるTFTは
大電流を流す必要があり、高い移動度が必要とされる。
また、画素領域63に配置されるTFTは画素電極の電
荷を保持率を固める必要があるので、オフ電流(リーク
電流)が少ない特性が必要とされる。例えば、画素領域
63に配置されるTFTは、ニッケルを用いないで単な
るレーザー結晶化によって得られるTFTを用いてもよ
い。この場合には、ニッケル添加した周辺の結晶化と同
じエネルギーでレーザーアニールを行うこととなる。こ
のように低いエネルギーで結晶化せしめたニッケルを用
いない結晶性珪素膜は、ニッケルを用いた場合に比較
し、結晶性が悪い為、モビリティは低いが、総じてオフ
電流が低いという特徴を有し、画素として用いる場合に
は特に問題が生じない。The TFT arranged in the driver region 62 needs to flow a large current, and high mobility is required.
Further, since the TFT arranged in the pixel region 63 needs to have a fixed retention rate for the charge of the pixel electrode, a characteristic that the off current (leakage current) is small is required. For example, the TFT arranged in the pixel region 63 may be a TFT obtained by simple laser crystallization without using nickel. In this case, laser annealing is performed with the same energy as the crystallization of the periphery to which nickel is added. Such a crystalline silicon film that does not use nickel and is crystallized with low energy has poor crystallinity as compared with the case of using nickel, and thus has low mobility but generally has low off-current. When used as a pixel, no particular problem occurs.
【0056】[0056]
【効果】触媒元素を導入して低温で短時間で結晶化させ
た結晶性珪素膜を用いて、半導体装置を作製すること
で、生産性が高く、特性のよいデバイスを得ることがで
きる。[Effect] By manufacturing a semiconductor device using a crystalline silicon film in which a catalytic element is introduced and crystallized at low temperature in a short time, a device with high productivity and excellent characteristics can be obtained.
【図1】 実施例の工程を示すFIG. 1 shows a process of an example.
【図2】 半導体装置の作製装置を示す。FIG. 2 illustrates a semiconductor device manufacturing apparatus.
【図3】 半導体装置の作製装置を示す。FIG. 3 illustrates a manufacturing device of a semiconductor device.
【図4】 実施例の作製工程を示す。FIG. 4 shows a manufacturing process of an example.
【図5】 実施例の作製工程を示す。FIG. 5 shows a manufacturing process of an example.
【図6】 実施例の構成を示す。FIG. 6 shows a configuration of an example.
11・・・・ガラス基板 12・・・・非晶質珪素膜 13・・・・酸化珪素膜 14・・・・ニッケルを含有した酢酸溶液膜 15・・・・ズピナー 21・・・・マスク用酸化珪素膜 20・・・・酸化珪素膜 11 ... Glass substrate 12 ... Amorphous silicon film 13 ··· Silicon oxide film 14 ... Acetic acid solution film containing nickel 15 ... Zpiner 21..Silicon oxide film for mask 20 ... Silicon oxide film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F052 AA11 AA17 BB07 CA02 DA02 DB03 EA02 EA15 FA06 FA24 JA01 5F110 AA01 BB01 CC02 DD02 DD13 EE03 EE09 EE34 EE44 EE45 FF02 FF04 FF22 FF26 GG02 GG13 GG45 GG58 HJ01 HJ12 HJ23 HL01 HL03 HL11 HM14 NN02 NN03 NN23 NN72 PP10 PP23 PP34 PP35 QQ24 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F-term (reference) 5F052 AA11 AA17 BB07 CA02 DA02 DB03 EA02 EA15 FA06 FA24 JA01 5F110 AA01 BB01 CC02 DD02 DD13 EE03 EE09 EE34 EE44 EE45 FF02 FF04 FF22 FF26 GG02 GG13 GG45 GG58 HJ01 HJ12 HJ23 HL01 HL03 HL11 HM14 NN02 NN03 NN23 NN72 PP10 PP23 PP34 PP35 QQ24
Claims (3)
晶質珪素膜とを成膜する第1の処理室と、 前記成膜された基板を大気に曝すことなく連続して熱処
理して水素出しを行う第2の処理室と、 前記水素出しが行われた基板に連続して窒化珪素膜を成
膜する第3の処理室と、 前記第1の処理室と前記第2の処理室と前記第3の処理
室とに共通して接続された共通室と、を有し、 前記第1の処理室、前記第2の処理室及び前記第3の処
理室は密閉された構造を有し、 前記共通室は基板を搬送する手段を有し、 前記第2の処理室において基板を熱処理した後、各処理
室において処理を行うことを特徴とする半導体装置の作
製装置。1. A first processing chamber for forming a silicon oxide film and an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and the substrate thus formed is continuously heat-treated without being exposed to the atmosphere. A second treatment chamber for performing hydrogen discharge by means of a hydrogen treatment, a third treatment chamber for continuously forming a silicon nitride film on the substrate subjected to hydrogen discharge, the first treatment chamber and the second treatment. Chamber and a common chamber commonly connected to the third processing chamber, wherein the first processing chamber, the second processing chamber and the third processing chamber have a sealed structure. An apparatus for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the common chamber has means for transferring a substrate, and the substrate is heat-treated in the second processing chamber and then processed in each processing chamber.
記第2の処理室及び前記第3の処理室は、それぞれ独立
に真空ポンプによる真空引きを行う手段を有しているこ
とを特徴とする半導体装置の作製装置。2. The method according to claim 1, wherein the first processing chamber, the second processing chamber, and the third processing chamber each have a means for independently performing vacuuming by a vacuum pump. Characteristic semiconductor device manufacturing apparatus.
いて、複数の基板を同時に加熱処理することを特徴とす
る半導体装置の作製装置。3. A semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 1, wherein a plurality of substrates are simultaneously heat-treated in the second processing chamber.
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KR100806042B1 (en) | 2006-08-31 | 2008-02-26 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Apparatus of fabricating semiconductor device and fabricating method of semiconductor device using the same |
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- 2002-05-22 JP JP2002148142A patent/JP4011404B2/en not_active Expired - Fee Related
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