JP2003264199A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device

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JP2003264199A
JP2003264199A JP2003035364A JP2003035364A JP2003264199A JP 2003264199 A JP2003264199 A JP 2003264199A JP 2003035364 A JP2003035364 A JP 2003035364A JP 2003035364 A JP2003035364 A JP 2003035364A JP 2003264199 A JP2003264199 A JP 2003264199A
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JP
Japan
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film
island
crystalline silicon
shaped crystalline
silicon film
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Withdrawn
Application number
JP2003035364A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroki Adachi
広樹 安達
Akira Takeuchi
晃 武内
Takeshi Fukada
武 深田
Hiroshi Uehara
弘 上原
Yasuhiko Takemura
保彦 竹村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a gate insulating film without exerting an influence on a substrate material in a process for manufacturing a semiconductor device with superior characteristics, reliability, and yield by using a crystalline silicon film. <P>SOLUTION: A base film is formed on a substrate by a plasma CVD method, and an island-shaped crystalline silicon film is formed on the base film. While the substrate is heated at a temperature not more than a distortion temperature, the island-shaped crystalline silicon film is annealed by heat under an oxidizing atmosphere. A gate insulating film is formed on the island-shaped crystalline silicon film by a plasma CVD method, and a gate electrode is formed on the gate insulating film. In this case, a thermal oxide film is formed on the surface of the island-shaped crystalline silicon film by annealing by heat, and the gate insulating film is formed on the thermal oxide film. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス等の絶縁基
板、あるいは各種基板上に形成された絶縁性被膜上に設
けられた非単結晶珪素膜を用いた絶縁ゲイト構造を有す
る半導体装置、例えば、薄膜トランジスタ(TFT)や
薄膜ダイオード(TFD)、またはそれらを応用した薄
膜集積回路、特にアクティブ型液晶表示装置(液晶ディ
スプレー)用薄膜集積回路の作製方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having an insulating gate structure using a non-single-crystal silicon film provided on an insulating substrate such as glass or an insulating coating formed on various substrates, for example, The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor (TFT), a thin film diode (TFD), or a thin film integrated circuit using them, particularly a thin film integrated circuit for an active liquid crystal display device (liquid crystal display).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ガラス等の絶縁基板上にTFTを
有する半導体装置、例えば、TFTを画素の駆動に用い
るアクティブ型液晶表示装置やイメージセンサー等が開
発されている。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices having TFTs on an insulating substrate such as glass, for example, active type liquid crystal display devices using TFTs for driving pixels and image sensors have been developed.

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

【0004】これらの珪素膜を用いて絶縁ゲイト構造を
得るには、珪素膜表面に何らかの手段によって界面特性
の優れた絶縁膜を形成する必要があった。例えば、石英
基板のように高温に耐える基板上であれば、熱酸化とい
う手段を用いてゲイト絶縁膜を得ることができた。石英
基板は高価であり、かつ、融点が高いために大面積化が
困難であるということで、融点が低くてより量産性に優
れ、安価な他のガラス材料(例えば、コーニング705
9番)を基板として使用することが望まれた。しかし、
より安価な基板材料を使用した場合には、熱酸化膜を得
るだけの高温に基板が耐えないという問題があった。そ
のため、より低温で形成できる物理的気相成長法(PV
D法、例えばスパッタ法)や化学的気相成長法(CVD
法、例えばプラズマCVD法、光CVD法等)によって
形成される。
In order to obtain an insulating gate structure using these silicon films, it is necessary to form an insulating film having excellent interface characteristics on the surface of the silicon film by some means. For example, if it is on a substrate such as a quartz substrate that can withstand high temperatures, a gate insulating film could be obtained by means of thermal oxidation. Since a quartz substrate is expensive and has a high melting point, and thus it is difficult to increase the area, it is possible to use another glass material (for example, Corning 705) which has a low melting point, is more excellent in mass productivity, and is inexpensive.
It was desired to use # 9) as a substrate. But,
When a cheaper substrate material is used, there is a problem that the substrate cannot withstand the high temperature enough to obtain a thermal oxide film. Therefore, the physical vapor deposition method (PV
D method such as sputtering method and chemical vapor deposition method (CVD
Method such as plasma CVD method or photo CVD method).

【0005】しかしながら、これらPVD法、CVD法
によって作製した絶縁膜はピンホールが多く、また、界
面特性も良くなかった。このため、TFTとした場合の
電界移動度やサブスレシュホールド特性値(S値)が、
良くないという問題点、あるいはゲイト電極のリーク電
流が多く、劣化がひどく、歩留りが低いという問題点が
あった。特にもともと移動度の小さな非晶質珪素を用い
たTFTの場合には、このようなゲイト絶縁膜の特性は
あまり問題とならなかったが、移動度の高い結晶性の珪
素膜を用いたTFTでは、珪素膜自体よりもゲイト絶縁
膜の特性の方が大きな問題となった。
However, the insulating films produced by the PVD method and the CVD method have many pinholes and the interface characteristics are not good. Therefore, when the TFT is used, the electric field mobility and the subthreshold characteristic value (S value) are
There was a problem that it was not good, or that there was a large amount of leakage current in the gate electrode, the deterioration was severe, and the yield was low. In particular, in the case of a TFT using amorphous silicon which originally has low mobility, such characteristics of the gate insulating film did not cause much problem, but in a TFT using a crystalline silicon film having high mobility, However, the characteristics of the gate insulating film are more serious than the silicon film itself.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決する手段を提供するものである。すなわち、結晶
性珪素膜を用いて、特性、信頼性、歩留りに優れたTF
Tの作製方法を提供する場合において、特に基板材料に
影響を与えない条件のもとで、ゲイト絶縁膜の作製方法
やゲイト絶縁膜の構造を提供することを課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides means for solving the above problems. That is, by using a crystalline silicon film, TF excellent in characteristics, reliability and yield is obtained.
In the case of providing the manufacturing method of T, it is an object to provide a manufacturing method of the gate insulating film and a structure of the gate insulating film under conditions that do not particularly affect the substrate material.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

【0007】本発明は、酸素や酸化窒素、オゾン等の酸
化雰囲気のなかで、島状の結晶性珪素膜に基板材料に対
して影響を与えない波長、持続時間の強光を照射し、あ
るいは、基板材料に対して影響を与えない温度で島状の
結晶性珪素膜を熱アニールすることによって、その表面
に薄い酸化珪素膜(熱酸化膜)を形成し、さらに、これ
を覆って、公知のPVD法、CVD法で厚い絶縁膜を形
成し、所望の厚さのゲイト絶縁膜とすることを特徴とす
る。
According to the present invention, the island-shaped crystalline silicon film is irradiated with strong light having a wavelength and a duration that do not affect the substrate material in an oxidizing atmosphere of oxygen, nitrogen oxide, ozone, or the like, or By thermally annealing the island-shaped crystalline silicon film at a temperature that does not affect the substrate material, a thin silicon oxide film (thermal oxide film) is formed on the surface of the island-shaped crystalline silicon film. Is characterized in that a thick insulating film is formed by the PVD method or the CVD method to obtain a gate insulating film having a desired thickness.

【0008】本発明において、光を照射する場合には、
例えば、近赤外光から可視光にかけての光、好ましくは
波長が4μm〜0.5μmの光(例えば波長1.3μm
にピークを有する赤外光)を用いる場合には、10〜1
000秒程度の比較的短い時間照射し、珪素膜の表面の
温度を900〜1200℃に上昇させることが望まし
い。この波長の光は、珪素膜には吸収され、基板では実
質的に吸収されないので、上記の照射時間であれば、基
板に影響を与えずに、珪素膜のみを選択的に加熱でき
る。
In the present invention, when irradiating with light,
For example, light from near-infrared light to visible light, preferably light having a wavelength of 4 μm to 0.5 μm (for example, wavelength 1.3 μm
Infrared light having a peak at 10) to 10 to 1
It is desirable to raise the temperature of the surface of the silicon film to 900 to 1200 ° C. by performing irradiation for a relatively short time of about 000 seconds. Light of this wavelength is absorbed by the silicon film and is not substantially absorbed by the substrate, so that the silicon film alone can be selectively heated during the above irradiation time without affecting the substrate.

【0009】波長がより短い紫外線を用いる場合には、
珪素膜だけでなく、多くの基板材料にも吸収されるの
で、最適な光の持続時間はより短くなる。例えば、24
8nmの波長では1μsec以下とすることが望まれ
る。それより長い時間の照射をおこなえば、基板にも相
当な量の光が吸収され、基板に変形をもたらす。このよ
うに、極めて短時間の光の照射においては瞬間的に珪素
膜表面の温度が1000℃を越えるような高温となるよ
うな光量を選択する必要がある。また、瞬間的な温度上
昇と下降であるので、1回の照射では酸化が十分に進行
しないので、複数回の照射をおこなうことが必要であ
る。この場合、得られる酸化膜の厚さは照射回数に依存
する。紫外線を光源として、このような極めて短い時間
の照射をおこなうには、エキシマーレーザーのようなパ
ルス発振レーザーを用いるのが理想的である。各種エキ
シマーレーザーはパルス幅が100nsec以下であ
る。また、本発明においては強光を照射する際に基板温
度を最高600℃、好ましくは、400℃まで上昇させ
てもよい。
When using ultraviolet light having a shorter wavelength,
Not only the silicon film is absorbed by many substrate materials, but the optimal light duration is shorter. For example, 24
It is desired to be 1 μsec or less at a wavelength of 8 nm. If irradiation is performed for a longer time than that, a considerable amount of light is also absorbed in the substrate, and the substrate is deformed. As described above, it is necessary to select the amount of light such that the temperature of the surface of the silicon film instantaneously becomes a high temperature exceeding 1000 ° C. in the irradiation of light for an extremely short time. In addition, since the temperature rises and falls instantaneously, the oxidation does not proceed sufficiently with one irradiation, so it is necessary to perform the irradiation a plurality of times. In this case, the thickness of the obtained oxide film depends on the number of times of irradiation. Ideally, a pulsed laser such as an excimer laser is used to perform irradiation in such an extremely short time using ultraviolet light as a light source. The pulse width of various excimer lasers is 100 nsec or less. Further, in the present invention, the substrate temperature may be raised up to 600 ° C., preferably 400 ° C., when irradiating strong light.

【0010】また、本発明において、熱アニールをおこ
なう場合には、基板にソリや縮み等の影響を与えない温
度でおこなうことが望ましく、具体的には、400〜7
00℃、好ましくは500〜600℃の中温の条件でお
こなうことが望ましい。一般的には基板の歪み温度(歪
み点)以下でおこなうべきであるが、予め基板に熱的な
処置をほどこして、内部の歪みエネルギーを開放してお
くことによって、歪み温度以上でも縮みを十分に小さく
できるので、このような場合には歪み温度以上の温度で
あってもかまわない。上記の強光の照射あるいは熱アニ
ール後にPVD法やCVD法によって成膜される絶縁膜
は一般的には酸化珪素膜であるが、窒化珪素膜や酸化窒
化珪素膜であってもよい。
Further, in the present invention, when the thermal annealing is performed, it is desirable that the thermal annealing is performed at a temperature at which the substrate is not affected by warping, shrinkage or the like.
It is desirable to carry out at a medium temperature condition of 00 ° C, preferably 500 to 600 ° C. Generally, it should be performed below the strain temperature (strain point) of the substrate, but by thermally treating the substrate in advance to release the internal strain energy, sufficient shrinkage can be achieved above the strain temperature. Since it can be made extremely small, in this case, the temperature may be higher than the strain temperature. The insulating film formed by the PVD method or the CVD method after the above intense light irradiation or thermal annealing is generally a silicon oxide film, but may be a silicon nitride film or a silicon oxynitride film.

【0011】本発明に用いられる結晶性珪素膜の作製方
法は、レーザーやそれと同等な強光の照射による結晶
化、あるいは熱アニールによる結晶化いずれでも採用で
きる。特に、熱アニールによる場合で、ニッケル等の結
晶化を助長せしめる金属元素を用いて、通常の固相成長
温度よりも低温で結晶化を行う方法を採用した場合に
は、本発明は新たな効果を生じる。結晶化を助長させる
元素としては、8族元素であるFe、Co、Ni、R
u、Rh、Pd、Os、Ir、Ptを用いることができ
る。また3d元素であるSc、Ti、V、Cr、Mn、
Cu、Znも利用することができる。さらに、実験によ
れば、Au、Ag、においても結晶化の作用が確認され
ている。特に上記元素の中で、顕著な効果が得られ、そ
の作用で結晶化した結晶性珪素膜を用いてTFTの動作
が確認されているのがNiである。
As the method for producing the crystalline silicon film used in the present invention, either crystallization by irradiation of laser or strong light equivalent thereto or crystallization by thermal annealing can be adopted. In particular, in the case of thermal annealing, when a method of performing crystallization at a temperature lower than the normal solid-phase growth temperature by using a metal element that promotes crystallization such as nickel, the present invention has a new effect. Cause Fe, Co, Ni and R, which are Group 8 elements, are used as elements that promote crystallization.
u, Rh, Pd, Os, Ir and Pt can be used. Also, 3d elements such as Sc, Ti, V, Cr, Mn,
Cu and Zn can also be used. Further, according to the experiment, the crystallization effect is confirmed also in Au and Ag. In particular, among the above elements, Ni has a remarkable effect, and the operation of the TFT has been confirmed by using the crystalline silicon film crystallized by the action.

【0012】これらの金属を添加された珪素膜は針状に
結晶が成長することが観察されている。しかしながら、
全面が結晶化してしまうわけではなく、結晶と結晶の間
に非晶質もしくはそれと同程度の結晶性の低い領域が取
り残される。このような金属元素の添加された珪素膜は
針状に結晶が成長し、その幅も被膜の厚さの0.5〜2
倍であり、さらに<111>方向の成長方向でなく、幅
方向、すなわち結晶の側面への成長は少ない。このた
め、前記非晶質領域は長時間のアニールでも結晶化せ
ず、これをTFTに用いた場合には特性の劣化が問題と
なった。ところが、上記の強光を照射する方法を採用し
た場合には、光エネルギーの一部が結晶成長にも使用さ
れ、結晶の側面への成長が促進される。このため、緻密
な結晶性珪素膜が得られる。また、強光を照射したの
ち、再び、熱アニールすることにより、より結晶性を改
善せしめてもよい。また、このような強光照射と熱アニ
ールを複数回繰り返してもよい。
It has been observed that crystals grow like needles in the silicon film to which these metals are added. However,
The entire surface is not crystallized, and an amorphous region or a region of low crystallinity equivalent thereto is left between the crystals. In such a silicon film to which a metal element is added, crystals grow like needles, and the width thereof is 0.5 to 2 times the thickness of the film.
In addition, the growth is not in the <111> direction but in the width direction, that is, the growth on the side surface of the crystal is small. Therefore, the amorphous region does not crystallize even if it is annealed for a long time, and when this is used for a TFT, deterioration of characteristics becomes a problem. However, when the above method of irradiating strong light is adopted, a part of the light energy is also used for crystal growth, and the growth on the side surface of the crystal is promoted. Therefore, a dense crystalline silicon film can be obtained. Further, the crystallinity may be further improved by irradiating strong light and then performing thermal annealing again. Further, such intense light irradiation and thermal annealing may be repeated a plurality of times.

【0013】強光を照射して、あるいは中温でのアニー
ルによって得られる熱酸化膜の厚さは、20〜200
Å、代表的には100Åであるが、公知のPVD法、C
VD法による膜とは異なり、ピンホールのない非常に緻
密で均一な厚さの膜である。また、珪素膜との界面も理
想的な状態である。この熱酸化膜の上にさらに厚い絶縁
膜、代表的には酸化珪素膜を重ねるのであるから、ピン
ホールに起因するリーク電流は小さく、歩留りも向上す
る。
The thickness of the thermal oxide film obtained by irradiating strong light or annealing at a medium temperature is 20 to 200.
Å, typically 100 Å, but known PVD method, C
Unlike the film formed by the VD method, it is a film that is very dense and has a uniform thickness without pinholes. The interface with the silicon film is also in an ideal state. Since a thicker insulating film, typically a silicon oxide film, is stacked on this thermal oxide film, the leak current due to the pinhole is small and the yield is improved.

【0014】また、珪素膜との界面が良好であるので、
TFTとした場合の各種特性値が向上し、信頼性も高
い。特に図5(A)に示すように、従来のTFTプロセ
スにおいては、島状珪素膜を作製した際に、オーバーエ
ッチによって珪素膜の端に空孔が生じた。特に下地膜が
柔らかい(エッチングレートが大きい)場合には、顕著
であった。そして、従来のPVD法やCVD法ではこの
空孔をうまく埋めきれず、クラック等によってリーク電
流が発生することが多かった。(図5(B))しかし、
本発明においては、珪素膜の周囲に一様な厚さのピンホ
ール等のない熱酸化膜が形成されるので上記のようなク
ラックが生じても、使用上はほとんど問題がない。(図
5(C))
Since the interface with the silicon film is good,
When TFT is used, various characteristic values are improved and reliability is high. In particular, as shown in FIG. 5 (A), in the conventional TFT process, when the island-shaped silicon film was formed, overetching caused holes at the edges of the silicon film. This was particularly noticeable when the base film was soft (the etching rate was high). In addition, the conventional PVD method and the CVD method were not able to satisfactorily fill these holes, and a leak current was often generated due to cracks or the like. (Fig. 5 (B)) However,
In the present invention, since a thermally-oxidized film having a uniform thickness and having no pinholes is formed around the silicon film, even if the above crack occurs, there is almost no problem in use. (Fig. 5 (C))

【0015】[0015]

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

【0016】図1に本実施例の作製工程の断面図を示
す。まず、基板(コーニング7059)101上にスパ
ッタリング法によって厚さ2000Åの酸化珪素の下地
膜102を形成した。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(本発明の赤外光照
射および熱アニールによる酸化工程を含む)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、0.1〜1.0℃/分、好ましくは、0.
1〜0.3℃/分で徐冷し、450〜590℃まで温度
が低下した段階で取り出すとよい。
FIG. 1 shows a cross-sectional view of the manufacturing process of this embodiment. First, a 2000-Å-thick silicon oxide base film 102 was formed on a substrate (Corning 7059) 101 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. Substrate shrinkage is small in the accompanying steps (including the infrared light irradiation of the present invention and the oxidation step by thermal annealing), and mask alignment is ready. For Corning 7059 substrates, after annealing at 620-660 ° C for 1-4 hours, 0.1-1.0 ° C / min, preferably 0.
It is advisable to perform slow cooling at 1 to 0.3 ° C./min and take out when the temperature has dropped to 450 to 590 ° C.

【0017】次に、プラズマCVD法によって、厚さ5
00〜1500Å、例えば1000Åの真性(I型)の
非晶質珪素膜を成膜した。そして、窒素不活性雰囲気化
(大気圧)、600℃、48時間アニールして結晶化さ
せ、珪素膜を10〜1000μmの大きさにパターニン
グして、島状の珪素膜(TFTの活性層)103を形成
した。そして、酸素雰囲気中で、0.5〜4μmここで
は0.8〜1.4μmにピークをもつ赤外光を30〜1
80秒照射し、活性層103の表面に酸化珪素膜104
を形成した。雰囲気に0.1〜10%のHClを混入し
てもよかった。(図1(A))
Next, a thickness of 5 is obtained by the plasma CVD method.
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film having a thickness of 00 to 1500 Å, for example 1000 Å, was formed. Then, it is annealed in a nitrogen-inert atmosphere (atmospheric pressure) at 600 ° C. for 48 hours to be crystallized, and the silicon film is patterned into a size of 10 to 1000 μm to form an island-shaped silicon film (active layer of TFT) 103. Was formed. Then, in an oxygen atmosphere, infrared light having a peak at 0.5 to 4 μm, here 0.8 to 1.4 μm, is added to 30 to 1
Irradiate for 80 seconds, and the silicon oxide film 104 is formed on the surface of the active layer 103.
Was formed. It was acceptable to mix 0.1-10% HCl in the atmosphere. (Fig. 1 (A))

【0018】赤外線の光源としてはハロゲンランプを用
いた。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
整した。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
ードバックさせた。本実施例では、昇温・降温は、図4
(A)もしくは(B)のようにおこなった。昇温は、一
定で速度は50〜200℃/秒、降温は自然冷却で20
〜100℃であった。
A halogen lamp was used as the infrared light source. The intensity of infrared light was adjusted so that the temperature on the monitor single crystal silicon wafer was between 900 and 1200 ° C. Specifically, the temperature of the thermocouple embedded in the silicon wafer was monitored and fed back to the infrared light source. In this embodiment, the temperature rising / falling temperature is as shown in FIG.
It carried out like (A) or (B). The temperature rise is constant, the speed is 50 to 200 ° C / sec, and the temperature fall is 20 by natural cooling.
Was ~ 100 ° C.

【0019】図4(A)は一般的な温度サイクルで、昇
温時間a、保持時間b、降温時間cの3つの過程からな
る。しかし、この場合には試料は室温から1000℃も
の高温へ、さらに高温状態から室温へと急激に加熱・冷
却されるので、珪素膜や基板に与える影響が大きく、珪
素膜の剥離の可能性も高い。この問題を解決するために
は、図4(B)のように、保持に達する前に、プレヒー
ト時間dやポストヒート時間fを設け、保持時間に達す
る前に200〜500℃の基板や膜に大きな影響を与え
ない温度に保持しておくことが望ましい。
FIG. 4A shows a general temperature cycle, which is composed of three processes of a temperature raising time a, a holding time b, and a temperature lowering time c. However, in this case, since the sample is rapidly heated and cooled from room temperature to a temperature as high as 1000 ° C., and further from a high temperature state to room temperature, it has a great influence on the silicon film and the substrate, and the silicon film may be peeled off. high. In order to solve this problem, as shown in FIG. 4B, a preheat time d or a postheat time f is provided before reaching the holding time, and a substrate or a film at 200 to 500 ° C. is provided before reaching the holding time. It is desirable to keep the temperature so that it does not have a great influence.

【0020】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。そして、珪素膜中の欠陥や不体結合
手を減少させるのにも非常に効果がある。この赤外光照
射によって形成された酸化珪素104の厚さは50〜1
50Åであった。
Since this infrared light irradiation selectively heats the silicon film, the heating of the glass substrate can be minimized. And it is also very effective in reducing defects and intangible bonds in the silicon film. The thickness of the silicon oxide 104 formed by this infrared light irradiation is 50 to 1
It was 50Å.

【0021】つぎにプラズマCVD法によって厚さ10
00Åの酸化珪素膜105をゲイト絶縁膜として成膜し
た。CVDの原料ガスとしてはTEOS(テトラ・エト
キシ・シラン、Si(OC2 5 4 )と酸素を用い、
成膜時の基板温度は300〜550℃、例えば400℃
とした。(図1(B))
Next, a thickness of 10 is obtained by the plasma CVD method.
A 00Å silicon oxide film 105 was formed as a gate insulating film. TEOS (tetra-ethoxy-silane, Si (OC 2 H 5 ) 4 ) and oxygen are used as source gases for CVD,
The substrate temperature during film formation is 300 to 550 ° C., for example 400 ° C.
And (Fig. 1 (B))

【0022】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ6000〜8000Å、例えば6000Åのアルミ
ニウム(0.01〜0.2%のスカンジウムを含む)を
成膜した。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極106、108を形成した。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107、109を形成した。この陽極酸化は、酒
石酸が1〜5%含まれたエチレングリコール溶液中で行
った。得られた酸化物層107、109の厚さは200
0Åであった。なお、この酸化物107と109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。
Subsequently, by the sputtering method,
A film of aluminum (containing 0.01 to 0.2% scandium) having a thickness of 6000 to 8000Å, for example, 6000Å was formed. Then, the aluminum film was patterned to form the gate electrodes 106 and 108. Further, the surface of the aluminum electrode was anodized to form oxide layers 107 and 109 on the surface. This anodic oxidation was performed in an ethylene glycol solution containing 1-5% tartaric acid. The thickness of the obtained oxide layers 107 and 109 is 200.
It was 0Å. Since the oxides 107 and 109 have a thickness to form the offset gate region in the subsequent ion doping process, the length of the offset gate region can be determined in the anodizing process.

【0023】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106とその周囲の酸化層107、ゲイト
電極108とその周囲の酸化層109をマスクとして、
自己整合的にPもしくはN導電型を付与する不純物を添
加した。ドーピングガスとして、フォスフィン(P
3 )およびジボラン(B 2 6 )を用い、前者の場合
は、加速電圧を60〜90kV、例えば80kV、後者
の場合は、40〜80kV、例えば65kVとする。ド
ース量は1×1015〜8×1015cm-2、例えば、燐を
5×1015cm-2、ホウ素を2×1015とした。ドーピ
ングに際しては、一方の領域をフォトレジストで覆うこ
とによって、それぞれの元素を選択的にドーピングし
た。この結果、N型の不純物領域113と115、P型
の不純物領域110と112が形成され、Pチャネル型
TFT(PTFT)の領域とNチャネル型TFT(NT
FT)との領域を形成することができた。
Next, an ion doping method (plasma doping)
The active layer region (source / drain
Rain, which constitutes the channel),
The gate electrode 106 and the oxide layer 107 around it, the gate
Using the electrode 108 and the oxide layer 109 around it as a mask,
Add impurities that impart P or N conductivity type in a self-aligning manner.
Added As a doping gas, phosphine (P
H3) And diborane (B 2H6), The former case
Is an acceleration voltage of 60 to 90 kV, for example 80 kV, the latter
In the case of, it is set to 40 to 80 kV, for example, 65 kV. Do
1 x 1015~ 8 × 1015cm-2, For example, phosphorus
5 x 1015cm-2, Boron 2 × 1015And Dopi
When coating, cover one area with photoresist.
By selectively doping each element with
It was As a result, the N type impurity regions 113 and 115, the P type
Impurity regions 110 and 112 of the
TFT (PTFT) area and N-channel TFT (NT
It was possible to form a region with FT).

【0024】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1(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. 1 (C))

【0025】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.

【0026】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜11
6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117、118、119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を相補型に構成した半導体回路を完成
した。(図1(D))
Subsequently, a silicon oxide film 11 having a thickness of 6000Å
6 was formed as an interlayer insulator by the plasma CVD method. 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 117, 118, and 119 were formed. Finally, annealing was carried out at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere of 1 atm to complete a semiconductor circuit having a complementary TFT structure. (Fig. 1 (D))

【0027】上記に示す回路は、PTFTとNTFTと
を相補型に設けたCMOS構造であるが、上記工程にお
いて、2つのTFTを同時に作り、中央で切断すること
により、独立したTFTを2つ同時に作製することも可
能である。本実施例で得られたTFTの特性に関して
は、NTFTの移動度は110〜150cm2 /Vs、
S値は0.2〜0.5V/桁、PTFTの移動度は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
値は半減した。
The circuit shown above has a CMOS structure in which PTFT and NTFT are provided in a complementary type, but in the above process, two independent TFTs are simultaneously formed by simultaneously forming two TFTs and cutting them at the center. It is also possible to produce. Regarding the characteristics of the TFT obtained in this example, the mobility of NTFT is 110 to 150 cm 2 / Vs,
S value is 0.2-0.5V / digit, mobility of PTFT is 90
˜120 cm 2 / Vs, S value is 0.4 to 0.6 V / digit, and the mobility is 20% or more higher than that in the case where the gate insulating film is formed by the known PVD method or CVD method.
The value was halved.

【0028】〔実施例2〕本実施例も相補型TFT回路
に関するものである。本実施例の作製工程の概略を図2
に示す。本実施例において、基板201としてはコーニ
ング7059ガラス基板(厚さ1.1mm、300×4
00mm)を使用した。実施例1と同様に最初に640
℃で1時間アニールした後、0.2℃/分で580℃ま
で徐冷した基板を用いた。そして、下地膜202(酸化
珪素)をプラズマCVD法で2000Åの厚さに形成し
た。CVDの原料ガスとしてはTEOSと酸素を用い
た。基板温度は350℃とした。プラズマCVD法の代
わりにスパッタ法でもよい。
[Embodiment 2] This embodiment also relates to a complementary TFT circuit. An outline of the manufacturing process of this embodiment is shown in FIG.
Shown in. In this embodiment, a Corning 7059 glass substrate (thickness 1.1 mm, 300 × 4) is used as the substrate 201.
00 mm) was used. Initially 640 as in Example 1.
A substrate was used, which was annealed at 0 ° C. for 1 hour and then gradually cooled to 580 ° C. at 0.2 ° C./minute. Then, the base film 202 (silicon oxide) was formed to a thickness of 2000 Å by the plasma CVD method. TEOS and oxygen were used as source gases for CVD. The substrate temperature was 350 ° C. A sputtering method may be used instead of the plasma CVD method.

【0029】この後、LPCVD法もしくはプラズマC
VD法で非晶質珪素膜205を500Åの厚さに形成し
た。これをパターニングしてTFTの活性層203を形
成した。そして、450℃で1時間脱水素化を行った
後、レーザー照射によって結晶化させた。レーザーとし
てはKrFエキシマーレーザー(波長248nm)を用
い、エネルギー密度250〜450mJ/cm2 のレー
ザー光を1か所につき、2ショット照射した。レーザー
照射は真空中でおこない、基板の温度は350〜500
℃とした。レーザー照射工程の後、基板を酸素雰囲気で
600℃で1時間アニールした。この結果、活性層の表
面に20〜200Å、代表的には40〜100Åの厚さ
の熱酸化膜204が形成された。(図2(A))
After this, the LPCVD method or plasma C
An amorphous silicon film 205 was formed to a thickness of 500Å by the VD method. This was patterned to form an active layer 203 of the TFT. After dehydrogenation at 450 ° C. for 1 hour, laser irradiation was performed to crystallize. A KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) was used as a laser, and a laser beam having an energy density of 250 to 450 mJ / cm 2 was irradiated at one location for 2 shots. Laser irradiation is performed in vacuum, and the substrate temperature is 350 to 500.
℃ was made. After the laser irradiation step, the substrate was annealed in an oxygen atmosphere at 600 ° C. for 1 hour. As a result, a thermal oxide film 204 having a thickness of 20 to 200Å, typically 40 to 100Å, was formed on the surface of the active layer. (Fig. 2 (A))

【0030】さらにテトラ・エトキシ・シラン(TEO
S)を原料として、酸素雰囲気中のプラズマCVD法に
よって、酸化珪素のゲイト絶縁膜(厚さ70〜120n
m、典型的には120nm)206を形成した。成膜時
にはTEOSに対して流量比で3〜50%のトリクロロ
エチレン(TCE)を添加した。基板温度は350℃と
した。こうしてゲイト絶縁膜205を形成した。(図2
(B))次に厚さ6000Åのアルミニウム膜をスパッ
タ法で形成し、パターニングを行うことによって、ゲイ
ト電極206、208を形成した。そして、実施例1と
同様にゲイト電極の周囲を陽極酸化物207、209で
被覆した。
Further, tetra ethoxy silane (TEO
S) as a raw material by a plasma CVD method in an oxygen atmosphere by a silicon oxide gate insulating film (thickness 70 to 120 n
m, typically 120 nm) 206. During film formation, trichloroethylene (TCE) was added at a flow rate ratio of 3 to 50% with respect to TEOS. The substrate temperature was 350 ° C. Thus, the gate insulating film 205 was formed. (Fig. 2
(B) Next, a gate electrode 206, 208 was formed by forming an aluminum film having a thickness of 6000Å by a sputtering method and performing patterning. Then, in the same manner as in Example 1, the periphery of the gate electrode was covered with anodic oxides 207 and 209.

【0031】その後、N型およびP型の不純物をイオン
ドーピング法で注入し、自己整合的にP型ソース領域2
10、P型ドレイン領域212、N型ソース領域21
3、N型ドレイン領域215、チャネル形成領域21
1、214を形成した。そして、KrFレーザー光を照
射することによって、不純物導入のために結晶性の劣化
した珪素膜の結晶性を改善させた。このときにはレーザ
ー光のエネルギー密度は250〜300mJ/cm2
した。このレーザー照射によって、このTFTのソース
/ドレインのシート抵抗は300〜800Ω/cm2
なった。また、この工程は赤外光のランプアニールによ
って行ってもよい。(図2(C))
After that, N-type and P-type impurities are implanted by an ion doping method to self-align with the P-type source region 2.
10, P-type drain region 212, N-type source region 21
3, N-type drain region 215, channel forming region 21
1, 214 were formed. Then, by irradiating the KrF laser beam, the crystallinity of the silicon film whose crystallinity was deteriorated due to the introduction of impurities was improved. At this time, the energy density of the laser light was set to 250 to 300 mJ / cm 2 . By this laser irradiation, the sheet resistance of the source / drain of this TFT became 300 to 800 Ω / cm 2 . Further, this step may be performed by lamp annealing of infrared light. (Fig. 2 (C))

【0032】その後、酸化珪素またはポリイミドによっ
て層間絶縁物216を形成し、コンタクトホールを形成
して、TFTのソース/ドレイン領域にクロム/アルミ
ニウム多層膜で電極217、218,219を形成し
た。最後に、水素中で200〜400℃で2時間アニー
ルして、水素化をおこなった。このようにして、TFT
を完成した。さらにより耐湿性を向上させるために、全
面に窒化珪素等でパッシベーション膜を形成してもよ
い。(図2(D))
After that, an interlayer insulator 216 was formed from silicon oxide or polyimide, a contact hole was formed, and electrodes 217, 218, and 219 were formed by a chromium / aluminum multilayer film in the source / drain regions of the TFT. Finally, hydrogenation was performed by annealing in hydrogen at 200 to 400 ° C. for 2 hours. In this way, the TFT
Was completed. Further, in order to further improve the moisture resistance, a passivation film may be formed on the entire surface with silicon nitride or the like. (Fig. 2 (D))

【0033】〔実施例3〕図3を用いて、本実施例を説
明する。まずガラス基板301として、コーニング70
59基板を用い、620〜660℃で1〜4時間アニー
ルした後、0.1〜1.0℃/分、好ましくは、0.1
〜0.3℃/分で徐冷し、450〜590℃まで温度が
低下した段階で取り出した。そして、基板上に下地膜3
02を形成し、さらに、プラズマCVD法によって厚さ
300〜800Åのアモルファス(非晶質)珪素膜30
3を成膜した。そして、厚さ1000Åの酸化珪素のマ
スク304を用いて305で示される領域に厚さ20〜
50Åのニッケル膜をスパッタ法で成膜した。ニッケル
膜は連続した膜状でなくともよい。この後、窒素雰囲気
下で500〜620℃、例えば550℃、8時間の加熱
アニールを行い、珪素膜303の結晶化を行った。結晶
化は、ニッケルと珪素膜が接触した領域305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
に結晶成長が進行した。(図3(A))
[Embodiment 3] This embodiment will be described with reference to FIG. First, as the glass substrate 301, Corning 70
After using a 59 substrate and annealing at 620 to 660 ° C. for 1 to 4 hours, 0.1 to 1.0 ° C./min, preferably 0.1
It was slowly cooled at ~ 0.3 ° C / min, and was taken out when the temperature dropped to 450 to 590 ° C. Then, the base film 3 is formed on the substrate.
02, and further, an amorphous silicon film 30 having a thickness of 300 to 800 Å by the plasma CVD method.
3 was deposited. Then, using a silicon oxide mask 304 having a thickness of 1000Å, a thickness of 20 to
A 50Å nickel film was formed by the sputtering method. The nickel film does not have to be a continuous film. After that, the silicon film 303 was crystallized by performing heat annealing at 500 to 620 ° C., for example, 550 ° C. for 8 hours in a nitrogen atmosphere. Crystallization started from a region 305 where the nickel film and the silicon film were in contact with each other, and crystal growth proceeded in a direction parallel to the substrate as indicated by an arrow. (Fig. 3 (A))

【0034】次に、シリコン膜304をパターニングし
て、島状の活性層領域306および307を形成した。
この際、図3(A)で300で示された領域が、ニッケ
ルが直接導入された領域であり、ニッケルが高濃度に存
在する領域である。また、実施例2および3で示したよ
うに結晶成長の先端にも、やはりニッケルが高濃度に存
在する。これらの領域は、その間の結晶化している領域
に比較してニッケルの濃度が1桁近く高いことが判明し
ている。したがって、本実施例においては、活性層領域
306、307はこれらのニッケル濃度の高い領域を避
けてパターニングし、ニッケルの濃度の高い領域は除去
した。そして、ニッケルがほとんど存在しない領域にT
FTの活性層を形成した。活性層のエッチングは垂直方
向に異方性を有するRIE法によって行った。本実施例
の活性層中でのニッケル濃度は、1017〜1019cm-3
程度であった。その後、実施例1と同じ条件で可視・近
赤外光の照射をおこない、活性層306、307の表面
に厚さ50〜150Åの酸化珪素膜308を得るととも
に、先の熱アニールによって結晶化した領域の結晶性を
さらに向上させた。(図3(B))
Next, the silicon film 304 was patterned to form island-shaped active layer regions 306 and 307.
At this time, the region indicated by 300 in FIG. 3A is a region into which nickel is directly introduced, and is a region in which nickel exists in a high concentration. Further, as shown in Examples 2 and 3, nickel also exists in high concentration at the tip of crystal growth. It has been found that the nickel concentration in these regions is higher than that of the crystallized regions by almost one digit. Therefore, in this embodiment, the active layer regions 306 and 307 are patterned while avoiding the regions having high nickel concentration, and the regions having high nickel concentration are removed. And, in the region where nickel is almost absent, T
An active layer of FT was formed. The etching of the active layer was performed by the RIE method having anisotropy in the vertical direction. The nickel concentration in the active layer of this example is 10 17 to 10 19 cm −3.
It was about. Thereafter, irradiation with visible / near infrared light was performed under the same conditions as in Example 1 to obtain a silicon oxide film 308 having a thickness of 50 to 150Å on the surfaces of the active layers 306 and 307, and crystallized by the above thermal annealing. The crystallinity of the region was further improved. (Fig. 3 (B))

【0035】その後、実施例1と同様にゲイト絶縁膜3
09を成膜し(図3(C)、ゲイト電極310、311
を形成し、P型とN型の不純物を導入し(図3
(D))、層間絶縁物312を形成して、これにコンタ
クトホールを形成し、メタル配線313、314、31
5を形成した。(図3(E))
After that, as in the first embodiment, the gate insulating film 3 is formed.
09 (FIG. 3C), and gate electrodes 310 and 311 are formed.
And P-type and N-type impurities are introduced (see FIG.
(D)), an interlayer insulator 312 is formed, a contact hole is formed in this, and metal wirings 313, 314, 31 are formed.
5 was formed. (Fig. 3 (E))

【0036】〔実施例4〕本実施例の工程の概略を図6
に示す。本実施例は、酸化雰囲気において島状珪素膜に
KrFエキシマレーザー光(波長248nm)を照射す
ることによって、その表面に薄い酸化膜を形成するとと
もに、珪素膜の結晶化を促進せしめる工程の例である。
以下、図6を用いて、そのように処理された珪素膜を用
いてアクティブマトリクス回路の画素のスイッチングト
ランジスタを形成する工程について述べる。
[Embodiment 4] An outline of the steps of this embodiment is shown in FIG.
Shown in. This example is an example of a step of irradiating an island-shaped silicon film with KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) in an oxidizing atmosphere to form a thin oxide film on the surface and promote crystallization of the silicon film. is there.
The process of forming the switching transistor of the pixel of the active matrix circuit using the silicon film thus treated will be described below with reference to FIG.

【0037】実施例3と同様に最初に640℃で1時間
アニールした後、0.2℃/分で580℃まで徐冷した
基板601を用いた。基板上には下地膜602(酸化珪
素、厚さ2000Å)、非晶質珪素膜603(厚さ50
0Å)を形成し、また、非晶質珪素膜603の表面には
熱酸化もしくは過酸化水素水等の酸化剤処理によって、
厚さ10〜100Åの酸化珪素膜を形成しておいた。こ
の状態で、スピンコーティング法によって、極めて薄い
酢酸ニッケル層604を形成した。溶媒としては水もし
くはエタノールを用い、酢酸ニッケルの濃度は10〜5
0ppmとした。(図6(A))
As in Example 3, a substrate 601 was used, which was first annealed at 640 ° C. for 1 hour and then gradually cooled to 580 ° C. at 0.2 ° C./min. On the substrate, a base film 602 (silicon oxide, thickness 2000Å), an amorphous silicon film 603 (thickness 50
0 Å) is formed on the surface of the amorphous silicon film 603 by thermal oxidation or treatment with an oxidizing agent such as hydrogen peroxide solution.
A silicon oxide film having a thickness of 10 to 100Å was formed. In this state, an extremely thin nickel acetate layer 604 was formed by spin coating. Water or ethanol is used as the solvent, and the concentration of nickel acetate is 10 to 5
It was set to 0 ppm. (Fig. 6 (A))

【0038】そして、基板を窒素雰囲気で550℃で4
〜8時間アニールした。この結果、ニッケルの結晶化促
進作用によって、非晶質珪素膜603は結晶化した。こ
の結晶化においては、膜の一部に1〜数μmの大きさで
非晶質状態のまま取り残される領域があることが確認さ
れている。
The substrate is then placed in a nitrogen atmosphere at 550 ° C. for 4 hours.
Annealed for ~ 8 hours. As a result, the amorphous silicon film 603 was crystallized by the crystallization promoting action of nickel. In this crystallization, it has been confirmed that a part of the film has a region with a size of 1 to several μm that is left as it is in an amorphous state.

【0039】次に、公知のフォトリソグラフィー法によ
って珪素膜をエッチングし、島状珪素領域605を得
た。珪素膜表面に残存していた酸化膜はこの段階で除去
した。次に、酸素雰囲気に基板を置き、ここに、KrF
エキシマーレーザー光を照射した。照射エネルギー密度
としては250〜450mJ/cm2 、例えば、300
mJ/cm2 とし、1か所に付き10〜50ショットを
照射した。この結果、10〜50Åの厚さの酸化珪素膜
606が得られた。レーザーのエネルギー密度、ショッ
ト数は得るべき酸化珪素膜606の厚さによって選択す
ればよい。また、このレーザー照射の工程によって、上
記の結晶珪素膜中に残留した非晶質領域も結晶し、さら
に、珪素膜の結晶性を改善することができた。この工程
の後で、再び、上記と同じ条件で熱アニールしてもよ
い。(図6(B))
Next, the silicon film was etched by a known photolithography method to obtain island-shaped silicon regions 605. The oxide film remaining on the surface of the silicon film was removed at this stage. Next, the substrate is placed in an oxygen atmosphere, where KrF
Irradiated with excimer laser light. The irradiation energy density is 250 to 450 mJ / cm 2 , for example, 300
It was set to mJ / cm 2, and 10 to 50 shots were irradiated per site. As a result, a silicon oxide film 606 having a thickness of 10 to 50Å was obtained. The energy density of the laser and the number of shots may be selected depending on the thickness of the silicon oxide film 606 to be obtained. In addition, the amorphous region remaining in the crystalline silicon film was crystallized by the laser irradiation step, and the crystallinity of the silicon film could be improved. After this step, thermal annealing may be performed again under the same conditions as above. (Fig. 6 (B))

【0040】つぎにプラズマCVD法によって厚さ12
00Åの酸化珪素膜607をゲイト絶縁膜として成膜し
た。CVDの原料ガスとしてはTEOS(テトラ・エト
キシ・シラン、Si(OC2 5 4 )と酸素を用い、
成膜時の基板温度は300〜550℃、例えば400℃
とした。(図6(C))
Next, the thickness 12 is obtained by the plasma CVD method.
A 00Å silicon oxide film 607 was formed as a gate insulating film. TEOS (tetra-ethoxy-silane, Si (OC 2 H 5 ) 4 ) and oxygen are used as source gases for CVD,
The substrate temperature during film formation is 300 to 550 ° C., for example 400 ° C.
And (Fig. 6 (C))

【0041】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
成膜した。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極608を形成した。
Subsequently, by the sputtering method,
A film of aluminum (containing 0.01 to 0.2% scandium) having a thickness of 3000 to 8000 Å, for example, 6000 Å was formed. Then, the aluminum film was patterned to form a gate electrode 608.

【0042】次に、イオンドーピング法によって、ゲイ
ト電極608をマスクとして、自己整合的にP導電型を
付与する不純物を添加した。ドーピングガスとして、ジ
ボラン(B2 6 )を用い、加速電圧は40〜80k
V、例えば65kVとした。ドーズ量は1×1014〜5
×1015cm-2、例えば、5×1014cm-2とした。こ
の結果、P型の不純物領域609と610が形成され
た。その後、レーザー光の照射によってアニールをおこ
なった。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。
条件等は実施例1と同じとした。(図6(D))
Next, by the ion doping method, using the gate electrode 608 as a mask, impurities that impart the P conductivity type are added in a self-aligning manner. Diborane (B 2 H 6 ) was used as a doping gas, and the acceleration voltage was 40 to 80 k.
V, for example, 65 kV. The dose amount is 1 × 10 14 to 5
It was set to x10 15 cm -2 , for example, 5 x 10 14 cm -2 . As a result, P-type impurity regions 609 and 610 were formed. After that, annealing was performed by irradiation with laser light. A KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) was used as the laser light.
The conditions were the same as in Example 1. (Figure 6 (D))

【0043】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜61
1を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成
し、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、P型不純
物領域609に電極・配線612を形成した。さらに、
プラズマCVD法によって、厚さ2000〜5000
Å、例えば、3000Åの窒化珪素膜613をパッシベ
ーション膜として形成し、これと酸化珪素膜611をエ
ッチングして、不純物領域610にコンタクトホールを
形成した。最後に、透明導電材料であるインディウム錫
酸化物被膜(厚さ1000Å)をスパッタ法によって形
成し、これをエッチングして画素電極614を形成し
た。(図6(E))
Then, a silicon oxide film 61 having a thickness of 6000Å is formed.
1 as an interlayer insulator by a plasma CVD method, contact holes are formed, and a metal material such as
An electrode / wiring 612 was formed in the P-type impurity region 609 by a multilayer film of titanium nitride and aluminum. further,
Thickness of 2000-5000 by plasma CVD method
Å For example, a 3000 Å silicon nitride film 613 was formed as a passivation film, and the silicon oxide film 611 was etched to form a contact hole in the impurity region 610. Finally, an indium tin oxide coating film (thickness 1000 Å) which is a transparent conductive material was formed by a sputtering method, and this was etched to form a pixel electrode 614. (Fig. 6 (E))

【0044】以上の工程によってアクティブマトリクス
回路の画素トランジスタを形成することができた。この
ような素子をマトリクス状に配置すれば、アクティブマ
トリクス回路ができる。本実施例では、レーザーとし
て、KrFエキシマーレーザーを用いたが、その他のレ
ーザーを用いてもよいことはいうまでもない。
The pixel transistors of the active matrix circuit could be formed by the above steps. An active matrix circuit can be formed by arranging such elements in a matrix. Although the KrF excimer laser is used as the laser in this embodiment, it goes without saying that other lasers may be used.

【0045】[0045]

【発明の効果】TFTの活性層となるべき島状の珪素膜
に基板に吸収されない波長の強光を酸化雰囲気中で照射
し、あるいは基板にソリや縮みをもたらさない温度で酸
化雰囲気中でアニールすることによって、活性層の表面
に緻密でピンホールのない、厚さの一様な薄い熱酸化膜
を形成し、さらにこれに公知のCVD法、PVD法によ
って厚い絶縁膜を形成することによって、ゲイト絶縁膜
の特性と信頼性を著しく高めることができた。
The island-shaped silicon film to be the active layer of the TFT is irradiated with strong light having a wavelength not absorbed by the substrate in an oxidizing atmosphere, or annealed in an oxidizing atmosphere at a temperature at which the substrate does not warp or shrink. By forming a dense thermal oxide film of uniform thickness without pinholes on the surface of the active layer, and further forming a thick insulating film by a known CVD method or PVD method, The characteristics and reliability of the gate insulating film could be significantly improved.

【0046】実施例においては相補型のTFT回路のみ
を取り上げたが、アクティブマトリクスに用いられるT
FTにも応用できることは明らかであろう。本発明によ
って、従来は石英のような高価な基板を用いることによ
ってのみ得られていた特性が、より安価な基板において
も得られるようになった。このように本発明は産業上の
利益が大である。
Although only the complementary TFT circuit is taken up in the embodiment, the T used in the active matrix is used.
It will be obvious that it can also be applied to FT. According to the present invention, the characteristics that have been conventionally obtained only by using an expensive substrate such as quartz can be obtained even by a cheaper substrate. As described above, the present invention has great industrial benefits.

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

【図1】 実施例1のTFTの作製工程を示す。1A to 1C show steps of manufacturing a TFT of Example 1. FIG.

【図2】 実施例2のTFTの作製工程を示す。FIG. 2 shows a process of manufacturing a TFT of Example 2.

【図3】 実施例3のTFTの作製工程を示す。FIG. 3 shows a manufacturing process of a TFT of Example 3.

【図4】 実施例1の温度設定例を示す。FIG. 4 shows an example of temperature setting according to the first embodiment.

【図5】 従来のゲイト絶縁膜と本発明のゲイト絶縁膜
の差を示す。
FIG. 5 shows a difference between a conventional gate insulating film and a gate insulating film of the present invention.

【図6】 実施例4のTFTの作製工程を示す。FIG. 6 shows a manufacturing process of a TFT of Example 4.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ガラス基板 102 下地膜(酸化珪素膜) 103 マスク 104 薄い熱酸化膜(酸化珪素) 105 ゲイト絶縁膜(酸化珪素) 106 ゲイト電極(アルミニウム) 107 陽極酸化層(酸化アルミニウム) 108 ゲイト電極 109 陽極酸化層 110 ソース(ドレイン)領域 111 チャネル形成領域 112 ドレイン(ソース)領域 113 ソース(ドレイン)領域 114 チャネル形成領域 115 ドレイン(ソース)領域 116 層間絶縁物 117 電極 118 電極 119 電極 101 glass substrate 102 Base film (silicon oxide film) 103 mask 104 Thin thermal oxide film (silicon oxide) 105 Gate insulating film (silicon oxide) 106 Gate electrode (aluminum) 107 Anodized layer (aluminum oxide) 108 Gate electrode 109 Anodized layer 110 source (drain) region 111 channel formation region 112 Drain (source) region 113 source (drain) region 114 channel formation region 115 drain (source) region 116 Interlayer insulator 117 electrodes 118 electrodes 119 electrodes

───────────────────────────────────────────────────── 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 27/092 H01L 27/08 321B 29/786 29/78 617U (72)発明者 上原 弘 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 竹村 保彦 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 Fターム(参考) 5F048 AC04 BA16 BB04 BC16 BF01 BF02 DA22 5F052 AA02 AA11 AA17 BB07 DA02 DB02 DB03 EA15 FA06 JA01 JA04 5F058 BA04 BD04 BF54 BF55 BF62 BF80 BJ04 5F110 AA01 AA06 AA14 AA17 BB02 BB04 BB10 CC02 DD02 DD13 DD25 EE03 EE06 EE34 EE44 FF02 FF09 FF23 FF30 GG02 GG13 GG25 GG35 GG45 HJ01 HJ04 HJ18 HJ23 HL01 HL03 HL04 HL07 HM14 NN03 NN04 NN23 NN24 NN27 NN35 NN72 PP01 PP02 PP03 PP10 PP13 PP23 PP29 PP31 PP34 PP35 QQ11 QQ24 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 27/092 H01L 27/08 321B 29/786 29/78 617U (72) Inventor Hiroshi Uehara Atsugi City, Kanagawa Prefecture Hase 398 Address, Semiconductor Energy Research Institute, Inc. (72) Inventor Yasuhiko Takemura Yasuhiko Takemura, Atsugi City, Kanagawa Prefecture 398 Hase Conductor Energy Research Institute, F Term (reference) 5F048 AC04 BA16 BB04 BC16 BF01 BF02 DA22 5F052 AA02 AA11 AA17 BB07 DA02 DB02 DB03 EA15 FA06 JA01 JA04 5F058 BA04 BD04 BF54 BF55 BF62 BF80 BJ04 5F110 AA01 AA06 AA14 AA17 BB02 BB04 BB10 CC02 DD02 DD13 DD25 EE03 EE06 HL03 HL04 HL34 HL04 HL34 HL34 HL34 HL34 FF30 GG34 NN23 NN24 NN27 NN35 NN72 PP01 PP02 PP03 PP10 PP13 PP23 PP29 PP31 PP34 PP35 QQ11 QQ24

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ガラス基板上にプラズマCVD法により下
地膜を形成し、 前記下地膜上に島状の結晶性珪素膜を形成し、 前記ガラス基板をその歪み点以下の温度で加熱した状態
で前記島状の結晶性珪素膜を酸化雰囲気中で熱アニール
した後、 前記島状の結晶性珪素膜上にプラズマCVD法によりゲ
イト絶縁膜を形成し、 前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成することを特徴
とする半導体装置の作製方法。
1. An underlayer film is formed on a glass substrate by a plasma CVD method, an island-shaped crystalline silicon film is formed on the underlayer film, and the glass substrate is heated at a temperature below its strain point. After thermally annealing the island-shaped crystalline silicon film in an oxidizing atmosphere, a gate insulating film is formed on the island-shaped crystalline silicon film by a plasma CVD method, and a gate electrode is formed on the gate insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項2】ガラス基板上にプラズマCVD法により酸
化珪素からなる下地膜を形成し、 前記下地膜上に島状の結晶性珪素膜を形成し、 前記ガラス基板をその歪み点以下の温度で加熱した状態
で前記島状の結晶性珪素膜を酸化雰囲気中で熱アニール
した後、 前記島状の結晶性珪素膜上にプラズマCVD法により酸
化珪素からなるゲイト絶縁膜を形成し、 前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、 前記ゲイト絶縁膜を形成する際にTEOSと酸素とを用
いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. A base film made of silicon oxide is formed on a glass substrate by a plasma CVD method, an island-shaped crystalline silicon film is formed on the base film, and the glass substrate is heated at a temperature not higher than its strain point. The island-shaped crystalline silicon film is thermally annealed in an oxidizing atmosphere in a heated state, and then a gate insulating film made of silicon oxide is formed on the island-shaped crystalline silicon film by a plasma CVD method. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a gate electrode on a film, and using TEOS and oxygen when forming the gate insulating film.
【請求項3】ガラス基板上にプラズマCVD法により酸
化珪素からなる下地膜を形成し、 前記下地膜上に島状の結晶性珪素膜を形成し、 前記ガラス基板をその歪み点以下の温度で加熱した状態
で前記島状の結晶性珪素膜を酸素中で熱アニールした
後、 前記島状の結晶性珪素膜上にプラズマCVD法により酸
化珪素からなるゲイト絶縁膜を形成し、 前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、 前記ゲイト絶縁膜を形成する際にTEOSと酸素とを用
いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. A base film made of silicon oxide is formed on a glass substrate by a plasma CVD method, an island-shaped crystalline silicon film is formed on the base film, and the glass substrate is heated at a temperature below its strain point. The island-shaped crystalline silicon film is thermally annealed in a heated state in oxygen, and then a gate insulating film made of silicon oxide is formed on the island-shaped crystalline silicon film by a plasma CVD method. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a gate electrode on the gate electrode, and using TEOS and oxygen when forming the gate insulating film.
【請求項4】ガラス基板上にプラズマCVD法により酸
化珪素からなる下地膜を形成し、 前記下地膜上に島状の結晶性珪素膜を形成し、 前記ガラス基板をその歪み点以下の温度で加熱した状態
で前記島状の結晶性珪素膜を酸化雰囲気中で熱アニール
した後、 前記島状の結晶性珪素膜上にプラズマCVD法により酸
化珪素からなるゲイト絶縁膜を形成し、 前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、 前記下地膜を形成する際にTEOSと酸素とを用いるこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. A base film made of silicon oxide is formed on a glass substrate by a plasma CVD method, an island-shaped crystalline silicon film is formed on the base film, and the glass substrate is heated at a temperature below its strain point. The island-shaped crystalline silicon film is thermally annealed in an oxidizing atmosphere in a heated state, and then a gate insulating film made of silicon oxide is formed on the island-shaped crystalline silicon film by a plasma CVD method. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a gate electrode on a film and using TEOS and oxygen when forming the base film.
【請求項5】ガラス基板上にプラズマCVD法により酸
化珪素からなる下地膜を形成し、 前記下地膜上に島状の結晶性珪素膜を形成し、 前記ガラス基板をその歪み点以下の温度で加熱した状態
で前記島状の結晶性珪素膜を酸素中で熱アニールした
後、 前記島状の結晶性珪素膜上にプラズマCVD法により酸
化珪素からなるゲイト絶縁膜を形成し、 前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、 前記下地膜を形成する際にTEOSと酸素とを用いるこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. A base film made of silicon oxide is formed on a glass substrate by a plasma CVD method, an island-shaped crystalline silicon film is formed on the base film, and the glass substrate is heated at a temperature below its strain point. The island-shaped crystalline silicon film is thermally annealed in a heated state in oxygen, and then a gate insulating film made of silicon oxide is formed on the island-shaped crystalline silicon film by a plasma CVD method. A method of manufacturing a semiconductor device, which comprises forming a gate electrode on top and using TEOS and oxygen when forming the base film.
【請求項6】石英基板を除く絶縁基板上にプラズマCV
D法により下地膜を形成し、 前記下地膜上に島状の結晶性珪素膜を形成し、 前記絶縁基板を400〜700℃の温度で加熱した状態
で前記島状の結晶性珪素膜を酸化雰囲気中で熱アニール
した後、 前記島状の結晶性珪素膜上にプラズマCVD法によりゲ
イト絶縁膜を形成し、 前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成することを特徴
とする半導体装置の作製方法。
6. A plasma CV on an insulating substrate other than a quartz substrate.
A base film is formed by the D method, an island-shaped crystalline silicon film is formed on the base film, and the island-shaped crystalline silicon film is oxidized while the insulating substrate is heated at a temperature of 400 to 700 ° C. After thermal annealing in an atmosphere, a gate insulating film is formed on the island-shaped crystalline silicon film by a plasma CVD method, and a gate electrode is formed on the gate insulating film. .
【請求項7】石英基板を除く絶縁基板上にプラズマCV
D法により下地膜を形成し、 前記下地膜上に島状の結晶性珪素膜を形成し、 前記絶縁基板を400〜700℃の温度で加熱した状態
で前記島状の結晶性珪素膜を酸化雰囲気中で熱アニール
した後、 前記島状の結晶性珪素膜上にプラズマCVD法により酸
化珪素又は酸化窒化珪素からなるゲイト絶縁膜を形成
し、 前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成することを特徴
とする半導体装置の作製方法。
7. Plasma CV on an insulating substrate other than a quartz substrate.
A base film is formed by the D method, an island-shaped crystalline silicon film is formed on the base film, and the island-shaped crystalline silicon film is oxidized while the insulating substrate is heated at a temperature of 400 to 700 ° C. After thermal annealing in an atmosphere, a gate insulating film made of silicon oxide or silicon oxynitride is formed on the island-shaped crystalline silicon film by a plasma CVD method, and a gate electrode is formed on the gate insulating film. A method for manufacturing a characteristic semiconductor device.
【請求項8】請求項1乃至請求項7のいずれか一におい
て、前記熱アニールすることによって前記島状の結晶性
珪素膜の表面に熱酸化膜が形成され、前記ゲイト絶縁膜
は前記熱酸化膜上に形成されることを特徴とする半導体
装置の作製方法。
8. The thermal oxide film according to claim 1, wherein a thermal oxide film is formed on a surface of the island-shaped crystalline silicon film by the thermal annealing, and the gate insulating film is the thermal oxide film. A method for manufacturing a semiconductor device, which is formed on a film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018046140A (en) * 2016-09-14 2018-03-22 株式会社ジャパンディスプレイ Display device and method of manufacturing the same

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