JP2008172150A - Semiconductor device, semiconductor device manufacturing method, liquid crystal display, and polycrystalline silicon film - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which has a film transistor of an excellent electrical characteristic and controls a variation of electrical characteristics among film transistors having a channel zone of the same area, a semiconductor device manufacturing method, a liquid crystal display, and a polycrystalline silicon film. <P>SOLUTION: The semiconductor device has a film transistor in whose channel zone a polycrystalline silicon film is used and where the number of silicon crystal grains included in the channel zone is 2-99. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置、半導体装置の製造方法、液晶表示装置及び多結晶ケイ素膜に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, a semiconductor device manufacturing method, a liquid crystal display device, and a polycrystalline silicon film.

近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させ、その結晶構造を有する半導体膜(以下、結晶性半導体膜という)を形成する技術が広く研究されている。半導体膜の結晶化法としては、ファーネスアニール炉を用いた熱アニール法や、瞬間熱アニール法(RTA法)、又はレーザアニール法などが検討されている。結晶化に際してはこれらの方法の内、いずれか一つまたは複数を組み合わせて行うことが可能である。   In recent years, a technique for crystallizing an amorphous semiconductor film formed over an insulating substrate such as glass and forming a semiconductor film having the crystal structure (hereinafter referred to as a crystalline semiconductor film) has been widely studied. As a semiconductor film crystallization method, a thermal annealing method using a furnace annealing furnace, a rapid thermal annealing method (RTA method), a laser annealing method, or the like has been studied. In crystallization, any one or a combination of these methods can be used.

結晶性半導体膜は、非晶質半導体膜と比較し、非常に高い移動度を有する。このため、この結晶性半導体膜を用いて薄膜トランジスタ(TFT)を形成し、例えば、1枚のガラス基板上に、画素部用、または、画素部用と駆動回路用のTFTを形成したアクティブマトリクス型の液晶表示装置等に利用されている。   A crystalline semiconductor film has very high mobility compared to an amorphous semiconductor film. For this reason, a thin film transistor (TFT) is formed using this crystalline semiconductor film. For example, an active matrix type in which a TFT for a pixel portion or a pixel portion and a drive circuit are formed on a single glass substrate. Are used in liquid crystal display devices.

通常、ファーネスアニール炉で非晶質半導体膜を結晶化させるには、600℃以上で10時間以上の熱処理を必要としていた。この結晶化に適用できる基板材料は石英であるが、石英基板は高価で、特に大面積に加工するのは非常に困難であった。しかし、生産効率を上げるためには基板を大面積化する必要が不可欠であり、近年においては一辺が1mを越えるサイズの基板の使用も考慮されるようになっている。   Usually, in order to crystallize an amorphous semiconductor film in a furnace annealing furnace, a heat treatment at 600 ° C. or more for 10 hours or more is required. The substrate material applicable to this crystallization is quartz, but the quartz substrate is expensive and particularly difficult to process into a large area. However, in order to increase production efficiency, it is indispensable to increase the area of the substrate. In recent years, use of a substrate having a side exceeding 1 m has been considered.

一方、特許文献1に開示されている非晶質ケイ素の結晶化を助長する触媒元素を用いる熱結晶化法は、従来問題とされていた結晶化温度を低温化すること、および処理時間を短くすることを可能としている。その方法は、非晶質半導体膜にニッケルまたは、パラジウム、または鉛等の元素を微量に添加し、その後600℃にて1時間の熱処理で結晶性半導体膜の形成を可能にしている。   On the other hand, the thermal crystallization method using a catalytic element that promotes crystallization of amorphous silicon disclosed in Patent Document 1 lowers the crystallization temperature, which has been regarded as a problem, and shortens the processing time. It is possible to do. In this method, a crystalline semiconductor film can be formed by adding a trace amount of an element such as nickel, palladium, or lead to an amorphous semiconductor film, and then performing a heat treatment at 600 ° C. for 1 hour.

また、レーザアニール法は、基板の温度をあまり上昇させずに、半導体膜にのみ高いエネルギーを与えることが出来るため、歪点の低いガラス基板には勿論、プラスチック基板等にも用いることが出来る点で注目されている技術である。   In addition, the laser annealing method can give high energy only to the semiconductor film without increasing the temperature of the substrate so much, so that it can be used not only for a glass substrate with a low strain point but also for a plastic substrate. This is a technology that is attracting attention.

レーザアニール法の一例は、エキシマレーザに代表されるパルスレーザ光を、照射面において、数cm角の四角いスポットや、長さ100mm以上の線状となるように光学系にて成形し、レーザ光を移動させて(あるいはレーザ光の照射位置を被照射体に対し相対的に移動させて)アニールを行う方法である。なお、ここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい長方形(もしくは長楕円形)を意味する。例えば、アスペクト比が2以上(好ましくは10〜10000)のもの指すが、照射面における形状が矩形状であるレーザ光(矩形状ビーム)に含まれることに変わりはない。なお、線状とするのは被照射体に対して充分なアニールを行うためのエネルギー密度を確保するためであり、矩形状や面状であっても被照射体に対して充分なアニールを行えるのであれば構わない。   An example of the laser annealing method is a method in which a pulsed laser beam typified by an excimer laser is shaped by an optical system so that a square spot of several centimeters square or a linear shape with a length of 100 mm or more is formed on the irradiated surface. Is moved (or the irradiation position of the laser beam is moved relative to the irradiated object) to perform annealing. Here, “linear” does not mean “line” in a strict sense, but means a rectangle (or oval) having a large aspect ratio. For example, the aspect ratio is 2 or more (preferably 10 to 10,000), but it is still included in the laser light (rectangular beam) having a rectangular shape on the irradiation surface. Note that the linear shape is used to ensure sufficient energy density for annealing the irradiated object, and sufficient annealing can be performed on the irradiated object even in a rectangular or planar shape. If it is.

これらを組み合わせ、非晶質ケイ素の結晶化を助長する触媒元素を用いて熱結晶化した後、結晶化膜の結晶性を向上させるためにレーザアニールを行う方法も、例えば特許文献2等に開示されている。   A method of performing laser annealing in order to improve the crystallinity of the crystallized film after combining these and thermally crystallizing using a catalytic element that promotes crystallization of amorphous silicon is also disclosed in, for example, Patent Document 2 Has been.

さらに、特許文献3には、表示部の薄膜トランジスタのチャネル層と駆動用ドライバー回路用の薄膜トランジスタのチャネル層の多結晶ケイ素膜の結晶粒径を変える手法が考案されている。
特開平7-183540号公報 特開2000−216089号公報 特開平5-190853号公報
Further, Patent Document 3 devises a method of changing the crystal grain size of the polycrystalline silicon film of the channel layer of the thin film transistor in the display portion and the channel layer of the thin film transistor for the driver circuit for driving.
JP-A-7-183540 JP 2000-216089 A Japanese Patent Laid-Open No. 5-190853

例えば、前記特許文献2等に開示されている方法では、前記触媒元素を用いて熱結晶化した固相結晶粒が直径数μmから100μmを超えるものまであり、この大きな結晶粒を更にレーザアニールを行うことで結晶性を向上させる。この方法で製造された結晶性ケイ素膜を活性層に用いた薄膜トランジスタ(TFT)は良好なTFT特性となることが可能となる場合がある。   For example, in the method disclosed in Patent Document 2 and the like, there are solid phase crystal grains thermally crystallized using the catalytic element up to a diameter of several μm to over 100 μm, and this large crystal grain is further subjected to laser annealing. This improves the crystallinity. A thin film transistor (TFT) using a crystalline silicon film manufactured by this method as an active layer may have good TFT characteristics.

しかしながら、前記非晶質ケイ素の結晶化を助長する触媒元素を用いて熱結晶化した後、結晶化膜の結晶性を向上させるためにレーザアニールを行う方法では、前記触媒元素を用いて熱結晶化した固相結晶粒が直径数μmから100μmを超えるものまで製造することは可能であるが、基板全面がほぼ均一な大きさの結晶粒となる。例えば表示媒体として液晶等を用いたアクティブマトリクス方式の表示装置等の場合、様々な大きさのチャネル領域を有する電界効果薄膜トランジスタを造り込む必要があり、均一な大きさの結晶粒では種々の大きさの電界効果薄膜トランジスタについて、要求される電気特性を満足することはできない。なぜなら、例えば、結晶粒径がチャネル領域よりもやや大きい場合、チャネル領域内に存在する結晶粒数が1個のものと複数個のものがあり、即ちチャネル領域内に結晶粒界を含むものと含まないものが存在するために、同一面積のチャネル領域を有する電界効果薄膜トランジスタであっても移動度などの電気特性のばらつきが大きくなる問題が発生する。このような場合、チャネル領域に比べて結晶粒径をある程度小さくし、全ての電界効果薄膜トランジスタのチャネル領域内複数個の結晶粒が存在するようにすることで、移動度は低下するものの、同一面積のチャネル領域を有する電界効果薄膜トランジスタ間の電気特性のばらつきを抑えることが可能である。   However, in the method of performing laser annealing to improve the crystallinity of the crystallized film after thermal crystallization using a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon, thermal crystallization using the catalytic element is performed. Although it is possible to manufacture the solid phase crystal grains having a diameter of several μm to more than 100 μm, the entire surface of the substrate becomes crystal grains having a substantially uniform size. For example, in the case of an active matrix type display device using liquid crystal or the like as a display medium, it is necessary to build field effect thin film transistors having channel regions of various sizes, and various sizes of crystal grains of uniform size. The field effect thin film transistor cannot satisfy the required electrical characteristics. Because, for example, when the crystal grain size is slightly larger than the channel region, there are one and a plurality of crystal grains existing in the channel region, that is, a crystal grain boundary is included in the channel region. Since some of them are not included, there is a problem that variation in electric characteristics such as mobility becomes large even in a field effect thin film transistor having a channel region of the same area. In such a case, the mobility is reduced by reducing the crystal grain size to some extent compared to the channel region so that a plurality of crystal grains exist in the channel region of all field effect thin film transistors, but the same area is obtained. It is possible to suppress variation in electrical characteristics between field effect thin film transistors having different channel regions.

一方、チャネル領域に比べて結晶粒径があまりにも小さい場合は、移動度が低下したり、ON電流不足となり望ましくない。   On the other hand, when the crystal grain size is too small compared to the channel region, the mobility is lowered or the ON current is insufficient, which is not desirable.

本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電気特性の良好な薄膜トランジスタを有し、同一面積のチャネル領域を有する薄膜トランジスタ間の電気特性のばらつきを抑制する半導体装置、半導体装置の製造方法、及び、液晶表示装置を提供することである。   The present invention has been made in view of such various points, and an object of the present invention is to suppress variation in electrical characteristics between thin film transistors having thin film transistors with good electrical characteristics and having channel regions of the same area. A semiconductor device, a method for manufacturing the semiconductor device, and a liquid crystal display device are provided.

本発明に係る半導体装置は、チャネル領域に多結晶ケイ素膜が用いられると共に、チャネル領域に含まれるケイ素の結晶粒数が2〜99個である薄膜トランジスタを備えたことを特徴とする。   A semiconductor device according to the present invention includes a thin film transistor in which a polycrystalline silicon film is used for a channel region and the number of silicon crystal grains included in the channel region is 2 to 99.

このような構成によれば、チャネル領域内に2〜99個(約数個から数10個程度)の結晶粒を含むような電界効果薄膜トランジスタを有するため、移動度などの電気特性が良好で、かつ同一面積のチャネル領域を有する電界効果薄膜トランジスタ間での特性ばらつきを抑制することができる。本発明者によると、多結晶ケイ素膜を薄膜トランジスタのチャネル領域として用いる場合において、薄膜トランジスタのチャネル領域の大きさに合わせて結晶粒の大きさを変えて、2〜99個(約数個から数10個程度)の結晶粒を含むようにすることで上記の効果が奏されることが検証された。   According to such a configuration, since the field-effect thin film transistor includes 2 to 99 (about several to several tens) crystal grains in the channel region, electric characteristics such as mobility are good, In addition, variation in characteristics between field effect thin film transistors having channel regions of the same area can be suppressed. According to the present inventor, when a polycrystalline silicon film is used as a channel region of a thin film transistor, the size of the crystal grain is changed in accordance with the size of the channel region of the thin film transistor, so that 2 to 99 (about several to several tens). It was verified that the above-described effect was achieved by including about 1) crystal grains.

本発明に係る液晶表示装置は、チャネル領域に多結晶ケイ素膜が用いられると共に、チャネル領域に含まれるケイ素の結晶粒数が2〜99個である薄膜トランジスタを液晶表示素子に備えたことを特徴とする。   A liquid crystal display device according to the present invention is characterized in that a polycrystalline silicon film is used in a channel region, and a thin film transistor having 2 to 99 silicon crystal grains included in the channel region is provided in the liquid crystal display element. To do.

このような構成によれば、上述した効果を有する半導体装置を備えた液晶表示装置を得ることができる。   According to such a configuration, a liquid crystal display device including the semiconductor device having the above-described effects can be obtained.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、絶縁性基板上に非晶質ケイ素膜を形成する膜形成ステップと、絶縁性基板上に形成された非晶質ケイ素膜の所定領域に水素をドープする水素ドープステップと、非晶質ケイ素膜に非晶質ケイ素の結晶化を促進させる触媒元素をドープする触媒元素ドープステップと、触媒元素をドープした非晶質ケイ素膜に加熱処理を施す第1結晶化ステップと、加熱処理を施した非晶質ケイ素膜にレーザ光を照射する第2結晶化ステップと、を備えたことを特徴とする。   A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a film forming step of forming an amorphous silicon film on an insulating substrate, and a predetermined region of the amorphous silicon film formed on the insulating substrate is doped with hydrogen. A hydrogen doping step; a catalytic element doping step for doping the amorphous silicon film with a catalytic element that promotes crystallization of amorphous silicon; and a first crystal that heat-treats the amorphous silicon film doped with the catalytic element. And a second crystallization step of irradiating the amorphous silicon film subjected to the heat treatment with laser light.

このような構成によれば、薄膜トランジスタの移動度などの電気特性を良好にし、かつ同一面積のチャネル領域を有する電界効果薄膜トランジスタ間での特性ばらつきを抑制することができる。   According to such a configuration, electrical characteristics such as mobility of the thin film transistor can be improved, and variation in characteristics between the field effect thin film transistors having the same channel area can be suppressed.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、膜形成ステップで形成する非晶質ケイ素膜の水素濃度が、1.0×1020〜5.0×1021atoms/cmであってもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, even if the hydrogen concentration of the amorphous silicon film formed in the film forming step is 1.0 × 10 20 to 5.0 × 10 21 atoms / cm 3. Good.

このような構成によれば、非晶質ケイ素膜の水素濃度が上記範囲のときに、同一濃度の非晶質ケイ素の結晶化を促進させる触媒元素を用いて熱結晶化を行う際の、生成する結晶粒径が最も小さくなる。   According to such a configuration, when the hydrogen concentration of the amorphous silicon film is in the above range, the generation is performed when thermal crystallization is performed using a catalyst element that promotes crystallization of amorphous silicon at the same concentration. The crystal grain size to be minimized is the smallest.

さらに、本発明に係る半導体装置の製造方法は、膜形成ステップにおける非晶質ケイ素膜の形成を、モノシランガス及びアルゴンガスの混合気体を用いたプラズマCVD法により行ってもよい。   Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the amorphous silicon film may be formed in the film forming step by a plasma CVD method using a mixed gas of monosilane gas and argon gas.

このような構成によれば、容易に大面積絶縁基板に均一な膜厚で、且つ、前記水素濃度範囲の非晶質ケイ素膜を成膜できる。   According to such a configuration, it is possible to easily form an amorphous silicon film having a uniform film thickness and in the hydrogen concentration range on a large-area insulating substrate.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、膜形成ステップと水素ドープステップとの間に、水素をドープする所定領域を規定するためのフォトレジストのパターニングを非晶質ケイ素膜上に行うパターニングステップをさらに備えてもよい。   Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the patterning of the photoresist on the amorphous silicon film is performed between the film formation step and the hydrogen doping step to define a predetermined region to be doped with hydrogen. A step may be further provided.

このような構成によれば、非晶質ケイ素膜内の所望の領域に効率よく水素をドープすることができる。   According to such a configuration, a desired region in the amorphous silicon film can be efficiently doped with hydrogen.

さらに、本発明に係る半導体装置の製造方法は、水素ドープステップで水素をドープした非晶質ケイ素膜の所定領域における水素濃度が、1.0×1022〜2.5×1022atoms/cmであってもよい。 Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the hydrogen concentration in a predetermined region of the amorphous silicon film doped with hydrogen in the hydrogen doping step is 1.0 × 10 22 to 2.5 × 10 22 atoms / cm. 3 may be sufficient.

このような構成によれば、同一濃度の非晶質ケイ素膜の結晶化を促進させる触媒元素を用いて熱結晶化を行う際に生成する結晶粒径が、水素濃度が1.0×1020〜5.0×1021atoms/cm以下の非晶質ケイ素膜を熱結晶化した場合の数倍から数十倍に大きくなる。 According to such a configuration, the crystal grain size generated when the thermal crystallization is performed using the catalytic element that promotes the crystallization of the amorphous silicon film having the same concentration has a hydrogen concentration of 1.0 × 10 20. It increases several times to several tens of times when an amorphous silicon film of up to 5.0 × 10 21 atoms / cm 3 is thermally crystallized.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、水素ドープステップにおける水素のドープを、非晶質ケイ素膜への水素イオンの注入により行ってもよい。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, hydrogen doping in the hydrogen doping step may be performed by implanting hydrogen ions into the amorphous silicon film.

このような構成によれば、容易に大面積基板の特定領域に水素をドープすることができる。   According to such a configuration, hydrogen can be easily doped into a specific region of the large-area substrate.

さらに、本発明に係る半導体装置の製造方法は、水素ドープステップにおける水素のドープを、非晶質ケイ素膜を水素プラズマ雰囲気中に曝すことにより行ってもよい。   Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the doping of hydrogen in the hydrogen doping step may be performed by exposing the amorphous silicon film to a hydrogen plasma atmosphere.

このような構成によれば、容易に大面積基板の特定領域に水素をドープすることができる。   According to such a configuration, hydrogen can be easily doped into a specific region of the large-area substrate.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、水素ドープステップで水素をドープする所定領域が、薄膜トランジスタのチャネル領域の少なくとも一部を含んでも良い。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the predetermined region doped with hydrogen in the hydrogen doping step may include at least a part of a channel region of the thin film transistor.

さらに、本発明に係る半導体装置の製造方法は、触媒元素ドープステップでドープする触媒が、鉄、コバルト、ニッケル、ゲルマニウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスニウム、イリジウム、白金、銅及び金のうちの少なくとも1種類の元素を含んでもよい。   Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the catalyst doped in the catalytic element doping step is at least one of iron, cobalt, nickel, germanium, ruthenium, rhodium, palladium, osnium, iridium, platinum, copper, and gold. One kind of element may be included.

このような構成によれば、非晶質ケイ素膜の結晶化を良好に促進させることができる。   According to such a configuration, crystallization of the amorphous silicon film can be favorably promoted.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、触媒元素ドープステップで触媒元素をドープした非晶質ケイ素膜表面における触媒元素濃度が、1.0×1010〜1.0×1012atoms/cmであってもよい。 Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the concentration of the catalytic element on the surface of the amorphous silicon film doped with the catalytic element in the catalytic element doping step is 1.0 × 10 10 to 1.0 × 10 12 atoms / cm 2 may also be used.

前記非晶質ケイ素膜の結晶化を促進させる触媒元素の膜表面での濃度が、1.0×1010atoms/cm未満の場合、触媒元素の効果が小さく、結晶化に要する時間が長くなり、製造効率が悪くなる等、製造上の問題が生じる。また、膜表面での濃度が、1.0×1012atoms/cmより高い場合、結晶化されたケイ素膜中に触媒元素が高濃度に残留し、TFT特性が悪化する。このため、本発明のように非晶質ケイ素膜表面における触媒元素濃度が、1.0×1010〜1.0×1012atoms/cmであれば、これらの問題を抑制することができる。 When the concentration of the catalytic element for promoting crystallization of the amorphous silicon film on the film surface is less than 1.0 × 10 10 atoms / cm 2 , the effect of the catalytic element is small and the time required for crystallization is long. Thus, problems in manufacturing such as inferior manufacturing efficiency occur. Further, when the concentration on the film surface is higher than 1.0 × 10 12 atoms / cm 2 , the catalytic element remains in a high concentration in the crystallized silicon film, and the TFT characteristics are deteriorated. Therefore, the catalytic element concentration in the amorphous silicon film surface as in the present invention, if 1.0 × 10 10 ~1.0 × 10 12 atoms / cm 2, it is possible to suppress these problems .

例えば、前記水素濃度が1×1020〜5.0×1021atoms/cmである非晶質ケイ素膜表面に、1.0×1011atoms/cmのニッケルを添加し、600℃・1時間の熱結晶化を行った場合、結晶粒径が約1μmとなる結晶粒が多い。 For example, nickel of 1.0 × 10 11 atoms / cm 2 is added to the surface of the amorphous silicon film having the hydrogen concentration of 1 × 10 20 to 5.0 × 10 21 atoms / cm 3 , When thermal crystallization is performed for 1 hour, there are many crystal grains having a crystal grain size of about 1 μm.

一方、前記水素を含むイオンを注入する、或いは、水素プラズマ雰囲気中に前記基板を曝すことで水素がドープされて、水素濃度が1×1022〜2.5×1022atoms/cmである非晶質ケイ素膜表面に、1.0×1011atoms/cmのニッケルを添加し、600℃・1時間の熱結晶化を行った場合、結晶粒径が約10μmとなる結晶粒が多い。 On the other hand, hydrogen is doped by implanting ions containing hydrogen or exposing the substrate to a hydrogen plasma atmosphere, and the hydrogen concentration is 1 × 10 22 to 2.5 × 10 22 atoms / cm 3 . When nickel of 1.0 × 10 11 atoms / cm 2 is added to the amorphous silicon film surface and thermal crystallization is performed at 600 ° C. for 1 hour, there are many crystal grains having a crystal grain size of about 10 μm. .

これは、ケイ素が固相結晶成長する際の第一段階としてできる結晶核の発生が、水素によって阻害されることによると考えられる。   This is thought to be due to the fact that the generation of crystal nuclei, which is the first stage when silicon is grown in solid phase crystals, is inhibited by hydrogen.

さらに、本発明に係る半導体装置の製造方法は、第1結晶化ステップにおける非晶質ケイ素膜の加熱処理を、500〜800℃の温度範囲で行ってもよい。   Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the heat treatment of the amorphous silicon film in the first crystallization step may be performed in a temperature range of 500 to 800 ° C.

非晶質ケイ素膜の加熱処理は、500℃未満で行う場合、固相結晶成長速度が遅く、製造効率が悪くなる等、製造上の問題が生じる。また、加熱処理を800℃より高い温度で行う場合、非晶質ケイ素膜の結晶化を促進させる触媒元素に起因しない、例えば0.2μm以下の小さい粒径の結晶粒が成長し、TFT特性が悪化する。このため、本発明のように500〜800℃の温度範囲で非晶質ケイ素膜の加熱処理を行うことで、これらの問題を抑制することができる。   When the heat treatment of the amorphous silicon film is performed at a temperature lower than 500 ° C., there are problems in manufacturing such as a slow growth rate of solid-phase crystals and poor manufacturing efficiency. In addition, when the heat treatment is performed at a temperature higher than 800 ° C., a crystal grain having a small particle size of 0.2 μm or less, for example, which does not originate from a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film grows, and TFT characteristics are improved. Getting worse. For this reason, these problems can be suppressed by performing the heat treatment of the amorphous silicon film in the temperature range of 500 to 800 ° C. as in the present invention.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、第2結晶化ステップで照射するレーザ光の波長が126〜370nmであってもよい。   In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, the wavelength of the laser light irradiated in the second crystallization step may be 126 to 370 nm.

さらに、本発明に係る半導体装置の製造方法は、第2結晶化ステップで照射するレーザ光がパルス発振エキシマレーザビームであってもよい。   Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the laser beam irradiated in the second crystallization step may be a pulsed excimer laser beam.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、第2結晶化ステップで照射するレーザ光として非晶質ケイ素膜表面を線状に照射する線状レーザビームを用いると共に、線状レーザビームをその短軸方向にステップ走査することで照射してもよい。   In addition, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention uses a linear laser beam that linearly irradiates the surface of the amorphous silicon film as the laser light irradiated in the second crystallization step, and uses the linear laser beam as the laser beam. Irradiation may be performed by step scanning in the minor axis direction.

このような構成によれば、線状レーザビームをその短軸方向にステップ走査することで照射するため、大面積のケイ素膜を効率良く簡便に処理することができる。   According to such a configuration, since the linear laser beam is irradiated by step scanning in the minor axis direction, a large-area silicon film can be processed efficiently and simply.

さらに、本発明に係る半導体装置の製造方法は、第2結晶化ステップにおけるレーザ光を、触媒元素をドープした非晶質ケイ素膜を加熱処理して得られた結晶構造を部分的に溶融するエネルギー密度で照射してもよい。   Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the energy for partially melting the crystal structure obtained by heat-treating the amorphous silicon film doped with the catalytic element with the laser light in the second crystallization step. You may irradiate with density.

このような構成によれば、第2結晶化ステップにおけるレーザ光を、触媒元素をドープした非晶質ケイ素膜を加熱処理して得られた結晶構造を部分的に溶融するエネルギー密度で照射するため、ほぼ全面が十分な結晶性を有する結晶化ケイ素膜が得られる。尚、第1結晶化ステップで得られた結晶を完全に溶融するエネルギー密度でレーザ光を照射すると、TFT特性が悪化するおそれがある。   According to such a configuration, in order to irradiate the laser beam in the second crystallization step with an energy density that partially melts the crystal structure obtained by heating the amorphous silicon film doped with the catalytic element. As a result, a crystallized silicon film having sufficient crystallinity over the entire surface can be obtained. If the laser beam is irradiated with an energy density that completely melts the crystal obtained in the first crystallization step, the TFT characteristics may be deteriorated.

また、本発明に係る多結晶ケイ素膜は、含有するケイ素の結晶粒数が1×10〜1×10〔個/mm〕であることを特徴とする。 The polycrystalline silicon film according to the present invention is characterized in that the number of silicon crystal grains contained is 1 × 10 4 to 1 × 10 8 [pieces / mm 2 ].

このような構成によれば、当該多結晶ケイ素膜を電界効果薄膜トランジスタのチャネル領域に用いることによって、移動度などの電気特性が良好で、かつ同一面積のチャネル領域を有する電界効果薄膜トランジスタ間での特性ばらつきを抑制することができる。   According to such a configuration, by using the polycrystalline silicon film for a channel region of a field effect thin film transistor, electrical characteristics such as mobility are good, and characteristics between field effect thin film transistors having a channel region of the same area are obtained. Variations can be suppressed.

本発明によれば、電気特性の良好な薄膜トランジスタを有し、同一面積のチャネル領域を有する薄膜トランジスタ間の電気特性のばらつきを抑制する半導体装置、半導体装置の製造方法、及び、液晶表示装置を提供することができる。   According to the present invention, there are provided a semiconductor device, a semiconductor device manufacturing method, and a liquid crystal display device, which have thin film transistors with good electrical characteristics and suppress variation in electrical characteristics between thin film transistors having channel regions of the same area. be able to.

以下、本発明の実施形態に係る半導体装置及びそれを備えた液晶表示装置を図面に基づいて詳細に説明する。また、半導体装置として、液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタ(TFT)を備えたアレイ基板を例に挙げて説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, a semiconductor device and a liquid crystal display device including the same according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Further, an example of an array substrate provided with a thin film transistor (TFT) used in a liquid crystal display device will be described as a semiconductor device. The present invention is not limited to the following embodiment.

(実施形態)
(薄膜トランジスタの製造方法)
以下に、本発明による結晶質半導体膜を備えた薄膜トランジスタ(TFT)の製造方法を、図を用いて説明する。
(Embodiment)
(Thin Film Transistor Manufacturing Method)
Below, the manufacturing method of the thin-film transistor (TFT) provided with the crystalline semiconductor film by this invention is demonstrated using figures.

また、本実施形態では、チャネル領域の大きさが2μm×2μmの薄膜トランジスタ50と、30μm×30μmの薄膜トランジスタ60とを同一基板上に作製する場合について説明する。   In this embodiment, a case where a thin film transistor 50 having a channel region size of 2 μm × 2 μm and a thin film transistor 60 having a size of 30 μm × 30 μm are formed over the same substrate will be described.

(膜形成工程)
まず、図1に示すように、ガラス基板(絶縁性基板)10上に、例えばテトラエチルオルソシリケート(Tetraethylorthosilicate:TEOS)等で構成される厚さ約100nmの酸化ケイ素膜11を形成する。
(Film formation process)
First, as shown in FIG. 1, a silicon oxide film 11 having a thickness of about 100 nm made of, for example, tetraethyl orthosilicate (TEOS) or the like is formed on a glass substrate (insulating substrate) 10.

次いで、SiH(モノシラン)ガス及びAr(アルゴン)ガスの混合ガスを用いたRFプラズマ化学気相成長(プラズマCVD)法により、酸化ケイ素膜11上に厚さが例えば50nmで、膜中の水素濃度が例えば1.0×1020〜5.0×1021atoms/cmの非晶質ケイ素膜12を形成する。 Next, the RF plasma chemical vapor deposition (plasma CVD) method using a mixed gas of SiH 4 (monosilane) gas and Ar (argon) gas has a thickness of, for example, 50 nm on the silicon oxide film 11 and hydrogen in the film. An amorphous silicon film 12 having a concentration of, for example, 1.0 × 10 20 to 5.0 × 10 21 atoms / cm 3 is formed.

(パターニング工程)
次に、ガラス基板10上に堆積された非晶質ケイ素膜12の表面全面にフォトレジストを塗布したあと、図2及び図3に示すように、30μm×30μmのチャネル領域を有する薄膜トランジスタ60のチャネル領域13を含む領域のみ開口部14を設けるように現像し、パターニングする。開口部14は、後述する水素ドープの対象領域となる位置に形成する。フォトレジスト層15の厚さは、例えば、2.0μmである。
(Patterning process)
Next, after applying a photoresist to the entire surface of the amorphous silicon film 12 deposited on the glass substrate 10, as shown in FIGS. 2 and 3, the channel of the thin film transistor 60 having a channel region of 30 μm × 30 μm is obtained. Development is performed so that the opening 14 is provided only in the region including the region 13, and patterning is performed. The opening 14 is formed at a position to be a target region for hydrogen doping described later. The thickness of the photoresist layer 15 is, for example, 2.0 μm.

(水素ドープ工程)
次に、フォトレジスト層15の表面から水素イオンを加速電圧10keVで注入する。使用したイオンドープ装置は、タングステンフィラメントによりイオン源で発生させた水素プラズマから、イオンを引き出し、加速したあと、質量分離することなくガラス基板10に注入されるため、単原子水素イオンだけではなく、水素原子が複数個結合したクラスタイオンも注入される。従って、短時間で効率よく、フォトレジスト層の開口部14から非晶質ケイ素膜12に水素をドープすることが可能である。水素ドープは、例えば、非晶質ケイ素膜12の所定領域における水素濃度が、1.0×1022〜2.5×1022atoms/cmとなるように行うのがよい。
(Hydrogen doping process)
Next, hydrogen ions are implanted from the surface of the photoresist layer 15 at an acceleration voltage of 10 keV. The ion doping apparatus used is not only monoatomic hydrogen ions, because ions are extracted from a hydrogen plasma generated by an ion source using a tungsten filament, accelerated, and then injected into the glass substrate 10 without mass separation. Cluster ions in which multiple hydrogen atoms are bonded are also implanted. Therefore, it is possible to dope the amorphous silicon film 12 with hydrogen from the opening 14 of the photoresist layer efficiently in a short time. The hydrogen doping is preferably performed so that, for example, the hydrogen concentration in a predetermined region of the amorphous silicon film 12 is 1.0 × 10 22 to 2.5 × 10 22 atoms / cm 3 .

(触媒元素ドープ工程)
次に、フォトレジスト層15を通常のフォトレジスト剥離工程で剥離したあと、図4に示すように、一部水素濃度が異なる非晶質ケイ素膜16の表面全面に触媒元素17を添加する。触媒元素17は、後述する加熱処理において非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する元素であり、例えば、Niである。Niは例えば抵抗加熱法によって非晶質ケイ素膜16上に蒸着された後、拡散される。なお、図4では触媒元素17を膜状に示しているが、実際には、触媒元素17は非晶質ケイ素膜16の表面付近に分散されている。
(Catalyst element doping process)
Next, after the photoresist layer 15 is stripped by a normal photoresist stripping step, as shown in FIG. 4, a catalytic element 17 is added to the entire surface of the amorphous silicon film 16 having partially different hydrogen concentrations. The catalyst element 17 is an element that promotes crystallization of the amorphous silicon film in the heat treatment described later, and is, for example, Ni. Ni is diffused after being deposited on the amorphous silicon film 16 by, for example, resistance heating. In FIG. 4, the catalytic element 17 is shown in a film shape, but actually, the catalytic element 17 is dispersed in the vicinity of the surface of the amorphous silicon film 16.

(第1結晶化工程)
次に、非晶質ケイ素膜16を加熱処理することにより、非晶質ケイ素膜16を結晶化して、図5に示した結晶質ケイ素膜(多結晶ケイ素膜18)を得る。加熱処理により、固相結晶成長(Solid phase crystallization:SPC)することによって、非晶質ケイ素膜16が結晶化される。以下、このように加熱処理によって結晶化を行うことを第1結晶化と称する。
(First crystallization step)
Next, the amorphous silicon film 16 is heated to crystallize the amorphous silicon film 16 to obtain the crystalline silicon film (polycrystalline silicon film 18) shown in FIG. The amorphous silicon film 16 is crystallized by solid phase crystallization (SPC) by heat treatment. Hereinafter, such crystallization by heat treatment is referred to as first crystallization.

上述したように、非晶質ケイ素膜16には触媒元素17が添加されているので、窒素雰囲気の電気炉において非晶質ケイ素膜16を600℃で1時間加熱すると、容易に結晶化される。   As described above, since the catalytic element 17 is added to the amorphous silicon film 16, it is easily crystallized when the amorphous silicon film 16 is heated at 600 ° C. for 1 hour in an electric furnace in a nitrogen atmosphere. .

次に、結晶化時に多結晶ケイ素膜18の表面に形成された自然酸化膜を除去する。酸化膜の除去は、例えば、多結晶ケイ素膜18の表面に1%のフッ酸溶液を90秒間浸漬させ、スピン乾燥させるウェットエッチングよって行われる。このようなウェットエッチングは、簡便で量産性にも優れている。酸化膜を除去した基板を乾燥させて直ちにチャンバに導入する。チャンバにはレーザビーム照射機構が設けられており、チャンバは、例えば、酸素濃度が20%、窒素濃度が80%で満たされており、気圧は1気圧である。   Next, the natural oxide film formed on the surface of the polycrystalline silicon film 18 during crystallization is removed. The removal of the oxide film is performed, for example, by wet etching in which a 1% hydrofluoric acid solution is immersed in the surface of the polycrystalline silicon film 18 for 90 seconds and spin-dried. Such wet etching is simple and excellent in mass productivity. The substrate from which the oxide film has been removed is dried and immediately introduced into the chamber. The chamber is provided with a laser beam irradiation mechanism. The chamber is filled with, for example, an oxygen concentration of 20% and a nitrogen concentration of 80%, and the atmospheric pressure is 1 atm.

(第2結晶化工程)
次に、多結晶ケイ素膜18にレーザビーム19(パルス発振エキシマレーザビーム)を照射する。以下、このようにレーザビームによって結晶化を行うことを第2結晶化と称する。図6は、多結晶ケイ素膜18に対してレーザビーム19を相対的に走査している様子を示す図である。レーザビーム19は、多結晶ケイ素膜18を部分的に溶融するエネルギー密度で照射される。レーザビーム19が多結晶ケイ素膜18を部分的に溶融することにより、結晶は溶融されなかった結晶粒を種結晶として成長し、結果として、粒径の大きな結晶粒を得ることができる。レーザビーム19として、例えば、エネルギー密度340mJ/cm、パルス幅30nsおよび波長308nmのXeClレーザビームが用いられる。
(Second crystallization step)
Next, the polycrystalline silicon film 18 is irradiated with a laser beam 19 (pulse oscillation excimer laser beam). Hereinafter, this crystallization by the laser beam is referred to as second crystallization. FIG. 6 is a view showing a state in which the laser beam 19 is relatively scanned with respect to the polycrystalline silicon film 18. The laser beam 19 is irradiated with an energy density that partially melts the polycrystalline silicon film 18. When the laser beam 19 partially melts the polycrystalline silicon film 18, the crystal grows as a seed crystal, which has not been melted, and as a result, a crystal grain having a large grain size can be obtained. As the laser beam 19, for example, an XeCl laser beam having an energy density of 340 mJ / cm 2 , a pulse width of 30 ns, and a wavelength of 308 nm is used.

図6に示すように、レーザビーム19は、多結晶ケイ素膜18の表面においてエネルギー分布が一様となるように長さ100mm以上の線状に成形されており、ガラス基板10上を短軸方向に20μm/パルスのステップで紙面下方から上方に走査するレーザビーム19を走査することにより、ほぼ全面で十分な結晶性を有する多結晶ケイ素膜20が得られる。なお、ここでいう「線状」とは、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい長方形または長楕円形を意味する。線状のレーザビームは、例えば、アスペクト比は、2以上、より好ましくは10〜10000であり、照射面における形状が矩形状であるレーザビーム(矩形状ビーム)を含んでいる。例えば、レーザビーム19は125mm×0.4mmの線状に成形されている。なお、レーザビーム19を線状に成形するのは被照射体に対して充分なアニールを行うためのエネルギー密度を確保するためであり、被照射体に対して充分なアニールを行うことができるのであれば、レーザビーム19の照射面は、線状以外の矩形状であっても、あるいは、数cm角の四角であってもよい。   As shown in FIG. 6, the laser beam 19 is formed in a linear shape having a length of 100 mm or more so that the energy distribution is uniform on the surface of the polycrystalline silicon film 18. The polycrystalline silicon film 20 having sufficient crystallinity over almost the entire surface can be obtained by scanning the laser beam 19 that scans from the lower side to the upper side in the step of 20 μm / pulse. The term “linear” here does not mean “line” in a strict sense, but means a rectangle or an ellipse with a large aspect ratio. The linear laser beam includes, for example, a laser beam (rectangular beam) having an aspect ratio of 2 or more, more preferably 10 to 10,000, and a rectangular shape on the irradiation surface. For example, the laser beam 19 is formed into a linear shape of 125 mm × 0.4 mm. The reason why the laser beam 19 is formed into a linear shape is to secure an energy density for performing sufficient annealing on the irradiated object, so that sufficient annealing can be performed on the irradiated object. If there is, the irradiation surface of the laser beam 19 may be a rectangular shape other than a linear shape, or may be a square of several cm square.

このようにして製造した多結晶ケイ素膜20は、含有するケイ素の結晶粒数が1×10〜1×10〔個/mm〕となっている。 The polycrystalline silicon film 20 produced in this way has a silicon crystal grain number of 1 × 10 4 to 1 × 10 8 [pieces / mm 2 ].

尚、本実施形態では、イオン注入することで、前記フォトレジスト層15の開口部14領域の前記非晶質ケイ素膜12に水素をドープしたが、水素をドープする方法はこれに限定されない。例えば、水素ガスをチャンバに導き、RFにより水素プラズマを発生させ、この水素プラズマ雰囲気中に図2と同様の基板を曝すことでも、前記フォトレジスト層15の開口部14の前記非晶質ケイ素膜12に水素をドープすることは可能である。   In this embodiment, hydrogen is doped into the amorphous silicon film 12 in the opening 14 region of the photoresist layer 15 by ion implantation. However, the method of doping hydrogen is not limited to this. For example, the amorphous silicon film in the opening 14 of the photoresist layer 15 can also be obtained by introducing hydrogen gas into the chamber, generating hydrogen plasma by RF, and exposing the same substrate as in FIG. It is possible to dope 12 with hydrogen.

また、本実施形態では、触媒元素はNiを用い、非晶質ケイ素膜における触媒元素の表面濃度は1×1011atoms/cmであったが、本発明はこれに限定されない。触媒元素は、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、ゲルマニウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスニウム、イリジウム、白金、銅および金からなる群から選択された少なくとも1種類の元素を含んでいればよい。また、非晶質ケイ素膜における触媒元素の表面濃度は、1×1010〜1×1012atoms/cmであることが好ましい。表面濃度が1×1010atoms/cm未満である場合、触媒元素の効果が小さく、結晶化に要する時間が長くなり、製造工程上好ましくない。一方、表面濃度が1×1012atoms/cmよりも高い場合、結晶化されたケイ素膜中に前記触媒元素が高濃度に残留し、TFT特性が悪化するためである。 In this embodiment, Ni is used as the catalyst element, and the surface concentration of the catalyst element in the amorphous silicon film is 1 × 10 11 atoms / cm 2 , but the present invention is not limited to this. The catalytic element may contain at least one element selected from the group consisting of iron, cobalt, nickel, germanium, ruthenium, rhodium, palladium, osnium, iridium, platinum, copper, and gold, for example. The surface concentration of the catalytic element in the amorphous silicon film is preferably 1 × 10 10 to 1 × 10 12 atoms / cm 2 . When the surface concentration is less than 1 × 10 10 atoms / cm 2 , the effect of the catalytic element is small, and the time required for crystallization becomes long, which is not preferable in the manufacturing process. On the other hand, when the surface concentration is higher than 1 × 10 12 atoms / cm 2 , the catalytic element remains in a high concentration in the crystallized silicon film, and the TFT characteristics deteriorate.

さらに、本実施形態では、加熱処理の温度は600℃であったが、本発明はこれに限定ない。例えば、加熱処理の温度は500〜800℃であることが好ましい。加熱処理の温度が500℃未満の場合、固相結晶成長速度が遅く、製造工程上好ましくない。一方、加熱処理の温度が800℃よりも高い場合、触媒元素に起因する、例えば直径数μm以上の結晶粒が形成されるのに加えて、触媒元素に起因することなく粒径の小さな(例えば、0.2μm以下)結晶粒が形成される。このため、高いキャリア移動度を得ることができない。   Furthermore, in this embodiment, the temperature of the heat treatment was 600 ° C., but the present invention is not limited to this. For example, the temperature of the heat treatment is preferably 500 to 800 ° C. When the temperature of the heat treatment is less than 500 ° C., the solid phase crystal growth rate is slow, which is not preferable in the production process. On the other hand, when the temperature of the heat treatment is higher than 800 ° C., in addition to the formation of crystal grains having a diameter of, for example, several μm or more due to the catalytic element, the particle diameter is small without causing the catalytic element (for example, , 0.2 μm or less) crystal grains are formed. For this reason, high carrier mobility cannot be obtained.

また、本実施形態では、加熱時間は1時間であったが、本発明はこれに限定されない。加熱時間は、ガラス基板の変形量やガラス基板からの不純物拡散量、加熱温度等に応じて異なるが、例えば15分〜24時間であってもよい。   Moreover, in this embodiment, although heating time was 1 hour, this invention is not limited to this. The heating time varies depending on the deformation amount of the glass substrate, the amount of impurity diffusion from the glass substrate, the heating temperature, and the like, but may be, for example, 15 minutes to 24 hours.

さらに、本実施形態では、レーザビーム19の波長は308nmであったが、本発明はこれに限定されず、例えば、126〜370nmの範囲であってもよい。   Furthermore, in this embodiment, the wavelength of the laser beam 19 is 308 nm, but the present invention is not limited to this, and may be in the range of 126 to 370 nm, for example.

また、本実施形態では、レーザビーム19(パルス発振エキシマレーザビーム)の一例としてXeClレーザビームを用いたが、本発明はこれに限定されず、他のパルス発振エキシマレーザビーム、例えば、KrF、XeF、ArClまたはKrClレーザビーム等を用いてもよい。   In this embodiment, the XeCl laser beam is used as an example of the laser beam 19 (pulsed excimer laser beam). However, the present invention is not limited to this, and other pulsed excimer laser beams such as KrF and XeF are used. ArCl or KrCl laser beam may be used.

さらに、本実施形態では、多結晶ケイ素膜18を部分的に溶融させるレーザビーム19のエネルギー密度として340mJ/cmを例示したが、本発明はこれに限定されない。ただし、本発明者の研究結果によれば、レーザビームのエネルギー密度が370mJ/cm以上であると、エネルギー密度が高過ぎて多結晶ケイ素膜18が完全に溶融し、微結晶となる領域が発生する。また、レーザビームのエネルギー密度が320mJ/cm未満であると、X線回折分析の結果から、レーザビームのエネルギー密度が320mJ/cm以上である場合と比べて結晶性が低下していることがわかる。したがって、本実施形態で示すように、エネルギー密度が340mJ/cmであると、多結晶ケイ素膜18を部分的に溶融させることができ、ほぼ全面が充分な結晶性を有する多結晶ケイ素膜18を得ることができる。 Furthermore, in the present embodiment, the energy density of the laser beam 19 for partially melting the polycrystalline silicon film 18 is exemplified as 340 mJ / cm 2 , but the present invention is not limited to this. However, according to the research result of the present inventor, when the energy density of the laser beam is 370 mJ / cm 2 or more, the energy density is too high, and the polycrystalline silicon film 18 is completely melted to form a region that becomes a microcrystal. appear. Also, the energy density of the laser beam is less than 320 mJ / cm 2, from the results of X-ray diffraction analysis, the crystallinity as compared with the case where the energy density of the laser beam is 320 mJ / cm 2 or more is reduced I understand. Therefore, as shown in this embodiment, when the energy density is 340 mJ / cm 2 , the polycrystalline silicon film 18 can be partially melted, and the polycrystalline silicon film 18 having sufficient crystallinity on almost the entire surface. Can be obtained.

また、第2結晶化においてレーザアニール法を用いる場合、ケイ素膜の表面で線状に成形されたパルス発振エキシマレーザビームを短軸方向にステップ走査することにより、大面積のケイ素膜を効率よく簡便に処理することができる。   In addition, when laser annealing is used in the second crystallization, a large-area silicon film can be efficiently and simply formed by step scanning a pulsed excimer laser beam linearly formed on the surface of the silicon film in the short axis direction. Can be processed.

上述の製造方法に従って製造された多結晶ケイ素膜を活性層に用いた電界効果薄膜トランジスタは、高いキャリア移動度を有し、それぞれのチャネル領域の大きさ毎に電気特性のばらつきが抑制される。   A field effect thin film transistor using a polycrystalline silicon film manufactured according to the above-described manufacturing method as an active layer has high carrier mobility, and variation in electrical characteristics is suppressed for each channel region size.

尚、上記特許文献3に開示されている製造方法は、結晶粒径を変えた多結晶ケイ素膜が同一平面上になく、さらに表示部の薄膜トランジスタのチャネル層の多結晶ケイ素膜が非晶質ケイ素を成膜した後結晶化するのではなく、成膜時点で結晶化したケイ素膜である点で本発明とは明らかに異なっている。   In the manufacturing method disclosed in Patent Document 3, the polycrystalline silicon film having a different crystal grain size is not on the same plane, and the polycrystalline silicon film of the channel layer of the thin film transistor in the display portion is amorphous silicon. It is clearly different from the present invention in that it is a silicon film crystallized at the time of film formation, rather than crystallizing after film formation.

(薄膜トランジスタ50,60の製造工程)
次に、図2を参照して、上述の多結晶ケイ素膜20を活性層として用いたnチャネル型電界効果薄膜トランジスタ(以下、「nチャネル型TFT」という。)30の製造工程を説明する。ここで、チャネル領域の大きさは異なるが、前記開口部14から水素をドープした薄膜トランジスタ60のチャネル領域13を含む領域の結晶粒径が大きいこと以外は、これ以降の工程は薄膜トランジスタ50,60とも同様である。
(Manufacturing process of thin film transistors 50 and 60)
Next, a manufacturing process of an n-channel field effect thin film transistor (hereinafter referred to as “n-channel TFT”) 30 using the above-described polycrystalline silicon film 20 as an active layer will be described with reference to FIG. Here, although the size of the channel region is different, the subsequent steps are the same as those of the thin film transistors 50 and 60 except that the crystal grain size of the region including the channel region 13 of the thin film transistor 60 doped with hydrogen from the opening 14 is large. It is the same.

まず、図7に示すように、ガラス基板10及び酸化ケイ素膜11の上に作製された多結晶ケイ素膜20を、それぞれチャネル領域13,31、ソース領域32,33、ドレイン領域34,35に対応する形状にパタ−ニングする。図8に示すように、前記パターニングされた多結晶ケイ素膜20を覆うように、常圧化学気相成長Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition:APCVD)法により、厚さ100nm程度の酸化膜からなるゲート絶縁膜40を形成する。   First, as shown in FIG. 7, the polycrystalline silicon film 20 formed on the glass substrate 10 and the silicon oxide film 11 corresponds to the channel regions 13 and 31, the source regions 32 and 33, and the drain regions 34 and 35, respectively. Pattern to shape. As shown in FIG. 8, a gate insulating film made of an oxide film having a thickness of about 100 nm is formed by an atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) method so as to cover the patterned polycrystalline silicon film 20. 40 is formed.

次に、図9に示すように、ゲート絶縁膜40上に、導電膜として厚さ300nm程度のアルミニウム膜41を形成し、図10に示すように、アルミニウム膜41を所定形状にパターニングしてゲート電極43を形成する。このゲート電極43をマスクとして、ソース領域32および33、ドレイン領域34及び35となる領域にリンイオンを注入し、ゲート電極43直下のチャネル領域31および13の両側にソ−ス領域32および33、ドレイン領域34および35を形成する。   Next, as shown in FIG. 9, an aluminum film 41 having a thickness of about 300 nm is formed on the gate insulating film 40 as a conductive film, and the aluminum film 41 is patterned into a predetermined shape as shown in FIG. The electrode 43 is formed. Using this gate electrode 43 as a mask, phosphorus ions are implanted into the regions to be the source regions 32 and 33 and the drain regions 34 and 35, and the source regions 32 and 33 and the drains are formed on both sides of the channel regions 31 and 13 immediately below the gate electrode 43. Regions 34 and 35 are formed.

その後、図11に示すように、APCVD法によって、ガラス基板10上の全面にゲート電極43を覆うように厚さ500nmの酸化膜を堆積して層間絶縁膜46を形成する。次いで、図12に示すように、ソ−ス領域32および33、ドレイン領域34および35上のゲート絶縁膜40および層間絶縁膜46にコンタクトホ−ル部を形成し、スパッタリング法によって電極材料をコンタクトホ−ル部に堆積させ、コンタクトホール部を介して電極材料とソース領域32および33、ドレイン領域34及び35との間にオ−ミック接触を実現させる。この電極材料を所定形状にパターニングすることにより、引き出し電極47を形成する。   After that, as shown in FIG. 11, an interlayer insulating film 46 is formed by depositing an oxide film having a thickness of 500 nm on the entire surface of the glass substrate 10 so as to cover the gate electrode 43 by the APCVD method. Next, as shown in FIG. 12, contact hole portions are formed in the gate insulating film 40 and the interlayer insulating film 46 on the source regions 32 and 33 and the drain regions 34 and 35, and the electrode material is contacted by sputtering. It is deposited on the hole portion, and an ohmic contact is realized between the electrode material and the source regions 32 and 33 and the drain regions 34 and 35 through the contact hole portion. The extraction electrode 47 is formed by patterning this electrode material into a predetermined shape.

以上のようにして、チャネル領域内に2〜99個(約数個から数10個程度)の結晶粒を含むnチャネル型の薄膜トランジスタ50,60が完成する。また、このnチャネル型の薄膜トランジスタ50,60をアクティブマトリクス基板のスイッチング素子(液晶表示素子)に用いて液晶表示装置を作製する。   As described above, n-channel thin film transistors 50 and 60 including 2 to 99 (about several to several tens) crystal grains in the channel region are completed. In addition, a liquid crystal display device is manufactured using the n-channel thin film transistors 50 and 60 as switching elements (liquid crystal display elements) of an active matrix substrate.

尚、本実施形態では、TFTの例示としてnチャネル型TFT30を説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、多結晶ケイ素膜を用いてpチャネル型TFTを作製してもよい。また、nまたはpチャネル型TFTをスイッチング素子として用いた半導体装置をさらに作製してもよい。   In this embodiment, the n-channel TFT 30 has been described as an example of the TFT. However, the present invention is not limited to this. For example, a p-channel TFT may be manufactured using a polycrystalline silicon film. Further, a semiconductor device using an n- or p-channel TFT as a switching element may be further manufactured.

(薄膜トランジスタ50,60を備えた液晶表示装置90の構成)
次に、上述の製造方法で製造された薄膜トランジスタ50,60を備えた液晶表示装置90の構成について説明する。
(Configuration of liquid crystal display device 90 including thin film transistors 50 and 60)
Next, the configuration of the liquid crystal display device 90 including the thin film transistors 50 and 60 manufactured by the above-described manufacturing method will be described.

液晶表示装置は、画素電極の駆動用のスイッチング素子として本実施形態の製造方法により作製された薄膜トランジスタ50又は60を用いるようにしたアクティブマトリクス型のものである。   The liquid crystal display device is an active matrix type in which the thin film transistor 50 or 60 manufactured by the manufacturing method of this embodiment is used as a switching element for driving a pixel electrode.

液晶表示装置90は、マトリクス状に配置された複数の薄膜トランジスタ50又は60(スイッチング素子)を有するアレイ基板91と、色層を有していて、アレイ基板91に貼り合わされた対向基板としてのカラーフィルタ基板(不図示)とを備えており、これらアレイ基板91とカラーフィルタ基板との間には、液晶層及びスペーサ(いずれも不図示)が配置されている。また、アレイ基板91の裏面にはバックライト(不図示)が配置されている。   The liquid crystal display device 90 includes an array substrate 91 having a plurality of thin film transistors 50 or 60 (switching elements) arranged in a matrix, and a color filter as a counter substrate that has a color layer and is bonded to the array substrate 91. A substrate (not shown) is provided, and a liquid crystal layer and a spacer (both not shown) are arranged between the array substrate 91 and the color filter substrate. A backlight (not shown) is disposed on the back surface of the array substrate 91.

本実施形態に係る液晶表示装置90の薄膜トランジスタ50,60は、図12に示すように、多結晶ケイ素膜20を活性層として用いたnチャネル型電界効果薄膜トランジスタ(nチャネル型TFT)を構成しており、それぞれチャネル領域内に2〜99個(約数個から数10個程度)の結晶粒を含んでいる。   As shown in FIG. 12, the thin film transistors 50 and 60 of the liquid crystal display device 90 according to the present embodiment constitute an n-channel field effect thin film transistor (n-channel TFT) using the polycrystalline silicon film 20 as an active layer. Each channel region contains 2 to 99 (about several to several tens) crystal grains.

図13に示すように、アレイ基板91は、縦方向(図13の上下方向)に延びる複数本のソース線92(信号線)と、横方向(図13の左右方向)に延びる複数本のゲート線93(走査線)とが互いに交差するように配置されており、各交差部の近傍に、ソース電極94、ドレイン電極95及びゲート電極96を有する薄膜トランジスタ50又は60と、この薄膜トランジスタ50又は60のドレイン電極95に電気的に接続された画素電極97とが配置されている。ドレイン電極95は、薄膜トランジスタ50又は60の位置から画素領域の略中央位置まで延設されており、その端部は、略矩形状の補助容量用電極とされている。   As shown in FIG. 13, the array substrate 91 includes a plurality of source lines 92 (signal lines) extending in the vertical direction (vertical direction in FIG. 13) and a plurality of gates extending in the horizontal direction (horizontal direction in FIG. 13). A thin film transistor 50 or 60 having a source electrode 94, a drain electrode 95, and a gate electrode 96 in the vicinity of each intersection, and the thin film transistor 50 or 60. A pixel electrode 97 electrically connected to the drain electrode 95 is disposed. The drain electrode 95 extends from the position of the thin film transistor 50 or 60 to a substantially central position of the pixel region, and an end portion of the drain electrode 95 is a substantially rectangular auxiliary capacitance electrode.

(実施例)
上述の実施形態に係る製造方法によって製造されたnチャネル型TFTのキャリア移動度を測定した。このとき、前記膜形成工程で作製した非晶質ケイ素膜内の水素濃度は3×1021atoms/cm3であった。また、前記水素ドープ工程で作製した非晶質ケイ素膜内の水素濃度は2×1022atoms/cm3であった。さらに、触媒元素ドープ工程で作製した非晶質ケイ素膜の表面における触媒元素の濃度(表面濃度)は1×1011atoms/cmであった。
(Example)
The carrier mobility of the n-channel TFT manufactured by the manufacturing method according to the above-described embodiment was measured. At this time, the hydrogen concentration in the amorphous silicon film produced in the film formation step was 3 × 10 21 atoms / cm 3 . The hydrogen concentration in the amorphous silicon film produced by the hydrogen doping process was 2 × 10 22 atoms / cm 3 . Furthermore, the concentration (surface concentration) of the catalytic element on the surface of the amorphous silicon film produced in the catalytic element doping step was 1 × 10 11 atoms / cm 2 .

このようにして製造したnチャネル型TFTのキャリアは、チャネル領域の大きさが大きく異なる薄膜トランジスタ50及び薄膜トランジスタ60ともに高いキャリア移動度(300cm/V・s)を示した。 The carriers of the n-channel TFT manufactured as described above showed high carrier mobility (300 cm 2 / V · s) in both of the thin film transistor 50 and the thin film transistor 60 having greatly different channel region sizes.

また、同一基板上に薄膜トランジスタ50及び薄膜トランジスタ60と全く同じ大きさの薄膜トランジスタを本実施形態とそれぞれ同様の方法で100個ずつ作製したところ、キャリア移動度のばらつきは、それぞれ±3%以内と小さかった。   In addition, when 100 thin film transistors having exactly the same size as the thin film transistors 50 and 60 were formed on the same substrate by the same method as in this embodiment, the carrier mobility variation was as small as ± 3% or less, respectively. .

さらに、前記フォトレジスト層で覆われていた領域と、フォトレジスト層の開口部から水素がドープされた領域とでは結晶粒径が異なっていた。具体的には、前記フォトレジスト層で覆われていた領域の多結晶ケイ素膜の平均結晶粒径は約1μm程度であったのに対して、フォトレジスト層の開口部から水素がドープされた領域の多結晶ケイ素膜の平均結晶粒径は約10μm程度であった。即ち、チャネル領域の大きさが2μm×2μmの薄膜トランジスタ50、30μm×30μmの薄膜トランジスタ60ともに必ずチャネル領域が数個の結晶粒で形成されたことになる。   Furthermore, the crystal grain size was different between the region covered with the photoresist layer and the region doped with hydrogen from the opening of the photoresist layer. Specifically, the average crystal grain size of the polycrystalline silicon film in the region covered with the photoresist layer was about 1 μm, whereas the region doped with hydrogen from the opening of the photoresist layer. The average crystal grain size of the polycrystalline silicon film was about 10 μm. That is, both the thin film transistor 50 having a channel region size of 2 μm × 2 μm and the thin film transistor 60 having a size of 30 μm × 30 μm always have the channel region formed of several crystal grains.

比較例として、水素ドープを行わずに薄膜トランジスタを作製して同様の測定を行うと、チャネル領域の大きさが2μm×2μmの薄膜トランジスタのキャリア移動度及びキャリア移動度のばらつきは同様であったが、チャネル領域の大きさが30μm×30μmの薄膜トランジスタのキャリア移動度は150cm/V・s と低い値となった。これは、30μm×30μmのチャネル領域が数100個もの結晶粒で形成されたためである。 As a comparative example, when a thin film transistor was manufactured without hydrogen doping and the same measurement was performed, the carrier mobility and the carrier mobility variation of the thin film transistor having a channel region size of 2 μm × 2 μm were the same, The carrier mobility of a thin film transistor having a channel region size of 30 μm × 30 μm was as low as 150 cm 2 / V · s. This is because a channel region of 30 μm × 30 μm is formed with hundreds of crystal grains.

(作用効果)
次に、作用効果について説明する。
(Function and effect)
Next, operational effects will be described.

本実施形態に係る半導体装置(アレイ基板91)は、チャネル領域13,31に多結晶ケイ素膜が用いられると共に、チャネル領域に含まれるケイ素の結晶粒数が数個〜数十個(2〜99個程度)である薄膜トランジスタ50,60を備えたことを特徴とする。また、本実施形態に係る薄膜トランジスタ50,60を備えた半導体装置(アレイ基板91)の製造方法は、ガラス基板10上に非晶質ケイ素膜12を形成する膜形成ステップと、ガラス基板10上に形成された非晶質ケイ素膜12の所定領域に水素をドープする水素ドープステップと、非晶質ケイ素膜12に非晶質ケイ素の結晶化を促進させる触媒元素17をドープする触媒元素ドープステップと、触媒元素17をドープした非晶質ケイ素膜12に加熱処理を施す第1結晶化ステップと、加熱処理を施した非晶質ケイ素膜12にレーザ光を照射する第2結晶化ステップと、を備えたことを特徴とする。   In the semiconductor device (array substrate 91) according to this embodiment, a polycrystalline silicon film is used for the channel regions 13 and 31, and the number of silicon crystal grains contained in the channel region is several to several tens (2 to 99). Thin film transistors 50 and 60 are provided. In addition, the method for manufacturing a semiconductor device (array substrate 91) including the thin film transistors 50 and 60 according to the present embodiment includes a film forming step for forming the amorphous silicon film 12 on the glass substrate 10, A hydrogen doping step for doping hydrogen into a predetermined region of the formed amorphous silicon film 12, and a catalytic element doping step for doping the amorphous silicon film 12 with a catalytic element 17 for promoting crystallization of amorphous silicon; A first crystallization step of performing heat treatment on the amorphous silicon film 12 doped with the catalyst element 17, and a second crystallization step of irradiating the amorphous silicon film 12 subjected to the heat treatment with laser light. It is characterized by having.

このような構成によれば、薄膜トランジスタの移動度などの電気特性を良好にし、かつ同一面積のチャネル領域を有する電界効果薄膜トランジスタ間での特性ばらつきを抑制することができる。   According to such a configuration, electrical characteristics such as mobility of the thin film transistor can be improved, and variation in characteristics between the field effect thin film transistors having the same channel area can be suppressed.

以上説明したように、本発明は、半導体装置、半導体装置の製造方法、液晶表示装置及び多結晶ケイ素膜について有用である。   As described above, the present invention is useful for semiconductor devices, semiconductor device manufacturing methods, liquid crystal display devices, and polycrystalline silicon films.

本発明の実施形態に係る膜形成工程における非晶質ケイ素膜12の断面図である。It is sectional drawing of the amorphous silicon film 12 in the film | membrane formation process which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るパターニング工程における非晶質ケイ素膜12の断面図である。It is sectional drawing of the amorphous silicon film 12 in the patterning process which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るパターニング工程における非晶質ケイ素膜12の平面図である。It is a top view of the amorphous silicon film 12 in the patterning process which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る触媒元素ドープ工程における非晶質ケイ素膜16の断面図である。It is sectional drawing of the amorphous silicon film | membrane 16 in the catalyst element doping process which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る第1結晶化工程における多結晶ケイ素膜18の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a polycrystalline silicon film 18 in a first crystallization process according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る第2結晶化工程における多結晶ケイ素膜18へのレーザビーム照射の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the laser beam irradiation to the polycrystal silicon film | membrane 18 in the 2nd crystallization process which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るチャネル領域13,31、ソース領域32,33、ドレイン領域34,35に対応する形状にパタ−ニングされた多結晶ケイ素膜20の平面図である。2 is a plan view of a polycrystalline silicon film 20 patterned into a shape corresponding to channel regions 13 and 31, source regions 32 and 33, and drain regions 34 and 35 according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の実施形態に係るゲート絶縁膜40が形成された多結晶ケイ素膜20の断面図である。1 is a cross-sectional view of a polycrystalline silicon film 20 on which a gate insulating film 40 according to an embodiment of the present invention is formed. 本発明の実施形態に係るアルミニウム膜41が形成された多結晶ケイ素膜20の断面図である。It is sectional drawing of the polycrystalline silicon film 20 in which the aluminum film 41 based on embodiment of this invention was formed. 本発明の実施形態に係るゲート電極43が形成された多結晶ケイ素膜20の断面図である。2 is a cross-sectional view of a polycrystalline silicon film 20 on which a gate electrode 43 according to an embodiment of the present invention is formed. FIG. 本発明の実施形態に係る層間絶縁膜46が形成された多結晶ケイ素膜20の断面図である。2 is a cross-sectional view of a polycrystalline silicon film 20 on which an interlayer insulating film 46 according to an embodiment of the present invention is formed. FIG. 本発明の実施形態に係る引き出し電極47が形成された多結晶ケイ素膜20の断面図である。3 is a cross-sectional view of a polycrystalline silicon film 20 on which an extraction electrode 47 according to an embodiment of the present invention is formed. FIG. 本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタ50,60を備えたアレイ基板91を用いた液晶表示装置90の平面図である。It is a top view of the liquid crystal display device 90 using the array substrate 91 provided with the thin-film transistors 50 and 60 which concern on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 ガラス基板
11 酸化ケイ素膜
12 非晶質ケイ素膜
13,31 チャネル領域
14 開口部
15 フォトレジスト層
16 非晶質ケイ素膜
17 触媒元素
18 多結晶ケイ素膜
19 レーザビーム
20 多結晶ケイ素膜
30 nチャネル型TFT
32,33 ソース領域
34,35 ドレイン領域
40 ゲート絶縁膜
41 アルミニウム膜
43 ゲート電極
46 層間絶縁膜
47 引き出し電極
50,60 薄膜トランジスタ
90 液晶表示装置
91 アレイ基板
10 Glass substrate
11 Silicon oxide film
12 Amorphous silicon film
13,31 channel region
14 opening
15 Photoresist layer
16 Amorphous silicon film
17 Catalyst element
18 Polycrystalline silicon film
19 Laser beam
20 Polycrystalline silicon film
30 n-channel TFT
32, 33 source area
34, 35 Drain region
40 Gate insulation film
41 Aluminum film
43 Gate electrode
46 Interlayer insulation film
47 Lead electrode
50,60 thin film transistor
90 Liquid crystal display
91 Array substrate

Claims (18)

チャネル領域に多結晶ケイ素膜が用いられると共に、該チャネル領域に含まれるケイ素の結晶粒数が2〜99個である薄膜トランジスタを備えた半導体装置。   A semiconductor device including a thin film transistor in which a polycrystalline silicon film is used for a channel region and the number of crystal grains of silicon included in the channel region is 2 to 99. チャネル領域に多結晶ケイ素膜が用いられると共に、該チャネル領域に含まれるケイ素の結晶粒数が2〜99個である薄膜トランジスタを液晶表示素子に備えた液晶表示装置。   A liquid crystal display device in which a polycrystalline silicon film is used in a channel region and a thin film transistor in which the number of crystal grains of silicon contained in the channel region is 2 to 99 is included in the liquid crystal display element. 絶縁性基板上に非晶質ケイ素膜を形成する膜形成ステップと、
上記絶縁性基板上に形成された非晶質ケイ素膜の所定領域に水素をドープする水素ドープステップと、
上記非晶質ケイ素膜に非晶質ケイ素の結晶化を促進させる触媒元素をドープする触媒元素ドープステップと、
上記触媒元素をドープした非晶質ケイ素膜に加熱処理を施す第1結晶化ステップと、
上記加熱処理を施した非晶質ケイ素膜にレーザ光を照射する第2結晶化ステップと、
を備えた薄膜トランジスタを有する半導体装置の製造方法。
A film forming step of forming an amorphous silicon film on an insulating substrate;
A hydrogen doping step of doping a predetermined region of the amorphous silicon film formed on the insulating substrate with hydrogen;
A catalytic element doping step of doping the amorphous silicon film with a catalytic element that promotes crystallization of amorphous silicon;
A first crystallization step of heat-treating the amorphous silicon film doped with the catalyst element;
A second crystallization step of irradiating the amorphous silicon film subjected to the heat treatment with laser light;
A method for manufacturing a semiconductor device having a thin film transistor comprising:
請求項3に記載された半導体装置の製造方法において、
上記膜形成ステップで形成する非晶質ケイ素膜の水素濃度が、1.0×1020〜5.0×1021atoms/cmである半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the amorphous silicon film formed in the film formation step has a hydrogen concentration of 1.0 × 10 20 to 5.0 × 10 21 atoms / cm 3 .
請求項3に記載された半導体装置の製造方法において、
上記膜形成ステップにおける非晶質ケイ素膜の形成を、モノシランガス及びアルゴンガスの混合気体を用いたプラズマCVD法により行う半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the formation of an amorphous silicon film in the film forming step is performed by a plasma CVD method using a mixed gas of monosilane gas and argon gas.
請求項3に記載された半導体装置の製造方法において、
上記膜形成ステップと上記水素ドープステップとの間に、上記水素をドープする所定領域を規定するためのフォトレジストのパターニングを上記非晶質ケイ素膜上に行うパターニングステップをさらに備えた半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
Fabrication of a semiconductor device further comprising a patterning step for patterning a photoresist on the amorphous silicon film for defining a predetermined region doped with hydrogen between the film forming step and the hydrogen doping step Method.
請求項3に記載された半導体装置の製造方法において、
上記水素ドープステップで水素をドープした非晶質ケイ素膜の上記所定領域における水素濃度が、1.0×1022〜2.5×1022atoms/cmである半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a hydrogen concentration in the predetermined region of the amorphous silicon film doped with hydrogen in the hydrogen doping step is 1.0 × 10 22 to 2.5 × 10 22 atoms / cm 3 .
請求項3に記載された半導体装置の製造方法において、
上記水素ドープステップにおける水素のドープを、上記非晶質ケイ素膜への水素イオンの注入により行う半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the doping of hydrogen in the hydrogen doping step is performed by implanting hydrogen ions into the amorphous silicon film.
請求項3に記載された半導体装置の製造方法において、
上記水素ドープステップにおける水素のドープを、上記非晶質ケイ素膜を水素プラズマ雰囲気中に曝すことにより行う半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the doping of hydrogen in the hydrogen doping step is performed by exposing the amorphous silicon film to a hydrogen plasma atmosphere.
請求項3に記載された半導体装置の製造方法において、
上記水素ドープステップで水素をドープする所定領域は、薄膜トランジスタのチャネル領域の少なくとも一部を含む半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the predetermined region doped with hydrogen in the hydrogen doping step includes at least a part of a channel region of the thin film transistor.
請求項3に記載された半導体装置の製造方法において、
上記触媒元素ドープステップでドープする触媒は、鉄、コバルト、ニッケル、ゲルマニウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスニウム、イリジウム、白金、銅及び金のうちの少なくとも1種類の元素を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
The catalyst doped in the catalytic element doping step includes at least one element selected from iron, cobalt, nickel, germanium, ruthenium, rhodium, palladium, osnium, iridium, platinum, copper and gold. Device manufacturing method.
請求項3に記載された半導体装置の製造方法において、
上記触媒元素ドープステップで触媒元素をドープした非晶質ケイ素膜表面における触媒元素濃度が、1.0×1010〜1.0×1012atoms/cmである半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
Method for producing a catalyst element concentration in the amorphous silicon film surface doped with the catalyst element in the catalyst element doping step is, 1.0 × 10 10 ~1.0 × 10 12 atoms / cm 2 at which the semiconductor device.
請求項3に記載された半導体装置の製造方法において、
上記第1結晶化ステップにおける非晶質ケイ素膜の加熱処理を、500〜800℃の温度範囲で行う半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the heat treatment of the amorphous silicon film in the first crystallization step is performed in a temperature range of 500 to 800 ° C.
請求項3に記載された半導体装置の製造方法において、
上記第2結晶化ステップで照射するレーザ光の波長が126〜370nmである半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the wavelength of the laser light irradiated in the second crystallization step is 126 to 370 nm.
請求項3に記載された半導体装置の製造方法において、
上記第2結晶化ステップで照射するレーザ光がパルス発振エキシマレーザビームである半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the laser beam irradiated in the second crystallization step is a pulsed excimer laser beam.
請求項3に記載された半導体装置の製造方法において、
上記第2結晶化ステップで照射するレーザ光として上記非晶質ケイ素膜表面を線状に照射する線状レーザビームを用いると共に、該線状レーザビームをその短軸方向にステップ走査することで照射する半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
As the laser beam irradiated in the second crystallization step, a linear laser beam that linearly irradiates the surface of the amorphous silicon film is used, and the linear laser beam is irradiated by step scanning in the short axis direction. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項3に記載された半導体装置の製造方法において、
上記第2結晶化ステップにおけるレーザ光を、上記触媒元素をドープした非晶質ケイ素膜を加熱処理して得られた結晶構造を部分的に溶融するエネルギー密度で照射する半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the laser light in the second crystallization step is irradiated with an energy density that partially melts a crystal structure obtained by heat-treating an amorphous silicon film doped with the catalyst element.
含有するケイ素の結晶粒数が1×10〜1×10〔個/mm〕である多結晶ケイ素膜。 A polycrystalline silicon film having a silicon crystal grain number of 1 × 10 4 to 1 × 10 8 [pieces / mm 2 ].
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